Система мониторинга пожарной безопасности объекта в режиме реального времени
SYSTEM FOR MONITORING OF FIRE SAFETY OF OBJECT IN REAL TIME MODE

Изобретение относится к системе мониторинга пожарной безопасности объекта в режиме реального времени и предназначена для контроля состояния пожарной безопасности на объекте в режиме реального времени и автоматизации действий диспетчерских служб.
Уровень техники
Известна система контроля пожарной безопасности, патент РФ № 33248 от 10.10.2003, содержащая извещатели 1, групповые блоки 2, центральный прибор 3, предназначенный для приема и обработки данных о состоянии системы от извещателей и сигнализаторов, отображения информации о состоянии системы и пожароопасных ситуациях, выдачи сигналов тревоги, ввода команд управления системой, хранения информации о конфигурации системы, однако недостатком данной системы является то, что она не способна в реальном времени  спрогнозировать возможность полной эвакуации персонала и оценить удовлетворителен ли уровень пожарной безопасности на данном объекте в данный момент времени.
Наиболее близким аналогом к рассматриваемому изобретению является система для автоматизированного контроля пожаровзрывозащиты на сельскохозяйственном предприятии по переработке зерна, патент РФ № 2744835 от 16.03.2021, содержащая систему измерительных приборов, которая включает: датчики температуры, влажности и концентрации пыли в воздухе, показатели с этих датчиков поступают на блок сравнения нормативных показателей, обеспечивающих безопасность труда с показателями, характеризующие условия труда в реальном времени поступающих с блока базы данных нормативных показателей, обеспечивающих безопасность труда. Недостатком данной системы также является неспособность в реальном времени спрогнозировать возможность полной эвакуации персонала и оценить удовлетворителен ли уровень пожарной безопасности на данном объекте в данный момент времени.
Таким образом, заявленное изобретение решает проблему контроля состояния пожарной безопасности на объекте в режиме реального времени и информирования компетентных лиц в случае, если такое состояние неудовлетворительное.
Технический результат – обеспечение контроля состояния пожарной безопасности на объекте в режиме реального времени и информирование компетентных лиц в случае, если такое состояние неудовлетворительное, а также обеспечение поддержки принятия решений.
Технический результат достигается тем, что система мониторинга пожарной безопасности объекта в режиме реального времени, состоит из системы средств контроля и измерений, блока исходных данных, блока прогнозирования, блока принятия решений и АРМ с графическим интерфейсом пользователя, причём система контроля и измерений содержит измерительные и другие приборы, по меньшей мере такие как модуль сопряжения системы с приборами приемно-контрольными пожарными, модуль сопряжения системы с охранной и/или аварийной сигнализацией, камеры видеонаблюдения; блок прогнозирования выполнен с возможностью на основе показателей, поступающих из системы средств контроля и измерений через блок исходных данных в режиме реального времени, смоделировать сценарии пожара и возможность эвакуации людей с объекта; блок принятия решений связан с блоком прогнозирования и выполнен с возможностью признать текущее состояния пожарной безопасности объекта как неудовлетворительное, сигнализировать об этом компетентным лицам, по меньшей мере посредством  АРМ с графическим интерфейсом пользователя, предлагать способы повышения уровня пожарной безопасности объекта.
Система мониторинга пожарной безопасности содержит датчики и приборы, расположенные на территории объекта, показания которых являются основой для физико-математического моделирования возможности эвакуации людей средствами блока прогнозирования, что в свою очередь является одним из критериев для определения состояния пожарной безопасности объекта. Система имеет возможность проинформировать об неудовлетворительном состоянии объекта компетентные лица, как и на самом объекте, так и компетентные лица в органах МЧС и других структурах.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами фиг. 1, где показана схема системы мониторинга пожарной безопасности.
Ниже приведен пример осуществления изобретения:
Система мониторинга пожарной безопасности объекта в режиме реального времени содержит систему средств контроля и измерений 2.
