автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Моделирование процессов управления боевыми действиями подразделений пожарной охраны на основе теории массового обслуживания

Введение.

1 Анализ состояния вопроса в части управления тушением пожаров и ликвидации последствий ЧС.

1.1 Динамика показателей пожаров и ЧС в России

1.2 Статистика пожаров в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

1.3 Структура системы борьбы с пожарами и последствиями

ЧС, перспективы ее развития.

1.4 Анализ системы управления ГПС в Санкт-Петербурге

1.5 Основные направления исследований в части повышения эффективности управления борьбы с пожарами и последствиями ЧС.

Выводы.

2 Анализ статистических характеристик поступающих вызовов на пожары и ликвидацию последствий ЧС.

2.1 Случайные величины, связанные с процессом управления, их характеристики.

2.2 Законы распределения случайных величин.

2.3 Порядок отнесения выборок случайных величин к известным законам.

2.4 Информативность законов распределения.

2.5 Пример идентификации временных характеристик действий оперативных подразделений при тушении пожаров и ликвидации последствий ЧС.

Выводы.

3 Модели управления тушением пожара и ликвидации последствий ЧС.

3.1 Процессы управления тушением пожаров и ликвидации последствий ЧС с позиций теории массового обслуживания.

3.2 Основные аналитические закономерности теории массового обслуживания применительно к процессам управления тушением пожаров и ликвидации последствий ЧС.

3.3 Аналитические закономерности в многофазных процессах управления тушением пожаров и ликвидации последствий ЧС.

Выводы.

4 Имитационное моделирование деятельности РТП и руководителя ликвидации последствий ЧС.

4.1 Задача имитационного моделирования применительно к процессам управления тушением пожаров и ликвидации последствий ЧС.

4.2 Моделирование законов распределения при имитационном моделировании процессов управления тушением пожаров и ликвидации последствий ЧС.

4.3 Одноканальная СМО как модель деятельности руководителя тушения пожара и ликвидации последствий ЧС

4.4 Результаты имитационного моделирования процессов управления подразделениями ГПС при тушении пожаров и ликвидации последствий ЧС.

Выводы.

Актуальность темы исследования: Современный этап развития нашего общества характеризуется постоянным ростом различного вида угроз, основными из которых для крупных городов, населенных пунктов и предприятий и поныне являются пожары. Рост этажности зданий и сооружений, создание супермаркетов и крупных торговых центров с массовым пребыванием людей, качественное и количественное развитие транспорта, рост энергонасыщенности объектов и т.п. с одной стороны ведут к улучшению качества жизни, а с другой - увеличивается число пожаров и ЧС, и как следствие рост - числа жертв, пострадавших и увеличение материального ущерба.

Конечно, развивается и пожарная охрана (ПО) и другие подразделения МЧС, призванные обеспечить людей и материальных ценностей -совершенствуется пожарная и аварийно-спасательная техника, средства связи и управления подразделениями, организационная структура ГПС.

Тем не менее, тенденции таковы, что рост опасностей пожаров и ущерба от них несколько опережает рост защитных возможностей ПО. Это связано со многими факторами, основными из которых являются:

- рост энергонасыщенности объектов, этажности зданий и плотности населения в крупных населенных пунктах;

- недостаточное знание населением и сотрудниками предприятий правил пожарной безопасности и пренебрежение этими правилами в быту и производственной деятельности, продолжающий оставаться высоким уровень криминализации общества, чрезмерное употребление алкоголя;

- перегруженность автомобильных магистралей и падение водительской дисциплины, затрудняющие оперативное прибытие пожарных подразделений;

- кадровые проблемы в ГПС, выражающиеся в снижении процента укомплектованности пожарных подразделений и снижении уровня подготовленности личного состава ввиду проводимого реформирования ПО.

Указанные факторы делают исключительно актуальными вопросы совершенствования управления оперативными подразделениями ГПС и поисково-спасательной службы МЧС при их совместных действиях по тушению пожаров и ликвидации последствий ЧС. В свою очередь, это требует изучения существующей системы управления действиями оперативных подразделений, всех этапов действия должностных лиц, сбора и оценки статистических характеристик, моделирования действий по тушению пожаров и формированию предложений по их совершенствованию.

Имеющиеся в настоящее время система управлением силами и средствами оперативных подразделений ГПС и аварийно-спасательных подразделений не в полной мере удовлетворяют требованиям, предъявляемым сложившейся ситуацией, поэтому совершенствование систем управления силами и средствами на пожаре и при ликвидации ЧС, повышение эффективности их применения является весьма важной задачей.

