Розробка методу оперативного прогнозування пожежі в приміщеннях об'єктів в реальних умовах

Автор(и)

  • Борис Борисович Поспєлов Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0000-0002-0957-3839
  • Володимир Анатолійович Андронов Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0001-7486-482X
  • Євгеній Олексійович Рибка Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-5396-5151
  • Михайло Олександрович Самойлов Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-8924-7944
  • Олексій Миколайович Крайнюков Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0002-5264-3118
  • Ігор Юрійович Бірюков Національна академія Національної Гвардії України, Україна https://orcid.org/0000-0002-5732-4087
  • Тетяна Юріївна Бутенко Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0000-0002-0115-7224
  • Юлія Сергіївна Безугла Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0003-4022-2807
  • Костянтин Михайлович Карпець Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0001-6388-7647
  • Едуард Олексійович Кочанов Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0002-8443-4054

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.226692

Ключові слова:

прогнозування пожежі, загоряння в приміщенні, міра рекурентності, прирощення станів, повітряне середовище

Анотація

Запропоновано метод оперативного прогнозування пожеж, що передбачає послідовне виконання п'яти процедур. Розробка методу необхідна для прогнозування ранніх загорянь в приміщеннях для вжиття заходів недопущення їх переростання в некеровану фазу горіння – пожежу. В результаті дослідження встановлено, що короткостроковий прогноз рекурентності прирощень станів повітряного середовища на один крок на основі поточної міри рекурентності є ефективною ознакою ранніх загорянь в приміщеннях. При цьому встановлено, що до моменту загоряння матеріалу стан повітряного середовища характеризується динамічної стійкістю, яка описується нерегулярною та випадковою в часі зміною рекурентності станів вектора поточних прирощень стану повітряного середовища. Значення вказаних рівнів рекурентності прирощень стану визначаються рівнями ймовірності 0,67 і 0,1 відповідно. Імовірність рекурентності прирощень стану 0,67 характерна для більшої кількості виміряних станів. При загорянні матеріалу динаміка ймовірності рекурентності прирощень станів різко змінюється. Відзначається перехід від двох до одного рівня рекурентності, близькому до нульової ймовірності – втрата динамічної стійкості (в районі 250 відліку). Подальша динаміка характеризується появою окремих випадкових рекурентних прирощень, що відповідає втраті стійкості повітряного середовища в приміщенні. В ході експерименту встановлено, що точність прогнозування пожежі пропонованим методом становить від 4,48 % до 12,79 %, що свідчить в цілому про його працездатність. Отримані дані виявляються корисними при розробці нових систем раннього попередження про пожежу в приміщеннях, а також модернізації існуючих систем і засобів протипожежного захисту приміщень

Біографії авторів

Борис Борисович Поспєлов, Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту

Доктор технічних наук, професор

Відділ організації та координації науково-дослідної діяльності

Володимир Анатолійович Андронов, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, професор

Науково-дослідний центр

Євгеній Олексійович Рибка, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, старший дослідник

Науково-дослідний центр

Михайло Олександрович Самойлов, Національний університет цивільного захисту України

Ад’юнкт

Науково-дослідний центр

Олексій Миколайович Крайнюков, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Доктор географічних наук, доцент

Кафедра екологічної безпеки та екологічної освіти

Ігор Юрійович Бірюков, Національна академія Національної Гвардії України

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра ракетно-артилерійського озброєння

Тетяна Юріївна Бутенко, Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту

Кандидатка технічних наук, старша наукова співробітниця

Відділ організації та координації науково-дослідної діяльності

Юлія Сергіївна Безугла, Національний університет цивільного захисту України

Кандидатка технічних наук, доцентка

Кафедра управління та організації діяльності у сфері цивільного захисту

Костянтин Михайлович Карпець, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Кандидат географічних наук, доцент

Кафедра екології та неоекології

Едуард Олексійович Кочанов, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Кандидат військових наук

