Исследовательская работа «Защита донских степей от пожаров путем использования робототехнических комплексов»

Исследовательская работа

Тема: «Защита донских степей от пожаров путем использования робототехнических комплексов»

Бобыльченко Валерий Юрьевич,

педагог дополнительного образования,

МБУ ДО Первомайского района

г. Ростова-на-Дону «ЦРТДиЮ»

г. Ростов-на-Дону

2021 год

Оглавление

Ведение

1. Природный ландшафт Ростовской области

2. Ландшафтные пожары

2.1 Виды ландшафтных пожаров и этапы их ликвидации.

2.2 Ландшафтные пожары в Ростовской области

2.3 Причины возникновения природных пожаров

3. Технические средства борьбы с ландшафтными пожарами

3.1 Основные технические средства борьбы с ландшафтными пожарами

3.2 Робототехнические комплексы (РТК): основные модели

3.3 Преимущества использования РТК

4. Практическая часть

Заключение

Введение

         Ландшафтный пожар много коварнее, опаснее, чем любое возгорание в городе, среди городской застройки. Энергетика ландшафтного пожара огромна, а потенциальная площадь распространения огненного фронта в условиях степи, леса всегда стремится к бесконечности, если не принять срочных мер по подавлению, локализации огня.

         Загрязнение атмосферы, воды и почвы в результате ландшафтных пожаров на Дону приобретает угрожающий масштаб. Каждый год с наступлением весны в Ростовской области резко увеличивается число возгораний сухой растительности.

         В результате ландшафтных пожаров страдает плодородие почв, уничтожаются гнездовья и кладки птиц, места обитания степных животных. Это большой урон для экосистемы. Впоследствии это может привести к нарушению водного режима и обмелению Дона. [2]

         С позиций технических средств не всё так просто именно при работе с природными пожарами. Обычные, находящиеся на штатном «вооружении» пожарных расчётов в городах, сельских поселениях крупные ландшафтные пожары не подавят. Нужно широкое применение современных, более эффективных средств пожаротушения. Такие средства в стране есть, например, установки «Пурга». Установка воздействует на очаг пожара при помощи специальной пены, которая много эффективнее любого водного раствора для тушения. К сожалению, далеко не все подразделения противопожарной охраны в стране, в нашем регионе такими эффективными установками обладают. [4]

1. Природный ландшафт Ростовской области

Ростовская область славится разнообразными ландшафтами и природными заповедниками, многие из которых имеют статус памятников природы федерального и областного значения

         На территории Ростовской области расположены особо охраняемые природные территории: степной заповедник федерального значения «Ростовский», его назначение - сохранение громадных колоний разнообразных птиц и нетронутых участков южных степей; государственный природный заказник «Цимлянский»; государственный природный заказник «Горненский»; государственный природный заказник «Левобережный»; природный парк «Донской»; 41 охраняемый ландшафт; 20 охраняемых природных объектов; 15 особо охраняемых природных территорий местного значения.

Степные просторы, переходящие в зеленые леса, берега реки Дона и побережье Азовского моря. В столь разнообразном ландшафте естественно сформировалась разнообразная флора и фауна. Территориально-географически область находится в Юго-Европейской части России. С востока области и по всей ее территории протягивается река – Дон, имеющая множество притоков, самыми большими из которых являются Северский Донец и Маныч. Азовское море – в юго-западной части области. Для этого района характерен благоприятный теплый и сухой климат. Исходя из этих, географических и климатических условий сформировался природный ландшафт, его особенности, и уникальность. [3]

2. Ландшафтные пожары

2.1 Виды ландшафтных пожаров и этапы их ликвидации.

Серьезную опасность для окружающей среды, экономики и населения представляют пожары в условиях природы - так называемые ландшафтные пожары. В зависимости от места возникновения, они подразделяются на лесные, степные, болотные, тундровые, маревые, саванные, камышовые, полевые и другие.