В настоящее время отсутствуют обобщенные статистические данные о временных характеристик принятий решений руководителем тушения пожара при поступлении информации с боевых участков, от администрации объектов или из других источников. В связи с этим возникают существенные трудности в обосновании путей совершенствования систем управления силами и средствами при тушении пожара или при ликвидации последствий ЧС.

В диссертации на основе результатов статистического анализа временных характеристик оперативной деятельности разработаны требования к системам управлением силами и средствами при тушении пожара или при ликвидации последствий ЧС, определены пути их дальнейшего совершенствования. Актуальность проведенных исследований обусловливается тем, что они направлены на решение существующих проблем повышения пожарной безопасности.

Тема диссертации связана с научно-исследовательскими работами, проводимыми в УГПС МЧС Санкт-Петербурга и Ленинградской области, Санкт-Петербургском институте государственной противопожарной службы

МЧС России и Академии государственной противопожарной службы МЧС России по вопросам повышения эффективности управлением силами и средствами при тушения пожаров, спасания людей, совершенствования тактики тушения пожаров, применение пожарной техники на пожарах.

Целью проведенных в диссертации исследований является совершенствование управления оперативными подразделениями при тушении пожаров или при ликвидации последствий ЧС, направлений их развития, обеспечивающих повышение пожарной безопасности.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- проанализирована статистика о пожарах в Санкт-Петербурге и Ленинградской области и структура организации борьбы с ними;

- разработаны методы экспресс-анализа статистических данных о временных характеристиках действий оперативных подразделений и произведена идентификация этих характеристик с основными законами распределения;

- построены модели действий управляющих звеньев как систем массового обслуживания (СМО) и проведена оценка их основных показателей с учетом многофазности обслуживания;

- проведено имитационное моделирование действий руководителя тушения пожара при поступлении сообщений (заявок) от начальников боевых участков или от других должностных лиц (из других каналов поступления заявок).

Объектом исследования являются процессы управления действиями оперативных подразделений ГПС и поисково-спасательных подразделений МЧС.

Предметом исследования является организация управления действиями оперативных подразделений ГПС и поисково-спасательных подразделений МЧС.

Научная новизна исследования заключается в том, что в нем разработаны методы построения многофазных и имитационных моделей принятия решений по управлению при тушении пожара или при ликвидации последствий ЧС, и получение обобщающих аналитических и графических зависимостей.

Основными методами исследования являются методы теории систем, математической статистики, теории массового обслуживания, имитационного моделирования.

Результаты исследования. Основными результатами диссертационной работы, выносимыми на защиту, являются:

1. методы и результаты экспресс-анализа характеристик развития и тушение пожаров;

2. многофазные модели деятельности руководителя тушения пожара при тушении пожара или при ликвидации последствий ЧС;

3. методы имитационного моделирования деятельности руководителя тушения пожара на основе одноканальной системы массового обслуживания с неограниченной очередью;

4. аналитические зависимости и численные результаты моделирования основных характеристик процесса управления.

Научно-практическая значимость результатов проведенных исследований заключается в том, что результаты проведенного исследования и рекомендации могут быть использованы при обеспечении тушения крупных затяжных пожаров или при ликвидации последствий ЧС с привлечением большого количества сил и средств, а также научно-исследовательскими и конструкторскими организациями, учебными заведениями.

Результаты работы внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России, и в практическую деятельность Северо-западного регионального центра по делам ГО и ЧС МЧС России и УГПС МЧС России г. Архагельска.

По результатам исследования опубликованы семь научных статей. В процессе выполнения исследования его результаты обсуждались на научно-практических конференциях и семинарах.

Апробация работы: основные результаты работы докладывались и обсуждались в период с 2002 по 2004 на заседаниях кафедры пожарной тактики Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России, а также на: международной научно-практической конференции «Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля», Санкт-Петербург, 20-21 января 2004г.; международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях», Санкт-Петербург, 27-28 октября 2004 г.; международной научно-практической конференции «Применение современных методов и форм методической работы в подготовке специалистов пожарно-спасательного профиля», Санкт-Петербург, 9 февраля 2005 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 79 наименований и 1 приложения, общий объем работы 119 страниц.

Выводы

Таким образом разработан алгоритм, создана и протестирована компьютерная программа, позволяющая проводить имитационное моделирование одноканальных СМО без очереди и с неограниченной очередью (РТП<->НБУ), соответствующих систем управления тушением пожаров и проведением АСР [77]. С помощью этой программы становится возможным решать прикладные задачи, в частности, оценивать вероятность немедленного обслуживания очередной заявки (сообщения с боевого участка, информация то администрации объекта и.т.п.) при анализе существующей СМО и определять минимально допустимое время обслуживания, если заданы требования по вероятности немедленного реагирования.

