Методический подход к определению эффективности аварийно-спасательных средств на базе судов на воздушной подушке МЧС России

/10 Civil SecurityTechnology, Vol. 13, 2016, No. 1 (47) УДК 51-74

Методический подход к определению эффективности аварийно-спасательных средств на базе судов на воздушной подушке МЧС России

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2016

В.В. Овчинников, А.В. Якутов

Аннотация

Рассмотрен алгоритм создания единого показателя технико-экономической эффективности, который позволяет выявить лучший с точки зрения стоимости и эффективности выполнения спасательных работ образец судна на воздушной подушке, который можно рекомендовать для оснащения формирований МЧС России.

Ключевые слова: аварийно-спасательные работы; аварийно-спасательное средство; судно на воздушной подушке; поисково-спасательные работы; сетевое планирование; нечеткие множества; тактико-технические характеристики.

The Methodical Approach to Determine the Effectiveness of Rescue Hovercrafts for EMERCOM of Russia

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2016

V. Ovchinnikov, A. Yakutov

Abstract

The article explores the algorithm of creating the integral criterion of technical and economic effectiveness, which in terms of costs and effectiveness of rescue operations helps to indicate the best piece of air-cushion vehicle that can be recommended to the EMERCOM units.

Key words: accident rescue operations; rescue vehicle; air-cushion vehicle; search and rescue operations; network planning; fuzzy set; operational and technical characteristics.

Важнейшим условием обеспечения защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (далее — ЧС) является высокий уровень оснащения подразделений МЧС России.

В системе МЧС России находится в эксплуатации значительное количество судов на воздушной подушке (далее — СВП) различного производства.

Такие транспортные средства имеют ряд существенных преимуществ при выполнении следующих работ:

1. спасение пострадавших со льдин;

2. спасение пострадавших на воде и эвакуация;

3. спасение и эвакуация из зон затопления;

4. аварийно-спасательные работы (АСР) по деблокированию пострадавших в затопленных помещениях.

Для определения эффективности аварийно-спасательного средства на базе СВП необходимо обосновать показатели ее оценки.

Наиболее значимыми в процессе АСР входными дынными будут следующие тактико-технические характеристики (ТТХ) СВП:

скорость СВП, км/ч;

грузоподъемность (пассажировместимость), кг (чел);

производительность модуля (укомплектованность теми или иными средствами спасения);

количество пострадавших, чел;

расстояние до места ЧС, км.

Контролируемыми (внешними) факторами будут: климатические природные и другие факторы, в том числе температура окружающей среды, время суток, состояние пострадавших, а также готовность СВП и экипажа.

Для решения используется задача«черного ящика», когда структура заданной системы неизвестна или известна частично и требуется определить алгоритм ее функционирования и, возможно, структуру

[1]. Для этого используется метод сетевого планирования, позволяющий определить показатель эффективности в каждой рассмотренной технологии.

В общем виде схема будет выглядеть следующим образом: см рис. 1.

Процесс выполнения АСР для первой аварийно-спасательной технологии (спасение пострадавших со льдин) можно выразить следующим графиком: см. рис. 2.

Сетевой график включает в себя следующие этапы:

(1—2) — сигнал оповещения дежурной смены (бригады) спасателей;

(1—3) — сигнал о подготовке аварийно-спасательного средства (АСС);

(2—4) — реагирование спасателей и готовность к выезду на место ЧС;

(3—4) — реагирование АСС, загрузка необходимого оборудования;

(4—5) — движение к месту ЧС;

(5—6) — сближение на максимально близкое допустимое расстояние к пострадавшим;

(6—7) — развертывание специального спасательного средства для безопасного подъема на борт;

(6—8) — подготовка медицинского оборудования для оказания первой помощи;

(7—9) — подъем пострадавшего на борт;

(9—10) — сопровождение до места оказания первой помощи;

(8—10) — оказание первой помощи;

(10—11) — эвакуация пострадавшего в безопасный участок.

