Главная
АИ #30 (160)
Статьи журнала АИ #30 (160)
Математическое моделирование пожарной безопасности объектов с массовым пребывани...

Математическое моделирование пожарной безопасности объектов с массовым пребыванием людей при чрезвычайных ситуациях

Рубрика

Архитектура, строительство

Ключевые слова

математическая модель
чрезвычайная ситуация
метод анализа иерархий
критерии защищенности объектов
матрица защищенности объектов

Аннотация статьи

В данной работе представлена универсальная математическая модель защищенности объектов с массовым пребыванием людей, которая позволяет определить значимость критериев защищенности на основании выводов эксперта, которые обеспечат максимально возможную безопасность объекта от угроз техногенного, природного характера и террористических проявлений.

Текст статьи

Чрезвычайная ситуация – обстановка на определенной территории, субъекте хозяйствования или на водном объекте, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей.

Несмотря на научно-техническое развитие и принимаемые меры по обеспечению безопасности, уровень защиты жизни и здоровья людей, а также материальных ценностей от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера постоянно снижается. Изменение климата, создание объектов повышенной опасности (ядерное и химическое оружие, атомные электростанции, ракетно-космические комплексы, химические комплексы и др.) представляют угрозу самому существованию человека.

Изучаемая тема актуальна по причине необходимости принимать масштабные и последовательные меры для максимальной защиты населения и территорий от аварий и катастроф, снижения риска возникновения чрезвычайных ситуаций и минимизации их последствий [2].

Метод анализа иерархий (МАИ) состоит в декомпозиции проблемы на более простые составные части и дальнейшей обработке последовательности суждений эксперта по парным сравнениям. Метод анализа иерархий служит для обоснования принятия решений в условиях определенности и многокритериальности [4].

Метод базируется на следующих принципах: принцип декомпозиции, принцип сравнительных суждений, принцип синтеза приоритетов.

Принцип декомпозиции. Данный принцип предусматривает структурирование проблемы в виде иерархии, что является первым этапом применения МАИ. Иерархия считается полной, если каждый элемент заданного уровня связан со всеми элементами последующего уровня. Простейшая полная иерархия проблемы многокритериального выбора включает в себя три уровня: цель, критерии, альтернативы.

Принцип сравнительных суждений. Чтобы установить приоритеты критериев и получить оценки для альтернативных решений, в МАИ используется метод парных сравнений – строятся матрицы парных сравнений по формуле 1:

A=║aij║    (1)

где aij = wi/wj – «вес» i – го элемента иерархии.

Очевидно, что aii =1, aij =1/аji, то есть диагональные элементы матрицы равны 1, матрица является обратносимметричной.

По каждой матрице определяется вектор локальных приоритетов и вычисляется индекс согласованности мнений эксперта.

Принцип синтеза приоритетов. Итак, будем считать, что: построены матрицы парных сравнений: одна для второго уровня иерархии (для критериев), а на каждом последующем уровне – столько матриц парных сравнений, сколько элементов содержит предшествующий уровень иерархии (в каждой матрице – результаты сравнения по одному из критериев); вычислены векторы локальных приоритетов по каждой матрице.

Приоритеты синтезируются, начиная со второго уровня иерархии сверху вниз. Локальные приоритеты альтернатив умножаются на приоритеты соответствующих критериев предшествующего уровня и суммируются по каждому элементу в соответствии с критериями. Таким образом, итоговой оценкой альтернативы в методе парных сравнений является вес альтернативы, вычисляемый как свертка весовых коэффициентов критериев (локальных критериев) всех уровней иерархии [1].

Алгоритм МАИ включает в себя следующие этапы: формирование иерархии целей; определение приоритетов; расчет локальных векторов приоритетов; проверка экспертных оценок на непротиворечивость (вычисление индекса согласованности); расчет приоритетов целей и мероприятий для иерархии в целом на основе синтеза локальных приоритетов [3].

При построении матриц парных сравнений пользуются фундаментальной шкалой предпочтений (шкалой относительной важности).

