CC BY
27
УДК 634.0.43 +662.612/63
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО ОХРАНЕ ЛЕСА
Г.А. Доррер, Т.Н. Иванилова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологич еский университет» 660049 Красноярск, пр. Мира, 82
Рассмотрены разработанные в СибГТУ компьютерные системы, которые могут быть использованы для об учения работников лесного хозяйства и противопожарных служб основным понятиям, способам и тактике борьбы с лесными пожарами. Системы на основе математического моделирования позволяют созда вать сценарии развития лесопожарной ситуации, оценивать принимаемые персоналом решения по выбору методов и средств борьбы с пожаром и отображать динамическую ситуацию с помощью ГИС -компонентов. В процессе обучения персонала могут использоваться современные интерактивные средства обучения. Предложена структура многофункци о-нального учебного комплекса для по дготовки специалистов по охране леса.
Ключевые слова: охрана леса, компьютерные обучающие системы, моделирование ле сных пожаров, ГИС-ориентированные системы
The computer systems that had been worked out in Siberian Technological University are considered. These systems may be used for training the personnel of forestry and fire services of the main ideas, methods and tactics of forest fire struggle. Systems on basis of the mathematical modeling allow to create the sceneries of the forest fire situation deve l-opment, to estimate the personnel solutions on methods and means of the forest fire struggle and displayed the dynamic situation with help of GIS components. In the personnel training process the modern interactive learning systems may be very useful. The structure of polyfunctional training complex for teaching the personnel of forest protection services is suggested.
Key words: forest protection, computer training system, forest fire simulation, GIS -oriented system
ВВЕДЕНИЕ
Среди факторов, оказывающих влияние на с о-стояние лесных ресурсов, пожары занимают одно из ведущих мест. В системе биосфера-человек они наносят ущерб выполнению всех функций лес а: экологической, социальной, хозяйственной, сырь евой. В неблагоприятные годы борьба с лесными пожарами для некоторых стран становится пробл е-мой национального и даже международного ма с-штаба. В то же время в ряде случаев пожары могут оказать положительное влияние на лесные биоценозы.
Борьба с лесными пожарами - тяжелая и опасная работа, которую должны выполнять хорошо подготовленные профессионалы. Поэтому проблема подготовки таких работников заслуживает сам ого серьезного внимания. Одним из эффективных направлений профессиональной подготовки и переподготовки в настоящее время является испол ь-зование обучающих и тренажных систем, основа н-ных на математическом моделировании процессов распространения и ликвидации лесных пожаров.
Работа по созданию таких систем проводится на кафедре системотехники СибГТУ в течение ряда лет. За это время было реализовано несколько пр о-ектов, которые могут быть использованы при со здании учебно-тренажерных комплексов.
Немаловажную роль при создании обучающих систем играет использование современных образовательных технологий обучения и контроля. На и-более перспективным направлением представляю т-ся интерактивные методы обучения, позволяющие
осуществлять процесс обучения, в том числе ди с-танционно. Использование этой возможности позволяет проводить обучение и повышение квалификации специалистов без выезда на место обуч е-ния, а дистанционно с помощью интерактивных обучающих программ. В работе кратко рассмотрен опыт и некоторые аспекты создания таких систем.
Новым стимулом к работе в данном напр авле-нии является проект создания на базе СибГТУ Це н-тра по подготовке и переподготовке кадров для лесной отрасли Сибирского федерального округа, решение о создании которого принято в декабре 2007 года на заседании координационного совета по лесному хозяйству и лесопромышленному комплексу Межрегиональной ассоциации „Сибирское соглашение".
На основе имеющегося в СибГТУ задела может быть создан достаточно мощный обучающий ко м-плекс для работников лесной отрасли, занятых о х-раной лесов. В настоящей статье дан обзо р разработок, выполненных под руководством авторов статьи, и приводится обоснование структуры об у-чающего комплекса.
1. Программа «Тайга»
Первая версия компьютерной учебно -игровой программы «Тайга» разработана на кафедре сист е-мотехники СибГТУ в 1993 году.
