CC BY
26Цариченко С. Г., Павлов Е. В., Власов К. С., Рожков А. В.
ОРГАНИЗАЦИЯ ТУШЕНИЯ КРУПНЫХ ПОЖАРОВ С СОВМЕСТНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ ТЕРМОВИЗУАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА
Повышение расходов огнетушащих веществ, связанное с необходимостью увеличения эффективности тушения крупномасштабных пожаров на производственных объектах может сопровождаться нежелательными проливами. При расходах огнетушащих средств более 100 л-с-1 излишние проливы заметно осложняют проведение работ пожарно-спасательных подразделений. Кроме того, химически активные вещества, используемые для повышения огнетушащих свойств, оказывают негативное воздействие на экологию. Применение ро-бототехнических средств совместно с системой термовизуального мониторинга позволяет значительно повысить точность подачи огнетушащих средств в зону горения и повысить тактические возможности пожарно-спасательных подразделений.
Ключевые слова: термовизуальный мониторинг, тактические возможности пожарных подразделений, робототехнические средства.
Начиная с середины 2000 годов, на вооружение пожарно-спасательных подразделений МЧС России поставляются специальные пожарные автомобили, обеспечивающие подачу огнетушащих веществ в больших объёмах. К примеру, производительность насосных установок насосно-рукавных комплексов НРК «Поток» и КНРМ 350-1,5/300 «Шквал» может достигать 350 л-с-1. Эти технологически новые автомобили хорошо зарекомендовали себя при тушении природных пожаров на европейской части Российской Федерации в 2010 г., а также при ликвидации последствий других чрезвычайных ситуаций.
Для подачи огнетушащих средств (ОС) в очаг пожара с большим расходом (Q, л-с-1) используются высокопроизводительные лафетные стволы. Кроме переносных лафетных стволов типа ПЛС-20, входящих в комплектацию пожарных автоцистерн общего применения, широко используются лафетные стволы типа ЛС-С60 (Q = 60 л-с-1), Crossfire (Qmax = 78 л-с-1), применяются модели лафетных стволов производительностью более 100 л-с-1.
Повышение расхода ОС, подаваемых в зону горения, связано с необходимостью
увеличения эффективности тушения пожара. Вместе с тем нежелательные потери огнетушащих веществ при 0 > 100 л-с-1, возникающие в результате неточного попадания водяных струй в очаг пожара и несогласованных действий пожарных расчётов, приводят к большому материальному ущербу. Кроме того, химически активные добавки, присутствующие в огнетушащих веществах, наносят существенный вред экологии.
Для обеспечения необходимой точности подачи огнетушащих веществ и минимизации излишних проливов применяется метод тушения пожаров с использованием технологий термовизуального мониторинга (ТВМ). Суть метода ТВМ заключается в том, что обстановка в районе проведения действий по тушению пожара и особенно в зоне горения постоянно контролируется специальными техническими средствами в видимом и инфракрасном диапазонах. В общем виде способ применения ТВМ на пожаре резервуара с нефтепродуктом показан на схеме (рис. 1).
4
Рисунок 1. Схема термовизуального мониторинга. Расположение «слепых зон»:
1 - для РТС (6); 2 - для транслятора; 3 - для беспилотного летательного аппарата (4); 5 - транслятор, смонтированный на молниеотводе; 7 - резервуар с горящим нефтепродуктом; индексы h, соответственно:
р - высота стенки резервуара, в - высота взлива нефтепродукта, к - высота расположения транслятора
Традиционно на пожарах обстановка контролируется визуально (возможно с использованием тепловизоров) участниками тушения пожара и далее информация о ней непосредственно или по радиосвязи передаётся РТП. При незначительном масштабе пожара это вполне эффективный и надёжный способ организации обмена информацией. Недостатки данного способа связаны с возможными задержками прохождения сообщений от источника к РТП, низкой степенью структуризации информации, влиянием субъективных ощущений наблюдателя, наличием «слепых зон» (рис. 1), не просматриваемых обычными средствами в силу различных обстоятельств, техническими сбоями радиосвязи и т. д. С увеличением масштабов пожара и количества привлечённых сил, уровень влияния перечисленных недостатков возрастает по экспоненте.
Для снижения влияния недостатков в процессе обмена информацией в крупных гарнизонах, например, в г. Москве, при тушении пожаров пожарно-спасательными подразделениями используется несколько специально выделенных радиочастот.
