Математическое обеспечение комплекса задач "Автоматизированная система документооборота учреждения"

2.2 Обоснование проектных решений

2.2.1 Математическая модель применяемого метода

Ниже приведен разработанный алгоритм процесса индексирования документа:

Присвоение документу уникального идентификатора, внесение в файл идентификаторов

Определение формата документа

Определение кодировки документа

Перевод текста в «плоский» формат

Определение единицы поиска

Выделение отдельных слов

Выделение отдельных предложений

Обработка буквы «ё»

Исключение из запроса шумовых слов

Составление (пополнение) индекса определенного формата (рис. 2.1)

Слово	id документа, номер слова, номер слова
	id документа, номер слова, номер слова

Рис. 2.1 - Формат индекса

При индексировании нового документа в уже существующий индекс напротив слов добавляется идентификатор нового документа и номера данного слова в нем. При этом идентификаторы документов сортируются в соответствии с количеством вхождений слова в документ.

Таким образом, приведенный выше алгоритм обеспечивает составление единого индекса для всех индексируемых документов, что существенно уменьшает объем занимаемого индексами дискового пространства, а также уменьшает время, затрачиваемое на поиск документа.

Блок-схема алгоритма индексирования приведена на рис. 2.2.

Теперь коснемся процесса обработки запроса. Ниже приведен разработанный алгоритм процесса обработки запроса:

Определение кодировки запроса

Обработка буквы «ё»

Исключение из запроса шумовых слов

Проверка основ слов

Сортировка ответа по убыванию компактности вхождений слов в текст (в рамках ранжирования по релевантности)

Формализованное описание модели

В модели информационного потока вообще можно выделить несколько основных понятий: словарь, документ, поток и процедуры поиска и коррекции запросов.

Под словарем понимают упорядоченное множество терминов, мощность которого обозначают как D.

Документ - это двоичный вектор размерности D. Если термин входит в документ, то в соответствующем разряде этого двоичного вектора проставляется 1, в противном же случае - 0. Обычно все операции в линейной модели индексирования и поиска документов выполняются над поисковыми образами документов, но при этом их как правило называют просто документами.

Информационный поток или массив L представляют в виде матрицы размерности NxD, где в качестве строк выступают поисковые образы N документов. При таком рассмотрении можно сформулировать процедуру обращения к информационной системе следующим образом:

L x q = r; (2.1)

где q - вектор запроса, r - отклик системы на запрос.

Это традиционное определение процедуры поиска документов в ИПС, которое ввел Солтон в 1977 году. Оно было введено для решения проблемы автоматического индексирования документов, но оказалось чрезвычайно полезным и для описания процедуры поиска.

Существуют и другие определения процедуры обращения пользователя к системе, но для описания работы распределенных ИПС в интернете больше подходит определение Солтона - в подавляющем большинстве этих систем применяются информационно-поисковые языки типа "Like This". Данный подход хорошо известен как вычисление мер близости "документ-запрос".

В современных распределенных ИПС Internet реально используются только 6 мер близости. При этом наиболее часто в качестве меры близости рассматривают определение Солтона, например, системы RBSE и WAIS, и его же улучшенную меру близости - системы WebCrawler и Lycos.

Начало применению запросов типа "Like This" положила система WAIS. Именно в ней был впервые сформулирован отказ от использования традиционных информационно-поисковых языков булевого типа и было заявлено о переносе центра тяжести информационного поиска на языки, основанные на вычислении меры близости "документ-запрос". Основная причина такого подхода - желание снять с пользователей заботу по формулированию запросов на информационно-поисковых языках и дать им возможность использовать обычный естественный язык. Ради справедливости следует отметить, что от запросов на естественном языке практически сразу отказались. Система просто проводила нормализацию лексики и удаляла из списка терминов запроса общие и стоп-слова. Тем самым практически один в один выполнялись условия линейной модели индексирования и поиска. После этой процедуры система вычисляла меру близости по выражению и в соответствии с полученными значениями ранжировала информационный массив. Практически все ИПС в интернете устроены по этому принципу. Единственным исключением является применение более сложных мер близости.

Коррекция запросов по релевантности

Другим важным способом улучшения качества поиска в информационно-поисковых системах Internet стала процедура коррекции запроса по релевантности. Пионером здесь также выступила система WAIS. Пользователю предоставлялась возможность отметить документы, которые являлись релевантными его запросу. После этого запрос расширялся терминами этих документов и снова вычислялось выражение (2.1) для поисковых образов документов всего массива. В рамках линейной модели индексирования и поиска эта процедура может быть также выражена через матричные выражения.

В литературе по информационному поиску часто можно встретить термин "профиль", который относят к запросам пользователей. Но информационный профиль или тематический профиль имеется и у информационной системы. Наиболее просто тематический профиль системы материализуется в виде классификации, которая применяется в данной системе или рубрикаторе. Не исключение и информационные системы интернета, в которых профиль играет еще и роль навигационного средства, позволяющего получить доступ непосредственно к набору документов, попадающих в тот или иной раздел классификации. При этом многие системы интернета имеют несколько профилей, которые могут быть соотнесены с фасетной классификацией.

Естественно, что при таком положении дел в моделях, предназначенных для описания работы ИПС так же должно быть введено понятие профиля и выявлена его актуальность для информационного поиска.

Определим операцию расширения запроса как:

LT x r0 = q1 (2.2)

В данном выражении LT - это транспонированная матрица L. Однако, это не совсем точно. Обычно пользователь не использует свое право отметки релевантных документов и только их термины используются в расширенном запросе или получают больший вес перед терминами других документов. Поэтому в выражение (2.2) надо ввести еще матрицу - F, призванную учитывать фактор пользователя.

