Еволюційні моделі та методи аналізу і оптимізації рівня пожежної безпеки житлових об"єктів - Автореферат

Аналіз статистичних даних вказує на те, що 75 % пожеж відбувається в житловому секторі. Після кожної пожежі складають опис, який містить більше ста кількісних та нечислових значень. Необхідність створення системи протипожежного моніторингу житлових об?єктів, мінімізації часу проїзду до місця пожежі, зменшення кількості помилок особового складу при гасінні пожеж та розробки процедур оптимального розподілу наявних ресурсів зумовлюють необхідність створення автоматизованих систем для підтримки прийняття управлінських рішень, а також визначають актуальність дисертаційного дослідження. визначити принципи та розробити структуру інформаційно-аналітичного забезпечення, призначеного для оцінки рівня пожежної безпеки, інформаційно-консультативного супроводження процесів пожежогасіння, прогнозування наслідків майбутніх пожеж та оптимізації кадрового складу. У дисертаційному дослідженні вперше формалізована і розвязана задача розробки моделей та методів аналізу і оптимізації рівня пожежної безпеки житлових об?єктів на базі використання ідей, принципів та структурних елементів еволюційного моделювання, що дозволило одержати теоретичні та практичні результати, які характеризують новизну дослідження і особистий внесок автора, зокрема: вперше: запропоновано модель та розвязано задачу ідентифікації оцінки рівня пожежної безпеки житлових обєктів на основі врахування композиції внутрішніх та зовнішніх факторів, що дозволило проводити адекватні профілактичні та попереджувальні заходи;Встановлено, що зростання кількості пожеж і кількості загиблих на них людей в Україні, а також обмеженість ресурсного забезпечення пожежних підрозділів визначає необхідність розробки інформаційно-аналітичного забезпечення роботи пожежних підрозділів. Вплив зовнішнього середовища на стан та функціонування СПБ визначається функцією Ефективність системи визначається мірою її відповідності своєму призначенню і є дійсною, скінченною та додатною функцією, максимум якої потрібно знайти: (2) Аналіз наукових літературних джерел, наведених у них моделей, методів, а також функціонуючих автоматизованих систем підтримки прийняття рішень при пожежогасінні свідчить про те, що головна увага зосереджена на питаннях моделювання „фізики” процесів на пожежах, процесу розподілу сил і засобів на пожежах, вирівнювання міри зайнятості підрозділів, імітаційному моделюванні кількості викликів. Таким чином, загальна задача полягає у максимізації оцінки рівня пожежної безпеки (), що декомпозується на такі підзадачі: , (4) де - оцінка рівня забезпечення безпеки людей; - оцінка рівня матеріальних збитків і Однією із необхідних умов розв?язання (4) є ідентифікація вихідних характеристик: кількості вогнегасних речовин, що були використані; часу розгортання сил та засобів; часу прибуття першого підрозділу; часу ліквідації пожежі; збитків від пожежі, ймовірності та типу помилок пожежних підрозділів. Вихідними даними для розв?язання задачі (9) є: - матриця відстаней між перехрестями; - матриця часу проїзду між перехрестями (час визначається за умови, що всі інші показники мають номінальні значення); - матриця номерів перехресть, де - номер перехрестя призначення, - мінімальна кількість перехресть, яку треба перетинати при проходженні до ; - матриця кількості автомобілів, де - номер часового інтервалу (доба розбита на 24 інтервали: з 0 годин до 1-ї години (1), з 1-ї години до 2-ї години (2),…), - відносні частоти кількості автомобілів у-му часовому інтервалі, - матриця якості дорожнього покриття, де - коефіцієнти, що визначають якість дорожнього покриття від-го перехрестя до-го.В дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове розвязання наукової задачі розробки еволюційних моделей і методів аналізу та оптимізації рівня пожежної безпеки житлових об?єктів, що відповідно до мети і задач дослідження відображено в наукових результатах: Виконано аналіз системи пожежної безпеки, визначено її структуру та функції, наведено теоретико-множинну модель, встановлені тенденції динаміки кількості пожеж, що дозволило виконати структуризацію факторів впливу на пожежну безпеку обєктів та формалізувати задачу підвищення ефективності функціонування протипожежних підрозділів. Встановлено, що процедури автоматизованої обробки даних у системі пожежної безпеки на сьогодні зводяться до обчислення статистичних показників, що не дозволяє проводити адекватний аналіз дій особового складу та розробляти сценарії пожежогасіння. Виконано аналіз класичних та нейромережевих методів ідентифікації на предмет їх застосування до визначення рівня пожежної безпеки житлових об?єктів. Запропоновано використати двоядерну нейронну мережу, що дозволило мінімізувати присутність шумових ефектів у даних, збільшити швидкість навчання та підвищити точність узагальнення мережі на 2 - 3 %.

