CC BY
3
УДК 502.36
К ВОПРОСУ О РАЗРАБОТКЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ТОРФЯНЫХ ПОЖАРОВ
B.А. Нестеров
кандидат технических наук, заместитель начальника Академии (по учебной работе) — начальник центра (учебно-методического)
Академия гражданской защиты МЧС России имени Д.И. Михайлика
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск, ул. Соколовская, стр. 1А E-mail: v .nesterovQagz. 50. mchs. gov .ru
C.C. Раднер
кандидат технических наук, начальник кафедры (тактики и общевоенных дисциплин) Академия гражданской защиты МЧС России имени Д.И. Михайлика
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск, ул. Соколовская, стр. 1А E-mail: s.radnerQagz.50.mchs.gov.ru
Т.Н. Нурмагомедов
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры (физики)
Академия гражданской защиты МЧС России имени Д.И. Михайлика
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск, ул. Соколовская, стр. 1А E-mail: t. nurmagomedovQagz. 50. mchs. gov .ru
Д.Н. Дюнова
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры (физики)
Академия гражданской защиты МЧС России имени Д.И. Михайлика
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск, ул. Соколовская, стр. 1А E-mail: d.dyunovaQagz.50.mchs.gov.ru
Аннотация. Статья посвящена исследованию проблемы мониторинга торфяных пожаров. Проведен обзор существующих систем мониторинга ландшафтных пожаров, выделены их достоинства и недостатки. Исследованы пожароопасные свойства торфов. Описаны биологические и физико-химические процессы при самонагревании и самовозгорании торфяников. Выполнено ранжирование параметров исследуемого опасного природного процесса в рамках идентификации его состояния в заданный момент времени. Разработана структура модели системы мониторинга самовозгорания торфяника и схема потока данных в информационно-измерительной системе. Предложен способ контроля за состоянием торфяника, предполагающий оценку вероятности самовозгорания торфяника на основе анализа априорной, экспертной и измерительной информации. Проведено ранжирование значений вероятности возникновения торфяного пожара по уровням угрозы на основе изменения температуры и влажности торфа. Определены возможности использования полученных результатов в практической деятельности и перспективы дальнейших исследований.
Ключевые слова: источник чрезвычайной ситуации, ландшафтный пожар, торфяной пожар, самовозгорание торфа, природный процесс, контроль, мониторинг.
Цитирование: Нестеров В.А., Нурмагомедов Т.Н., Раднер С.С., Дюнова Д.Н. К вопросу о разработке системы мониторинга торфяных пожаров // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2023. № 4 (59). С. 17 - 29.
Введение
В настоящее время вопрос заблаговременного обнаружения неблагоприятных факторов окружающей среды для предотвращения или минимизации последствий чрезвычайных ситуаций (далее — ЧС) является актуальным. Как известно, природные пожары являются одним из ключевых источников ЧС в России. Природные пожары классифицируются как лесные, степные и торфяные (подземные). В то время как лесные и степные пожары можно легко идентифицировать визуально, подземные пожары в торфяниках часто остаются незамеченными, поскольку горение торфа в основном происходит без открытого пламени.
При подземных возгораниях огонь проникает через торфяные слои почвы или скрытые торфяные отложения. В таких условиях корни деревьев горят, что приводит к их опрокидыванию, обычно в направлении центра пожара (рисунок 1). Огонь движется относительно медленно, преодолевая от нескольких сантиметров до нескольких метров за день. В эпицентре торфяного пожара температура может достигать 1000°С. В зависимости от интенсивности пожара глубина прогорания варьируется: при слабом - менее 25 см, при среднем - 25-30 см, и при сильном -более 50 см.
Рисунок 1 Очаг торфяного пожара в разрезе на лееопокрытой площади
В условиях торфяного возгорания, торф тлеет, выделяя обильные облака дыма, при этом огонь распространяется крайне медленно. Отличительной чертой таких пожаров является их продолжительность, которая может длиться месяцами, иногда даже зимой иод снежным покровом. Следовательно, проблеме контроля за процессами самовозгорания и своевременной локализации торфяных пожаров на начальной стадии необходимо уделять особое внимание.
На сегодняшний день существует система мониторинга торфяных пожаров, в состав которой входят:
космический мониторинг (FIRMS, MODIS, VIIRS, Sentinel-2, GOES, Landsat, CAMS);
авиационный мониторинг, в том числе с использованием беспилотных летательных аппаратов;
наземный мониторинг, включающий сеть камер и датчиков, наземные сенсоры дыма, наблюдательные вышки.
