CC BY
21
Журавель ИМ, Максимович В.М. Трехмерное представление изображений через использование их фрактальных размерностей
Оптические микроскопы уже давно нашли применение в различных областях - от медицины и биологии до неразрушающего контроля на производстве. Доступность цифровых видеокамер привела к появлению нового класса задач, связанных с оптическими микроскопами. В первую очередь следует выделить задачи автоматического анализа микроизображений. Развитие компьютерной техники привело к возможности решения одной из наиболее важных задач автоматического анализа - построения трехмерных моделей объектов по их изображению. Предложен подход к построению трехмерных изображений путем использования фрактальных размерностей. Основным преимуществом предложенного метода является то, что для построения рельефа поверхности используется только одно изображение.
Ключевые слова: обработка изображений, 3D моделирование, фрактальная размерность, морфометрическая карта.
Zhuravel I.M., Maksymovytch V.M. Three-dimensional Representation of Images Using their Fractal Dimension
Optical microscopes have found their application in different arias a long time ago: from medicine and biology to non-destructive testing on manufacture. The availability of digital cameras initiated new classes of tasks related to optical microscopes. At first we must highlight tasks of the automatic analysis of microimages. The progress of computer technology allow us to solver one of the most important tasks of automatic analysis -constructing three-dimensional models of objects on an image. In the document proposed an solution to constructing three-dimensional images with using of fractal dimensions. One of the main advantages of this solution is that we need only one input image for construction the relief of surface.
Keywords: image processing, 3D modeling, local contrast, morphometric maps.
УДК 614.843(075.32)
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТРИВАЛОСТ1 ЛОКАЛ1ЗАЦН I ГАС1ННЯ ПОЖЕЖ НА В1ДКРИТИХ СКЛАДАХ ПИЛОМАТЕР1АЛ1В ШТАБЕЛЬНОГО ЗБЕР1ГАННЯ
О.М. Коваль1
Для визначення тривалост локалiзацií i гасшня пожеж на вщкритих складах пилома-терiалiв штабельного зберк'аиня проведено експериментальш дослщження цього про-цесу. Дослщження виконано з використанням дробового факторного експерименту. Тривалiсть локалiзацil i гасшня пожежi дослщжено залежно вщ площi локалiзацií, пло-щi пожежi та кшькост пожежних стволiв А i Б. Отримаш емшричш моделi адекватш результатам експерименту i 1х можуть використовувати на практицi пожежно-рятуваль-нi шдроздши ДСНС.
Ключовi слова: штабель пиломатерiалiв, експериментальнi дослiдження, математич-на модель, процес локалiзацií, процес гасiння, пожежний ствол.
Постановка проблеми. На деревообробних пiдприeмствах найбiльш пже-жонебезпечними спорудами е вiдкритi склади пиломатерiалiв i склади круглих лiсоматерiалiв штабельного збертання. Аналiз пожеж на деревообробних шд-приемствах [1-4] показав, що 64 % вах пожеж вiдбуваеться на ввдкритих складах лiсо- i пиломатерiалiв. Тому експериментальнi дослiдження з тактики лока-
1 докторант О.М. Коваль, канд. техн. наук - Нащональний унгверситет цившьного захисту Украши
Науковий вкнпк НЛТУ Укра'ни. - 2016. - Вип. 26.5
лiзащí та гасшню пожеж найбтьш доцтьно виконувати для визначення трива-лостi лквщацп пожежi на вiдкритих складах лiсоматерiалiв.
Стосовно л^щацп пожеж на вщкритих складах лiсоматерiалiв розглянуто ттьки анаиз !х лiквiдацií [5-7] та методики розрахунку сил i засобiв [8]. Тому проведення експериментальних дослiджень iз лiквiдацií пожеж на вiдкритих складах лiсоматерiалiв е проблемною i актуальною задачею сучасност1
Аналiз останнiх дослщжень i публiкацiй. Основними елементами вщкри-тих складiв е штабелi. Склади круглих лiсоматерiалiв формуються штабелями круглого люу (рис. 1), а склади пиломатерiалiв - штабелями пиляно'1 деревини (рис. 2).
