І. С. Шепельова - Санкт-Петербурзький науково-дослідний інститут лісового господарства, начальник проектно-технологічного сектора, аспірант, shepelyova@spb-niilh.ru
Описано існуючий підхід до виявлення лісових пожеж. Представлений алгоритм розрахунку оптимального розміщення відеокамер на вежах стільникового зв'язку для системи раннього виявлення пожеж. Наведено результати апробації алгоритму в умовно обраному регіоні Російської Федерації.
Ключові слова: лісові пожежі, відеомоніторинг, раннє виявлення лісових пожеж.
В організації управління лісовими пожежними службами можна виділити 3 стадії [1]:
✓ стратегічне управління (до настання пожежонебезпечного сезону);
✓ оперативне управління (протягом пожежонебезпечного сезону, в залежності від пожежної обстановки);
✓ післясезонне управління (після закінчення пожежонебезпечного сезону).
Стадія оперативного управління боротьбою з лісовими пожежами включає в себе систему раннього виявлення пожеж, систему оперативного зв'язку, систему управління в реальному часі силами і засобами пожежогасіння.
Під процесом виявлення пожеж розуміється стеження за територією, що охороняється з пожежно-спостережних пунктів (вежі, щогли, павільйони), а також патрулювання території, що охороняється з повітря, на суші і воді з метою встановлення місць виникнення лісових пожеж.
В даний час виявлення лісових пожеж здійснюється наступними способами [2]:
✓ наземний (патрулювання наземне і з водних акваторій, візуальний моніторинг, відеомоніторинг);
✓ авіаційний (авіапатрулювання);
✓ космічний (супутниковий моніторинг).
Ефективність виявлення і гасіння лісових пожеж оцінюється за результатами роботи підсистеми виявлення і гасіння, а також витрат, пов'язаних з їх функціонуванням, і порівнянням цих показників в різних варіантах їх функціонування.
Виявлення лісових пожеж на ранніх стадіях їх виникнення - одна з найбільш важливих завдань оперативного управління лісопожежними службами. Своєчасне виявлення лісової пожежі (в найкоротший термін після виникнення) дозволяє значно знизити витрати на його гасіння і можливий подальший збиток [3-5].
Сучасний підхід до раннього виявлення лісових пожеж передбачає використання телеустановок, а також розробок математичних алгоритмів, як елементів системи підтримки прийняття управлінських рішень при охороні лісів від пожеж. Він включає систему відеомоніторингу раннього виявлення пожеж. Для спостереження з пожежно-спостережних пунктів можуть також використовуватися спеціальні телекамери, що дозволяють помітити дим (перша ознака виникнення лісової пожежі) на відстані до 20 км. Це дозволяє визначити вид вогнища горіння або лісової пожежі, встановити його характеристики.
Дані з камер відеоспостереження, встановлених на спеціальних вежах, в реальному часі надходять на екрани в диспетчерський центр, координати і напрямок пожежі визначаються автоматично. Його місце розташування виводиться на електронну карту, а при наявності векторної детальної дорожньої мережі, автоматично розраховується оптимальний маршрут до місця можливої пожежі.
Використання математичних алгоритмів обумовлено, зокрема, необхідністю розробки оптимального розміщення відеокамер на вежах (або датчиків, в разі їх використання) для системи раннього виявлення пожеж.
Подібний алгоритм може бути застосований в будь-якому регіоні Російської Федерації для визначення оптимальної кількості веж, необхідних для забезпечення роботи системи відеомоніторингу лісових пожеж. У даній системі передбачається розміщувати телекамери на існуючих вежах оператора стільникового зв'язку, які відповідають певним параметрам. При цьому повинно бути забезпечено максимально ефективне покриття території земель лісового фонду регіону з урахуванням заданих допустимих обсягів бюджетних асигнувань, що виділяються на виявлення лісових пожеж з пожежних спостережних пунктів. Під максимально ефективним покриттям (далі - ефективність покриття) мається на увазі максимальне значення сумарної площі, за якою ведеться спостереження з диспетчерського пункту за допомогою відеокамер.
Нами проаналізовані статистичні відомості по пожежам на землях лісового фонду умовно обраного регіону за останні 5 років. Залежно від ступеня горимо лісів лісництва регіону поділені на 3 групи - найбільш горимі, середньогоримі і слабогоримі. Для підвищення ефективності раннього виявлення пожеж з урахуванням зниження витрат на установку відеокамер і створення необхідної ефективності покриття, використаний алгоритм відбору веж (щогл), що забезпечують подвійне покриття території найбільш горимо лісництв, полуторне перекриття площі середньо-горимо лісництв і одноразове покриття площі слабогоримих лісництв. Розрахунок здійснювався з урахуванням реально розміщених веж оператора стільникового зв'язку висотою 70-72 м.
Алгоритм включає виконання наступних дій:
1. Складання списку геометричних областей, на які під охороною територія розбивається колами, радіуси яких дорівнюють радіусів огляду відеокамер з центрами в точках розташування веж з цими відеокамерами. Кожна з таких областей, в залежності від розв'язуваних завдань, покрита повністю або неповністю.
2. У кожній області обрана одна точка. Завдання покриття всіх областей звелася до покриття всіх таких точок.
