Модели и методы управления высылкой сил и средств пожарной охраны в регионах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.10, кандидат технических наук Манин, Петр Андреевич

• Манин, Петр Андреевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Манин, Петр Андреевич

Принятые сокращения

Основные обозначения

Введение

1. Анализ процессов управления высылкой сил и средств при пожарах и чрезвычайных ситуациях в регионах

1.1 Причины задержки с высылкой сил и средств к местам пожаров и чрезвычайных ситуаций и ее последствия

1.2 Основные схемы передачи информации о пожарах и чрезвычайных ситуациях в центры обработки сообщений

1.3 Чрезвычайные ситуации и работа операторов сотовой связи

1.4 Моделирование систем управления высылкой сил и средств пожарной охраны с использованием математического аппарата теории массового обслуживания

2. Математическое моделирование деятельности центров обработки сообщений в регионах

2.1 Методика оценки параметров обобщенного потока сообщений, поступающих в центры обработки сообщений, образованного слиянием простейшего потока с регулярным

2.2 Расчетно-аналитическая модель процесса дозвона абонента в условиях перегруженности диспетчеров и линий связи

2.3 Модель двухфазной обработки заявок диспетчером центра обработки сообщений

3. Методы обеспечения устойчивости работы центров обработки сообщений

3.1 Устойчивость работы центра обработки сообщений

3.2 Синтез центра обработки сообщений как незамкнутой системы массового обслуживания

3.3 Синтез центра обработки сообщений как замкнутой системы массового обслуживания

3.4 Корректировка условий синтеза и оптимизация центра обработки сообщений в условиях сложного пожароопасного периода

Основные результаты работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и методы управления высылкой сил и средств пожарной охраны в регионах»

Пожары в России исторически являются одним из самых страшных бедствий. Ежегодно они наносят большой материальный ущерб и приводят к человеческим жертвам, что, как следует из доклада «Горящая Россия», сравнимо с постоянно ведущейся войной среднего масштаба.

Особенно опасны пожары в северных и центральных регионах России, в Сибири и на Дальнем Востоке. Это обусловливается наличием лесов и недостаточно развитой инфраструктурой, большим числом населённых пунктов (НП), в которых нет какой-либо пожарной охраны (ПО), много деревянных строений с пониженной степенью огнестойкости и печным отоплением, отсутствием или ограниченным числом водоисточников, пригодных для тушения пожаров, удалённостью НП от ближайших пожарных частей (ПЧ) - только в достаточно развитой Ленинградской области свыше двух с половиной тысяч НП, время следования пожарных подразделений в которые превышает 20 мин., как то требует Федеральный Закон от 22.07.08 № 123-ФЭ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее ФЗ №123) [79]. Кроме того, проблема обеспечения пожарной безопасности во многих НП регионов крайне обостряется в период пала травы, а также в засушливый летний период по причине лесных пожаров и большого числа одновременно возникающих пожаров в различных НП, что имело место печально известным летом 2010 года.

В этой связи особенно важным является оперативная высылка подразделений ПО к месту вызова. Это, в свою очередь, предполагает скорейшую и объективную обработку сообщения о пожаре или ЧС в НП или вблизи него (приём и уточнение информации от абонента, оценка обстановки и принятие решения на высылку сил и средств к месту пожара или ЧС), от чего зависит общее время прибытия первого пожарного подразделения и, как следствие, время локализации и ликвидации пожара, размер материального ущерба и число пострадавших. От скорейшего и полного получения информации о месте пожара в лесу также зависит ограничение его развития и успешное тушение.

Звонки от абонентов с информацией о пожарах или ЧС могут поступать в центры обработки сообщений (ЦОС) как через районные АТС по проводным линиям связи (ЛС), так и через различных операторов сотовой связи (ОСС). В ряде случаев сообщения в ЦОС поступают по прямым ЛС с предприятий и др. пожароуязвимых или общественно значимых объектов. В регионах ЦОС - как правило, пункты связи частей (ПСЧ), а также единые дежурно-диспетчерские службы (ЕДДС), центры управления в кризисных ситуациях (ЦУКС).

В пожароопасные периоды в регионах потоки сообщений в ЦОС приобретают лавинообразный характер, что чревато утерей вызовов по причине перегруженности ЛС и занятости сети сотовой связи, а также неправильной обработкой сообщений из-за ошибок диспетчеров ЦОС ввиду их переутомлённости. Это, в свою очередь, приведёт к превышению нормативного значения предельно допустимой вероятности 10~3 утери вызова и к ещё большему увеличению времени прибытия первого пожарного подразделения к месту вызова, что усугубит и без того негативные последствия пожаров и ЧС в регионах.