С помощью существующей системы мониторинга торфяных пожаров возможно обнаружить только уже возникшие очаги пожаров, что исключает возможность предупреждения самовозгорания торфа и своевременной локализации очагов горения. Следовательно, обнаружение торфяных пожаров происходит с запаздыванием.
Задержка в реагировании может приводить к увеличению количества пожаров и увеличению их масштабов, что усугубляет и осложняет пожароопасную обстановку. Особую опасность развитие торфяного пожара
представляет для территорий добычи или хранения углеводородного сырья. Поэтому вопрос разработки системы мониторинга торфяных пожаров, основанной на непрерывном контроле параметров торфяника и других факторов среды, влияющих на процесс самовозгорания торфа, является актуальным.
В целях повышения эффективности предупреждения торфяных пожаров целесообразно обосновать рациональные параметры и разработать структуру модели системы мониторинга, которая позволит в режиме реального времени получать необходимые данные о скрытых термических точках и заблаговременно предупреждать возникновение и развитие торфяных пожаров.
Для этого в первую очередь необходимо выделить основные преимущества и недостатки существующей системы мониторинга природных (ландшафтных) пожаров, анализ пожароопасных свойств торфа, обосновать рациональные параметры системы мониторинга с учетом биологических и физико-химических свойств торфяника и особенностей возникновения и развития ландшафтного пожара.
Обзор существующих способов и систем мониторинга природных (ландшафтных) пожаров
Существует ряд исследований, посвященных мониторингу ландшафтных пожаров, в том числе торфяных, а также способов [2-5] наземного, воздушного и космического мониторинга. Ниже приведены примеры отдельных
компонент существующей систем мониторинга природных пожаров.
Использование спутниковых данных для мониторинга торфяных ножаров может дать важную информацию о местоположении ножаров, их размере и интенсивности. Примером такой системы является система FIRMS (Firc Information for Resource Management System), которая использует данные от спутников Terra и Aqua [9].
Система оценки пожарной опасности лесов Канады (CFFDRS) применяется для анализа риска ножаров на основе метеорологических данных и других влияющих элементов [9]. Этот инструмент помогает в оптимизации распределения средств и стратегическом планировании действий но предотвращению возникновения ножаров.
Модель McArthur Forest Firc Danger Index: FFDI это австралийская система прогнозирования ножаров, которая использует данные о температуре, влажности, скорости ветра и индексе зеленой травы для оценки пожарной опасности [9].
Sentinel-2 это серия спутников Европейских) космических) аххштетва, которые предоставляют данные с высоким пространственным разрешением, используемые для мониторинга ножаров и их последствий [10].
GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites) это серия геостационарных спутников, оператором которых является National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) США. Из-за их гсоста-ционарнохх) положения они мемут постоянно наблюдать за одним и тем же регионом Земли, что делает их особенно полезными для мониторинга пожаров в реальном времени [9, 10].
В МЧС России используется приложение «Термические точки». Оно является платформой для визуальнохх) отображения данных, полученных с применением СКМ МЧС России [11] (рисунок 2).
Данные о термоточках анализируются экспертами по космическому мониторингу в МЧС России и передаются ответственным должностным лицам соответствующих) региона Российской Федерации [11].
Рисунок 2 Главная страница (сайта) приложения «Термические точки»
Существует ряд практических исследований и технических средств, предназначенных для предупреждения торфяных пожаров за счет мониторинга параметров торфя-
но!Х) пласта [4-8]. К примеру, идентификация и выявление возникших термических аномалий может проводиться с помощью прибора «Тсрмощуи» [8] (рисунок 3).
Рисунок 3 Прибор «Тсрмощуи»
В работе [3] онисана возможность разработки системы поддержки принятия решений для предупреждения торфяного пожара за счет мониторинга температуры и влажности торфяника. Способ [4| обнаружения включает в себя измерение температуры и влажности внутри торфяника на глубине 1 м. Для уточнения конкретного места и площади возгорания торфяника формируется группа МЧС России с БПЛА.
Известен способ [5], который включает выделение наиболее пожароопасных участков торфяников посредством проведения исследований в специально оборудованных скважинах.
Существует устройство мониторинга параметров окружающей среды, представляющее собой стационарное устройство, погруженное в почву и включающее блок обработки телеметрических данных и датчики параметров окружающей среды с преимущественной возможностью использования спутниковых систем позиционирования ГЛОНАСС и/или CPS Navstar [6].
Вышеперечисленные способы и системы полезны в вопросах мониторинга и прогнозирования пожарной опасности, но они имеют свои ограничения. В частности, они не позволяют заблаговременно предупредить возникновение пожаров на торфяниках, которые имеют уникальные свойства и могут горсть при условиях, которые не поддерживали бы горение в других типах экосистем.