Такая система 2 содержит измерительные и другие приборы (модули), отслеживающие показатели, влияющие на состояние пожарной безопасности,    и включает в себя: датчики протечки (фиксирует наличие жидкости в заданной области) 21, датчики контроля токов утечки 22 в контролируемой линии, датчики положения (открыт/закрыт) элементов 23 (таких как двери, окна, люки, шлюзы и др.), камеры видеонаблюдения 28 с возможностью работы со средствами анализа и обработки информации видеопотока в режиме реального времени, датчики ГЛОНАСС (GPS) 29, показывающие положение транспортных средств на объекте, модуль сопряжения системы с приборами приемно-контрольными пожарными 26, отвечающий за контроль состояния (исправен, сломан, отключен, количественные параметры контроля (если применимо) и др.) датчиков пожарной сигнализации (датчики дыма и др.) и противопожарной защиты (система дымоудаления, пожаротушения),  модуль сопряжения системы с охранной и (или) аварийной сигнализацией 27, отвечающий за контроль состояния датчиков сигнализации (исправен, сломан, отключен, количественные параметры контроля (если применимо) и др.), локальная метеостанция 24 (измеряет текущие метеорологические параметры атмосферы (температура, давления, сила ветра и др.), модуль сопряжения системы с автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП) 25 для получения всех количественных параметров технологического процессов и оборудования контроля АСУ ТП.
Система мониторинга пожарной безопасности объекта функционирует в следующих режимах: повседневной деятельности и повышенной угрозы.
Первоначально система функционирует в режиме повседневной деятельности.
Элементы системы связываются между собой либо проводным, либо комбинированным способом (проводной, беспроводной, радиосигнал).
Режим повседневной деятельности.
Показания датчиков и приборов, поступают в блок исходных данных 3. Блок исходных данных 3 содержит модуль обработки данных 31, модуль геопозиции 32, модуль преобразования 33, модуль с базой данных  наихудших значений 34, связанных между собой.
Модуль обработки данных 31 с видеокамер соединенный с камерами видеонаблюдения 28 и имеющий специальное ПО для определения количества людей на картинке в реальном времени. Модуль 31 получает видеопоток с каждой из камер и с помощью специального ПО определяет количество людей в поле зрения каждой из камер, соотносит это с каждой из камер и отправляет данные в модуль преобразования 33. При этом возможно использование камер со встроенным средством обработки видеопотока.  Модуль геопозиции 32, получает данные (координаты) от датчиков Глонас/GPS 29, расположенных в транспортных средствах на территории объекта, соотносит координаты с транспортным средством и передаёт данные в модуль преобразования 33.
В модуль преобразования 33 поступают показания датчиков и приборов (модулей) 21-27, а также данные из модулей 31 и 32 для преобразования формата данных датчиков и модулей в соответствующий единый формат и последующей передачи в блок прогнозирования 4. Также блок исходных данных содержит модуль с базой данных 34 наихудших значений для каждого из показателей. В случае если показания по каким-либо причинам должны были поступить в модуль 33, но не поступили, принимается их наихудшее значение из модуля с базой данных 34. В блок 3 показания поступают либо по проводному, либо беспроводному каналу связи.  Периодичность поступления может изменяться вручную в зависимости от специфики объекта и составлять от 1 секунды.  К числу обязательных для сбора данных относятся: показания состояний (исправности/работоспособности) системы пожарной сигнализации, системы оповещения и управления эвакуацией, показания модуля 31 подсчета количества людей.
Блок прогнозирования 4 содержит модуль 43 с базой данных геометрических размеров объекта и пожарной нагрузки материалов внутри объекта. База данных содержит сведения о размерах коридоров, помещений, выступов, лестниц и т. д; их расположение, карту объекта (возможно выполнение в виде трехмерной модели), а также о пожарной нагрузке материалов внутри объектов, по сути содержит информационную модель здания, отражающую фактические геометрические размеры и объемно-планировочные решения здания. Блок прогнозирования 4 также содержит модуль формирования сценариев развития пожара 41 и модуль моделирования эвакуации людей 42, связанных между собой и с модулем 43.
