Моделирование автоматического маневрирования пожарного судна

Дзнеладзе, Эмзар Элдарович

Моделирование автоматического маневрирования пожарного судна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат технических наук Дзнеладзе, Эмзар Элдарович

Дзнеладзе, Эмзар Элдарович
кандидат технических наук
2005

Специальность ВАК РФ05.13.18

Количество страниц 197

Дзнеладзе, Эмзар Элдарович. Моделирование автоматического маневрирования пожарного судна: дис. кандидат технических наук: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ. Санкт-Петербург. 2005. 197 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дзнеладзе, Эмзар Элдарович

Введение.

Глава 1. Особенности развития и тушения пожаров объектов, расположенных на воде

1.1. Статистика основных причин пожаров объектов, расположенных на воде и особенности их развития.

1.2. Анализ средств и способов тушения пожаров на судах.

1.3. Использование кораблей и катеров для тушения пожаров на судах различных типов.

Вывода по главе 1.

Глава 2. Математические модели движения пожарного судна

2.1. Детерминированные математические модели движения пожарного судна.

2.2. Вероятностные математические модели движения пожарного судна.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследование режимов управляемого движения пожарного судна

3.1 Методы численного интегрирования в задаче моделирования управляемого движения пожарного судна.

3.2. Автоматическое управление пожарным катером в режиме сближения с объектом тушения.

3.3. Управление движением пожарного судна в режиме обхода объекта тушения.

3.4. Реализация математических моделей управляемого движения пожарного судна в системе МАТЬАВ.

3.5. Решение задачи автоматизированного управления движения пожарного судна по замкнутой территории заданного вида.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Виртуальное динамическое моделирование основных функций пожарного судна

4.1. Особенности методики построения ЗБ-модели пожарного судна.

4.2. Виртуальное моделирование движения пожарного судна.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование автоматического маневрирования пожарного судна»

Актуальность работы - пожары на транспортных средствах и особенно на водных видах транспорта характеризуются быстротой развития и требуют использования всех возможных сил и средств для их локализации и ликвидации. Как правило, на речных и морских судах собственных сил и средств борьбы с возникшим пожаром недостаточно для его эффективного гашения. Одним из направлений повышения эффективности борьбы с пожарами на водных видах транспорта может служить использование специальных пожарных катеров и судов.

По сравнению с наземной пожарной техникой пожарные суда при выполнении своих функций обычно испытывают воздействия внешней среды: течения, ветер, волнение водной поверхности, которые существенно снижают эффективность использования имеющихся на них средств.

Для уменьшения негативного влияния перечисленных факторов необходимы согласованные действия сил и средств, управляющих движением пожарного судна, с силами и средствами пожарной техники.

Диссертационное исследование посвящено решению задач автоматизации управления движением пожарного судна в экстремальных ситуациях при выполнении им задач тушения пожара на различных видах водного транспорта.

Цель диссертационной работы - разработка математических моделей и исследование с их помощью режимов автоматического управления движением пожарных судов для повышения эффективности использования специальной пожарной техники ГПС МЧС России в условиях тушения пожаров на средствах водного транспорта.

Объект исследования - разновидности математических моделей управляемого движения пожарных судов, в том числе виртуальные динамические модели, позволяющие организовать оптимальные траектории маневрирования пожарного судна для эффективного использование его пожарных сил и средств.

Предмет исследования - управляющие функции, обеспечивающие автоматическое управление маневрированием пожарного судна в экстремальных ситуациях и эффективное использование судовых пожарно-технических систем ГПС МЧС России.

Научная задача, решаемая в диссертационной работе, заключается в разработке математических моделей, в том числе и виртуальных динамических и методики их использования, направленных на повышение эффективности применения судовых пожарно-технических систем в экстремальных условиях тушения пожара на водных видах транспорта.

Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что впервые, применительно к современным требованиям эффективной борьбы с пожарами на водных видах транспорта, предложено использовать во взаимодействии виртуальные динамические и традиционные математические модели управляемого движения пожарного судна, обеспечивающие решение задачи автоматического маневрирования и эффективного использования его специальной пожарной техники.

Методы исследования. При разработке основных положений диссертационной работы используются методы математического моделирования, математического анализа, численные методы решения гетерогенных уравнений, методы виртуального динамического моделирования.

На защиту выносятся следующие основные результаты диссертационных исследований:

1. Математические модели управляемого движения пожарного судна для различных режимов его маневрирования.

2. Алгоритмические и программные реализации математических моделей для исследования режимов автоматического маневрирования пожарного судна при тушении пожара на водном транспорте.

3. Методика построения виртуальной динамической модели пожарного судна и использование последней в специальном компьютерном тренажере.

Научно-практическая ценность полученных результатов диссертационного исследования заключается в использовании разработанных математических моделей и их программных реализаций для:

- оценки возможностей перехода существующих пожарных катеров и судов на использование автоматических систем управления их маневрированием в условиях тушения пожара на водных видах транспорта;

- определения оптимальных по критерию быстродействия маневров пожарного судна, обеспечивающих максимально эффективное использование его пожарной техники;

- создания компьютерных тренажеров, максимально приближенных к имитации тушения пожара на водных видах транспорта, благодаря использованию виртуальных динамических моделей.

