Программные продукты и системы

В работе рассматриваются вопросы формирования архитектуры региональной информационной системы оценки и управления пожарной безопасностью на торфяных массивах. В основе управления пожарной безопасностью природной среды  лежит  ситуационный подход. Данная система предназначена для моделирования возможных состояний природной среды под влиянием внешних воздействий, определения возможных последствий и в выработке решений по их предупреждению. Это определяет принципы ее построения на основе интеграции базы данных с описанием данных геологического характера и текущих наблюдений, системы мониторинга гидрологического режима и метеорологических условий, системы моделирования физических процессов, а также географических информационных систем (ГИС-технологий) для графического представления составных частей объекта и результатов моделирования, выполнения пространственно-зависимых расчетов. В систему моделирования физических процессов входит моделирование изменения влажности поверхностного слоя, процессов  самовозгорания торфа, динамики распространения пожара, скорости, интенсивности и направления задымления.

Для определения возможных пожароопасных ситуаций предлагается методика прогнозирования пространственного изменения параметров физической системы на основе адаптивных моделей с распределенными параметрами. В основе этих моделей лежат дифференциальные уравнения в частных производных с неизвестными параметрами. Например, явления тепломассопереноса во влажном капиллярно-пористом теле при наличии фазовых превращений и градиента общего давления внутри материала описываются [1] системой уравнений:

¶T/¶t = K11Ñ2T + K12Ñ2u + K13Ñ2p;

¶T/¶t = K211Ñ2T + K22Ñ2u + K23Ñ2p;

¶T/¶t = K31Ñ2T + K32Ñ2u + K33Ñ2p,

где T, u, p – локальные значения потенциалов переноса температуры, концентрации влаги и давления в момент времени t; Ñ2 = ¶2/¶x2 + ¶2/¶y2 + ¶2/¶z2 – дифференциальный оператор Лапласа; x, y, z – декартовы координаты; Kij – коэффициенты переноса.

Аналитическое решение уравнений данного типа является достаточно сложным, что затрудняет их практическое применение. Кроме того, коэффициенты модели Kij являются функциями координат и из-за неоднородности среды нахождение численного значения данных коэффициентов является отдельной труднорешаемой задачей.

В силу изложенных причин предлагается использовать для целей прогнозирования влагосодержания торфяной массы динамические модели с распределенными параметрами [2]. Это позволяет перейти от непрерывной задачи к ее дискретному виду и в полной мере использовать для получения функциональной зависимости, описывающей процесс изменения влагосодержания, информацию, накапливаемую в рамках системы мониторинга, где контроль влагосодержания осуществляется во многих точках пространства с помощью датчиков, рассредоточенных на территории месторождения. Поскольку поле концентрации влаги в торфяной массе меняется во времени и текущее состояние системы определяется факторами ее предыдущего состояния, возникает необходимость учитывать предысторию процесса. Использование динамических моделей с распределенными параметрами позволяет осуществить привязку прогнозируемой величины как в пространстве координат, так и в пространстве состояний системы.

Полученные путем моделирования прогнозные данные об изменении физических параметров природного объекта являются основой для распознавания пожароопасных ситуаций.

Процесс принятия решений основывается на анализе исходных ситуаций, которые определяются  результатом  моделирования. Построение исходной ситуации представляет собой последовательность достаточных ситуаций, определяющих конкретный вариант расчета, и доопределение их на основе экспертных знаний. Эффективным инструментом анализа возможных ситуаций являются ГИС. Быстрое развитие технологий ГИС в направлении расширения функциональности, удобства пользовательского интерфейса и эффективности обработки данных обеспечило лидирующие позиции ГИС-технологий в сфере информационных систем экологического мониторинга.

Архитектура информационной системы оценки пожароопасности на базе ГИС-технологий представлена на рисунке.

Система предоставляет пользователям доступ к специализированному web-сайту Internet через стандартный HTML-браузер. Здесь предопределен перенос основной нагрузки на серверную часть СППР. Система позволяет произвести выборку данных и расчет физических характеристик природного объекта, отобразить результаты в отчетах электронных таблиц и на электронной карте. Для удобства работы пользователей системы разработана интуитивно понятная форма интерфейса и реализована возможность обращения к любому хранилищу данных по технологии клиент-сервер.

Список литературы

1. Гамаюнов Н.И., Испирян Р.А., Клингер А.В. Построение и идентификация математических моделей тепло- и массопереноса в капиллярно-пористых телах // ИФЖ. - 1986. - Т.50. - №2.- С299.

2  Ветров А.Н., Прохныч А.Н. Использование распределенной адаптивной математической модели для прогнозирования состояния окружающей среды // Проектирование технических и медико-биологических систем // Сб. науч. тр. - Тверь: ТГТУ, 2000. - С.60-65.