CC BY
9
УДК 622.331
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЖАРОВ
А.П. Зверев, Т.Н. Нурмагомедов
Рассмотрен вопрос разработки системы поддержки принятия решений при предупреждении торфяных пожаров. Рассмотрено преимущество использования двух видов датчиков - температуры и влажности, что позволит повысить эффективность определения возгорания торфяников. Предложено применение программы для электронно-вычислительных машин, которая позволит операторам единой дежурной диспетчерской службы муниципального образования определить состояние нескольких торфяников сразу с целью недопущения их возгорания и отправки пожарных формирований для локализации возможных возгораний.
Ключевые слова: торф, торфяной пожар, добыча торфа, химический состав торфа, датчик температуры, датчик влажности, соединительный шкаф, оптоволоконный кабель.
Введение
В настоящее время торф находит широкое применение в различных отраслях экономики. В сельском хозяйстве он используется в качестве удобрения, в области энергетики - как топливо и т.д. Ежегодно мировые запасы торфа увеличиваются практически на 3 млрд м . Это в 120 раз больше, чем его используют [1]. Торфяники занимают около 2% суши, однако распределены они неравномерно: в Евразии, примерно 1,8 %, в Африке - 1,2 % в Северной Америке - 0,9 %, в Южной Америке - 7,0 %, в Австралии -0,1 %. Государствами с крупнейшими запасами торфа являются Индонезия, Россия, Соединенные Штаты Америки [2].
Торф в своем составе содержит сложную и неоднородную по вещественному и химическому составу систему, в которую входят целлюлоза, битумы, фенолы, гумусовые кислоты и др., в нем также содержатся углерод, водород, кислород и азот. Согласно приведенному химическому составу, торф - горючий материал и способен самовозгореться.
Самовозгорание торфа возникает при определенной физико-химической обстановке - низкой влажности и высокой температуре, которая возникает в основном в летнее время [3-5].
В связи с вышеперечисленным вопрос своевременного обнаружения возгорания торфяников является актуальным.
Методология исследования
Анализ свойств торфа показал, что он является одним из наиболее пожароопасных растительных материалов. Более 70 % от массы торфа составляют горючие материалы. Высокая пожароопасность торфа обусловлена также его пористой структурой, плотностью и присутствие в составе до
40 % 02, что способствует развитию процессов горения в скоплениях и залежах в анаэробных условиях. Размеры пор торфяника колеблются в интер-
5 5 3
вале от 0,1 до 30 мкм, а их объем - от 410 до 7,3-10" м /кг. В сухом состоянии торф плохо смачивается, что усложняет тушение пожаров и загораний.
Основная причина торфяных пожаров связана с самовозгоранием торфа. При влажности до 30 % он загорается от воздействия маломощного источника зажигания. В ряду горючих ископаемых по удельной теплоте сгорания торф занимает место между древесиной и бурыми углями (18 -27 МДж/кг). Удельная теплоемкость сухого торфа составляет 1,96 кДж/(кг-К). Скорость выгорания торфа в залежи меняется от 1,4 до 23 кг/(м ч) при ветре 1-11 м/с соответственно [2].
В рамках разработки системы поддержки принятия решения для предупреждения торфяных пожаров разработана программа для ЭВМ, которая позволяет рассмотреть вопросы определения будет ли возгорание данного торфяника или нет. Программа написана на языке системного программирования СИ# [6].
Программа позволяет, с учетом физико-химических торфа, на основе влажности и температуры природной среды определить зону, в которой наиболее вероятно самовозгорание торфа. Это позволяет заблаговременно принимать решение об отправке сил для локализации пожара в его очаге, либо для предотвращения возгорания.
Приведем характеристику некоторых точек контроля температуры и влажности.
1. При температуре 20 0С и влажности 67 % (рис. 1) самовозгорания торфа не будет, что свидетельствует о безопасном состоянии торфяника в данный момент времени.
Рис. 1. Состояние системы при Т = 20 0С и Р = 67 %
2. При температуре 30 С и влажности 57 % (рис. 2) значения параметров находится в желтой зоне, хотя влажность составляет более 50 %. Обстановку можно охарактеризовать как предостерегающую, т.е. ЕДДС обязана обратить внимание на данные показатели, проанализировать их некоторое время и принять решение по торфянику.
Рис. 2. Состояние системы при Т = 30 0С и Р = 57 %
3. Ситуация, приведенная на рис. 3, характеризуется следующим образом: температура не изменилась, осталась на прежнем уровне, а влажность стала менее 50 %, т. е. эти показатели показывают на возможное в этом торфянике горение. В данном случае необходимо уже привести в готовность спасательное пожарное формирование для недопущения возгорания торфяника.