LT x Fk-1 x rk-1 = qk (2.3)

L x qk = rk;

Как видно из (2.3) матрицы Fk-1 составляют систему фильтров пользователя, при помощи которых он корректирует свой запрос. Эти фильтры имеют в реальных системах конкретную интерпретацию. Так в WAIS и Lycos пользователь просто помечает релевантные документы. В этом случае фильтры превращаются в диагональные матрицы, которые в релевантных документах имеют главную диагональ с единицами, а в нерелевантных - с нули. Но, в общем случае, на диагонали можно размещать и веса релевантности. Эти фильтры могут быть и недиагональными. В этом случае пользователь будет взвешивать документы не только самостоятельно, но и с учетом их связи с другими документами массива, как релевантными, так и нерелевантными, например с учетом его гипертекстовых связей. Но в любом случае совершенно естественно предположить, что система предпочтений пользователя в течение одной сессии работы с ИПС остается неизменной, иначе пользователь просто не знает, что же он в самом деле ищет. Тогда все фильтры одинаковы и не изменяются от шага к шагу:



F0 = F1 = F2 =... = Fk-1 = Fk = F (2.4)

В конечном итоге, если пользователь просто переберет все документы массива, то можно составить диагональную матрицу, например, состоящую из нулей и единиц.

Процесс коррекции запроса не бывает бесконечным. Обычно он завершается, когда пользователь устает просматривать найденные документы, и приходит к выводу, что нашел искомое, либо действительно больше нет новых релевантных документов. В принципе, даже при прямом просмотре, второй результат является концом процедуры поиска информации. Это значит, что начиная с некоторого вектора отклика этот самый отклик не изменяется:

(L x LT x F) x rk-1 = rk; (2.5)

(A x F) x r = lr:rk = lrk-1.

Из (2.5) следует, что процесс коррекции запросов по релевантности должен сходиться к собственному вектору матрицы ( L x LT x F). Если при этом пользователь хочет добиться максимального различия документов по степени релевантности, которая фактически определяется значениями компонентов вектора r, тогда речь идет о собственном векторе при максимальном собственном числе. Аналогичный результат можно получить и для набора терминов, которые характеризуют информационную потребность пользователя.

Однако, кроме профилей пользователя при моделировании взаимодействия пользователя и информационной системы. Существенную играет роль сам информационный массив, а точнее набор информационных образов документов массива, скажем, в ранжировании документов по степени релевантности. А именно об этом и идет речь в линейной модели индексирования и поиска информации. Чем ближе оказываются документы к информационной потребности пользователя, тем проще структура матрицы F. Идеальный случай, если эта матрица будет единичной - тогда пользователь вообще не нуждается в ручной коррекции, а система сама проранжирует все документы. Приведенная трактовка процедуры коррекции запроса и профиля информационной системы имеет аналоги в других методах анализа информационных потоков. Если надо различить какие-либо группы пользователей по их тематике с применением некоторой информационной структуры, то можно прибегнуть к факторному анализу статистики посещения страниц. В этом случае главные компоненты будут задаваться собственными векторами корреляционной матрицы, которая позволяет определить направление максимального разброса показателей посещений, что соответствует собственному вектору при максимальном собственном числе.

2.3 Программная реализация

В данном разделе описывается программа, реализующая изложенные выше алгоритмы индексирования и обработки запроса.

2.3.1 Выбор средств программирования

Для написания программы была выбрана интегрированная система программирования Borland C++ Builder 6.0 и объектно_ориентированный язык C++, так же использовался компилятор С++ 5.02 фирмы Borland и язык программирования С++. Эти средства позволяют создавать прикладные программы, предназначенные для работы на ПЭВМ IBM PC AT под управлением оболочки Windows 95 и более поздних версий, а так же операционной системы Windows NT и использующие общепринятые для Windows элементы пользовательского интерфейса. Программы такого типа в настоящее время признаны в качестве стандарта ПП, поскольку наиболее широко распространены, удобны для пользователей и не требуют долгого их обучения. Предпочтение было отдано системе Borland C++ Builder благодаря тому, что она позволяет программисту очень быстро и удобно разрабатывать пользовательский интерфейс. Это свойство особенно ценно из-за того, что, как показывает практика, работа над интерфейсом занимает бльшую часть (до 80%) времени создания ПП. Еще одним преимуществом выбранной системы является высокая (по сравнению со многими другими средствами программирования) эффективность генерируемого компилятором кода, что весьма существенно для данного ДП, т.к. в нем применяется метод, требующий большого количества вычислений.

2.3.2 Описание программного продукта

Программа индексирования и поиска документов имеет следующие функциональные возможности:

индексирование документов заранее, в режиме off-line

быстрое пополнение индекса в режиме on-line

реализация поиска по комбинациям слов

запоминание координат слов в документах

сортировка найденных документов по компактности вхождения слов

ранжирование найденных документов по их релевантности

выделение форматов

выделение кодировак

правильная обрабатка буквы «ё»

выделение предложений

наличие списка шумовых слов

2.3.3Разработка программной документации

В документацию к ПП на КЗ “Автоматизированная система документооборота учереждение” входят тексты исходных модулей программы. Программная документация на КЗ “Автоматизированная система документооборота учреждение” разработана в соответствии с требованиями ГОСТ 19.301-76, ГОСТ 19.503-79 и ГОСТ 19.504-79.

2.3.4 Результаты опытной эксплуатации КЗ “Система документооборота учреждения” и технические предложения по ее развитию

Опытная эксплуатация разработанного МО КЗ и ПП показала, что он соответствует требованиям ТЗ на данный комплекс и решает поставленную перед ним задачу.

В большинстве случаев удаётся проинтерпретировать главные компоненты и построить на их базе требуемые оценки.

Для того чтобы подтвердить эффективность разработанного алгоритма, были проведены испытания, дающие определенное представление о скорости и качестве поиска при использовании различных средств поиска.

