автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Разработка методологии проектирования реорганизации противопожарных служб городов на основе применения компьютерных имитационных систем

На правах рукописи

Вагнер Петер

Разработка методологии проектировании реорганизация противопожарных слуясб городов

на основе применения компьютерных > имитационных систем

(на примере города Берлина)

Специальность 05.26.03. Пожарная безопасность (технические науки) Специальность 05.13.10. Управление в социальных и экономических системах (технические науки)

Астсргфгрэт диссертация па сопсгсаппе ученой степени Етпдпязта технических паук

(Л

Москва 1958 -

Работа выполнена в Московском институте пожарной безопасности МВД России

Научный руководитель -Научный консультант -Официальные оппоненты

Ведущая организация -

доктор технических наук, профессор Брушлннский Н,Н.

кандидат технических наук, доцент Соколов C.B.

доктор технических наук, старший научный сотрудник Присадков В.И. кандидат технических наук, доцент ПрановТ.М.

Академия управления МВД России.

Защита состоится " го* (ыЬеисЯ

"lllùi léera

А

часов

1998 г. в__

на заседании диссертационного собет? Д.052.03.01 в Московском институте пожарной безопасности МВД России по адресу: 129 366, Москва, ул. Бориса Галушкина, д. 4, зал Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИПБ МВД России. Автореферат разослан " 20 " 1998 г.,

исх.

Стыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направлять в МИПБ МВД России по указанному адресу. Телефон для справок: 283 19 05.

* Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Т.Г.Меркушкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

\ктуплы1ость п л боты. Роль городов а развитая общества >ывио возрастает. Растет пх население, увеличивается •ория, меняется характер городских поселений: они сливаются, •я обширные урбанизированные пространства (мегаполисы, грацни).

3 настоящее время уже примерно половила человечества живет >дах, а в наиболее развитых странах более 75 % населения гся тггелями городов. В городах сосредоточены основные 1алыше и духовные ценности современной цивилизации. Вместе с тем, урбанизация порождает множество проблем П.НОГО, экономического и экологического характера. Одной из комплексных проблем является проблема обеспечения юности городов (пожарной, химической, радиационной, тёской и пр.)

Безопасность является важной составляющей качества жизни ан. Уже на стадиях проектирования и строшгельсгва городов IX новых рш"юнов) спеш1алисты соответствующих профилей ;матрнвают • п осуществляют совокупность мероприятий, шетшх на предупрезхдетге возможных-деструктивных событий троком смысле слова), способных •'нарушить нормальную деятельность горожан п даже угрожать их жизни, здоровью н :ству.' ■; ."..''■'•■'. .

Эдиако, в силу ряда причин в любом городе время от времени-деструктивные события возникают: пожары, взрывы, дорожно-юртные происшествия п пр. Для ликвидации их последствий в IX создают специальные экстренные! службы (противопожарные, ! медицинской помощи; аварийные и др ) Эти службы являются. необходимыми, но дорогостоящими ггамн инфраструктуры любого города, обеспечивающими ; юность жизнедеятельности горожан. Например, в Берлине за шпе годы содержание пожарио-спасательной фушашоналыюй службы увеличилось с 0,7 до 0,9 % бюджета ц а в Токио - с 3 до 4 %. Содержание каждой из подобных служб шналъном масштабе составляет существенную долю валового иального продукта каддой страны (до 0,3 % ВНП). Поскольку экономика практически любого крупного города пшо находится в трудном положении, то администрации )в всегда ищут пути и способы уменьшения расходной часто гга, в частности, за счет сокращения размеров экстренных . В Ьерлпне, например, Сенат города потребовал в 1997 - 1998

з

гг. сократить пожарноспасательную службу на 10 %. При этом, естественно, требуется решать эту задачу без снижения уровня безопасности города, j Отсюда следует, что проблема разработки проектов

реорганизации противопожарных служб городов, научного обоснования их размеров (числешюсти личного состава, технической оснащенности и пр.) становится все более актуальной.

Администрация каждого города и руководство его противопожарной службы должны располагать специальным научным инструментарием для обоснования размеров этой службы в данном городе. Сложность создания такого инструментария очевидна, поэтому вопросы проектирования экстренных служб городов до недавнего времени решались почти на интуитивном уровне. Вместе с тем, современные информационные и компьютерные технологии позволяют рещить эту проблему настрого научной основе.

Уже в конце 60-х годов в США была предпринята попытка создать имитационную модель процесса функционирования противопожарной • службы города, однако, вычислительная техника того времени не позволила сконструировать достаточно развитую для практического использования модель, так что эта попытка успехом не увенчалась и дальнейшего развития не получила.

В 70-е - 90-е гг. такие попытки предпринимались в ФРГ, Великобритании, Голландии; США, но сконструированные модели носили статический характер, не учитывали динамику реального процесса функционирования экстренных служб города и возможности их практического использования оказались весьма скромными.