Анализ пожароопасных свойств торфа
Торф является сложной многокомпонентной системой с высокой степенью гетерогенности, включающей в себя множество химических соединений, как органического, так и неорганического происхождения. Эта система обладает свойствами полуколлоидных и высокомолекулярных соединений, в которой присутствуют полиэлектролиты. В ее составе можно выделить различные агрегаты, обладающие разной стабильностью.
Основные элементы, составляющие торф, включают углерод (50-60%), кислород (30-40%) и водород (5-6,5%;). Другие элементы, такие как азот и сера, присутствуют в меньших количествах, составляя 0,1-3%;.
Что касается фазового состава торфа, то он в основном состоит из гуминовых кислот (15-50%;), легко гидролизуемых соединений (20-40%;), лигнина (5-20%;), битумов (2-10%;) и водорастворимых веществ (1-5%) [2|.
Агрегаты в торфе имеют размеры в диапазоне от 1000 нм (1 мкм) до 100 нм (менее 0,1 мкм). В нем можно обнаружить плотные сферические элементы, которые представляют собой растительные частицы основные образователи торфа (фрагменты клеточных структур), индивидуальные минералы, разнообразные гуминовые материалы и микроорганизмы [2|.
Особенность торфа, делающая его высоко пожароопасным, заключается в его пористой структуре, низкой плотности и содержа-
нии в нем до 40% кислорода. Это обстоятельство способствует тому, что процессы горения могут протекать внутри массы торфа, практически без доступа воздуха Размеры пор варьируются от 0,1 до 30 мкм, их объем составляет от 4 ■ 10-5 до 7,3 ■ 10-5 м3/кг, а удельная поверхность колеблется от 268 ■ 103 до 332 ■ 103 м2/кг [12, 13].
Таблица 1 — Пожароопасные свойства торфа
Коэффициент теплопроводности торфа (Л) колеблется в диапазоне от 0,1 до 0,5 Вт/(м ■ К) и в основном определяется такими параметрами как плотность, влажность, газовое содержание и пористость. Независимо от типа торфа и степени его разложения, удельная теплоемкость сухого торфа (Ср) равна 1,96 кДжДкг ■ К). Торф с уровнем разложения 30% не поддается горению при влажности 69 - 72% и выше.
Физико-химические характеристики торфа, такие как степень разложения и дисперсность твердой фазы, влияют на его свойства. В естественных условиях торф может содержать воду в количестве до 88 - 96%, при этом его пористость достигает 96 - 97%.
Торф низкой степени разложения в сухом ви-
3
способен абсорбировать и удерживать влагу, а также катионы металлов, включая тяжелые металлы. Максимальная теплота сгорания торфа составляет 24 МДж/кг. Его ключевые тепловые параметры включают теплотворную способность и коэффициент теплопроводности. Средняя теплотворная способность торфа, которая зависит от его типа и степени разложения, составляет приблизительно 23 тыс. кДж/кг.
Среди горючих веществ по удельной теплоте сгорания торф занимает промежуточное положение между древесиной и бурым углем. Основные показатели пожароопасности торфа приведены в таблице 1.
Одним из ключевых свойств торфа, влияющих на его способность к самовозгоранию, является его способность удерживать влагу [14]. В исследованиях [2, 3, 12] были рассмотрены результаты мониторинга потери влажности из торфяного слоя. Из анализа этих данных следует, что снижение уровня влажности ниже 40% приводит к значительному ускорению процесса горения торфа в глубоких слоях торфяника.
Саморазогревание торфа может начинаться при стандартных температурных условиях (10-20°С) и прогрессировать до активного горения. Материалы, которые начинают процесс саморазогревания и переходят в горение при более низких температурах, считаются более пожароопасными [2, 15].
Развитие торфяных пожаров определяется сочетанием различных факторов, включая климатические условия, метеорологические параметры, особенности ландшафта и другие элементы. К этим элементам можно отнести длительность сухого периода, интенсивность солнечного излучения атмосферную температуру, уровень влажности, физическо-химические особенности свойства торфяника, степень ее разложения, роза ветров, рельеф местности, присутствие препят-
Показатель Значение
Температура самонагревания, °С 40 _ 70
Температура начала самовозгорания, °С 60 - 75
Нижний концентрационный предел распространения пламени г/м3 87
Скорость нарастания давления, МПа/с 00 со
Условия теплового самовозгорания 1дЪ = 1,298-0,0311д т, 1дЪ = 2,554 + 0,1811д Б
Температура тления, °С 187
Склонность к микробиологическому самовозгоранию Присутствует
ствий для распространения огня и уровень грунтовых вод [2].