Рис. 1. Склад круглих лiсоматерiалiв Рис. 2. Склад пиломатерiалiв
Результати теоретичних дослщжень показали, що швидюсть розповсю-дження фронту пожежi на складi круглих лiсоматерiалiв приблизно у два рази менша порiвняно зi складом пиломатерiалiв. Наш висновок пщтверджуеться результатами експериментальних дослщжень ВНД1ПО (Рос1я) [9]. Вже виконано значну кiлькiсть експериментальних дослщжень iз лiквiдацií пожеж у закритих примiщеннях промислових пiдприемств [10-12], результати яких використову-ють на практищ пiдроздiли ДСНС Украши. Крiм цього, опублжовано багато робiт стосовно анаизу лiквiдацií пожеж у закритих виробничих будiвлях, якi дають змогу ефективно виконувати технолога гасiння пожеж у закритих виробничих цехах деревообробних пщприемств. Результати аналiзу останнiх дослщжень i публiкацiй свiдчать, що вiдносно визначення тривалостi виконання процеав локалiзацií i гасiння пожежi на вщкритих складах лiсоматерiалiв у тех-нiчнiй лiтературi не наведено. Тому розв'язування цiеí задачi за рахунок проведення експериментальних дослщжень дасть змогу пожежно-рятувальним пщ-роздтам прогнозувати сво1 можливостi для оперативно1 лшвщацп пожежi на вiдкритих складах лiсоматерiалiв.
Мета роботи. На пiдставi результапв експериментальних дослiджень от-римати математичш моделi для визначення часу локаизацп i гасiння пожежi на складi пиломатерiалiв.
Постановка задачi та и розв'язання. На тривалiсть локалiзацií i гасiння пожежi на складi пиломатерiалiв впливають такi основнi фактори:
• площа пожежi БП, м2;
• площа локашзацп пожежi £,ок, м2;
• кiлькiсть ручних пожежних стволiв типу А,
• кшьюстъ ручних пожежних стволiв типу Б,
Виходячи з того, що триваисть лiквiдацií пожежi залежить вщ наведених факторiв, ставимо задачу, яка полягае в отримаш математичних моделей для визначення чаав локалiзацií тлок i гасiння тг пожежi такого виду
—С
тпокупок-
N1,
хв;
тг — тл
$ п
0 лок
хв,
(1) (2)
де: Стлок - коефщент пропорцiйностi, який одночасно переводить вы одиницi розмiрiв у хв; а, в, у - показники степеня для кожного з трьох факторiв.
Пiд час проведення експериментальних дослiджень потрiбно враховувати наявнiсть теплового випромшювання вiд осередку пожежi [9]. Густина теплового потоку в зош встановлення пожежного автомобiля не повинна перевищувати 4,2 кВт/м2, при цьому особовий склад може працювати у звичайнш бойовому одязi i в касках iз захисними щитками, а на елементи пожежного автомобшя не виявляеться помiтного негативного впливу, крiм систем живлення та охоло-дження двигуна. Значення густини теплового потоку q визначаемо за залежшс-тю [16]
.90^
Ч =-
кВт/м
(3)
де: 1Ч - ввдстань пожежного зi стволом ввд фронту пожежi, м (1Ч = Ь - Илок; Ь -встановлена довжина суцiльного струменя вогнегасно! речовини, м); Нлок - гли-бина подачi вогнегасно! речовини в осередок пожежi при и локалiзацií (Илок = 5 м для ручних стволiв [13]).
Для проведення експерименту скористуемося результатами роботи [14], в якш зазначено, що найбiльша швпдюсть розповсюдження пожежi при и виник-неннi знаходиться у центральнiй частинi кварталу складу пиломатерiалiв. Вихо-дячи з цього висновку, розглянемо план розмщення штабелiв у центральнш частинi кварталу (рис. 3).