Все эти примеры лишний раз подчеркивают актуальность проблемы и говорят о том, что во многих развитых странах уже несколько , десятилетий осуществляются настойчивые попытки использовать информационные и компьютерные технологии для ее решения.,

В России подобные исследования проводятся с середины 60-х годов под руководством проф. H.H. Брушлинского. Сначала в них использовались только аналитические модели. Затем, во второй половине 70-х годов, когда стала очевидной ограниченность возможностей этих моделей для детального описания исследуемых процессов, начали конструировать на основе аналитических моделей имитационные модели. В начале 90-х годов были созданы компьютерные имитационные системы для проведенйй^ЗХоаертизы текущей деятельности противопожарных служб городов и разработки проектов их реорганизации. Эти системы получили одобрение и

«

признание во всем мире. Необходимо было разработать методологию toc использования. Эта задача была предложена диссертанту.

; Цслыо работы является создание методологии (совокупности принципов, форм и способов) проектирования реорганизация противопожарных служб городов на основе применения компьютерных имитационных систем (КИС)!

Объектом исследования явилась пожарно-спасательная служба города Берлина, которая после воссоединения двух немецких государств нуждалась в реоргаштации.

Предметом исследования является оперативно-тактическая деятельность многофункциональной пожарно-спасателыгой службы Берлина.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

с позиций системного подхода проанализированы существующая организационная структура и функции противопожарной службы Берлина;

• дан стати спгчесютй- анализ объема оперативной деятельности этой службы и его динамики;

• исследованы временные характеристики оперативной деятельности ' противопожарной службы Берлина и fix параметры;

« изучены закономерности использования пожарной и специальной техники в процессе функционирования противопожарной службы Берлина;. .

• подобраны аналиттеские модели процесса функциошфовання этой службы и показана их адекватность реальному процессу;

в проведена проверка имитационной модели на устойчивость результатов моделирования и адекватность реальному процессу функционирования противопожарной службы;

• разработана концепция информационного • обеспечения и подготовки сценариев моделирования реальных и гипотетических ситуаций в городе с помощью КИС;

• предложены конкретные рекомендации по реорганизации противопожарной службы Берлина с учетом перспектив и прогнозов его развития.

I Методами, использованными в диссертации, являются методы системного анализа, дескриптивной и математической статистки, математического моделировшшя (аналитического п имитационного).

Ипформаштоппой базой при выполнешга диссертацпп послужили данные официальной городской п пожарной статисттсп города, Берлина, а также данные специально проведенных

s

статистических экспериментов, .характеризующие отдельные элементы и параметры процесса функционирования берлинской противопожарной службы.

Научнпя нопвдиа заключается в следующем:

• проведено детальное исследование всех сторон процесса функционирования многофункциональной пожарно-спасательной Службы крупнейшего города, выполняющей функции пожаротушения, оказания медицинской и технической помощи;

• найдены математшсо-статистические закономерности этого процесса, в частности, распределения вызовов всех типов по пространству, зависимости времени занятости подразделений разных типов от времени их следования к месту вызова и др.;

•показана устойчивость результатов имитационного моделирования и их адекватность • реальному.. процессу , функционирования противопожарной службы-города;

• исследована' чувствительность имитационной модели к изменению различных' параметров' оперативно-тактической деятельности,

. позволяющая предввдеггь результаты тех тип! иных управленческих

решений-при реорганизации противопожарной службы города; .•разработана и реашзоваца концепция информационного обеспечения в подготовки .. сценариев имитационного моделирования. • при''проектировании реорганизации противопожарной службы любого'города.

Практическая ценность нсслсловййкя. Тема исследования соответсгвуёт-ГНТЛ "Безопасность", Федеральной целевой программе "Поясарная безопаснорть и сош1альная защита на 1995 - 1997 годы", комплексной программе "Безопасность Москвы", ряду международных программ.

. Наиболее существенными практическими результатами исследования следует считать:

• научный . инструментарий в виде КИС и методологии ее использования • при проецировании реоргагшзацик противопожарных (н любых.-других экстренных) служб городов. Этот инструментарий позволяет администрации любого города и руководству сто противопожарной службы на многовариантной основе найти наиболее рациональные пути совершенствовать! этой службы, построить прогнозы ее развития, учитывающие планы развития города и интересы населения и пр. При этом работа с КИС не предполагает специальных знаний у пользователя, исключает трудоемкие ручные расчеты, позволяет наблюдать за ходом имитационного эксперимента и акшвио влиять на него;

• конкретные предложения по совершенствованию пожарной статистики городов, сбору п обработке дополнительных статистических данных в рамках АСУ противопожарных служб, необходимых для использования в КИС, и др.

Все эти результаты были одобрены и уже частично реализованы в работе Статистического Управления города Берлина, в работе АСУ противопожарной службы г.Берлина, при разработке вариантов проекта реорганизации этой службы.

Публикации п обсуждения дпссептанпп. Основные положения диссертации опубликованы в 25 печатных работах, изданных в России, Германии и Великобритании, . в том числе - в трех книгах. Они обсуждались на 10 конференциях, семинарах и симпозиумах в России, Германии, Голландии, в том числе: в рамках пленарного доклада на Симпозиуме КТИФ в Ганновере (июнь 1994 г.) и в докладе ,на международной конференции "Управление большими системами -97" (сентябрь 1997 г., Москва).