Использование РТС и ТВМ, в отличие от других технических средств пожаротушения, требует корректировки традиционно применяемых на пожарах схем оперативного управления силами и средствами. В особенности это касается схемы обмена информацией между участниками тушения пожара, администрацией объекта пожара и др.
Всех участников тушения пожара, а также объекты, используемые для целей пожаротушения и задействованные в работе системы ТВМ, по уровню предоставляемого доступа к информации об обстановке в районе проведения действий по тушению пожара можно условно отнести к трём уровням (рис. 2). Уровень доступа определяется в зависимости от полноты информации о событиях, происходящих в районе проведения действий по тушению пожара, и времени её прохождения от источника к получателю. При этом могут учитываться другие свойства информации -достоверность, актуальность, полезность и т. д.
В случаях, когда используется традиционная схема организации обмена информацией, без применения средств ТВМ, к первому уровню относится только РТП. Ко второму уровню относятся другие участники тушения пожара, а также органы оперативного управле-
ния пожарно-спасательного гарнизона (ЦППС, ЦУСС и др.). Все остальные, каким-либо образом причастные к пожару, условно относятся к третьему уровню.
Всю первичную информацию о развитии обстановки в зоне горения получает РТП с помощью непосредственного наблюдения, а также от других участников тушения пожара и технических средств наблюдения и контроля. Данный способ получения информации используется в настоящее время на всех без исключения пожарах.
При использовании системы ТВМ в первый уровень схемы обмена информацией (рис. 2) дополнительно включается комплекс технических устройств, которые можно условно назвать глобальная навигационная система (ГНС). В данном случае ГНС представляет собой информационную систему, совмещающую в себе все средства технического контроля за обстановкой на пожаре, объединённые в единую информационную сеть. Задача ГНС состоит в обработке поступающей информации и дополнении её сведениями о положении на местности контролируемых объектов (техника, люди, положение и размеры зоны горения и др.)
Средства видеонаблюдения, приборы для контроля зоны горения в инфракрасном диапазоне, трансляторы и другие необходимые
Рисунок 2. Схема распределения основных потоков информации: РТС - робототехническое средство; ЦУ РТС - центр управления РТС; РТП - руководитель тушения пожара; Ш - штаб пожаротушения и соответствующая структура оперативного управления; ГНС - глобальная навигационная система;
- информация, передаваемая посредством радиосвязи; м—► - информация, передаваемая непосредственно
технические устройства заблаговременно размещаются на территории защищаемого производственного объекта. При наличии технических возможностей задействуются системы охранной, пожарной и производственной автоматики объекта. Кроме того, в обязательном порядке используются мобильные приборы контроля, монтируемые на пожарной технике, РТС, беспилотных летательных аппаратах, переносных стойках и т. д.
Объекты, отнесённые ко второму уровню (рис. 2), получают только часть информации, необходимую для выполнения возложенных на них обязанностей. Структура оперативного управления в различных вариациях используется в настоящее время при тушении всех пожаров [1].
На незначительных по размерам пожарах РТП может единолично руководить всеми действиями на месте тушения. В случаях, когда пожар развивается до значительных масштабов и для его ликвидации необходимо привлечение большого количества сил и средств противопожарной службы, РТП создаёт дополнительные нештатные структуры управления для обеспечения необходимого уровня управления подразделениями. Предполагается, что РТС будут применяться только на крупномасштабных пожарах на производственных объектах, поэтому в структуре управления на пожаре в обязательном порядке будут присутствовать штаб пожаротушения и ЦУ-РТС.
Наиболее рациональная схема постановки задач и доведения её от РТП до РТС представлена на рисунке 3. При постановке основной (стратегической) задачи для РТС это единственно возможная схема, поскольку только РТП наделяется полномочиями по общему руководству всеми действиями в районе тушения пожара [1]. Информация, проходя по уровням структуры управления, детализируется
Рисунок 3. Схема распределения основных потоков информации
и дополняется необходимыми уточняющими сведениями.
Например, РТП 1 ставит задачу для РТС и определяет направление выдвижения к месту пожара; в штабе пожаротушения 2 определяются основные условия безопасной работы, способы обеспечения огнетушащими веществами и другие параметры; ЦУ-РТС 3 на основе данных ГНС детально разрабатывает маршрут выдвижения РТС на позицию и контролирует все параметры деятельности.
РТС в ходе выполнения поставленной задачи постоянно осуществляет обмен информацией с объектами управляющей структуры. Для действий РТС в автономном режиме требуется большой объём актуальной информации об окружающей обстановке. В силу объективных обстоятельств РТП и штаб пожаротушения физически не в состоянии предоставить РТС всю необходимую информацию, а РТС, в свою очередь, не всегда может самостоятельно предпринять адекватные действия в ответ на возникающие события, как это сделал бы человек, обладающий соответствующими знаниями и опытом.
