Алгоритм расчета и построения формы площади пожара в соответствии с тактической моделью расчета

Введение. Управление боевыми действиями по тушению пожаров требует учета множества факторов, включая форму и размер площади пожара. В оперативной деятельности подразделений пожарной охраны используются упрощенные методы, такие как тактическая модель расчета площади пожара, которая, однако, сложна для реализации в программном обеспечении, особенно применительно к объектам со сложной конфигурацией ограждающих конструкций.

Цели и задачи. Цель работы — получение знаний в области разработки алгоритмов, реализующих тактическую модель расчета формы и площади пожара. Задачи включают анализ существующих методов, раз­работку алгоритма с учетом времени развития пожара, конфигурации ограждающих конструкций и влияния пожарных стволов, а также создание инструмента для автоматизации расчетов.

Материалы и методы. В основе алгоритма — модифицированный алгоритм Ли, применяемый для моделирования распространения огня в дискретном пространстве. Учитывается линейная скорость распространения огня, зависящая от времени развития пожара и подачи пожарных стволов. Разработан метод опционального перехода от круглой к прямоугольной форме пожара при достижении стен и учет влияния стволов на развитие пожара.

Результаты и обсуждение. Алгоритм показал высокую точность (99 %) в построении формы пожара. Переход к прямоугольной форме при достижении стен соответствует тактической модели. Учет пожарных стволов позволяет моделировать их влияние на развитие пожара. Сравнение с геометрическим методом показало различия в площади пожара менее 1 %. Основные достоинства: соответствие правилам расчетов, применимость к объектам любой сложности, наглядность, учет влияния стволов. Недостатки: неточности контура зоны горения и ускорение развития пожара в сужающихся стенах.

Выводы. Алгоритм эффективен для моделирования площади пожара в соответствии с тактической моделью. Подтверждена гипотеза о возможности использования модифицированного алгоритма Ли. Для дальнейшего развития рекомендуется кроссплатформенная реализация, оптимизация быстродействия и дополнительные эксперименты. Подход применим для прогнозирования оперативной обстановки на объектах различного назначения.

1. Теребнев В.В. Пожарно-тактические расчеты. Екатеринбург : ООО «Издательство «Калан», 2017. 104 с.

2. Anderson J., Sjostrom J., Temple A., Charlier M., Dai X., Welch S. еt al. FDS simulations and modelling efforts of travelling fires in a large elongated compartment // 15th International Interflam Conference. London, UK, 2019. Рр. 2085–2094. URL: https://www.researchgate.net/publication/337180149_FDS_simulations_and_modelling_efforts_of_travelling_fires_in_a_large_elongated_compartment

3. Малютин О.С. Проблемы использования принятого в пожарной тактике метода построения прогнозируемой площади пожара // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2016. № 1. C. 7–13. URL: http://vestnik.sibpsa.ru/wp-content/uploads/2016/v1/7-13.pdf

4. Матюшин А.В., Порошин А.А., Матюшин Ю.А., Бобринев Е.В., Кондашов А.А. Проектирование размещения подразделений пожарной охраны в населенных пунктах с использованием геоинформационных технологий // Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza. 2013. № 3 (31). С. 81–86. DOI: 10.12845/bitp.31.3.2013.9. EDN SBOQIR.

5. Разливанов И.Н. Математическое моделирование процессов развития и пожаротушения в условиях ограниченности сил и средств : автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб., 2009. 185 c. URL: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_004256340

6. Субачев С.В., Субачева А.А. Имитационное моделирование развития и тушения пожаров в системе подготовки специалистов противопожарной службы // Прикладная информатика. 2008. № 4 (16). С. 27–37. EDN JVIGMN.

7. Малютин О.С., Хабибулин Р.Ш. Алгоритм построения прогнозируемой площади пожара в тактической модели с использованием теории графов // Проблемы техносферной безопасности : мат. III Междунар. науч.-­практ. конф. молодых ученых и специалистов. М. : Академия ГПС МЧС России, 2014. № 3. С. 67–69. EDN KEQYWC.

