Моделирование условий и процесса функционирования противопожарной службы

оперативной обстановке.
Моделирование потока вызовов пожарных подразделений.
Математическое описание временных характеристик процесса функционирования противопожарной службы.
Моделирование возникновения одновременных вызовов.
Оргпроектирование систем противопожарной защиты.
Определение необходимого числа оперативных отделений различных типов для города
Определение необходимого числа пожарных депо для города
Компьютерные технологии проектирования

Основные вопросы лекции:

года на базе 11 полицейских частей в Санкт-Петербурге
и 31 мая 1804 года на базе 20 полицейских частей в Москве
Указами предписывалось:
1. Всех обывателей от содержания пожарных служителей освободить, и как ночных стражей, так и пожарных служителей ни от кого не требовать и никого не наряжать.
2. Для отправления ночной стражи и содержания пожарных служителей составить особенную из отставных солдат, к фрунтовой службе не способных, команду, на содержание коей, по сделанным в Комитете штатам и положению, производить ежегодно по 129 293 рублей для Санкт-Петербурга и 169084 рублей для Москвы

обслуживания) любая система обслуживания населения характеризуется (оценивается) временем и качеством обслуживания. Время обслуживания складывается из времени подготовки системы к обслуживанию и времени непосредственного обслуживания.
Для систем экстренного обслуживания особую роль играет время подготовки к обслуживанию (время диспетчеризации, сбора и выезда, следования, боевого развертывания), т.к. именно от него во многом зависит время непосредственного обслуживания и его качество.
Отсюда вытекает и основной принцип проектирования.
Системы экстренного обслуживания населения в городе должны быть организованы таким образом, чтобы в любой момент времени на любую возникшую в городе деструктивную ситуацию, требующую участия этих служб, они могли немедленно отреагировать набором сил и средств, соответствующих характеру данной ситуации.
При этом должны выполняться два основных ограничения:
прибытие сил и средств к месту вызова должно быть своевременным (т. е. укладываться в допустимые временные интервалы, определяемые, в частности, физико-химическими закономерностями развития пожара);
общее количество сил и средств в городе должно быть экономически оправданным.

статью в журнале “Пожарное дело” о существовавших в России принципах размещения пожарных частей в городах. Пожарные депо должны были быть расположены в городе таким образом, чтобы обслуживаемые ими районы имели форму круга с радиусом, равным одной версте (1,07 км.). Такое расстояние конный пожарный обоз мог проехать за 4 мин., а общее нормативное время от момента вызова до момента прибытия к месту вызова не должно было превышать 10 мин.
В начале 1926 г. российская пожарная охрана уже располагала пожарными автомобилями, для которых радиус обслуживания был увеличен до 2,5 верст (при том же нормативном значении времени прибытия и с учётом средней скорости движения пожарного автомобиля, равной 30 верст/час). Наконец, в 1930 г. ВСНХ РСФСР совместно с НКВД РСФСР и НКПС установили районы выезда для городских пожарных команд с радиусом 1,5 км при наличии конных обозов и до 3 км при наличии пожарных автомобилей. Последний норматив в качестве единственного параметра для обоснования числа пожарных депо в городах действовал до 2009 г., т.е. более 80 лет!
В начале 1950-х годов к этому нормативу был добавлен ещё один, касающийся числа пожарных автомобилей.

Исторические аспекты возникновения и организации противопожарных служб в городах

в 2012 и 2013 годах

Эмпирическое и теоретическое распределения времени прибытия на пожары первого пожарного подразделения в 2007 и 2008 годах

Среднее время прибытия=11,1 мин.

Среднее время прибытия=10,9 мин.

Среднее время прибытия=7,5 мин.

Среднее время прибытия=7,2 мин.

1710, 2010 год)

Рекомендации по времени прибытия добровольцев в сельской местности США
(Standart…. NFPA 1720, 2008 год)

получение вызова - не более 40 сек. в 99 % всех случаев
обработка вызова и передача в диспетчерский центр пожарной службы - не более 30 сек. в 95 % всех случаев
диспетчеризация - не более 90 сек. в 99 % всех случаев
сбор и выезд - не более 80 сек. в 90 % всех случаев
время следования первого подразделения – не более 240 сек в 90 % всех случаев
Время с момента получения вызова до прибытия первого подразделения не более 8 мин. в 90% всех случаев

