CC BY
24
МЕТОД ПЛАНИРОВАНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛИКВИДАЦИИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЙ В ПРОЦЕССЕ ПОДГОТОВКИ И ПУСКА РАКЕТ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Тарасов Анатолий Геннадьевич,
к.т.н., докторант Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского,
г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Минаков Евгений Петрович,
д.т.н., профессор, профессор кафедры управления организационно-техническими системами космического назначения Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
АННОТАЦИЯ
Космические средства относятся к высоконадежным техническим устройствам. Но значительная сложность протекающих при подготовке ракет космического назначения к пуску и проведении пуска процессов, большая энергоемкость этих процессов, высокая цена ошибок эксплуатирующего персонала, неточностей эксплуатационной документации, дефектов космических средств, неверно принятых решений дают основание сделать вывод о том, что эксплуатация космических средств - это деятельность, связанная с высоким уровнем риска. Одним из наиболее опасных является этап пуска ракет космического назначения, в ходе которого возможны взрыв, пожар, проливы компонентов ракетного топлива, в результате которых наносится ущерб эксплуатирующему персоналу и окружающей среде. Помимо того в ходе полета ракет космического назначения возможен ее взрыв, падение и нанесение ущерба населению, промышленным объектам, окружающей среде. В настоящее время задачи ликвидации последствий аварий, катастроф и других происшествий в процессе запусков космических аппаратов возложены на аварийно-спасательную группу, формируемую на каждый пуск ракет космического назначения. Основными задачами аварийно-спасательной группы являются оценка технического состояния аварийных агрегатов и систем; выполнение аварийно-спасательных работ; определение концентрации паров компонентов ракетных топлив и нейтрализации их проливов; тушение очагов пожаров; эвакуация вооружения и техники; расчистка входов, выходов сооружений, открытие дверей, люков, разборка завалов, расчистка дорог, вывод техники; откачка воды и промстоков из сооружений и помещений; эвакуация пострадавших из зоны аварии, оказание первой медицинской помощи; выполнение отдельных видов ремонт-но-восстановительных работ. Перечисленные задачи аварийно-спасательной группы в целях повышения безопасности спасателей необходимо выполнять с применением существующих и перспективных робототехнических систем. Одной из проблем, требующих решения, является минимизация ущерба в случае возникновения экстремальных ситуаций, для решения которой требуется заблаговременное планирование мероприятий по ликвидации экстремальных ситуаций с применением таких робототехнических систем, разработка методов планирования применения которых является актуальной для настоящее время задачей. Аварии и катастрофы, имевшие место при эксплуатации космических средств, являются убедительным свидетельством необходимости проведения исследований, направленных на разработку методов планирования применения робототехнических систем ликвидации экстремальных ситуаций.
Ключевые слова: робототехническая система; экстремальная ситуация; опасный фактор; зона обеспечения; ключевая зона применения.
Для цитирования: Тарасов А. Г., Минаков Е. П. Метод планирования применения робототех-нических систем ликвидации экстремальных ситуаций в процессе подготовки и пуска ракет космического назначения // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2017. Т. 9. № 4. С. 29-40.
Введение
Для формирования структуры робототехнического комплекса (РТК) ликвидации экстремальных ситуаций (ЭС) с целью безопасного и своевременного выполнения задач ПП РКН необходимо определить способы взаимодействия локомоционных и манипуляционных подсистем РТС в процессе их применения. Применение РТК предполагает два этапа: развертывание на рубеже атаки и непосредственно ликвидация ЭС. При зонном подходе к применению РТК [1] выделяют пространственно-временные области первого типа, по которым решаются задачи обнаружения опасных факторов (ОФ) ЭС (информационного обеспечения применения РТС) и пространственно-временные области второго типа, в которых должно быть осуществлено требуемое воздействие РТС по носителя ОФ ЭС [2]. Требуемые показатели оперативности и вероятности ликвидации ЭС могут быть достигнуты путем различных комбинаций распределения РТС по ключевым зонам применения (КЗП). В статье представлен метод планирования применения РТС по КЗП, который по критериям пригодности потенциальной результативности и оперативности ликвидации ОФ ЭС позволяет определить способ применения РТК, удовлетворяющего заданным требованиям по результативности и оперативности.
Задача планирования применения РТС
ликвидации ЭС и метод ее решения
Задача планирования применения робототехнических систем (РТС) ликвидации ЭС решается как задача развертывания РТС в зоне обеспечения (30) и задача целераспре-деления РТС по узлам КЗП. На первом этапе решается задача оптимального с точки зрения энергозатрат развертывания РТС в 30 с учетом габаритных размеров РТС на основе графовой модели.