Ее основное назначение - приобретение игроками навыков управления локализацией лесных пожаров. Цель игры - провести имитацию локализации пожара, окружив его непроходимыми для огня полосами, добиваясь при этом минимума по л-ного ущерба.
Ход игры отображается на экране монитора, воспроизводящем карту лесной территории в масштабе около 1:10 000. Карты выбираются из имеющегося набора, этот набор отражает особенности лесов региона. На картах цветом выделены однородные участки леса, где скорость распространения пожара одинакова.
Динамика имитируемого пожара отображается в виде изолиний, обозначающих кромку пожара. Расчет контуров пожара осуществляется на основе метода подвижных сеток с учетом скоростей и и н-дикатрис распространения огня (Доррер, 1979).
Задача игрока состоит в выборе средств доставки противопожарных сил к месту пожара и опред е-лении для них направления движения с целью л о-кализации пожара. Эти действия могут корректир о-ваться в процессе игры.
Игра завершается успешно, если игроку удается произвести полную локализацию пожара, т.е. окружить его барьерами со всех сторон. При этом эффективность игрока оценивается по площади, на которой удалось остановить пожар, а также по к о-личеству привлеченных ресурсов.
Описанная игра с успехом использовалась р а-ботниками авиационной лесной охраны в процессе профессиональной учебы, студентами лесных сп е-циальностей Сибирского государственного технологического и Красноярского аграрного универс и-тетов.
Кроме того, копия программы «Тайга» была передана в Лесную службу США.
Однако в настоящее время эта программа уже не удовлетворяет современным дидактическим и техническим требованиям, и поэтому разрабатыв а-ется более совершенная версия этой программы -«Тайга - 2», о которой сказано ниже.
2. Компьютерная игра «Лесопирологические учения»
Данная игра имитирует возникновение и ра с-пространение пожара по лесной территории, а та к-же позволяет моделировать тушение пожара нек о-торыми из существующих способов. Игра разраб а-тывалась в СибГТУ А.В.Оводовой в рамках магистерской диссертации (Иванилова, Оводова, 2000).
В целом эта игра преследует те же цели, что и описанная выше программа «Тайга», однако она основана на другой математической модели ра с-пространения лесного пожара. Как известно, на распространение лесного пожара оказывает возде й-ствие большое количество разнообразных факторов, учесть влияние каждого из которых не пре д-ставляется возможным. Поэтому в работе испол ь-зуется модель, описывающая распространение пожара по лесной территории множественным сл у-чайным процессом (Иванилова, 1994)
Входными данными для моделирования являются: карта лесной территории, разбитая на участки с однородными правилами распространения гор е-ния; очаг пожара; вероятности распространения горения для всех однородных участков; время моделирования.
Распространение горения рассматривается по узлам дискретной решетки, накладываемой на ка р-
ту лесной территории. В любой дискретный момент времени состояние процесса случайного распр о-странения (ПСР) задается случайным конечным множеством. Причем это множество включает в себя все участки лесной территории, горящие или сгоревшие к данному моменту. Его называют множественным или М-контуром пожара. Тогда, моделируя М-контуры в последовательные дискретные моменты времени, можно получить реализацию распространения лесного пожара до р ассматривае-мого момента.
Распространение процесса определяют вероя т-ности локального распространения, каждая из к о-торых характеризует вероятность перехода горения из любого узла за один момент времени в пределах локальной окрестности.
Моделируя М-контур некоторое количество раз до заданного момента времени, можно затем ра с-считать его «среднее» состояние - среднемерное множество, которое и будет представлять прогн о-зируемый контур распространения пожара в этот момент.
В разработанной игре имитируются способы тушения пожара водой или пеной, авиасредствами, локализацией минерализ ованными полосами.
В игре существует возможность работы с так ими объектами, как пожарная база, самолет, грейдер, шланговый заряд, лесной пожарный. Из перечи с-ленных объектов пожарная баз а и шланговый заряд являются статическими объектами, а самолет, п о-жарный и грейдер - динамическими. У каждого динамического объекта есть три действия: стоять на месте; идти по одному из восьми возможных направлений; тушить пожар доступными выбра н-ному объекту средствами.
