Software & Systems

Для предупреждения и своевременной ликвидации торфяных пожаров важно своевременное их прогнозирование, поэтому весьма актуальной является разработка информационной системы, позволяющей прогнозировать наиболее вероятные места возникновения торфяных пожаров при различных вариантах погодных условий и воздействий со стороны человека.

Основными компонентами системы являются:

-    система мониторинга, обеспечивающая определение параметров текущего состояния объекта и окружающей среды, прогнозирование возможного состояния среды и получение других необходимых исходных данных;

-    система имитационного моделирования пожарной опасности, осуществляющая на основе полученных данных прогнозирование вероятности возгораний в различных точках на определенные сроки, распространения возникших пожаров, объема выбросов вредных веществ и др.;

-    база знаний;

-    лицо, принимающее решения о профилактике возникновения пожаров и мерах по их ликвидации на основе информации, полученной в результате функционирования перечисленных систем.

Работа посвящена проектированию и реализации системы имитационного моделирования, входящей в состав системы прогнозирования пожарной опасности. Система состоит из следующих блоков.

Блок визуализации – используется для отображения карт торфяных месторождений, в том числе трехмерных, и динамического нанесения на них результатов моделирования. Реализован на основе геоинформационной системы MapInfo.

База данных – содержит сведения о торфяных месторождениях и пространственном распределении свойств торфа, наличии средств пожаротушения, текущей и прогнозной метеообстановке и т.д. В качестве базы данных можно использовать Microsoft Access или внутреннюю базу MapInfo. Взаимодействие клиентского приложения с Microsoft Access реализовано с помощью технологии ADO (ActiveX Data Objects). Для осуществления этого взаимодействия может потребоваться установка дополнительных библиотек.

База имитационных моделей – содержит различные модели горения и распространения пожара, определения объема выбросов и распространения задымления, изменения уровня грунтовых вод и др. Внешнее хранение моделей позволяет модифицировать их без изменения программного кода, что делает систему гибкой. В разрабатываемой системе база состоит из моделей в формате SIMULINK и их описаний на языке, понятном клиентскому приложению. Описание модели содержит перечень ее входов и выходов. Для каждой входной и выходной величины указаны ее наименование, единица измерения, имя в системе SIMULINK.

Блок имитационного моделирования – обеспечивает собственно проведение имитационного моделирования с использованием пакета SIMU­LINK, входящего в состав системы компьютерной математики MATLAB.

Клиентское приложение – обеспечивает взаимодействие остальных компонентов. На основе описаний имитационных моделей приложение динамически формирует интерфейс пользователя для ввода исходных данных, выполняет необходимые запросы к базе данных, передает исходные данные блоку имитационного моделирования, получает от него результаты и в соответствии с характером действий, предписанным описанием модели, выдает результат пользователю или наносит его на электронную карту. Взаимодействие клиентского приложения с блоками имитационного моделирования и визуализации организовано на основе технологии OLE (Object Linking Embedding – внедрение и связывание объектов), предоставляющей возможность одной программе (клиенту) работать с объектом другой программы (сервером). Клиентское приложение создавалось в среде программирования Visual Basic.

Генератор описаний – формирует описание моделей на основе данных, вводимых пользователем.

Обобщенную схему функционирования разрабатываемой системы представим в следующем виде.

1.  В базу данных заносятся исходные данные из системы мониторинга.

2.  Пользователь выбирает имитационную модель: горения или распространения пожара, определения объема выбросов или распространения задымления и т.д.

3.  На основе описания выбранной модели динамически формируется интерфейс пользователя для ввода исходных данных модели.

4.  Пользователь вводит исходные данные.

5.  На основе описания выбранной модели формируются и выполняются запросы к базе данных для получения хранящихся там исходных данных.

6.  Исходные данные передаются блоку имитационного моделирования.

7.  Осуществляется имитационное моделирование по выбранной модели.

8.  В зависимости от характера действий, предписанного описанием выбранной модели, полученные результаты выдаются пользователю или наносятся на электронную карту. Возможно совмещение этих действий: выдача результатов и нанесение их на карту возможны как по окончании моделирования, так и в его ходе.

С помощью разрабатываемой информационной системы проводилось моделирование распространения торфяного пожара по упрощенным формулам. Исходными данными были скорость и направление ветра и точка возникновения пожара.

Скорость распространения пожара вычислялась по формуле Vп=((Vв–4)/26,4)2, где Vп – скорость распространения пожара, м/с; Vв – скорость ветра, м/с. Площадь пожара, как правило, приобретает угловую форму с расширением по направлению ветра. Зависимость угла развития пожарища a° от скорости ветра выражается формулой a=65–2,6 Vв. Формула справедлива при скорости ветра от 6 до 20 м/с.

После вычисления угла развития и скорости распространения пожара площадь пожара через определенный период после его возникновения вычислялась по формуле Fп=pVп2t2a/360, где Fп – площадь пожара, м2; t – время, прошедшее с момента возникновения пожара, с.

После вычисления перечисленных величин на карту наносились границы территории, охваченной пожаром через определенное время после его начала.

С помощью разрабатываемой информационной системы возможно получение и нанесение результатов на электронную карту.