В контексте анализа факторов, влияющих на динамику пожаров в торфяных экосистемах, следует акцентировать внимание на роли солнечного радиационного потока. Экспозиция торфа прямому солнечному излучению способствует интенсивному тепловому воздействию на его верхние слои, усиливая их десикацию и, следовательно, горючесть [15, 16].
Аэродинамические условия, в частности ветровая активность, могут модифицировать траекторию пожара. Ветровые порывы способны транспортировать горячие частицы на значительные расстояния, инициируя дополнительные очаги горения. В контрасте с этим, вертикальное направление пламени может проникать глубже в торфяную структуру.
Орографические особенности ландшафта также диктуют свои условия для прогрессиро-вания пожара. На рельефных возвышенностях и склоновых участках интенсивность горения может усиливаться из-за оптимизированного кислородного доступа и ускоренного дренирования. В депрессивных участках, аккумулирующих влагу, динамика пожара замедляется.
Биомикроагенты, населяющие торф, могут катализировать процессы биодеструкции органических компонентов, сопровождаясь выделением тепла и газообразных продуктов, что потенциально усиливает риск самовозгорания.
После длительного периода атмосферной аридности, влага, оседающая в результате осадков, медленно проникает в торфяник. Это обстоятельство обуславливает способность торфа к поддержанию горения даже в условиях повышенной атмосферной влажности, включая осенний период и зимние месяцы с наличием снежного покрова. Морфологическим признаком активного горения в глубинных слоях торфа может служить его локальное оседание.
Для детального понимания корреляции между степенью увлажненности торфа и его горючестью были проведены экспериментальные исследования [14], в результате которых было определено, что при влагосодержа-нии торфа в диапазоне 900-501%, горение не наблюдалось. Однако при снижении уровня влажности ниже указанного порога, торф становился восприимчивым к процессам горения (таблица 2) [10].
Глубина Влагосодержание в %
залегания 900 800 700 600 500 400 300 200 100
торфа (в см) и - - - - - - - - - К-во набл.
его состояние 800 701 601 501 401 301 201 101 0
От 0 до 10 горит _ _ _ _ _ 2 21 34 8 65
От 0 до 10 погас 1 1 _ 1 1 _ _ _ _ 4
От 10 до 20 горит _ _ _ _ 2 12 18 19 2 53
От 10 до 20 погас 1 1 2 3 1 _ _ _ _ 8
От 20 до 30 горит _ _ _ _ 4 7 18 4 1 34
От 20 до 30 погас 1 1 1 4 7 6 1 _ _ 21
ВСЕГО 185
Таблица 2 - Исследование взаимосвязи между горимостью и влагосодержанием торфа в залежи на различных глубинах
Температура окружающей среды оказывает основное влияние на развитие торфяного пожара. Процесс самовозгорания торфа представляет собой комплексное взаимодействие, проходящее через четыре последовательные фазы:
1. Начальная фаза, в которой температура торфа увеличивается на 3 - 5°С относительно окружающей среды.
2. Фаза активного нагрева, при которой температура торфа достигает диапазона
°
3. Фаза температурной пульсации, характеризующаяся колебаниями температуры тор°
4. Фаза замедления, в которой температу-
°
суток.
Проведенные ранее исследования [2, 13-15] указывают на то, что экзогенные факторы, такие как солнечное излучение, могут способствовать незначительному увеличению температуры внутри торфяного слоя. Это, в свою очередь, стимулирует активность микроорганизмов. Их активность начинается при тем°
го процесса температура внутри торфа может
°
°
логическая активность угасает, и доминирующую роль начинают играть химические реакции. Этот этап, третья стадия, может длиться от одного до восьми месяцев и завершается самовозгоранием торфа с последующим уменьшением его температуры в четвертой
стадии. Высокая атмосферная температура °
зывая выход пожара на поверхность [2, 11-17].
Анализ литературных источников [16-18] позволил сделать вывод, что условия самовозгорания торфяника рассчитывают по следующим эмпирическим уравнениям:
1д Тсвз = Ар + % X lg F, 1д Тсв-3 = Ав— пв х 1д т, Ар = lg Тсв,
пр = 0,457 х 1д (Тт/Тсв), 1дТт = Ар + 2,18 х пр, Т^ез = 0,9 х Т^
где Тсвз - температура самовозгорания, °С; Ар, Ав, пр, пв - эмпирические коэффициенты (таблица 3); F - удельная поверхность образца, м-1; т - индукционный период самовозгорания, ч; Тса - температура самонагревания, °С; Тт - температура тления, °С; Тбез -
предельно безопасная температура хранения °
Таблица 3 - Усредненные значения коэффициентов Ар, Ав, пр, пв
Материал Ар Ав пр
Плита торфяная 1,76 2,27 0,25 0,12
(1)
Проведенный анализ пожароопасных свойств торфа позволяет выполнить обоснование рациональных параметров системы мониторинга торфяных пожаров.