Поступившая показания из блока 3, в том числе, о метеоусловиях, о параметрах технологического процессов и оборудования (температура, давление, расположение, класс пожароопасности и др.), о токах утечки, состоянии пожарной сигнализации и противопожарной защиты, пожарной нагрузки материалов, сведения о расположениях и размерах элементов объекта позволяет модулю 41 сформировать сценарий развития пожара, на основе которого определяется возможное место возникновения пожара, значения опасных факторов пожара в каждой расчетной точке в данный момент времени.
На основе данных, полученных в модуле 41 и переданных в модуль 42, в модуле 42 происходит моделирование процесса эвакуации, если бы она началась прямо сейчас. Условия безопасной эвакуации людей рассчитываются для некоторых (заранее определенных) расчетных точках в здании и определяются выражением: произведение времени блокирования пути эвакуации в рассматриваемой точке и некоторого коэффициента безопасности должно быть больше, чем расчетное время эвакуации людей в рассматриваемой точке. Расчетные точки определяются заранее пользователем системы. Результатом работы модуля оценки условий безопасной эвакуации людей является набор данных, отражающих для каждой расчетной точки результат оценки условия безопасной эвакуации людей (выполнено/не выполнено), количественное значение людей, которые не успевают эвакуироваться (например, 10 человек) и количественные значения расчетного времени эвакуации людей в каждой расчетной точке (например, 45 секунд).
Модули 41 и 42 позволяют моделировать в динамической постановке сценарии развития пожара и эвакуации, учитывают количество людей и их распределение на объекте в данный момент, ближайшее расстояние до этих выходов, ширину проходов, работу систем сигнализации и пожаротушения, расположение транспорта, например загораживают ли машины аварийные выходы или подъезд пожарных машин, другие вышеописанные показатели. Моделирование эвакуации «прямо сейчас» происходит посредством расчёта исходных данных по физико-математическим моделям аварийных процессов базирующихся на известных, апробированных методиках, например, содержавшихся в приказе МЧС России от 30 июня 2009 года № 382 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности» или от 10.07.2009 N 404 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах», или других известных методиках.
р
i
Например, один из способов расчета времени эвакуации людей может заключается в следующем. Расчетное время эвакуации людей (t) определяется как сумма времени движения людского потока по отдельным участкам пути t по формуле:
где
t
1
- время движения людского потока на первом (начальном) участке, мин;
t
t
t
2
3
i
,,...,-время движения людского потока на каждом из следующих послепервого участка пути, мин.
t
1
Время движения людского потока по первому участку пути (), мин, вычисляется по формуле:
где
l
1
- длина первого участка пути, м;
v
D
1
, - значение скорости движения людского потока по пути на первом участке, определяется по справочным данным в зависимости от плотности людского потока , м/мин.
D
1
2
2
Плотность людского потока () на первом участке пути, м/м, вычисляется по формуле:
где
N
1
- число людей на первом участке, чел.;
f
2
- средняя площадь горизонтальной проекции человека, принимаемая равной в зависимости от контингента людей, м;
δ
1
, - ширина первого участка пути, м.
Таким образом, зная плотность людского потока на участке, определяется скорость его прохождения и, соответственно время эвакуации по данному участку. Для определения вышеприведенных параметров может быть использована упрощенно-аналитическая, имитационно-стохастическая, индивидуально-поточная или иная модель движения человека.