Рис. 3. План розмщення штабелiв i осередку пожежi у центральнш частит кварталу складу пиломатерiалiв
Виконання експериментальних дослвджень з використанням дшсних шта-белiв пиломатерiалiв та з урахуванням повторення кожного дослiду економiчно недоцiльно. Тому, враховуючи рекомендацií [15], для проведення експериментальних дослвджень для визначення часу локалiзацií i гасiння пожежi на ввдкри-тому складi пиломатерiалiв будемо використовувати модель штабеля з масшта-буванням його розмiрiв. Найбiльш доцiльно в цьому випадку використати масштаб 1:3. Для визначення дшсного часу локалiзацií i гасiння пожежi потрiбно
Т
Науковий вкнмк I [..[ТУ Укра'ши. - 2016. - Вип. 26.5
отриманi результати збшьшити в 3 рази. Модель одного штабеля з масштабу-ванням його розмiрiв у виглядi модельного вогнища зображено на рис. 4.
Модельш штабелi для отримання пожежi класу А виглядають як куб, який розмшуеться на металеву основу висотою 400 мм (рис. 4). Горючим матерь алом е бруски хвойних порiд перерiзом 39 мм iз вологiстю деревини 10-14 %.
Шд модельнi штабелi пiдкладають шддони i наливають в них шар води товщиною 30 мм, а на цей шар наливають бензин А-76 приблизно 8,5-9 л. Далi шдпалюють бензин у пiддонi та шсля його вигоряння пiддон забирають з-шд штабеля. Тривалiсть в1льного горшня модельного штабеля приблизно 7-8 хв без врахування тривалостi вигоряння бензину iз пiддону. Пiсля цього приступають до гасiння модельних штабелiв.
Рис. 4. Модель дерев'яного штабеля (модельного вогнища) для проведення експерименту iз гастня пожежi класу А:
1- дерев'ят бруски; 2 - сталевий кутник; 3 - бетонний (сталевий) блок
Схему розмщення моделей штабелiв для проведення експерименту iз ло-калiзацii i гаання пожежi зображено на рис. 5.
Рис. 5. Схема розмщення моделей штабелiв для проведення експерименту iз локалiзацu i гастня пожежi
На першому етапi визначимо для модельних штабелш площу пожежi i пло-щу локалiзацií. Плоша пожежi - це площа, яка вiдповiдаe проекцп зони го-рiння на горизонтальну площину. До плошi пожежi входить також площа роз-ривiв мiж штабелями у тому випадку, коли щ розриви не перешкоджають горш-ню для цього виду пожежного навантаження. У нашому випадку = к(2 + 1,67 + 2)2 = 1,2-5,67-2 = 13,6 м2, де к - коефщент, який враховуе збшьшення площд пожежi за рахунок вiдходу полум'я за об'ект горiння. Пiд площею локалiзацií £>ок розумдать площу поверхонь штабелiв, на яку подають вогнегасну речови-ну. Площу локалiзацií можна визначити за залежнктю
£„ок = 1ф(И + клок), (4)
де: 1ф - довжина (периметр) фронту пожеж^ м; И - висота штабеля, м; Нлок - гли-бина подачi вогнегасно!' речовини, м.
Визначаемо для моделей штабел1в Бтк за залежнiстю (4) i рис. 5 Sлoк = [2(2 +1,67 + 2) + 2 • 2](1,67 + 2) = 56,3, м2.
У зв'язку з тим, що £,ок > то пiд час проведения експериментальних дос-лiджень для визначення тривалостi гасiния приймаемо площу локалiзацií £,ок. Для визначення вщсташ пожежного ствола вiд осередку пожежi скористуемося залежнiстю (3). У цьому випадку приймаемо, що = 0,5£лок, а q = 4 кВт/м2
19 = <^90®! = 2, м.
На другому еташ виконуемо експериментальнi дослiджения для визначення тривалосл локалiзацií i гасшня пожежi на модельному вогнищд штабеля пи-ломатерiалiв. Для гарно1 вщтворюваносп результатiв дослiдiв приймаемо число повторних дослiдiв г = 2. У процес виконання дослiдiв використовуемо план-матрицю дробового факторного експерименту типу 23-1 (табл. 1), а отримаш ре-зультати заносимо в табл. 2.