Данная система позволяет проводить увлек а-тельные игры, однако содержит достаточно много условностей. Поэтому она лучше всего подходит для профориентационной работы среди молодежи.
3. Система планирования тушения лесных пожаров
Система планирования тушения лесных пожаров на территориях, обслуживаемых авиационной лесной охраной (СПЛАТ), была разработана А.В. Колядой в его кандидатской диссертации (Коляда, 2002). Система адаптирована, главным образом, для управления ликвидацией самых частых пожаров (низовых с различной интенсивностью горения), тушением которых занимаются оперативные отд е-ления авиационной лесной охраны (ООАЛО). Кр оме того, система может использоваться в качестве тренажера при обучении персонала.
Система выполняет следующие функции:
• имитационное моделирование динамики пожара на базе геометрической теории распростр а-нения и локализации лесных пожаров;
• выработку рекомендаций по управляющим решениям для руководства базы дислокации прот и-вопожарных сил;
• описание последовательности действий противопожарных подразделений при борьбе с п о-жаром.
Любое средство пожаротушения, подходящее
по классификации, предложенной автором, может быть внесено в базу данных по средствам пожар о-тушения, и программа будет включать это средство с его индивидуальными показателями при расчётах в выборе допустимого решения.
Результатом работы программы является п о-временный план действий для каждой тактической единицы (персонала и техники), отобранной для тушения в результате сравнения допустимых вар и-антов и выбора наиболее эффективного из них, что обеспечивает в данном случае оптимальность стр а-тегии.
Система использует базу данных, содержащую характеристики используемых в настоящее время технических средств. Они взяты из действующих нормативных документов Федеральной службы лесного хозяйства Российской Федерации. Такс а-ционные стоимости леса взяты по действующим расценкам, предоставленным ВНИИПОМЛесхозом. В программе их можно изменять, сохранять и з а-гружать.
Ниже перечислены информационные потоки и краткое описание последовательности и специфики главных функциональных блоков системы.
1. Ввод оперативных данных осуществляется на вкладке «Пожар»:
а) погода (скорость ветра, класс пожарной опасности);
б) пожар (дата и время обнаружения, вид пож ара, интенсивность горения, ско рость фронта, начальная площадь, расстояние от пожара до водоема, в котором возможен забор воды авиатанкерами, высота пламени);
в) определение отношения совокупной прои з-водительности сил к скорости нарастания периме т-ра, чтобы примерно сориентировать на сро ки ликвидации; ввод расстояния от базы до пожара;
г) ввод максимально допустимого времени ли к-видации пожара.
2. Ввод данных о доступных ручных средс т-вах и летательных аппаратах, назначение в пр о-грамме патрульного летательного аппарата и сост а-ва патруля из сформированных команд отображае т-ся на вкладке «Ресурсы». Заполнение свойств г о-рящего леса осуществляется на вкладке «Лес». Здесь вводится тип, захламленность, полнота др е-востоя, средний диаметр, общий удельный запас, процентные соотношения пород и таксовые стоимости.
3. Формирование пожарных звеньев из имеющихся ручных средств выполняется на вкла д-ке «Звенья». В системе реализована возможность формирования звеньев как вручную, так и автом а-тически с псевдоравномерным распределением р е-сурсов между звеньями.
4. Нахождение оптимальной стратегии по критерию минимума затрат:
б) имитационное моделирование доставки сил, тушения пожара и вывода сил для каждой ко м-бинации, расчет суммы затрат на тушение и ущерба от пожара;
в) удаление комбинаций, которые справл я-ются с пожаром за время, большее, чем определил
руководитель;
г) сравнение полученных сумм совокупного ущерба, определение комбинации, обеспечивающей наименьший ущерб;
д) имитационное моделирование для лучшей комбинации с созданием патрульных и техн и-ческих заданий для каждого используемого средс т-ва;
е) вывод плана тушения на экран или печатающее устройство.
