CC BY
53
путем установки искусственных препятствий [Текст] /А.С. Соловьев, О.М. Лебедев, А.В. Калач, В.А. Логинов // Вестник ВГТУ - 2011. - Т. 7 - № 9. -С. 75-77.
ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СНЕЖНОЙ ЛАВИНЫ СО СМЕЩАЕМЫМИ И РАЗРУШАЕМЫМИ
ПРЕПЯТСТВИЯМИ
А.С. Соловьев, заведующий кафедрой, д.т.н., доцент, А.В. Калач, заместитель начальника института по научной работе,
д.х.н., профессор,
Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
С.Л. Карпов, доцент, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, г. Воронеж
Сходы лавин происходят неожиданно, процесс взаимодействия с препятствием является быстротекущим, воздействие снежной массы на препятствие сложно зафиксировать и количественно измерить. Поэтому использование в изучении взаимодействия лавины с препятствиями имитационного компьютерного моделирования является весьма актуальным. Научная новизна исследования определяется выбором темы.
В основе предлагаемой модели лежит главенствующий в современной математике подход, который заключается в замене макроскопических объектов объектами меньших размеров. Используемый в данной работе метод моделирования относится к методу динамики частиц.
Взаимодействие элементов снежной массы между собой, а также со склоном и препятствием, считается вязкоупругим [4]. Соответственно, определенный элемент I испытывает следующее силовое воздействие со стороны каждого из окружающих его элементов у
I (
з=1 1 . 1 1 Ч у),
где 1Уу и - силы упругого и вязкого взаимодействия элементов снега I
F = J=1 Fy + FB)
F 1 У 1 yh
и j;
N3 - общее количество элементов снега в модели.
С точки зрения классификации моделей по характеру вычислений предлагаемая модель является алгоритмической.
Разработанная математическая модель представляет собой систему из десятков тысяч дифференциальных и алгебраических уравнений. Для удобства исследования системы уравнений составлена компьютерная программа «Программа для моделирования взаимодействия снежной лавины со смещаемыми препятствиями» на языке Object Pascal в интегрированной среде программирования Borland Delphi 7.0.
1. Характер движения транспортных средств, увлекаемых лавиной.
При контакте снежной лавины с корпусом транспортного средства на корпус оказывается существенное силовое воздействие (рис. 1). Длительность воздействия составляет около 20 секунд, однако наибольшее силовое воздействие оказывает фронт лавины, ориентировочно через 2-3 секунды после начала контакта снега с ТС. Максимум силового воздействия порядка 4-8 кН длится на протяжении около 2 с, затем плавно уменьшается по мере истощения лавины и засыпания ТС снегом.
F>, кН
Рис. 1. Зависимость от времен и t силы Fб, действующей на транспортное средство в горизонтальном направлении
Действие лавины приводит к смещению ТС по опорной поверхности (рис. 2) и раскачиванию ТС (рис. 3) [1].
2. Механическое поведение транспортных средств различных типов при воздействии лавины.
В зависимости от типа ТС его механическое поведение под действием лавины может существенно различаться. Проведена серия компьютерных экспериментов, в которых изучали воздействие типичной лавины на ТС пяти типов: легковой автомобиль, малотоннажный грузовой автомобиль, седельный автопоезд, локомотив поезда, вагон поезда.
Случаи воздействия лавины на транспортные средства известные за последние десятилетия (с 1980 по 2015 годы), фотографии результатов которых находятся в открытом доступе можно сгруппировать в 5 групп: смещение (I) или сброс вследствие смещения (II) или опрокидывания (III) автомобилей, опрокидывание (IV) или сход с рельсов (V) поездов.
фн
град.
^м, 15
20
10
0
10
20
30
40 t, c
0
1
0
10
20
30
40 t, c
Рис. 2. Зависимость от времени I величины бокового смещения Ьсм транспортного средства
Рис. 3. Зависимость от времени I угла наклона фн транспортного средства
3. Методика моделирования взаимодействия лавины со зданием.
Модель взаимодействия лавины со зданием в целом близка к модели
взаимодействия лавины с транспортным средством. Для обеих моделей целесообразно использовать одну и ту же модель движения снега, и различие будет только в геометрических и механических параметрах препятствия, и возможном характере его движения (либо разрушения).
Основные повреждения зданий можно объединить в четыре группы:
1) Смещение и опрокидывание здания лавиной, как единого целого. Характерно для легких зданий туристической инфраструктуры.
2) Пролом стен зданий в зданиях из блоков и кирпичей.
3) Искажение геометрической формы здания. Характерно для легких хозяйственных построек.
4) Легкие повреждения, в частности, повреждение окон и дверей без видимого повреждения стен и крыши здания. Здание сохраняет целостность и сохраняет защитные функции, поэтому риски травмирования и гибели людей также малы.
4. Моделирование смещения и опрокидывания здания лавиной.
В данной модели здание рассматривается как единый недеформируемый объект, способный перемещаться в пространстве под действием снежной лавины. Такой объект подобен транспортному средству, в разработанной выше модели смещения и опрокидывания транспортных средств. Двумерный вариант модели описывает смещение здания вниз по склону и опрокидывание относительно одного из ребер здания.
Для выполнения необходимых для модели расчетов и исследования модели разработана компьютерная программа «Программа для моделирования смещения и опрокидывания здания под воздействием лавины».