Количество ответов экспертов для построения матрицы парных сравнений для n сравниваемых элементов равно n*(n-1)/2 или n2/2 – n/2. При заполнении матрицы парных сравнений достаточно определить элементы, расположенные над главной диагональю матрицы. Элементы под диагональю согласно свойству обратной симметричности матрицы вычисляются по формуле .

Таким образом, метод анализа иерархий позволяет с помощью несложного анализа решать важные проблемы, учитывая все имеющиеся критерии невзаимосвязанные между собой.

Учитывая данный факт, выберем критерии защищенности объектов с массовым пребыванием людей на основании выводов эксперта, которые обеспечат максимально возможную защищенность объекта от угроз техногенного, природного характера и террористических проявлений (табл. 1) и построим математическую модель защищенности объекта.

Чтобы установить приоритеты критериев и получить оценки для альтернативных решений построим матрицу парных сравнений А=||aij||. Элемент aij матрица парных сравнений является результатом измерения по фундаментальной шкале степени предпочтительности альтернативы Аi по отношению к альтернативе Аj.

После проведенного экспертного опроса построена матрица защищенности объектов с массовым пребыванием людей от чрезвычайных ситуаций (табл. 2).

Элементы под диагональю согласно свойству обратной симметричности матрицы вычисляются по формуле  результаты приведены в таблице 3.

Таблица 1

Критерии защищенности объектов с массовым пребыванием людей от чрезвычайных ситуаций

№ п/п

Наименование мероприятий повышения защищенности

 

Совершенствование системы информатизации и управления, МI

1

Подготовка локальной системы оповещения при ЧС, м1

2

Приобретение оборудования и средств связи, м2

3

Разработка и утверждение планов эвакуации при ЧС, м3

4

Создание локальной системы мониторинга за объектом, м4

Инженерно-технические, МII

5

Строительство защитных и инженерно-технических сооружений, м5

6

Обновление и модернизация систем аварийной защиты, м6

7

Организация и сооружение объездных путей и пожарных подъездов, м7

8

Подготовка резервных систем энергоснабжения, в т.ч. автономных, м8

9

Другие инженерно-технические мероприятия повышения защищенности объекта, м9

Финансовое и материально-техническое обеспечение защищенности, МIII

10

Создание финансовых и материально-технических резервов, м10

11

Создание топливно-энергетических запасов, продовольствия и других материально-технических средств, м11

12

Приобретение специального аварийно-спасательного, пожарно-технического и др. оборудования, снаряжения и др., м12

13

Приобретение техники, оборудования и имущества для обеспечения длительной автономной работы, м13

 

Наименование мероприятий повышения защищенности

Совершенствование системы подготовки в области повышения защищенности, МIV

14

Подготовка персонала в области защиты от ЧС, м14

15

Подготовка администрации объекта к действиям при угрозе ЧС и террористических актов, м15

16

Повышение готовности сил охраны, м16

17

Повышение готовности пожарно-спасательных формирований, м17

18

Создание невоенизированных формирований, м18

19

Проведение тренировок с персоналом по ликвидации ЧС и эвакуации, м19

Мероприятия по совершенствованию физической защищенности (охраны), МV

20

Совершенствование систем контроля и управления доступом на территорию объекта, м20

21

Совершенствование систем обнаружения проникновения нарушителей, м21

22

Совершенствование систем телевизионного наблюдения, технических средств предупреждения и воздействия, м22

Другие мероприятия по повышению защищенности МVI

23

Создание медицинско-фельдшерского пункта, м23

24

Выполнение планово-предупредительных ремонтов, м24

25

Обеспечение персонала средствами индивидуальной защиты, м25

Таблица 2

Матрица защищенности объектов с массовым пребыванием людей от ЧС на основании экспертного опроса