В совокупности все мероприятия по ликвидации степных пожаров можно разделить на несколько основных категорий. К первой из них относятся так называемые разведывательные действия. Ко второй - локализация очага возгорания, к третьей - ликвидация пожара. К последней категории, в свою очередь, причисляют окарауливание опасной зоны.

Локализация зачастую состоит из двух фаз. В первую очередь предотвращается дальнейшее распространение огня. Это достигается за счет прямого и непосредственного воздействия на кромку пламени. Ко второй фазе, в свою очередь, относится прокладка так называемых заградительных сооружений. В качестве подобных средств могут выступать песчаные полосы, вырытые канавы и прочее. Помимо этого необходимо осуществить обработку периферийных областей пожара для того, чтобы максимально предотвратить возможность возобновления распространения огня. При этом важно помнить, что под определением "локализованный пожар" понимается тот, вокруг которого имеются заградительные полосы или же иные средства, обеспечивающие полную уверенность в том, что пламя не может вспыхнуть заново.

Так называемое дотушивание пожара представляет собой устранение очагов возгораний, которые могли оставаться на захваченной огнем территории. При этом важно ликвидировать все, даже самые маленькие и незаметные лепестки пламени.

Окарауливание пожарища предназначено для предотвращения возобновления процессов горения. В связи с тем, что при степном пожаре слой растительности сгорает полностью - возможность повторного возгорания уже выгоревших участков полностью исключена, необходимости окарауливания всей площади, пройденной пожаром, нет. Поэтому окарауливание проводят только вдоль границы пожарища. Длительность рассматриваемого этапа необходимо определять исходя из прогнозируемых и настоящих погодных условий. [1]

2.2 Ландшафтные пожары в Ростовской области

Климат Ростовской области в целом характеризуется избытком сухой, жаркой и ветреной погоды.

Пожароопасный период на донской земле обычно наступает в первой декаде апреля.

В 2020 году на территории Ростовской области произошло 3455 ландшафтных (природных) пожаров, площадь которых составила 404 Га, кроме того было зарегистрировано 27 лесных пожаров на общей площади 2353,8 Га.

Степным возгораниям присущи некоторые отрицательные особенности. Первая из них – быстрое распространение. Еще один опасный фактор – обескислороживание воздуха в зоне поражения и, как следствие, возможность отравления людей и животных угарным газом.

Любой природный пожар несет в себе опасность как для дикой природы, так и для людей. Перечисляя вредные факторы степного возгорания, можно выделить следующие пункты:

1.Экономический урон. Полевое воспламенение может уничтожить урожай злаковых.

2.Урон фауне. Многие животные и птицы обзаводятся потомством именно весной, в сезон степных палов. Ситуация усугубляется тем, что множество представителей фауны вьют гнезда в высокой траве.

3.Загрязнение атмосферы. Продукты горения токсичны для животных и людей. По данным экологических организаций, дымка в приземном слое, возникающая из-за пожаров, может повлиять на глобальные климатические изменения планеты.

4.Опустынивание участков. Возгорания ведут к ослаблению экосистемы степи, превращая эту территорию в пустыню.

2.3 Причины возникновения природных пожаров

Больше половины всех природных возгораний разного уровня классификации возникает в доступной близости к населенным пунктам в дни общенациональных праздников и массовых отпусков. А значит, главная причина их возникновения— человеческий фактор, а именно:

Неосторожное обращение с огнем;

брошенный наспех окурок;

не потушенный тлеющий костер;

пропитанная маслом ветошь;

тара из-под горючих веществ;

искра от транспортного средства.[5]

Ещё одна из причин также связана с человеческим фактором, но уже опосредованно. Сегодня накоплено слишком много мусора - пластикового, органического, стеклянного, и всё это часто способно к самовозгоранию. Наша природа захламлена настолько, что для возникновения возгораний уже часто не нужно прямого участия человека - в случае прозрачного пластика, стёкол срабатывает «эффект сфокусированных линз», и это приводит к тому, что подобный мусор может легко воспламениться.

Разряд молнии, самовозгорание торфа, травы занимают лишь 5 % в ряде опасных факторов возникновения неконтролируемого огня.