Логичным решением было бы использовать для управления РТС оператора, обладающего необходимыми знаниями, однако, как показали эксперименты, его удалённость от РТС, естественные ограничения скорости реакции человека, а также наличие других помех (задымление, сильный шум), острый дефицит времени и прочие обстоятельства препятствуют своевременной передаче необходимой управляющей информации от оператора к РТС.
Применение оперативной системы ТВМ для управления РТС позволяет в значительной мере минимизировать негативное влияние перечисленных выше факторов. Полезный эффект ТВМ заключается в том, что основной объём информации, требуемый для РТС, циркулирует между объектами 3, 4 и 5 (рис. 3). Это позволяет временно исключить человека-оператора из схемы управления РТС и существенно повысить скорость обмена информацией. Кроме того, это даёт возможность РТС оперативно реагировать на изменения обстановки и самостоятельно регулировать положение приборов подачи ОС, а в случае необходимости и собственное местоположение.
Положение приборов подачи ОС определяется в зависимости от дальности полёта компактной части водяной струи. Дальность
S, м
L, м
Рисунок 4. Схема наклонных водяных струй, подаваемых из пожарного ствола:
Э и I - соответственно высота и дальность полёта струи, м; Я - радиус-вектор струи, м; 1 - общая граница орошения крайними каплями струи; 2 - границы орошения при различных углах наклона ствола; 3 - профиль орошения наклонной струёй при наклоне ствола на угол а
полёта (Ь, м), то есть расстояние от насадка до центра падения наиболее мощного потока струи (рис. 4), с учётом сопротивления воздуха и радиус-вектор (Я, м) кривой, соответствующей границе орошения крайними каплями струи в зависимости от высоты струи (Б, м), приблизительно определяется по расчётной методике [2].
В условиях реального пожара дальность полёта водяной струи и длина компактной её части могут отличаться от расчётных. Прежде всего это связано с воздействием на траекторию струи воздушных потоков, интенсивность движения которых зависит от общего движения воздушных масс в районе пожара, и особенно возрастает с приближением к зоне горения. Известны случаи, когда при интенсивном горении нефтепродукта в резервуаре вертикальное движение смеси воздуха и продуктов горения, сформированное конвективной колонкой над зоной горения, препятствовало попаданию водяных струй в очаг пожара. В этом случае эффективное воздействие на зону горения может быть достигнуто путём увеличения производительности и напора подачи огне-тушащих веществ.
На штаб пожаротушения в данной ситуации возлагается организация обеспечения РТС и ствольщиков на боевых позициях ОС. При рассматриваемой схеме организации управления это происходит поэтапно в соответствии со схемой (рис. 5).
На I этапе осуществляется доставка ОС от водоисточников (мест хранения) до места
проведения работ по тушению пожара в количестве, достаточном для работы всех пожарных подразделений, с учётом необходимого резерва. Условно границы этапа I принимаются от водоисточника 1 до места установки разветвления 4.
Границы этапов (территории) назначаются условно и передвигаются в зависимости от принимаемого способа обеспечения ОС и оперативной обстановки на пожаре.
Организацию работ на I этапе производят на основе оценки ОС (агрегатное состояние, допустимые способы транспортировки, возможность химического взаимодействия с другими веществами, необходимые средства защиты при работе с веществом и т. д.); расстояния от водоисточника до места пожара, с учётом неровностей участков пути и перепадов высоты местности; погодных условий; применяемых способов транспортировки ОС. При этом на этапе предварительного планирования предусматривается несколько вариантов обеспечения ОС в зависимости от различных неблагоприятных факторов.
Обеспечение действий РТС на II этапе является наиболее сложной в техническом отношении задачей, поэтому в зависимости от конструктивных особенностей и тактических возможностей РТС необходимо обеспечить защиту РТС и рукавных линий от воздействия опасных факторов пожара, препятствующих выполнению задач. Как правило, в первую очередь требуется защита РТС от повышенных температурных воздействий, а также от падающих осколков и частей зданий или технологического оборудования, от поражающих факторов взрыва и др. Также необходимо обеспечить подключение РТС к рабочим
Рисунок5. Принципиальная схема тушения пожара с использованием РТС:
этап I - доставка воды от водоисточника к месту пожара;
этап II - доставка воды к позициям РТС; этап III - подача воды в зону горения; 1 - водоисточник; 2 - насосная станция; 3 - магистральная линия; 4 - разветвление; 5 - рабочая рукавная линия; 6 - РТС; 7 - зона горения
рукавным линиям и поддерживать требуемый напор воды; обеспечить возможность маневрирования в зоне ведения действий по тушению пожара, с учётом сохранения целостности рукавных линий (предотвращение наезда на рукава, перехлёстывание рукавов, деформирование рукавных полугаек).