бл
Один из способов расчета времени блокирования пути эвакуации (t) является определение времени наступления одного из опасных факторов пожара в расчетной точке с помощью аналитических соотношений:
по повышенной температуре
,
по потере видимости
,
по пониженному содержанию кислорода
,
по каждому из газообразных токсичных продуктов горения
,
где
– размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;
0
t – начальная температура воздуха в помещении, °С;
n – показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во времени;
n
А – размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала и площадь пожара, кг/с;
Z – безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП по высоте помещения;
н
Q – низшая теплота сгорания материала, МДж/кг;
р
С – удельная изобарная теплоемкость газа, МДж/кг;
ϕ – коэффициент теплопотерь (принимается по данным справочной литературы, при отсутствии данных может быть принят равным 0,3);
η – коэффициент полноты горения (определяется по формуле П6.9);
3
V – свободный объем помещения, м;
a – коэффициент отражения предметов на путях эвакуации;
Е – начальная освещенность, лк;
пр
l – предельная дальность видимости в дыму, м;
m
2
D – дымообразующая способность горящего материала, Нп⋅м/кг;
L – удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг материала, кг/кг;
-3
3
-3
3
-6
3
СО2
СО
HCL
Х – предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг м (Х =0,11 кг/м; Х = 1,16⋅10 кг/м; Х=23⋅10 кг/м);
О2
L – удельный расход кислорода, кг/кг.
Таким образом, время блокирования пути эвакуации в точке определяется как минимальное из ранее определенных времен наступления опасных факторов пожара, а именно:
В тоже время, наступления критических значений опасных факторов пожара (время их наступления) может определяется с помощью интегрального, зонного, полевого либо иного метода моделирования развития пожара.
бл
В результате вычисления значения времени блокирования пути эвакуации (t) и расчетного времени эвакуации людей в заданной точке, производится их сравнение. В случае, если время блокирования пути эвакуации меньше чем расчетное время эвакуации, принимается что данный путь не безопасен для движения, и наоборот. Результаты этого сравнения передаются в блок принятия решений 5.
Модуль 42 блока 4 передаёт информацию в блок принятия решений 5, содержащий модуль оценки состояния пожарной безопасности 51 и модуль поддержки принятия решений 52, связанные друг с другом.
Модуль оценки состояния пожарной безопасности 51 объекта предназначен для определения текущего (в конкретный момент времени) состояния пожарной безопасности объекта. Состояние пожарной безопасности объекта определяется критерием, в состав которого входит два показателя: показатель «условия безопасной эвакуации людей внутри здания» (определенные в модуле 42) и показатель «требования пожарной безопасности». Показатель «требования пожарной безопасности» включает в себя набор организационно-технических мероприятий (например, проведена тренировка по пожарной безопасности, пути эвакуации захламлены и т.д.) на которые предусматривается ответ типа «Да/Нет». Ответ заносится в систему либо механическим способом через персональное устройство (мобильный телефон, персональный компьютер, АРМ, и т.д.) либо с помощью видеокамер со специальным программным обеспечением (искусственный интеллект), которые в автоматическом режиме могут идентифицировать выполнение/не выполнение мероприятия, либо путем комбинации данных способов.
После получения данных о двух ранее приведенных показателях, вычисляется критерий состояния пожарной безопасности объекта в текущий момент времени. Критерий вычисляется посредством модуля 51 по алгоритмам, заданных пользователем и/или нормативными документами.
Например, за каждый ответ типа «да/нет», попадания числовых значений в некоторые заданные диапазоны начисляются или вычисляются соответствующие баллы, тогда критерием состояния пожарной безопасности объекта в данном случае будет финальная сумма баллов. При этом возможны и блокирующие критерии, например, если пути эвакуации захламлены – «да» или условия безопасной эвакуации людей – «не выполнено», то критерию присваивается некоторое количество баллов, в независимости от других ответов.
S
Также, критерий пожарной безопасности здания () в текущий момент времени может быть определен другим способом, например выражением:
где:
p
i
n
n
i
– значение условия безопасной эвакуации в здании в расчетной точке, =1,…, , где  – количество участков в здании;
r
i
n
n
i
– значение показателя выполнения требований пожарной безопасности, =1,…, , где  – количество требований пожарной безопасности;
α, γ – весовые коэффициенты, регулирующие важность расчетных параметров.
S
Таким образом, в каждый момент времени определяется критерий пожарной безопасности здания (), характеризующий состояние его пожарной безопасности.
Затем данный критерий сравнивается с приемлемым критерием состояния пожарной безопасности для данного здания, установленных пользователем или нормативными документами. Результатом работы данного модуля является значение критерия оценки текущего состояния пожарной безопасности объекта. Если критерий удовлетворительный, об этом информируется пользователь системы, например посредством графического интерфейса АРМ, и модуль 51 даёт команду системе продолжить функционировать в режиме повседневной деятельности. Если критерий неудовлетворительный, то информация об этом, а также информация об условиях безопасной эвакуации (рассчитанные в блоке 4) и информация о показателе «требования пожарной безопасности» (полный перечень мероприятий с указанием выполнено/не выполнено) передается в модуль поддержки принятия решений 52, а также модуль 51 даёт команду системе функционировать в режиме повышенной угрозы.
Режим повышенной угрозы.
Данный режим характеризуется тем, что текущее состояния пожарной безопасности объекта неудовлетворительное и люди при текущих параметрах объекта не успеют эвакуироваться и (или) имеется угроза их жизни от опасных факторов.
Модуль поддержки принятия решений 52 предназначен для поиска мероприятий по повышению уровня пожарной безопасности объекта исходя из текущего значения критерия оценки состояния пожарной безопасности объекта и приведению его к приемлемому уровню. Поиск мероприятий осуществляется на основе данных об условиях безопасной эвакуации людей и выполнении тех или иных организационно-технических мероприятий.  Подбор мероприятий осуществляется из заранее подготовленного массива возможных мер по повышению пожарной безопасности.
Например, на основе текущего состояния, модуль 52 выбирает управленческое решение, направленное на повышение уровня пожарной безопасности на объекте, например, убрать машины загораживающие аварийный выход, удалить часть людей с объекта, расширить проходы, заменить неработающие системы пожаротушения и др.
Обязательным условием является проведение повторного определения условий безопасной эвакуации людей и вычисления критерия пожарной безопасности здания с помощью блока 4 для проверки эффективности решения.
Факт изменения состояния системы до режима повышенной угрозы и выбранное управленческое решение доводится до руководителя объекта (лица, ответственного за пожарную безопасность), через АРМ (Автоматизированное рабочее место) с графическим интерфейсом пользователя 1, который в свою очередь должен приступить к его реализации. Если решение реализовано и повторный расчет текущего состояния показал, что оно удовлетворительно, то система переходит в режим повседневной деятельности.
Если руководитель объекта (лица, ответственного за пожарную безопасность) не предпринимает никаких действий и критерий оценки состояния пожарной безопасности объекта находится на недопустимом уровне, например более чем 1 час, то информация об угрозе жизни людей на рассматриваемом объекте передается в территориальный орган МЧС России и (или) иное заинтересованное подразделение (сигнал может передаваться различными способами, например через кабель или радиосигналом, или через Интернет), возможно включение пожарной сигнализации.
В качестве блоков/модулей могут использоваться, сервера, компьютеры и другие различные программно-аппаратные комплексы.
Таким образом, вследствие постоянного моделирования эвакуации людей посредством блока прогнозирования 4 на основе данных, получаемых в режиме реального времени от датчиков и приборов (модулей) 21-29 системы средств контроля и измерений 2 и блока исходных данных 3, работе блока принятия решений 5 и средств информирования 1 обеспечивается контроль состояния пожарной безопасности на объекте в режиме реального времени и информирования компетентных лиц в случае, если такое состояние неудовлетворительное, а также обеспечивается поддержка принятия решений (предлагаются способы повышения уровня пожарной безопасности объекта исходя из текущего состояния пожарной безопасности).