автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Влияние геофизических факторов на обстановку с пожарами в административно-территориальных образованиях России

ой

"Л 1 тл

2 5 МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИИ Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны

ФИРСОВ Александр Георгиевич

ВЛИЯНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОБСТАНОВКУ С ПОЖАРАМИ В АДМИНИСТРАТИВНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЯХ РОССИИ

Специальности: 05.13.10 -05.26.03 -

Управление в социальных и экономических системах Пожарная безопасность

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ФИРСОВ АЛЕКСАНДР ГЕОРГИЕВИЧ

Влияние геофизических факторов на обстановку с пожарами в административно-территориальных образованиях России

Специальности: 05.13.10 - Управление в социальных

и экономических системах (Технические науки)

05.26.03 - Пожарная безопасность (Технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны (ВНИИПО) МВД России. Научные руководители: доктор технических наук, с.н.с.

Е.А. Мешалкин кандидат технических наук, с.н.с.

A.A. Порошин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, с.н.с.

B.И. Присадков кандидат технических наук, с.н.с.

А.П. Науменко

Ведущая организация: Главное управление Государственной

противопожарной службы МВД России Защита состоится «Л£> ^^¿¿■cj^fa 1998 г. в У? часов на заседании диссертационного совета Д.052.03.02 в Московском институте пожарной безопасности (МИПБ) МВД России по адресу: 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, д.4, зал Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИПБ МВД России.

Автореферат разослан «30» октября 1998 года, исх. № 7/103. Отзыв 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, с.н.с.

Т.Г. Меркушкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Постановка проблемы и ее актуальность. В последнее время наблюдается стабилизация и незначительное уменьшение численных значений большинства показателей обстановки с пожарами (количество пожаров, материальный ущерб от них, количество погибших и травмированных на пожарах людей) в Российской Федерации. Вместе с тем, Россия по такому показателю, как количество погибших при пожарах людей, опережает многие страны мирового сообщества. Так, в 1997 году погибло около 13,8 тыс. чел. При существующем положении дел в социально-экономической сфере российского общества в ближайшее время не следует ожидать значительного улучшения ситуации с гибелью людей на пожарах. Такой прогноз основан на факте инерционности социально-экономических процессов и ограниченности возможностей , общества по одновременной реализации программ стабилизации. Исследованиями влияния соответствующих технико-экономических показателей на обстановку с пожарами активно занимались: д.т.н. Брушлинский H.H., к.т.н Гаврилей В.М., д.т.н. Мешалкин Е.А., д.э.н. Кафидов В.В., к.т.н. По-рошин A.A. и др.). Вместе с тем, в значительной степени формированию обстановки с пожарами способствует то, что территория России расположена в разных климатических районах. В связи с этим каждому административно-территориальному образованию (ATO) России свойственен определенный набор геофизических условий, которые вносят свой вклад в ситуацию с обстановкой с пожарами.

Во многих областях естествознания развернуты соответствующие научные программы по изучению влияния геофизических факторов на объекты различной природы. Наиболее интересные результаты в этом направлении достигнуты в области биологии и

медицины, а также при проведении лесоохранных и лесовосстано-вительных работ, мероприятий, связанных с ликвидацией чрезвычайных ситуаций. В области пожарной безопасности также проводятся исследования, связанные с изучением влияния геофизических факторов. В частности, изучались вопросы поведения пожарной техники и пожарно-технического вооружения в условиях низких температур (д.т.н. Безбородько М.Д., д.т.н. Исхаков Х.И., Кузнецов Ю.С. и др.). В ряде научно-исследовательских работ ВНИИПО и МИПБ МВД России исследовалось влияние отдельных геофизических факторов на показатели обстановки с пожарами и другие направления деятельности пожарной охраны (д.т.н. Брушлинский H.H., д.т.н. Присадков В.И., д.т.н. Харисов Г.Х., д.э.н. Кафидов В.В., к.т.н Гаврилей В.М., Панова Р.Г. и др.). Вместе с тем, проведенные исследования выявили ряд проблем, требующих более детальной проработки. В частности, в недостаточной мере изучены вопросы количественной оценки влияния комплекса геофизических факторов на обстановку с пожарами, отсутствует классификационный подход к состоянию обстановки с пожарами в зависимости от геофизических условий ATO. Как следствие, требуется пересмотреть ряд нормативных документов Государственной противопожарной службы (ГПС) МВД России с позиции учета геофизических условий ATO с целью дифференциации управления деятельностью ГПС.

Цель диссертационной работы - совершенствование управления системой обеспечения пожарной безопасности ATO на основе оценки влияния геофизических факторов на обстановку с пожарами в ATO России и формирования предложений по совершенствованию нормативной базы ГПС, учитывающих данное влияние. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- формирование системы геофизических характеристик ATO;

- проведение разведочного статистического анализа обстановки с пожарами в ATO России с учетом их геофизических особенностей и формирование гипотез исследования;

- определение комплекса геофизических факторов, оказывающих существенное влияние на обстановку с пожарами в ATO России;

- выявление количественных взаимосвязей показателей обстановки с пожарами и геофизических факторов с помощью методов статистического моделирования;

- разработка классификаций ATO по показателям обстановки с пожарами в зависимости от их геофизических условий;

- разработка предложений по совершенствованию нормативной базы ГПС с учетом результатов исследований.

Объект исследования - информационный массив данных о состоянии обстановки с пожарами в ATO России, деятельности (профилактическая и опеоативная) и ресурсной оснащенности (трудовые, материально-технические и т.п.) ГПС за период с 1993 по 96 гг. Под понятием состояние обстановки с пожарами понимается совокупность статистических данных, отражающих характеристики ATO, по показателям: количество пожаров, материальный ущерб от пожаров, количество людей, погибших (травмированных) на пожарах, число уничтоженных строений и т.п.

Предметом исследования является система статистических показателей, характеризующих процесс формирования обстановки с пожарами с учетом геофизических условий ATO России.