Для испытаний использовался ПК с процессором Pentium - 166MMX, RAM 64 Mb, HDD Quantum Fireball TM 2,1 GB и операционной системой MS Windows NT 4.0 Workstation. Массив данных для поиска: 273 файла в 54 каталогах, общим объемом 53,5 Mb.

Испытываемые средства поиска:

Windows NT Server Explorer;

Medialingua Text Pilot (программа смыслового поиска документов "Следопыт" российской компании "Медиалингва");

"Евфрат 99", система автоматизации делопроизводства компании Cognitive Technologies.

Программа, реализующая алгоритм, предложенный в данном дипломном проекте.

Для составления запроса использовались слова "поиск", все словоформы которого содержат исходное слово и "автоматизация", не обладающее этим свойством.

Полученные результаты:

Время поиска: 30, 15, 13 и 9 секунд соответственно. Количество обнаруженных документов: для слова "поиск" - 34 документа для каждого средства поиска, для слова "автоматизация" - 2, 16, 18 и 22 документов соответственно.

Проведенное исследование не претендует на абсолютную объективность. Тем не менее, очевидно, что применение предложенного алгоритма существенно увеличивает эффективность поиска.

Выявлены следующие недостатки разработки (большинство из которых предполагалось заранее):

недостаточная релевантность документов в ответе на запрос, объясняющаяся необходимость дополнительной настройки стоп-словарей и словарей основ;

Для устранения вышеперечисленных недостатков требуется донастроить программный продукт под область деятельности заказчика и повысить компьютерную грамотность персонала учреждения.

Выводы по главе 2

В данной главе решены следующие задачи:

1. Выполнена постановка задачи на разработку КЗ “Реализация функций поиска и архивации информации в системе документооборота учереждения”

2. Рассмотрены преимущества полнотекстовой индексации документов как основа для математического аппарата решения поставленной задачи и разработана математическая модель, реализующая выбранный алгоритм индексации документов.

3. Разработано математическое и программное обеспечение КЗ “Реализация функций поиска и архивации информации в системе документооборота учереждения”. Программная документация содержит 237 строк исходного кода Visual C++.

4. Разработанный математический аппарат признан пригодным для автоматизации проводимых в министерстве работ по повышению эффективности функционирования учереждения.

В перспективе возможно применение разработанных методов и построенных моделей в других учреждениях Российской Федерации.



ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ

3.1 Деловая игра по курсу "Гражданская оборона"

3.1.1 Постановка задачи и ее спецификация

Гражданская оборона страны - составная часть системы общегосударственных оборонных мероприятий, проводимых в мирное и военное время в целях защиты населения и народного хозяйства от оружия массового поражения и других современных средств нападения противника, а также для спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ в очагах поражения и зонах катастрофических разрушений в результате стихийных бедствий.

Задачи, решаемые гражданской обороной, определяют принципы ее организационного построения. Гражданская оборона организуется по территориально-производственному принципу, что позволяет при необходимости обеспечить использование в своих интересах людских и материальных ресурсов для успешного решения задач с наименьшим отрывом людей от их производственной деятельности. Производственный принцип заключается в организации ГО на каждом предприятии или объекте. При территориально - производственном принципе построения формирований гражданской обороны полную ответственность за организацию и состояние ГО, за постоянную готовность ее сил и средств к проведению спасательных и аварийно-восстановительных работ несет начальнику гражданской обороны объекта - руководитель предприятия. Поэтому система гражданской обороны тесно связана со всей структурой науки и производства.

Эффективность функционирования формирований и служб гражданской обороны определяется степенью подготовки и уровнем специальных навыков персонала, в первую очередь инженерно-технических работников как руководителей подразделений и служб в структуре ГО.

Происшествия на объектах, связанных с работой с радиоактивными материалами а также авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г. показали необходимость поддержания высокого уровня подготовленности формирований ГО и готовности к ликвидации последствий аварий, отчего зависит спасение жизни людей нескольких поколений и сохранение значительных материальных ценностей.

Повышение профессионального уровня личного состава формирований гражданской обороны может обеспечиваться своевременным проведением учебно-подготовительных, тренировочных и контрольных занятий.

Большую помощь в этом может оказать применение современных средств обучения, автоматизации и, в частности, электронно-вычислительной техники. Это позволит значительно повысить эффективность и качество обучения при одновременном снижении времени и материальных затрат (например, за счет применения обучающих, тестирующих и имитирующих программ для ЭВМ вместо занятий на материальной части и тренировок на объектах).

3.1.2 Характеристика воздействия ядерного оружия

Поражающее действие ядерного взрыва определяется механическим воздействием ударной волны, тепловым воздействием светового излучения, радиационным воздействием проникающей радиации и радиоактивного заражения. Для некоторых элементов объектов поражающим фактором является электромагнитное излучение (электромагнитный импульс) ядерного взрыва.

Распределение энергии между поражающими факторами ядерного взрыва зависит от вида взрыва и условий, в которых он происходит. При взрыве в атмосфере примерно 50 % энергии взрыва расходуется на образование ударной волны, 30-40 % - на световое излучение, до 5 % - на проникающую радиацию и электромагнитный импульс и до 15 % - на радиоактивное заражение.

Для нейтронного взрыва характерны те же поражающие факторы, одна ко несколько по-иному распределяется энергия взрыва: 8-10 % - на образование ударной волны, 5-8 % - на световое излучение и около 85 % расходуется на образование нейтронного и гамма-излучений (проникающей радиации).

Действие поражающих факторов ядерного взрыва на людей и элементы объектов происходит не одновременно и различается по длительности воз действия, характеру и масштабам поражения.

Ударная волна - это область рез кого сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. В зависимости от среды распространения различают ударную волну в воздухе, в воде или грунте (сейсмовзрывные волны).