Обьем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 312 страниц. В него вхддят 171 таблица и 171 рисунок.

На злшпту пьтопггси: » результаты статистического анализа оперативно-тактической деятельности многофункциональной пожарно-спасательной службы города Берлина;

в результаты математического моделирования этой деятельности- и

проверка их адекватности; ® пршшипы и способы использования КИС для разработки проектов реорганизации противопожарных служб городов;

• результаты применения этих принципов и способов при разработке вариантов реорганизации пожарно-спасательной службы Берлина.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматривается город Берлин как сложная социально-экономическая система, а его пожарно-спасательная служба - как подсистема этой сложной системы. При этом последовательно выдерживается принцип исторического подхода, в соответствии с которым в крагпсой форме анализируется история создания и развития Берлина и, соответственно, этапы становления и периодической реорганизации его противопожарной службы, В частности, приведена динамика общего числа вызовов пожарных подразделений и числа пожаров в Берлине за все время существования

профессиональной пожарной охраны города ( с 1851 года по 90-е годы XX в.). Анализируются организационные структуры пожарной охраны Западного и Восточного Берлина до воссоединения двух немецких государств и существующая оргструктура пожарной . охраны объединенного Берлина, а также ее функции (пожаротушение, профилактика пожаров, оказание неотложной медицинской и технической помощи, защита от катастроф, защита окружающей среды от воздействия на нее вредных веществ). Приводятся данные о размерах финансирования берлинской пожарной охраны, ее численности и технической оснащенности, организации службы, объеме профилактической работы.

Приведены официальные данные о прогнозах развития Берлина до 2010 г. и связанны^ с этим соображения о направлениях очередной реорганизации»его противопожарной службы. Дается обобщенный анализ оперативной обстановки в Берлине: за последние 50 лет среднее число вызовов пожарных подразделений на 1000 жителей Ь год увеличилось более чем в 40 раз и составило в начаЛе-.90-х годов около 70 вызовов на 1000 чел. (для сравнения, в Москве - 8-9 вызовов на 1000 чел. в год).

Изменилась структура выездов подразделений. За 1989 -1996 гг. пожары от общего числа выездов составили 5 %, выезды на оказание медпомощи - 61 %, транспортировка больных - 7 %„ оказание техпомощи - 12 % и лояаше вызовы - 15 % Всего за год • осуществляется около 300 000 боевых выездов.

96 % всех пожаров тушат с применением первичных средств тушения или Одного ствола Такие, пожары в Германии называют "малыми". Лишь при тушении одного процента всех пожаров необходимо.применять не менее 3-х стволов ("большие" пожары).

Динамика вызовов разных категорий за последние годы (с 1990 г. по 1996 г.) такова: число пожаров стабилизировалось на уровне 1314 --шс; .в год; число выездов на оказание техпомощи несколько уменьшилось с 31.тыс. до 27 тыс. в год); число выездов для оказания медпомощи имеет меткую тенденцию к росту (увеличилось с 100 тыс. до 160 тыс. в год). ' .

• Все эти процессы и тенденции предлагается учесть при разработке проекта реорганизацин пожарно-спасательной службы Берлина. .

Вторая глава посвящена детальному статистическому анализу объема оперативной деятельности пожарной охраны Берлина. Объем оперативной деятельности предлагается оценивать общим числом боевых выездов подразделений в единицу времени (в частности, за год).

Под потоком вызовов (выездов) понимается последовательность моментов сообщений, поступающих на ЦГГПС г. Берлина, о всей совокупности событий, требующих выезда подразделений пожарной охраны. Плотность (интенсивность) потока вызовов (выездов) характеризуется средним числом вызовов (выездов) в единицу времени.

В данной главе исследуется распределение потоков вызовов и их составляющих во времени и в пространстве. В первом случае рассматриваются следующие временные интервалы: год, месяц, дни недели, часы суток. Во втором случае проанализированы следующие территориальные единицы города: 23 административных района, 81 подрайон, 195 "статистических" участков (терршориальная единица, используемая Статистическим управлением г.Берлина), 13025 "статистических" блоков (кварталов) и некоторые другие (избирательные районы, улнцы, их участки, перекрестки). До сих пор такие распределения вызовов экстренных служб по пространству города никем не изучались, хотя это очень важно при экспертизе текущей деятельности таких служб и разработке проектов их реорганизации. Объясняется это тем, что в результате подобного пространственно-временного анализа распределения потока вызовов можно получить четкое представление о том, в каких временных интервалах (когда?) и в каких территориальных единицах (где?) в городе могут возникать ситуации (повышаться уровень риска) возможного несвоевременного реагирования подразделений на поступающие вызовы разных категорий.

Структура второй главы такова: последовательно рассматриваются потоки выездов на пожары, на оказание технической помощи, на оказание медицинской помощи. Для каждого вида выездов сначала анализируется их распределение во времени, а затем - в пространстве.

Например, на рис. 1 приведено распределение числа вызовов на пожары в Берлине по месяцам 1989-1993 гг. и для сравнения за 18611865 п\ (близость распределений очевидна и естественна).