Для определения вероятности окончания выполнения АСР в заданные периоды времени и к заданным срокам используется метод оценки планов PERT. Для учета особенностей выполнения работ, зависящих от количества пострадавших, следует воспользоваться

Управляющие факторы: •ТТХ судов на воздушной подушке •Производительность аварийно-спасательных модулей •Кол-во пострадавших

Контролируемые факторы: •Климатические и другие природные факторы •Механические

Показатель эффективности: P(t) - вероятность спасения п кол-ва пострадавших за t

Неопределённые факторы: •случайный характер возникновения и развития ЧС

Рис. 1. Схема решения задачи «черного ящика»

Рис. 2. Сетевой график спасения со льдин

итерацией операций, отвечающих непосредственно за погрузку людей на борт АСС [2,3].

Выходными данными из «черного ящика» станет показатель эффективности, который можно представить в виде вероятности спасения Р(^) [0,1] п-го количества пострадавших за время ^

Аналогичным способом рассматриваются и другие вышеуказанные технологии (Спасение пострадавших на воде и эвакуация; спасение и эвакуация из зон затопления; АСР по деблокированию пострадавших в затопленных помещениях).

В результате выходными показателями эффективности будут:

для спасения пострадавших со льдин — вероятность спасения п-го количества пострадавших за время t ;

для спасения пострадавших на воде — ДN — отношение числа спасенных людей к общему числу пострадавших на момент возникновения ЧС;

для работ по эвакуации — зависящее от грузоподъемности, числа поездок и времени выполнения АСР;

для деблокирования пострадавших в затопленных помещениях — П, отношение числа деблокированных пострадавших за время t.

Далее эти показатели преобразуются с применением теории нечетких множеств. На выходе получается новый показатель технико-экономической оценки, учитывающий особенности СВП.

Применение этой теории позволяет объединить полученные при моделировании показатели, которые слабо формализованы и обладают разными размерностями и шкалами, в один показатель технико-экономической эффективности [4].

Для каждого показателя эффективности технологии спасения задаются функции принадлежности, термы во всех лингвистических переменных будут «низкая», «средняя», «высокая». Функция принадлежности показателя эффективности технологии спасения со льдин будет выглядеть следующим образом [5, 6]: см. рис. 4.

Диапазон значений показателя эффективности технологии спасения из воды ДN заключен [0:0,055] (рис. 5).

Для показателя эффективности технологии эвакуации пострадавших из затопленных районов (Noxe.) диапазон значений, которые он может принимать, заключен [3000: 7000] (рис. 6).

Для показателя эффективности технологии аварийно-спасательных работ по деблокированию пострадавших из затопленных помещений (П) диапазон значений, которые он может принимать, заключен [0: 2] (рис. 7).

Показатель обобщенной эффективности (GenEF) заключен в границы [0:100], для более простого восприятия. Его функции принадлежности показаны на рис. 8. Термами в этой лингвистической переменной будет «низкая», «высокая».

Объединение рассмотренных показателей эффективности в общий показатель (GenEf) происходит с помощью разработанных импликаций, учитывающих одновременно все варианты всех четырех показателей эффективности.

После определения (GenEf) необходимо сопоставить с показателем стоимости (Cost) соответствующего образца для определения общего технико-экономического показателя. Для этого создается еще одна модель на основе нечеткой логики.

Входными параметрами будут являться объединенная общая эффективность (GenEf) и рыночная стоимость образцов СВП.

Сначала задается диапазон значений и функция принадлежности для рыночной стоимости (Cost) [0:15] (рис. 9, 10, 11). Термами в лингвистических переменных этой модели будут «низкая», «средняя», «высокая».Вторыми входными для определения технико-экономической эффективности будут данные ^епЕ^.Создается функция принадлежности, диапазон значений уже был определен ранее.

Функция принадлежности выходного технико-экономического показателя (TEef) [0:100] и ее диапазон строятся так, чтобы выходные параметры были наиболее простым образом адаптированы для дальнейшего применения и отбора образцов СВП.

