ПРИНЦИПЫ И ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗМЕЩЕНИЯ ДАТЧИКОВ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

ПРИНЦИПЫ И ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗМЕЩЕНИЯ ДАТЧИКОВ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

Авторы: Александр Землянский, Виталий Снитюк
Аннотация: В статье рассмотрена проблема размещения датчиков пожарной сигнализации. Указаны особенности и недостатки современных методов размещения таких датчиков, связанные с ограниченностью учета факторов, которые влияют на процесс как их размещения, так и использования. Предложен комплексный подход к оптимизации размещения датчиков, учитывающий условия внешней среды и внутренние особенности помещений, а также экспертные заключения и их объективизацию.
Ключевые слова: <Пожаротушение, нечеткая логика, принятие решений, оптимизация >.
ACM Classification Keywords: I.2.1 Applications and Expert Systems
Conference: The paper is selected from XVth International Conference “Knowledge-Dialogue-Solution” KDS-2 2009, Kyiv, Ukraine, October, 2009.

Введение
Ежегодно на Земле возникает около семи миллионов пожаров. Исходя из прогнозов, сделанных на основе пожарной статистики, в мире в течение следующего года может погибнуть на пожаре около 225 тыс. человек, 2 миллиона 250 тыс. человек получить увечья, и 4,5 миллиона человек — тяжелые ожоговые травмы. Основными направлениями обеспечения пожарной безопасности являются устранение условий возникновения пожара и минимизация его последствий. Одним из способов решения таких задач есть установка автоматических средств предупреждения о возникновения пожара.
В Украине средствами пожарной автоматики оборудовано 89,1% объектов. Адресными установками сигнализации оборудовано около 78% объектов. Техническое обслуживание проводится на 72,6% объектов. 17,2% установок выработали свой ресурс и подлежат замене. На 11,8% объектов установки пожарной сигнализации подлежат замене. В 39,1% случаев пожарная автоматика не сработала, что привело к значительным материальным потерям. Таким образом, существует устойчивая тенденция к росту количества пожаров и аварий, уровню их последствий. Одной из причин этого является низкая эффективность систем пожарной автоматики и, в частности, систем пожарной сигнализации.
Настоящая статья продолжает цикл работ об оптимизации процессов принятия решений при пожаротушении [Snytyuk, 2007], [Снитюк, 2007] и является инициальной работой по оптимальному размещению датчиков с использованием методов теории нечетких систем.

Особенности размещения пожарной сигнализации, ее вероятностные характеристики
Рассмотрим один из подходов к оптимизации размещения датчиков пожарной сигнализации. На сегодня существуют традиционные способа их размещения. Согласно первому способу датчики размещаются по треугольной схеме (рис. 1), во втором случае датчики находятся в углах прямоугольника (рис. 2). Известны многочисленные исследования, результатом которых являются рекомендации по количеству датчиков того или иного типа, которые могут быть использованы в определенных помещениях, на самолетах, подводных лодках и т.п. В их основе лежат определение вероятностей:
– срабатывания датчика, если имеет место пожар;
– не срабатывания датчика, если пожара нет;
– срабатывания датчика, если пожара нет;
– несрабатывания датчика, если пожар есть.

img src=«sloff.net/uploads/images/2/9/5/5/2/bbe1cda097.gif»
Рис. 1. Схема треугольного размещения датчиков


Рис. 2. Схема прямоугольного размещения датчиков
а – расстояние между датчиками; б – расстояние от стенки к датчику

