1. ВІДГУК
офіційного опонента, доктора технічних наук, професора Мусієнка Максима
Павловича про дисертаційну роботу Пустовіта Михайла Олександровича
на тему «Апаратно-програмне забезпечення моделювання та візуалізації
процесу гасіння пожеж в приміщеннях», подану до захисту на здобуття наукового
ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп’ютерні
системи та компоненти
Актуальність теми дисертації
У різних сферах людської діяльності набувають значного поширення
тренажерні технології, які сприяють ефективному формуванню професійних
навичок і підготовці фахівців до ухвалення швидких і правильних рішень. Сучасні
комп'ютеризовані тренажери, що використовують математичні моделі
різноманітних процесів, дозволяють імітувати реальні ситуації, зокрема, можливі
аварії й позаштатні режими роботи обладнання для відпрацьовування дій
персоналу в надзвичайних ситуаціях, створювати візуальну картину
навколишнього простору та його зміни в процесі роботи.
Важливий клас тренажерних систем складають комп'ютеризовані
тренажери, що призначені для підрозділів оперативно-рятувальної служби
цивільного захисту Державної служби України з надзвичайних ситуацій.
Проте розробка подібних систем неможлива без адекватних математичних
моделей процесів поширення та припинення горіння. Існує кілька класів
математичних моделей, що описують зміну в часі й поширення небезпечних
факторів пожежі. Кожен із цих класів містить десятки моделей, які мають свої
певні переваги й недоліки. Існують також моделі, що стосуються планування
оперативних дій, обліку сил та засобів і визначенню можливості або
неможливості розв'язання поставлених завдань.
Більшість відомих моделей є непридатними для створення
комп'ютеризованих тренажерів через часові обмеження процесів моделювання.
Крім того, результати обрахунку моделей потребують наочного і зрозумілого
подання для сприйняття людиною. Одним із перспективних підходів до створення
моделей пожеж, що задовольняють вказаним вимогам, є використання клітинних
автоматів, які застосовуються для моделювання складних динамічних систем і
забезпечують відображення результатів у графічному вигляді, що полегшує
розуміння дискретної динаміки досліджуваної системи.
Усе це обумовлює актуальність розробки апаратно-програмних засобів
комп’ютеризованого тренажера для моделювання та візуалізації процесу
припинення неконтрольованого горіння в приміщеннях при часових обмеженнях.
Наукове й практичне значення роботи також підтверджені тим, що вона
виконана відповідно до Постанови Президії НАНУ від 20.12.13 №179 «Основні
наукові напрями та найважливіші проблеми фундаментальних досліджень у галузі
природничих, технічних і гуманітарних наук Національної академії наук України
на 2014–2018 рр. », а саме пп.1.2.1.1. «Розробка математичних методів та систем
моделювання об’єктів та процесів», п. 1.2.4.5. «Розробка алгоритмів і програмно-
апаратних засобів для систем комп’ютерного аналізу» та п. 1.2.9.2. «Розробка
побудови інтелектуальних відеоприладів і систем реального часу»; а також до
2. “Концепції наукового забезпечення діяльності МНС України” (Наказ МНС
України від 02.08.2012 № 1081, науково-дослідної роботи №0113U004025 за
темою «Методи і засоби моделювання гасіння пожеж для комп’ютеризованих
тренажерних комплексів».
Таким чином, усе вищевказане обумовлює актуальність теми дисертаційної
роботи Пустовіта М.О.
Зміст та ступінь обґрунтованості наукових положень, висновків і
рекомендацій, сформульованих у дисертації та авторефераті
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, показано
зв’язок роботи з науковими програмами та темами, сформульовано мету та задачі
досліджень, наведено методи дослідження, викладено наукову новизну та
практичне значення одержаних результатів, зазначено особистий внесок
здобувача та наведено відомості про впровадження, апробації та структуру
роботи.
У першому розділі дисертації проведено аналіз існуючих проблем побудови
комп’ютеризованих тренажерів підготовки пожежних, математичних моделей
розвитку пожеж, пов’язаних з ними проблем моделювання при часових
обмеженнях, визначено можливі сфери застосування тренажерних систем.