3. Технические средства борьбы с ландшафтными пожарами

3.1 Основные технические средства борьбы с ландшафтными пожарами

При борьбе с ландшафтными пожарами рекомендуется использование следующих технических средств.

1) Почвообрабатывающие орудия, применяемые для прокладки заградительных и опорных минерализованных полос: плуги; фрезы.

2) Машины, применяемые для прокладки заградительных минерализованных полос: бульдозер; полосопрокладыватели.

3) Орудия, применяемые для прокладки канав: канавокопатели.

4) Машины и оборудование для тушения пожаров водой: пожарные автоцистерны различного типа; пожарные мотопомпы; пожарные насосы, стволы пожарные, лафетные и ручные пожарные стволы с эжектированием пенообразователя, лафетные стволы с осцилляторами, пожарные катера, пожарные вездеходы.

5) Ранцевые огнетушители-опрыскиватели, химические  опрыскиватели; ранцевые  пневматические огнетушители  для огнетушащих солей, эмульсий, пенообразователей и огнетушащих порошков).

6) Грунтометы:

7) Легкий пожарный модуль "Ермак"..

8) Авиационная техника, в т. ч .беспилотные летательные аппараты для мониторинга пожарной обстановки.

9) Робототехнические комплексы.

- дистанционно-управляемая установка пожаротушения ЛУФ-60;

- мобильные роботизированные комплексы пожаротушения ЕЛЬ-4 и ЕЛЬ-10;

- мобильная установка роботизированная газо-водяного тушения (МРУГВТ);

- роботизированный комплекс "КЕДР" в составе двух машин для тушения низовых лесных и торфяных пожаров.

3.2 Робототехнические комплексы (РТК): основные модели

Установка ЛУФ-60 позволяет создавать интенсивный поток воды и транспортировать его на значительные расстояния в потоке воздуха. Используя эти качества, производилось тушение низовых пожаров на участке леса вдоль вновь образованной просеки - минерализованной полосы

Мобильные роботизированные комплексы пожаротушения ЕЛЬ-4 и ЕЛЬ-10 позволяют проводить работы по разграждению проходов в лесных завалах, а также тушению пожаров с помощью водопенных средств.

Расход воды на ЕЛЬ-4 составляет 20 л/с, дальность подачи воды  составляет 35 м.

Мобильную роботизированную установку газо-водяного тушения (МРГУВТ) целесообразно использовать для профилактики развития лесных пожаров путем орошения лесного массива. Проведение работ с установкой МРУГВТ на реальном пожаре представляется нецелесообразным ввиду недостаточного количества воды для работы в зоне пожара.

Роботизированный пожарный комплекс "КЕДР". Комплекс размещен на шасси плавающего легкобронированного гусеничного транспортера МТЛБ-у. В состав комплекса входит насосно-рукавная машина "КЕДР-НР" и машина пожаротушения "КЕДР-П".  

В зависимости от конкретных условий обе машины могут управляться в дистанционном режиме или с помощью экипажа. Конструкция насосно-рукавной машины позволяет забирать воду из природных источников в труднопроходимой местности с помощью погружного насоса, при этом сама машина может находиться на поверхности водоема или, при невозможности войти в воду, путем опускания насоса в воду с помощью подъемного устройства.

Машина пожаротушения обеспечивает тушение пожаров как с помощью лафетного ствола, так и ликвидацию низовых пожаров с помощью специальной оросительной установки.

3.3 Преимущества использования РТК

За счет правильного использования РТК возможно повысить тактические возможности пожарных подразделений при тушении ландшафтных пожаров:

- повышение скорости и точности выполнения заданной последовательности действий по сравнению с обычными техническими средствами пожаротушения (ОТС);
- повышение уровня защиты людей за счет удаления оператора и других участников тушения пожара на безопасное расстояние от зоны горения;

- увеличенная по сравнению с ОТС продолжительности работы РТС в условиях особой опасности для жизни и здоровья людей;

- повышенная точность подачи огнетушащих веществ в очаг пожара, позволяющая снизить излишние проливы и уменьшить материальные потери от пожара;

- повышение общего уровня управления пожарными подразделениями при тушении пожара за счет тактических возможностей РТС и уменьшения количества пожарных работающих в непосредственной близости от зоны горения;

- при групповом использовании РТС возможно значительное повышение тактических возможностей по сравнению с одиночным применением РТС, что особо актуально при тушении крупномасштабных пожаров.

