ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИМИ РИСКАМИ НА ИНФРАСТРУКТУРНЫХ ОБЪЕКТАХ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

IMPORT SUBSTITUTION IN THE FIELD OF RADIO ENGINEERING AND RADIOELECTRONIC MEASUREMENTS, MEASUREMENTS OF ELECTRIC AND MAGNETIC QUANTITIES

А.L.Yurchenko

This article describes the problem of replacing imported measuring instruments with domestic analogues, describes the online service "Import substitution of measuring instruments", analyzes replacement options for a number ofpositions in the field of radio engineering and electronic measurements, measurements of electrical and magnetic quantities.

Key words: import substitution, production, measurement, measuring instrument, measuring equipment.

Yurchenko Artyom Leonidovich, student, artem-yurchenko@yandex.ru, Russia, Tula, Tula state

University

УДК 389

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-494-495

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИМИ РИСКАМИ НА ИНФРАСТРУКТУРНЫХ ОБЪЕКТАХ

О.И. Веревкина, И.А. Яицков

Развитие систем оценок риска на инфраструктурных объектах дает возможность оценки риска лавинной опасности для движения технических средств и анализа факторов, определяющих потери, связанные с этой опасностью. Определены основные сценарии столкновения, с лавинным выбросом и прямого воздействия лавины на технические средства и инфраструктурные объекты. На этой основе оценена вероятность как столкновения со снежным выбросом, так и прямого воздействия лавины на инфраструктурные объекты и технические средства, и риски, связанные с этим.

Ключевые слова: мониторинг, расчет рисков, устойчивость инфраструктуры объекта, технологические решения, лавинная опасность.

Концепция стратегического управления техногенным и природным риском начала развивается в рамках государственной научно-технической программы «Безопасность», и получила отражение в источниках [1-3].

Общие вопросы природно-техногенных катастроф рассмотрены в [4,5]

В [4] проведена типизация их по степени угрозы, в [5] описаны основные принципы организации мониторинга природных опасностей. В аспекте рисков на инфраструктурных объектах, вопросы рассматривались в [6-7].

Проблема воздействия потенциально-опасных природных факторов и внезапной активизации деформаций инфраструктуры объекта, в части земляного полотна, которая происходит как на уже деформировавшихся ранее объектах, так и на участках пути, которые не числились неустойчивыми, остается актуальной в путевом хозяйстве. Ежегодно на сети дорог ОАО «РЖД» происходит несколько десятков случаев внезапных деформаций, нарушающих ритмичность работы технических средств и инфраструктуры объектов, угрожающих безопасности движения.

Учитывая дефицит денежных средств на усиление и ремонты земляного полотна, проблема обеспечения необходимой надежности земляного полотна может быть решена только организацией системы мониторинга земляного полотна, включающей оценку рисков для безопасности движения такого природного фактора как снежные лавины.

Несмотря на то, что в общем количестве событий по проявлению неустойчивости земляного полотна снежные лавины дают в среднем всего 15%, (рис.1). последствия воздействия их на технические средства часто приводит к повреждению, ведущим к «исключению единиц техники из инвентаря» и в отраслевой классификации могут квалифицироваться как «крушение», а ряде случаев приводило и к человеческим жертвам.

Анализ рисков лавинной опасности проводился исследователями [6-9].

Известно, что основными факторами, определяющими частоту несанкционированных сходов лавин, являются:

1) категория лавиноопасности, то есть относительная частота в год по данным многолетних наблюдений,

2) набор мониторинговых средств контроля состояния снежной массы,

3) выдача предупреждений об ограничении скорости,

4) учет работниками предупреждений и знаков, ограничивающих скорость и др.

и 35 тв

ь

ч

§ 25

м §20

б

2 15

т

Сплывы откосов

Размывы

Осадки и просадки

Обвалы

Селевые выносы

Сход снежных

Оползни, провалы

лавин

Виды неустойчивости инфраструктуры объекта

Рис. 1. Распределение видов неустойчивости инфраструктуры объектов

Если пункты 1-2 являются определяющими частоту опасности, то 3-4 это меры, влияющие на величину потерь.

Феноменологически вопрос о лавиноопасности рассмотрен в [6-7]. С точки зрения определения вероятности негативного сценария вопрос описан в [9].

В данной работе будут рассмотрена и оценена зависимость вероятности воздействия лавины на техническое средство и столкновения технических средств со снежным выносом, от ряда факторов, в том числе, от интенсивности движения поездов.