Таким образом, тема диссертации, связанная с управлением высылкой сил и средств (СиС) ПО в регионах и, как следствие, предполагающая формулировку практических рекомендаций по устойчивой работе ЦОС в пожароопасные периоды, представляется актуальной.

Справедливости ради следует отметить, что для мегаполисов, крупных и средних городов проблема оперативности реагирования ПО и др. экстренных служб стоит менее остро - это объясняет и наличие крупных

ЦОС (са11-центров) с достаточным числом диспетчеров и развитой системой связи, и наличие на многих городских объектах систем автоматической пожарной сигнализации, и большая концентрация СиС ПО при хорошей 8 дорожной сети (как следствие - меньшее время прибытия), и их лучшая оснащённость, и достаточное водоснабжение, и фундаментальные научные исследования (Г.И.Абдурагимов, В.С.Артамонов, Н.Н.Брушлинский, А.В.Матюшин, К.В.Погорельская, А.А.Порошин, Б.М.Пранов, С.В.Соколов, А.А.Таранцев, Н.Г.Топольский, А.Л.Холостов и др.). Разработки некоторых из перечисленных авторов учитывались и в настоящей диссертационной работе.

Целью работы является разработка и совершенствование моделей и методов управления высылкой СиС ПО по вызовам в регионах и формулировка предложений по повышению устойчивости работы ЦОС в пожароопасные периоды.

Для достижения цели поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Анализ сложившейся системы прохождения сигналов о пожарах и ЧС в регионах, работы ЦОС и управления высылкой СиС ПО по вызовам;

2. Построение модели суммарного потока сообщений, полученного слиянием простейшего и регулярного потока сообщений о пожарах;

3. Обоснование и разработка моделей двухфазного обслуживания сообщений, процесса дозвона при большой загруженности сети и метода выбора рационального числа линий связи и диспетчеров ЦОС;

4. Формулировка рекомендаций по устойчивой работе ЦОС в часы наибольшей нагрузки.

Объект исследования - система обработки сообщений о пожарах и ЧС и управления высылкой СиС ПО в регионах РФ.

Предмет исследования модели и методы управления высылкой СиС ПО в случае пожаров и ЧС в регионах.

Методы исследования: системный анализ, теория массового обслуживания, математическое и имитационное моделирование, теория вероятностей и математическая статистика.

Практическая значимость полученных результатов определяется необходимостью совершенствования структуры региональных ЦОС с целью повышения устойчивости управления высылкой СиС ПО в случае пожаров и ЧС в регионах. Разработанные модели и методы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России и в профильных организациях.

Достоверность основных положений исследования обеспечена корректной постановкой задач и проведением исследования, применением системного подхода при анализе предметной области, использованием современных расчётных методов, корректным использованием исходных данных и согласованностью полученных результатов с результатами работ других исследователей. Достоверность научных результатов подтверждается апробацией основных положений диссертации.

Обоснованность научных результатов определяется строгой аргументацией полученных моделей и основных выводов, доказательным и корректным использованием апробированных методов исследований.

Результатами диссертационного исследования, полученными автором лично и выносимыми на защиту, являются следующие:

1. Методика оценки параметров обобщенного потока сообщений, образованного слиянием простейшего потока с регулярным;

2. Уточнённая модель двухфазного процесса обработки сообщения диспетчером ЦОС;

3. Расчетно-аналитическая и имитационная модели процесса дозвона абонента в ЦОС в часы наибольшей нагрузки;

Заключение диссертации по теме «Управление в социальных и экономических системах», Манин, Петр Андреевич

Основные результаты работы

1. Проведен анализ основных схем передачи информации о пожарах и ЧС в ЦОС в регионах с учётом наличия сотовой связи и показана возможность моделирования системы управления высылкой СиС ПО с использованием математического аппарата теории массового обслуживания;

2. Разработан метод оценки параметров обобщенного потока сообщений в ЦОС о необходимости высылки СиС, полученного слиянием простейшего и регулярного потоков;

3. Разработана расчетно-аналитическая модель процесса повторного обращения («дозвона») абонента в ЦОС в часы наиболее сложной обстановки с пожарами;

4. Построена аналитическая модель двухфазного процесса обработки сообщений о пожарах и ЧС диспетчером ЦОС, являющаяся развитием классических методов теории массового обслуживания и позволяющая более точно оценивать показатели работы ЦОС без использования сложных компьютерных программ;

5. Предложен метод определения требуемого числа диспетчеров ЦОС при ограниченном числе абонентов и числа специалистов-ремонтников для поддержания аппаратуры ЦОС в требуемой готовности.