Решение задачи определения способа развертывания РТС в зоне обеспечения основано на применении модифицированной методики планирования траектории движения РТС, в основу которой положены представление траектории движения в виде ориентированного ациклического графа; алгоритм нахождения К кратчайших путей между двумя заданными вершинами в ориентированном ациклическом графе; алгоритм назначения весов вершинам указанного графа с учетом габаритных размеров и требований к минимизации энергопотребления РТС [3]. Исходными данными для ее реализации являются:
- картографические данные;
- данные полученные с беспилотных летательных аппаратов;
- данные, полученные РТС ликвидации ЭС;
- число ^ртс и массогабаритные показатели (ширина /шртС1 и высота /ВРТС1 (/ = 1, ■■■, ^ргс)) планируемых к применению РТС ликвидации ЭС.
Алгоритм формирования способа развертывания РТС в зоне обеспечения включает в себя следующие шаги.
Шаг 1. Формирование на основе исходных данных графа 0(А, В) тактических траекторий движения. При этом
вершинам графам = {а.}, I = 1, ..., К, ставятся в соответствие места изменения траектории движения РТС и в виде координат {х., у) задаются их географические местоположения, а ребрам В — участки пути движения между соответствующими узлами (при наличии такого пути) и их конфигурация. Отклонение тактической траектории от глобальной связано с наличием завалов и трудно проходимых участков. В качестве параметров конфигурации участков пути движения РТС выступают:
— длина /у участка;
— минимальная ширина /ш «коридора», необходимого для движения РТС на данном участке;
— минимальная высота /в «коридора», необходимого для движения РТС на данном участке.
Шаг 2. Выбор для проведения дальнейших расчетов К = ^ртс в предположении, что для выполнения работ по ликвидации ЭС (расчистки завала, тушения пожара, поиска пораженного и т.п.) планируемые к применению РТС будут направляться одновременно.
Шаг 3. Нахождение К кратчайших путей между начальной и конечной вершинами графа О(А, В). В качестве начальной вершины выбирается место «запуска» РТС, в качестве конечной —участок предстоящих работ, а в качестве весов ребер — / = 1у
Шаг 4. Преобразование графа О(А, В) в О'(А, В), содержащий только К кратчайших путей (и инцидентных им вершин), полученных на предыдущем шаге.
Шаг 5. Нахождение К кратчайших путей между начальной и конечной вершинами графа О'(А, В). При этом в качестве весов ребер выбирается величина:
I =
1,если 1Ш > шах(1Ш РТС ;); 0,в противном случае.
Шаг 6. Если К < ^ртс, то К = К + 1 и переход шагу 2; в противном случае — переход к следующему шагу.
Шаг 7. Преобразование графа О'(А, В) в О" (А, В), содержащий только К кратчайших путей (и инцидентных им вершин), полученных на шаге 5.
Шаг 8. Нахождение К"' кратчайших путей между начальной и конечной вершинами графа О" (А, В). При этом в качестве весов ребер выбирается величина:
I =
1,если 1В > шах(1В РТС ;); 0,в противном случае.
Шаг 9. Если К"'< ^ртс, то К = К + 1 и переход шагу 2; в противном случае — переход к следующему шагу.
Шаг 10. Если число кратчайших путей К"> ^ртс, то выбор в качестве тактической траектории движения планируемых к применению РТС первых К"'= путей.
Блок схема алгоритма формирования способа развертывания РТС в зоне обеспечения представлена на рис. 1.
Результатом реализации предложенного алгоритма являются тактические траектории движения (рис. 2), оп-
30
www.h-es.ru
Рис. 1. Планирование тактической траектории движения РТС ликвидации ЭС
тимальные с точки зрения прохождения по ним минимального расстояния планируемым к применению РТС. Полученные решения учитывают их габаритные размеры (существенно влияющие на процесс перемещения) и требования к минимизации энергопотребления РТС. Их число К" зависит от разновидности РТС, привлекаемых для ликвидации ЭС, и требует обоснования в каждом конкретном случае. В случае отсутствия К '= ^ртс кратчайших путей (уже на шаге 3 алгоритма) меняется стратегия применения РТС — они движутся по меньшему числу путей «друг за другом». При полном отсутствии тактической траектории движения требуется изменение исходных данных.
На втором этапе оценивается потенциальная возможность РТК по воздействию на ОФ ЭС. В случае, если достоверно известны уровни ОФ ЭС по всем КЗП и ресурсы РТС позволяют полностью устранить источники ЭС в КЗП, то целесообразно использовать параллельное групповое применение до полного устранения ОФ ЭС. Если ресурса РТС недостаточно до полного устранения источника ЭС в КЗП, но достаточно для понижения до порогового уровня целесообразно использовать параллельное или последовательно-параллельное групповое применение до порогового уровня ОФ ЭС [4], значения которых для различных ОФ представлены в табл. 1. Если ресурса РТС недостаточно для понижения ОФ ЭС до порогового уровня целесообразно использовать последовательное групповое применение до полного
расходования ресурса РТС в КЗП с наибольшим уровнем ОФ ЭС. По результатам оценивания потенциальной возможности РТК по воздействию на ОФ ЭС принимается решение об уровне ликвидации ОФ — до полной ликвидации или до порогового уровня ОФ в каждой КЗП.