пунктам США

функцией региональных (муниципальных) органов власти, вследствие этого ПСС находятся в юрисдикции местных органов при ведомственной принадлежности ПСС, в основном, МВД;
в большинстве своем ПСС являются многофункциональными, оказывающими множество видов услуг (не только экстренной помощи);
во многих странах мира за отдельные услуги (в том числе оказания экстренной помощи) ПСС взимается плата;
режим несения службы: для пожаротушения, как правило, сутки через двое, редко сутки через сутки и сутки через трое; для оказания первой медицинской помощи (в виду большой загрузки) графики дежурств по 8, 12 или 14 часов;
подготовка персонала ПСС (пожарного) ведется на базе средне-технического образования независимо от того, готовится профессионал или доброволец;
среднее число жителей на 1 профессионального работника 2000 чел., среднее соотношение численности профессиональной и добровольной службы 1:10 (по 55 странам Европы,Америки и Азии);

Некоторые общие правила и подходы к организации
пожарно-спасательных служб (ПСС) в странах мира

в тот или иной период (момент) времени комплекс объективных внутренних или внешних по отношению к пожарной охране условий, способствующих или препятствующих возникновению, развитию и ликвидации пожаров (и иных деструктивных ситуаций, в ликвидации последствий которых должна принимать участие пожарная охрана) и определяющих возможные масштабы их социально-экономических последствий.

Для исследования разнообразных организационно-управленческих ситуаций, требующих принятия решения, специально создана концепция оперативной пожарной обстановки, в которой реализован системный подход.

Системный подход к оперативной обстановке

определенные функции, связанные с предупреждением и тушением пожаров. Для выполнения этих функций пожарная охрана располагает соответствующими материальными и трудовыми ресурсами (силами и средствами).
Основными элементами понятия оперативной обстановки в городе являются:
возможности гарнизона пожарной охраны города (характеристики системы);
уровень пожарной опасности города (характеристики среды);
динамика оперативного реагирования гарнизона пожарной охраны на пожароопасные ситуации (взаимодействие системы и среды).

Оценка пожарной обстановки

Индикаторы уровня пожарной опасности – характеризуют результаты профилактической работы (например, общее число пожаров).
Индикаторы уровня противопожарной защиты – характеризуют результаты оперативной деятельности (например, материальный ущерб от пожаров, количество погибших и пострадавших людей).

защиты

Анализ вариантов пожарной обстановки

Принятие решений или выдвижение альтернативных вариантов решений

различных по характеру факторов. Все эти многочисленные факторы оказывают влияние на общую оценку оперативной обстановки в городе, уровня его пожарной опасности и на разработку планов мероприятий по дальнейшему совершенствованию системы противопожарной защиты города и обеспечению его пожарной безопасности.
Вся совокупность факторов находит достаточно объективное отражение в нескольких весьма емких по содержанию параметрах, поддающихся количественной оценке и позволяющих найти количественные закономерности оперативной деятельности пожарной охраны. Такими параметрами являются:
1) частота боевых выездов подразделений пожарной охраны;
2) продолжительность выездов;
3) число оперативных отделений, выезжающих по вызову.
Эти параметры являются основными. К ним можно добавить много других, например, расходы различных огнетушащих средств и т. д.
Чем больше значение каждого перечисленного параметра, тем напряженнее оперативная обстановка в городе, и наоборот.
Изучение и анализ элементов, факторов и параметров оперативной обстановки помогают определить конкретные пути воздействия на нее с целью разрядки и уменьшения степени ее напряженности.

вызовов для обслуживание во времени и пространстве (параметры потоков вызовов, поступающих в разное время и из разных районов города);
вероятностный характер использования подразделений экстренных служб различных видов и количества при обслуживании вызовов (числовые характеристики соответствующих распределений);
вероятностный характер всех временных характеристик процесса функционирования ППС (числовые характеристики соответствующих законов и функций распределения);
вероятностный характер распределения по территории города мобильных оперативных подразделений во времени;
топографические особенности конкретного города, его уличную сеть, скоростные характеристики движения специальных автомобилей и многое др;

загораниях, авариях, других деструктивных событиях, поступающих одно за другим в какие-то случайные моменты времени на диспетчерский пункт службы, за которыми следуют выезды пожарных подразделений к местам вызовов.
Построим графическую модель потока вызовов. На оси времени точками изобразим моменты поступления вызовов.

Вопрос 3. Моделирование потока вызовов пожарных подразделений

диспетчерский пункт протекает неравномерно и носит вероятностный характер.

– вызовы поступают по одному и на малом интервале времени поступление двух и более вызовов маловероятно;
отсутствие последействия – вызовы происходят независимо друг от друга;
стационарность – характеристики потока являются неизменными во времени величинами.

Существует два способа изучения и математического описания потока случайных событий.

Поток вызовов носит случайный характер, так как невозможно сколько-нибудь точно предсказать момент поступления очередного вызова пожарных подразделений, а также моменты поступления всех последующих за ним вызовов.

на интервале времени заданной продолжительности τ)
1-й способ:

Разделим всю временную ось на равные промежутки времени произвольной протяженности τ .