Методы исследований - разведочный статистический анализ, факторное и регрессионное моделирование, а также методы теории исследования операций.

Научная новизна диссертации состоит в том, что впервые:

• комплексно изучен процесс формирования обстановки с пожарами с учетом влияния геофизических условий ATO;

• выявлены особенности изменения показателей обстановки с пожарами по климатическим районам;

• определены геофизические факторы, оказывающие наибольшее влияние на формирование обстановки с пожарами;

• разработана классификация ATO по показателям обстановки с пожарами и геофизическим условиям;

• разработаны многофакторные математические модели, описывающие взаимосвязи показателей обстановки с пожарами и геофизических характеристик ATO;

• даны рекомендации по совершенствованию нормативных документов ГПС с учетом геофизических особенностей ATO.

Достоверность результатов и выводов обеспечивается применением современных научных методов исследования сложных систем, в том числе современными средствами обработки статистических данных и значительным массивом их выборки.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при принятии управленческих решений по совершенствованию деятельности и технической оснащенности ГПС с позиций дифференциации особенностей геофизических условий ATO, а также при совершенствовании нормативной базы ГПС.

Апробация и реализация результатов работы. Основные положения диссертации изложены в научно-технических отчетах, опубликованы в сборниках научных трудов ВНИИПО МВД России, а также в научно-технических журналах «Пожарная безопасность» и «Пожаровзрывобезопасность», обсуждались на XIV Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность, состояние, перспективы" (Москва, 1997 г.), на l-ой Сибирской научно-практической конференции «Проблемы деятельности Государственной противопожарной службы регионов Сибири и Дальнего Востока» (Иркутск, 1998 г.) и секциях НТС ВНИИПО МВД РФ.

Результаты исследований использованы при подготовке доклада ГУГПС МВД России «О состоянии пожарной безопасности в Российской Федерации» для органов государственной и исполнительной власти, внедрены в качестве методических материалов Главным вычислительным центром ВНИИПО МВД России в программно-расчетную систему «Анализ пожарной статистики», использованы при разработке Правил пожарной безопасности на объектах и учреждениях уголовно-исполнительной системы МВД России, а также в учебном процессе МИПБ МВД России по дисциплинам «Социология пожарной безопасности» и «Системный анализ деятельности ГПС».

На защиту выносятся:

• основные тенденции изменения состояния обстановки с пожарами в Российской Федерации по сезонам года и по климатическим районам;

• результаты моделирования показателей обстановки с пожарами в зависимости от геофизических условий ATO;

• классификация ATO России по показателям обстановки с пожарами и геофизическим условиям регионов;

• комплекс многофакторных регрессионных моделей, описывающих взаимосвязи показателей обстановки с пожарами и геофизических характеристик ATO;

• математическая модель по обоснованию количества основных пожарных автомобилей для климатических районов;

• математическая модель по планированию поставок материально-технических ресурсов ГПС в зависимости от сезона года;

• предложения по совершенствованию нормативных правовых документов, регламентирующих вопросы обеспечения пожарной безопасности, технической оснащенности, организации и деятельности ГПС.

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 7 работ.

Объем работы. Содержание диссертации изложено на 312 страницах машинописного текста, включая: 34 таблицы, 99 рисунков, 125 литературных источников, 7 приложений.

Основное содержание работы

В первой главе приводится аналитический обзор литературных источников, посвященных исследованию влияния геофизических факторов на объекты различной природы, в т.ч. в области пожарной безопасности, а также в других областях естествознания. Наиболее существенные результаты в этом направлении достигнуты в области медицины, биологии (Мидлин Я.С., Косаговская И.И., Белая Н.С., Тараскина З.И., Чирейкин Л.В. и др.) и при ликвидации

чрезвычайных ситуаций (Порфирьев Б.Н., Осипов В.И., Воробьев Ю.Л., Сивопляс Г.Г. и др.).

В области пожарной безопасности значительная часть публикаций посвящена методам изучения возникновения и развития ландшафтных пожаров, особенно в лесных массивах (Столярчук Л.В., Раков В.А., Ушаков Ю.В., Jones J.C., Софронов М.А., Андреев Ю.А. и др.), достигнуты значительные результаты по разработке математических моделей, с помощью которых осуществляется прогноз пожарной опасности (Тер-Микаэлян М.Т., Jonson Е.А., Фуряев В.В., Антоновский М.Я. и др.). Проведены исследования по изучению поведения пожарной техники и пожарно-технического вооружения в условиях низких температур (Безбородько М.Д., Алешков М.В., Смирнов С.П., Демин А.П., и др.).

В ряде научных работ, посвященных моделированию процессов формирования пожарной опасности в ATO (Брушлинский H.H., Гаврилей В.М., Панова Р.Г., Минаев В.А., Кафидов В.В., Семиков В.Л. и др.), наряду с технико-экономическими параметрами, предполагается влияние отдельных геофизических факторов на состояние обстановки с пожарами. Фактически отсутствуют исследования, где бы рассматривалось комплексное влияние геофизических факторов на обстановку с пожарами.

Анализ нормативной правовой базы в системе ГПС показал, что в ряде нормативных документов частично учитывается влияние геофизических факторов (регламентация организации и деятельности ГПС, техническое обслуживание пожарной техники и др.).

По результатам анализа литературных источников сформулированы проблема, цели и задачи диссертационного исследования.

Вторая глава посвящена разведочному статистическому анализу показателей обстановки с пожарами в ATO России в разрезе их геофизических условий. Анализ статистических данных о пожарах и их последствиях показал, что в регионах, расположенных в климатических районах с умеренно теплым влажным климатом, наблюдаются меньшие значения показателей обстановки с пожарами, чем в регионах, расположенных в очень холодном и холодном климатических районах (рис.1). Присутствует сезонность колебаний пока-

Распределение ATO по климатическим районам

Рис.1 Среднее количество пожаров, приходящихся на 10 тыс. населения, по климатическим районам за период 1993-96 гг.