Исходя из значений указанных вероятностей, осуществляется установка дополнительных датчиков и таким образом осуществляется резервирование и повышается надежность правильного срабатывания пожарной сигнализации. Заметим, что такая практика имеет место на высокотехнологичных объектах, уже перечисленных кораблях, самолетах, атомных электростанциях. Вместе с тем, остается немало предприятий, объектов жилого сектора, где сигнализация устанавливается, исходя из схем (рис. 1 и рис.
2)При этом учитывается высота размещения датчиков (как правило, она имеет интервальное представление), и как следствие, площадь зоны, контролируемой датчиком. Значительная часть помещения остается неконтролируемой, или датчики срабатывают, когда пожар достигает своей максимальной точки.
Таким образом, учитывая особенности и недостатки размещения датчиков пожарной сигнализации, предлагаются следующие принципы:
-при установке датчиков пожарной сигнализации ориентироваться на возможные человеческие жертвы ( X1 ), величину материального ущерба ( X 2 ), а также возможные последствия техногенных и экологических катастроф ( X 3 ), вызванные несрабатыванием датчиков. Необходимо также учитывать убытки от их ложного срабатывания ( X 4 );
-для решения задачи оптимизации структуры системы пожарной сигнализации, необходимо разработать метод определения коэффициента, указывающего на величину опасности пожара на объекте, k = F ( X1, X 2, X 3, X 4 ); — при превышении значения коэффициента k некоторой величины C > 0 разработать технологию, позволяющую определить количество и структуру размещения датчиков пожарной сигнализации. Очевидно, что в таком случае, количество датчиков будет большим, чем рассмотрено в структуре на рис. 1 и рис. 2; — при разработке структуры размещения датчиков базироваться на их технических характеристиках; результатах стендовых испытаний; особенностях помещений, где будут установлены датчики; экспертных заключениях.
Базируясь на предложенных принципах, для определения оптимальной структуры размещения датчиков пожарной сигнализации необходимо решить следующие задачи:
1. Осуществить идентификацию зависимости k = F ( X1, X 2, X 3, X 4 ), исходя из экспертных заключений и системы нечетких продукционных правил: Если X i? Ai, и X i? Ai, и X i? Ai, и X i? Ai, то k? Ai, i = 1, n, Ai – нечеткие множества со своими функциями принадлежности, n – количество экспертов.
2. Идентифицировать вероятность срабатывания датчика в зависимости от расстояния до очага возгорания и температуры горения: Если d? B1 и T? B2, то p? P, i = 1, n, где d i – расстояние от очага возгорания до датчика, Bi – соответствующее нечеткое множество, T i – температура пламени, p – вероятность правильного срабатывания датчика.
3. Исходя из решений задач 1 и 2, определить оптимальную структуру размещения датчиков, используя нечеткие продукционные правила:
Если S i? Ci, и p? Bi, и k? Ai, то Q? Ri, i = 1, n, j = 1, m, где S i – j -й вариант структуры, предложенный i -м экспертом, Ci – соответствующее нечеткое множество, Q – интегральный показатель, указывающий на оптимальность размещения датчиков, R j – соответствующее нечеткое множество. Решение последней задачи и укажет на вариант структуры, являющийся оптимальным.
Необходимо заметить, что в приведенных задачах присутствует значительное количество нечетких продукционных правил, содержащих функции принадлежности, предложенные экспертами. Очевидно, что такие правила нередко имеют противоречивый характер. Их объективизация заключается в определении параметров функций принадлежности, исходя из значений, содержащихся в обучающих выборках, и решении задачи минимизации суммарной ошибки при равноправных заключениях, или минимизации взвешенной ошибки, в противном случае.
Для решения такой задачи возможно использование аппарата теории нечетких нейросетей или эволюционного моделирования. Последнее по ряду соображений представляется предпочтительным, хотя эксперименты остаются еще впереди.

Заключение
Рассмотренные аспекты решения задачи оптимизации системы пожарного мониторинга в условиях неопределенности вызваны низкой вероятностью срабатывания датчиков пожарной сигнализации и соответствующими последствиями. Зависимость размещения датчиков от факторов внешней среды и внутренних особенностей объектов должна учитываться наряду с экспертными заключениями. Соответствующие технологии оптимизации структуры датчиков пожаротушения необходимо базировать на технологиях «мягких» вычислений, поскольку жестко заданные правила их размещения оказываются достаточно часто неэффективными.
  • +2
  • 4 ноября 2009, 13:56
  • yxom

Комментарии (0)

RSS свернуть / развернуть

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.