Ударная волна в воздухе образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, где исключительно высокая температура, а давление достигает миллиардов атмосфер (до 105 млрд. Па). Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давления и плотности и нагревают до высокой температуры. Эти слои воздуха приводят в движение последующие слои. И так сжатие и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от центра взрыва, образуя воздушную ударную волну. Расширение раскаленных газов происходит в сравнительно малых объемах, поэтому их действие на более заметных удалениях от центра ядерного взрыва становится воздушная ударная волна. Вблизи центра взрыва скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает, а ударная волна ослабевает; на больших удалениях ударная волна переходит, по существу, в большую акустическую волну и скорость ее распространения приближается к скорости звука в окружающей среде, т.е. к 340 м/с. Воздушная ударная волна при ядерном взрыве средней мощности проходит примерно 1000 м за 1,4 с, 2000 м - за 4 с, 3000 м - за 7 с, 5000 м - за 12 с. Отсюда следует, что человек, увидев вспышку ядерного взрыва, за время до прихода ударной волны, может занять ближайшее укрытие (складку местности, канаву, кювет, простенок и т.п.) и тем самым уменьшить вероятность поражения ударной волной.

Механическое воздействие ударной волны

Характер разрушения элементов объекта (предметов) зависит от нагрузки, создаваемой ударной волной, и реакции предмета на действие этой нагрузки. Сведения о вероятных разрушениях зданий, сооружений, транспорта, оборудования и энергетических сетей в зависимости от избыточного давления во фронте ударной волны даны в табл. 26, 27.

Общую оценку разрушений, вызванных ударной волной ядерного взрыва, принято давать по степени тяжести этих разрушений. Для большинства элементов объекта, как правило, рассматриваются три степени:

слабое разрушение,

среднее разрушение,

сильное разрушение.

Для жилых и промышленных зданий берется обычно четвертая степень - полное разрушение. При слабом разрушении, как правило, объект не выходит из строя; его можно эксплуатировать немедленно или после незначительного (текущего) ремонта. Средним разрушением обычно называют разрушение главным образом второстепенных элементов объекта. Основные элементы могут деформироваться и повреждаться частично. Восстановление возможно силами предприятия путем проведения среднего или капитального ремонта. Сильное разрушение объекта характеризуется сильной деформацией или разрушением его основных элементов, в результате чего объект выходит из строя и не может быть восстановлен.

Применительно к гражданским и промышленным зданиям степени разрушения характеризуются следующим состоянием конструкции.

Слабое разрушение. Разрушаются оконные и дверные заполнения и легкие перегородки, частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью. Находиться в здании безопасно и оно может эксплуатироваться после проведения текущего ремонта.

Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш и встроенных элементов внутренних перегородок, окон, а также в возникновении трещин в стенах, обрушении отдельных участков чердачных перекрытий и стен верхних этажей. Подвалы сохраняются. После расчистки и ремонта может быть использована часть помещений нижних этажей. Восстановление зданий возможно при проведении капитального ремонта.

Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, образованием трещин в стенах и деформацией перекрытий нижних этажей. Использование помещений становится невозможным, а ремонт и восстановление чаще всего нецелесообразным.

Полное разрушение. Разрушаются все основные элементы здания, включая и несущие конструкции. Использовать здания невозможно. Подвальные помещения при сильных и полных раз рушениях могут сохраняться и после разбора завалов частично использоваться.

Наибольшие разрушения получают наземные здания, рассчитанные на собственный вес и вертикальные на грузки, более устойчивы заглубленные и подземные сооружения. Здания с металлическим каркасом средние разрушения получают при 20-40 кПа, а полные - при 60-80 кПа, здания кирпичные - при 10-20 и 30-40, здания деревянные - при 10 и 20 кПа соответственно. Здания с большим количеством проемов более устойчивы, так как в первую очередь разрушаются заполнения проемов, а несущие конструкции при этом испытывают меньшую на грузку. Разрушение остекления в зданиях происходит при 2-7 кПа.

Объем разрушений в городе зависит от характера строений, их этажности и плотности застройки. При плотности застройки 50 % давление ударной волны на здания может быть меньше (на 20-40 %), чем на здания, стоящие на открытой местности, на таком же расстоянии от центра взрыва. При плотности застройки менее 30 % экранирующее действие зданий незначительно и не имеет практического значения.

Энергетическое, промышленное и коммунальное оборудование может иметь следующие степени разрушений.

Слабые разрушения: деформации трубопроводов, их повреждения на стыках; повреждения и разрушения контрольно-измерительной аппаратуры; повреждение верхних частей колодцев на водо-, тепло- и газовых сетях; отдельные разрывы на линии электропередач (ЛЭП); повреждения станков, требующих замены электропроводки, приборов и других поврежденных частей.

Средние разрушения: отдельные разрывы и деформации трубопроводов, кабелей; деформации и повреждения отдельных опор ЛЭП; деформация и смещение на опорах цистерн, разрушение их выше уровня жидкости; повреждения станков, требующих капитального ремонта.

Сильные разрушения: массовые разрывы трубопроводов, кабелей и разрушения опор ЛЭП и другие раз рушения, которые нельзя устранить при капитальном ремонте.

Наиболее стойки подземные энергетические сети. Газовые, водопроводные и канализационные подземные сети разрушаются только при наземных взрывах в непосредственной близости от центра при давлении ударной волны 600-1500 кПа. Степень и характер разрушения трубопроводов зависят от диаметра и материала труб, а также от глубины прокладки. Энергетические сети в зданиях, как правило, выходят из строя при разрушении элементов застройки. Воздушные линии связи и электропроводок получают сильные разрушения при 80-120 кПа, при этом линии, проходящие в радиальном направлении от центра взрыва, повреждаются в меньшей степени, чем линии, проходящие перпендикулярно к направлению распространения ударной волны.