Таким образом, ключевыми факторами, способствующими возникновению пожаров на торфяниках, являются: увеличение температуры внутри торфяной залежи, уменьшение уровня влажности в торфе, рост температуры внешней среды и отсутствие дождевых осадков. Комбинация этих условий существенно увеличивает риск самовозгорания торфа.
Дальнейшее развитие вопросов изучения пожароопасных свойств торфа, на взгляд авторов, должно быть направлено на изучение влияния изменений параметров окружающей среды на торфяники различного состава и происхождения.
Обоснование параметров системы мониторинга и прогнозирования торфяных пожаров
Для создания надежной и эффективной системы мониторинга самовозгорания торфяников на потенциально опасном участке необходимо провести комплексное изучение взаимодействия различных биологических и физико-химических характеристик окружающей среды. Это позволит более точно определить условия, при которых вероятность возникновения пожара максимальна, и разработать меры по его предотвращению.
Идентифицируя состояние параметров данного опасного природного процесса или
источника '1С совокупности биологических и физико-химических процессов в торфяном пласте, данные можно ранжировать на априорную информацию (справочную, либо определенную лабораторным способом и принятую за константу): температура самонагревания торфа Тсн, температура самовозгорания торфа ТсВ) площадь 5, толщина Л, торфяника, плотность р, пористость п и др.), экспертную информацию (показатели пожароопасно-сти территории, необходимые для корректировки принятия решения) и измерительную информацию (непосредственно получаемую с датчиков - температура Т и влажность Ш торфяника, сумма осадков Р, солнечное излучение Б, температура воздуха Токр).
Структура модели системы мониторинга самовозгорания торфяника приведена на рисунке 4.
Для получения данных необходимо использовать информационно-измерительную систему (далее ИИС) на потенциально опасном участке территории. Использование ИИС позволит осуществлять автоматический непрерывный сбор данных непосредственно из потенциальной опасной зоны в режиме реального времени и их передачу для обработки. Сведения с этой части сети будут использованы для определения вероятности самовозгорания торфяника на этом участке и принятия заблаговременных решений сотрудниками МЧС России или других ведомств.
Окружающая среди
Априорная информация
Торфяник
С
Измерительная информация
Экспертная информация
Анализ и обработка информации
Оценка состояния объекта
Прогнозирование состояния объекта
Оповещение о повышении вероятности возникновения ЧС
ЛПР
Рисунок 4 Структура модели системы мониторинга самовозгорания торфяника
На рисунке 5 представлена схема потоков данных информационно-измерительного комплекса для контроля состояния параметров источника ЧС в торфянике в заданном моменте времени его жизненного цикла.
Способ контроля, положенный в основу ИИС, предполагает измерение влажности в
залежи торфа и его температурного состояния, с учетом влияния условий внешней среды и физико-химических особенностей торфа, с последующим сравнением с предельно допустимыми значениями параметров торфяника и окружающей среды, для определения вероятности самовозгорания торфяников.
Рисунок 5 Схема информационно-измерительного комплекса
Для идентификации состояния источника ЧС может быть рассмотрена следующая зависимость:
К = /(Ж; Т; Р; В; Токр; в; к; р; п; Б) (2)
где К - вероятность самовозгорания торфяника; Б - площадь торфяника, м2; к - толщина торфяного пласта, м; Токр - температура окружающей среды над поверхностью торфяника; Т - температура торфа в точке измерения, °С; р - плотность торф а кг/м3; п - пористость торфа м3/м3; Ш - влажность торфа, %; И - поправочный коэффициент, зависящий от природы образования торфяника.
Эти факторы в совокупности определяют природную пожароопаеноеть торфа, характеризующую потенциальное возникновение и развитие пожаров. Совокупностью вышеперечисленных факторов, с учетом имеющихся данных о пожароопаеноети территорий, определяется факти ческая пожароопаеноеть на торфяниках.
Влияние множества процессов на состояние торфяника, а также анализ жизненного цикла образования очага самовозгорания торфяника и взаимосвязь параметров состояния является перспективным направлением развития данного вопроса. Таким образом, вероятность самовозгорания торфяника К может быть представлена в виде функциональной зависимости от непрерывно меняющихся значений измерительной информации. Зависимость (2) представим в виде
К = /(Т; Ш; Р; В; Токр) (3)
В настоящее время влияние параметров, приведенных в уравнении (2), на вероятность возникновения самовозгорания торфа изучено недостаточно. Определение весов коэффициентов уравнения регрессии для торфяников различного происхождения, состава и географического происхождения представляет несомненный интерес и является объектом будущих исследований. Следует отметить, данный подход позволит составлять информационные
портреты состояния источника природной ЧС различного происхождения.