Кафедра моніторингу довкілля та природокористування

Посилання

  1. Brushlinsky, N. N., Ahrens, M., Sokolov, S. V., Wagner, P. (2019). World Fire Statistics. Report No. 24. Center of Fire Statistics of CTIF. Available at: https://ctif.org/sites/default/files/2019-04/CTIF_Report24_ERG.pdf
  2. Kustov, M., Kalugin, V., Tutunik, V., Tarakhno, O. (2019). Physicochemical principles of the technology of modified pyrotechnic compositions to reduce the chemical pollution of the atmosphere. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 1, 92–99. doi: https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-122-1-92-99
  3. Migalenko, K., Nuianzin, V., Zemlianskyi, A., Dominik, A., Pozdieiev, S. (2018). Development of the technique for restricting the propagation of fire in natural peat ecosystems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (91)), 31–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121727
  4. Vambol, S., Vambol, V., Kondratenko, O., Koloskov, V., Suchikova, Y. (2018). Substantiation of expedience of application of high-temperature utilization of used tires for liquefied methane production. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2 (87), 77–84. doi: https://doi.org/10.5604/01.3001.0012.2830
  5. Vambol, S., Vambol, V., Sobyna, V., Koloskov, V., Poberezhna, L. (2019). Investigation of the energy efficiency of waste utilization technology, with considering the use of low-temperature separation of the resulting gas mixtures. Energetika, 64 (4), 186–195. doi: https://doi.org/10.6001/energetika.v64i4.3893
  6. Semko, A., Beskrovnaya, M., Vinogradov, S., Hritsina, I., Yagudina, N. (2017). The usage of high speed impulse liquid jets for putting out gas blowouts. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 3, 655–664.
  7. Ragimov, S., Sobyna, V., Vambol, S., Vambol, V., Feshchenko, A., Zakora, A. et. al. (2018). Physical modelling of changes in the energy impact on a worker taking into account high-temperature radiation. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 1 (91), 27–33. doi: https://doi.org/10.5604/01.3001.0012.9654
  8. Kovalov, A., Otrosh, Y., Ostroverkh, O., Hrushovinchuk, O., Savchenko, O. (2018). Fire resistance evaluation of reinforced concrete floors with fire-retardant coating by calculation and experimental method. E3S Web of Conferences, 60, 00003. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000003
  9. Dadashov, I., Loboichenko, V., Kireev, A. (2018). Analysis of the ecological characteristics of environment friendly fire fighting chemicals used in extinguishing oil products. Pollution Research Paper, 37 (1), 63–77.
  10. Loboichenko, V. M., Vasyukov, A. E., Tishakova, T. S. (2017). Investigations of Mineralization of Water Bodies on the Example of River Waters of Ukraine. Asian Journal of Water, Environment and Pollution, 14 (4), 37–41. doi: https://doi.org/10.3233/ajw-170035
  11. Fire Loss in the United States During 2019 (2020). National Fire Protection Association, 11. Available at: https://www.nfpa.org/~/media/fd0144a044c84fc5baf90c05c04890b7.ashx
  12. Koshmarov, Yu. A., Puzach, S. V., Andreev, V. V. et. al. (2012). Prognozirovanie opasnyh faktorov pozhara v pomeschenii. Moscow: Akademiya GPS MCHS Rossii, 126.
  13. Otrosh, Y., Semkiv, O., Rybka, E., Kovalov, A. (2019). About need of calculations for the steel framework building in temperature influences conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708, 012065. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012065
  14. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., Borodych, P. (2018). Studying the recurrent diagrams of carbon monoxide concentration at early ignitions in premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (93)), 34–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133127
  15. Pospelov, B., Meleshchenko, R., Krainiukov, O., Karpets, K., Petukhova, O., Bezuhla, Y. et. al. (2020). A method for preventing the emergency resulting from fires in the premises through operative control over a gas medium. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (103)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.194009
  16. Ahn, C.-S., Kim, J.-Y. (2011). A study for a fire spread mechanism of residential buildings with numerical modeling. Safety and Security Engineering IV, 117, 185–196. doi: https://doi.org/10.2495/safe110171
  17. Webber, C. L., Ioana, C., Marwan, N. (Eds.) (2016). Recurrence Plots and Their Quantifications: Expanding Horizons. Springer Proceedings in Physics. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-29922-8
  18. Sadkovyi, V., Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Krainiukov, O., Rud, A. et. al. (2020). Construction of a method for detecting arbitrary hazard pollutants in the atmospheric air based on the structural function of the current pollutant concentrations. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (108)), 14–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218714
  19. Turcotte, D. L. (1997). Fractals and chaos in geology and geophysics. Cambridge University Press. doi: https://doi.org/10.1017/cbo9781139174695
  20. Poulsen, A., Jomaas, G. (2011). Experimental Study on the Burning Behavior of Pool Fires in Rooms with Different Wall Linings. Fire Technology, 48 (2), 419–439. doi: https://doi.org/10.1007/s10694-011-0230-0
  21. Zhang, D., Xue, W. (2010). Effect of heat radiation on combustion heat release rate of larch. Journal of West China Forestry Science, 39, 148.
  22. Ji, J., Yang, L., Fan, W. (2003). Experimental Study on Effects of Burning Behaviours of Materials Caused by External Heat Radiation. Journal of Combustion Science and Technology, 9, 139.
  23. Peng, X., Liu, S., Lu, G. (2005). Experimental analysis on heat release rate of materials. Journal of Chongqing University, 28, 122.