зателей обстановки с пожарами в переходные периоды с максимальными значениями в мае и сентябре-октябре месяцах.

Сформирована исходная система геофизических показателей (порядка 200 ед.), которая включала в себя следующие группы: со-

60

о

1

стояние атмосферы; атмосферное давление воздуха; температурные и влажностные характеристики наружного воздуха; атмосферные осадки; ветровые нагрузки; грозовая активность; солнечная активность; физическое состояние земной коры; природные факторы и др.

Для выявления взаимосвязей между показателями, формирующими геофизическую среду и обстановку с 'пожарами в ATO, применен метод корреляционного анализа. Получено, что по определенному набору показателей коэффициент корреляции находится в диапазоне от 0,5 до 0,8.

Корреляционный анализ показал, что из всей совокупности рассматриваемых геофизических показателей наибольшее влияние на формирование обстановки с пожарами и деятельность ГПС оказывают различные диапазоны температур наружного воздуха (от -60 до +40°С) и атмосферные осадки.

По результатам разведочного анализа, сформирована гипотеза исследований, которая заключалась в предположении о наличии взаимосвязи состояния обстановки с пожарами и геофизических условий, свойственных ATO. Данная взаимосвязь рассматривается с учетом сезонных колебаний геофизических условий.

Третья глава посвящена статистическому моделированию показателей обстановки с пожарами в ATO России в разрезе их геофизических условий. В частности, используются такие методы, как факторный анализ и многофакторное регрессионное моделирование. При факторном моделировании исходный массив данных был разнесен по двум периодам: зимнему (с октября текущего года по апрель следующего) и летнему (с мая текущего года по октябрь этого же года). Корреляционный анализ позволил установить, что

основное влияние на формирование обстановки с пожарами в регионах оказывают температурные составляющие. Поэтому факторное моделирование осуществлялась по группам показателей: «температура наружного воздуха» - «обстановка с пожарами». В первую группу вошел такой показатель, как число дней со среднесуточной температурой в диапазоне от -60 до +40°С. Во вторую группу - количество пожаров, число погибших при них людей, количество уничтоженных строений. Рассчитаны факторные нагрузки и осуществлено вращение полученных факторов в факторном пространстве. Для трактовки смыслового значения учитывались переменные с величиной факторных нагрузок более 0,7. Построены соответствующие распределения в плоскостях факторного пространства.

Анализ распределений позволил выявить регионы, характеризующиеся повышенными показателями обстановки с пожарами в сочетании с температурными характеристиками наружного воздуха в определенных температурных диапазонах. Соответствующие ATO рассматривались как требующие повышенного контроля за системой обеспечения пожарной безопасности со стороны органов управления и подразделений ГПС. Некоторые примеры таких ATO приведены в табл. 1. По результатам факторного моделирования также разработана классификация ATO по показателям обстановки с пожарами с соотнесением их с геофизическими условиями регионов.

Математическое моделирование влияния геофизических факторов на показатели обстановки с пожарами методом многофакторного регрессионного анализа проводилось в разрезе двух сезонов года (зима и лето) по следующим группам показателей:

Таблица 1.

Некоторые примеры ATO России, характеризующихся высоким и повышенным уровнем

состояния обстановки с пожарами

Температурные диапазон Показатель обстановки с пожарами Климатический район ATO России

высокий уровень состояния обстановки с пожарами повышенный уровень состояния обстановки с пожарами

Зимний период года

От - 60 до -30 °С Количество пожаров Очень холодный Республика Саха (Якутия), Чукотский АО, Магаданская область

Холодный Республика Карелия, Хабаровский и Приморский края, Мурманская, Камчатская, Сахалинская области

От -30 до -10 °с Количество пожаров Очень холодный Республика Саха (Якутия) Магаданская область

Холодный Республика Коми, Приморский край. Тюменская, Томская, Кемеровская, Иркутская, Камчатская области Республика Карелия, Мурманская, Архангельская, Сахалинская области

Летний период года

ОтОдо 10 °С Количество пожаров Очень холодный Республика Саха (Якутия) Чукотский АО, Магаданская область

Холодный Республики Карелия и Коми, Мурманская, Архангельская, Тюменская, Иркутская области Приморский край, Камчатская, Сахалинская области

От 10 до 20 °С Количество пожаров Очень холодный Республика Саха (Якутия), Чукотский АО, Магаданская область

Холодный Республика Карелия, Хабаровский и Приморский края, Мурманская, Камчатская, Сахалинская области

1. «Температура наружного воздуха», «Состояние атмосферы», «Влажность наружного воздуха», «Солнечная активность».

2. «Атмосферные осадки», «Температура наружного воздуха», «Влажность наружного воздуха», «Солнечная активность».

Предполагалось, что в первой группе лидирующими являются показатели, характеризующие сезонное изменение температуры воздуха, а во второй - атмосферные осадки. Моделирование осуществлялось как с учетом показателей, характеризующих деятельность ГПС, так и без их учета. В результате получено около 30 математических моделей, примеры которых представлены в табл. 2.

Для оценки степени связей между показателями использованы соответствующие статистические коэффициенты: множественной корреляции и множественной детерминации. Наиболее удовлетворительные коэффициенты множественной корреляции (более 0,7) ^и множественной детерминации (более 0,5) присутствуют в уравнениях регрессии, полученных при моделировании показателей по первой группе. Они свойственны таким выходным переменным как: количество пожаров, количество погибших и травмированных людей на них, количество уничтоженных строений, приходящихся на 10 тыс. населения, а также количество пожаров от нарушения ПУиЭ печного оборудования, приходящихся на площадь территории (для зимнего периода), и количество пожаров от грозовых разрядов, приходящихся на площадь территории (для летнего периода). По второй группе наиболее значимые коэффициенты присутствуют в уравнениях со следующими выходными показателями: количество пожаров и количество погибших людей, приходящихся на 10 тыс. населения.

