ОЦЕНКА И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОБНАРУЖЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

Овсяник А. И., Косоруков О. А., Старцев В. И. ОЦЕНКА И ПОВыШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

систем обнаружения лесных ПОЖАРОВ

В статье рассматривается проблема организации мероприятий по защите населения и территорий от лесных пожаров. Подтверждается необходимость создания эффективных систем по обнаружению лесных пожаров, комплекса защитных мероприятий, цель которых - не допустить распространения пожара на населённые пункты и объекты экономики, расположенные вблизи леса.

Ключевые слова: раннее обнаружение, лесные пожары, защитные мероприятия.

Проблема лесных пожаров (ЛП) в Российской Федерации по-прежнему остаётся актуальной. Рост числа пожаров и увеличение площади лесов, пройденной огнём, связаны с хозяйственным освоением новых лесных территорий, потеплением климата, увеличением рекреационной нагрузки на леса, большой посещаемостью лесов населением. Об этом свидетельствует 2010 год - один из самых сложных за многолетний период. В общей площади, пройденной пожарами в 2010 году, 82,8 % составили пожары в лесных массивах. На Центральный, Приволжский и Уральский федеральные округа пришлась большая часть возникших ЛП и чуть менее половины от пройденной огнём площади. Вследствие ЛП пострадали более 7 тысяч человек, погибло 62 человека, нанесён ущерб 199 населённым пунктам, 3180 домовладений было повреждено или уничтожено огнём, общий ущерб составил свыше 12 млрд рублей [1]. Многие крупные города и целые регионы неделями находились в опасных для здоровья людей

условиях задымления. В числе причин, повлекших за собой такие последствия, были несвоевременное обнаружение очагов пожаров, позднее введение особого противопожарного режима и режима ЧС на первых этапах борьбы с пожарами и, конечно, аномальные погодные условия.

Своевременное обнаружение ЛП не позволит ему распространиться на жилой сектор и объекты экономики. Для этого необходимо систему обнаружения ЛП создать на определённом участке леса. Каждый участок леса имеет свой класс пожарной опасности, в соответствии с которым определяется рекомендованное время прибытия пожарной бригады на место ЛП и начала работ по тушению. Имея данные о расположении пожарной части для данного участка леса и рекомендованном времени до начала тушения пожара, можно определить оптимальное время обнаружения ЛП [2].

Для оценки эффективности системы обнаружения ЛП предлагается использовать метод, основанный на подсчете вероятности обнаружения ЛП за критическое время в нескольких точках участка леса, на котором функционирует данная система.

Для проведения расчётов с помощью данного метода для каждого средства обнаружения, входящего в систему, введена характеристика интенсивности поиска. Экспериментально получив данную величину для конкретного средства, можно определить вероятность обнаружения ЛП за некоторое время в каждой точке участка. Выделив на лесном участке несколько таких точек, найдя для них вероятности

способы и средства обнаруже-

ния лесных пожаров:

* наземное патрулирование

* Наблюдение с пожарно-

наблюдательных пунктов,

вышек, мачт

* Автономные пожарные

извещатели

* Авиационный мониторинг

* космический мониторинг

Тк

своевременного обнаружения и сложив их, можно определить величину, характеризующую эффективность системы обнаружения ЛП.

Данный метод оценки эффективности системы обнаружения позволяет решать следующие задачи:

1) оптимальный выбор комплекса средств, которые войдут в систему обнаружения ЛП при заданной стоимости системы;

2) оптимальный выбор комплекса средств при минимизации расходов на систему для заданной вероятности обнаружения за критическое время в каждой точке области мониторинга.

Проведём математическую постановку первой задачи. Имеется некоторая область в, для которой необходимо составить наиболее эффективную систему обнаружения ЛП из заданного набора средств мониторинга при заданном бюджете. Известны характеристики и стоимость каждого средства обнаружения.

Пусть г - это вектор мероприятий мониторинга, реализуемых на рассматриваемой территории, включающий авиационный и наземный мониторинг, наземное патрулирование, наблюдение с вышек, а также системы автономных пожарных извещателей. Будем считать, что у нас в арсенале т средств наблюдения.

Пусть с; - это приведённая стоимость реализации /-го мероприятия, определяемая как сумма двух показателей: первый есть отношение полной стоимости проведения /-го мероприятия к расчётному времени эксплуатации средства до капитального ремонта или реконструкции, второй - среднегодовые эксплуатационные расходы по реализации /-го мероприятия.

Пусть V - среднегодовой объём средств на создание системы обнаружения ЛП в рассматриваемый период.

Допустим, что мы умеем оптимально располагать выбранные средства наблюдения в области в. Выберем прямоугольную систему координат. Начало

координат можно выбрать в любой точке плоскости. Положение /-го средства наблюдения на плоскости будет характеризоваться абсциссой и ординатой точки его положения в выбранной системе координат XV.

Интенсивность поиска /-го средства наблюдения может быть задана функцией от дальности у. (>, Я), где - расстояние от -го средства обнаружения до наблюдаемой точки:

я,. = .¡(х-х1)2 + (у- У,)2-

Разобьём область в на ряд прямоугольных участков линиями, параллельными осям координат. Для этого на оси X

отметим точки х., х„, ..., х., ..., х , а на оси

1" 2" ^ п

V точки у1, у2, ..., у ..., ук. В общем случае расстояния между этими точками могут быть неодинаковыми.

В результате того, что область в разбита на прямоугольники, получим множество точек пересечения линий, параллельных осям координат, количество которых будет определяться произведением пк, а их координаты могут быть записаны в виде последовательностей:

х1у1, х1у2

х1У

12 ц'

х1Ук;

Х2У1, х2У2, х2Уц, х2Ук'

х{У 1, Х^У2, Х£Уц, "•, Х£Ук;

х и., х и0,

1' 2'

х У , ., х У

пУк-

Таким образом, в общем виде координаты любой точки сетки области в могут быть записаны в виде ху , где £ = 1, 2, ..., п; ц = 1, 2, ..., к.