Табл. 1. План-матриця дробового факторного експерименту типу 23
№ дослвду
Х1
Х2
х3 - х1 х2
1
+
2
Табл. 2. Умови та результати дослiдiв дробового факторного експерименту типу 2
N
N
№
х1
значения
Х2
зна-чення
Х3
зна-чення
Перший
дослщ У1Ь хв
Другий Досл1д У2Ь хв
Середне значения у {, хв
1п у,
56,3
43,0
45,0
44,0
3,78
28,15
25,2
26,4
25,8
3,25
56,3
78,0
76,6
77,3
4,35
28,15
1
2
31,5
30,5
31,0
3,43
Рiвняння iз введенням члешв, яш враховують взаемодаю факторiв, запи-суемо в кодових змiнних
+
+
+
3
+
4
+
£
2
2
+
+
+
2
1
+
1
1
+
+
Науковий вкник НЛТУ Укра'ни. - 2016. - Вип. 26.5
y = bo + Ь\Х\ + b2X2 + ЬзХз .
(5)
На третьому eTani виконуемо математичне оброблення результатiв експе-рименту i отримуемо мaтeмaтичнi модeлi для визначення часу лок^зацп i га-сiння пожeжi пiд час горiння штaбeлiв пиломaтeрiaлiв на вiдкритих складах:
Висновки:
1. Отримано, на пiдставi дробового факторного експерименту, математичнi мо-делi для визначення часу локалiзацil i гасiння пожежi пiд час горшня штабе-лiв пиломатерiалiв на ввдкритих складах залежно вiд площi лок^защУ, площi пожежi та кiлькостi пожежних стволiв А i Б.
2. Встановлено, що зi збiльшенням площi локалiзацil тривалiсть локалiзацil збiльшуeться. Наприклад, у разi збiльшення площi локашзащ!' у 5 разiв, трива-лкть локалiзацil збiльшуeться у 5,6 раза. На тривалкть локалiзацil також впливае кiлькiсть ручних пожежних стволiв типу А. Наприклад, у разi збшь-шення кiлькостi стволiв А у 2 рази, тлок зменшуеться приблизно в 1,5 раза, а за збшьшення в 3 рази, тлок зменшуеться приблизно в 1,9 раза.
3. Для зменшення тривалост локалiзацil i гасiння пожежi потрiбно збшьшувати використання стволiв типу А (для гасшня) i стволiв типу Б для гасшня та за-хисту. 1х кiлькiсть доцiльно встановлювати на пiдставi ошташзацп тривалостi процесу л^щацп пожежi.
1. Климась Р. Ан^з стану з пожежами в Укршш за 2014 piK / Р. Климась, А. Одинець // Пожежна та техногенна безпека. - 2015. - № 2(17). - С. 23-26.
2. Климась Р. Статистика пожеж на деревообробних тдприемствах за 2012-2013 роки / Р. Климась. - К. : Вид-во УкрНДЩЗ, 2013. - 2 с.
3. Климась Р. Статистика пожеж на деревообробних тдприемствах за 2014 рж / Р. Климась. - К. : Вид-во УкрНДЩЗ, 2014. - 1 с.
4. Аншпз масиву карток облшу пожеж за 2015 рж. [Електронний ресурс]. - Доступный з http://www.undicz.mns.gov.Ua/files/2015/2/17/AD_01_15.pdf.
5. Курбатский О.М. Результаты исследования тушения пожаров лесобирж / О.М. Курбатский // Вопросы пожаротушения и пожарной профилактики : сб. науч. тр. - М. : Изд-во ВНИИПО, 1959. - С. 41-52.
6. Повзик Я.С. Пожарная тактика / Я.С. Повзик, П.П. Клюс, А.М. Матвейкин. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1990. - 335 с.
7. Кимстач И.Ф. Пожарная тактика / И.Ф. Кимстач, П.П. Девлишев, Н.М. Евтюшкин. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1984. - 590 с.
8. Гасшня пожеж на об'ектах зберк'ання та перероблення деревини. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://5fan.ru/wievjob.php? id=78447.