6. Создан комплекс компьютерных программ для моделирования основных структур системы управления высылкой сил и средств ПО к местам возникновения пожаров и ЧС в регионах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Манин, Петр Андреевич, 2012 год

1. Абдурагимов Г.И., Таранцев A.A. Теория массового обслуживания в управлении пожарной охраной. М.: Академия ГПС МВД России, 2000. 101 с.

2. Аладьев В.З., Ваганов В.А. Модульное программирование: Maple vs Mathematica, and vice versa. CA: Palo Alto, Fultus Corp., 2011, 417 c.

3. Аладьев B.3., Бойко B.K., Ровба E.A. Программирование в пакетах Maple и Mathematica: Сравнительный аспект. Гродно: изд-во Гродненского ун-та, 2011.-517 с.

4. Артамонов B.C., Погорельская К.В., Таранцев A.A. Методика определения рационального числа операторов и линий связи ЦУС ФПС // Пожаровзрывобезопасность № 6, 2007.

5. Асельдеров З.М., Донец Г.А. Представление и восстановление графов. -Киев: Наукова думка, 1991. 192 с.

6. Барбашин Е.А. Введение в теорию устойчивости. М.: Наука, 1967.

7. Беневольский C.B., Колесов Ю.Б. Объектно-ориентированное моделирование в задачах внешней баллистики. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2009. 127 с.

8. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование динамических систем. СПб.: БХВ-Петербург, 2001. -441с.

9. Боровков A.A. Асимптотические методы в теории массового обслуживания. -М.: Наука, 1980.

10. Боровков A.A. Вероятностные процессы в теории массового обслуживания. М.: Наука, 1971.

11. Бочаров П.П., Печинкин A.B. Теория массового обслуживания: Учебник. М.: Изд-во РУДН, 1995.

12. Брушлинский H.H. Системный анализ деятельности Государственной противопожарной службы. М.: МИНЬ МВД России, 1998.

13. Бурков В.Н., Коргин H.A., Новиков Д.А. Введение в теорию управления организационными системами: Учебник. М.: Либроком, 2009. - 264 с.

14. Бусленко Н.П. Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло) / М.: Физматгиз, 1962.

15. Васильев А. Н. Маріє 8. Самоучитель. — М.: Диалектика, 2003.

16. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Сов.радио, 1972.

17. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. 2-е изд., стер. -М.: Высш.шк., 2001. 208с.: ил.

18. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Изд. 5-е, стереотипное. М.: Высшая школа, 1998.

19. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. М.: Наука, 1966.

20. Голубева Л. Л., Малевич А. Э., Щеглова Н.Л. Компьютерная математика. Символьный пакет Mathematica. Мн.: БГУ, 2005. - 103с.

21. Давидович М.И., Петрович М.Л. Прикладная статистка. Статистическое оценивание // Программное обеспечение ЭВМ / АН БССР, Ин-т математики. 1987. Вып. 4.

22. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 1970. - 664 с.

23. Дьяконов В. П. Компьютерная математика. Теория и практика. — М.: Нолидж, Питер, 1999, 2001. — С. 1296.

24. Дьяконов В. П. Маріє 7 Учебный курс. — СПб.: «Питер», 2002.— С. 672.

25. Дынкин Е.Б., Юшкевич A.A. Управляемые марковские процессы и их приложения. М.: Наука, 1975.

26. Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic5. СПб.: БХВ, 2005.

27. Кирсанов М. Н. Графы в Maple. М.: Физматлит, 2007. — 168 с.

28. Колесов Ю.Б. Объектно-ориентированное моделирование сложных динамических систем. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. 239с.

29. Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Визуальное моделирование. СПб.: Профессионал, 2000. - 241 с.

30. Корольков B.C. и др. Автоматизированные системы и связь. Организация, технические средства, оповещение. Учебное пособие / Под общ. ред. проф. B.C. Артамонова. СПб.: СПбУ ГПС МЧС России, 2010.

31. Кофман А., Крюон Р. Массовое обслуживание. Теория и приложения. М.: Мир, 1965.

32. Ловас Л., Пламмер М. Прикладные задачи теории графов. М.: Мир, 1998.-658 с.

33. Матюшин A.B., Порошин A.A. и др. Организация работы с резервом кадров в органах МЧС России. М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2006. -93 с.