Таблица 2.

Примеры линейных регрессионных многофакторных уравнений

Показатель обстановки с пожарами Расчетная формула без учета деятельное™ ГТ1С Коэф. множ. коррел. Коэф. множ. детермин. Расчетная формула с учетом деятельности ГПС Коэф. множ. коррел. Коэф. множ. детермин.

Зимний период года

Группы: "Температура наружного воздуха", "Состояние атмосферы", "Влажность воздуха", "Солнечная активность"

Количество пожаров гс,= 16,09 + 0,003\«а + 0,073УУ4 +0,12\Л/ю + О.ПУЛ/и + 0,49\Л/2<г - 0,06 Ш».« - 0.04\Л/245 + 0,07\Л/и(>-0,12\Л/г,.7 + 0,045^/2, - 0,18УУ„ о,оми„ 0,70 0,49 гс,= 23,95 - 0,013\Л/2 + 0,066\Л/4 + 0,16\Л/,о + 0,1 ИМ* + 0.49\Л/242 - 0,061\Л/244 - 0,05\Л/245 + о,об\л/24в - o,142w247 + 0,052\л/26 - о.гош« ■ 0,004\Л/73-0.35У28 0,75 0,56

Количество погибших людей гс4= -2,83 + 0,005\«г+ 0,01 Ш4 -0,018\Л/10 + 0.005\Л/22 + 0,025\Л/24.2 - 0,003\Л/2<4 + 0,0002\Л/245 + 0,006\Л/246 - 0,004\Л/247 -О.ООШгв + 0,014(17«- О.ОООШ73 0,72 0,52 гс4= -1,6 + О.ООШг + 0,008\Л/4 - 0,016\Л/,0 + 0,004\Л/22 + 0,0Ш242 +0,02УУ244 - 0,013\Л/24.5 0,008\Л/24.в - 0,007W247 - О.ОООШа; + 0,0Ш„ -0,0001 \Л/73- 0,001У13- 0,015У20- 0,043У29 0,75 0,56

Летний период года

Группы: "Атмосферные осадки", "Температура наружного воздуха", "Влажность наружного воздуха", "Солнечная активность"

Количество погибших людей гс4= 2,16 -0,063М/„ + О.ООШа +0,002\МИ + 0,0002W45 + 0,006\Л?М + 0,01\Л/58 -0,025W6(| + О.ООООШ,, 0,70 0,43 гс4= 2,37 -0,06\Л/,, - О.ООШ^ + 0,003\Ыа + 0,004W45 + 0,005W58 + 0,0Ш59 - 0,02W6o + 0,0001- О,О6У20 - О.ОБУи, 0,72 0,52

Количество уничтоженных строений гс„= 20,87 - 0,4Ш„ - 0,02W2г + 0,01 ЗУ^ -0,03\Л/45 + 0.05\«5, + 0.062Щ, - ОАт«, -0,00Ш73 0,63 0,40 2Са= 21,77 - 0.4Ш„ - 0,023(^22 + 0.018\Л/2е -0,024\Л/45 + 0,05W5S + 0,06\Л/58 - 0,17\Л/60 -0,00Ш73 - 0,004У13- 0,1У20- 0,15У28 0,65 0,42

Количество пожаров от грозовых разрядов 1022= 0,17 - 0,02\Л/„ - 0,003\Л/а + о,оошм -0,002W45 + 0,007\Л/М + 0,016«/58 - 0,017\Мео + 2,13W7з 0,63 0,40

Примечания: гС, - показатели характеризующие обстановку с пожарами;

\Л/, - показатели характеризующий геофизические факторы; У,.. - показатели характеризующие ресурсы и деятельность ГПС.

Для определения степени влияния отдельных переменных, входящих в полученн ое уравнения регрессии, проанализированы коэффициенты эластичности (Э^ и бета-коэффициенты (Ь,), которые показывают степень наибольшего влияния той или иной независимой переменной на выходной результат. В результате анализа Э, и Ь| выявлено, что на формирование обстановки с пожарами наибольшее влияние оказывают: для зимнего периода года :

• абсолютный минимум температуры воздуха;

• число дней с температурой воздуха от -60 до 0 °С;

• период со среднесуточной температурой воздуха менее 0 °С;

• число дней с твердыми и смешанными осадками;

• число дней со снеговым покровом;

• относительная влажность воздуха самого холодного месяца. для летнего периода года:

• абсолютный максимум температуры воздуха;

• число дней с температурой воздуха от -10 до +40 °С;

• период со среднесуточной температурой воздуха более 0 °С;

• среднесуточная температура воздуха самого жаркого месяца;

• число дней с твердыми, жидкими и смешанными осадками;

• относительная влажность воздуха наиболее жаркого месяца. Проведенный статистический анализ подтвердил гипотезу о

наличии влияния ряда геофизических факторов на показатели обстановки с пожарами. Разработаны математические модели, описывающие характер данного влияния, и определены геофизические факторы, которые оказывают наибольшее влияние на показатели обстановки с пожарами.

Результаты статистического исследования использованы в практических целях, чему посвящена глава 4 диссертационного исследования. По результатам факторного моделирования разработана классификация ATO по показателям обстановки с пожарами с соотнесением их с таким ведущим геофизическим показателем, как число дней с определенными диапазонами температур наружного воздуха. При построении классификации принята следующая шкала категорирования состояния обстановки с пожарами: низкий уровень (О - 20%), умеренный (20 - 40%), средний (40- 60%), повышенный (60 - 80%), высокий (более 80 %). Классификация разрабатывалась как по зимнему, так и по летнему периодам.