Станочное оборудование предприятий разрушается при избыточных давлениях 35-70 кПа. Измерительное оборудование - при 20-30 кПа, а наиболее чувствительные приборы могут повреждаться и при 10 кПа и даже 5 кПа. При этом необходимо учитывать, что при обрушении конструкций зданий также будет разрушаться оборудование.

Для гидроузлов наиболее опасными являются надводный и подводный взрывы со стороны верхнего бьефа. Наиболее устойчивые элементы гидроузлов - бетонные и земляные плотины, которые разрушаются при давлении более 1000 кПа. Наиболее слабые - гидрозатворы водосливных плотин, электрическое оборудование и различные надстройки.

Степень разрушений (повреждений) транспортных средств зависит от их положения относительно направления распространения ударной волны. Средства транспорта, расположенные бортом к направлению действия ударной волны, как правило, опрокидываются и получают большие повреждения, чем машины, обращенные к взрыву передней частью. Загруженные и закрепленные средства транспорта имеют меньшую степень повреждения. Более устойчивы ми элементами являются двигатели. Например, при сильных повреждениях двигатели автомашин повреждаются незначительно, и машины способны двигаться своим ходом.

Наиболее устойчивы к воздействию ударной волны морские и речные суда и железнодорожный транспорт. При воздушном или надводном взрыве повреждение судов будет происходить главным образом под действием воз душной ударной волны. Поэтому повреждаются в основном надводные части судов - палубные надстройки, мачты, радиолокационные антенны и т. д. Котлы, вытяжные устройства и другое внутреннее оборудование повреждаются затекающей внутрь удар ной волной. Транспортные суда получают средние повреждения при давлениях 60-80 кПа. Железнодорожный подвижной состав может эксплуатироваться после воздействия избыточных давлений: вагоны - до 40 кПа, тепловозы - до 70 кПа (слабые разрушения).

Самолеты - более уязвимые объекты, чем остальные транспортные средства. Нагрузки, создаваемые избыточным давлением 10 кПа, достаточны для того, чтобы образовались вмятины в обшивке самолета, деформировались крылья и стрингеры, что может привести к временному снятию с полетов.

Воздушная ударная волна также действует на растения. Полное повреждение лесного массива наблюдается при избыточном давлении, превышающем 50 кПа (0,5 кг с/см2). Деревья при этом вырываются с корнем, ломаются и отбрасываются, образуя сплошные завалы. При избы точном давлении от 30 до 50 кПа (0,3-0,5 кг с/см2) повреждается около 50 % деревьев (завалы также сплошные), а при давлении от 10 до 30 кПа (0,1-0,3 кг с/см2) - до 30 % деревьев. Молодые деревья более устойчивы к воздействию ударной волны, чем старые и спелые.

Методика оценки воздействия поражающих факторов ядерного взрыва

Основные поражающие факторы, которые представляют главную опасность для наземных объектов, - ударная волна, световое излучение, вторичные поражающие факторы и радиоактивное заражение. Для некоторых объектов необходимо учитывать воз действие проникающей радиации и электромагнитного импульса ядерного взрыва. Воз действие электромагнитного импульса в основном представляет опасность для предприятии, имеющих антенные устройства, большой протяженности линий связи и линии электропередач, а также электронные системы.

В качестве критериев оценки физической устойчивости приняты:

при воздействии ударной волны - избыточные давления, при которых элементы производственного комплекса не разрушаются (не повреждаются) или получают такие повреждения или разрушения (слабые и средние разрушения), при которые они могут быть восстановлены в короткие сроки;

при воздействии светового излучения - максимальные значения световых импульсов, при которых не происходит загорание материалов, сырья, оборудования, зданий и сооружений;

при воздействии вторичных факторов поражения - избыточные давления, при которых происходящие раз рушения и повреждения не приводят к авариям, пожарам, взрывам, затоплениям, опасному заражению местности и атмосферы, т. е. к поражению людей и выходу из строя средств производства.

Оценка физической устойчивости объекта производится последовательно по воздействию каждого поражающего фактора, а также вторичных факторов поражения. Эта оценка включает:

определение видов поражающих факторов, воздействие которых воз можно на объект, и их параметров;

воздействие ударной волны на элементы объекта;

возможность возникновения пожаров;

воздействие вторичных поражающих факторов;

общие выводы, (заключением по физической устойчивости объекта к воздействию поражающих факторов возможного ядерного взрыва.

Определение физической устойчивости элементов объекта производится по избыточным давлениям во фронте ударной волны от 5 кПа (0,05 кгс/см2) и кончая давлением, разрушающим данный элемент. Одновременно учитывается воздействие светового излучения и вторичных факторов поражения. Если имеются данные о предполагаемом виде, мощности, месте ядерного взрыва и метеорологических условиях, то параметры поражающих факторов могут быть рассчитаны. Пример такого расчета приведен в приложении 3.

Объекты в силу различного назначения, профиля и специализации отличаются друг от друга по конструкции зданий и сооружений, составу оборудования, и технологической оснастке. Вместе с тем следует считать, что для всех промышленных объектов методика оценки устойчивости их работы при воздействии поражающих факторов ядерного взрыва может быть едина. Имеющиеся же особенности н различия в элементах производства каждого объекта должны учитываться при проведении конкретных расчетов.

Методика оценки воздействия ударной волны. Действие ударной волны на объект характеризуется сложным комплексом нагрузок: избыточным давлением, давлением отражения, давлением скоростного напора, давлением затекания, нагрузкой от сейсмовзрывных волн и т. д. Значение их зависит в основном от вида и мощности взрыва, расстояния до объекта, конструкции и размеров элементов объекта, ориентации относительно направления на взрыв, места расположения зданий и сооружений в общей застройке объекта и отдельных элементов производства в помещениях зданий, рельефа местности и некоторых других факторов.

