Магистерский диплом на тему Математическая модель прогнозирования ущерба от пожаров на территории муниципальных образований.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. ПРОБЛЕМАТИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УЩЕРБА ОТ ПОЖАРОВ 8
1.1 Актуальность прогнозирования ущерба от пожаров 8
1.2 Пожарная опасность регионов РФ. Пожарная опасность Нижнего Новгорода 10
ГЛАВА 2 СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПОДХОДЫ К ПРОГНОЗИРОВАНИЮ 13
2.1 Существующие типы моделей 13
2.2 Основные характеристики моделей 21
2.3 Выбор математической модели 55
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УЩЕРБА ОТ ПОЖАРОВ НА ТЕРРИТОРИИ НИЖНЕГО НОВГОРОДА 61
3.1 Разработка математической модели для прогнозирования ущерба от пожаров 61
3.2 Выбор среды моделирования 61
3.3 Анализ полученных результатов 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 86
ПРИЛОЖЕНИЕ А. КАРТА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ РЕГИОНОВ РФ 89
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ЗАВИСИМОСТЬ УЩЕРБА ОТ ВРЕМЕНИ ПОЖАРА 90
ПРИЛОЖЕНИЕ В. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГНОЗА УЩЕРБА ОТ ПОЖАРА 91
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ПРОГНОЗНАЯ МОДЕЛЬ ЗАВИСИМОСТИ УЩЕРБА ОТ ПОЖАРА ОТ ВРЕМЕНИ ПОЖАРА 92

Введение:

Актуальность темы. Пожары наносят огромный материальный ущерб и в ряде случаев сопровождаются гибелью людей. Поэтому защита от пожаров является важнейшей обязанностью каждого члена общества и проводится в общегосударственном масштабе.
Противопожарная защита имеет своей целью изыскание эффективных, экономически целесообразных и технически обоснованных способов и средств предупреждения пожаров и их ликвидации с минимальным ущербом при наиболее рациональном использовании сил и технических средств тушения, в частности прогнозирования последствий для определения наиболее уязвимых участков на объектах.
Опасными факторами, которые влияют на людей и материальные ценности, являются: пламя и искры; повышенная температура окружающей среды; токсические продукты горения и термического разложения; дым; снижение концентрации кислорода.
К вторичным проявлениям опасных факторов пожара, которые влияют на людей и материальные ценности, относятся: осколки, части разрушенных аппаратов, агрегатов, установок, конструкций; радиоактивные и токсичные вещества и материалы из разрушенных аппаратов и установок; электрический ток, возникший в результате вынесения высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов.
При строительстве и реконструкции муниципальных сооружений используют строительные материалы, в частности теплоизоляционные, относящиеся к горючим (многослойный пластик, пенополистирол, пенопласт). В частности, может представлять серьезную пожарную опасность использования таких материалов для утепления домов, к тому же такиее, которые выполнены с нарушением существующих технологий. Поэтому для прогнозирования последствий пожара следует учитывать и строительные материалы
В результате проведенных расчетов определяют источник вспышки, геометрические размеры зон пожара.
Учитывая то, что пожары могут наносить большие убытки, правильное прогнозирование ущерба является действительно актуальным направлением исследований.
Целью написания работы является разработка математической модели прогнозирования ущерба от пожаров на территории муниципальных образований.
При написании работы были поставлены следующие задачи:
1. Выполнить обзор литературы по теме исследования. Рассмотреть проблематику прогнозирования ущерба от пожаров;
2. Изучить существующие подходы к прогнозированию ущербов;
3. Выполнить разработку математической модели прогнозирования ущерба от пожаров на территории Нижнего Новгорода.
Дипломная работа состоит из введения, 3 глав, заключения и списка использованной литературы.

Заключение:

Таким образом, в результате выполнения работы установлено, что пожары влекут значительные человеческие и материальные потери, отрицательно влияют на все стороны общественной жизни. В настоящее время проблема обеспечения пожарной безопасности приобретает особую актуальность.
Согласно статистическим данным, среднее число погибших во время пожаров в Российской Федерации примерно на порядок выше, чем в развитых западноевропейских странах и США.
Кроме того, количество пожаров снижается, а материальный ущерб от них растет.
В результате выполнения работы рассмотрены подходы в формированию модели прогнозирования ущерба от пожара на территории муниципальных образований. Показано, что для прогнозирования могут использоваться мультиагентные технологии, проводиться статистический анализ с помощью различных сред имитационного моделирования.
Также в работе описана математическая модель для прогнозирования ущерба от пожаров в виде многомерной регрессионной зависимости, которая позволяет учитывать особенности каждого конкретного муниципального образования. Пути усовершенствования модели – использование агентов или нейронных сетей.
В результате написания работы выполнены следующие задачи:
1. Выполнен обзор литературы по теме исследования. Рассмотрено проблематику прогнозирования ущерба от пожаров;
2. Изучены существующие подходы к прогнозированию ущербов;
3. Выполнено разработку математической модели прогнозирования ущерба от пожаров на территории Нижнего Новгорода.