Формулировка проблемы. В соответствии с [9] основных сценариев, несущих потери для инфраструктуры и технических средств 2:

1 - столкновение технических средств с выносом снежных масс при скорости его движения более 20 км/ч в условиях плохой и ограниченной видимости;

2 - прямое воздействие лавины на проходящее техническое средство.

Вероятность обоих сценариев (без учета мониторинга) описывается следующими формулами:

Рз = Р1 + Р2 (1)

где Р1 - вероятность прямого воздействия снежного потока; Р2 - риск схода на данном километре по причине завала пути, в условиях плохой видимости, в случае не обнаружения ее работниками предприятия.

Здесь Р1, Р2 рассчитываются по формулам:

Р1 = (1-е~Т)-(Кпп^пп+Кпдс^пдс+Кг^г)-1/(24-3600) (2)

Р2 =(1-е-Т)(1-р1)-[Кпп■ Тр2(1) Р3пп(1,])+Кпдс:^р2(Ц р3пдс(1,])+ Кг*£р2(1) р3г(1,]))] (3)

Вероятность нахождения технических средств в опасном участке в течение суток можно рассчитать по формуле:

(Кпп^пп+Кпдс^пдс+Кг^г):1/(243600)

входящей в (2).

Составляющие показатели, входящие в формулы (2) и (3) - время нахождения на опасном участке ^ , ^дс, рассчитываются по формулам:

^пп (2Ьпп+Ьу)/^ пп............................................(4)

$пдс (2Ьпдс+Ьу)/^пдс..................................................(5)

и =(2Ьг+Ьу)/Уг....................................................................(6)

где Ьу - длина лавиноопасного участка; Ьпп, Ьпдс, Ьг - длина пригородных, дальнего следования и грузовых технических средств соответственно; ^ - время нахождения мотор-вагонного состава в опасной зоне; ис - время нахождения пассажирских технических средств в опасной зоне; Ъ - время нахождения грузовых технических средств в опасной зоне; кпп - доля пригородного движения в общем объеме; кппс -доля пассажирского движения в общем объеме; кг - доля грузового движения в общем объеме; р1 - вероятность обнаружения препятствия обходчиками или диспетчером по разрывам линий связи (0,5); р2(10 -вероятность видимости в интервале 1 (таблица 1).

5

0

Таблица 1

Вероятности плохой, удовлетворительной и хорошей видимости _(расстояние 1) метров, г = 1-4 по погодным условиям_

№ [ Диапазон видимости в м.( ¡¡, м) Относительная частота по погодным условиям (к единице времени - год) Р2п 0) Относительная частота по ландшафтным условия (к общей длине путей;) Р2д(1) суммарное значение вероятности плохой видимости р2(1)

1 ¡¡< 50 0.008219 0 0.00822

2 50< ¡¡<100 0.008219 0 0.00822

3 100 < ¡г < 200 0.013699 0 0.0137

4 200 < ¡1 < 300 0.016438 0.0108 0.02724

5 300 < ¡г < 400 0.019178 0.0217 0.04088

6 400 < ¡1 < 500 0.021918 0.0365 0.05842

7 500 < < 600 0.024658 0.0548 0.07946

8 600 < ¡г < 700 0.027397 0.0365 0.0639

9 700 < < 800 0.030137 0.0282 0.05834

10 800 < ¡г < 900 0.032877 0.0141 0.04698

рзппф, рзпдсф, рзг(]} - вероятность того, что при скорости j техническое средство пригородного, дальнего следования, грузовое (соответственно) столкнется со препятствием (тормозной путь больше чем 1ц) при диапазоне видимости i составит:

1 если Тпп (У) > ¡у 2

РЗпп^-О = Тпп (У) - к (7)

1,2 - ¡¡1

если ¡¡1 < Тпп (у) < ¡¡2

Рэпдс© =

Рзгф =

О, если Тпп (У) < 1,1 1, если Т„„ (у) > ¡,2

Т"7 (-1,1 , если ¡11 < Т„дс (У) < ¡2 ¡12 - 1 ¡1 0, если Тпдс (У) < ¡11

1, если Тг > ¡12

Т, - I,

—, если ¡ а < Тг < ¡п

(8)

(9)

¡2 2 - ¡11 0, если Т, < /.,

где ¡и, ¡¡2 нижняя и верхняя границы интервала видимости № ц Тппф, Тпдсф, Тг(у) - тормозные пути пассажирских пригородных, пассажирских дальнего следования, грузовых технических средствах соответственно.