На третьем этапе решается задача назначения группы РТС по узлам КЗП. Одним из первых алгоритмов, разработанных для решения проблемы распределения целей (задач, функций) между группой агентов, является Венгерский алгоритм [5], который позволяет распределить агентов по целевым функциям таким образом, чтобы минимизировать затраты на их выполнение.
Кроме того, для решения задачи целераспределения нередко используются подходы с применением метода релаксаций Лагранжа [6], линейного целочисленного программирования и нелинейных сетевых потоков [7], динамического программирования [8], нечетких моделей [9], нейронных сетей [10], генетических алгоритмов [11], муравьиных алгоритмов [12].
Также в области распределения целей находят применение алгоритмы на основе рыночной экономики [13], согласно которым роботы предлагают собственные цены за подходящие для них цели. Однако в этом случае оптимальное целераспределение не гарантируется. Кроме того, желаемые целевые позиции должны быть известны заранее для вычисления цены каждым участником аукциона.
Другим возможным решением задачи распределения целей является использование потенциальных полей для притяжения роботов к свободным целевым позициям [14]. Достоинствами данного подхода являются его децентрализо-ванность и способность одновременно решать задачи целераспределения и синтеза структуры строя. Недостаток этого подхода проявляется в тех случаях, когда сенсорная и коммуникационная подсистемы роботов не позволяют идентифицировать уже занятую целевую позицию на достаточном удалении, что приводит к их избыточным перемещениям.
В более сложном случае для достижения одной цели могут потребоваться несколько роботов. Цели, выбранные недостаточным количеством роботов, называются необеспеченными. В этом случае в [15] предлагается использовать алгоритм коллективного улучшения плана. Данный алгоритм требует априорной информации о числе роботов, необходимых для обеспечения каждой цели.
Таким образом, на данном этапе формируются способы взаимодействия локомоционной (ЛП) и манипуляцион-
Таблица 1
Пороговые значения ОФ ЭС
Состав АСФ Ключевая зона применения (аварийная зона)
радиационная химическая термическая разрушений затоплений
Человек в защитной одежде 8-80 Р/ч НижеПДК До 12,5 кВт/м2 0,2-0,3 кг/см2 V =2-2,5 м/с вп 7
РТК (РТС) >80 Р/ч Выше ПДК свыше 12,5 кВт/м2 Тгс>200оС >0,3 кг/см2 V >2,5 м/с ВП 7
Рис. 2. Схема алгоритма определения способа развертывания РТС в зоне обеспечения
ной подсистем (МП) РТС по КЗП. Для каждого способа применения РТС определяются время ликвидации ОФ ЭС и расход ресурсов ЛП и МП. По расходу ресурсов ЛП и МП определяется количество КЗП, в которых решена задача по ликвидации ОФ ЭС.
На четвертом этапе по критерию пригодности потенциальной результативности ^ = £7 = АЖд — > 0 и критерию оптимальности времени ликвидации ОФ ЭС РТК 7ТВ = тт{А/м} определяется рациональное распределение РТС по узлам КЗП с априорно выявленными уровнями ОФ ЭС.
Способы применения и целераспределение РТС при планировании ликвидации ЭС
Целераспределение РТС по КЗП ЭС проводилось при следующих исходных данных:
область ЭС аппроксимирована 18 КЗП со следующими значения ОФ в уловных единицах: КЗП1,5,13,17=12; КЗП2,4,14,16=16; КЗПЗ,8,10,15=18; КЗП6=10; КЗП9=20; КЗП12,18=8;КЗП7,11=14;
гомогенная структура включает 10 РТС со следующими характеристиками: ресурс МП ^ртс=26 усл.ед.; ресурс ЛП £ртс=800 усл.ед.; средняя скорость передвижения Vpтc=60 м/мин; производительность МП А,ртс=5 ед/мин; гетерогенная структура включает: 4 РТС с характеристиками: ресурс МП Р =40 усл.ед.; ресурс ЛП £ртс=800 усл.ед.; средняя скорость передвижения ^рТС=160 м/мин; производительность МП ^РТС=4 ед/мин;
4 РТС с характеристиками: ресурс МП РТ =20 усл.ед.; ресурс ЛП £ртс=900 усл.ед.; средняя скорость передвижения V =250 м/мин; производительность МП ^ртс=2 ед/мин;
2 РТС с характеристиками: ресурс МП РР =10 усл.ед.; ресурс ЛП £ =1100 усл.ед.; средняя скорость передвижения V =330 м/мин; производительность МП ^ртс=2 ед/мин.
