Автореферат диссертации на соискание ученой степени

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание В главе рассмотрены примеры применения методов анализа опасности и оценки риска опасных производственных объектов. Пятая глава В приложении

Подобный материал:

• Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 378.33kb.
• Автореферат диссертации на соискание учёной степени, 846.35kb.
• Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 267.76kb.
• Акинфиев Сергей Николаевич автореферат диссертации, 1335.17kb.
• L. в экосистемах баренцева моря >03. 02. 04 зоология 03. 02. 08 экология Автореферат, 302.63kb.
• Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 645.65kb.
• Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 678.39kb.
• Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 331.91kb.
• Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 298.92kb.
• Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 500.38kb.

В главе рассмотрены примеры применения методов анализа опасности и оценки риска опасных производственных объектов.

В четвертой главе рассмотрена методология создания, эксплуатации и восстановления работоспособности ИСМБЗиС ОПОиГТС.

В главе проанализированы нормативные и методические документы, регламентирующие порядок разработки и эксплуатации ИСМБЗиС ОПОиГТС. Определено, что необходимо дальнейшее совершенствование законодательной базы в области средств и систем мониторинга безопасности.

Установлено, что существующие на сегодняшний день средства КИА за контролем безопасности ЗиС ОПОиГТС не соответствуют требованиям Законов РФ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» №116-ФЗ и «О безопасности гидротехнических сооружений» №117-ФЗ в части мониторинга безопасности, а получаемые с их помощью данные не могут использоваться для оценки безопасности сооружений. Поэтому необходимо разработать региональные ИСМБЗиС ОПОиГТС, и интегрировать их в единую систему, входящую в состав РСЧС.

Необходимо отметить, что обоснованная оценка остаточного ресурса здания или сооружения после аварии возможна только на основе анализа значений нагрузок, действовавших на сооружение, и вызванных ими изменений в напряженно-деформированном состоянии несущих и ограждающих конструкций, а также в их пространственном положении. Очевидно, что наиболее ценной является информация о реакции сооружения именно в момент аварии. Однако, как правило, в момент возникновения аварии система мониторинга утрачивает свою работоспособность. Определяющим параметром при оценке остаточного эксплуатационного ресурса сооружения является максимальные и минимальные значения напряженно-деформированного состояния конструкций за время действия динамической нагрузки во время аварии, которые как раз остаются незарегистрированными.

В целях устранения указанного недостатка систем мониторинга за состо-янием сооружений автором предложено в качестве первичных преобразователей использовать датчики с механическим запоминанием максимальных (Р_max) и минимальных (Р_min) значений измеряемого параметра напряженно-деформи-рованного состояния несущих конструкций зданий и сооружений. Другими словами гарантированно получать значения Р_max и Р_min независимо от состояния источников питания систем мониторинга в момент аварии.

Пусть измеряемый (контролируемый) параметр напряженно-деформиро-ванного состояния несущих конструкций зданий и сооружений (Р) имеет некоторые максимально и минимально допустимые (предельные) значения соответственно Р⁺_пред. и Р^-_пред. (см. рис. 3, а), а за все время эксплуатации здания в штатном режиме максимальные и минимальные значения измеряемого параметра достигали соответственно значений Р¹_max до Р¹_min.

Тогда в штатном режиме эксплуатации здания или сооружения (на интервале времени t < t₁) должны выполняться условия:

Р⁺_пред. > Р > Р^-_пред;_.

Р⁺_пред. > Р¹_max;

Р^-_пред. > Р¹ _min.

Пусть при возникновении аварии (момент t₁) на сооружение начинает действовать динамическая нагрузка, вызывающая изменение измеряемого параметра на интервале времени t₁ - t₂ в диапазоне значений от Р²_max до Р²_miт.

В момент времени t > t₁ все элементы системы мониторинга, кроме датчиков, утрачивают свою работоспособность.

Далее на интервале времени t > t₂ действие динамической нагрузки прекращается, хотя некоторое изменение в напряженно-деформированном состоянии и пространственном положении конструкций сооружения могут продолжаться.




Рис. 3. Иллюстрация работы датчика с механическим запоминанием максимальных (Р_max) и минимальных (Р_min) значений контролируемого параметра напряженно-деформированного состояния несущих конструкций ЗиС ОПОиГТС.