Основний зміст роботи

В дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове розвязання наукової задачі розробки еволюційних моделей і методів аналізу та оптимізації рівня пожежної безпеки житлових об?єктів, що відповідно до мети і задач дослідження відображено в наукових результатах: Виконано аналіз системи пожежної безпеки, визначено її структуру та функції, наведено теоретико-множинну модель, встановлені тенденції динаміки кількості пожеж, що дозволило виконати структуризацію факторів впливу на пожежну безпеку обєктів та формалізувати задачу підвищення ефективності функціонування протипожежних підрозділів.

Встановлено, що процедури автоматизованої обробки даних у системі пожежної безпеки на сьогодні зводяться до обчислення статистичних показників, що не дозволяє проводити адекватний аналіз дій особового складу та розробляти сценарії пожежогасіння.

Виконано аналіз класичних та нейромережевих методів ідентифікації на предмет їх застосування до визначення рівня пожежної безпеки житлових об?єктів. Встановлено, що точність нейромережевих методів є на порядок вищою, хоч і залишається низькою. Запропоновано використати двоядерну нейронну мережу, що дозволило мінімізувати присутність шумових ефектів у даних, збільшити швидкість навчання та підвищити точність узагальнення мережі на 2 - 3 %.

Запропоновано модель багатоетапної самоорганізації нейронної мережі, направленої на оптимізацію процесу її навчання та збільшення точності ідентифікації шуканої залежності.

Розроблено метод мінімізації помилок особового складу пожежних підрозділів, що ґрунтується на встановленні залежності між типом помилки та внутрішніми і зовнішніми параметрами житлового об?єкта, а також визначенні кореляційних зв?язків між помилками. Використання такого методу дозволить зменшити кількість одиночних та комплексних помилок при пожежогасінні.

Розроблено модель часу проїзду пожежного підрозділу до місця пожежі, що базується на врахуванні відстані, якості дорожнього покриття, часу доби, інших факторах, та запропоновано метод її оптимізації з використанням генетичного алгоритму. Автоматизація розрахунку мінімального шляху дозволяє зменшити час на прийняття рішень та уникнути домінуючого впливу фактора суб?єктивності.

Для збільшення інформативності вихідної інформації запропоновано використовувати технологію, яка інтегрує в собі методи box-counting, головних компонент та “вибілювання” входів.

Розроблено структуру та принципи функціонування інформаційно-аналітичної системи підтримки прийняття рішень при пожежогасінні “БЕЗПЕКА”. Визначено структуру таблиць бази даних та документів, які видаються начальнику пожежного розрахунку і мають інформаційно-консультативну спрямованість.

Використання розроблених дисертантом моделей та методів аналізу і оптимізації рівня пожежної безпеки житлових об?єктів розширює науково-методичну базу дослідження профілактичних заходів та процесів пожежогасіння, а її достовірність підтверджується результатами експериментів, апробацією та впровадженням.

1. Джулай О.М. Системний аналіз рівня пожежної безпеки обєктів житлового сектору // Вісник ЧДТУ. 2003. № 3. С. 141-145.

2. Джулай О.М. Збільшення ентропії екзогенних факторів необхідна умова ефективної ідентифікації цільової функції // Вісник ЧДТУ. 2004. № 4. С. 176-179.

3. Джулай А.Н. Эволюционная технология аналитической оценки уровня пассивной пожарной безопасности объектов жилого сектора // АСУ и приборы автоматики. 2004. Вып. 128. С. 35-40.

4. Джулай О.М. Структурний аналіз інформаційної технології автоматизованої підтримки прийняття рішень при пожежогасінні // Искусственный интеллект. 2005. № 3.- C. 392-398.

5. Снитюк В.Е., Джулай А.Н. Интеллектуальная технология оптимизации пути следования пожарного расчета к месту пожара // АСУ и приборы автоматики. 2004. Вып. 129. С. 41-46.

6. Тимченко А.А., Джулай А.Н. Модель самоорганизации нейронной сети на примере задачи оценки уровня пожарной безопасности объекта // Сборник докладов Междунар. научн. конф. “Нейросетевые технологии и их применение”. Краматорск, 2003. С. 237-246.

7. Джулай О.М. Структура інформаційного забезпечення процесу оцінки рівня пожежної безпеки житлового обєкта // Матеріали IV Всеукр. конф. мол. науковців “ІТОНТ-2004”. Черкаси, 2004. С. 90-91.

8. Джулай О.М. Структуризація задач проектування систем підтримки прийняття рішень протипожежними підрозділами // Матеріали VII Міжнар. наук.-практ. конф. "Наука і освіта "2004". Дніпропетровськ: Наука і освіта. 2004. Т. 72. С. 39-41.

9. Джулай О.М. Проблеми і шляхи інформатизації пожежних підрозділів на базі еволюційної біокібернетики // Зб. доп. Міжнар. наук.-практ. конф. “Единое информационное пространство”. Дніпропетровськ, 2003. С. 139.

10. Джулай О.М. Перспективи та проблеми застосування технологій Soft Computing для розвязання задачі підвищення ефективності протипожежного захисту обєктів житлового сектора // Тези доп. VI Міжнар. наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених “Системний аналіз та інформаційні технології”. К.: НТУУ "КПІ", 2004. C. 103-104.