34. Матюшин A.B., Грущинский А.Г., Олейников В.Т., Зыков В.И. Перспективы развития системы Государственной противопожарной службы МЧС России // Пожарная безопасность, 2001, вып. 3.

35. Неймарк Ю.И. Динамические системы и управляемые процессы. М.: Либроком, 2010. - 336 с.

36. Повзик Я.С., Клюс П.П., Матвейкин A.M. Пожарная тактика. М.: Стройиздат,1990. 335 с.

37. Погорельская К.В., Таранцев A.A. Терехин С.Н. Методика определения числа операторов и линий связи ЦУС пожарной охраны. Учебноепособие / Под ред. Артамонова B.C. Спб.: СПбУГПС МЧС России, 2007. 14 с.

38. Пранов Б.М. Вложенные цепи Маркова при обслуживании установок безопасности с приоритетами. М.: АГПС МЧС России, 2009.

39. Пранов Б.М. Система компьютерной математики MathCad. М.: Академия ГПС МВД России, 2001.

40. Риордан Дж. Вероятностные системы массового обслуживания. М.: Связь, 1966.

41. Росляков A.B., Самсонов М.Ю., Шибаева И.В. Центры обслуживания вызовов. М.: Изд-во ЭКО-ТРЕНДЗ, 2002.

42. Рыбко А.Н., Столяр A.JI. Об эргодичности случайных процессов, описывающих функционирование открытых сетей массового обслуживания.// Проблемы передачи информации, 1992, Т. 28, вып. 2, с. 3-26.

43. Саати Т.Д. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М.: Сов. радио, 1971.

44. Самарский A.A., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. -М.: Наука, 1978.

45. Сениченков Ю.Б., Колесов Ю.Б., Моделирование систем. Объектно-ориентированный подход. СПб.: БХВ-Петербург, 2006.- 192с.

46. Сениченков Ю.Б., Колесов Ю.Б., Моделирование систем. Динамические и гибридные системы. СПб.: БХВ-Петербург, 2006.- 224с.

47. Сениченков Ю.Б., Колесов Ю.Б. Моделирование систем. Практикум по компьютерному моделированию. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 352с.

48. Сениченков Ю.Б. Численное моделирование гибридных систем. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. 206с.

49. Сениченков Ю.Б., Макарова Н.В., Титова Ю.Ф. Школа моделирования 2003. Занятие 5. Моделирование систем.

50. Соболь И.М. Метод Монте-Карло. М.: Наука, 1985.

51. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум. М.: Высшая школа, 1999.

52. Таранцев A.A. Инженерные методы теории массового обслуживания -Изд. 2-е, перераб. и доп. СПб.: Наука, 2007. - 175 с.

53. Таранцев A.A. О способе выбора параметров СМО с очередью // АиТ. 1999. №7.

54. Таранцев A.A. О способе выбора числа каналов систем массового обслуживания // Материалы НПК «Современные проблемы тушения пожаров». М.: ГУГПС и МИПБ МВД РФ, 1999.

55. Таранцев A.A. Случайные величины и работа с ними. Учебно-методическое пособие // Под ред. проф. B.C. Артамонова. Изд. 2-е, перераб. и доп. СПб.: ИД «Петрополис», 2011.

56. Таранцев A.A., Эрюжев М.В. Об аналитических закономерностях в незамкнутых СМО // Изв. РАН. ТиСУ. 2004. № 1.

57. Таранцев A.A., Холостов A.JL, Бречалов С.Л. О моделировании безбуферного узла сети массового обслуживания // Вестник Академии Государственной противопожарной службы МЧС России № 2, 2004 г. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2004. С. 130 140.

58. Таранцев A.A., Холостов А.Л. Третьяков А.И. Методы оценки ущерба от пожаров // Материалы 9-й научно-практической конференции "Системы безопасности" СБ-2000. М.: Академия ГПС МВД России, 2000. С. 101104.

59. Татт У. Теория графов. М.: Мир, 1988. - 424 с.

60. Топольский Н.Г. Концепция создания интегрированных систем безопасности и жизнеобеспечения // Материалы 3-й международнойконференции "Информатизация систем безопасности" ИСБ-94". М.: ВИПТШ МВД России. 1994. С. 12-14.

61. Топольский Н.Г. Основы автоматизированных систем пожаровзрывобезопасности объектов. М.: МИПБ МВД России, 1997.

62. Топольский Н.Г. Проблемы и принципы создания интегрированных систем безопасности и жизнеобеспечения // Материалы 4-й международной конференции "Информатизация систем безопасности" -ИСБ-95. М.: ВИПТШ МВД России, 1995. С. 14-17.