Учесть их в совокупности для каждого элемента объекта, как правило, невозможно. Поэтому сопротивляемость элементов действию ударной волны принято характеризовать избыточным давлением во фронте ударной волны. Иными словами, считают, что значения избыточных давлений, вызывающих одни и те же степени разрушения элементов, практически не зависят от мощности и высоты наиболее вероятных ядерных взрывов.

Определение степени разрушения или повреждения элементов объекта при воздействии ударной волны про изводится в следующем порядке:

1. Изучаются исходные данные и определяются параметры ударной волны.

2. Для установленных значений избыточных давлений оценивается степень разрушения рассматриваемых элементов.

3. Одновременно с непосредственным разрушающим действием ударной волны оценивается возможность возникновения вторичных факторов поражения.

4. ПО степени разрушения слабого элемента, объекта определяется, степень разрушения объекта в целом.

Исходными данным и для оценки физической устойчивости являются: конструктивные особенности элемента, его форма; вес элемента (оборудования, прибора); габариты (длина, ширина, высота, диаметр и т. п.), прочностные характеристики и другие необходимые сведения для оценки сопротивляемости элемента воздействию механических нагрузок.

Оценка степени разрушений зданий и сооружений, защитных сооружений ГО, энергетического оборудования и сетей, станочного и технологического оборудования, измерительной аппаратуры, средств связи и оповещения, транспортных и. других средств может производиться методами: сравнения имеющихся справочных данных для рассматриваемого вида или аналогичного ему элемента; расчета воздействия ударных нагрузок и сил смещения на элемент.

Метод расчета предусматривает определение динамических нагрузок, создаваемых избыточным давлением во фронте ударной волны, и реакцию элемента на эти нагрузки.

Сравнительная оценка сопротивляемости действию ударной волны элементов объекта проводится на основе анализа справочных данных. Они составлены по источникам иностранной литературы на основании статистических данных, по лученных при анализе разрушений в городах Хиросима и Нагасаки, а так же экспериментальных исследований. Справочные данные могут пополняться сведениями, полученными в результате расчетов при конструировании новых элементов.

Степень разрушений зданий, оборудования, трубопроводов, линий связи в зависимости от избыточного давления во фронте ударной волны оценивалась методом сравнения, степень разрушения блоков программных устройств к станкам - методом расчета: определялись возможные механические нагрузки, создаваемые ударной волной, и устанавливался характер повреждения блоков при воздействии этих нагрузок.

В процессе оценки характера раз рушения каждого элемента и цеха, в целом определяют возможность образования вторичных факторов поражения, определяется степень разрушения цеха (объекта) в целом.

Оценка возможности возникновения пожаров на объекте. Возможность возникновения очагов воспламенения и горения устанавливается по данным возгораемости материалов; вторичным факторам поражения, вызванным воздействием ударной волны (разрушение печей, газопроводов, порывы и пробои электропроводки, кабелей и т. п.).

3.1.3 Разработка рекомендаций по защите

Проникающая радиация - один из поражающих факторов ядерного взрыва, представляющий собой гамма-излучение и поток нейтронов, испускаемых в окружающую среду из зоны ядерного взрыва. Кроме гамма-излучения и потока нейтронов, выделяются ионизирующие излучения в виде альфа- и бета-частиц, имеющих малую длину свободного пробега, вследствие чего их воздействием на людей и материалы пренебрегают. Время действия проникающей радиации не превышает 10-15 с с момента взрыва.

Основные параметры, характеризующие ионизирующие излучения, - доза и мощность дозы излучения, поток и плотность потока частиц.

Ионизирующая способность гамма-лучей характеризуется экспозиционной дозой излучения. Единицей экспозиционной дозы гамма-излучения является кулон на килограмм (Кл / кг). Согласно стандарту, кулон на килограмм - экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучений, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия на 1 кг сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в 1 кулон электричества каждого знака. В практике в качестве единицы экспозиционной дозы применяют несистемную единицу рентген (Р). Рентген - это такая доза (количество энергии) гамма-излучения, при поглощении которой в 1 см3 сухого воздуха (при температуре 0 С и давлении 760 мм рт. ст.) образуется 2,083 миллиарда пар ионов, каждый из которых имеет заряд, равный заряду электрона. 1Р = 2,58 * 10-4 Кл/кг; 1 Кл/кг = 3876 Р или 1 Кл/кг 3900 Р. Дозе 1Р соответствует поглощение 1 г воздуха 88 эрг энергии (8,8 х 10-3 Дж/кг), а 1 г биологической ткани - 93 эрг (9,3 * 10-3 Дж/кг).

Единица мощности экспозиционной дозы - ампер на килограмм (А/кг), рентген в секунду (Р/с) и рентген в час (Р/ч). Ампер на килограмм равен мощности экспозиционной дозы, при которой за время, равное одной секунде, сухому атмосферному воздуху передается экспозиционная доза кулон на килограмм:

1 Р/с = 2,58 * 10-4 А/кг; 1 А/кг = 3876 Р/с или 1 А/кг = 3900 Р/с = 14 * 106 Р/ч; 1 Р/ч = 7,167 * 10-8 А/кг.

Процесс ионизации атомов нейтронами отличен от процесса ионизации гамма-лучами. Поток нейтронов измеряется числом нейтронов, приходящихся на квадратный метр поверхности, - нейтрон/м2. Плотность потока - нейтрон/(м2 * с).

Степень тяжести лучевого поражения главным образом зависит от поглощенной дозы. Для измерения поглощенной дозы любого вида ионизирующего излучения установлена единица - грэй (Гр); в практике применяется внесистемная единица - рад. Грэй равен поглощенной дозе излучения, соответствующей энергии 1Дж ионизирующего излучения любого вида, переданной облучаемому веществу массой 1 кг. Для типичного ядерного взрыва один рад соответствует потоку нейтронов (с энергией превышающей 200 эВ) порядка 5 * 1014 нейтрон/м2: 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 10000 зрг/г.