4. Практическая часть

При тушении ландшафтных пожаров, в целях успешной ликвидации, целесообразно использование РТК с подачей воды по рукавной линии от внешнего источника. С этой целью предлагается использовать робота–грузовика, имеющего в своем составе специализированное  транспортировочное шасси повышенной проходимости, бункер с водой, насосный  модуль, перекачивающий насос и дизельный двигатель. Также комплекс может использоваться как перекачивающая насосная станция из водоемов, к которым невозможно направить автомобили на колесном ходу.

В отличие от пожаров на промышленных установках, специфика ландшафтных пожаров характеризуется изменчивостью направления фронта пламени в зависимости от природных условий. В этом случае возможность маневрирования РТК существенно ограничена, что может привести к их гибели. В таких условиях целесообразно использование не одиночного РТК, а в паре с другим, в целях обеспечения их взаимодействия для успешной эвакуации из очага пожара за счет подачи огнегасящего состава для охлаждения РТК и разграждения путей его отхода.

Для наглядности возможностей РТК были собраны и запрограммированы три  робота для автоматизации процесса пожаротушения на базе конструктора LEGO Education 45544, 45560.

Робот - пожарный имеет специальное    погрузочно-разгрузочное оборудование. 

Второй робот - пожарный  нужен  для работ на больших высотах и имеет в своем  составе  подъёмный  механизм.

 

Робот-грузовик имеет специализированное  транспортировочное шасси повышенной проходимости. На  нем может располагаться  бункер с водой, насосный  модуль, перекачивающий насос и дизельный двигатель.

Предусмотрен, в случае отказа основной программы, переход на дистанционный режим управления РТК.

Робот - пожарный   двигается вдоль кромки пожара. Пожаротушение  выполняется роботом снизу вверх.  Вначале программа робота позволяет направлять струю воды в нижней плоскости кромки пожара. По завершении первого прохода робот останавливается, поднимает сопло выше и продолжает движение уже в обратном направлении. Далее процесс повторяется.

Робот останавливается, когда заканчивается вода в бункере робота-грузовика или по команде оператора. В случае выхода из строя основной программы робот переводится на дистанционное управление.

Заключение

Проведенное исследование показало необходимость повышения тактических возможностей пожарно-спасательных подразделений  Ростовской области, в том числе, путем применения РТК.

Применение  робототехнических комплексов для тушения ландшафтных пожаров решает следующие задачи:

исключается риск попадания пожарных в зону опасных  температур  так как, пожарный удален  от места непосредственного места пожаротушения;

увеличивается скорость перемещения вдоль пожара

нивелируется загрязнение окружающей среды.

 Роботы могут  двигаться  по кругу зарождающего  ландшафтного  пожара и не дать распространится пожару на большие территории, или выполнять функцию окарауливания.

Список литературы

1. Методика тушения ландшафтных пожаров (утв. МЧС России 14.09.2015 N 2-4-87-32-ЛБ).

2. Электронный ресурс: https://rostov.mk.ru/science/2020/04/27/uchenye-byut-trevogu-landshaftnye-pozhary-ugrozhayut-ekosisteme-dona.html

3. Электронный ресурс: https://karatu.ru/priroda-rostovskoj-oblasti/

4. Электронный ресурс:

https://vlg.aif.ru/society/details/vremya_stepnogo_poroha_mozhno_li_polnostyu_predotvratit_landshaftnye_pozhary

5. Электронный ресурс:

 https://vladyka23.ru/entsiklopediya/prichiny-prirodnyh-pozharov-i-ih-klassifikaciya-3.html

Приложения

Основные модели робототехнических комплексов (РТК)