В отчете по ликвидированному пожару соде р-жится основная информация о пожаре, погоде, с о-вокупном ущербе, времени ликвидации.
Для каждого пожарного средства во время моделирования создается программный объект, над е-ленный специфичными для данного класса свойс т-вами. Все объекты действуют согласно индивид у-альным логическим моделям поведения, разраб о-танным и данной в работе.
Поскольку при выборе оптимального плана т у-шения критерием является минимизация совоку п-ного ущерба, то СПЛАТ оставляет для формиров а-ния конечных отчетов только ту комбинацию, с использованием которой ликвидация ЛП оказалась самой дешевой. Это дает возможность лицу, пр и-нимающему решения, осуществлять тушение теми видами средств и таким их количеством, которое заранее будет выгодно с точки зрения выбранного критерия. В системе существует возможность и з-менять весовые коэффициенты статей расходов, составляющих совокупный ущерб, нанесенных лесным пожаром.
Система СПЛАТ прошла тестирование в Красноярской базе авиационной охраны лесов, принята к использованию во ВНИИПОМЛесхозе и на к а-федре лесоводства СибГТУ.
4. Система оценки природной пожарной опасности лесов
Данная работа выполнена во Всероссийском НИИ пожарной охраны и механизации лесного х о-зяйства (ВНИИПОМЛесхозе) Л.П. Золотухиной, по ее результатам защищена кандидатская диссерт а-ция (Золотухина, 2007).
Целью работы явилось создание комплекса м а-тематических моделей, информационных и пр о-граммных средств для оценки природной пожарной опасности лесов и разработка на этой основе системы мероприятий по ее снижению примен и-тельно к бореальным лесам Восточной С ибири.
При создании системы ставились следующие задачи:
• разработка методики создания лесопирол о-гических описаний лесов на основе трансформации таксационных и картографических данных лесоус тройства;
• построение моделей пирологических типов лесов, природной пожарной опасности и видов в е-роятных лесных пожаров;
• разработка технологии выбора и назначения мероприятий по снижению природной пожа р-ной опасности участков лесного фонда;
• создание ГИС-ориентированного программного комплекса для реализации перечисле н-
ных выше задач
В работе предложена оригинальная морфол о-гическая карта базовых элементов (компонентов вектора состояния) системы на основе политом и-ческой классификации. Состояние участка леса предлагается определять вектором со следующими компонентами:
• категория земель;
• возраст насаждения;
• тип напочвенного покрова;
• экспозиция и уклон местности;
• преобладающая древесная порода;
• сопутствующая древесная порода;
• полнота насаждений;
• наличие пожароопасного подроста;
• наличие пожароопасного подлеска;
• наличие пожароопасного сухостоя;
• наличие захламленности.
На основе данной классификации разработана методика трансформации таксационных данных в лесопирологические, с детальностью описания до отдельного выдела.
В 11-мерном пространстве базовых элементов разработаны математические модели: пирологич е-ских типов леса; классов природной пожарной опасности; видов вероятных лесн ых пожаров по всем периодам пожароопасного сезона; правил управления природной пожарной опасн остью.
Создана ГИС-ориентированная система для оценки вектора состояния и реализации моделей лесопирологической системы
Полученные модели учитывают особенности участков лесного фонда, их экологическую, хозя й-ственную ценность, они позволяют повысить эффективность профилактики лесных пож аров.
Данная разработка использована при выполн е-нии плана НИР по 18 темам во ВНИИПОМлесхозе. Предложенный подход использован в 13 проектах противопожарного устройства лесов, прилегающих к поселкам и объектам экономики Красноярского края. Проекты переданы администрациям районов для практического внедрения. Кроме того, система может использоваться в качестве тренажера при обучении персонала.
5. Система оценки текущей пожарной опа с-ности
Система разработана в кандидатской диссертации П.А. Егармина в 2005 году. Целью разработки явилось создание системы детальной (поквартал ь-ной) оценки пожарной опасности в лесу, учит ы-вающей погодные условия, состояние лесной растительности и возможность появления источников огня на охраняемой территории.