Для оценки эффективности системы обнаружения ЛП будем пользоваться величиной:

к п

л=1 ¡И

'ч> 5л ,

VI т ( ,---

!_ е о Ы ^ )

Тогда задача об оптимальном выборе комплекса средств обнаружения при заданном бюджете может быть сформулирована следующим образом:

к п

IE

л=1 ¡и

'ч>5ч

1- е

( I-9-¡Л

J £.ЛГ, X^-JT,) ♦ (д.-Г,) Их

о 1=1 ^ '

С z) < К.

max

Z

Дадим математическую постановку второй задачи. Имеется некоторая область в, для которой необходимо составить систему мониторинга из заданного набора средств таким образом, чтобы вероятность обнаружения пожара во всех точках области в превышала некоторый уровень а при минимальной стоимости. Исходные данные - те же, что и в первой задаче.

Для оценки эффективности системы обнаружения ЛП будем пользоваться величиной:

'ч>5>1 т , --,

- J £?<Ых-х<)2+(»-г<)2г

о /=1 v '

Р(х,у) = 1-е

Тогда решение задачи об оптимальном выборе комплекса средств обнаружения при минимизации затрат на систему для заданной вероятности обнаружения а за критическое время обнаружения в каждой точке области в будет выглядеть следующим образом:

'ч>5п л, . -.

Р(х,у) = 1-е 0 ы >а

для V (х,у) е в, (с,, г) ^ ттг.

Решение таких задач способствует определению оптимального объёма средств, выделяемого на систему охраны леса от ЛП. А это, в свою очередь, позволяет минимизировать сумму ущерба от них.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пожары и пожарная безопасность в 2010 году. Статистический сборник / Под общ. ред. В. И. Климкина. - М.: ВНИИПО, 2011.

2. Приказ Министерства природных ресурсов Российской Федерации от 06 февраля 2008 года № 32 «Об утверждении классификации природной пожарной опасности лесов и классификации пожарной опасности в лесах по условиям погоды, а также требований к мерам пожарной безопасности в лесах в зависимости от целевого назначения лесов, показателей природной пожарной опасности лесов и показателей пожарной опасности в лесах по условиям погоды».

3. Покрывайло В. Д. Особенности пространственного распределения лесных пожаров //

Лесные пожары и борьба с ними. Сб. науч. тр. -Л., 1989. - С. 34-41.

4. ГОСТ Р 22.1.09-99. Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров.

5. Система мониторинга лесных пожаров «Лесохранитель» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://lesohranitel.ru

6. Stacey R, Piwnicki J, Szczygiel R. EUFOFINET: European collaboration to improve preparation and response to wildfires and forest fires in Europe // Bezpieczenstwo i technika pozarnicza. - 2013. -Т. 32. - С. 59-66.

7. ТаранцевА. А., ЧикитовЮ. И. Проблемные вопросы развития мониторинга лесных массивов в Российской Федерации // Проблемы управления рисками в техносфере. - 2013. - № 3 (27). - С. 48-52.

Ovsyanik A., Kosorukov O., Startsev V.

EVALUATION AND IMPROVEMENT OF THE EFFECTIVENESS OF SYSTEMS FOR FOREST FIRE DETECTION

Purpose. One of the objectives of fire and rescue services is preventing forest fires spread through residential areas and economic facilities adjacent to woodlands. The object of the investigation is the protection of residential areas and commercial enterprises located near forests. The subject of the research is early detection of forest fires.

Methods. The analysis of forest fire detection systems gives a chance of presenting a detection method based on calculating probability of new seats of forest fires detection in several places of forest land during critical time.

Findings. The proposed method allows to solve problems of optimal choice of forest fires

detection means complex at a given cost or in case of minimizing the allocated cost.

Research application field. The method is recommended for the professionals use in the field of forestry and fire and rescue services to prevent and extinguish forest fires.

Conclusions. The proposed method allows to optimize the amount of allocated funds for forests fires protection.

Key words: early detection, forest fire, protective measures.

REFERENCES

1. Fires and fire safety in 2010. Statistical compendium. Moscow, 2011. (in Russ.).

2. Order of the Ministry of Natural Resources of the Russian Federation no. 32 of February 06, 2008. Moscow, 2008. (in Russ.).

3. Pokryvaylo V.D. Features of spatial distribution of forest fires. Lesnye pozhary i bor'ba s nimi. Sb. nauch. tr. [Forest fires and their control. Proc.]. Leningrad, 1989, pp. 34-41. (in Russ.).

4. GOST R 22.1.09-99 [Monitoring and forecasting of forest fires]. Moscow, 1999.

5. The system of forest fire monitoring "Lesohranitel", available at: URL: http://lesohranitel.ru (accessed December 11, 2014). (in Russ.).

6. Stacey R., Piwnicki J., Szczygiel R. European collaboration to improve preparation and response to wildfires and forest fires in Europe. Bezpieczenstwo i technika pozarnicza, 2013, no. 32, pp. 59-66.

7. Tarantsev A.A., Chikitov Yu.I. Development problems of monitoring of forests in the Russian Federation. Problemy upravleniia riskami v tekhnosfere, 2013, no. 3 (27), pp. 48-52. (in Russ.).

AlEKSANDER OvSYANiK

Oleg Kosorukov

Doctor of Technical Sciences, Professor

Scientific-Technical Directorate of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

Doctor of Technical Sciences, Professor

All-Russian Research Institute on Problems of Civil Defence

and Emergencies of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

VLADiMiR Startsev I State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia