firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2021.30.03.31-40firesmi-996Research ArticleМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММMATHEMATICAL MODELING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAM COMPLEXESВолновой алгоритм определения оптимального маршрута движения газодымозащитников в зданиях при пожарах и задымленияхThe wave algorithm used to determine the optimal indoor route for smoke divers in case of fire and fumigationhttps://orcid.org/0000-0002-6185-4312СтепановЕ. В.StepanovE. V.

Степанов Егор Владимирович, адъюнкт факультета подготовкинаучно-педагогических кадров

129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4

РИНЦ ID: 1001434

Egor V. Stepanov, Student of the Post-Graduate Course

Borisa Galushkina St., 4, Moscow, 129366

ID RISC: 1001434

stepanov9619@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5811-7397ТаракановД. В.TarakanovD V.

Тараканов Денис Вячеславович, д-р техн. наук, профессор кафедры пожарной тактики и основ аварийно-спасательных и других неотложных работ в составе учебно-научного комплекса «Пожаротушение» 

153040, Ивановская область, г. Иваново, пр-т Строителей, 33

РИНЦ ID: 587331

Denis V. Tarakanov, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Fire Tactics and Fundamentals of Emergency Rescue and Other Urgent Work as Part of the Educational and Scientific Complex Fire Fighting

Stroiteley pr., 33, Ivanovo Region, Ivanovo, 153040

ID RISC: 587331

den-pgs@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0921-4764ТопольскийН. Г.TopolskiyN. G.

Топольский Николай Григорьевич, д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры информационных технологий

129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4

РИНЦ ID: 114882

Nikolay G. Topolskiy, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Information Technology

Borisa Galushkina St., 4, Moscow, 129366

ID RISC: 114882

ntopolskii@mail.ruАкадемия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствийРоссияThe State Fire Academy of the Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination on Consequences of Natural DisastersRussian FederationИвановская пожарно-спасательная академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствийРоссияIvanovo fire and rescue Academy of the Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination on Consequences of Natural DisastersRussian Federation2021090720213033140Copyright © Степанов Е.В., Тараканов Д.В., Топольский Н.Г., 20212021Степанов Е.В., Тараканов Д.В., Топольский Н.Г.Stepanov E.V., Tarakanov D.V., Topolskiy N.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/996

Введение. Одной из основных задач информационно-аналитической поддержки газодымозащитников является маршрутизация их передвижения в здании. Технические возможности в виде развитых систем дистанционного мониторинга обеспечивают руководителя тушения пожара необходимой информацией о месте первоначального возникновения пожара, а существующий математический аппарат позволяет осуществить прогноз параметров его развития. Цель данной работы — разработка алгоритма определения оптимального маршрута движения газодымозашитников в здании для поддержки принятия управленческих решений на пожаре. Для достижения поставленной цели необходимо разработать теоретическую основу и произвести ее программную реализацию.Теоретические основы. В работе для моделирования движения газодымозащитников в здании использована теория клеточных автоматов. Применен клеточный автомат с окрестностью Мура. Для мониторинга параметров пожара использованы дифференциальные уравнения Колмогорова.Результаты и обсуждения. Для определения оптимального пути в здании разработан модифицированный волновой алгоритм. Использовано разработанное программное средство, позволяющее моделировать движение газодымозащитников. При выполнении математического моделирования применяются коэффициенты важности, учитывающие приоритетное значение параметров работы газодымозащитников при выполнении разных видов работ.Выводы. Результаты исследования дают основания считать, что разработанный алгоритм позволяет выявить оптимальный путь, тем самым давая лицу, принимающему решение о направлении звеньев газодымозащитной службы к месту проведения работ, возможность обоснованного выбора места ввода сил и средств, а также маршрута их движения внутри здания. 

Introduction. One of the main objectives, pursued by the information analysis support extended to smoke divers, is the preparation of indoor routes. Technical capabilities, represented by advanced remote monitoring systems, provide a fire extinguishing manager with the necessary information about the point of fire origin and mathematical tools allow to predict fire spreading characteristics. The goal of this work is to develop an algorithm for the preparation of an optimal indoor route for smoke divers to support management decisions in the event of fire. To achieve this goal, it is necessary to develop the theoretical framework and implement it in a software programme.Theoretical foundations. The theory of cellular automata is employed in this paper to simulate the routes of smoke divers inside a building. A cellular automaton with a Moore neighborhood is applied. We use differential equations, similar to the Kolmogorov equations, to monitor the fire parameters.Results and discussions. A modified wave algorithm was developed to determine the optimal indoor route. The software tool was applied to simulate the route of gas divers. Coefficients of importance were applied in the process of mathematical modeling; they took account of the prioritized work to be performed by smoke divers.Conclusions. The results of the study suggest that the algorithm allows to identify the optimal itinerary, thereby enabling the decision maker, responsible for sending teams of smoke divers to the work performance location, to make a reasonable choice of the point of entry for the personnel and machinery, as well as their itinerary inside the building.

оптимальный путьклеточный автоматинформационное обеспечениеуправлениемониторинг пожараoptimal routecellular automatoninformation supportmanagementfire monitoringReferencesПолехин П.В., Чебуханов М.А., Долаков Т.Б., Козлов А.А., Матюшин Ю.А., Фирсов А.Г. и др. Пожары и пожарная безопасность в 2019 году : статистический сборник. М. : ВНИИПО, 2020. С. 80.Polexin P.V., Chebuxanov M.A., Dolakov T.B., Kozlov A.A., Matyushin Yu.A., Firsov A.G. et al. Fires and fire safety in 2019: A statistical compilation. Moscow, VNIIPO Publ., 2020; 80. (rus).Теребнев В.В., Семенов А.О., Смирнов В.А., Тараканов Д.В. Анализ и поддержка решений при тушении крупных пожаров // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2010. Т. 19. № 9. С. 51–57. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=16902937.Terebnev V.V., Semenov A.O., Smirnov V.A., Tarakanov D.V. Analysis and support solutions that arise when putting out large fires. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2010; 19(9):51-57. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=16902937 (rus).Теребнев В.В., Семенов А.О., Тараканов Д.В. Теоретические основы принятия решений при управлении силами и средствами на пожаре // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2012. Т. 21. № 10. С. 14–17. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=18059941.Terebnev V.V., Semenov A.O., Tarakanov D.V. Decision making theoretical basis of management on fire. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2012; 21(10):14-17. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=18059941 (rus).Топольский Н.Г., Хабибулин Р.Ш., Рыженко А.А., Бедило М.В. Адаптивная система поддержки деятельности центров управления в кризисных ситуациях : монография. М. : Академия ГПС МЧС России, 2014. 151 с.Topolskiy N.G., Khabibulin R.Sh., Ryzhenko A.A., Bedilo M.V. Adaptive system of support of activities of crisis management centers : monograph. Moscow, State Fire Academy of Emercom of Russia Publ., Moscow, 2014; 151. (rus).Khorram-Manesh A., Berlin J., Carlström E. Two validated ways of improving the ability of decision-making in emergencies; results from a literature review // Bulletin of Emergency and Trauma. 2016. Vol. 4. Issue 4. Pp. 186–196.Khorram-Manesh A., Berlin J., Carlström E. Two validated ways of improving the ability of decision-making in emergencies; results from a literature review. Bulletin of Emergency and Trauma. 2016; 4(4):186-196.Minkin D.Yu., Sineshchuk Yu.I., Terekhin S.N., Yusherov K.S. A method of constructing a structured database of the typical objects of protection on the basis of cluster analysis // Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 2017. Vol. 95. Issue 20. Pp. 5331–5339.Minkin D.Yu., Sineshchuk Yu.I., Terekhin S.N., Yusherov K.S. Amethod of constructing a structured database of the typical objects of protection on the basis of cluster analysis. Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 2017; 95(20):5331-5339.Lauras M., Benaben F., Truptil S., Charles A. Event-cloud platform to support decision-making in emergency management // Information Systems Frontiers. 2015. Vol. 17. Issue 4. Pp. 857–869. DOI: 10.1007/s10796-013-9475-0Lauras M., Benaben F., Truptil S., Charles A. Event-cloud platform to support decision-making in emergency management. Information Systems Frontiers. 2015; 17(4):857-869. DOI: 10.1007/s10796013-9475-0Sanae Khali Issa, Abdellah Azmani, Benaissa Amami. Vulnerability analysis of fire spreading in a building using fuzzy logic and its integration in a decision support system // International Journal of Computer Applications. 2013. Vol. 76. Issue 6. Pp. 48–53. DOI: 10.5120/13255-0732Sanae Khali Issa, Abdellah Azmani, Benaissa Amami. Vulnerability analysis of fire spreading in a building using fuzzy logic and its integration in a decision support system. International Journal of Computer Applications. 2013; 76(6):48-53. DOI: 10.5120/13255-0732Hao Cheng, Hadjisophocleous G.V. The modeling of fire spread in buildings by Bayesian network // Fire Safety Journal. 2009. Vol. 44. Issue 6. Pp. 901–908. DOI: 10.1016/j.firesaf.2009.05.005Hao Cheng, George V. Hadjisophocleous. The modeling of fire spread in buildings by Bayesian network. Fire Safety Journal. 2009; 44(6):901-908. DOI: 10.1016/j.firesaf.2009.05.005Mehdi Ben Lazreg, Jaziar Radianti, Ole-Christoffer Granmo. Smart rescue: architecture for fire crisis assessment and prediction // Proceedings of the 12 International Conference on Information Systems for Crisis Response and Management (ISCRAM 2015) (Kristiansand, Norway, May 24–27, 2015). 7. URL: http://iscram2015.uia.no/wp-content/uploads/2015/05/1 (дата обращения: 01.02.2021).Mehdi Ben Lazreg, Jaziar Radianti, Ole-Christoffer Granmo. Smart rescue: architecture for fire crisis assessment and prediction. Proceedings of the 12th International Conference on Information Systems for Crisis Response and Management — ISCRAM 2015. Kristiansand, Norway, May 24-27. 2015; 7. URL: http:// iscram2015.uia.no/wp-content/uploads/2015/05/10-1.pdf (accessed: February 1, 2021).Топольский Н.Г., Тараканов Д.В., Баканов М.О. Многокритериальная модель мониторинга пожара в здании для управления пожарно-спасательными подразделениями. Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2018. Vol. 27(5). Pp. 26–33. DOI: 10.18322/ pvb.2018.27.5.26-33Topolskiy N.G., Tarakanov D.V., Bakanov M.O. Multi-criteria model for monitoring of fire in the building for managing fire-rescue subdivisions. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2018; 27(5):26-33. DOI: 10.18322/pvb.2018.27.5.26-33 (rus).Малинецкий Г.Г., Степанцов М.Е. Применение клеточных автоматов для моделирования движения группы людей // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2004. Т. 44. № 11. С. 2094–2098.Malineczkij G.G., Stepanczov M.E. Application of cellular automata for modeling the movement of a group of people. Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2004; 44(11):20942098. (rus).Топольский Н.Г., Тараканов Д.В., Степанов Е.В., Багажков И.В. Пространственная модель управления действиями поисково-спасательных подразделений при пожарах и задымлении // Современные проблемы гражданской защиты/Modern problems of civil protection. 2020. Т. 36. № 3. С. 47–52. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=43956593.Topolskiy N.G., Tarakanov D.V., Stepanov E.V., Bagazhkov I.V. Spatial model for managing the actions of search and rescue units during fires and smoke. Modern problems of civil protection. 2020; 36(3):47-52. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=43956593 (rus).Кабелев Н.А. Пожарная разведка: тактика, стратегия и культура. Екатеринбург : Калан, 2016. 348 с.Kabelev N.A. Fire intelligence: tactics, strategy, and culture. Ekaterinburg, Kalan Publ., 2016; 348. (rus).Гринченко Б.Б. Вероятностная оценка необходимого запаса воздуха в дыхательных аппаратах при работе на пожаре // Технологии техносферной безопасности. 2017. № 4 (74). С. 155–162. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32847853Grinchenko B.B. Probability estimation an required supply of air breathing apparatus at working on fire. Technology of Technosphere Safety. 2017; 4(74):155-162. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32847853 (rus).Присадков В.И., Муслакова С.В., Хатунцева С.Ю., Костерин И.В., Фадеев В.Е., Шамаев А.М. Расчетные оценки эффективности тушения пожара в очаге внутренним противопожарным водопроводом // Пожарная безопасность/Fire Safety. 2017. № 1. С. 49–53.Prisadkov V.I., Muslakova S.V., Hatuntseva S.Yu., Kosterin I.V., Fadeev V.E., Shamaev A.M. Design assessment of the efficiency of fire fighting in the seat by the in-building fire pipeline. Pozharnaya bezopasnost/Fire Safety. 2017; 1:49-53. (rus).Теребнев В.