Разработка методики детальной оценки пожа р-ной опасности включала задачи:
1. Изучение зависимости между таксацио н-ными характеристиками насаждений и свойства ми лесных горючих материалов (ЛГМ).
2. Обоснование применения интерполяцио н-ных методов при использовании данных мете о-станций и спутниковой информации в задаче п о-квартальной оценки ПО в лесу по условиям погоды.
3. Разработка численной методики расчета
распределения источников огня на охраняемой те р-ритории по ретроспективным данным о лесных п о-жарах.
При реализации системы был создан ГИС -ориентированный программный комплекс для т е-матической обработки таксационной, метеоролог и-ческой и статистической информации с целью определения текущей пожарной опасности.
Автором предложен комплексный подход к о п-ределению текущей пожарной опасности, основа н-ный на детальной пирологической характеристике каждого квартала лесной территории. Подход предполагает использование экспертных оценок, интерполяционных методов, спутниковой инфо р-мации. На основе изучения методов интерполяции данных показано, что пространственное распред е-ление показателей погоды может быть представл е-но в виде аналитической функции комплексного аргумента.
Разработан программный комплекс, представляющий основу системы детальной оценки пожа р-ной опасности. С положительными результатами комплекс прошел тестирование по данным пожар о-опасных сезонов 2002-2003 гг. территории Усоль-ского лесхоза Красноярского края. Результаты работы комплекса могут использоваться также при оптимизации маршрутов воздушного и наземного патрулирования.
Созданный программный комплекс принят к использованию в Сибирском региональном центре по делам гражданской обороны, чрезвычайным с и-туациям и ликвидации последствий стихийных бедствий. Разработка также может использоваться в качестве подсистемы при создании обучающих систем и тренажеров.
6. Оценка пожарной опасности и параметров пожаров по космическим снимкам
В настоящее время информация, получаемая со спутников, широко используется для оценки п о-жарной опасности лесов, обнаружения лесных п о-жаров и оценки их параметров. На кафедре сист е-мотехники также велись работы в данном напра в-лении. Кратко упомянем две из них.
С.П. Якимовым в 1996 году в рамках кандидатской диссертации разработан и защищен авторским свидетельством алгоритм определения текущей пожарной опасности леса, включающий прием и регистрацию радиотеплового излучения лесной территории, распознавание аномально влажных элементов лесного ландшафта, анализ полученных результатов измерений.
В этой же работе создан и защищен авторским свидетельством способ определения диагностич е-ских параметров лесных пожаров с летательных аппаратов. Предложена рекуррентная процедура нелинейной фильтрации сигнала СВЧ - радиометра, позволяющая надежно распознавать заведомо нег о-рючие участки лесного массива, участки, соотве т-ствующие различным уровням пожарной зрелости, а также очаги пожара.
Получены необходимые условия выбора ма р-шрутов движения летательного аппарата, о пти-мальных с точки зрения минимума затрат и макс и-
мальной точности восстановления параметров те п-лового поля лесного массива.
Разработан комплекс программ обработки радиометрической информации, предназначенный как для исследовательских целей, так и для использования на борту летательных аппаратов.
В 1999 году П.Е. Федоровым была выполнена кандидатская работа, посвященная обработке аэро -и космоснимков пожаров с целью определения их динамики и индикатрис распространения. Был использован метод эллиптических оценок Ф.Л. Чер-ноусько, с помощью которого динамические пр о-цессы на поверхности Земли, в том числе контуры лесных пожаров аппроксимируются последов а-тельностью эллипсов. Было показано, что этот м е-тод может быть применен для оценки динамики процессов распространения в задачах экологического мониторинга, при этом он дает гарантирова н-ную оценку конфигурации процесса.
