К постановке задачи создания интеллектуальной системы управления процессами тушения лесных пожаров

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Петрозаводский государственный университет

К постановке задачи создания интеллектуальной системы управления процессами тушения лесных пожаров

И.Р. Шегельман

Л.В. Щеголева

Аннотация: показаны перспективность создания интеллектуальной системы управления процессами тушения лесных пожаров и роботизации таких процессов. Особое внимание уделено необходимости оснащения интеллектуальными устройствами членов лесопожарных расчетов..

Ключевые слова: интеллектуальная система, лесные пожары, пожарные расчеты, роботизация, тушение.

Лесные пожары являются основной причиной повреждения и гибели лесов на значительных площадях. Ежегодно в России происходит более 18 тыс. лесных пожаров [1]. В результате лесных пожаров ежегодно в Российской Федерации гибнет около 1 млн. га леса [2].

Прогнозируемое глобальное изменение климата может привести к увеличению частоты лесных пожаров, расширению ареала их распространения и долгосрочной деградации лесорастительных условий [3 - 4].

В связи с этим в России [4 - 5] и др. и за рубежом [6 - 7] и др. идет активные поиск новых методов и техники для предупреждения и тушения лесных пожаров.

Например, из проанализированных нами российских изобретений для защиты от лесных пожаров на изобретения размещенных на сайте ФИПС в 2014-2015 гг. (http://www.fips.ru/cdfi/Fips2009.dll/Query) шесть патентов посвящено способам установления месторасположения лесного пожара и контроля пожарной опасности; восемь - способам и конструкциям для тушения лесного пожара. тушение лесной пожар интеллектуальный

Необходимо отметить, что выявление инновационных методов и техники для защиты от лесных пожаров невозможно без использования современных систем управления технологическими процессами и информационными потоками [8 - 9], использования интеллектуальных систем, а на дальнейшем этапе - роботизация процессов мониторинга, предупреждения и тушения лесных пожаров. Возможность решения последней задачи подтверждается интенсивно ведущимися в России и за рубежом работами по созданию роботов (дронов) многофункционального и тактического назначения, включая создание беспилотных летательных средств [10]. Роботизированные вертолеты могут выполнять задачи мониторинга, видеонаблюдения, картографирования, транспортировки грузов в условиях опасных для жизни пилота, монтажа и строительства, и т. д. [11].

Борьба с лесными пожарами при помощи пожарных расчетов подразумевает территориальное рассредоточение пожарных вдоль фронта пожара. Важным элементом успешности борьбы является оперативная координация действий пожарных в условиях постоянно изменяющейся внешней среды. Вербальные средства связи не всегда обеспечивают оперативность принятия решений. Возникает необходимость в более точных и быстрых способах обмена информацией и принятия оперативного и оптимального решения. Т. е. координации действий территориально распределенных членов группы, решающих общую задачу. В перспективе возможна замена пожарного-человека на пожарного-робота, тогда задача автономного принятия решения и управления действиями роботов становится неотъемлемой.

На первом этапе рассмотрим пожарный расчет, каждый член которого оснащен специализированным интеллектуальным устройством. Устройство включает блок сенсоров, блок управления и блок связи с другими устройствами. Блок сенсоров предназначен для сбора информации внешней среде, включая информацию о состоянии пожара (динамики ликвидации/распространения пожара) и средств пожаротушения. Это могут быть датчики температуры, скорости ветра, система глобального позиционирования, датчик уровня воды в емкости и другие. Блок управления предназначен для обработки информации, поступающей от датчиков, обработки информации, поступающей от других устройств через блок связи, и формирования управляющих команд, сообщающих пожарному рекомендуемую последовательность действий с точки зрения достижения общей цели локализации и ликвидации пожара.

Такую систему устройств можно классифицировать как однородную группу, действующую в недетерминированной динамической среде, решающую задачу локализации и тушения лесного пожара в условиях противодействия окружающей среды [12].

В процессе тушения пожара интеллектуальное устройство обменивается данными с другими аналогичными устройствами остальных членов пожарного расчета и решает задачу координации пожарных в условиях изменения как внешней среды, т.е. успешности действий по тушению пожара, так и с учетом расхода ограниченных средств пожаротушения каждого участника пожарной команды.

Решение задачи координации действий может быть реализовано посредством центрального управления или распределенного управления. В случае центрального управления выделяется одно центральное интеллектуальное устройство, которое собирает все данные, оценивает сложившуюся ситуацию, решает задачу выбора оптимальных действий для каждого члена расчета и передает команды управления на все остальные устройства. В этом подходе блок связи каждого интеллектуального устройства обменивается информацией только с центральным устройством. А блок управления решает только простейшие задачи первичной обработки данных и передачи команд пожарному. Самая сложная задача по выработке оптимального решения возлагается на центральное устройство. В случае распределенного управления интеллектуальные устройства обмениваются информацией попарно, а принятием оптимального решения каждое интеллектуальное устройство занимается самостоятельно.

В целом для решения задачи координации действий необходимо в первую очередь сформировать модель, описывающую состояние внешней среды - пожара, на основе показаний системы датчиков, и построить сценарии или модели оптимального поведения пожарного расчета в зависимости от состояния внешней среды. Разработанные по этим моделям алгоритмы будут составлять ядро блока управления интеллектуального устройства.

Литература

Лесные пожары. URL: rosleshoz.gov.ru/forest_fires/

Гришин, A.M. Математические модели лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука, 1992. 408 с.

Abaimov, А.Р., Zyryanova, О.А, Prokushkin, S.G., Koike, Т., Matsuura, Y. Forest Ecosystems of the Cryolithic Zone of Siberia; Regional Features, Mechanisms of Stability and Pyrogenic Changes // Eurasian J. For. Res. 2000. № l. Pp. l-10.

Клюев, Г.В. Некоторые особенности машинизации тушения лесных пожаров // Наука и бизнес: пути развития. 2013. № 3 (21). С. 37-40.

Клюев, Г.В. Прикладные особенности проектирования лесопожарной техники // Resources and Technology. 2012. Т. 9. № 1. С. 18-021.

Paatero, J., Vesterbacka, К., Makkonen, U., Kyllonen, К., Hellen, H., Hatakka, J., Anttila, P. Resuspension of radionuclides into the atmosphere due to forest fires // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2009. Pp. 473-476.

Rothermal, R.C. How to predict the spread and intensity of forest and range fires // USDA Service, Intermountain research station, General Technical Report. 1983. Ogden, Utah (USA). 161 p.

Казаков, Н.В., Абузов, А.В. Автоматизированные системы управления процессами промышленного лесопользования // Инженерный вестник Дона, № 2, 2014 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2426

Perminov, V. Mathematical Modeling of Large Forest Fire Initiation // Proceedings of the 6th WSEAS International Conference on Fluid Mechanics (Fluids'09), Recent Advances in Fluid mechanics, Ningbo(China), January 10-12. 2009. Pp. 69-73.

Фиговский, О. Инновационный инжиниринг - путь к реализации оригинальных идей и прорывных технологий // Инженерный вестник Дона, № 1, 2014. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2014/2321#top

Кульченко, А.Е. Структурно-алгоритмическая организация автопилота робота-вертолета // Инженерный вестник Дона, № 1, 2011. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2011/330

Каляев, И.А., Гайдук, А.Р., Капустян, С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: Физматлит. 2009. С. 280.

Размещено на Allbest.ru