Оценивание потенциальной возможности РТК по воздействию на ОФ ЭС показало, что ресурсы МП РТС позволяют полностью ликвидировать ОФ ЭС по КЗП. Потенциальная результативность гомогенной структуры определяется следующим выражением
Рртк = 10* Гртс = 10*26 = 260 усл. ед.
Потенциальная результативность гетерогенной структуры определяется следующим выражением
W =4* W +4* W + 2* W =
РТК РТС1 РТС2 РТСЗ
= 4*40 +4*20 +2*10 = 260 усл. ед. Потенциальная опасность факторов ЭС определяется следующим выражением
W = 258.
По результатам оценивания потенциальной возможности РТК по воздействию на ОФ ЭС следует вывод, что ресурсы РТС позволяют полностью устранить ОФ ЭС в КЗП, в связи с чем за основу принимается рассредоточенное применение РТС по узлам КЗП. В зависимости от типа ЭС РТС могут применяться либо от граничных КЗП (пожары, наводнения, завалы) либо в любых узлах КЗП (проливы КРТ, радиоактивное или химическое заражение). Таким образом сформировано множество способов применения, включающееся в себя рассредоточенное применение гетерогенного РТК в любых узлах КЗП (способ 1), рассредоточенное применение гомогенного РТК в любых узлах КЗП (способ 2), рассредоточенное применение гетерогенного РТК от граничных КЗП (способ 3), рассредоточенное применение гомогенного РТК от граничных КЗП (способ 4).
Назначение гетерогенных РТС по узлам КЗП с применением Венгерского алгоритма для способа 1 по этапам представлено нарис. 3.
Расход и остаточный ресурсы ЛП и МП РТС, а также времена передвижения и ликвидации ОФ ЭС по КЗП на различных этапах применения представлены в табл. 2.
Назначение гомогенных РТС по узлам КЗП с применением Венгерского алгоритма для способа 2 по этапам представлено на рис. 4.
i=1
Рис. 3. Назначение РТС по узлам КЗП для рассредоточенного применения гетерогенного РТК в любых узлах КЗП
а) б) в)
Рис. 4. Назначение РТС по узлам КЗП для рассредоточенного применения гомогенного РТК в любых узлах КЗП
Расход и остаточный ресурсы ЛП и МП РТС, а также времена передвижения и ликвидации ОФ ЭС по КЗП на различных этапах применения представлены в табл. 3.
Назначение гетерогенных РТС по узлам КЗП для способа 3 по этапам представлено на рис. 5.
Расход и остаточный ресурсы ЛП и МП РТС, а также времена передвижения и ликвидации ОФ ЭС по КЗП на различных этапах применения представлены в табл. 4.
Назначение гомогенных РТС по узлам КЗП для способа 4 по этапам представлено на рис. 6.
Таблица 2
Расход и остаточный ресурсы ЛП и МП РТС, а также время применения по этапам ликвидации ОФ ЭС способом 1
РТС W РТС' ед LPTC> м Этап 1 Этап 2 Этап 3
AW. ч ¿WPTC t ликв AL . О ALPTC t передв ^бщ AW.. ¿WPTC t ликв AL . О. ALPTC t передв ^бщ AW. ч ¿WPTC t ЛИКВ AL . О ALPTC t передв ^бщ
1 40 800 20 20 5 200 600 2 7 14 6 3,5 200 400 2 5,5 6 0 1,5 141 259 1 2,5
2 40 800 18 22 4,5 300 500 2 6,5 12 10 3 200 300 2 5,5 6 4 1,5 141 159 1 2,5
3 40 800 18 22 4,5 241 559 2 6,5 12 10 3 341 217 3 5 8 2 2 241 0 2 4