Из рис. 1 следует, что потоки вызовов подразделений на пожары носят па протяжении года нестационарный характер (в зимние месяцы пожаров в два с лишшш раза больше, чем летом). Еще более выраженная нестащшнзрносгь прослеживается в распределении числа вызовов на пожары по часам суток ( в 5-6 часов утра вызовов на пожары в 3,5 раза меньше, чем в 17-18 часов).

В среднем в Берлине за сутки бывает примерно 35-40 вызовов на пожары. При этом из 56,6 % всех городских кварталов за год не поступает ни одного такого вызова, еще из 25,4 % кварталов за год

поступает не более двух вызовов на пожары. Таким образом, 3 и более вызова в год поступают только из 20 % всех кварталов Берлина (больше 10 вызовов в год поступают меньше, чем из 3 % всея кварталов).

На рис. 2 приведено двухмерное распределение вызовет на пожары в 1991 г. по территории' Берлина (за единицу площади взят кв. км.)

Из рис. 2 следует, что больше всего пожаров возникает в основном в центре Берлина.

Аналогичные исследования были проведены для вызовов на оказание технической или медицинской помощи.

Кроме этих исследовании, в данной главе приведены результаты исследований пожаров в жилом секторе. В частности, показано, что в 47 % исследованных пожаров их площадь не превышала 3 кв. м. Только в 25 % всех случаев площадь пожара была не меньше 12 кв. м. Это означает, что, как правило, пожары не выходят за пределы одной квартиры (97 % всех исследованных пожаров).

Месяцы

Рис.* 1 Распределение числа вызовов на пожары по месяцам 1989-1993 гг. и для сравнения за 1861-1865 гг.(Берлин).

Протяженность город» с Прот«*«ииост|. город* с

запада на восток а к» сав»ра иа юг в ем

Рнс. 2 Двумерное распределение числа пожаров по квадратным километрам (ПО Берлина, 1991 г.).

В третьей глапе продолжается детальный статистический анализ оперативной деятельности пожарно-спасателыюй службы Берлина. Здесь исследуются временные характеристики этой деятельности, а также использование пожарных и специальных автомобилей.

Основными временными характеристиками являются: время следования отделений к месту вызова, время боевой работы, общее время занятости отделений. Время следования - важнейшая характеристика организации и эффективности деятельности противопожарной службы. В диссертации оно изучено: 1! для разных видов выездов;

2. для разных топов оперативных отделений,

3. для разных районов города Берлина.

Например, в 1991 г. среднее время следования к месту вызова в целом по Берлину составило: для оказания медицинской помощи - 5,4 мин., при следовании на пожар - 6,9 мни., при вызовах на оказание техпомощи - 7,8 мин. При этом, в 95 % всех случаев время следования на медпомощь не превышало 10 мни., на пожары -'15. мин., на техпомощь - 20 мин. Эти данные основаны только на статистике Западного Берлина. В 1992 г. уже учитывалась статистика выездов обье лишенного Берлина и значения всех показателей резко ухудшились - на 4-5 и более минут, т.к. в восточной части города не хватало депо и тсхшпш для работы по Западным стандартам.

и

Руководству службы пришлось принять ряд мер (передислокация отделений) и положение улучшилось. На рис. 3 приведено накопленное время следования для автонасосов за 1992 -1995 гг.; атаюке за часть 1996 г. (1 января - 4 августа).

Рис.З Накопление времени следования отделений тина АН (пожарная охрана Берлина 1992-1995 гг.) ;

Исследование времени следования по пространству проводилось на уровне районов выезда подразделений. Для этого были выбраны все депо с нагрузкой не менее 500 выездов в месяц (их оказалось 19). Исследование проводилось за каждый месяц 1991 г. по выездам всех типов на основании статистических данных. В 1992 -1993 гг. были проведены натурные эксперименты в этих же целях, которые в основном подтвердили данные статистики: во всех районах выезда среднее время следования находилось в пределах 4-6 мин. ■

Средняя продолжительность занятости подразделений на пожарах в 1991 г, составила 36,9 мин. (при этом до 1 часа ликвидируют 87 % всех пожаров), при оказании медпомощи это время составило 34,9 мин., техпомощи - 37,4 мин. Среднее время занятости для всех типов отделений составило 39,6 мин.

Была выявлена эмпирическая нелинейная зависимость между временем следования к месту пожара и временем общей занятости подразделений при обслуживании таких вызовов. Она имеет вид

Т30Я = 2,4968Тслелм,м (1)

Приводятся результаты натурных экспериментов по исследованию скорости движения пожарных и специальных автомобилей в Берлине, которые проводились в 1992 - 1994 гг. Эксперименты включали в себя измерение следующих параметров. 1: длина пути следования;

2. время следования;

3. скорость следования к месту вызова и возвращения в депо;

4. число ускорений и торможений автомобилей;

5. распределение этих параметров по дням недели и часам суток.

Распределение средней скорости движения пожарных и специальных автомобилей в Берлине в зависимости от длины пути приведено в табл. 1.

