Короткостроковий прогноз пожежі на основі рекурентності прирощень стану повітряного середовища і моделі Брауна нульового порядку

Автор(и)

  • Борис Борисович Поспєлов Науково-методичний центр навчальних закладів сфери цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0000-0002-0957-3839
  • Євгеній Олексійович Рибка Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-5396-5151
  • Руслан Геннадійович Мелещенко Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0001-5411-2030
  • 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
  • Олександр Анатолійович Ященко Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0001-7129-389X
  • 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
  • Руслан Володимирович Васильченко Національна академія Національної гвардії України, Україна https://orcid.org/0000-0002-8854-1252

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233606

Ключові слова:

прогнозування пожежі, модель Брауна нульового порядку, позамежна множина, загорання, міра рекурентності

Анотація

Розглянуто можливості параметризації моделі Брауна нульового порядку для прогнозування пожежі в приміщенні на основі поточної міри рекурентності прирощень стану повітряного середовища. Ключовим для параметричної моделі прогнозування Брауна нульового порядку є вибір параметра згладжування, який характеризує адаптивність прогнозу до поточної міру рекурентності прирощень стану повітряного середовища. Показано, що для ефективного короткострокового прогнозу пожежі в приміщенні параметр моделі Брауна повинен обиратися з позамежної множини, яка визначається 1 та 2. Позамежна множина для параметра моделі Брауна є областю ефективного прогнозування пожежі на основі міри поточної рекурентності прирощень стану повітряного середовища в приміщеннях. Досліджено помилки прогнозу пожежі на основі параметризованої моделі Брауна нульового порядку в разі класичної і позамежної множини для параметрів моделі на прикладі загорання різних матеріалів в лабораторній камері. В якості кількісних показників якості прогнозу досліджуються експоненціальні згладжені з параметром 0,4 абсолютні і середні помилки прогнозу. Встановлено, що для спирту величина згладженої абсолютної і середньої помилки прогнозу для класичного параметра згладжування на інтервалі відсутності загорання, не перевищує 20 %. При цьому для позамежного випадку забезпечується величина зазначених помилок прогнозу в середньому на порядок менша. Аналогічні співвідношення для помилок прогнозу зберігаються при підпалі паперу, деревини і текстилю. Однак для перехідної зони, яка відповідає моментам підпалу матеріалів, спостерігається різке зменшення величини поточної міри рекурентності прирощень стану повітряного середовища в камері. Встановлено, наприклад, що для цієї зони величина згладженої абсолютної помилки прогнозу для спирту становить близько 2 % при виборі параметра моделі з класичної множини. При цьому в разі вибору параметра моделі з позамежної множини помилка прогнозу становить близько 0,2 %. Отримані результати в цілому свідчать про суттєві переваги використання для прогнозу пожежі в приміщеннях параметричної моделі Брауна нульового порядку з параметрами з позамежної множини.

Біографії авторів

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

Доктор технічних наук, професор

Відділ організації та координації науково-дослідної діяльності

Євгеній Олексійович Рибка, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, старший дослідник

Науково-дослідний центр

Руслан Геннадійович Мелещенко, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра пожежної та рятувальної підготовки

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

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ організації та координації науково-дослідної діяльності

Олександр Анатолійович Ященко, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат економічних наук, доцент

Кафедра управління та організації діяльності у сфері цивільного захисту

Юлія Сергіївна Безугла, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра наглядово-профілактичної діяльності

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

Кандидат географічних наук, доцент

Кафедра екології та неоекології

Руслан Володимирович Васильченко, Національна академія Національної гвардії України