4 40 800 18 22 4,5 241 559 2 6,5 12 10 3 341 217 3 6 4 6 1 100 117 1 2
5 20 900 18 2 9 100 800 1 10 2 0 1 241 559 1 6 0 0 0 0 559 1 2
6 20 900 16 4 8 341 559 2 10 4 0 2 383 176 2 2 0 0 0 0 176 2 4
7 20 900 16 4 8 341 559 2 10 4 0 2 441 117 2 4 0 0 0 0 117 2 4
8 20 900 16 4 8 141 759 1 9 4 0 2 200 559 1 4 0 0 0 0 559 1 3
9 10 1100 10 0 5 141 959 1 6 0 0 0 0 959 0 3 0 0 0 0 959 0 0
10 10 1100 10 0 5 283 817 1 6 0 0 0 0 817 0 0 0 0 0 0 817 0 0
260 9000 160 2331 10 64 2349 0 24 12 624 6
Таблица 3
Расход и остаточный ресурсы ЛП и МП РТС, а также время применения по этапам ликвидации ОФ ЭС способом 2
РТС W РТС' ед LPTC' м Этап 1 Этап 2 Этап 3
AW. ¿WPTC t ЛИКВ AL . О. ALPTC t передв ^бщ AW. ¿WPTC t ЛИКВ AL . О. ALPTC t передв ^бщ AW. ¿WPTC t ЛИКВ AL . О. ALPTC t передв ^бщ
1 26 800 20 6 10 200 600 4 14 0 6 0 0 600 0 0 6 0 3 141 259 1 2,5
2 26 800 18 8 9 300 500 5 14 8 0 4 341 159 6 10 0 0 0 141 159 1 2,5
3 26 800 18 8 9 241 559 5 14 0 8 0 0 559 0 0 6 2 3 241 0 2 4
4 26 800 18 8 9 241 559 5 14 8 0 4 441 117 8 12 0 0 0 100 117 1 2
5 26 800 18 8 9 100 700 2 11 8 0 4 241 459 5 9 0 0 0 0 559 1 2
6 26 800 16 10 8 341 459 6 14 10 0 5 100 359 2 7 0 0 0 0 176 2 4
7 26 800 16 10 8 341 459 6 14 10 0 5 100 359 2 7 0 0 0 0 117 2 4
8 26 800 16 10 8 141 659 3 11 10 0 5 100 559 2 7 0 0 0 0 559 1 3
9 26 800 16 10 8 141 659 3 11 10 0 0 100 559 2 2 0 0 0 0 959 0 0
10 26 800 14 12 7 283 517 5 12 12 0 0 400 117 7 7 0 0 0 0 817 0 0
260 8000 170 2331 14 76 1824 12 12 2 624 6
Таблица 4
Расход и остаточный ресурсы ЛП и МП РТС, а также время применения по этапам ликвидации ОФ ЭС способом 3
РТС W , РТС' ед LPTC> M Этап 1 Этап 2 Этап 3
AW. ч AW РТС t ликв AL . Ol ALPTC t передв ^бщ AW. il AW РТС t ЛИКВ AL . Ol ALPTC t передв ^бщ AW. il AW РТС t ЛИКВ AL . Ol ALPTC t передв ^бщ
1 40 800 12 28 3 100 700 1 4 14 14 3,5 100 600 1 4,5 12 2 3 100 500 1 4
2 40 800 16 24 4 100 700 1 5 18 6 4,5 100 600 1 5,5 6 0 1,5 100 500 1 2,5
3 40 800 16 24 4 100 700 1 5 18 6 4,5 100 600 1 5,5 6 0 1,5 100 500 1 2,5
4 40 800 12 28 3 100 700 1 4 14 14 3,5 100 600 1 4,5 12 2 3 100 500 1 4
5 20 900 18 2 9 100 800 1 10 2 0 1 100 700 1 2 0 0 0 0 700 0 0
6 20 900 8 12 4 100 800 1 5 10 2 5 100 700 1 6 0 2 0 0 700 0 0
7 20 900 0 20 0 0 900 0 0 20 0 10 200 700 1 11 0 0 0 0 700 0 0
8 20 900 0 20 0 0 900 0 0 0 20 0 0 900 0 0 18 2 9 300 600 2 11
9 10 1100 8 2 4 100 1000 1 5 0 2 0 0 1100 0 0 0 2 0 300 800 1 1
10 10 1100 0 10 0 0 1100 0 0 0 10 0 0 1100 0 0 10 0 5 300 800 1 6
260 9000 90 700 10 96 800 11 64 10 1300 11
а) б) в)
Рис. 6. Назначение РТС по узлам КЗП для рассредоточенного применения гомогенного РТК от граничных узлов КЗП
Расход и остаточный ресурсы ЛП и МП РТС, а также Для данного способа применения возникает четвертый времена передвижения и ликвидации ОФ ЭС по КЗП на этап назначения гомогенных РТС по узлам КЗП, который различных этапах применения представлены в табл. 5. представлен на рис. 7.