Математические модели управляемого движения пожарного судна позволяют комплексно оценивать проектные решения на ранних стадиях разработки автоматических систем управления, обеспечивающих качественное маневрирование судна в процессе тушения пожара.

Использование программных реализаций математической модели позволяет на современном уровне организовать подготовку экипажа пожарного судна для выполнения им задач в экстремальных ситуациях, как в части управления маневрированием, так и в части эффективного использования специальной пожарной техники.

Результаты диссертационного исследования внедрены в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России и Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете. Кроме того, отдельные положения данной работы вошли в состав нормативно-методических документов Главного управления МЧС России по Ленинградской области и находятся в стадии реализации.

Апробация исследования. Научные результаты, полученные в исследовании, докладывались и обсуждались с 2003 по 2005 год на заседаниях кафедры пожарной тактики, а также на следующих научно-практических конференциях:

1) Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций», Москва, Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций «Антистихия», 23 октября 2002 г.;

2) межвузовском научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии в управлении подразделениями Государственной противопожарной службы МЧС России», Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский институт Государственной противопожарной службы МЧС России, 29 апреля 2003 г.;

3) региональной научно-практической конференции «Защита транспортных систем от актов незаконного вмешательства и проведения спасательных работ в чрезвычайных ситуациях», Санкт-Петербург, Академия гражданской авиации, 14 мая 2003 г.;

4) международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях», Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский институт Государственной противопожарной службы МЧС России, 14-15 октября 2003 г.;

5) Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций», Москва, Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций «Антистихия», 2223 октября 2003 г.;

6) международной научно-практической конференции «Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля», Санкт-Петербург, 20-21 января 2004 г.;

7) научно-практической конференции «Новые технологии в деятельности органов и подразделений МЧС России», Санкт-Петербург, 26 мая 2004 г.;

8) международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях», Санкт-Петербург, 27-28 октября 2004 г.;

9) международном научно-практическом семинаре «Применение современных методов и форм методической работы в подготовке специалистов пожарно-спасательного профиля», Санкт-Петербург, 9 февраля 2005 г.;

10) 16-й Всероссийской научно-технической конференции "Экстремальная робототехника", Санкт-Петербург, 11-13 апреля 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Дзнеладзе, Эмзар Элдарович

Выводы по 4 главе.

Проведен анализ инструментальных средств, используемых для построения виртуальных динамических моделей.

Сделан вывод о целесообразности на данном этапе использования универсальных средств построения ЗО - моделей сложных технических систем, в качестве альтернативы специализированным средствам.

Предложена методика использования пакета ЗБМАХ в качестве инструмента разработки ЗБ - модели пожарного судна и других объектов, отображающих процесс тушения пожара на воде.

Разработаны анимационные ЗБ - модели : пожарного судна, сухогруза, как объекта возгорания, процесса взаимодействия этих моделей, отражающего тактику использования имеющихся на катере противопожарных средств.

Сформулированы предложения по использованию разработанных виртуальных динамических моделей в компьютерных тренажерах, предназначенных для решения задач оптимального использования сил и средств пожарного судна для ликвидации пожаров объектов расположенных на воде или на берегу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа направлена на совершенствование научно-методического обеспечения проектирования сложной пожарной техники и , в частности, систем автоматического управления пожарными катерами и кораблями.

Теоретические аспекты диссертационных исследований основываются на принципах системного анализа в области сложных технических систем, на применении методов математического моделирования, в том числе виртуальных динамических моделей.

На этой основе в процессе проведения исследований получены следующие научные и практические результаты:

1. Математические модели управляемого движения пожарного корабля для различных режимов его маневрирования.

2. Алгоритмическое и программное обеспечение математических моделей для исследования режимов автоматического маневрирования пожарного корабля при тушении пожаров объектов, расположенных на воде или на берегу.

3. Методика построения виртуальной динамической модели пожарного катера и принципы использования последней в специальном компьютерном тренажере

Разработанные в диссертационной работе методика, модели , алгоритмы и программы учитывают современный зарубежный и отечественный опыт создания новой пожарной техники , а именно:

- комплексную автоматизацию процессов, связанных с управлением как объектами-носителями пожарного оборудования ,так и самим оборудованием;

- использование современных разновидностей моделирования, в том числе виртуальных динамических моделей, позволяющих значительно снизить затраты на разработку новых или модернизацию существующих сложных пожарно-технических систем;

- использование интерактивных программных средств для параметрического анализа математических моделей пожарно-технических систем.

Научно-практическая ценность полученных результатов диссертационных исследований заключается в использовании разработанных математических моделей и их программных реализаций для:

- оценки возможностей перехода существующих пожарных катеров и судов на использование автоматических систем управления их маневрированием в условиях тушения пожара на водных видах транспорта;

- определения оптимальных по критерию быстродействия маневров пожарного корабля , обеспечивающих максимально эффективное использование его пожарной техники;

- создания компьютерных тренажеров, максимально приближенных к имитации тушения пожара на водных видах транспорта , благодаря использованию виртуальных динамических моделей .

Результаты диссертационного исследования внедрены в Санкт-Петербургском институте ГПС МЧС России .Кроме того, отдельные положения данной работы вошли в состав методических документов Главного управления МЧС России по Санкт-Петербургу и Главного управления МЧС России Ленинградской области и находятся в стадии реализации.