Розвиток науково-технічних основ створення геоінформаційної системи акустичного моніторингу масштабних пожеж із рідкими органічними речовинами на території міста

Abstract

Сучасні міста являють собою складну, цілісну та динамічну систему, в якій взаємодіють люди, природа, економіка і суспільство, а також характеризуються просторовим та часовим розподілом параметрів життєдіяльності. Однак, міста у процесі свого функціонування та розвитку створюють передумови для виникнення різного роду небезпек, серед яких масштабні пожежі з рідкими органічними речовинами, які негативно впливають на стан природно-екологічного, економіко-технічного і соціально-політичного балансу на території міста і в регіоні, а також можуть завдати шкоди життєво важливим національним інтересам. З урахуванням цього, метою статті є розвиток науково-технічних основ створення геоінформаційної системи акустичного моніторингу масштабних пожеж із рідкими органічними речовинами як складової підсистеми Safe City в системі Smart City для достовірного виявлення та ідентифікації на території міста джерел масштабних пожеж із рідкими органічними речовинами. Під час проведення дослідження застосовано положення системного підходу, методи спектрального та фрактального аналізу. Зазначений методичний підхід дав змогу запропонувати системний підхід і принципи використання спектрального аналізу акустичного простору міста, що ґрунтуються на наукових дослідженнях ефекту акустичної емісії, спричиненого високотемпературним окисленням (горінням) рідких органічних речовин. У статті розроблені вимірювальна схема акустичного ефекту, алгоритм і програмне забезпечення для обробки характеристик прийнятого акустичного сигналу первинного (спалаху) та основного процесів горіння деяких рідких органічних речовин. Приймання та аналіз акустичного сигналу реалізовано шляхом перетворення сигналу у числовий ряд, з подальшим застосуванням методу -аналізу для оцінки фрактальної структури часового ряду як сукупності фонового сигналу та корисного акустичного сигналу, отриманого в процесі горіння рідкої органічної речовини. Наукова новизна полягає у встановлені залежності амплітудно-часових та амплітудно-частотних характеристик прийнятого акустичного сигналу від фізичних і фізико-хімічних термодинамічних параметрів процесу горіння деяких рідких органічних речовин. Ці залежності описані трендами від кількості атомів вуглецю у вуглецевих каркасах молекул органічних речовин та їх молярної маси. Також, методом акустичної емісії вивчено ефект «спалаху» парів рідких органічних речовин і встановлено однозначну залежність тривалості цього процесу від парціального тиску парів над чистим розчинником й температурою спалаху або займання. Відповідний рівень достовірності та надійності обробки результатів досліджень підтверджується розрахунками показників Херста і фрактальної розмірності. Теоретична значущість роботи для оборонної сфери полягає в розробці функціональної схеми системи наземних стаціонарних засобів автоматизованого контролю акустичного простору на території міста, ситуаційного центру, підсистеми зв’язку та передавання телеметричної інформації, а також підсистеми виконання антикризових рішень щодо запобігання, локалізації і ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій природного, техногенного, соціального й воєнного характеру на території міста. Практична значущість отриманих результатів дослідження для сфери безпеки полягає в отриманні інформаційного матеріалу для бази даних запропонованої в роботі системи моніторингу, з метою достовірного виявлення та ідентифікації на території міста джерел масштабних пожеж із рідкими органічними речовинами.