Проведен большой объем расчетов, позволяющий установить некоторые закономерности. В частности, для всех сочетаний законов поступления и обслуживания заявок при а<0,2 практически все заявки обслуживаются безотказно, а при а>5, наоборот, заявки в основном получают отказ в немедленном обслуживании ввиду перегрузки канала. Также установлено, что для исследуемых СМО наиболее жестким режимом работы является пуассоновский поток заявок и экспоненциальное время обслуживания (рис.4.14). Это вполне согласуется с полученными ранее аналитическими результатами (глава 3).

Разработанные программы и полученные результаты могут использоваться при управлении тушением пожаров и проведением АСР, в учебном процессе и открывают широкую перспективу дальнейших исследований в части решения задач, связанных с разработкой оперативных планов пожаротушения на вновь строящиеся или реконструируемые объекты.

107

Заключение

1. Проведен анализ структур управления при организации тушения пожара и ликвидации последствий ЧС, статистических данных о динамике числа пожаров, ущерба от них и тенденций развития ГПС и обоснована необходимость совершенствования процессов и звеньев управления.

2. Разработаны методы экспресс-оценки соответствия выборок статистических данных о временных характеристиках оперативной деятельности подразделений ГПС известным законам распределения случайных величин.

3. Проведена идентификация статистических данных по Санкт-Петербургу и ленинградской области о времени следования подразделений ГПС к месту вызова, времени подачи 1-го ствола, времени локализации и ликвидации пожара. Показано, что эти временные характеристики хорошо согласуются с ^-распределением, получены численные значения соответствующих параметров /^-распределения, что даёт возможность повысить объективность результатов имитационного моделирования процессов управления подразделениями ГПС при тушении пожаров и ликвидации последствий ЧС.

4. На основе анализа звеньев управления при организации тушения пожара проведено их отождествление с соответствующими типами СМО, сформулированы задачи анализа и синтеза управляющих звеньев как СМО.

5. Показано, что ряд управляющих звеньев подразделений ГПС может быть представлен в виде многофазных одноканальных СМО, установлены основные закономерности в их моделях. На основе результатов моделирования характеристик многофазных СМО построены номограммы для решения задач анализа и синтеза управляющих звеньев и установлено, что режим «пуассоновсикий входной поток - экспоненциальное (эрланговское 1-го порядка) время обслуживания» является наиболее жёстким, что дает возможность переходить к упрощенным стандартным СМО для решения задач анализа и синтеза.

6. Проведено имитационное моделирование действий руководителя тушения пожара и ликвидации последствий ЧС и выявлены основные закономерности влияния приведенной нагрузки, видов законов поступления и обработки заявок на вероятность немедленного реагирования.

7. Показано, что на основании построенных моделей управляющих звеньев и результатов моделирования становится возможным сформулировать предложения по совершенствованию управления боевыми действиями по тушению пожаров и проведению АСР.

109

1. Федеральный закон от 27 мая 2003 г. № 58-ФЗ "О системе государственной службы Российской Федерации"

2. Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. № 69-ФЗ "О пожарной безопасности" (с изменениями от 22 августа 1995 г., 18 апреля 1996 г., 24 января 1998 г., 7 ноября, 27 декабря 2000 г., 6 августа, 30 декабря 2001 г., 25 июля 2002 г., 10 января 2003 г.)

3. Федеральный закон от 21.12.94 г. № 68-ФЗ "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера"

4. Указ Президента Российской Федерации от 09.11.01 г. № 1309 "О совершенствовании государственного управления в области пожарной безопасности"

5. Постановление Госкомстата России от 20.06.94 г. № 80 "Об утверждении гос. статистической отчетности о пожарах и последствиях от них"

6. Приказ ГУПО МВД СССР от 21.11.88 г. "Об утверждении указаний по тактической подготовке начальствующего состава пожарной охраны МВД СССР"

7. Приказ МВД России от 5.07.95 г. № 257 "Об утверждении нормативных правовых актов в области организации деятельности Государственной противопожарной службы"

8. Приказ МВД России от 16.08.99 г. № 602 "О принятии на вооружение изделия "Рабочее место (пульт) оперативно-диспетчерской связи для подразделений ГПС"

9. Приказ МВД РФ от 30.06.00 № 700 "Об утверждении Наставления по службе связи Государственной противопожарной службы Министерства внутренних дел Российской Федерации"

10. Приказ МВД РФ 07.12.00г. №1239 "О повышении эффективности оперативно-служебной деятельности государственной противопожарной службу МВД России"