7. Компьютерная обучающая лесопиролог и-ческая система, функционирующая в среде LearningSpace
Система создана в среде LearningSpace v.2.5 на платформе Lotus Notes. Работа системы может осуществляться в демонстрационном и обучающем режиме, причем выбор режима проводит обуча е-мый. В структуру системы включен теоретический материал, содержащий теоретические сведения по разделам лесной пирологии и математического моделирования (Иванилова, Крайченкова, 2000).
Обучающая система лесопирологического тр е-нажера состоит из двух разделов. Обучение может проводиться как последовательное выполнение з а-даний по первому и второму разделу, также может осуществляться независимая работа по выбранному разделу.
Первый раздел - это работа в пяти специализированных базах Lotus Notes, использующихся в обучающей оболочке LearningSpace.
База данных Schedule представляет собой центральный модуль системы, позволяющий участн и-кам просматривать учебные материалы и упражнения, участвовать в тестах, решать задачи и пров о-дить исследования. В представляемом лесопирол о-гическом тренажере Schedule содержит задания и вопросы по темам: понятия лесной пирологии, т и-пы лесных пожаров, математические модели лесных пожаров и т.п.
В базе данных MediaCenter хранятся статьи, новости, главы книг, рефераты и сводки. Через нее можно получить доступ к сервису сети Интернет -World Wide Web и другим внешним источникам информации.
В MediaCenter лесопирологического тренажера хранится теоретический материал по темам: пон я-тия лесной пирологии, методы математического моделирования лесных пожаров, принципы вероя т-ностно-множественного моделирования распр о-странения лесного пожара.
База данных CourseRoom представляет собой интерактивную среду, в которой слушатели ведут дискуссии между собой и с преподавателем, а та к-же совместно решают задачи и выполняют разли ч-
ные задания. В базе данных CourseRoom препод а-ватель может контролировать успехи слушателей, отвечать на вопросы слушателей, участвовать в обсуждениях и выставлять оценки.
База данных Profiles содержит информацию о слушателях и преподавателях, в том числе данные для контактов (адрес, номер телефона и т.д.), фотографии и сведения о ходе обучения, полученном опыте и увлечениях.
База данных Assessment Manager является средством, с помощью которого преподаватели оценивают работу каждого слушателя и сообщают ему результаты.
Второй раздел лесопирологического тренажера - программные модули, реализованные на языке программирования Delphi и встроенные в оболочку LearningSpace, позволяющие обучать в двух режимах: демонстрационном и обучающем.
В демонстрационном режиме, который основан на использовании программы компьютерной игры «Лесопирологические учения» (п. 2 настоящей статьи), проводится численное вероятностно -множественное моделирование распространения множественного контура лесного пожара. Слушатель сам задает очаг пожара, вероятности распр о-странения и воспламенения, карту лесопирологич е-ских однородностей. Другие параметры обучаемый также может выбрать сам.
К сожалению, система LearningSpace версии 2.5 к настоящему времени устарела, к тому же работа с платформой Lotus Notes неудобна из-за ее несовместимости с другими системами. Поэтому для создания обучающей системы для подготовки персонала требуется использование более совреме н-ных средств.
8. Компьютерный тренажер «Тайга -2»
Разработка данной системы начата и продолж а-ется А.Ю Никоновым и Д.Н. Сучковым в рамках их магистерских, а затем кандидатских диссертаций (А.Ю. Никонов. Д.Н. Сучков. Г.А. Доррер, 2006). Кроме того, в состав данной системы могут войти в качестве подсистем описанные выше разработки.
Система «Тайга-2» предназначена для обучения основам тактики борьбы с лесными пожарами. Она имеет клиент-серверную архитектуру. В качестве централизованного хранилища данных используе т-ся СУБД - Microsoft SQL Server 2000. Среда разработки - Borland Delphi 6. В качестве встраиваемого ГИС-компонента выбрана программа Gkernel, разработанная в ИВМ СОРАН.
Система имеет модульную структуру, она содержит ряд модулей и баз данных. Кратко охара к-теризуем основные компоненты системы.
Модуль «Техника»
Модуль предназначен для ведения информации о видах техники, используемой при борьбе с ле с-ными пожарами.