Пусть к моменту времени t₃ в результате проведения ремонтных работ работоспособность системы мониторинга восстановлена. При использовании традиционных датчиков система мониторинга после восстановления ее работоспособности может показать, что значение контролируемого параметра Р лежит в пределах Р⁺_пред. > Р > Р^-_пред (см. рис. 3, б) и конструкция находится в работоспособном состоянии. Однако на интервале времени t₁ - t₃ информация отсутствует, в то время как реально под действием динамической нагрузки во время аварии значения контролируемого параметра Р превысили значения Р⁺_пред. и Р^-_пред и достигали значений Р²_max и Р²_min.

Следовательно, для получения достоверных значений измеряемого параметра напряженно-деформированного состояния несущих конструкций зданий и сооружений при аварийных ситуациях, в качестве первичных преобразователей необходимо использовать датчики с механическим запоминанием максимальных (Р_max) и минимальных (Р_min) значений измеряемого параметра в момент аварии, с обеспечением возможности регистрации текущего значения измеряемого параметра после восстановления работоспособности системы мониторинга (см. рис. 3, г).

Для снижения эффекта влияния изменения характеристик информационной сети необходимо возбуждать колебания струны последовательностью импульсов возбуждения при условии, что период их следования Т^о не превышает времени Т^* затухания амплитуды колебания струны до значения y_min..

Выражение для амплитуды колебаний струны, возбужденных бесконечной серией импульсов силы, следующих с периодом Т^о Т^* в момент времени t_s = t_o – S  Т^*, где S – номер импульса, имеет вид:

, (16)

где  - линейная плотность материала струны;

C – скорость распространения поперечной волны по струне;

F – амплитуда импульса силы возбуждения;

n - номер гармоники;

_{n -} круговая частота n-ой гармоники;

К_в - коэффициент, учитывающий форму импульса;

_n - коэффициент затухания;

τ – длительность импульса возбуждения;

t_o - момент генерации последнего импульса возбуждения;

Θ – сдвиг фазы колебания струны относительно импульса возбуждения,

R_p – резонансный множитель.

Анализ выражения (16) позволяет сделать следующие выводы:

1. Максимальное значение амплитуды колебания струны достигается при синхронизированном (Θ = 0) возбуждении колебаний, т.е. при соблюдении условия Т^о = m Т₁ , где m – целое число периодов Т₁ колебаний струны.

2. Для поддержания на постоянном уровне максимального значения амплитуды колебаний струны, которое достигается в момент времени:

,

значение амплитуды F силы импульса запроса должно быть обратно пропорционально значению R_p .

В главе рассмотрен разработанный автором прибор УДК-01 (см. рис. 4), основные технические решения которого защищены авторскими свидетельствами на изобретения, который позволяет «реанимировать» струнные датчики с нестабильными показаниями в существующих системах мониторинга.




Рис. 4. Общий вид устройства диагностики и контроля УДК-01.


Пятая глава диссертации посвящена разработке ИСМБЗиС ОПОиГТС, кроме того, рассмотрены методы, способы и средства применения геоинформационных систем (ГИС) для мониторинга безопасности ЗиС ОПОиГТС.

Предложена методика применения геоинформационных технологий для мониторинга безопасности ЗиС ОПОиГТС на основе применения теории нечетких множеств. Рассмотрен пример создания геоинформационного обеспечения системы учета и кон­троля наиболее опасных объектов Ленинградской области, так как многие сооружения и системы экологической и технической защиты наиболее опасных производственных объектов и гидротехнических сооружений Ленинградской области ну­ждаются в ремонте и существенной модернизации. В связи с дефицитом ресурсов, в соответствии с методикой предложено выбирать для реконструкции именно объекты, вложение средств в реконструкцию которых даст наибольший социально-эколого-экономический эффект. При такой оценке принимаются во внимание следующие факторы (критерии): экологические, экономические, технологические и социальные.

Проведена оценка результатов применения методики на примере парного сравнения относи­тельной важности критериев для двух задач с приоритетами экологии и экономики для водопропускных сооружений Комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений (между г. Кронштадтом и г. Ломоносовым Ленинградской области).

В главе разработаны основные требования к создаваемой ИСМБЗиС ОПОиГТС, которые соответствуют требованиям ГОСТ 22.1.12-2005, предъявляемым к структурированным системам мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений, это требования: к структуре и функционированию, к надежности, к безопасности, к защите информации, к защите от влияния внешних воздействий, к стандартизации и унификации, к совместимости, к нормативному обеспечению, к метрологическому обеспечению и эргономические требования.