Исследования показали, что скорость движения пожарных и специальных автомобилей сравнительно мало зависит от часов суток и дней недели и составляет в среднем: для автонасосов - 29 км/час как в центральных, так и периферийных районах города; для скорой помощи (без врача) - 35,3 км/час в центральных и 37,2 км/час в периферийных районах.

Распределение средней скорости движения пожарных подразделений по шггервалам пути следования (результат измерений характеристик движения подразделений по уличной сети г. Берлина)

Таблица 1

Путь Средняя скорость в км/ч

следовшшя, м Автонасосы Скорая помощь без врача Скорая помощь с врачом

до 1 ООО 24,03 25,79 15,10

до 2 ООО 32,06 32,82 • 28,37

до 3 000 36,35 39,32 35.43

до 4 ООО 39,62 42,81 41,01

до 5 ООО 42,38 45,60 42,55

до 6 ООО 40,07 49,68 44,62

. до 7 ООО 43,25 49,60 47,83

до 8 ООО 46,10 53,46 49,32

до 9 ООО 36,30 47,80 48,33

более 9 ООО 48,30 52,01 53,98

До сих пор мы говорили о скорости движешы автомобилей к месту вызова. Результаты исследований установили, что средняя скорость возвращения автомобилей и депо почти в 1,5 раза меньше, чем при следовании их к месту вызова.

В заключительной части третьей главы приведены результаты исследований, касающихся использования пожарных и специальных автомобилей в г Берлине. Было установлено, например, что один пожарный автомобиль выезжает па пожар в 53,4 % всех случаев; два -в 7,6 %; три - в 3,0 %; четыре - в 27,1 % всех случаев. Следовательно, в 91,1 % всех вызовов на пожары выезжают не более четырех автомобилей. Больше 10 пожарных автомобилей выезжают только на 1 % всех пожаров. .

На оказание техпомощи один автомобиль выезжает в 73,8 % всех случаев, а два - в 22,6 % случаев (т.е. не более двух автомобилен обслуживают более 96 % всех вызовов).

Наконец, на оказание медпомощи один специальный автомобиль выезжает в 75,5 % всех случаев, а два - в 22,2 %.

Все эти данные необходимо учитывать при моделировании оперативной деятельности противопожарной службы не только Берлина, но, по существу, любого крупного города.

Четвертая глава посвящена математическому моделированию процесса функционирования пожарно-спасателыюй службы Берлина.

Показано, что потоки вызовов (выездов) и их составляющие (выезды на пожары, на оказание тех- или медпомощи) во многих случаях можно аппроксимировать стационарными Пуассоновскими распределениями

. Рк(т) = [(^)ьА!]е-ь (к = 0,1,2,...), (2)

где Р^ (т ) - вероятность того, что за время т произойдет к вызовов пожарных подразделений; X - плотность потока, т.е. среднее число вызовов в единицу времени.

Эта гипотеза проверена для 19 наиболее загруженных депо г. Берлина за весь 1991 г. и за все его месяцы, причем исследовались общие поток!? вызовов и их составляющие. В качестве 'основного критерия согласия использовался критерий Романовского

/? = |Ж2-5-|/л/25 (3)

2 п

где х - критерий Пирсона, а - число степеней свободы.

Во всех исследованных случаях были получены значения R<3, что говорит об удовлетворительном согласии эмпирических и ' теоретического (пуассоновского) распределений.

Время обслуживания вызовов разных категорий проверялось на соответствие распределению Эрлаига. При этом, теоретическая

частота вычислялась по формуле

= = (4)

ri

где N - общее число наблюдений; г - порядок распределения Эрланга; параметр р = ( г + 1 ) / "т;~ - средняя продолжительность обслуживания одного вызова данного типа.

При г = 0 имеем экспоненциальный закон распределения (закон Эрланга нулевого порядка). Вычисления по формуле ( 4 ) проводились ' по программе для ПЭВМ, разработанной к.т.н. Коломинцем Ю.И.

В табл. 2 приведены эмпирическое и теоретические распределения времени обслуживания вызовов на оказание помощи дня депо 3100 (май 1991 г.).

Из табл. 2 следует, что данное распределение хорошо согласуется с распределением Эрланга 3-го порядка. Подобные результаты были получены и в других случаях (значения г, естественно, изменились).

Эмпирическое и теоретическое распределения времени обслуживания (депо 3100, май 1991 г., вызовы па оказание помощи)

Таблица 2

Границы Эмпири- Теоретическая частота в соответствии с

интервала ческая законом Эрланга порядка

(мни.) частота 0 1 2 3 4 5

0-20 141 279,85 211,66 170,75 141,64 119,37 101,66

20 -40 • 294 151,67 217,46 263,27 298,7 327,49 351,57

40 - 60 130 82,2 109,49 123,46 130,8 134,23 135,19

более 60 46 97,27 72,4 53,52 39,86 29,9 22,58

Сумма 611 611 611 611 611 611 611

Критерий 257,26 64 10,17 1,03 16,14 49,15

Пирсона

Критерий Романовского 127,63 31 4,09 0,49 7,07" 23,58

Среднее значение времени обслуживания, мин 32,36

Таким образом, можно считать, что все потоки вызовов (выездов) и их составляющие являются пуассоновскими, а временные характеристики описываются распределениями Эрланга. Эти результаты позволяют, например, использовать для обоснования числа пожарных и специальных автомобилей формулы Эрланга

п " .