На основе классификации разработаны картограммы, отражающие зонирование территории России по показателям обстановки с пожарами в разрезе геофизических условий. На рис. 2 представлен пример картограммы по зимнему периоду, а на рис. 3 - по летнему. Для зимнего периода выявлена тенденция роста значений показателей обстановки с пожарами по Европейской части России, а также для Сибири и Дальнего Востока. По летнему периоду установлено, что также присутствуют два вектора увеличения значений показателей обстановки с пожарами по направлению с юга на север по Европейской части России и с юго-запада на северо-восток по Сибири и Дальнему Востоку, однако в отличие от зимнего периода направленность не имеет четко выраженной границы смены состояния обстановки с пожарами.

Сравнительный анализ картограмм показал, что с наступлением летнего периода граница повышенного и высокого уровня состояния обстановки с пожарами смещается на север и северо-восток России. При снижении среднемесячной температуры наруж-

Рис.2 Зонирование территории России по количеству пожаров (зимний период года)

Рис.3 Зонирование территории России по количеству пожаров (летний период года)

ного воздуха наблюдается обратная картина. Граница высокого и повышенного уровней состояния обстановки с пожарами, особенно в наиболее холодный месяц года - январь, значительно смещается с севера на юг, что наиболее значимо сказывается в отношении такого показателя, как количество людей, погибших при пожарах.

На основе результатов статистического анализа сформирован комплекс предложений по внесению изменений и дополнений в действующие нормативные документы ГПС (Наставление по организации и осуществлению Государственного пожарного надзора в Российской Федерации, Правила пожарной безопасности, Устав службы пожарной охраны, Боевой устав пожарной охраны и др.), а также разработаны расчетные методы, позволяющие осуществлять коррекцию уже действующих нормативов.

Так, обоснованы корректирующие коэффициенты по климатическим районам для расчета количества пожарных автомобилей в городах и населенных пунктах, принимаемых по НПБ 101-95. Для определения числовых значений коэффициентов построена математическая модель, описывающая характер напряженности работы оперативных подразделений ГПС не только по климатическим районам, но и с учетом колебаний в них температур наружного воздуха. Предполагая, что потоки выездов на пожары описываются законом Пуассона, рассчитана вероятность того, что в i месяце года и в j ATO ликвидируются пожары некоторым количеством пожарных автомобилей. Таким образом, определялась вероятность состояния занятости и дежурства оперативных подразделений по месяцам года. Сравнение числовых значений данной вероятности показывает в каком месяце года и в каком климатическом районе оперативные подразделения ГПС имеют наибольшую нагрузку, причем сравнения

интенсивности пожаров рассчитывались по отношению к численности населения. Пример расчетов по моделям за период с 1993 по 1996 гг. представлен на рис. 4.

Для определения корректирующих коэффициентов осуществлена группировка числа дней в году по температурным диапазонам наружного воздуха: меньше 0°С, переход с отрицательной на положительную, больше 0°С, переход с положительной на отрицательную. По каждому из периодов рассчитана вероятность занятости оперативных подразделений в тушении пожаров и на основании этого определен коэффициент коррекции (табл. 3) для НПБ 101-95.

I

; 0,06

I £

| к 0,04

I о

I 11 '

I 2 о.оз

; о

I 0,02

о>

I 0,01

о

0,00

Месяц года

Рис. 4 Расчетная вероятность состояния тушения пожаров по климатическим районам

Таблица 3.

Климатический район Значение коэффициента коррекции числа пожарных автомобилей

Очень холодный 1,43

Холодный 1,35

Умеренно холодный 1,20

Умеренный 1,00

Умеренно теплый, влажный 1,00

V . . 43...

~ ¿¿Г'

Климатические районы:

- --о- - - Холодный

- -л— Умеренно

холодный

- • к— - Умеренный

-о— Умеренно теплый, влажный

Рассмотрена задача по планированию потребности материально-технических ресурсов (горюче-смазочные материалы, огне-тушащие вещества и т.д.) ГПС в зависимости от сезона года по климатическим районам. Решение задачи заключалось в определении доли некоторого количества общего ресурса, которую необходимо спланировать гарнизону пожарной охраны по тому или иному периоду (кварталу) года. Пример расчетов приведен на рис. 5.

Рис. 5 План распределения материально-технических ресурсов ГПС для нужд тушения пожаров по месяцам года

Основные выводы:

1. Исследования показали, что состояние обстановки с пожарами в определенной степени зависит от географического месторасположения ATO и, соответственно, от климатических условий региона. Установлено, что наибольшее влияние оказывают сезонные колебания таких геофизических показателей, как: температурные характеристики атмосферы (число дней со среднесуточной темпе-

ратурой воздуха в диапазонах от -60 до +40 "С, абсолютные минимум и максимум температуры, среднесуточная температура наиболее холодного и жаркого месяцев и т.д.); атмосферные осадки (число дней с твердыми, жидкими и смешанными осадками, высота снегового покрова и т.д.); влажностные характеристики воздушных масс (среднемесячная относительная влажность воздуха наиболее холодного и жаркого месяцев).

2. Выявлены две тенденции увеличения показателей обстановки с пожарами. Первая характерна для Европейской части России и имеет направленность с юга на север. Вторая - Сибири и Дальнему Востоку в направлении увеличения значений показателей обстановки с пожарами в сторону Магаданской и Сахалинской областей. Количественно подтверждено, что > существует устойчивая сезонность колебаний показателей обстановки с пожарами с пиками в переходные периоды: с осени на зиму (сентябрь-октябрь) и с весны на лето (апрель-май). С наступлением летнего периода граница высокого уровня пожарной опасности смещается на север и северо-восток России. При снижении среднемесячной температуры наружного воздуха граница высокого уровня обстановки с пожарами, особенно в наиболее холодный месяц года - январь, значительно смещается с севера на юг.

3. Разработана классификация ATO по состоянию обстановки с пожарами в зависимости от геофизических условий и проведено зонирование территории России по состоянию пожарной опасности в зависимости от сезона года.

4. Получен комплекс математических моделей предназначенных для оценки значений показателей обстановки с пожарами в зависимости от ряда геофизических параметров.