11. Приказ МЧС РФ от 25 декабря 2002 г. № 608 "О применении в системе ГПС МЧС России приказов МВД России"

12. Приказ МЧС РФ от 2 декабря 2002 г. № 553 О создании и организации опытного функционирования на территориях субъектов Российской Федерации единых дежурно-диспетчерских служб (единых служб спасения) на базе телефонного номера "01"

13. Приказ МЧС РФ от 10 сентября 2002 г. № 428 "Об утверждении концепции развития единых дежурно-диспетчерских служб в субъектах Российской Федерации"

14. Приказ МЧС РФ от 31 декабря 2002 г. № 630 "Об утверждении и введении в действие Правил по охране труда в подразделениях Государственной противопожарной службы МЧС России (ПОТ Р0-2002)"

15. Приказ МЧС РФ от 17 января 2003 г. № 22 "Об утверждении Положения о региональном центре по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий"

16. Приказ МВД РФ и МЧС РФ от 25 декабря 2001 г. №1150/558 "О порядке использования системы связи и оповещения Государственной Противопожарной службы"

17. Приказ МЧС России от 10.09.01 г. № 396 "Об утверждении Положения о региональном центре по делам гражданской обороны, чрезвычайным си, туациям и ликвидации последствий стихийных бедствий"

18. Повзик Я.С., Клюс П.П. ,Матвейкин A.M. Пожарная тактика. М.: Спец-технка, 1990 г.

19. Повзик Я.С. Справочник РТП. М.: Спецтехника, 2001 г.

20. Г.А. Дегтяренко, С.И. Мазовер, И.В. Пехенько. Высшая математика и её использование в математическом моделировании. Книга 6 «Метода математического моделирования». СП.: Военно-морской институт, 2002 г.

21. Г.И. Абдурагимов. Теоретические основы совершенствования управления оперативными службами мегаполисов // Автореферат докторской4

22. А.Е. Серебренников. Моделирование процессов управления совместными действиями оперативных подразделений ПО и поисково-спасательных формирований МЧС // Автореферат кандидатской диссертации. М.: ИЦПКСП, 2002 г.

23. А.И. Махнач. Методика синтеза организационной структуры системы управления подразделениями ГПС на основе нормативов численности // Автореферат кандидатской диссертации. СПб.: СПБ ИГПС МЧС России, 2003 г.

24. А.А. Скопцов. Организация управления оперативными подразделениями МЧС при тушении пожаров // Автореферат кандидатской диссертации. СПб.: СПБ ИГПС МЧС России, 2004 г.

25. Е.С. Вентцель. Теория вероятностей. Изд. 5-е, стереотипное. М.: Высшая школа, 1998.-576 с.

26. Е.С. Вентцель, JI.A. Овчаров. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука, 1988.- 480 с.

27. Вероятность и математическая статистика. Энциклопедия. М.: БСЭ, 1999 -404 с.

28. В.И. Романовский. Применения математической статистики в опытном деле. М., Л.: ОГИЗ, 1947. 247 с.

29. А.А. Таранцев. Случайные величины и законы их распределения. Справочное рководство. СПб.: СПБ ИГПС МЧС России, 2005 г.

30. A.M. Заездный. Основы расчетов по статистической радиотехнике. М.: Связь, 1969.-243 с.

31. Г. Хан, С. Шапиро. Статистические модели в инженерных задачах. М.: Мир, 1969.-395 с.

32. А.Н. Лебедев, М.С. Куприянов, Д.Д. Недосекин, Е.А. Чернявский. Вероятностные методы в инженерных задачах. Справочник. СПб.: Энерго-атомиздат, 2000. 333 с.

33. A.M. Яглом, И.М. Яглом. Вероятность и информация. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Наука, 1973.

34. Г.Г. Абергауз, А.П. Тронь, Ю.Н. Копенкин, И.А. Коровина. Справочник по вероятностным расчетам. М.: Воениздат, 1966. -408 с.

35. JI.H. Большев, Н.В. Смирнов. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1983.

36. Е.С. Вентцель. Исследование операций. М.: Сов. радио, 1972. 552 с.

37. Б.В. Гнеденко, Э.А. Даниелян, Б.Н. Димитров, Г.П. Климов, В.Ф. Матвеев. Приоритетные системы обслуживания. М.: Изд-во МГУ, 1973. 447 с.

38. С.П. Насельский, А.И. Нижников, А.А. Таранцев, Д.А. Смирнов, М.В. Эрюжев. Методы теории массового обслуживания в задачах управления в экономике. М.: МГОПУ им. М.А.Шолохова, 2003. 40 с.