Далее, в таблице 3 приведены значения участвующих в вычислении величин (4) - (6), в зависимости от скорости.

Рассчитанные по формулам (4-6) вероятность того, что при заданном диапазоне скорости j техническое средство дальнего следования столкнется с препятствием (тормозной путь больше чем ¡¡), при видимости i представлены для примера, в таблице 2.

Таблица 2

Вероятности столкновения с препятствием для различных сочетаний скорости

и интервала видимости

вероятность видимости Рзпдс(У))

9 10 11

100 110 120

1 1 1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

0.28 1 1

0.00 0.36 1

0.00 0.00 0.29

0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

12

13

корость видимост

30

40

50

60

70

90

130

140

¡,< 50

0.78

50< ¡1 <100

0.00

0.34

100< ¡, <200

0.00

0.00

0.03

0.49

200< г

<300

0.00

0.00

0.00

0.00

0.05

0.71

300</

<400

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.49

400< ¡,

<500

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

500< ¡,

<600

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

б00<

<700

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

700<

<800

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.51

800< <900

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.86

2

3

4

5

6

7

8

1

1

1

1

1

1

1

В отличие от [4], учтена вероятность ограниченной видимости по ландшафтному устройству (кривые малого и среднего радиуса). Кроме того, интенсивность процесса заменена на вероятность того, что произойдет число событий большее или равно 1, [10, 11]:

Р(х > = 1) = 1 - е-т (10)

где

т = (ЛК / 365) (11)

Здесь Л - интенсивность событий для участка, в зависимости от категории; N - количество снежных лавиноопасных дней в году для данной местности.

Результаты расчетов и сравнение. Для расчетов взят участок с характеристиками, представленными в таблица 3.

Таблица 3

Данные по лавиноопасному участку_

№ Наимен. данного фактическое данное Символьное обозначение для расчета Советующее значение символьного параметра

1 Категория лавиноопасности ЫП Л 2.5, 0.5, 0.05

2 Интенсивность движения 24 пар/сут I 24

3 Категория участка 1 Ку

4 Длина лавиноопасного участка 300 Lу 300

5 Количество лавиноопасных дней в году 60 N0

6 Относительное количество пригородных технических средств (к общему числу ) 0,1 кпп 0,1

7 Относительное количество пассажирских технических средств дальнего следования (к общему числу) 0,3 Кпдс 0,3

8 Относительное количество грузовых технических средств (к общему) 0,6 кго 0,6

9 Скорость пассажирских технических средств 80 км/ч Уп 80 км/ч

10 Скорость грузовых технических средств 70 км/ч Уу 70 км/ч

Результаты расчета компонент вероятности Р1 и Р2, в зависимости от категории лавиноопасно-сти участка, приведены на рис. 2, значение итоговой вероятности и компонент приведено на рис. 3.

Категории лавиноопасности

Рис. 2. Результаты расчета компонент вероятности Р1 и Р2

Категории лйштоопасности

Рис. 3. Значение итоговой вероятности (Р3) и компонент

На рис. 4 приведена зависимость вероятности для интенсивности движения от 6 до 50 пар технических средств в сутки.

Следующим этапом формирования модели оценки вероятности столкновения технического средства с лавиной, является учет влияния мониторинговых, предупредительных и защитных мероприятий.

Оценка вероятности негативного события при этом будет выглядеть следующим образом:

Рм = (1 - а1 + а1 ■ К11) ■ Р1 + (1-а1 + а: ■ К12) Р2 (12)

где Р1, Р2 - то же что и выше; а1 - константа отвечающая за объем метода мониторинга (0 <= а1 <= 1); к11, к12 - коэффициенты изменения составляющих вероятностей Р1, Р2.

ия ия

н ни

е е

а

у иж

р в

л д

н и

ь т

т с

с о

о н н с

т сз

я с

о о

р со

е е

м Ю

0,035 -| 0,03 -0,025 -0,02 -0,015 -0,01 -0,005 0

-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Интенсивность движения технических средств (1/сутки) Рис. 4. Зависимость вероятности нарушения безопасности движения в зависимости от интенсивности движения технических средств на инфраструктурном объекте

Если видов мониторинга несколько, то формула для оценки вероятности дается следующей формулой:

рм = р1* ПГн + Р2* Ш,

где

, =1 т

ш,

Ун ■ 712 ■ ... ■ 71п

: 721 ■ 722

■ 72т,

(13)

(14)

(15)

71 =1-а! + а!* |

1=1^т, ]=1,2 - целочисленные индексы, т - число используемых методов мониторинга.