Рт = (ат/т\)/^г/г\) (ш=0,1,...,п), (5)

га О

где Р ш * вероятность того, что в любой момент времени на выезде находятся гп автомобилей данного типа; а — А.т0бсЛ - приведенная плотность потока вызовов; X - среднее число вызовов в единицу времени; Т0бсл - среднее время обслуживания одного вызова одним автомобилем данного типа.

Расчеты, сделанные по формуле ( 5 ), показали, что в Берлине достаточно иметь, например, на боевом дежурстве немногим более 10 автолестниц для практически безотказной их работы. Однако, формулы ( 5 ) не учитывают пространственных параметров города. Поэтому, наличие 10-12 автолестниц приведет к тому/его прибывать к месту вызова они будут, как правило, слишком долго. На самом деле, Берлину нужно иметь в боевом расчете хотя бы 20 - 25 автолестниц.

Аналогичные расчеты были сделаны для автомобилей скорой помощи с врачем и без врача ( с парамедиками). Результаты были следующими; автомобилей с врачом нужно иметь максимум 15-20 (сейчас их 14), а в каждом из наиболее загруженных депо нужно иметь 4 - б автомобилей скорой помощи без врача.

Примеры расчетов и их соответствие реальности покажем для депо 6500. За 273 суток в депо поступило 1697 вызовов машин скорой помощи, т.е. 0,26 выз/час. Средняя продолжительность одного выезда составила 0,75 ч. Общее число часов наблюдений составило 273 х 24 = 6552ч. 7. "■■'-'■•^'7

Расчетнбе и эмпирическое распределения часов одновременной занятости автомобилей (отделений) представлено в табл. 3.

Совпадение результатов, приведенных в табл. 3, следует признать вполне удовлетворительным (эксперимент охватывает 9 месяцев подряд).

В этой главе произведена также расчетная оценка числа депо, нужных городу при различных вариантах оперативной обстановки. Показано, что в ближайшем будущем Берлину потребуется примерно 90 депо для обеспечения среднего времени следования 5 мин. для всех типов выездов.

Сравнение эмшфггчсского и теоретического распределений времени занятости отделений скорой помощи

Таблица 3

Число занятых отделений 0 1 2 3 4 >4 Всего

Эмпирическое число часов 5429 998 111 12 2 0 6552

Расчетное число часов 5418,2 1029,5 97,8 6,2 0,3 0,0 6552

В заключение приведено обоснование целесообразности использования для более качественного проектирования реорганизации пожарно-спасательной службы Берлина специальных компьютерных имитационных систем (КИС), т.к. аналитические модели не в состоянии учесть многие важные параметры оперативной деятельности этой службы (прежде всего, их пространственное распределите). На рис. 4 приведена структурная схема КИС КОСМАС, разработанная в МИПБ МВД РФ при участии автора.

Из структурной схемы КИС видно, что все описанные в предыдущих главах закономерности и параметры оперативной деятельности противопожарной службы необходимы для детального имитационного моделирования этого процесса.

Параметры города:

топография уяичная сеть скорости движения • основные объекты

Параметры аварийной службы:

число депо даслокащи депо районы выезда число отделений типы отделений распределение отделений по дсао вариант даспсгчернзадш! расписатав выгадав

Статистические |

парад1етры (данные АСУ):

число вызовов распределение по типам вызовов

распределение вызовов по территории города я во вреисня

распределение времени двспстчсршадни распределение вреценн р запятости ■ другие.

Процесс диспетчеризации |

(выбор п высылка оперативных отделений) 1

Генерирование времени сбора и выезда оперативных отделений

Генерирование (вычисление) времени ликвидации причины вызова

Специфические сшсращш

аварийной службы

Следование к месту дислокашш

Рис. 4 Общая структура КИС

П_пятой гляпе рассматриваются вопроси применения

имитационной модели для разработки проекта реорганизации пожлрно-спасательной службы Берлина.

Прежде всего, анализируется информационное обеспечение имитационной модели, в частности, количество и качество входных данных; приведены соответствующие примеры, используемые в дальнейшем. Предложено для каждой серии икпгтацнонных экспериментов разрабатывать их конкретные сценарии, приведен образец такого сценария. Изложен подробный перечень возможных результатов имитационного моделирования и схема их анализа

Приведено описание проверки устойчивости результатов имитационного моделирования. Показано, что при фиксированных начальных условиях, но при измененной последовательности появления тех или иных моделируемых дискретных событий, после 10 "прогонов" модели получены очень близкие друг к другу результаты моделирования для одних и тех же параметров процесса. Таких проверок проведено более десяти. Это позволяет считать, что модель работает устойчиво и вполне пригодна к проведению имитационных экспериментов.