В состав программного обеспечения должна входить и ГИС, предназначенные для сбора, хранения, обработки и графической визуализации географических данных. ГИС включает в себя возможность управления базами данных, инструментов растровой и векторной графики и аналитических средств.

На рис. 5 представлен примерный состав программно-технического комплекса ИСМБЗиС ОПОиГТС. Дополнительно в состав комплекса системы включены автоматизированные рабочие места (АРМ), предназначенные для актуализации картографической информации посредством редактирования геоданных и обработки данных дистанционного зондирования снимков со спутников и аэрофотосъемки. Комплекс поддерживает возможность работы с единой базой геоданных при помощи картографического сервера. Кроме того, имеется доступ к базе знаний ИСМБЗиС ОПОиГТС, содержащей знания в предметной области мониторинга безопасности ЗиС ОПОиГТС.

На рис. 6 представлена структурная схема ИСМБЗиС ОПОиГТС Ленинградской области. На рис. 7 представлена структура ЦМП ГУ МЧС России по Ленинградской области для случая решения задач мониторинга безопасности ЗиС ОПОиГТС. Разработаны предложения по совершенствованию функционирования ЦМП ГУ МЧС по Ленинградской области.

Технический дисплей

(мультимедийный экран)


АРМ руководителя комплекса





АРМ оператора комплекса


Информационно-технические системы


АРМ актуализации картографической информации посредством редактирования геоданных

Картографический сервер

СУБД



Сервер

приложений

Резидентный сервер комплекса










АРМ обработки данных дистанционного зондирования снимков со спутников и аэрофотосъемки


Информационно-программные системы


Оценка последствий и анализ

Математическое моделирование

Планирование


Документооборот

Информационно-справочный модуль


База знаний

Рис. 5. Состав программно-технического комплекса ИСМБЗиС ОПОиГТС.


Для повышения эффективности решения функциональных задач в ЦМП ГУ МЧС России по Ленинградской области предлагается использовать разработанную в работе информационную систему поддержки принятия управленческих решений начальником Управления гражданской защиты ГУ МЧС Ленинградской области.

В шестой главе рассмотрена база знаний для ИСМБЗиС ОПОиГТС.

Определено, что процесс создания БЗ для ИСМБЗиС ОПОиГТС разделен на два основных этапа: подготовительный этап и этап собственно создания БЗ. Содержанием подготовительного этапа являются следующие основные процедуры: формулирование проблемы; формирование группы разработчиков; выбор инструментальных средств; оценка требуемых ресурсов; планирование осуществления разработки БЗ. Содержанием этапа разработки БЗ являются следующие основные процедуры: выявление знаний; извлечение знаний и их структурирование; представление знаний; реализация БЗ; верификация БЗ. Таким образом, в результате проведенной декомпозиции формируется общая структура процесса создания БЗ с характерными для нее элементами и связями между ними.



Опасные производственные объекты и гидротехнические сооружения


автономные датчики


автоматические датчики и КИА


датчики и КИА

Информационные системы безопасности объектов

оперативный дежурный



космический мониторинг

воздушное наблюдение

Информационная среда передачи мониторинговой информации об опасности ЗиС ОПОиГТС

каналы операторов сотовой связи

каналы ведомственной связи


каналы МАТС (ГАТС)


Единая дежурно-диспетчерская служба МЧС России

Автоматизированная система контроля радиационной обстановки

Ведомственные информационные системы мониторинга безопасности ОПОиГТС






КЧС районов ЛО


СЗРЦ МЧС России

территориальные отделы ГУ в районах

КЧС ЛО

ГУ МЧС России по ЛО

ведомственные КЧС

Правительство РФ

Губернатор ЛО



Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера «Антистихия» МЧС России

Полномочный представитель Президента РФ в СЗФО



Президент РФ



МЧС России



Рис. 6. Структурная схема ИСМБЗиС ОПОиГТС Ленинградской области.





Рис. 7. Структура ЦМП ГУ МЧС России по Ленинградской области (для случая решения задач мониторинга безопасности ЗиС ОПОиГТС).


Выявление знаний для выделенного фрагмента (объекта, процесса) предметной области ИСМБЗиС ОПОиГТС заключается в определении и выборе соответствующих источников знаний. Для этого разработан обобщенный метод ключевых концептов (слов и образов), который предназначен для выявления неодушевленных источников знаний - книг (учебников, справочников и т.п.), отчетов, руководящих документов, инструкций, планов, карт, а также различных магнитных носителей информации (видео- и аудиокассет, дискет, компакт-дисков и т.п.), имеющих отношение к выделенному фрагменту предметной области ИСМБЗиС ОПОиГТС.