63. Топольский Н.Г., Блудчий Н.П. Потенциальная опасность массового поражения при крупных техногенных авариях. М.: ВИПТШ МВД России, 1994.

64. Хинчин А .Я. Математические методы теории массового обслуживания. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1955.

65. Хинчин А .Я. Работы по математической теории массового обслуживания. М.: ГИФМЛ, 1963.

66. Холостов А.Л. Имитационное моделирование функционирования диспетчерских служб интегрированных систем безопасности. Монография. М.: Академия ГПС МЧС России, 2012. - 94 с.

67. Шаровар Ф.И. Автоматизированные системы управления и связь в пожарной охране / ВИПТШ МВД СССР. М.: Радио и связь, 1987.

68. Шаровар Ф.И. АСУ и связь в пожарной охране. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1987.

69. ГОСТ Р 22.0.02-94. Безопасность в ЧС. Термины и определения основных понятий.

70. ГОСТ Р 22.0.05-94. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения.

71. ГОСТ Р 22.1.01-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Основные определения.

72. ГОСТ Р 22.7.01-99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Единая дежурно-диспетчерская служба. Основные положения.

73. ГОСТ Р 22.1.12-2005. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования.

74. ГОСТ Р 53704-2009. Системы безопасности комплексные и интегрированные. Общие технические требования.

75. РД 45.120-2000 (НТП 112-2000) Городские и сельские телефонные сети. Нормы технологического проектирования.

76. Федеральный закон от 21.12.1994 № 69-ФЗ «О пожарной безопасности».

77. Федеральный Закон от 22.07.08 № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

78. Baccelli F., Foss S. On the saturation rule for the stability of queues. // Journal of Applied Probability, 1995, Vol. 32, p. 494-507.

79. Kosten L. Stochastic theory of service systems. Pergamon Press, 1973.

80. Moss S., Davidson P. Multi-Agent-Based Simulation. Manchester Metropolitan University, 1998.

81. Robinson S. Simulation: The Practice of Model Development and Use. UK, John Wiley & Sons Ltd., 2004.

82. Stewart W.J. Probability, Markov Chains, Queues and Simulation. UK, Princeton University Press, 2009.

83. TETRA MoU Association Ltd. Analysis in the ability of Public Communications to support Mission Critical Emergency service use. 2007.

84. Thulasiraman K, Swamy M. Graphs: Theory and Algorithms. . Montreal, Concordia University, 1992.1. Публикации соискателя

85. Манин П.А., Топольский Н.Г., Слуев В.И., Холостов A.JI. Информационное обеспечение оценки прогнозируемого ущерба от опасных событий // Интернет-журнал "Технологии техносферной безопасности" № 5 (33). 2010 г. (0,2/0,05 п.л.), ipb.mos.ru/ttb.

86. Манин П.А., Клюй В.В., Таранцев A.A. Диспетчер как двухфазная СМО // Журнал «Пожаровзрывобезопасность» Том 20. №2, 2010. М.: Пожнаука, 2010. (0,5/0,2 п.л.).

87. Манин П.А., Таранцев A.A. О некоторых закономерностях в одноканальных незамкнутых системах с двухфазным обслуживанием // Журнал «Известия РАН. Теория и системы управления», № 3, 2011. (0,5/0,25 п.л.).

88. Манин П.А., Холостов А.Л., Таранцев A.A. Об одной задаче слияния случайных потоков сигналов // Журнал «Проблемы управлении рисками в техносфере», №4, 2011 (0,6/0,2 п.л.).

89. Манин П.А., Таранцев A.A., Щербаков О.В. Об одной задаче синтеза замкнутой СМО // Электронный журнал «Вестник Санкт

90. Петербургского университета ГПС МЧС России», № 4, 2011. (0,5/0,15 пл.).

91. Манин П.А., Холостов А.Л., Таранцев A.A. О задаче слияния простейшего потока с потоком с равномерным распределением времени между событиями // Проблемы безопасности и ЧС, № 3, 2012 (0,6/0,2).

92. Манин П.А, Топольский Н.Г., Холостов А.Л. Прогнозирование ущерба от опасных событий // Системы безопасности: Материалы девятнадцатой научно-технической конференции М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. (0,1/0,033 п.л.). http://ipb.mos.ru/sb.

93. Manin P.A., Tarantsev A.A. On Some Regularities in Single Channel Unclosed Systems with Two Phase Service. // Journal of Computer and Systems Sciences International, Vol. 50, No. 3, 2011. (0,5/0,25 п.л.).