5. На основе результатов статистического анализа разработаны предложения по совершенствованию нормативной базы, регулирующей вопросы деятельности и технической оснащенности ГПС. В т.ч. подготовлены изменения и дополнения в: Наставление по организации и осуществлению Государственного пожарного надзора в Российской Федерации, ППБ 01-93*, НПБ 101-95, НПБ 201-96, Устав службы пожарной охраны; Боевой устав пожарной охраны; приказ МВД России от 01.07.98 г. № 398 «Об утверждении форм статистической отчетности ГПС МВД России» и др. нормативные акты.

6. Разработаны расчетные модели по обоснованию количества пожарных автомобилей для различных климатических районов, определены корректирующие коэффициенты в НПБ 101-95, а также даны обоснования по планированию материально-технических ресурсов ГПС в зависимости от сезона года по климатическим районам. Сформированы предложения по дальнейшим исследованиям в области совершенствования нормативной правовой базы надзор-но-профилактической, оперативно-тактической деятельности ГПС с учетом геофизических особенностей территории России.

Результаты исследований опубликованы в работах:

1. Фирсов А.Г. Влияние природно-климатических характеристик на обстановку с пожарами в административно-территориальных единицах России // Научно-техническое обеспечение функций Государственной противопожарной службы: Сб. науч. тр. -М.: ВНИИПО, 1996. -С.56-62.

2. Результаты применения методов статистического анализа для оценки параметров обстановки с пожарами в административно-территориальных образованиях России / Туркин Б.Ф., Порошин A.A.,

Фирсов А.Г, Сапкин М.Б. // Тезисы докладов. XIV Всероссийская научно-практическая конференция. "Пожарная безопасность, состояние, перспективы": -М.: ВНИИПО, 1997. -С.3-4.

3. Анализ обстановки с пожарами в регионах России с учетом

i

их климатических особенностей / Лупанов С.А., Мешалкин Е.А., По-рошин A.A., Фирсов А.Г. И Тезисы докладов, l-ая Сибирская научно-практическая конференция. "Проблемы деятельности Государственной противопожарной службы регионов Сибири и Дальнего Востока": -Иркутск: ВСИ МВД РФ, 1998. - С.74-77.

4. Расчетно-аналитическая система анализа обстановки с пожарами в регионах России / Лупанов С.А., Порошин A.A., Фирсов А.Г. и др. II Тезисы докладов, l-ая Сибирская научно-практическая конференция. "Проблемы деятельности Государственной противопожарной службы регионов Сибири и Дальнего Востока": -Иркутск: ВСИ МВД РФ, 1998. - С.77-79.

5. Мешалкин Е.А., Фирсов А.Г., Порошин A.A. Исследование влияния некоторых геофизических условий на обстановку с пожарами в административно-территориальных образованиях России II «Пожарная безопасность» -1998., № 1, -С.40-46.

6. Мешалкин Е.А., Фирсов А.Г., Порошин A.A. Зонирование территории Российской Федерации по показателям обстановки с пожарами с позиции климатических факторов // «Пожарная безопасность», -1998., № 2, -С.36-55.

7. Фирсов А.Г., Мешалкин Е.А., Порошин A.A. Совершенствование нормативных документов по пожарной безопасности с учетом геофизических факторов II «Пожаровзрывобезопасность», -1998., № 3, -С.73-80.

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИИ

ВСЕРОССИЙСКИЙ Ордена Знак Почета НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ (ВНИИПО)

ФИРСОВ АЛЕКСАНДР ГЕОРГИЕВИЧ ВЛИЯНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОБСТАНОВКУ С ПОЖАРАМИ В АДМИНИСТРАТИВНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ

ОБРАЗОВАНИЯХ РОССИИ

Специальности: 05.13.10 - Управление в социальных и экономических

На правах рукописи

системах (Технические науки) 05.26.03 - Пожарная безопасность (Технические науки)

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук,

старший научный сотрудник Е.А. Мешалкин

кандидат технических наук,

старшии научный сотрудник А.А. Порошин

Москва 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

Глава 1. Аналитический обзор методических подходов и 14 практического использования результатов исследования влияния геофизических факторов на объекты различной природы

1.1. Структура геофизических факторов. Основные термино- 14 логические понятия

1.2. Анализ подходов и методов исследования влияния гео- 26 физических факторов на различные объекты в ряде областей естествознания

1.3. Анализ подходов и методов исследования влияния гео- 38 физических факторов в области пожарной безопасности

1.4. Анализ системы нормативных документов по обеспече- 55 нию пожарной безопасности, организации деятельности и технической оснащенности Государственной противопожарной службы

с позиции геофизических факторов

1.5. Постановка цели и задач исследований 66

Глава 2. Разведочный статистический анализ показате- 70

лей обстановки с пожарами в административно-территориальных образованиях России в разрезе их геофизических условий

2.1. Анализ тенденций изменения обстановки с пожарами с 70 учетом геофизических условий административно-территориальных образований России

2.2. Построение орграфовой модели административно- 97

террито-риального образования с учетом обстановки с пожарами и геофизических характеристик

2.3. Формирование исходной системы показателей для ста- 107 тистического моделирования

2.4. Описательная статистика исходного массива статисти- 116 ческих показателей

2.5. Результаты корреляционного анализа исходного массива 129 статистических показателей

Глава 3. Статистическое моделирование показателей об- 137 становки с пожарами в административно-территориальных образованиях России в разрезе их геофизических условий

3.1. Результаты моделирования параметров обстановки с 137 пожарами и геофизических условий административно-территориальных единиц на основе факторного анализа

3.2. Результаты моделирования параметров обстановки с 153 пожарами и геофизических условий административно-территориальных единиц на основе регрессионного анализа

Глава 4. Практическое применение результатов стати- 185 стического анализа и разработка предложений по совершенствованию нормативной правовой базы в области пожарной безопасности на основе результатов проведенных исследований

4.1. Классификация административно-территориальных об- 185 разований России с учетом параметров обстановки с пожарами и геофизических условий