Рис. 3. Состояние системы при Т = 30 0С и Р = 49 %
4. Уменьшение влажности менее 40 % (рис. 4) ведет к резкому горению торфа в глубинных слоях торфяника. Следовательно, необходимо предпринимать все меры, чтобы не допустить распространение его горения.
Рис. 4. Состояние системы при Т = 30 0С и Р = 39 %
5. Дальнейшее повышение температуры (рис. 5) приведет к состоянию увеличения площади горения торфяника. Увеличение температуры приведет и к уменьшению влажности и повышении скорости горения.
Рис. 5. Состояние системы при Т = 41 С и Р = 39 %
Система непрерывного мониторинга пожарной опасности торфяников
Для повышения достоверности прогноза, а также установление возможной предельной площади возгорания, необходима развертка системы непрерывного мониторинга пожарной опасности торфяников.
Расположение датчиков по периметру и в глубину зависит от характеристик природной среды и представляет собой отдельное исследование. В данной статье приведен вариант системы мониторинга, в которой датчики расположены по периметру, образующие окружности (рис. 6).
Рис. 6. Схема установки датчиков
По периметру болота прокладывают оптоволоконный кабель, который закапывают на глубину 1 м. С целью предотвращения повреждения кабеля в результате теплового воздействия торфяного пожара, его предварительно обертывают в термостойкий кремнеземный теплоизоля-тор. Укладку кабеля выполняют по концентрическим окружностям. К кабелю на фиксированных расстояниях подключают датчики температуры и влажности, которые устанавливают в грунт исследуемого участка в шахматном порядке. Для обеспечения ориентации на местности в случае необходимости проведения технического обслуживания, ремонта или демонтажа элементов системы мониторинга, их отображают условными обозначениями на карте с указанием GPS координат.
На одном из участков болота ставят соединительный шкаф (рис. 7), при этом, место установки шкафа, выбирают, таким образом, чтобы с данного места обеспечивалась устойчивая сотовая связь, с одним или несколькими операторами сотовой связи. В случаях, отсутствия устойчивого сигнала связи, предусматривается выносная антенна, обеспечивающая возможность ее фиксации в верхней части ствола дерева. На рис. 7 представлена структурная схема передачи информации от датчиков температуры и влажности.
Рис. 7. Соединительный шкаф: 1 - блок приема сигналов из линии связи; 2 - блок питания;
3 - устройство контроля; 4 - блок текущего состояния параметров влажности и температуры; 5 - передатчик; 6 - блок выбора оператора сотовой связи; 7 - ЕДДС муниципального образования
Система работает следующим образом: по линии связи сигнал от датчиков (1) и (2) поступает на устройство контроля (3), которое определяет номер датчика показавшего отклонение допустимого параметра, как температуры, так и влажности. Далее информация обрабатывается в блоке текущего состояния (4), в нем производится учет текущего параметра датчиков температуры и влажности. Обработанная информация предается в передатчик ультракоротких радиоволн (5), который формирует кодограмму об отклонениях параметров температуры и влажности от нормы, далее он производит выбор оператора сотовой связи, путем определения свободного канала радиосвязи (6), через который данная информация будет передана в службу ЕДДС (7).
Из-за низкого энергопотребления в качестве блока питания можно использовать солнечные батареи. Стоит отметить, что оператор службы ЕДДС может всегда запросить информацию о текущем состоянии торфяника и получить ее через блок (4), а также посмотреть статистику изменения контролируемых параметров среды. Количество дней контроля определяется блоком памяти, который будет расположен в ЕДДС [7-9].
Порядок реагирования ЕДДС
Диспетчерская служба, получив сигналы о превышении параметров датчиков для более детального мониторинга сложившейся обстановки высылает группу в район, в котором с высокой вероятностью может возникнуть самовозгорание торфа. С помощью данного аппарата производится мониторинг с целью определения есть ли возгорание на данной местности торфа или его нет. Силы будут прибывать в тот район, откуда поступила информация о превышении параметров температуры и влаж-
ности, а именно с номеров датчиков, согласно заполненным картам ЕДДС, которые будут получены на основе программы ЭВМ.
Заключение
Предложенный метод и инструментальные средства контроля в системе поддержки принятия решений позволят сотрудникам ЕДДС в режиме реального времени получать информацию о состоянии природной среды. Используя два типа датчиков - температуры и влажности, расположив их на территории с залежами торфа, осуществляется контроль за возникновением очага возгорания. Система будет оперативно обеспечивать информацией операторов ЕДДС куда и в какое время нужно выслать оперативную группу для уточнения состояния торфяников. При этом группы будут направляться в те районы, где ситуация будет в ближайшее время критической, чтобы не допустить возникновения источника ЧС.