Знания предметной области ИСМБЗиС ОПОиГТС описываются с помощью соответствующих понятий и отношений между ними. В инженерии знаний такому описанию сопоставляется, как правило, одно из самых универсальных представлений знаний - представление в виде семантической сети. В работе предложено использовать конструктивный формализм, основанный на семантических графах с оболочками:

GRO = V, S, Q, (17)

где V = V_i^I_i=1 - множество вершин графа GRO;

S = S_j^J_j=1 - множество дуг (связей) графа GRO;

Q = Q_k^k_k=1 - множество оболочек графа GRO.

Вершиной V_i  V называется конструктивный элемент графа GRO, соответствующий понятиям предметной области, описываемой этим GRO. Каждая вершина V_i может иметь соответствующий тип:

V =V_i = V^k V^l V^p V^z^I_i=1, (18)

где V^k - корневая вершина; V^l - лист-вершина; V^p - промежуточная вершина; V^z - изолированная вершина.

Построенное таким образом множество вершины V и представленное в виде таблицы, позволяет осуществлять описание понятий предметной области. Введенное с помощью таблицы множество дуг S обеспечивает возможность описания любого отношения между понятиями предметной области. Оболочка Q_k  Q - это конструктивный элемент графа GRO, соответствующий сложным понятиям, описываемым через другие понятия и отношения между ними.

Средствами манипулирования знаниями является совокупность операций на семантических графах с оболочками, поскольку они являются основным формализмом представления знаний в БЗ для ИСМБЗиС ОПОиГТС. Следуя табличному представлению конструктивных элементов семантического графа с оболочками, совокупность указанных операций будут составлять операции на таблицах вершин, дуг и оболочек.

Эта информация представляет собой огромный объем сведений различного характера, отражающих все основные параметры и характеристики деятельности и состояния узлов. Чтобы пользоваться подобной информацией необходимо создание прототипа фрагмента базы знаний для ИСМБЗиС ОПОиГТС, реализованной на средствах новых информационных технологий, ориентированной на непрограммирующего пользователя. Структура подобного фрагмента для ОПО представлена на рис. 8.




Рис. 8. Структура фрагмента БЗ для ИСМБЗиС ОПО.


На основе системного анализа выявленных источников знаний всю информацию можно структурировать по трем уровням иерархии. К первому уровню относится информация о принадлежности узлов ИСМБЗиС ОПО к соответствующему кластеру. Ко второму уровню относится содержательная информация об узле, т.е. о ИСМБЗиС конкретного ОПО или ГТС. К третьему уровню относится информация о состоянии узла (т.е. объекта или сооружения), об изменениях и дополнениях, произошедших за определенный период и т.д. В соответствии с такой системой классификации все знания третьего уровня сводятся в таблицы определенного вида, которые в иерархии образуют уже знания

второго уровня. Знания второго уровня в совокупности образуют знания первого уровня. Таким образом, формально фрагмент БЗ для ИСМБЗиС ОПОиГТС представляется в виде реляционно-иерархической модели, которая обеспечивает выполнение требований по информационной совместимости различных уровней, а также эффективное представление с помощью семантических графов с оболочками (см. рис. 9).





Рис. 9. Иерархия знаний о состоянии узлов ИСМБЗиС ОПОиГТС.

Программная реализация прототипа фрагмента БЗ осуществляется в среде программирования С++. Для сокращения объема информации, хранимой в файлах БЗ, создана специальная система словарей и справочников, позволяющая через механизм перекрестных ссылок исключить необходимость дублирования информации, а также организовать контроль за вводимой информацией. Взаимодействие пользователя с программным комплексом осуществляется в диалоговом режиме на ограниченном профессиональном естественном языке на основе системы регламентированного диалога, основанного на использовании иерархических «меню» - модификации структуры диалога типа «вопрос-ответ», когда справочная информация автоматически отображается на экране монитора до запроса возможных вариантов ответа.

Таким образом, разработанные в главе методы реально обеспечивают создание БЗ для предметной области ИСМБЗиС ОПОиГТС.

В заключении приводятся основные выводы и результаты диссертационной работы.

В приложении приведены фотоснимки, аэрофотоснимки и снимки с космоса некоторых ОПОиГТС.