Ранжирование вероятности возникновения торфяного пожара по уровням угрозы
Анализ литературы показал, что температура и влажность оказывают наибольшее влияние на процессы самонагревания и самовозгорания торфяника [2, 12, 13, 14, 18].
Изменение температуры и влажности за отрезок времени является показателем протекания физико-химических процессов. Зависимость (3) преобразуем в следующий вид:
К = /(Т; ;ДТ; Д^) (4)
Решение данного уравнения, с учетом априорной информации о торфянике, позволяет выполнить ранжирование вероятности возникновения торфяного пожара (таблица 4).
Таблица 4 - Ранжирование вероятности возникновения торфяного пожара
Значение Т жШ Уровень угрозы Значение К
Т < Тсн ^ > 40 % Отсутствует К < 0,3
^сн Тс в Ж > 40 %; Д ^ < 0 Низкий 0,3 < К < 0,7
Т < ТСв; Д Т > 0 < 40 %; Д № < 0 Средний 0,7 < К < 1
Тсв < Т; Д Т > 0 0 < < 40 %; Д < 0 Высокий К и 1
Значения температуры и влажности, используемые при ранжировании, получены в результате проведения экспериментов, а также при анализе пожароопасных свойств торфа [1, 2, 12-18 ].
Полученные результаты могут быть положены в основу исследования математической модели зависимости вероятности возникновения самовозгорания торфяника и параметров среды, разработки структуры и алгоритма работы III 1С. создания математической модели и конструкции технического средства контроля состояния торфяника для последующего определения состояния источника ЧС и оценки пожарной опасности.
Заключение
Проведенный анализ пожароопасных свойств торфяников, методов контроля их состояния и инструментальных средств мониторинга позволил создать теоретические основы для разработки модели системы мониторинга торфяных пожаров.
Предложен способ контроля за состоянием торфяника, предполагающий идентификацию состояния и определение вероятности возникновения самовозгорания торфяника на осно-
ве анализа априорной, экспертной и измерительной информации. Описана связь вероятности самовозгорания торфяника с параметрами рассматриваемого источника ЧС, выполнено ранжирование вероятности возникновения самовозгорания по уровням угрозы.
Полученные результаты могут быть использованы для разработки технических средств контроля и информационно-измерительной системы мониторинга торфяных пожаров, основанной на непрерывном контроле параметров торфяника и других факторов окружающей среды, влияющих на процесс самовозгорания торфа.
Разработка такой системы мониторинга позволит заблаговременно предупредить о возникновении торфяных пожаров на потенциально пожароопасной территории, что будет способствовать улучшению экологической обстановки в регионах и повышению безопасности жизни людей. Кроме того, внедрение автоматизированных инновационных технологий контроля природной среды предоставит значительные возможности для развития в области экологической безопасности и природоохранной деятельности.
Литература
1. Гришин A.M., Голованов А.Н., Лобода Е.Л., Фильков А.И., Якимов A.C. Физическое и математическое моделирование возникновения и распространения торфяных пожаров. Томск : Изд-во Томского ун-та. 2012. 124 с.
2. Хорошавин Л.Б., Медведев O.A., Беляков В.А., Руднов B.C. Торф: возгорание торфа, тушение торфяников и торфокомпозиты. Монография // ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) Москва, 2013. 256 с.
3. Зверев А.П., Нурмагомедов Т.Н. Система поддержки принятия решений для предупреждения торфяных пожаров // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021. № 2. С. 30 - 37.
4. Патент № 2 744 436 Cl Российская Федерация, МПК G08B 23/00(2006.01), G01K 13/10(2006.01), G01K 11/32(2006.01), А62С 3/02(2006.01), G01N 27/22(2006.01). Способ обнаружения возгорания торфяников/ А.П. Зверев; заявитель и патентообладатель № 2019130733, заявл. 2019.09.30, опубл. 2021.03.09.
5. Патент № 2379077 Российская Федерация, МПК А62С 3/02 (2006.01). Способ установления местоположения лесного пожара/ А.Е. Касьянов; заявитель и патентообладатель № 2008140436/12, заявл. 2008.10.14, опубл. 2010.01.20.
6. Патент № 127489 U1 Российская Федерация, МПК G01W 1/02. Устройство мониторинга параметров окружающей среды/ М.В. Смолин; заявитель и патентообладатель № 2012127933/28, заявл. 2012.07.05, опубл. 2013.04.27.
