Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/20090
Title: РОЗВИТОК НАУКОВО-ТЕХНІЧНИХ ОСНОВ СТВОРЕННЯ ГЕОІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ АКУСТИЧНОГО МОНІТОРИНГУ МАСШТАБНИХ ПОЖЕЖ ІЗ РІДКИМИ ОРГАНІЧНИМИ РЕЧОВИНАМИ НА ТЕРИТОРІЇ МІСТА
Other Titles: DEVELOPMENT OF SCIENTIFIC AND TECHNICAL FOUNDATIONS FOR CREATION OF A GEOINFORMATION SYSTEM FOR ACOUSTIC MONITORING OF LARGE FIRES WITH LIQUID ORGANIC SUBSTANCES IN THE CITY
Authors: Тютюник, Вадим Володимирович
Лєвтєров, О.А.
Тютюник, О.О.
Усачов, Д.В.
Keywords: масштабна пожежа
процес високотемпературного окислення
процес горіння
рідка органічна речовина
акустична емісія
амплітудно-частотний спектр
спектральний аналіз
фрактальний аналіз
показник Херста
показник фрактальної розмірності
геоінформаційна система акустичного моніторингу
Safe City
Smart City
Issue Date: 2024
Publisher: Національний університет оборони України
Citation: Modern Information Technologies in the Sphere of Security and Defence
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 R S -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.
Description: Formulation of the problem in general. The article is devoted to developing the scientific and technical foundations for creating a geoinformation system for monitoring large-scale fires. This system is an important component of the Safe City subsystem within the Smart City framework. The authors propose a model of Safe City that takes into account the complexity and dynamics of modern cities, where people, nature, economy, and society interact. This system includes stages for registering threats to the city's livelihood and analyzing and systematizing information about these threats. In the process of city functioning and development, conditions are created for the emergence of dangers that adversely affect the natural-ecological, economic-technical, and socio-political balance both within their territory and in the region. Additionally, these hazard factors may harm the vital national interests of the country. Analysis of recent researches and publications. The process of registering potential threats to the city's livelihood includes conducting financial audits, monitoring social and environmental conditions, video surveillance, as well as radiation, chemical, and biological monitoring. Spectral analysis of emissions from hazardous sources involves a comprehensive analysis of emission characteristics across various frequency ranges, such as acoustic, radio frequency, infrared, optical, ultraviolet, and X-ray, as well as analysis of gamma and cosmic rays. In their research, the authors focus on spectral analysis of acoustic signals to detect and identify local-level hazardous sources, including large fires with rare organic substances. Research methods. During the research, the principles of systems approach, spectral and fractal analysis methods were applied. A conceptual scheme for measuring the acoustic effect was developed. An algorithm and software for processing the characteristics of the received acoustic signal of the primary (flash) and main combustion processes of certain liquid organic substances were created. Presenting the main material. The reception and analysis of the acoustic signal in the article is implemented by converting the signal into a number series, followed by the use of the R/S-analysis method to assess the fractal structure of the time series as a combination of the background signal and the useful acoustic signal obtained during the combustion of rare organic substances. Elements of scientific novelty. The scientific novelty lies in establishing dependencies of amplitude-time and amplitude-frequency characteristics of the received acoustic signal on the physical and physicochemical thermodynamic parameters of the combustion process of certain liquid organic substances. These dependencies were described by trends related to the number of carbon atoms in the carbon frameworks of organic molecules and their molar mass. Additionally, the "flash" effect of vapors of liquid organic substances was determined using acoustic emission method. A clear dependence of the duration of this process on the partial pressure of vapors above the pure solvent and the temperature of flashing or ignition was established. The corresponding level of reliability and accuracy in processing the research results was confirmed by calculations of Hurst indicators and fractal dimension. The theoretical significance. The theoretical significance of the article for the military-defense sphere is the development of a functional diagram of a system of ground-based stationary means of automated control of acoustic space in the city, a situation center, a communication subsystem and transmission of telemetric information, as well as a subsystem for implementing anti-crisis decisions to prevent, localize and eliminate the consequences of emergency situations natural, technogenic, social and military nature in the city. Practical significance of the article. The practical significance of the research results for the security sphere lies in gathering informational material for the proposed monitoring system database. The main functions of this database include reliable detection and identification of large-scale fire sources with rare organic substances within urban areas. Conclusion and the perspectives of future researches. Further research will be conducted aimed at developing an effective system of ground-based automated devices for monitoring the acoustic space and passive location of sources of danger, with subsequent data collection and processing, as well as predicting the occurrence of various types of emergencies within urban areas and developing effective crisis management solutions. Keywords: large-scale fire, high-temperature oxidation process, combustion process, liquid organic substance, acoustic emission, amplitude-frequency spectrum, spectral analysis, fractal analysis, Hurst exponent, fractal dimension, geoinformation system of acoustic monitoring, Safe City, Smart City.
URI: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/20090
ISSN: 2311-7249 (Print)
Appears in Collections:Кафедра управління та організації діяльності у сфері цивільного захисту

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
297333-Текст статті-700900-1-10-20240507.pdf1,32 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.