4.2. Построение сценариев формирования обстановки с по- 205 жарами в административно-территориальных образованиях России с учетом геофизических факторов на основе многофакторных

регрессионных моделей

4.3. Предложения по совершенствованию нормативной пра- 213 вовой базы в области пожарной безопасности, организации и деятельности Государственной противопожарной службы МВД России

4.4. Предложения в области технической оснащенности Го- 221 сударственной противопожарной службы МВД России

Заключение 236

Список источников литературы 241

Приложения: 257

1. Структура геофизических факторов 257

2. Выборка из корреляционной матрицы между геофизиче- 266 скими параметрами и показателями, характеризующими обстановку с пожарами в регионах России

3. Таблицы значений факторных нагрузок, полученных при 270 моделировании групп статистических показателей

4. Распределение точек ATO в плоскостях факторного про- 281 странства, полученных при моделировании групп статистических показателей

5. Таблица расчетных и фактических данных, полученных по 294 многофакторным регрессионным моделям

6. Матрица исходных данных для расчета вероятностей со- 298 стояния оперативного реагирования подразделений Государственной противопожарной службы

7. Акты внедрения результатов научных исследований 305

Введение

С каждым годом уязвимость человечества от природных и техногенных катастроф стремительно возрастает. Поэтому текущее десятилетие (1990-2000гг.) по решению Организации Объединенных Наций (ООН) провозглашено периодом борьбы за снижение ущерба от природных и техногенных катастроф. Принятие такого решения ООН объясняется все возрастающим развитием на Земле серьезных негативных процессов, которые наносят не только огромный экономический ущерб, но и являются причиной гибели людей. По данным исследовательского центра по эпидемиологическим катастрофам (Брюссель) /1/, только за период с 1965 по 1992 гг. в мире от природных и техногенных катаклизмов погибло около 3,6 млн. человек и пострадало более 3 млрд. людей. Общий экономический ущерб составил порядка 340 млр. амер. долл.

По мнению ученых и специалистов большинство стихийных бедствий связано с такими опасными геофизическими явлениями как: ливни и наводнения, сильная продолжительная жара (засуха), шквалы и смерчи, сильные морозы и снегопады, пыльные (песчаные) бури и лавины, землетрясения и извержения вулканов и др. Согласно данным статистики /2/, ежегодно на территории России отмечается от 100 до 150 геофизических явлений разрушающего характера. Не меньшую опасность для человечества представляют собой и пожары, которые прямо или косвенно связаны с различными геофизическими процессами, протекающими в оболочках Земли.

В последнее время наблюдается некоторая стабилизация и незначительное уменьшение численных значений ряда показателей обстановки с пожарами (количество пожаров, материальный ущерб от них, количество

травмированных на пожарах людей) в Российской Федерации. Вместе с тем, по такому показателю, как количество погибших при пожарах людей, Россия опережает многие страны мирового сообщества. Так, в 1997 году погибло около 13,8 тыс. чел. В значительной мере формированию обстановки с пожарами способствует то, что территория России расположена в разных широтах и делится на 5 климатических районов, в связи с чем каждому административно-территориальному образованию (ATO) России свойственен определенный набор геофизических условий (метеорологические, климатические, геологические, водные, лесные и т.п.), которые, очевидно, вносят свой вклад в ситуацию с обстановкой с пожарами.

Во многих областях естествознания развернуты соответствующие научные программы по изучению влияния геофизических условий на объекты различной природы. Наиболее значительные результаты достигнуты в области биологии и медицины, а также при проведении лесоохранных и лесовосстановительных работ, и мероприятий, связанных с ликвидацией чрезвычайных ситуаций. В области пожарной безопасности также проводятся исследования, связанные с изучением влияния геофизических факторов. В частности, исследовалось поведение пожарной техники и пожарно-технического вооружения в условиях низких температур (д.т.н. Безбородь-ко М.Д., д.т.н. Исхаков Х.И., Кузнецов Ю.С. и др.). В ряде научно-исследовательских работ ВНИИПО и МИПБ МВД России, рассматривающих взаимосвязи показателей обстановки с пожарами и технико-экономических параметров ATO, исследовалось влияние отдельных геофизических факторов на показатели обстановки с пожарами и формирование некоторых направлений деятельности пожарной охраны (д.т.н. Брушлин-ский H.H., д.э.н. Микеев А.К., д.т.н. Присадков В.И., д.т.н. Харисов Г.Х., к.т.н Гаврилей В.М., д.э.н. Кафидов В.В., Панова Р.Г. и др.). Вместе с тем, проведенные исследования выявили ряд проблемных задач, требующих

более детального их решения. В частности, в недостаточной мере изучены вопросы количественной оценки влияния геофизических факторов на обстановку с пожарами, отсутствует классификационный подход в оценке состояния обстановки с пожарами в зависимости от геофизических условий ATO. Как следствие, требуется пересмотреть и уточнить некоторые нормативные документы Государственной противопожарной службы (ГПС) МВД России с позиции учета геофизических условий ATO на предмет дифференциации управления деятельностью ГПС и обеспечению ее ресурсами. Поэтому целью диссертационной работы является совершенствование управления системой обеспечения пожарной безопасности путем оценки влияния геофизических факторов на обстановку с пожарами в ATO России и разработка предложений по совершенствованию нормативной правовой базы ГПС, учитывающих данное влияние.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• выбор и обоснование системы показателей по геофизическим характеристикам и показателям обстановки с пожарами в ATO;

• проведение разведочного статистического анализа обстановки с пожарами в ATO с учетом их геофизических особенностей и формирование гипотез исследования;

• определение комплекса геофизических факторов, оказывающих существенное влияние на обстановку с пожарами в ATO;

• выявление количественных взаимосвязей показателей обстановки с пожарами и геофизических факторов с помощью методов математического моделирования;

• разработка классификаций ATO по показателям обстановки с пожарами в зависимости от геофизических особенностей регионов России;

• разработка предложений по внесению изменений и совершенствованию нормативной правовой базы ГПС с учетом результатов исследований.