9. Рекомендации по тушению пожаров на открытых складах лесоматериалов. - М. : Изд-во ВНИИПО МВД России, 1995. - 76 с.
10. Войтович Д.П. Пщвищення ефективност функщонування пожежно-рятувальних шдроздшв в процеа лжюдаци пожежi : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 21.06.02 "Пожежна безпека" / Д.П. Войтович. - Львш : Вид-во ДУ БЖД 2011. - 20 с.
11. Садковой В.П. Экспрес-решение прямой и обратной задач пожаротушения / В.П. Садковой // Проблемы пожарной безопасности : сб. науч. тр. - Харьков : Вид-во УГЗУ, 2007. - Вып. 22. - С. 166-169.
12. Мовчан 1.О. Визначення прогнозованого часу гасшня пожежi на промислових щцприемствах / 1.О. Мовчан, Е.М. Гулща, Д.П. Войтович // Проблеми пожежно! безпеки : зб. наук. праць. - Харкв : Вид-во УЦЗУ. - 2008. - Вип. 21. - С. 241-247.
тлок = 0,93S!!0K:Na40'55Nб0,289, хв; тг = 0,93SnS.TN^N/289, хв.
(5)
(6)
Лiтература
13. Иванников В.П. Справочник руководителя тушения пожара / В.П. Иванников, П.П. Клюс. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1987. - 288 с.
14. Коваль О.М. Процес розвитку та поширення пожежi в примщениях будiвель деревообробних пiдприeмств / О.М. Коваль // Пожежна безпека : зб. наук. праць. - 2013. - № 22. - С. 121-127.
15. ДСТУ Б В.1.1-18:2007. Метод натурних вогневих випробувань. Загальш вимоги. - К. : Вид-во "Мшрегюнбуд Украши", 2007. - 13 с.
Надтшла доредакцп 29.08.2016р.
Коваль А.М. Экспериментальное исследование продолжительности локализации и тушения пожара на открытых складах пиломатериалов штабельного хранения
Для определения продолжительности локализации и тушения пожаров на открытых складах пиломатериалов штабельного хранения проведены экспериментальные исследования этого процесса. Исследования выполнены с использованием дробного факторного эксперимента. Продолжительность локализации и тушения пожара исследована в зависимости от площади локализации, площади пожара и количества пожарных стволов А и Б. Полученные эмпирические модели адекватны результатам эксперимента и могут использоваться на практике пожарно-спасательными подразделениями ГСЧС.
Ключевые слова: штабель пиломатериалов, экспериментальные исследования, математическая модель, процесс локализации, процесс тушения, пожарный ствол.
Koval О.М. Experimental Study Duration Localize And Fight Fires on Open Storage Timber Stacking Storage
To determine the duration of containment and extinguishing fires in open storage warehouse stacking lumber pilot the Exploration of the process were conducted. Studies were carried out using a fractional factorial experiment. Duration contain and extinguish the fire were studied as a functioning on the localization of the area, fire area and the number of fire nozzles A and B. These empirical models are adequate and the results of the experiment can be used subsequent to the practice of fire-rescue units GSCHS.
Keywords: pile of lumber, experimental studies, mathematical model, the localization process, the process of extinguishing, fire barrel.
УДК 004.93
АНАЛ1ТИЧНИЙ ОГЛЯД МЕТОД1В ДЕТЕКТУВАННЯ ВОГНЮ ЗАСОБАМИ КОМП'ЮТЕРНОГО ЗОРУ
О.П. Максимiв1, Т.€. Рак2, Д.Д. Пелешко3
Здшснено анал1тичний огляд сучасних метод1в детектування вогню за допомогою за-соб1в комп'ютерного зору. Внаслщок проведено! роботи виявлено, що на сьогодш проблема розроблення системи детектування полум'я е актуальною та потребуе подальших дослщжень. Представлено пор]вняльний анал1з ефективност роботи окремо взятих ме-тод1в та вщзначено проблематичш моменти, як зумовлюють зниження якост детектування. Наведено перспективы напрямки розвитку алгоритм1в, яю, на нашу думку, да-ють змогу значною м1рою покращити ефектившсть системи детектування полум'я.