Распространяясь в среде, гамма-излучение и нейтроны ионизируют ее атомы и изменяют физическую структуру веществ. При ионизации атома и молекулы клеток живой ткани за счет нарушения химических связей и распада жизненно важных веществ погибают или теряют способность к дальнейшей жизнедеятельности.

Поражение людей и животных проникающей радиацией. При воздействии проникающей радиации у людей и животных может возникнуть лучевая болезнь. Степень поражения зависит от экспозиционной дозы излучения, времени, в течение которого эта доза получена, площади облучения тела, общего состояния организма. Экспозиционная доза до 50-80 Р, полученная за первые четверо суток, не вызывает поражения и потери трудоспособности у людей, за исключением некоторых изменений крови. Экспозиционная доза в 200-300 Р, полученная за короткий промежуток времени ( до четырех суток), может вызвать у людей средние радиационные поражения, но такая же доза, полученная в течение нескольких месяцев, не вызывает заболевания. Здоровый организм человека способен за это время частично вырабатывать новые клетки взамен погибших при облучении.

При установлении допустимых доз излучения учитывают, что облучение может быть однократным или многократным. Однократным считается облучение, полученное за первые четверо суток. Облучение, полученное за время, превышающее четверо суток, является многократным. При однократном облучении организма человека в зависимости от полученной экспозиционной дозы различают четыре степени лучевой болезни.

Лучевая болезнь первой (легкой) степени возникает при общей экспозиционной дозе излучения 100 - 200 Р. Скрытый период может продолжаться две-три недели, после чего появляется недомогание, общая слабость, чувство тяжести в голове, стеснение в груди, повышение потливости, может наблюдаться периодическое повышение температуры. В крови уменьшается содержание лейкоцитов. Лучевая болезнь первой степени излечима.

Лучевая болезнь второй (средней) степени возникает при общей экспозиционной дозе излучения 200 - 400 Р. Скрытый период длится около недели. Лучевая болезнь проявляется в более тяжелом недомогании, расстройстве функций нервной системы, головных болях, головокружениях, вначале часто бывает рвота, понос, возможно повышение температуры тела; количество лейкоцитов в крови, особенно лимфоцитов, уменьшается более чем наполовину. При активном лечении выздоровление наступает через 1,5 - 2 месяца. Возможны смертельные исходы - до 20%.

Лучевая болезнь третьей (тяжелой) степени возникает при общей экспозиционной дозе 400 - 600 Р. Скрытый период - до нескольких часов. Отмечают тяжелое общее состояние, сильные головные боли, рвоту, понос с кровянистым стулом, иногда потерю сознания или резкое возбуждение, кровоизлияния в слизистые оболочки и кожу, некроз слизистых оболочек в области десен. Количество лейкоцитов, а затем эритроцитов и тромбоцитов резко уменьшается. Ввиду ослабления защитных сил организма появляются различные инфекционные осложнения. Без лечения болезнь в 20 - 70% случаев заканчивается смертью, чаще от инфекционных осложнений или от кровотечений.

При облучении экспозиционной дозой более 600 Р развивается крайне тяжелая четвертая степень лучевой болезни, которая без лечения обычно заканчивается смертью в течение двух недель.

Лучевые болезни у животных развиваются при экспозиционных дозах: 150 - 250 Р -- легкой степени, 250 - 400 Р -- средней степени, 400 - 600 Р -- тяжелой степени.

Радиационные повреждения. При воздушных (приземных) и наземных ядерных взрывах плотности потоков (дозы) проникающей радиации на тех расстояниях, где ударная волна выводит из строя здания, сооружения, оборудование и другие элементы производства, в большинстве случаев для объектов являются безопасными. Но с увеличением высоты взрыва все большее значение в поражении объектов приобретает проникающая радиация. При взрывах на больших высотах и в космосе основным поражающим фактором становится импульс проникающей радиации.

Проникающая радиация может вызывать обратимые и необратимые изменения в материалах, элементах радиотехнической, электротехнической, оптической и другой аппаратуры. В космическом пространстве эти повреждения могут наблюдаться на расстояниях десятков и сотен километров.

Необратимые изменения в материалах вызываются нарушениями структуры кристаллической решетки вещества вследствие возникновения дефектов (в неорганических и полупроводниковых материалах), а также в результате прохождения различных физико-химических процессов. Такими процессами являются: радиационный нагрев, происходящий вследствие преобразования поглощенной энергии проникающей радиации в тепловую; окислительные химические реакции, приводящие к окислению контактов и поверхностей электродов; деструкция и “сшивание” молекул в полимерных материалах, приводящие к изменению физико-механических и электрических параметров; газовыделения и образование пылеобразных продуктов, которые могут вызвать вторичные факторы воздействия (взрывы в замкнутых объемах, запыление отдельных деталей приборов и т.д.). В результате радиационного захвата нейтронов возможно образование примесей радиоактивных веществ. В процессе распада образовавшихся радиоактивных ядер происходит радиационное излучение, которое может оказывать воздействие на электрические параметры элементов и схем, а также затруднять ремонт и эксплуатацию аппаратуры. Наиболее опасны по вторичному излучению изделия, изготовленные из материалов, содержащих бор, марганец, кадмий, индий, серебро и др.

Обратимые изменения, как правило, являются следствием ионизации материалов и окружающей среды. Они проявляются в увеличении концентрации носителей тока, что приводит к возрастанию утечки тока, снижению сопротивления в изоляционных, полупроводниковых, проводящих материалах и газовых промежутках. Обратимые изменения в материалах, элементах и аппаратуре в целом могут возникать при мощностях экспозиционных доз 1000 Р/с. Проводимость воздушных промежутков и диэлектрических материалов начинает существенно увеличиваться при мощностях доз 10 000 Р/с и более.