Объект исследования - процесс, отражающий состояние обстановки с пожарами в ATO России. Под состоянием обстановки с пожарами понималась совокупность статистических данных, описывающих состояние пожарной опасности ATO по следующей группе показателей: число пожаров, ущерб от пожаров, число погибших и травмированных на пожарах людей, а также мер, связанных с ее нейтрализацией в контексте ресурсной оснащенности (трудовые, материально-технические и т.п.) и деятельности (надзорно-профилактическая и оперативно-тактическая) ГПС.

Предметом исследования является система статистических показателей, характеризующих процесс формирования обстановки с пожарами с учетом геофизических условий ATO России.

Методы исследований - разведочный статистический анализ данных, факторное и регрессионное моделирование, теория исследования операций.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

• комплексно изучен процесс формирования обстановки с пожарами с позиций геофизических условий ATO;

• разработаны многофакторные математические модели, описывающие взаимосвязи показателей обстановки с пожарами и геофизических параметров ATO;

• разработана классификация ATO по показателям обстановки с пожарами и геофизическим условиям регионов;

• выявлены особенности изменения показателей обстановки с пожарами по климатическим районам;

• определены ведущие геофизические факторы, оказывающие влияние на формирование обстановки с пожарами;

• разработаны рекомендации по внесению изменений и дополнений в нормативные документы по технической оснащенности ГПС с учетом геофизических факторов.

Достоверность результатов исследования и полученных выводов обеспечивается применением современных научных методов исследования социально-экономических систем, в том числе современными средствами обработки статистических данных и значительным массивом выборки.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты использованы при принятии управленческих решений по совершенствованию системы обеспечения пожарной безопасности (СОПБ) регионов, деятельности и технической оснащенности ГПС с позиций дифференциации особенностей геофизических условий, а также при совершенствовании нормативной правовой базы ГПС.

Апробация и реализация результатов работы. Основные положения диссертации, научные и практические результаты изложены в научно-технических отчетах, опубликованы в сборниках научных трудов ВНИИПО МВД России, а также в научно-технических журналах «Пожарная безопасность» и «Пожаровзрывобезопасность», обсуждались на XIV Всероссийской научно-практической конференции «Пожарная безопасность, состояние, перспективы» (Москва, 1997г.), 1-ой Сибирской научно-практической конференции «Проблемы деятельности Государственной противопожарной службы регионов Сибири и Дальнего Востока» (Иркутск, 1998 г.) и секциях НТС ВНИИПО МВД России.

Результаты исследований использованы при подготовке доклада ГУГПС МВД России «О состоянии пожарной безопасности в Российской Федерации» для органов государственной и исполнительной власти, вне-

дрены в качестве методических материалов в программно-расчетную систему «Анализ пожарной статистики», реализованную по заказу ГУГПС МВД России Главным вычислительным центром ВНИИПО МВД России, использованы при разработке Правил пожарной безопасности на объектах и учреждениях уголовно-исполнительной системы МВД России (ВППБ 1401-96) и деятельности подразделений ведомственной пожарной охраны УИС (приказ ГУИН МВД РФ от 30.10.96 г. № 136), а также в учебном процессе МИПБ МВД России по дисциплинам «Социология пожарной безопасности» и «Системный анализ деятельности ГПС».

Внедрение и использование результатов исследования подтверждено соответствующими актами.

Краткое содержание диссертации.

Во введении рассматривается актуальность и практическая значимость решаемых задач, описывается цель, объект и предмет исследования, раскрывается научная новизна и применяемые методы, а также указываются области практического внедрения результатов исследований.

В первой главе приводится аналитический обзор литературных источников по методическим подходам и практическому использованию результатов исследования влияния геофизических факторов на объекты различной природы, в т.ч. в области пожарной безопасности, а также в других областях естествознания (техника, биология, медицина). По результатам анализа литературных источников сформулированы проблема, цели и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе приведены результаты разведочного статистического анализа показателей обстановки с пожарами в ATO с учетом их геофизических условий. Выявлены основные тенденции изменения обстановки с пожарами в регионах России. Разработана орграфовая модель ATO с учетом параметров обстановки с пожарами и геофизических характеристик

регионов. Сформирована исходная система показателей для статистического моделирования. Определены корреляционные связи и их направленность между исследуемыми показателями. По результатам разведочного анализа статистических данных, сформированы гипотезы исследования.

Третья глава посвящена вопросам использования методов статистического моделирования обстановки с пожарами в ATO России в разрезе их геофизических условий. С помощью методов статистического анализа (факторного анализа и многофакторного регрессионного моделирования) определены геофизические факторы, оказывающие наибольшее влияние на показатели обстановки с пожарами, и разработаны математические модели, описывающие характер данного влияния. Выявлены особенности изменения показателей обстановки с пожарами по климатическим районам Российской Федерации и определены регионы, характеризующиеся высокими значениями показателей обстановки с пожарами в сочетании с температурными характеристиками наружного воздуха в определенных температурных диапазонах. В результате проведенного исследования сформирована и подтверждена гипотеза о наличии влияния ряда геофизических факторов на показатели обстановки с пожарами.

В четвертой главе рассмотрены вопросы, связанные с использованием результатов статистического анализа в практических целях. Разработана классификация ATO по показателям обстановки с пожарами в зависимости от геофизических условий и проведено зонирование территории России по состоянию пожарной опасности с учетом сезонов года. Разработаны предложения по совершенствованию нормативной правовой базы, регулирующей вопросы деятельности и технической оснащенности ГПС. Подготовлены предложения по дальнейшим исследованиям в области совершенствования нормативной правовой базы надзорно-профилактической и оперативно-служебной деятельности ГПС с учетом геофизических осо-

бенностей территории России. Разработана расчетная модель обоснования количества пожарных автомобилей для различных климатических районов. На базе данной модели