Ключовi слова: детектування полум'я, комп'ютерний з1р, вщеоспостереження, автоматизация.
1 ад'юнкт О.П. Максимгв - Львгвський державний ун1верситет безпеки життедшльнот;
2 доц. Т.€. Рак, д-р техн. наук - Льв1вський державний ун1верситет безпеки життедшльнот;
3 проф. Д. Д. Пелешко, д-р техн. наук - НУ " Льв1вська полгтехшка"
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.5
Вступ. Незважаючи на загальний технiчний прогрес, в Укра'н вщбу-ваеться значне зростання кiлькостi пожеж i надзвичайних ситуацш (НС). Що-рiчно тiльки показник завданих матерiальних збиткiв збiльшуeться в середньо-му на 6 % [1], що зумовлюе пошуки досконалтих шлянв реагування на такi загрози.
Протягом останшх рокiв, з метою зменшення збитюв, якi можуть бути спричинеш пожежею, чимало зусиль спрямовано на встановлення систем по-жежно! сигналiзацií, пожежних сповiщувачiв (димових, теплових тощо). Проте !х використання супроводжуеться значними матерiальними затратами, а !'х вузька специфжа дií нерiдко зумовлюе морування людьми вимог правил по-жежно! безпеки про !'х встановлення. При цьому, паралельно, на пiдприемствах, в установах i житлових примiщеннях останшми роками активно впроваджують рiзноманiтнi охоронш системи, основою яких е камери вщеоспостереження. Як правило, такi системи використовують для пасивного спостереження на мошто-рi за об'ектами в зон уваги з можливiстю автоматичного детектування руху в полi зору камери. Зважаючи на розвиток методiв та технологiй машинного зору i можливостей сучасних вiдеокамер, актуальною та перспективною е задача використання систем ввдеоспостереження у контекстi розширення кола приклад-них задач, ят можна вирiшувати завдяки iнтелектуальному аналiзу ввдеопото-кiв. Наприклад, розширення систем вщеоспостереження модулями автоматизо-ваного виявлення та визначення параметрiв пожеж чи загорянь.
Постановка завдання. Проаналiзувати можливосп та визначити перспек-тиви використання систем вщеоспостереження для автоматичного чи автомати-зованого детектування полум'я у пасивних системах вiдеоспостереження.
Результати цього аналiзу повиннi стати основою синтезу нових методов чи технологiй, побудованих на принципах комп'ютерного зору, ят характеризува-лись би високою точнктю iдентифiкацií об'ектш уваги в широкому робочому дiапазонi та стiйкiстю до негативного впливу рiзноманiтного зашумлення.
Загальна характеристика методiв детектування в роботехшчних системах комп'ютерного зору. Протягом останшх ротв спостерiгаеться значний розвиток кнуючих пiдходiв у сферi комп'ютерного зору та розроблення нових методiв для детектування об'ектiв на зображенш Проте, незважаючи на доволi високий рiвень якостi розпiзнавання об'ектiв у таких системах, за певних умов спостеркаеться ряд некоректних спрацювань детектора, що в контекста !'х використання в системi безпеки життед1яльносп, не е допустимим.
На сьогодш видшяють чотири основних пiдходи до автоматичного виявлення полум'я та диму у ввдеопотощ [2]. Це - колiрна сегментащя полум'я, виявлення руху на зображенш, аналiз просторових змiн яскравостi та аналiз часо-вих змiн меж об'екта. Ввдповщно до цих пiдходiв спробуемо проаналiзувати к-нуючi напрацювання вчених у задачах детектування полум'я.
1. Колiрна сегментация. Загальним тдходом до виявлення вогню на зображенш е використання рiзноманiтних колiрних моделей. Для цього виконуеться ^ерактивна сегментащя областi зображення, в обласп спостереження полум'я та, вiдповiдно до отриманих статистичних розподiлiв пiкселiв, формуються гра-ничнi умови, в межах яких визначаеться належнкть пiкселя до шукано! областi.