Проникающая радиация, проходя через различные среды (материалы), ослабляется. Степень ослабления зависит от свойств материалов и толщины защитного слоя. Нейтроны ослабляются в основном за счет столкновения с ядрами атомов. Вероятность процессов взаимодействия нейтронов с ядрами количественно характеризуется эффективным сечением взаимодействия и зависит главным образом от энергии нейтронов и природы ядер мишени.

Энергия гамма-квантов при прохождении их через вещества расходуется в основном на взаимодействие с электронами атомов. Поэтому степень их ослабления практически обратно пропорциональна плотности материала.

Защитные свойства материалов характеризуются слоем половинного ослабления, при прохождении которого интенсивность гамма-лучей или нейтронов уменьшается в два раза.

Если защитная преграда состоит из нескольких слоев разлмчных материалов, например грунта, бетона и дерева, то подсчитывают степень ослабления для каждого слоя в отдельности и результаты перемножают:

К = 2 h/dпол; Косл = К1 * К2 *... * Кn

где К - коэффициент ослабления одного защитного слоя преграды (материала); Косл - общий коэффициент защиты преграды, состоящей из n-го количества слоев различных материалов; h - толщина слоя материала; dпол - толщина слоя материала, ослабляющего излучение в два раза, см.

Толщина слоя половинного ослабления для нейтронного излучения определяется по справочным данным, для гамма-излучения может быть вычислена по плотности материала:

dпол = 23 /

где - плотность материала, г/см3; 23 см - слой воды (плотность 1 г/см3), ослабляющей гамма-излучения в два раза.

Защитные сооружения ГО надежно обеспечивают защиту людей от проникающей радиации. Расчет защитных свойств этих сооружений производится по гамма-излучению, так как доза гамма-излучения значительно выше дозы нейтронного излучения, а слои половинного ослабления для строительных материалов приблизительно одинаковы.

На объектах, оснащенных электронной, электротехнической и оптической аппаратурой, следует предусматривать меры по защите этой аппаратуры от воздействия проникающей радиации. Повышение радиационной стойкости аппаратуры может быть достигнуто путем:

применения радиационностойких материалов и элементов;

создания схем малокритичных к изменениям электрических параметров элементов, компенсирующих и отводящих дополнительные токи, выключающих отдельные блоки и элементы на период воздействия ионизирующих излучений;

увеличения расстояния между элементами, находящимися под электрической нагрузкой, снижения рабочих напряжений на них;

регулирования тепловых, электрических и других нагрузок;

применения различного рода заливок, не проводящих ток при облучении;

размещения на объектах специальных защитных экранов или использования элементов конструкций объекта для ослабления действия ионизирующих излучений на менее радиационностойкие детали.

Определение режимов защиты. Под режимом защиты понимается порядок применения средств и способов защиты людей, предусматривающий максимальное уменьшение возможных экспозиционных доз излучения и наиболее целесообразные их действия в зоне радиоактивного заражения.

Режимы защиты для различных уровней радиации и условий производственной деятельности, пользуясь расчетными формулами, определяют заранее, т.е. до радиоактивного заражения территории.

Определение допустимой продолжительности пребывания людей на зараженной местности:

5Pвхtвх - 5Pвыхtвых

D = ------------------ Dзад ;

Косл

Рвых = Рвх (tвых/tвх)-1,2; tвых = tвх + T,

получаем зависимость:

Dзад * Kосл

T = f (------------; tвх)

Pвх

где Dзад - заданная экспозиционная доза излучения; Pвх - уровень радиации к моменту входа на зараженный участок; tвх и tвых - время, прошедшее после взрыва до момента входа и выхода соответственно; T - продолжительность облучения. На основании этой зависимости составляют различного рода таблицы.

Например, для рабочих и служащих, использующих для защиты убежища с коэффициентом ослабления Косл 1000 при уровне радиации через 1 ч после взрыва 240 Р/ч соответствует режим защиты, согласно которому работы на объектах прекращаются и люди находятся в убежищах 6 ч. По истечении 6 ч работа восстанавливается и продолжается посменно.

Для облегчения решения задач по оценке радиационной обстановки для уровней радиации от десятков до тысяч рентген в час разрабатываются возможные режимы проведения работ для каждого объекта, которые оформляют в виде таблиц и графиков и используют их для принятия решений в условиях заражения.

3.2 Автоматизированная система по курсу «Экология и охрана труда»

3.2.1 Постановка задачи и ее спецификации

В процессе труда человек подвергается воздействию большого числа факторов, различных по своей природе и характеру воздействия, которые влияют на его здоровье и работоспособность. Обязательным условием для сохранения здоровья работающих и обеспечения высокой производительности труда является соответствие трудовой деятельности свойствам и возможностям человека, исключение воздействия опасных и вредных производственных факторов. Это достигается при помощи систем законодательных актов, социально - экономических, организационных, технических и профилактических мероприятий и средств охраны труда (ОТ).

ОТ - это система законных актов, мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

Основная задача обучения в высших учебных заведениях по курсу ОТ - дать студентам теоретическую основу для осуществления мероприятий ОТ на объектах народного хозяйства. Компьютеризация всех сфер народного хозяйства предоставляет широкие возможности по использованию средств вычислительной техники в сфере обучения и, в частности, на кафедре "Охрана труда". Возникает потребность в разработке АРС (Автоматизированной расчетной системы), одним из возможных применений которой является использование ее студентами при выполнении лабораторных работ по курсу "Охрана труда". Предполагается, что студент предварительно знакомиться со справочной информацией по работе, получая необходимые сведения о цели работы, составе входных и выходных параметров, а также о методике расчета. После этого студент производит необходимые измерения и вводит данные в систему, которая выдает рассчитанные значения параметров.