5. Влияние начальной толщины снежного покрова.
До определенной толщины снежного покрова (около 0,4 м) действие снежной лавины не приводит к смещению или опрокидыванию здания (рис. 4 а, б). При этом Ьсмм = 0 м а угол наклона здания не превышает 1-20 и вызывает только незначительные деформации здания, но не отрыв от фундамента. Однако при этом возможно повреждение окон и дверей здания из-за растущего с увеличением Ися давления Р0,5 на ближайшую к лавине стену здания (рис. 4, г). При увеличении толщины снежного покрова с 0,5 до 0,6 м происходит срыв здания с фундамента, но Ьсмм имеет незначительную величину 0,1-0,7 м, а угол наклона здания так же мал (менее 3-40) [3].
6. Моделирование разрушения стены лавиной.
Если лавина воздействует на здание, построенное из крупных блоков, велика вероятность разрушения (пролома) стены. Для изучения данного процесса разработана математическая модель разрушения стены здания лавиной.
Разработанная модель базируется на представленной выше модели схода снежной лавины [2]. Однако объект, на который воздействует лавина, представлен в данном случае стеной, состоящей из блоков. Для исследования
модели составлена компьютерная программа «Программа для разрушения стены здания под воздействием лавины».
и
см.м?
м 3
2
1
^н.м?
град. 60
30
^бок?
кН 30
20
10
0
Р>,5,' кПа
в г
Рис. 4. Влияние толщины снежного покрова Ъсн на величину горизонтального смещения Ьсмм здания (а); угол фнм максимального наклона здания (б); максимальную горизонтальную силу
Гбок, действующую на здание (в)
0
0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 йсн, м 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 йсн, м
б
а
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 йсн, м 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 йсн, м
С позиций защиты от лавинной опасности стены здания, обращенные к склону, необходимо выкладывать из блоков толщиной более 30 см (при высоте 40 см). При толщине стены менее 18 см стена полностью разрушается под воздействием типичной лавины, а при толщине от 18 до 30 см - не разрушается, но существенно ослабляется.
Обобщая полученные результаты можно сформулировать следующие выводы:
1. Разработана физико-математическая модель взаимодействия снежной лавины с транспортным средством, зданием и постройкой.
2. Разработана компьютерная программа, реализующая предлагаемый метод моделирования взаимодействия лавины с транспортным средством, зданием и постройкой. Программа позволяет, на основе многократного проведения компьютерных экспериментов исследовать модель взаимодействия снежной лавины с транспортным средством, зданием и постройкой, получить обширные результаты по прогнозированию поражающего действия, предложить и оптимизировать защитные меры.
3. Результаты моделирования на качественном уровне совпадают с реальными фотографиями последствий воздействия лавины, что подтверждает адекватность разработанной модели.
4. Разработанная модель позволяет прогнозировать риски сброса с дороги и опрокидывания для различных типов транспортных средств.
5. В зависимости от толщины лавинообразующего снежного покрова может реализовываться пять вариантов последствий воздействия лавины на здание.
Список использованной литературы
1. Соловьев А.С. Представление поверхности склона в модели схода снежной лавины [Текст] / А.С. Соловьев, А.В. Калач // Вестник ВИМВД РФ. -2012. - № 4. - С. 92-96.
2. Соловьев А.С. Моделирование схода снежной лавины по заданным географическим координатам [Текст] / А.С. Соловьев, А.В. Калач, С.Л. Карпов // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. - 2013. - Вып. № 2(48) - С. 1-9.
3. Соловьев А.С. Некоторые закономерности схода снежных лавин на горных склонах различной формы [Текст] / А.С. Соловьев, А.В. Калач, С.Л. Карпов // Вестник ВГУ. Серия: системный анализ и информационные технологии. - 2013. - № 1. - С. 38-40.
4. Соловьев А.С. Особенности схода снежной лавины на выпуклых и вогнутых склонах [Текст] / А.С. Соловьев, А.В. Калач, С.Л. Карпов, В.И. Савинова // Технологии гражданской безопасности. - 2013. - Т.10. - № 1(35). -С. 84-90.
МОДЕЛЬ БАЗЫ ДАННЫХ ВИДЕОФИКСАЦИИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ЛИЧНОСТИ
Л.А. Сорокин, соискатель, Академия ГПС МЧС России, г. Москва
На сегодняшней день технологии на основе распознавания лиц довольно широко используются правоохранительными и государственными органами в зарубежных странах. Известно об успешном применении данных технологий военной разведкой США в Афганистане при отслеживании перемещения террористов, полицией Нью-Йорка, Чикаго, Сан-Диего для поиска преступников [1]. В сентябре 2015 года правительство Австралии инвестировало $18,5 млн. в программу «The National Facial Biometric Matching Capability» масштабного повсеместного видеонаблюдения и распознавания лиц. В рамках этой программы предполагается наличие базы данных на 100 млн. лиц собранной со всей Австралии [2]. Существуют и отечественные разработки систем видеоаналитики. Однако анализ систем видеоаналитики показал, что они не ориентированы на аналитику видеоданных, поступивших за большой промежуток времени. В данном докладе предлагается новая модель хранения информации в базах данных систем видеоаналитики.
Сохраняемая информация об интересантах должна включать в себя следующие категории данных:
1) видеозапись с камер;
2) исходное изображение лица в сжатом виде (для аналитической работы оператора комплекса);