Смысл коэффициентов аъ к| аналогичен примененным в формуле (12), только для метода мониторинга № !.

Список основных мероприятий мониторинга приведен в таблице 4.

Основные методы мониторинга или защиты от лавинной опасности

Таблица 4

№ метода Наименование метода мониторинга лавинной опасности или защиты

1. Наблюдение и обследования лавиноопасных участков. Мониторинг гидрометеорологических условий

2. Автоматизированная система контроля схода лавин

3. Мониторинг и предупреждение с помощью искусственного спуска лавин

4. Лавинопредупреждающие сооружения

5. Лавинозащитные сооружения

, =1

,=1

,=1

Предложенные модели позволяют оценить, как вероятность лавинной опасности, так и эффективность средств мониторинга и защиты.

Построенные зависимости показывают, что одним из основных факторов влияния мониторинга на вероятность нарушения безопасности движения и функционирования инфраструктурного объекта является объем внедрения этих средств (таблица 1).

Выводы. Построенная модель оценки вероятности нарушения безопасности движения по причине лавинной опасности позволяет рассчитать зависимости этой вероятности от скорости движения, интенсивности движения. При значительной интенсивности движения имеет место рост этой вероятности, поскольку увеличивается время нахождения технических средств в опасной зоне.

Расчет показывает значимость применения методов мониторинга для уменьшения вероятности прямого воздействия лавины на инфраструктуру, снизить количество случаев нарушения безопасности движения, предотвратить возможные ущербы, таким образом повысить уровень надежности и управления техническими и техногенными рисками на инфраструктурных объектах и в производственных процессах.

Список литературы

1. Бурдаков Н.И, Кульба В.В. Назаретов В.М. Концепция стратегического управления техногенным и природным риском в регионе // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ. 1992. Вып. 2. С. 3-18.

2. Елохин А.Н., Бодриков О.В., Ульянов С.В. Методология оценки природных и техногенных рисков для населения регионов России // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ. 1996. Вып. 3. С. 3-10.

3. Елохин А.Н, Бодриков О.В., Ульянова С.В. Результаты оценки природных и техногенных рисков для населения // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ. 1996. Вып. 2. С. 64-72.

4. Безопасность России. Региональные проблемы безопасности с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф. М.: МГФ «Знание»,1999. 672 с.

5. ГОСТ 22.1.08-99 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных гидрологических явлений и процессов. Общие требования.

6. Инструкция по обеспечению безопасности движения поездов и технике безопасности на лавиноопасных участках ОАО «РЖД», утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 23.07.2009г. № 1546р. 27 с.

7. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Книга 1. // под. ред. К.Е Кочеткова и В.А. Котляревского. М., 1995. 319 с.

8.Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Книга 3 // под. ред. К.Е Кочеткова и В.А. Котляревского. М., 1998. 413 с.

9. Инструкция по применению методов дистанционного мониторинга и предупреждения опасных природных воздействий на инфраструктуру железных дорог. М.: ОАО «РЖД». 2010. 37 с

10. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Высш. школа, 2001. 576 с.

11. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А.Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Наука,1985. 121 с.

Веревкина Ольга Ивановна, канд. техн. наук, доцент, ov18111966@mail.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,

Яицков Иван Анатольевич, д-р техн. наук, профессор, декан, yia_nis@rgups. ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения

THEORETICAL FOUNDATIONS OF ORGANIZATIONAL AND TECHNOLOGICAL RELIABILITY AND MANAGEMENT OF TECHNICAL RISKS AT INFRASTRUCTURE FACILITIES

O.I. Verevkina, I.A. Yaitskov

The development of risk assessment systems at infrastructure facilities makes it possible to assess the risk of avalanche danger for the movement of technical means and to analyze the factors determining the losses associated with this danger. The main scenarios of a collision with an avalanche release and the direct impact of an avalanche on technical means and infrastructure facilities are determined. On this basis, the probability of both a collision with a snow release and the direct impact of an avalanche on infrastructure facilities and technical means, and the risks associated with it, are estimated.

Key words: monitoring, risk calculation, stability of the facility infrastructure, technological solutions, avalanche hazard.

Verkina Olga Ivanovna, candidate of technical sciences, docent, ov18111966@mail. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov National University of Railway Communications,

Yaitskov Ivan Anatolyevich, doctor of technical sciences, professor, dean, yia_nis@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov National University of Railway Communications