7. Патент № RU178428 U1 G01K 13/00. Почвенный термозонд : № 2017116499 : Яковлев Владимир Викторович, заявл. 2017.05.11 : опубл. 2018.04.04.
8. Патент № RU 145583 U1 G01K 13/00. Термощуп: № 2014118270/2 : Губарев Д.И., Корнилов П.Н., заявл. 2014.05.06: опубл. 2014.09.20.
9. Allouis, T., Bailly, J.S., Pastol, Y., & Le Roux, C. (2010). UAV payload and mission control hardware/software architecture: application to fire detection and water dropping [Аллуи Т., Байи Дж.С., Пастол Ю., Ле Ру К. (2010). Полезная нагрузка БПЛА и архитектура аппаратного и программного обеспечения управления полетами: применение для обнаружения пожара и сброса воды] // International Journal of Mechanics and Control, 11(2). S. 25 - 34.
10. Wallace L., Lucieer A., Watson C., & Turner D. (2012). Development of a UAV-LiDAR system with application to forest inventory [Уоллес Л., Люсиер А., Уотсон К., Тернер Д. (2012). Разработка системы БПЛА-LiDAR с применением для инвентаризации леса] // Remote Sensing, 4(6). S. 1519 - 1543.
11. Термические точки : официальный сайт. - Москва, 2023. [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://firenotification.mchs.gov.ru (дата обращения 15.12.2023).
12. Долгов A.A., Ковалева Д.С. Лабораторные методы определения термокинетических параметров процесса сушки торфов при лесных пожарах // Технологии гражданской безопасности. 2020. Т. 17 №2(64). С. 52 - 57.
13. Гришин А.П., Голованов А.П., Суков Я.В. Экспериментальное определение технофизических, термокинетических и фильтрационных характеристик торфа // Инженерно-физический журнал. 2006. Т. 79. № 3. С. 131 - 136.
14. Сирин A.A., Медведева М.А., Макаров Д.А., Маслов A.A., Юстен X. Мониторинг растительного покрова вторично обводненных торфяников Московской области // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2020. 65(2). С. 314 - 336.
15. Фильков А.И. Физико-математическое моделирование возникновения природных пожаров и исследование особенностей сушки, пиролиза и зажигания горячих материалов : дис. ... доктор наук : 01.04.14. - Томский гос. университет, Томск, 2014. С. 55 - 69.
16. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение: физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Пер. с англ. М.: Физматлит, 2003. - 352 с.
17. Зельдович Я.Б. и др. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980. - 478 с.
18. Горшков В.И. Самовозгорание веществ и материалов. М.: ВНИИПО, 2003. - 446 с.
ON THE ISSUE OF DEVELOPING A PEAT FIRE MONITORING SYSTEM
Vladimir NESTEROV
candidate of technical sciences,
deputy head of the Academy
(for academic work) - head of the center
(educational and methodological)
The Civil Defence Academy of EMERCOM of Russia
named after D.I. Mikhailika
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md. Novogorsk, st. Sokolovskaya, building 1A
E-mail: v .nesterov® agz. 50. mchs. gov .ru
Sergey RADNER
candidate of technical sciences,
head of the department (tactics
and general military disciplines)
The Civil Defence Academy of EMERCOM of Russia
named after D.I. Mikhailika
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md. Novogorsk, st. Sokolovskaya, building 1A
E-mail: s.radnerQagz.50.mchs.gov.ru
Timur NURMAGOMEDOV
candidate of technical sciences, associate professor, associate professor of the department (physics) The Civil Defence Academy of EMERCOM of Russia named after D.I. Mikhailika Address: 141435, Moscow region, city Khimki, md. Novogorsk, st. Sokolovskaya, building 1A E-mail: t. nurmagomedov® agz. 50. mchs. gov .ru
Diana DUNOVA
candidate of technical sciences, associate professor, associate professor of the department (physics) The Civil Defence Academy of EMERCOM of Russia named after D.I. Mikhailika Address: 141435, Moscow region, city Khimki, md. Novogorsk, st. Sokolovskaya, building 1A E-mail: d.dy unova® agz.50.mchs.gov.ru
Abstract. The article is devoted to the study of the problem of monitoring peat fires. The review of existing landscape fire monitoring systems is carried out, their advantages and disadvantages are highlighted. The fire-hazardous properties of peat have been investigated. Biological and physico-chemical processes during self-heating and spontaneous combustion of peat bogs are described. The parameters of the studied dangerous natural process are ranked within the framework of identifying its state at a given time. The structure of the model of the peat bog spontaneous combustion monitoring system and the data flow diagram in the information and measurement system have been developed. A method for monitoring the condition of a peat bog is proposed, which assumes an assessment of the probability of spontaneous combustion of a peat bog based on the analysis of a priori, expert and measuring information. The ranking of the values of the probability of a peat fire by threat levels based on changes in temperature and humidity of peat was carried out. The possibilities of using the obtained results in practical activities are determined. Keywords: emergency source, landscape fire, peat fire, spontaneous combustion of peat, natural process, control, monitoring.