Кандидат технічних наук

Науково-організаційний відділ

Посилання

  1. 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: http://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-122-1-92-99
  2. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121727
  3. 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: http://doi.org/10.5604/01.3001.0012.2830
  4. 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: http://doi.org/10.6001/energetika.v64i4.3893
  5. 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.
  6. 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: http://doi.org/10.5604/01.3001.0012.9654
  7. 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: http://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000003
  8. 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, 37 (1), 63–77.
  9. 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: http://doi.org/10.3233/ajw-170035
  10. Reproduced with permission from fire loss in the United States during 2019 (2020). National Fire Protection Association, 11. Available at: https://www.nfpa.org/
  11. Koshmarov, Yu. A., Puzach, S. V., Andreev, V. V. (2012). Prognozirovanie opasnykh faktorov pozhara v pomeschenii. AGPS MCHS Rossii, 126.
  12. 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: http://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012065
  13. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133127
  14. Andronov, V., Pospelov, B., Rybka, E., Skliarov, S. (2017). Examining the learning fire detectors under real conditions of application. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (87)), 53–59. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.101985
  15. Ahn, C. -S., Kim, J. -Y. (2011). A study for a fire spread mechanism of residential buildings with numerical modeling. WIT Transactions on the Built Environment, 117, 185–196. doi: http://doi.org/10.2495/safe110171
  16. Recurrence plots and their quantifications: expanding horizons (2015). International Symposium on Recurrence Plots. Grenoble, 380.
  17. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218714
  18. Turcotte, D. L. (1997). Fractals and chaos in geology and geophysics. Cambridge university press, 416.
  19. 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: http://doi.org/10.1007/s10694-011-0230-0
  20. Zhang, D., Xue, W. (2010). Effect of heat radiation on combustion heat release rate of larch. Journal of West China Forestry Science, 39, 148.
  21. Ji, J., Yang, L., Fan, W. (2003). Experimental study on effects of burning behaviours of materials caused by external heat radiation. JCST, 9, 139.
  22. Peng, X., Liu, S., Lu, G. (2005). Experimental analysis on heat release rate of materials. Journal of Chongqing University, 28, 122.
  23. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96694
  24. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142995
  25. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108448
  26. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110092
  27. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.117789
  28. Bendat, J. S., Piersol, A. G. (2010). Random data: analysis and measurement procedures. John Wiley & Sons. doi: http://doi.org/10.1002/9781118032428
  29. 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: http://doi.org/10.1155/2009/673539
  30. Singh, P. (2016). Time-frequency analysis via the fourier representation. HAL.
  31. 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: http://doi.org/10.3801/iafss.fss.8-1217
  32. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.122419
  33. Stankovic, L., Dakovic, M., Thayaparan, T. (2014). Time-frequency signal analysis. Kindle edition, Amazon, 655.
  34. 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: http://doi.org/10.1109/tsp.2009.2028978
  35. Giv, H. H. (2013). Directional short-time Fourier transform. Journal of Mathematical Analysis and Applications, 399 (1), 100–107. doi: http://doi.org/10.1016/j.jmaa.2012.09.053
  36. 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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125926
  37. Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Samoilov, M., Krainiukov, O., Biryukov, I. et. al. (2021). Development of the method of operational forecasting of fire in the premises of objects under real conditions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (110)), 43–50. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.226692
  38. Sinaga, H. D. E., Irawati, N. (2018). A medical disposable supply demand forecasting by moving average and exponential smoothing method. WMA-2. Padang. doi: http://doi.org/10.4108/eai.24-1-2018.2292378
  39. Svetunkov, S. G. (2002). O rasshirenii granits primeneniya metoda Brauna. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo universiteta ekonomiki i finansov, 3, 94–107.
  40. Mandelbrot, B. (2002). Fraktalnaya geometriya prirodyi. Institut kompyuternyih issledovaniy, 656, 12.
  41. Marwan, N. (2011). How to avoid potential pitfalls in recurrence plot based data analysis. International Journal of Bifurcation and Chaos, 21 (4), 1003–1017. doi: http://doi.org/10.1142/s0218127411029008
  42. Webber, Jr. C. L., Zbilut, J. P. (2005). Recurrence quantification analysis ofnonlinear dynamical systems. Tutorials in contemporary nonlinear methods for the behavioral sciences, 26–94.
  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: http://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: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.187252
  45. Orlova, I. V., Polovnikov, V. A. (2010). Ekonomiko-matematicheskie metody i modeli: kompyuternoe modelirovanie. Moscow: INFRA-M, 366.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-30

Як цитувати

Поспєлов, Б. Б., Рибка, Є. О., Мелещенко, Р. Г., Крайнюков, О. М., Бірюков, І. Ю., Бутенко, Т. Ю., Ященко, О. А., Безугла, Ю. С., Карпець, К. М., & Васильченко, Р. В. (2021). Короткостроковий прогноз пожежі на основі рекурентності прирощень стану повітряного середовища і моделі Брауна нульового порядку. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(10(111), 27–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233606

Номер

Том 3 № 10(111) (2021): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Boris Pospelov, Evgenіy Rybka, Ruslan Meleshchenko, Olekcii Krainiukov, Igor Biryukov, Tetiana Butenko, Oleksandr Yashchenko, Yuliia Bezuhla, Kostiantyn Karpets, Ruslan Vasylchenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.