Введем в рассмотрение случайную величину k - число вызовов пожарных подразделений за промежуток времени τ .
Число k является дискретной случайной величиной и может принимать следующие значения: 0, 1, 2, …
Нас будет интересовать закон распределения вероятностей Pk(τ) того, что за время τ поступят k вызовов пожарных подразделений (k=0, 1, 2, …).
Для любого фиксированного значения τ>0 имеет место соотношение:

случайных событий, описываемые этим распределением, называют пуассоновскими.
Математическое ожидание M(X) и дисперсия D(X) случайной величины X, подчиняющейся распределению Пуассона с параметром λ, равны значению этого параметра:
M(X)=D(X)=λ

где: λ – параметр распределения Пуассона - плотность (интенсивность) потока вызовов, которая определяется как среднее число вызовов за единицу времени.

На рисунке показаны многоугольники распределения случайной величины X, распределенной по закону Пуассона, соответствующие различным значениям параметра λ.

между последовательными событиями в потоке)
2-й способ:

Соединим каждую пару точек (соседние, смежные моменты вызовов) дугой, обозначающей промежуток времени Т между каждыми двумя вызовами пожарных подразделений.

Введем в рассмотрение длительность промежутка времени Т между соседними вызовами. Это непрерывная случайная величина, которая может принимать любое неотрицательное значение от 0 до ∞.
Нас будет интересовать функция распределения F(τ)=P{T<τ}, т. е. вероятность того, что промежуток времени T между соседними вызовами окажется меньше произвольного значения τ.

λ – параметр - плотность (интенсивность) потока вызовов, которая определяется как среднее число вызовов за единицу времени и вычисляется по формуле:

В случае показательного распределения математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение равны:
M(X)= σ(X)= 1/λ
На рисунке представлено показательное распределение.

пожарных подразделений могут служить либо закон Пуассона (если рассматривать число вызовов, поступающих за какой-то промежуток времени), либо показательный закон распределения (если рассматривать промежутки времени между соседними вызовами).
Покажем, что оба способа описания идентичны. Действительно, промежуток времени T между последовательными событиями превзойдет заданное значение лишь в том случае, когда за это время не произойдет ни одного вызова.

по времени суток, по месяцам года и по дням недели.
Для всех городов имеется общая закономерность влияния периода времени суток на плотность потока вызовов. Во второй половине суток поступает в 2,5 раза больше вызовов, чем в первой половине. Наиболее напряженным является период времени от 16 часов до полуночи, а наименее напряженным – от 4-х часов ночи до 8-ми часов утра.
Изменение плотности потока вызовов по времени суток является более значительным, чем по месяцам года, и в первую очередь именно изменение по времени суток следует учитывать для уточнения математического описания потока.
Наряду с общим потоком вызовов пожарных подразделений в городе представляет интерес изучение его составляющих по таким признакам, как:
объекты вызовов;
причины вызовов;
объем привлекаемых сил и средств ГПС, которые обслуживали вызов.

t1 - момент возникновения ЧС;
t2 - момент обнаружения ЧС;
t3 - момент сообщения о ЧС на диспетчерский пункт ППС
t4 - момент поступления команды на выезд;
t5 - момент выезда подразделений ППС к месту вызова;
t6 - момент прибытия подразделений ППС на место вызова;
t7 - момент отъезда подразделений ППС с места вызова;
t8 - момент прибытия подразделений ППС на место дислокации;
t9 - момент постановки подразделений ППС в боевой расчет.

t1

t2

t3

t4

t6

t7

t8

t5

t9

время прибытия

время обслуживания вызова

Основными временными характеристиками процесса функционирования противопожарной службы, отражающими ее реакцию на поступающие вызовы, являются:

Вопрос 4. Математическое описание временных характеристик процесса функционирования противопожарной службы

?

непрерывными случайными величинами и могут быть описаны соответствующими законами распределения (как правило, распределениями Эрланга 0-4 порядка).

Закон Эрланга является обобщением показательного закона распределения. Его плотность имеет следующее аналитическое выражение:

ее является число одновременных вызовов.
В случайные моменты времени в городе (на объекте) возникают пожары (или любые другие деструктивные события, на которые обязана оперативно реагировать противопожарная служба). Их ликвидация занимает какое-то случайное по продолжительности время, после чего данный вызов снимается с контроля, так как его обслуживание заканчивается. Следовательно, в любой момент времени t противопожарная служба города может с некоторой вероятностью рm(t) находиться в одном из состояний Еm (m = 0,1,2, ...):
Е0 - в системе нет ни одного вызова пожарных подразделений;
Е1 - в системе обслуживается один вызов;
...................................................
Еm - в системе обслуживаются m вызовов одновременно;

Вопрос 5. Моделирование возникновения одновременных вызовов

(к которым относится и пожарная охрана).
В результате оргпроектирования создается соответствующая документация (нормативная, проектная и пр.), определяющая основные организационные характеристики, количественные параметры, принципы формирования системы и управления ею.
К ним относятся:
организационные структуры системы в целом и ее подсистем;
количество объективно необходимых системе подсистем, блоков и отдельных элементов;
варианты пространственного размещения всех компонентов системы;
информационное, кадровое, материально-техническое и финансовое обеспечение всех структур системы;
вопросы технологии управления на всех иерархических уровнях системы, включая порядок выполнения всех типов управленческих процедур, использование рациональных форм документов, применение организационной и вычислительной техники и пр.