Citation: Nesterov V.A., Nurmagomedov T.N., Radner S.S., Dunova D.N. On the issue of developing a peat fire monitoring system // Scientific and educational problems of civil protection. 2023. № 4 (59). S. 17 - 29.
References
1. Grishin A.M., Golovanov A.N., Loboda EX., Filkov A.I., Yakimov A.S. Physical and mathematical modeling of the occurrence and spread of peat fires. Tomsk: Tomsk University Publishing House. 2012. 124 s.
2. Khoroshavin L.B., Medvedev O.A., Belyakov V.A., Rudnov V.S. Peat: peat fires, peat fire extinguishing and peat composites. Monograph // FGBU VNII GOChS (FC) Moscow, 2013. 256 s.
3. Zverev A.P., Nurmagomedov T.N. Decision support system for preventing peat fires // News of Tula State University. Geosciences. 2021. No. 2. S. 30 - 37.
4. Patent No. 2 744 436 CI Russian Federation, IPC G08B 23/00(2006.01), G01K 13/10(2006.01), G01K 11/32(2006.01), A62C 3/02(2006.01), G01N 27/22(2006.01). Method for detecting fires in peat bogs / A.P. Zverev; applicant and patent holder No. 2019130733, application. 2019.09.30, publ. 2021.03.09.
5. Patent No. 2379077 Russian Federation, IPC A62S 3/02 (2006.01). Method for determining the location of a forest fire / A.E. Kasyanov; applicant and patent holder No. 2008140436/12, application. 2008.10.14, publ. 2010.01.20.
6. Patent No. 127489 Ul Russian Federation, IPC G01W 1/02. Device for monitoring environmental parameters / M.V. Smolin; applicant and patent holder No. 2012127933/28, application. 2012.07.05, publ. 2013.04.27.
7. Patent No. RU178428 Ul G01K 13/00. Soil thermal probe: No. 2017116499: Yakovlev Vladimir Viktorovich, appl. 2017.05.11: publ. 2018.04.04.
8. Patent No. RU 145583 Ul G01K 13/00. Temperature probe: No. 2014118270/2: Gubarev D.I., Kornilov P.N., appl. 2014.05.06: publ. 2014.09.20.
9. Allouis, T., Bailly, J.S., Pastol, Y., & Le Roux, C. (2010). UAV payload and mission control hardware/software architecture: application to fire detection and water dropping // International Journal of Mechanics and Control, 11(2). S. 25 - 34.
10. Wallace L., Lucieer A., Watson C., & Turner D. (2012). Development of a UAV-LiDAR system with application to forest inventory // Remote Sensing, 4(6). S. 1519 - 1543.
11. Thermal points: official website. - Moscow, 2023. [Electronic resource] - Access mode: https://firenotification.mchs.gov.ru (date of access: 15.12.2023).
12. Dolgov A. A., Kovaleva D.S. Laboratory methods for determining thermokinetic parameters of the peat drying process during forest fires // Civil Safety Technologies. 2020. T. 17 No. 2(64). S. 52 - 57.
13. Grishin A.N., Golovanov A.N., Sukov Ya.V. Experimental determination of technophysical, thermokinetic and filtration characteristics of peat // Engineering and Physical Journal. 2006. T. 79. No. 3. S. 131 - 136.
14. Sirin A.A., Medvedeva M.A., Makarov D.A., Maslov A.A., Yusten H. Monitoring of vegetation cover of secondary watered peatlands in the Moscow region // Bulletin of St. Petersburg University. Geosciences. 2020. 65(2). S. 314 - 336.
15. Filkov A.I. Physico-mathematical modeling of the occurrence of natural fires and the study of the features of drying, pyrolysis and ignition of hot materials: dis. ... Doctor of Science: 04/01/14. - Tomsk State University, Tomsk, 2014. S. 55 - 69.
16. Warnatz Y., Maas U., Dibble R. Combustion: physical and chemical aspects, modeling, experiments, formation of pollutants / Transl. from English M.: Fizmatlit, 2003. - 352 s.
17. Zeldovich Y.B. and others. Mathematical theory of combustion and explosion. M.: Nauka, 1980. - 478 s.
18. Gorshkov V.I. Spontaneous combustion of substances and materials. M.: VNIIPO, 2003. - 446 s.