Кроме проверки на устойчивость результатов моделирования, была проведена проверка адекватности этих результатов реальному процессу функционирования пожарно-спасательной службы Берлина. В качестве проверяемого параметра было выбрано время следования первых пожарных и специальных автомобилей (автонасосов и скорой помощи без врача) к месту вызог.а. Этот стратегический параметр фиксируется АСУ противопожарной службы г, Берлина, так что объективность проверки не может вызывать сомнений.

На рпс. 5 представлены результаты сопоставления накопленных эмпирических и имитационных (модельных) распределений времени следования автонасосов к месту вызова.

Очевидно, что совпадение этих распределений вполне удовлетворительное. Далее в этой заключительной главе диссертации приведены' результаты моделирования реальных и гипотетических ситуаций, возникающих и могущих возникнуть в процессе функционирования пожарно-спасательной службы Берлина (с учетом различного рода управленческих решений по реорганизации этой службы).

Руководство противопожарной службы г. Берлина предложило автору провести с помощью КИС исследования, чтобы получить ответы на следующие два вопроса:

100 ао <о

70

1 90

¡40 а

30 20 10 О

1 2 3 4 5 8 7 8 8 10 11 12 13 14 15 >15 Среди«« &реыя следования Г) мин.

Рис. 5. Проверка адекватности результатов имитационного моделирования эмпирическому распределению времени следования пожарных отделений типа "автонасос"

• I . Какое минимальное число автонасосов должно находиться на круглосуточном дежурстве, чтобы обеспечить среднее время следования, равное 6 мин., и по городу в целом, и для всех депо, и для всех городских кварталов? 2. Что произойдет, если резко уменьшить число отделений скорой помощи без врача?

Были разработаны подробные варианты сценариев имитационных экспериментов, описашше в диссертации, по которым проведены многочисленные серии имитационных экспериментов.

На первый вопрос был получен следующий ответ: с" учетом текущих условий оперативной обстановки, в Берлине необходимо иметь не меньше 50 автонасосов на круглосуточном дежурстве, чтобы обеспечить в целом по городу среднее время следования первого отделения, равное 6 мин. При этом, только в 20 % всех районов обслуживания это время не будет превышать 6 мин. Увеличение числа автонасосов в боевом расчете обеспечит желаемое значение времени следования во всех районах только при условии увеличения числа депо (т.е. при уменьшении площадей районов обслуживания). Определено минимальное число депо, которые должны работать круглосуточно (60 вместо имеющихся 37).

Аналогичным образом решалась вторая задача. Результаты решения представлены в табл. 4 (продолжительность имитации - 365 суток).

Из табл. 4, например, для 1-го варианта моделирования, видно, что при уменьшении числа отделений скорой помощи без врача с 120 до 40, среднее время следования возрастает более чем вдвое (с 4 .5 мин до 9.5 Mira), максимальные значения времени следования превысят 1 час и почти 46 тыс. вызовов в течение года получат отказ в немедленном обслуживании ( т.е. будут обслужены с опозданием). Данные табл. 4 убедительно демонстрируют большие возможности имитационного моделирования при изучении процесса функционирования противопонгрных служб городов.

Результаты моделирования по сценарию "Скорая помощь" в трех

вариантах.

Таблица 4.

о ВремЛ следования первого

отделения к месту вызова Отказы

Годы и Число (мин)

варианты отд. среднее р 95 •(%) Маке. полные частичные

1993 5.97 > 15 >20 не

1994 5.32 9.5 >20 фиксировались

1995 98 5.63 11 >20 i *на

1996 98 5.67 11 >20 АСУ

120 4.5 ' 7 39 3 0 0

1-й 93 4:9 8.2 40.3 62 0

к = 27.6 в/ч 80 5.7 13 42.6 897 3

V = 35 км/ч 65 • 6.9 19 . 62.! 5 543 34

40 95 >30 69.3 ^ 45 950 136

120 4.6 7 31 6 0 0

2-й • 98 . 5.1 10 510 235 0

Х = 30.4 в/ч 80 6.1 14 61.3 2 115 7

V = 35 км/ч 65 ■ 7.3 27 65.3 11 002 45

40 9.8 >30 71.2 /. 61 744 178

120 5.4 11 54.8 15 I

3-й 98 6.1 13 69.6 275 6

X = 30.4 в/ч 80 7.3 18 71.1 3 181 18

У- 29 км/ч 65 8.6 >30 80.6 12 671 66

40 11.4 >30 82.4 65 542 175

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Компьютерные имитационные системы (КИС) являются эффективным средством экспертизы текущей деятельности противопожарных служб городов и разработай проектов их реорганизации, намного превосходящим возможности аналитических моделей при аналогичном их использовании.

2. Успешное применение КИС непосредственно зависит от предварительного детального изучения процесса функционирования противопожарной службы конкретного города математико-статистическими методами, на основе результатов которого можно строить среднесрочные прогнозы динамики параметров этого процесса. Существенную помощь при этом может оказать АСУ противопожарной службы данного города (при условии соответствующей модернизации).