Таблица 5
Расход и остаточный ресурсы ЛП и МП РТС, а также время применения по этапам ликвидации ОФ ЭС способом 4
РТС W РТС' ед LPTC> M Этап 1 Этап 2 Этап 3
AW.. il ¿WPTC t ЛИКВ AL . O. ALPTC t передв ^бщ AW. ч ¿WPTC t ЛИКВ AL . O. ALPTC t передв ^бщ AW.. i. ¿WPTC t ЛИКВ AL . O. ALPTC t передв ^бщ
1 26 800 12 14 6 100 700 2 8 14 0 7 100 600 2 9 0 0 0 0 600 0 0
2 26 800 16 10 8 100 700 2 10 10 0 5 100 600 2 7 0 0 0 0 600 0 0
3 26 800 16 10 8 100 700 2 10 10 0 5 100 600 2 7 0 0 0 0 600 0 0
4 26 800 12 14 6 100 700 2 8 14 0 7 100 600 2 9 0 0 0 0 600 0 0
5 26 800 18 8 9 100 700 2 11 0 8 0 0 700 0 0 8 0 4 141 559 3 7
6 26 800 8 18 4 100 700 2 6 10 8 5 100 600 2 7 8 0 4 141 459 3 7
7 26 800 8 18 4 100 700 2 6 0 18 0 0 700 0 0 12 6 6 241 459 5 11
8 26 800 0 26 0 0 800 0 0 20 6 10 200 600 4 14 6 0 3 141 459 3 6
9 26 800 0 26 0 0 800 0 0 0 26 0 0 800 0 0 18 8 9 300 500 5 14
10 26 800 0 26 0 0 800 0 0 0 26 0 0 800 0 0 16 10 8 300 500 5 13
260 8000 90 700 11 78 700 14 68 24 1264 5336 14
у X 4 <2 ч л R
\
16 7 8 9 * 10 1Í
12 13 14 15 16 17 ..1 Ли,
РТК
Рис. 7. Назначение РТС по узлам КЗП для рассредоточенного применения гомогенного РТК от граничных узлов КЗП четвертого этапа применения
Расход ресурсов ЛП и МП РТС для четвертого этапа ликвидации ОФ ЭС, а также остаточный ресурс ЛП и МП РТС после четвертого этапа применения представлены в табл. 6.
Расход ресурса МП РТС по этапам для рассмотренных способов применения представлен на рис. 8.
Расход ресурса ЛП РТС по этапам для рассмотренных способов применения представлен на рис. 9.
Времена ликвидации ОФ ЭС по этапам для рассмотренных способов применения представлены на рис. 10.
Общий расход ресурса МП РТС для рассмотренных способов применения представлен на рис. 11.
Общий расход ресурса ЛП РТС для рассмотренных способов применения представлен на рис. 12.
Таблица 6
Расход и остаточный ресурсы ЛП и МП РТС, а также время применения для четвертого этапа
ликвидации ОФ ЭС способом 4
РТС W РТС' ед LPTC,м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 AW.. ¿WPTC t ликв AL . Oj ALPTC t передв
4 10 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 600 0 0 0 0 600 0 0
2 0 600 0 0 0 0 600 0 0
3 0 600 0 0 0 0 600 0 0
4 0 600 0 0 0 0 600 0 0
5 0 559 0 0 0 0 559 0 0
6 0 459 0 0 0 0 459 0 0
7 6 459 1 4 2 2 400 59 7 9
8 0 459 0 0 0 0 459 0 0
9 8 500 1 8 0 4 141 359 3 7
10 10 500 1 10 0 5 200 300 4 9
24 5336 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 22 2 741 4595 9
ISO
iw но по
с
2 100
5 ВО ¡0 о.
60 ад 20 0
■ способ 1 9 способ 2 9 способ 3 ■ способ 4
Рис. 8. Расход ресурса МП РТС по этапам применения
II lili Л .
1 этап 2 этап 3 этап 4 этап
Рис. 9. Расход ресурса ЛП РТС по этапам применения
Рис. 10. Времена ликвидации ОФ ЭС по этапам применения
Рис. 11. Общий расход ресурса МП РТС
Рис. 12. Общий расход ресурса ЛП РТС
50
Врема ликвидации ОФ ЭС ■ способ 1 ■ способ 2 ш способ 3 а способ А
Рис. 13. Время ликвидации ОФ ЭС
Время ликвидации ОФ ЭС для рассмотренных способов применения представлены на рис. 13.
Заключение
По полученным результатам моделирования можно сделать следующие выводы:
- рассредоточенное применение гетерогенных и гомогенных РТС в узлах КЗП обеспечивает лучшие показатели по времени ликвидации ЭС;
- гомогенная структура РТК имеет преимущество перед гетерогенной по расходу МП РТС, что обеспечивает полноту ликвидации ОФЭС;
- рассредоточенное применение гетерогенных и гомогенных РТС от граничных узлов КЗП минимизирует расход ЛП, который может повысить вероятность ликвидации ОФ при изменении прогнозируемыхусловий развития ЭС.
Литература
1. Тарасов А.Г., МинаковЕ. Я.Робототехнические комплексы автоматизированных систем управления под-
готовкой и пуском ракет космического назначения и показатели эффективности их применения // Промышленные АСУ и контроллеры. 2015. № 6. С. 19-24.