Таким образом, применение теории нечетких множеств позволяет объединить показатели эффективности при каждой рассмотренной технологической

Рис. 4. Функции принадлежности показателя эффективности спасения со льдин

Рис. 5. Функции принадлежности показателя эффективности спасения из воды

Рис. 6. Функции принадлежности показателя эффективности эвакуации пострадавших из затопленных районов

Рис. 7. Функции принадлежности показателя эффективности аварийно-спасательных работ по деблокированию

пострадавших из затопленных помещений

Рис. 8. Функции принадлежности показателя общей эффективности

операции в один показатель общей эффективности, и далее его консолидировать с показателем экономичности (Cost). Что дает возможность получить на выходе новый показатель — технико-экономической эффективности, учитывающий особенности СВП (TEef).

На рис. 12 показана поверхность отклика, на которой наглядно продемонстрирована зависимость показателей стоимости и общей эффективности, а также показаны импликации в графическом виде, в нижней правой части показан результат — площадью фигуры, метод центра тяжести дает нам возможность определить центр и получить преобразованное нечеткое множество в четкий показатель (TEef) [7].

Таким образом, разработанный методический подход позволяет производить отбор оптимальных образцов АСС на базе СВП для решения рассмотренных задач МЧС России, выполнять процедуру оценки технико-экономических характеристик таких

средств и обосновывать тактико-технические характеристики к новым образцам СВП, рекомендуемым к оснащению подразделений МЧС России.

Литература

1. ЧернышовВ.Н., Чернышов А.В. Теория систем и системный анализ. Тамбов: Изд. ТГТУ, 2008. 96 с.

2. Модер Дж., Филлипс С. Метод сетевого планирования в организации работ / Пер. с англ. М. - Л., 1966.

3. Зуховицкий С.И., РадчикИ.А. Математические методы сетевого планирования. М., 1965.

4. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств / Пер. с франц. М.: Радио и связь, 1982. 432 с.

5. ПегатА Нечеткое моделирование и управление. М.: Бином, 2011.

6. Тарасян В.С. Пакет Fuzzy Logic Toolbox for Matlab: Учеб. пособ. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2013. 112 с.

7. Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB. М.: Горячая линия - Телеком, 2007. 288 с.: ил.

8. Логинов В.И., Скворцов А.Ф., Зайцева Л.А., Солнцева О.В. Характеристика потерь населения в чрезвычайных ситуациях в Российской Федерации (1997 и 1998 гг.) // Медицина катастроф. 1999. Вып. 4 (28).

9. Овчинников В.В., Якутов А.В. Роль амфибийных средств и судов

Рис. 9. Функции принадлежности показателя рыночной стоимости СВП

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 WgenEf

Рис. 10. Функции принадлежности показателя общей эффективности

Рис. 11. Функции принадлежности показателя технико-экономической оценки

Рис. 12. Графический вид импликаций для технико-экономического показателя

на воздушной подушке при наводнениях и паводках в арктической зоне // В сб. «Материалы XVII международной научно-практической конференции. 17—19 мая 2012 года». М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2012.

Сведения об авторах

Овчинников Валентин Васильевич: д. т. н., проф., ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), гл. н. с. науч.-исслед. центра. 121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. E-mail:avo6911@rambler.ru SPIN-код — 6751-9380.

Якутов Александр Викторович: к. т. н., ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), с. н. с. науч.-исслед. центра. 121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. E-mail: Yakutoff@yandex.ru

Information about authors

Ovchinnikov Valentin V.: Dr. Sci. Tech, professor, Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emer-gencies" (Federal Center of Science and High Technology), Chief Researcher of the Research Center.

121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail:avo6911@rambler.ru SPIN-scientific — 6751-9380.

Yakutov Aleksandr V.: Candidate of Technical Sciences, Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emer-gencies" (Federal Center of Science and High Technology), Senior Researcher of the Research Center.

121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: Yakutoff@yandex.ru