Модуль «Сценарий»
Является одним из основных модулей системы. Он предназначен для создания сценариев, которые будут использоваться обучаемыми при создании сеанса игры. Создание сценария подразумевает м о-делирование обстановки распространения пожара,
включающей задание очага возгорания на выбранной карте местности, задание метеоусловий, выбор техники локализации и тушения, которые будут доступны обучаемым, задание временных событий, таких как изменения метеоусловий, пожара, поя в-ление новых очагов, выход из строя техники.
Модуль «Характеристики пожара»
Модуль обеспечивает ведение справочной информации о типах пожара, классах интенсивности пожара, моделях расчета.
Утилита «Менеджер карт»
Создание модели карты осуществляется в л ю-бой из ГИС-систем, которые могут сохранять или экспортировать данные в формат МарШЬ.
Утилита «Менеджер карт» входит в состав си с-темы «Тайга 2» в качестве отдельной программы и предназначена для импорта и просмотра моделей карт, на которых производится моделирование и г-ровой ситуации.
Утилита «Администратор»
Основное назначение - разграничение прав доступа на использование компонент системы. Утилита выполняет следующие функции:
- создание ролей;
- назначение списка прав на использование компонент системы;
- добавление информации о польз ователе;
- назначение роли пользователю.
Модуль «Результаты сеансов»
Модуль предназначен для просмотра заданий и результатов игры пользователей.
Представим математические методы и модели, используемые в системе. Наибольшее значение в лесной пирологии имеет прогноз поведения низ о-вых пожаров, поскольку на их долю приходится около 80% всех пожаров растительности (практич е-ски все верховые пожары развиваются из низовых).
Для расчета скорости распространения кромки низового пожара были выбраны модели Р. Роте р-мела (ЯдШегте!) и М. А.Софронова (Доррер, 1979). При расчетах контуров пожаров приходится допо л-нительно вводить специальную функцию - индикатрису распространения, учитывающую завис и-мость скорости от угла, образованного направлен и-ем распространения и ветром (Доррер, 1979)
Для расчета динамики кромки пожара был использован метод подвижных сеток. Основная идея описываемого метода состоит в том, что расчетная сеточная область не задается заранее, а определяе т-ся решением задачи, двигаясь и развиваясь вместе с ним.
Описание взаимодействия человека с лес ным пожаром в значительной степени сводится к анал и-зу взаимодействия двух динамических множеств, описывающих, соответственно, лесной пожар и область достижимости противопожарных сил. На основе этой концепции разработана математическая модель процесса локализации лесного пожара.
В настоящее время система «Тайга 2» проходит доработку, тестирование и опытную эксплуатацию. В течение 2008 года после заполнения всех баз данных и накопления картографического материала система будет передана заинтересованным орган и-
зациям.
9. О структуре обучающего комплекса для специалистов по охране и защите леса
Рассмотренные выше работы преследуют одну цель - помочь работникам лесного хозяйства и МЧС, а также учащимся всех уровней повысить их профессиональную подготовку в деле о храны лесов от пожаров. Однако к настоящему времени разр а-ботанные системы не вполне согласованы метод и-чески, по данным, по расчетным моделям, по пр о-граммным средствам. Поэтому для создания единой многофункциональной системы требуется знач и-тельная работа, которая в настоящее время начата кафедрой системотехники совместно с Институтом повышения квалификации преподавательских ка дров СибГТУ. Представляется, что новая система должна базироваться на принципах, положенных в основу системы «Тайга 2», как наиболее п родвину-той к настоящему времени. Однако в этой системе должны появиться новые модули, позволяющие моделировать процессы, не отраженные в описа н-ных разработках.
В целом укрупненная структура проектируемой системы представляется следующей.