  24. Andronov, V., Pospelov, B., Rybka, E. (2017). Development of a method to improve the performance speed of maximal fire detectors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (86)), 32–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96694
  25. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., Gornostal, S. (2018). Analysis of correlation dimensionality of the state of a gas medium at early ignition of materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (10 (95)), 25–30. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142995
  26. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Skliarov, S. (2017). Design of fire detectors capable of self-adjusting by ignition. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (9 (88)), 53–59. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108448
  27. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Skliarov, S. (2017). Research into dynamics of setting the threshold and a probability of ignition detection by self­adjusting fire detectors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (9 (89)), 43–48. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110092
  28. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Gornostal, S., Shcherbak, S. (2017). Results of experimental research into correlations between hazardous factors of ignition of materials in premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (90)), 50–56. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.117789
  29. Bendat, J. S., Piersol, A. G. (2010). Random data: analysis and measurement procedures. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/9781118032428
  30. Shafi, I., Ahmad, J., Shah, S. I., Kashif, F. M. (2009). Techniques to Obtain Good Resolution and Concentrated Time-Frequency Distributions: A Review. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 2009 (1). doi: https://doi.org/10.1155/2009/673539
  31. Singh, P. (2016). Time-frequency analysis via the fourier representation. HAL. Available at: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01303330/document
  32. Pretrel, H., Querre, P., Forestier, M. (2005). Experimental Study Of Burning Rate Behaviour In Confined And Ventilated Fire Compartments. Fire Safety Science, 8, 1217–1228. doi: https://doi.org/10.3801/iafss.fss.8-1217
  33. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Popov, V., Romin, A. (2018). Experimental study of the fluctuations of gas medium parameters as early signs of fire. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (91)), 50–55. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.122419
  34. Stankovic, L., Dakovic, M., Thayaparan, T. (2014). Time-frequency signal analysis with Applications. Kindle edition, Amazon, 655.
  35. Avargel, Y., Cohen, I. (2010). Modeling and Identification of Nonlinear Systems in the Short-Time Fourier Transform Domain. IEEE Transactions on Signal Processing, 58 (1), 291–304. doi: https://doi.org/10.1109/tsp.2009.2028978
  36. Giv, H. H. (2013). Directional short-time Fourier transform. Journal of Mathematical Analysis and Applications, 399 (1), 100–107. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmaa.2012.09.053
  37. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Popov, V., Semkiv, O. (2018). Development of the method of frequency­temporal representation of fluctuations of gaseous medium parameters at fire. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (92)), 44–49. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125926
  38. Mandel'brot, B. (2002). Fraktal'naya geometriya prirody. Moscow: Institut komp'yuternyh issledovaniy, 656.
  39. Marwan, N. (2011). How to avoid potential pitfalls in recurrence plot based data analysis. International Journal of Bifurcation and Chaos, 21 (04), 1003–1017. doi: https://doi.org/10.1142/s0218127411029008
  40. Marwan, N., Webber, C. L., Macau, E. E. N., Viana, R. L. (2018). Introduction to focus issue: Recurrence quantification analysis for understanding complex systems. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 28 (8), 085601. doi: https://doi.org/10.1063/1.5050929
  41. Webber, Jr. C. L., Zbilut, J. P. (2005). Chap. 2. Recurrence quantification analysis of nonlinear dynamical systems. Tutorials in contemporary nonlinear methods for the behavioral sciences, 26–94. Available at: https://www.nsf.gov/pubs/2005/nsf05057/nmbs/nmbs.pdf
  42. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Borodych, P., Gornostal, S. (2019). Development of the method for rapid detection of hazardous atmospheric pollution of cities with the help of recurrence measures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (97)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155027
  43. Pospelov, B., Rybka, E., Togobytska, V., Meleshchenko, R., Danchenko, Y., Butenko, T. et. al. (2019). Construction of the method for semi-adaptive threshold scaling transformation when computing recurrent plots. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (100)), 22–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176579
  44. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Krainiukov, O., Karpets, K., Pirohov, O. et. al. (2019). Development of the correlation method for operative detection of recurrent states. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (4 (102)), 39–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.187252

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Поспєлов, Б. Б., Андронов, В. А., Рибка, Є. О., Самойлов, М. О., Крайнюков, О. М., Бірюков, І. Ю., Бутенко, Т. Ю., Безугла, Ю. С., Карпець, К. М., & Кочанов, Е. О. (2021). Розробка методу оперативного прогнозування пожежі в приміщеннях об’єктів в реальних умовах. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(10 (110), 43–50. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.226692

Номер

Розділ

Екологія