8. Малютин О.С. Объектно-информационное моделирование оперативно-тактических действий // Проб­лемы техносферной безопасности : мат. IV Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов-2015. М. : Академия ГПС МЧС России, 2015. № 4. С. 466–469. EDN MRPNJA.

9. Малютин О.С., Елфимова М.В., Мельник А.А., Батуро А.Н. Перспективы развития системы ГраФиС как системы поддержки принятия управленческих решений при тушении пожаров // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. 2018. № 1 (26). С. 71–78.

10. Lee C.Y. An Algorithm for Path Connections and Its Applications // IRE Transactions on Electronic Computers. 1961. No. 3 (10). Рр. 346–365. DOI: 10.1109/TEC.1961.5219222

11. Матвеев Ю.Н., Чернышов Л.О. Модификация алгоритма фронтального моделирования последствий аварийных выбросов на основе эмпирико-статистического подхода // Программные продукты и системы. 2024. № 1 (37). С. 95–104. DOI: 10.15827/0236-235X.145.095-104. EDN QTAEND.

12. Albini F.A. A Model for Fire Spread in Wildland Fuels by-Radiation // Combustion Science and Technology. 1985. No. 5 (42). Рр. 229–258. DOI: 10.1080/00102208508960381

13. Encinas A.H., White S.H., del Rey A.M., Sánchez R. Modeling forest fire spread using hexagonal cellular automata // Applied Mathematical Modelling. 2007. No. 31 (6). Рр. 1213–1227. DOI: 10.1016/j.apm.2006.04.001

14. Li F., Zhu Q., Riley W.J., Zhao L., Xu L., Yuan K. еt al. AttentionFire_v1.0: interpretable machine learning fire model for burned area predictions over tropics // Geoscientific Model Development. 2023. No. 3 (16). Рр. 869–884. DOI: 10.5194/gmd-2022-195

15. Riatma G.P., Yuniarno E.M., Nugroho S.M.S. Closed Room Fire Propagation Modelling Using Multiple State Variables Cellular Automata // 2018 International Conference on Computer Engineering, Network and Intelligent Multimedia (CENIM), Surabaya, Indonesia. 2018. Рр. 204–207. DOI: 10.1109/CENIM.2018.8711360

16. Liebert A., Palani A., Rensmeyer T., Breuer M., Niggemann O. CNN-based Temperature Dynamics Approximation for Burning Rooms // IFAC-PapersOnLine. 2004. No. 4 (58). Рр. 420–425. DOI: 10.1016/j.ifacol.2024.07.254

17. Govindarajan J., Ward M., Barnett J. Visualizing simulated room fires, Proceedings Visualization ‘99 (Cat. No. 99CB37067). San Francisco, CA, USA, 1999. Рр. 475–565. DOI: 10.1109/VISUAL.1999.809936

18. Serón F.J., Gutiérrez D., Magallón J, Ferragut L., Asensio M.I. The evolution of a WILDLAND forest FIRE FRONT // The Visual Computer. 2005. No. 21. Рр. 152–169. DOI: 10.1007/s00371-004-0278-7

19. Малютин О.С. Прогнозирование возможной площади пожара с применением клеточных автоматов // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2018. № 2 (9). C. 24–28. EDN XTXQGD.

20. Breukelaar R., Bäck Th. Using a genetic algorithm to evolve behavior in multi dimensional cellular automata: emergence of behavior // Proceedings of the 7th annual conference on Genetic and evolutionary computation (GECCO05). New York, NY, USA : ACM, 2005. Рр. 107–114. DOI: 10.1145/1068009.1068024

21. Соколов С.В., Субачев С.В. Имитационная система моделирования развития и тушения пожара в здании и разработка на ее основе тренажера по организации тушения пожаров // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2008. № 2. С. 102–106. EDN JTFQEV.