2. Минаков Е.П., ТарасовА.Г., ОновВ.А. Обоснование необходимых условий и вариантов применения робототехнических систем и комплексов ликвидации экстремальных ситуаций II Проблемы управления рисками в техносфере. 2016. № 3 (39). С. 17-25.
3. Богданов С.П., БасовО.О., ИвановА.А. Применение методов теории графов для проектирования средств измерения тактильных параметров II Труды СПИИРАН. 2014. № 2(33). С. 27-44.
4. Тодосейчук С.П., СамойловК.И., КлимачеваН.Г. Научно-методические основы создания и применения робототехнических средств для решения задач МЧС России. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2011.192с.
5. Письменная В.А., ЯкутинА. .б.Решение задачи целераспределения с использованием венгерского алгоритма II Успехи современной радиоэлектроники, 2016. №2. С. 32-36.
6. Ni M., YuZ., MaF., WuX. A Lagrange Relaxation Method for Solving Weapon-Target Assignment Problem // Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering. 2011. Vol. 1. Pp. 1-10.
7. Gainanov D.N., Rasskazova V.A. An inference algorithm for monotone boolean functions associated with undirected graphs//Bulletin SUSU. 2016. Vol. 9. No. 3. Pp. 17-30.
8. Sikanen T. Solving Weapon Target Assignment Problem with Dynamic Programming. Independent research projects in applied mathematics. 2008. 32 p.
9. MukhedkarR.,NaikS. Weapon Target Allocation Problem Using Fuzzy Model. Intern // J. of Application or Innovation in Engineering & Management. 2013. Vol. 2. No. 6. Pp. 279-289.
10. Yang Xin-quan. The Algoritms Optimization of Artificial Neural Network Based on Particle Swarm II The Open Cybernetics & Systemics Journal, 2014. Vol. 8. Pp. 519-524.
11. LuY., Miao W., Li M. The Air Defense Missile Optimum Target Assignment Based on the Improved Genetic Algo-
rithm // J. of Theoretical and Applied Information Technology. 2013. Vol. 48. No. 2. Pp. 809-816.
12. Liu В., Qin Z., WangR., Gao Y-B., Shao L-P. A Hybrid Heuristic Ant Colony System for Coordinated Multi-Target Assignment II Information Technology Journal. 2009. Vol. 8. No. 2. Pp. 156-164.
13. Kohlbrecher S., Stryk O. Von, Meyer J., Klingauf U. A Flexible and Scalable SLAM System with Full 3D Motion Estimation II Safety, Security, and Rescue Robotics (SSRR), IEEE International Symposium on. 2011. Pp. 155-160.
14. Zavlanos M., Pappas G. Dynamic assignment in distributed motion planning with limited information II Proc. of the American Control Conference. USA, New-York City, 2007. Pp. 1173-1178.
15. Каляев И.А., ГайдукА.Р., Капустин С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: Физико-математическая литература (Физматлит), 2009. 278 с.
A METHOD FOR SCHEDULING USE OF ROBOTIC SYSTEMS THE ELIMINATION OF EXTREME SITUATIONS IN THE PROCESS OF PREPARING AND LAUNCHING SPACE ROCKETS
Anatoly G. Tarasov,
St. Petersburg, Russia, [email protected]
Evgenу P. Minakov,
St. Petersburg, Russia, [email protected]
ABSTRACT
Space vehicles belong to the highly reliable technical devices. But much of the difficulty occurring when preparing space rockets for launch and launch processes, high energy intensity of these processes, the high price of the mistakes of the operating personnel, the operational documentation inaccuracies, space vehicles defects, wrong decisions taken give reason to conclude that exploitation of space vehicles is an activity associated with a high level of risk. One of the most dangerous stage is the start of a space rocket, during which the possibility of explosion, fire, spills of rocket fuel components, which causes damage to the operating personnel and the environment. In addition, during the flight of the space rocket possible explosion, falling and damage to the population, industrial objects, the environment. Currently, the problem of elimination of accidents consequences, disasters and other incidents in the process of launches of space vehicles assigned to rescue a group formed on each start-up of space rockets. The main tasks of the rescue group are the assessment of the technical condition of the alarm units and systems; performing rescue operations; determination of vapors concentration of rocket fuels components and neutralize their Straits; the quenching of fires; the evacuation of weapons and equipment; clearing the inputs, outputs, structures, open doors, hatches, demolition debris, clearing roads, the output of machinery; pumping water and industrial wastewater from buildings and facilities; evacuation of victims from the area of the accident, provide first aid; perform certain types of repair work. These tasks rescue groups in order to improve the safety of the rescuers must be performed with the use of existing and future
robotic systems. One of the problems to be addressed is to minimize the damage in case of extreme situations, which requires advance planning of measures on liquidation of extreme situations with the use of such robotic systems, the development of planning methods which is relevant for the present task. Accidents and disasters that occurred during the exploitation of space vehicles are a clear indication of the need for research aimed at developing methods of planning the use of robotic systems the elimination of extreme situations.