Критерии

MI

MII

MIII

MIV

MV

MVI

MI

1

3

1

1/2

5

3

MII

-

1

1/3

1/3

3

1

MIII

-

-

1

1

7

3

MIV

-

-

-

1

5

3

MV

-

-

-

-

1

1/3

MVI

-

-

-

-

-

1

Таблица 3

Матрица защищенности объектов с массовым пребыванием людей от ЧС

Критерии

MI

MII

MIII

MIV

MV

MVI

MI

1

3

1

1/2

5

3

MII

1/3

1

1/3

1/3

3

1

MIII

1

3

1

1

7

3

MIV

2

3

1

1

5

3

MV

1/5

1/3

1/7

1/5

1

1/3

MVI

1/3

1

1/3

1/3

3

1

Далее для каждого критерия строим матрицу парных сравнений всех альтернатив (MI-MVI), выполним расчет локальных векторов приоритетов для данных матриц и осуществим проверку ограниченности оценки приоритетов для модели защищенности объектов (табл. 4).

Таблица 4

Оценка важности критериев модели защищенности объектов с массовым пребыванием людей от ЧС

 

МI

МII

МIII

МIV

МV

МVI

Произведение, П

6 – √П

Локальный вектор приоритетов, вес группы

ОС

МI

1

3

1

1/2

5

3

22,50

1,6802

0,2249

0,0178

МII

1/3

1

1/3

1/3

3

1

0,11

0,6934

0,0928

МIII

1

3

1

1

7

3

63,0

1,9948

0,2670

МIV

2

3

1

1

5

3

90,0

2,1169

0,2833

 

МV

1/5

1/3

1/7

1/5

1

1/3

0,0006

0,2932

0,0392

МVI

1/3

1

1/3

1/3

3

1

0,11

0,6934

0,0928

Сумма

4,866

11,333

3,809

3,366

24,000

11,333

 

7,4718

 

В результате проведенных расчетов, мы определили, что важным и основным критерием при построении данной модели защищенности объектов с массовым пребывание людей от ЧС является совершенствование системы подготовки в области повышения защищенности МIV. Также в рамках каждого критерия можно выделить наиболее важные мероприятия, которые требуют наибольшего внимания и вложения финансовых средств.

Так для критерия совершенствование системы информатизации и управления MI важную роль играет мероприятие подготовка локальной системы оповещения при ЧС (м1) и так далее.

Таким образом, мы получили универсальную модель защищенности объектов с массовым пребыванием людей от ЧС, которая зависит от определенного объекта и профессиональной оценки эксперта на данном объекте.

В результате проведенных расчетов, мы определили, что важным и основным критерием при построении данной модели защищенности является совершенствование системы подготовки в области повышения защищенности МIV. Также в рамках каждого критерия можно выделить наиболее важные мероприятия, которые требуют наибольшего внимания и вложения финансовых средств.

Список литературы

  1. Брушлинский Н.Н. Математические методы и модели управления в государственной противопожарной службе: учебное пособие / Н.Н. Брушлинский, С.В. Соколов. – М.: Академия МЧС России, 2011. – 173 с.
  2. Моделирование процессов управления и принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций [Электронный ресурс] / И. У. Ямалов. – 3-е изд. (эл.). – Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 291 с.). – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – Систем.
  3. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. Перевод с английского Р.Г. Вачнадзе/ Т.Саати – М, 1993. – 278 с.
  4. Шаптала В.Г. Основы моделирования чрезвычайных ситуаций: учебное пособие / В.Г. Шаптала, В.Ю. Радоуцкий, В.В. Шаптала – Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. – 166 с.

Поделиться

823

Базунов С. С., Курин С. О. Математическое моделирование пожарной безопасности объектов с массовым пребыванием людей при чрезвычайных ситуациях // Актуальные исследования. 2023. №30 (160). С. 20-24. URL: https://apni.ru/article/6800-matematicheskoe-modelirovanie-pozharnoj-bezop

Обнаружили грубую ошибку (плагиат, фальсифицированные данные или иные нарушения научно-издательской этики)? Напишите письмо в редакцию журнала: info@apni.ru

Похожие статьи

Актуальные исследования

#47 (229)

Прием материалов

16 ноября - 22 ноября

осталось 2 дня

Размещение PDF-версии журнала

27 ноября

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

10 декабря