Подача ОС с использованием РТС в соответствии с представленной схемой производится на заключительном III этапе, при этом важным условием является обеспечение повышенной, по сравнению с обычными техническими средствами, точности подачи ОС в зону горения.
Применение технологий термовизуального мониторинга позволяет существенно увеличить эффективность орошения зоны горения огнетушащими веществами, повысить уровень управления пожарно-спасательными подразделениями в районе проведения действий по тушению пожара, что особенно актуально при использовании на пожаре РТС. Это также позволяет сократить интервалы времени от получения информации до принятия управленческого решения на тушение пожара и выполнения необходимых действий робототехническими средствами и другими участниками тушения пожара.
ЛИТЕРАТУРА
1. Приказ МЧС России от 31.03.2011 г. № 156 «Об утверждении Порядка тушения пожаров подразделениями пожарной охраны».
2. Методические рекомендации по тактике применения наземных робототехнических средств при тушении пожаров. -М.: ВНИИПО, 2015.
3. Байков А. В. Статистическая обработка результатов экспериментального исследования управления робототехни-
ческих средств в чрезвычайных ситуациях // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2013. - № 3. -С. 63-65.
4. Горбань Ю. И., Синельникова Е. А. Пожарные роботы и ствольная пожарная техника в пожарной автоматике и пожарной охране и устройства формирования струй // Пожаро-взрывобезопасность. - 2014. - № 4. - С. 62-64.
Tsarichenko S., Pavlov E., Vlasov K., Rozhkov A.
ORGANIZATION OF LARGE FIRES EXTINGUISHING WITH THE HELP OF ROBOTIC TOOLS AND THERMO-VISUAL MONITORING TECHNOLOGIES
ABSTRACT
Purpose. The article is devoted to the organization of large fires extinguishing with the help of robotic tools and thermo-visual monitoring technologies (TVM). The goal of this development is to increase the efficiency of extinguishing large fires at industrial facilities.
Methods. The methods of the described technologically new fire extinguishing media include:
- satellite and local positioning of technical means and firefighters (the participants of fire fighting);
- fire parameters monitoring in visible and infrared ranges;
- automated control of robotic tools.
Findings. The use of robotic tools together
with TVM allows increasing significantly the accuracy
of the extinguishing media discharge to a combustion zone and to enhance the tactical possibilities of fire and rescue units.
Research application field. The results of the study are recommended for use in organizing fire extinguishing at industrial facilities.
Conclusions. The use of TVM technology can significantly increase the efficiency of influence on a combustion zone, to improve the fire-rescue units management, which is especially actual when using modern robotic tools at fires.
Key words: thermo-visual monitoring, the tactical possibilities of fire units, robotic tools.
REFERENCES
1. Order of EMERCOM of Russia on March 31, 2011, No. 156 "On approval of the Procedure of extinguishing fires by the fire departments". (in Russ.).
2. Metodicheskie rekomendatsii po taktike primeneniia nazemnykh robototekhnicheskikh sredstv pri tushenii pozharov [Guidelines tactics and the use of ground-based robotic vehicles for fire extinguishing]. Moscow, VNIIPO Publ., 2015, 39 p.
3. Baikov A.V. Statistical processing of the experimental results on the control of robotic tools in an emergency. Nauchnye i obrazovatel'nye problemy grazhdanskoi zashchity, 2013, no. 3, pp. 63-65. (in Russ.)
4. Gorban' Iu.I., Sinel'nikova E.A. Fire-fighting robots and cannon fire equipment in fire automatics, and fire protection. I. the device for the formation of jets. Pozharovzryvobezopasnost'. 2014, vol. 23, no. 4, pp. 62-64. (in Russ.)
SERGEi TSARiCHENKO
Evgení Pavlov
KONSTANTiN VLASOV
ALEKSEi ROZHKOV
Doctor of Technical Sciences
All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia, Moscow region, Russia
All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia, Moscow region, Russia
Candidate of Technical Sciences
All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia, Moscow region, Russia
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