• Характеристики леса:
> карты лесонасаждений;
> топографические карты;
> таксационные описания леса;
> типы лесных горючих материалов (ЛГМ);
> карты типов ЛГМ;
• Пожарная опасность (ПО):
> природная ПО;
> текущая ПО;
❖ метеопоказатели (температура воздуха, влажность, ветер);
❖ влагосодержание ЛГМ;
❖ комплексный показатель Нестер ова;
❖ источники огня на территории;
❖ карты текущей пожарной опасн ости;
> оценка ПО по данным метеостанций.
• Характеристики пожара:
> тип пожара;
> интенсивность процесса горения;
> возможность перехода в верховой п ожар;
> скорость продвижения фронта;
> индикатриса;
> начальный очаг;
> динамика контура;
> дымовой шлейф и другие факторы вре д-ного воздействия на человека.
• Оценка пожарной опасности и характер и-стик пожара по космическим снимкам.
• Техника для борьбы с пожаром (база да н-ных по противопожарной технике).
• Тактика локализации и ликвидации пож ара:
> выбор средств пожаротушения;
> выбор тактических приемов борьбы с пожаром;
> моделирование процесса борьбы с пож аром;
> моделирование процесса уклонения от пожара.
• Оценка ущерба, нанесенного пожаром:
> затраты на тушение;
> влияние на здоровье людей;
> ущерб, нанесенный инфраструктуре в районе пожара;
> степень повреждения леса;
> стоимость древесной и недревесной пр о-дукции.
• Поддержка процессов обучения и моделирования борьбы с пожаром:
> создание обучающих систем по основам лесной пирологии;
> создание сценариев развития пожарной ситуации;
> управление игровой ситуацией и оценка принимаемых решений.
По мере создания и эксплуатации системы, н е-сомненно, будут пополняться данные, и возникать новые задачи, которые будут встр аиваться в систему, улучшая ее функциональные и дидактические возможности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Доррер, Г.А. Математические модели динамики лесных пожаров / Г.А. Доррер - М.: Лесная промышленность, 1979 - 160с. Доррер, Г.А. Методы оценки динамики про цессов распространения на поверхности Земли / Г.А. Доррер, П.Е. Федоров // Сибирский экологический журнал -
2001. № 5.-С. 591-597.
Доррер, Г.А. Определение пожарной опасности в лесу методами дистанционного зондирования / Г.А. Дор-рер, С.П. Якимов // Известия вузов. Лесной журнал -2000. №3. - С. 67-70.
Егармин, П.А. Система детальной оценки пожарной опасности лесной территории: автореф. дис. ... канд. тех. наук / П.А. Егармин. - Красноярск: СибГТУ, 2005.-21 с.
Золотухина, Л.П. Система оценки и снижения п риродной пожарной опасности южно-таежных лесов Восточной Сибири: автореф. дис. ... канд. тех. наук / Л.П. Золотухина. - Красноярск: СибГТУ, 2007. - 22с.
Иванилова Т.Н. Комплекс программ для моделирования распространения лесного пожара вероятн остно-множественными методами / Т.Н. Иванилова // Проблемы информатизации региона: материалы конференции. - Красноярск: КГТУ, - 1994. - С.149-151.
Иванилова, Т.Н. Диалоговая система прогноза лесного пожара / Т.Н. Иванилова // Труды Европейского ко н-гресса по моделированию. - Прага, 1987. - С.81-85.
Иванилова, Т.Н. Компьютерная обучающая лесопироло-гическая система / Т.Н. Иванилова, О.Н Крайченкова // Вестник СибГТУ.- 2000 - С.131-136.
Коляда, А.В. Система поддержки принятия решений при тушении лесных пожаров силами авиационн ой охраны лесов: автреф. дис. ... канд. техн. наук / А.В. Коляда. - Красноярск: СибГТУ, 2002. - 20 с.
Никонов, А.Ю. Система для обучения персонала тактике борьбы с лесными пожарами / А.Ю. Никонов, Д.Н. Сучков, Г.А. Доррер // Сложные системы в экстремальных условиях: Тезисы докладов XIII Международного симпозиума. - Красноярск, 2006.- С - 53-54.
Поступила в редакцию 4 февраля 2008 г. Принята к печати 16 мая 2008 г.