Keywords: the robotic system; extreme situation; hazard; area security; a key application area. References
1. Tarasov A.G., Minakov E. P. Robotic systems of automated control systems preparation and launching of a space rocket and indicators of efficiency of their application. Industrial automation and controllers. 2015. No. 6. Pp. 19-24. (In Russian).
2. Minakov E.P., Tarasov A. G., Onov V. A. Rationale for the necessary conditions and applications of robotic systems and complexes elimination of extreme situations. Problemy upravlenija riskami v tehnosfere [Issues of Risk Management in the Technosphere]. 2016. No. 3 (39). Pp. 17-25. (In Russian)
3. Bogdanov S.P., Basov O. O., Ivanov A. A. Primenenie metodov teorii grafov dlja proektirovanija sredstv izmerenija taktil'nyh parametrov [Application of methods of graph theory for design of tactile measuring parameters]. Proceedings of SPIIRAS. 2014. No. 2(33). Pp. 27-44. (In Russian)
4. Todosijchuk S.P., Samoilov K. I., Klimacheva N. G. Nauchno-metodicheskie osnovy sozdanija i primenenija ro-bototehnicheskih sredstv dlja reshenija zadach MChS Rossii [Scientific-methodical bases of creation and application of robotic means for the decision of tasks of EMERCOM of Russia]. Moscow: FGU VNII GOCHS (FC), 2011. 192 p. (In Russian)
5. Pismennaja V. A., Jacutin A. V. Solution to the problem of target distribution using the Hungarian algorithm. Uspehisovremennoj radiojelektroniki [Successes of modern Radioelectronics]. 2016. No. 2. Pp. 32-36. (In Russian)
6. Ni M., Yu Z., Ma F., Wu X. A Lagrange Relaxation Method for Solving Weapon-Target Assignment Problem. Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering. 2011. Vol. 1. Pp. 1-10.
7. Gainanov D.N., Rasskazova V. A. An inference algorithm for monotone boolean functions associated with undirected graphs. Bulletin SUSU. 2016. Vol. 9. No. 3. Pp.17-30.
8. Sikanen T. Solving Weapon Target Assignment Problem with Dynamic Programming. Independent research projects in applied mathematics. 2008. 32 p.
9. Mukhedkar R., Naik S. Weapon Target Allocation Problem Using Fuzzy Model. Intern. J. of Application or Innovation in Engineering & Management. 2013. Vol. 2. No. 6. Pp. 279-289.
10. Yang Xin-quan. The Algoritms Optimizaition of Artificial Neural Network Based on Particle Swarm. The Open Cybernetics & Systemics Journal. 2014. Vol. 8. Pp. 519-524.
11. Lu Y., Miao W., Li M. The Air Defense Missile Optimum Target Assignment Based on the Improved Genetic Algorithm. J. of Theoretical and Applied Information Technology. 2013. Vol. 48. No. 2. Pp. 809-816.
12. Liu B., Qin Z., Wang R., Gao Y-B., Shao L-P. A Hybrid Heuristic Ant Colony System for Coordinated Multi-Target Assignment. Information Technology Journal. 2009. Vol. 8. No. 2. Pp. 156-164.
13. Kohlbrecher S., Stryk O. von, Meyer J., Klingauf U. A Flexible and Scalable SLAM System with Full 3D Motion Estimation. Safety, Security, and Rescue Robotics (SSRR), IEEE International Symposium on. 2011. Pp. 155-160.
14. Zavlanos M., Pappas G. Dynamic assignment in distributed motion planning with limited information. Proc. of the American Control Conference. USA, New-York City, 2007. Pp. 1173-1178.
15. Kalyayev I. A., Gaiduk A. R., Kapustian S. G. Modeli i algoritmy kollektivnogo upravlenija v gruppah robotov [Models and algorithms of collective control in groups of robots]. Moscow: Fiziko-matematicheskaya literatura (Fizmatlit), 2009. 278 p. (In Russian)
Information about authors:
Tarasov A. G., PhD, doctoral candidate, Military Space Academy;
Minakov E. P., PhD, professor in department of organizational-technical systems for space purposes, Military Space Academy.
For citation: Tarasov A. G., Minakov E. P. A method for scheduling use of robotic systems the elimination of extreme situations in the process of preparing and launching space rockets. H&ES Research. 2017. Vol.9. No. 4. Pp. 29-40. (In Russian)