Вопрос 6. Оргпроектирование систем противопожарной защиты

и организации функционирования пожарной охраны страны в целом, отдельных гарнизонов, органов, подразделений, аппаратов управления.
Под системой противопожарной защиты города понимают совокупность организационных и инженерных мероприятий, а также технических средств, предназначенных для уменьшения вероятности развития пожаров, а также их ликвидации с минимальными социально-экономическими последствиями.

таким образом, чтобы в нем были созданы все условия, затрудняющие возникновение и распространение пожаров и облегчающие их ликвидацию.

Центральным вопросом оргпроектирования системы обеспечения пожарной безопасности города, который связывает, объединяет все другие вопросы и требует наиболее тщательного, самостоятельного рассмотрения, является проектирование гарнизона пожарной охраны города.

Основой структуры противопожарной службы города является сеть пожарных депо, рационально распределенных по территории города, с размещенной в них разнообразной и в достаточном количестве пожарной техникой и личным составом. Проблема заключается в обосновании требуемого городу числа депо и пожарной техники всех типов.

зрения городской среды (клиентов обслуживания) любая система обслуживания населения характеризуется (оценивается) временем и качеством обслуживания. Время обслуживания складывается из времени подготовки системы к обслуживанию и времени непосредственного обслуживания.
Для систем экстренного обслуживания особую роль играет время подготовки к обслуживанию (время диспетчеризации, сбора и выезда, следования, боевого развертывания), т.к. именно от него во многом зависит время непосредственного обслуживания и его качество.
Отсюда вытекает и основной принцип проектирования.
Системы экстренного обслуживания населения в городе должны быть организованы таким образом, чтобы в любой момент времени на любую возникшую в городе деструктивную ситуацию, требующую участия этих служб, они могли немедленно отреагировать набором сил и средств, соответствующих характеру данной ситуации.
При этом должны выполняться два основных ограничения:
прибытие сил и средств к месту вызова должно быть своевременным (т. е. укладываться в допустимые временные интервалы, определяемые, в частности, физико-химическими закономерностями развития пожара);
общее количество сил и средств в городе должно быть экономически оправданным.

управления экстренными службами, которые в общем случае заключаются:
в определении необходимого количества сил и средств для обслуживания поступающих вызовов;
в определении мест их размещения на территории города;
в выработке стратегии и тактики их функционирования.
В условиях постоянных динамических процессов, происходящих в городской среде, найти “глобальный оптимум” в решении таких задач не представляется возможным, однако применение гибких методов проектирования с помощью современных компьютерных технологий может привести к разумным путям их решения.

потока вызовов (λ – интенсивность потока вызовов, τср – средняя продолжительность одного вызова)
a – частота использования того или иного (i) числа отделений на вызовах

Вопрос 7. Определение требуемого числа оперативных отделений любых типов для города

площадь территории города, кв. км;
γ – среднее для города значение коэффициента непрямолинейности
уличной сети (1,4);

- средняя скорость движения пожарных автомобилей по территории города, км/ч (25-30);
среднее время следования пожарных автомобилей к месту вызова (задаваемый параметр) (5-6мин.);
коэффициент, учитывающий конфигурацию районов обслуживания подразделений – гипотетический многоугольник: α=0,48;
универсальный коэффициент: β=1,5;
плотность потока вызовов;
- среднее время обслуживания вызова.

вызова при различной средней скорости движения по городу

для 2006-2013 г.г.) в Санкт-Петербурге

ППС

Отчеты

Информационные фильтры

управления развитием ППС

Городские подразделения ППС

 
Внешняя
среда

АСУ,
ГИС

 
Диспет-
черская служба

База
данных

Система обработки
и анализа статистических данных деятельности ППС “СТРЭС”

Компьютерная имитационная система
деятельности
ППС
“КОСМАС”

Лица, принима-ющие решения

Городские подразделения ППС

 

Общая схема оперативного и стратегического управления ППС

- 5
----------
Сценарий - n

Вариант
1

Вариант
2

Вариант
3

Вариант
4

Вариант
5

Лицо, при- нимающее решения

Реализация решений

Изменение внешних условий

Целевая установка

Схема проведения экспертизы деятельности ППС
при помощи имитационной системы