В. Расчет параметров развития и тушения пожаров. Екатеринбург : Калан, 2011. 460 с.Terebnev V.V. Calculation of fire development and extinguishing parameters. Methodology. Examples. Tasks. Yekaterinburg, Kalan Publ., 2011; 460. (rus).Lee E.W.M. Application of artificial neural network to fire safety engineering // Handbook on Decision Making. Intelligent Systems Reference Library / L.C. Jain, C.P. Lim (eds.). Berlin, Heidelberg : Springer, 2010. Vol. 4. Pp. 369–395. DOI: 10.1007/978-3-642-13639-9_15Lee E.W.M. Application of artificial neural network to fire safety engineering. Handbook on Decision Making. Intelligent Systems Reference Library ; L.C. Jain, C.P. Lim (eds.). Berlin, Heidelberg, Springer, 2010; 4:369-395. DOI: 10.1007/978-3-642-13639-9_15Lee E.W.M., Lau P.C., Yuen K.K.Y. Application of artificial neural network to building compartment design for fire safety // Intelligent Data Engineering and Automated Learning – IDEAL 2006. Lecture Notes in Computer Science / Corchado E., Yin H., Botti V., Fyfe C. (eds.). Berlin, Heidelberg : Springer, 2006. Vol. 4224. Pp. 265–274. DOI: 10.1007/11875581_32Lee E.W.M., Lau P.C., Yuen K.K.Y. Application of artificial neural network to building compartment design for fire safety. Intelligent Data Engineering and Automated Learning — IDEAL 2006. Lecture Notes in Computer Science ; E. Corchad, H. Yin, V. Botti, C. Fyfe (eds.). Berlin, Heidelberg, Springer, 2006; 4224:265-274. DOI: 10.1007/11875581_32Mendonça D., Beroggi G.E.G., van Gent D., Wallace W.A. Designing gaming simulations for the assessment of group decision support systems in emergency response // Safety Science. 2006. Vol. 44. Issue 6. Pp. 523–535. DOI: 10.1016/j.ssci.2005.12.006Mendonça D., Beroggi G.E.G., van Gent D., Wallace W.A. Designing gaming simulations for the assessment of group decision support systems in emergency response. Safety Science. 2006; 44(6):523-535. DOI: 10.1016/j.ssci.2005.12.006Joo-Young Lee, Joonhee Park, Huiju Park, Aitor Coca, Jung-Hyun Kim, Nigel A.S.T. et al. What do firefighters desire from the next generation of personal protective equipment? Outcomes from an international survey // Industrial Health. 2015. Vol. 53. Issue 5. Pp. 434–444. DOI: 10.2486/indhealth.2015-0033Joo-Young Lee, Joonhee Park, Huiju Park, Aitor Coca, Jung-Hyun Kim, Nigel A.S.T. et al. What do firefighters desire from the next generation of personal protective equipment? Outcomes from an international survey. Industrial Health, 2015; 53(5):434-444. DOI: 10.2486indhealth.2015-0033Scholz M., Gordon D., Ramirez L., Sigg S., Dyrks T., Beigl M. A concept for support of firefighter frontline communication // Future Internet. 2013. Vol. 5. Issue 2. Pp. 113–127. DOI: 10.3390/fi5020113Scholz M., Gordon D., Ramirez L., Sigg S., Dyrks T., Beigl M. A concept for support of firefighter frontline communication. Future Interne. 2013; 5(2):113-127. DOI: 10.3390/fi5020113Markus Scholz, Dawud Gordon, Leonardo Ramirez, Stephan Sigg, Tobias Dyrks, Michael Beigl. A concept for support of firefighter frontline communication // Future Internet. 2013. Vol. 5. Issue 2. Pp. 113–127. DOI: 10.3390/fi5020113Markus Scholz, Dawud Gordon, Leonardo Ramirez, Stephan Sigg, Tobias Dyrks, Michael Beigl. A concept for support of firefighter frontline communication. Future Internet. 2013; 5(2):113-127. DOI: 10.3390fi5020113Xing Zhi-xiang, Gao Wen-li, Zhao Xiao-fang, Zhu De-zhi. Design and implementation of city fire rescue decision support system // Procedia Engineering. 2013. Vol. 52. Pp. 483–488. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.02.172.Xing Zhi-xiang, Gao Wen-li, Zhao Xiao-fang, Zhu De-zhi. Design and implementation of city fire rescue decision support system. Procedia Engineering. 2013; 52:483-488. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.02.172

The authors declare that there are no conflicts of interest present.