39. Ю.М. Коршунов. Математические основы кибернетики. Изд. 3-е, пере-раб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1987 496 с.

40. Э. Шиндовский, О. Шюрц. Статистические методы управления качеством. М.: Мир, 1976.

41. Е.С. Вентцель, JI.A. Овчаров. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Академия, 2003.- 432 с.

42. А.А. Яблонский. Моделирование систем управления строительными процессами. Монография. М.: Изд-во Ассоц. строит. ВУЗов, 1994. 296 с.

43. Е.В. Гмурман. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике. Изд. 9-е, стереотипное. М.: Высшая школа, 2004-404 с.

44. О.А. Новиков, С.И. Петухов. Прикладные вопросы теории массового обслуживания. М.: Сов. радио, 1969. -400 с.

45. Дж. Риордан. Вероятностные системы обслуживания. М.: Связь, 1966. -184 с.

46. В.Г. Лазарев, Ю.В. Лазарев. Динамическое управление потоками информации в сетях связи. М.: Радио и связь, 1983. 216 с.

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

48. Н.Н. Брушлинский. Системный анализ деятельности ГПС. М.: МИПБ МВД России, 1998.

49. С.А. Айвазян, В.М. Бухтшабер, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин. Прикладная статистика. Классификация и снижение размерности. Справочное издание. М.: Финансы и статистика, 1989. 697 с.

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

51. А. Кофман, Р. Крюон. Массовое обслуживание. Теория и применение. М.: Мир, 1965.

52. Н. Джейсуол. Очереди с приоритетами. М.: Мир, 1973.

53. Ф.И. Шаровар. АСУ и связь в пожарной охране. М.: Радио и связь, 1987. -395 с.

54. Г.И. Ивченко, В.А. Каштанов, И.Н. Коваленко. Теория массового обслуживания. М.: Высшая школа, 1982. 256 с.

55. Б.П. Демидович, И.А.Марон, Э.З.Шувалова. Численные методы анализа. Изд. 3-е, перераб. М.: Наука, 1967. 368 с.

56. Р.В.Хемминг. Численные методы для научных работников и инженеров. Изд. 2-е, испр. М.: Наука, 1972. 400 с.

57. В.Л. Загускин. Справочник по численным методам решения уравнений. М.: ГИФМЛ, 1960.-216 с.

58. А.А. ТАранцев. О способе выбора параметров СМО // Автоматика и телемеханика, №7, 1999 г.

59. А.А. Таранцев, М.В. Эрюжев. Об аналитических соотношениях в одно-канальных незамкнутых СМО // Теория и системы управления №1, 2004, с. 120-124.

60. А.А. Таранцев, М.В. Эрюжев. Об аналитических соотношениях в одно-канальных незамкнутых СМО // Теория и системы управления №3, 2004, с. 84-91.

61. Бречалов С.Л., Малыгин И.Г., Таранцев А.А. Модель управления боевыми участками руководителем тушения пожара // Вестник №1(4) Санкт-Петербургского института государственной противопожарной службы МЧС, 2004 г.

62. A.JI. Липшиц, Э.А. Мальц. Статистическое моделирование систем массового обслуживания. М.: Сов. радио, 1978. 248 с.

63. И.М.Соболь. Метод Монте-Карло. М.: Наука, 1975.

64. Б.Я. Собетов, С.А. Яковлев. Моделирование систем. Практикум. М.: Высшая школа, 1999 г.

65. Г.И. Сетозарова, Е.В. Сигитов, А.В. Козловский. Практикум по программированию на алгоритмических языках. М.: Наука, 1980.

66. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Изд. 4-е, М.: Наука, 1978. 832 с.

67. Статистические методы в инженерных исследованиях /Лабораторный практикум/ под редакцией Г.К. Круга. М.: Высшая школа, 1983. 216 с.

68. В.А. Жожикашвили, В.М. Вишневский. Сети массового обслуживания. Применение к сетям ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988.

69. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник. СПб.: Изд-во "Питер", 1999. 672 с.

70. Бречалов C.JI., Таранцев А.А., Холостов A.JI. О моделировании безбуферного узла сети массового обслуживания // Вестник Академии Государственной противопожарной службы МЧС России. №2. М., 2004 г.

71. A.JI. Холостов. Совершенствование организации подготовки специалистов пожарной безопасности при дистанционном обучении на основе моделей распределения времени // Автореферат кандидатской диссертации. СПб.: СПб ИГПС МЧС России, 2004 г.

72. О.Н. Савчук. Методики выявления последствий аварий на АЭС и ХОО. СПбУ МВД России, 1999. 55 с.