Фрагмент текста работы:

ПРОБЛЕМАТИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УЩЕРБА ОТ ПОЖАРОВ
1.1 Актуальность прогнозирования ущерба от пожаров

Статистические данные за последние годы свидетельствуют об увеличении числа пожаров, которые в свою очередь приводят к пагубным последствиям, а иногда даже к невосполнимым потерям [1].
Ежегодно на планете возникает огромное количество пожаров
Предупреждение и тушения пожаров является одной из наиболее актуальных и наиболее значимых задач в России. Пожары могут охватывать значительные площади, нанося при этом материальный ущерб за период горения и тления.
Для определения сценариев реагирования нужен прогноз динамифи пожара. Такой прогноз можно дать с помощью методов математического моделирования.
На нынешнем этапе развития пожарной науки существует много работ, в которых с помощью математических моделей рассматривают различные аспекты пожаров и описывают характерные для них параметры, процессы распространения, а также модели тушения таких пожаров.
Несмотря на огромный объем накопленной информации о пожарах и и плодотворные усилия, направленные на экспериментальное и теоретическое изучение процессов их возникновения и протекания, в настоящее время не существует достаточно простой, адекватной и практически применимой модели распространения пожара и прогнозирования убытков [2].
Поэтому тема исследования пожаров не исчерпана и на сегодняшний момент является актуальной.
Как известно, пожарная опасность регионов Российской Федерации определяется пожарной опасностью составляющих их муниципальных образований. Поэтому предлагаемые решения в области пожарной безопасности должны быть ориентированы в первую очередь на повышение эффективности деятельности органов местного самоуправления (ОМС) по реализации первичных мер пожарной безопасности [3].
Сегодня становится все более очевидным, что обеспечение пожарной безопасности является комплексной проблемой, требующей нестандартных, инновационных подходов к своему решению, адекватных современным экономическим, технологическим, информационным реалиям. В настоящее время является общепризнанным, что повышение безопасности обеспечивается за счет снижения рисков.
Известен подход к управлению пожарной безопасностью на основе анализа пожарных рисков. Однако оценка пожарной безопасности на основе анализа рисков ориентирована на простые объекты, для которых можно выделить и оценить все основные риски [3].
В [4] указано, что современный подход предполагает не преодоление последствий пожаров, а принятие мер по их недопущению. Реализация превентивных мер невозможна без прогнозирования количества возможных пожаров и определения ущерба от них.
На сегодняшний день достоверное прогнозирование в России затруднено в связи с отсутствием единой государственной системы мониторинга, а также надежного информационно методического обеспечения наблюдений.
Нерешенной проблемой является также разработка эффективного метода оценки ущерба от пожаров и формирование комплекса методологических и практических подходов к их уменьшению.
Прогнозирование ущерба от пожаров обычно имеет целью установление возможного факта их появления и ожидаемых последствий.
Таким образом, прогнозирование ущерба от пожаров является актуальным направлением исследований.

1.2 Пожарная опасность регионов РФ. Пожарная опасность Нижнего Новгорода

Сперва дадим краткую климатическую характеристику Нижнего Новгорода. Среднегодовая относительная влажность воздуха составляет 76%, наименьшая влажность наблюдается в мае, наибольшая – в ноябре – декабре. Средняя годовая температура воздуха составляет 4,5°. Самый теплый месяц в году – июль со средней температурой – 19,1º, самый холодный – январь (-10,2º).
Абсолютный минимум температуры воздуха составляет – минус 41,5°, а абсолютный максимум 39,9°. Годовая амплитуда температур достигает 65-70°. Теплый период, т.е. период с положительной средней суточной температурой, длится 220 дней.
Продолжительность холодного периода составляет 90 – 120 дней. составляет 28 дней. Продолжительность грозочасов в году составляет 52,3 часа. Ветровой режим Нижнего Новгорода характеризуется преобладанием южных и юго-западных ветров.
Скорость ветра на территории города изменяется в пределах 1,5 – 6,5 м/сек., при этом зимой и в переходные сезоны скорость ветра большей частью составляет 1,5- 6,5 м/сек., летом – 2,0 — 6,0 м/сек.
По давлению ветра описываемая местность находится в I районе и в 5 районе по средней скорости ветра за зимний период. Число дней со снежным покровом в среднем за зиму составляет 154, из них 144 дня приходится на устойчивое залегание. Высота снега к концу зимы (вторая декада марта) достигает 50 см. По весу снегового покрова (1,8 кПа) район проектирования относится к IV району, по толщине стенки гололёда — к I району.
Карта пожарной опасности регионов РФ представлена на рисунке 1.