3. Важнейшими закономерностями и параметрами процесса функционирования противопожарной службы города, необходимыми для использования КИС, являются: плотности потока вызовов пожарных подразделений и его составляющих; их распределение во времени (часы суток, дни недели, месяцы) и в пространстве (районы и кварталы города); временные характеристики деятельности службы, их параметры- и распределение во времени и в пространстве; закономерности использования пожарной и специальной техники и скорости ее движения по уличной сети города и др. .

4. В данной работе все это продемонстрировано на примере города Берлина. При этом изучено развитие его противопожарной службы с момента ее создания до настоящего времени. Предложены способы изучения распределения параметров ее деятельности по пространству. Это, с одной стороны, повлекло за собой соответствующие изменения в пожарной статистике города, с другой, привело к развитию концепции информационного обеспечения имитационного моделирования и к необходимости создания новых блоков и режимов работы в КИС.

5. Показано, что потоки вызовов пожарных подразделений в Берлине, как и в других городах мира, можно считать пуассоновскими, а временные ' характеристики подчиняются закону Эрланга. Экспериментально . изучены скорости движения различных автомобилей противопожарной службы. Выявлена зависимость между временем следования подразделений и временем их занятости.

6. Предложены п реализованы способы проверки устойчивости результатов моделирования КИС и их адекватности реальному процессу фушшиотфования противопожарной службы.

7. Предложена и реализована' концепция разработки сценариев моделирования реальных и гипотетических ситуаций в деятельности противопожарной службы города.

3. С помощью КИС решены конкретные' задачи, предложенные руководством противопожарной службы Берлина, связанные с изучением последствий уменьшения числа • пожарных и специальных автомобилей в городе.

9. Предложены конкретные рекомендации по реорганизации пожарно-спасательной службы Берлина, учитывающие перспективы его развития, в частности: создание специальной компьютерной системы для автоматизации проведения статистического анализа

v процесса функционирования службы; увеличение числа пунктов дислокации пожарных автомобилей профессиональной пожарной охраны до 60, а машин скорой помощи - до 100 - 120 ( при этом предполагается использовать депо добровольной пожарной охраны п больницы города); упорядочение работы добровольной пожарной охраны и введение для ее подразделений графика дежурств; изменение порядка высылки машин скорой помощи на пожары; изменение организации службы отделений скорой помощи; в целях повышения надежности АСУ предложено упорядочить принятую структуру вызовов и. порядок высылки по ¿шм подразделений противопожарной службы города.

Результаты исследований опубликованы в 25 научных трудах, tn •

которых сспоанммп пплмотсп:

1. Вагнер П. Пожарная охрана Берлина // Пожарное дело. - М.: МВД РФ, 1995 .-№ 1.-е. 56-59 и № 3. - с. 45-47.

2. Бруишшсглш Н., Соколов С., Вагнер П. Математическая поддержка планировать развития пожарной охраны. // Противопожарная защита (немецкий журнал пожарной охраны), 1993. - № 7. - с. 489 -496 (па немецком языке).

3. Брупотшский H.H., Вагнер П. Актуальные проблемы цротивопожарпой защиты // Противопожарная защита (немецкий журнал пожарной охраны), 1996-- № 4 - с. 251 - 256 (на немецком языке). .

4. Брушлинский H.H., Вагнер П. Определение размеров пожарной • охрапы в городах с помощью компьютерных систем. XIX

Международный симпозиум КТИФ (Ганновер, 7 июня 1994). //

"112" Журнал пожарной охраны 1994 - № 12 - с. 750 -757 (па немецком языке).

5. Брушлинский Н., Соколов С., Нятцшке М., Вагнер П. Применение математнко-статистаческих методов при использовашга пожарной статистики для решения проблем . организации и управления пожарно-спасателъными службами, ежемесячник. 1995. - № 8 - с. 113 - 146 (на немецком языке).

6. Брушлинский Н., Нитцшке М., Соколов С., Вагнер П. Пожарная охрана в городах-миллионерах. Организация, проблемы и решения. Издательство W.Kohlhammer.. Штутгарт, Берлин, Кельн. 1995 - с. 308 (на немецком языке).

7. Алехин Е.М., Брушлинский H.H., Соколов С., Вагнер П. Русская имитация для стратегического планирования 7/ Fire International. 1996. - № 154. - с. 32-33. (на английском языке).

8. Алехин Е.М., Брушлинский H.H., Вагнер П. и др. Автоматизированное проектирование систем . обеспечения безопасности больших городов. // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1997, вып. 7 -с. 40-57.

9. Алехин Е.М., 'Брушлинский H.H., Вагнер П. и др. Проверка адекватности математических моделей процесса функционирования аварийно-спасательных служб. // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1997, вып. 10.-с. 47-54. .

. Ю.Бруциншский H.H., Алехин Е.М., Соколов C.B., ВагнерП. Управление проектами систем жизнеобеспечения и безопасности больших городов. В кн.: Управление большими системами - 97. Материалы международной конференции. - М.: ИЛУ РАН, 1997. - с.

ШПБ ЩЦ России .1 Tvipa»^yjtf|}.»j, Заглз

\i€6