3. Набір обраних веж будувався автоматично, з використанням мови програмування. На кожному наступному кроці в набір веж додавали нові вежі, яким відповідали максимальні значення певної цільової функції.
3.1. У процесі вирішення вибирали кілька варіантів цільової функції, після чого рішення, побудовані з їх допомогою, порівнювали і серед них вибирали оптимальний.
3.2. Цільова функція враховувала з різними ваговими коефіцієнтами такі параметри, як:
✓ кількість нових точок, які покриває вежі;
✓ кількість точок, які вже були покриті один раз і для яких дана вежа забезпечує повторне перекриття;
✓ віддаленість від обраних веж;
✓ площа перекриття з областями огляду обраних веж.
3.3. Після додавання в набір черговий веж значення цільової функції для інших веж перераховували.
3.4. Процес сортування варіантів зупиняли, коли було досягнуто майже повне (похибка визначається параметрами завдання) покриття області.
4. Після того як з урахуванням даної цільової функції побудований набір веж, результат фіксували, міняли параметри цільової функції, і алгоритм запускали знову. Параметри змінювали з коригуванням коефіцієнтів, які враховували відстань до інших веж і кількість нових одинарних або подвійних покриттів.
5. Результат - найкращий набір веж серед усіх розрахованих варіантів цільової функції.
В остаточному варіанті встановлено оптимальну кількість веж в умовно обраному регіоні (79 шт.), На яких слід розмістити відеокамери. Схема розміщення і зона покриття точок установки камер спостереження на карті представлена на малюнку.
Таким чином, запропонований алгоритм дозволив встановити необхідну кількість веж з урахуванням ефективності покриття і їх місце розташування з уже існуючих з урахуванням виділених асигнувань на виявлення лісових пожеж з пожежно-спостережних пунктів. Застосування алгоритму показало, що необхідно розглянути завдання оптимального вибору веж з багатьма критеріями, де в якості цільових функцій можуть виступати функції, що відображають території горіння, що охороняються, середньозважений клас природної пожежної небезпеки, а також витрати, пов'язані з організацією системи відеомоніторингу.
Список использованной литературы
- 1. Региональная система поддержки принятия управленческих решений при охране лесов от пожаров/ Ю. З. Шур, О. А. Доммес, И. С. Шепелёва, Д. В. Элькина // Труды Санкт-Петербургского НИИ лесного хозяйства. - Вып.1 (24). - Ч. 1. - СПб., 2011. - С. 176-183.
- 2. Ханин, А. Принципы оптического метода автоматического детектирования лесных пожаров / А. Ханин, Р. Чеботарев // Алгоритм безопасности. - 2011. - № 1.
- 3. Коровин, Г. Н. О системном подходе к планированию охраны лесов от пожаров / Г. Н. Коровин, Л. М. Абрамов [и др.] // Лесные пожары и борьба с ними : сб. науч. тр. - Л. : ЛенНИИЛХ, 1978. - С.104 -120.
- 4. Алгоритмы и программы расчета оперативных систем обнаружения и тушения лесных пожаров на ЭВМ : методич. рекоменд. - Л. : ЛенНИИЛХ, 1974. - 88 с.
- 5. Щедрин, А. Г. К вопросу расчёта показателя своевременности обнаружения лесных пожаров при использовании пожарно-наблюдательных пунктов / А. Г. Щедрин, Е. Н. Горовая // Леса России в XXI веке : матер. 2-й междунар. научно-практич. интернет-конф. - СПб. : СПбГЛТА, 2009. - С. 59 - 62.
- 1. Regional'naya sistema podderzhki prinyatiya upravlencheskix reshenij pri oxrane lesov ot pozharov/ Yu. Z. Shur, O. A. Dommes, I. S. Shepelyova, D. V. El'kina // Trudy Sankt-Peterburgskogo NII lesnogo xozyajstva. - Vyp.1 (24). - Ch. 1. - SPb., 2011. - S. 176-183.
- 2. Hanin, A. Princzipy opticheskogo metoda avtomaticheskogo detektirovaniya lesnyx pozharov / A. Hanin, R. Chebotarev // Algoritm Bezopasnosti. - 2011. - № 1.
- 3. Korovin, G. N. O sistemnom podxode k planirovaniyu oxrany lesov ot pozharov / G. N. Korovin, L. M.Abramov [i dr.] // Lesnye pozhary i bor'ba s nimi : sb. nauch. tr. - L. : LenNIILH, 1978. - S.104 -120.
- 4. Algoritmy i programmy rascheta operativnyx sistem obnaruzheniya i tusheniya lesnyx pozharov na EVM : metodich. rekomend. - L. : LenNIILH, 1974. - 88 s.
- 5. Shhedrin, A. G. K voprosu raschyota pokazatelya svoevremennosti obnaruzheniya lesnyx pozharov pri ispol'zovanii pozharno-nablyudatel'nyx punktov / A. G. Shhedrin, E. N. Gorovaya // Lesa Rossii v HHI veke : mater. 2-j mezhdunar. nauchno-praktich. internet-konf. - SPb. : SPbGLTA, 2009. -S. 59-62.
0 коммент.:
Дописати коментар