Список литературы
1. Возгорание торфа, тушение торфяников и торфокомпозиты / Л.Б. Хорошавин [и др.] // Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2013. 264 с.
2. Лазарев А. В. Справочник по торфу. М.: Недра, 1982. 760 с.
3. Гатих М.А., Лис Л.С. Влагометрия торфа. Минск: Наука и техника, 1986. 238 с.
4. Гришин А.М. Теплофизика лесных пожаров. Томск: Изд-во ТГУ, 1994. 218 с.
5. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа / А.М. Гришин, А.Н. Голованов, Я.В. Суков, Ю.И. Прейс // Инженерно-физический журнал. 2006. Т.79. № 3. С. 137 - 142.
6. Зверев А.П., Рыбалко И.П., Дерканосов М.А. Свидетельство о регистрации программ для ЭВМ № 2019662119 от 17.09.2019 г.
7. Склонность углей к низкотемпературному окислению и оценка опасности возникновения эндогенных пожаров / Н.М. Качурин, А.Ю. Ермаков, В.И. Ефимов, А.В. Волберг // Безопасность труда в промышленности. 2016. №4. С. 36-39.
8. Концептуальные положения мониторинга параметров окружающей среды при добыче полезных ископаемых / Н.М. Качурин, В.В. Факто-рович, Л.Л. Рыбак, В.Л. Рыбак // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2013. Вып. 1. С. 3-15.
9. Качурин Н.М., Захаров Е.И., Малахова Д.Д. Механизм процесса самонагревания угля и перехода его в самовозгорние // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2013. Вып. 2. С. 42-51.
Зверев Алексей Петрович, канд. техн. наук, доц., вед. науч. сотрудник, moizver62@,mail.ru, Россия, Химки, ФГУП «Мытищинский научно-исследовательский институт радиоизмерительных приборов»,
Нурмагомедов Тимур Низамудинович, ст. преподаватель, nurmagomedov. timur @,mail.ru, Россия, Химки, ФГБВОУВО «Академия гражданской защиты МЧС России»
DECISION SUPPORT SYSTEM FOR PEA T FIRE PREVENTION A.P. Zverev, T.N. Nurmagomedov
The article deals with the development of a decision support system for the prevention of peat fires. The advantage of using two types of sensors - temperature and humidity-is considered, which will increase the efficiency of determining the ignition of peat bogs. The application of a program for electronic computers is proposed, which will allow the operators of a single duty dispatching service of a municipality to determine the state of several peatlands at once, in order to prevent their ignition and send fire brigades to localize possible fires.
Key words: peat, peat fire, peat extraction, chemical composition ofpeat, temperature sensor, humidity sensor, connecting cabinet, fiber-optic cable.
Alexey Petrovich Zverev, candidate of technical sciences, associate professor, Leading Researcher, moizver62 amail. ru, Russia, Khimki, Mytishchi Research Institute of Radio Measuring Devices
Timur Nizamudinovich Nurmagomedov, Senior Lecturer, nurmagomedov. timur @,mail.ru, Russia, Khimki, Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
References
1. Fire of peat, extinguishing of peat bogs and peat composites / L. B. Khoroshavin [et al.] // Saint-Petersburg University of SBS EMERCOM of Russia, 2013. 264 p.
2. Lazarev A.V. Handbook of peat. Moscow: Nedra, 1982 - - 760 p.
3. Gatikh M. A., Lis L. S. Moisture measurement of peat. Minsk: Nauka i tekhnika, 1986. 238 p.
4. Grishin A.M. Thermophysics of forest fires. Tomsk: TSU Publishing House, 1994.
218 p.
5. Experimental study of the processes of ignition and gorenje peat / A.M. Grishin, A. N. Golovanov, Ya. V. Sukov, Yu. I. Preis // Engineering and Physical Journal. 2006. Vol. 79. no. 3. pp. 137-142.
6. Zverev A. P., Rybalko I. P., Derkanosov M. A. Certificate of registration of computer programs No. 2019662119 dated 17.09.2019.
7. Propensity of coals to low-temperature oxidation and assessment of the danger of endogenous fires / N. M. Kachurin, A. Yu. Er-makov, V. I. Efimov, A.V. Volberg // Labor safety in industry. 2016. No. 4. pp. 36-39.
8. Conceptual provisions for monitoring environmental parameters in the extraction of mineral resources / N. M. Kachurin, V. V. Faktorovich, L. L. Rybak, V. L. Rybak // Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Earth Sciences. 2013. Issue 1. pp. 3-15.
9. Kachurin N. M., Zakharov E. I., Malakhova D. D. The mechanism of the process of coal self-heating and its transition to self-ignition. Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo uni-versiteta. Earth Sciences. 2013.Issue. 2. pp. 42-51.