В результаті проведеного аналізу встановлено, що розроблені до
теперішнього часу тренажерні системи гасіння пожеж у більшості випадків не
містять у своїй основі адекватних моделей розвитку та гасіння пожеж. Досить
часто в них відсутні будь-які логіко-математичні процесори; робота системи при
часових обмеженнях неможлива. Недостатньо вивченими є питання моделювання
пожеж в приміщеннях при часових обмеженнях.
Виходячи з аналізу особливостей моделювання лісових пожеж з
використанням клітинних автоматів було запропоновано застосувати їх як
основну для побудови комплексної моделі розвитку та гасіння пожежі в
приміщенні та візуалізації її параметрів.
В розділі сформульована та формалізована наукові задачі роботи,
розв’язання яких дозволить розробити апаратно-програмних засобів моделювання
та візуалізації процесу припинення неконтрольованого горіння в приміщеннях
при часових обмеженнях, поетапно виокремлено питання, що потребують
дослідження.
У другому розділі розглядаються моделі пожеж усередині будівель на основі
клітинних автоматів у дво- та тривимірному просторі. Для створення моделі автор
використовує два взаємопов'язаних клітинних автомати: один для моделювання
поширення вогню і один для моделювання поширення диму Автором
сформульовані правила переходів, які забезпечили можливість використання
клітинних автоматів саме для моделювання пожежі всередині приміщень.
Розглядаються особливості побудови моделі пожежі на основі тривимірних
клітинних автоматів, яка описує розвиток пожежі в об’ємі.
Поєднано ймовірнісну модель поширення пожежі на основі методу
клітинних автоматів та інтегральну модель пожежі, що дозволило обраховувати
середньооб’ємні параметри стану газового середовища в приміщенні.
3. Візуалізацію результатів моделювання автор пропонує здійснювати за
допомогою тривимірного воксельного клітинного автомату. Модель візуалізації
передбачає використання кольорів, що вибираються за RGB-схемою, значення
якої позначаються цілими числами від 0 до 255. За прозорість комірки клітинного
автомату відповідає альфа-канал.
Третій розділ дисертації присвячений розробці моделі процесу припинення
горіння у будівлях. Визначено 3 підходи для виникнення умов припинення
горіння. Отримано модель процесів припинення горіння з урахуванням
руйнування будівельних конструкцій. Проведено математичне моделювання
розпилених водяних струменів та струменів піни середньої кратності для гасіння
пожеж з метою удосконалення моделі гасіння.
Автор запропонував об’єднати побудовані ним різні моделі в одну
комплексну модель. Основною метою цієї моделі є найповніше врахування
можливостей боротьби з пожежею за допомогою наявних сил і засобів. Модель
математично описує фізичні процеси природнього розвитку та загасання пожежі,
а також поєднує процеси гасіння пожежі за допомогою штатного обладнання
підрозділів оперативно-рятувальної служби.
Окрім того в роботі було проаналізовано результати моделювання при
постійних початкових даних і різних початкових значеннях удосконаленого
генератору випадкових чисел на стійкість результатів моделювання процесів
розвитку пожежі та припинення горіння. За результатами випробувань
модельовані параметри в різні контрольні моменти часу моделювання не
відрізнялася більш ніж на 3%.
У четвертому розділі створено програмно-апаратні засоби комп’ютеризо-
ваного тренажеру підготовки пожежного.
Створена програмна реалізація комплексної моделі розвитку та гасіння
пожежі, для чого було розроблено алгоритми та написано програмний код у
середовищі Visual С++. Розроблено структуру комп’ютеризованого тренажеру із
детальним описом його основних складових та модулів. Розроблено програмно-
апаратне забезпечення спеціалізованих засобів керування комп’ютеризованого
тренажеру, що дозволило створити більш досконалі інтерфейси користувача -
високоточну систему позиціонування пожежного ствола.
Проведено порівняльний аналіз результатів досліджень, який показав
основні позитивні відмінності, що відрізняють розроблену комплексну модель та
тренажер, створений на її основі від існуючих моделей та рішень. Отримані в
роботі результати рекомендовані до застосування з метою удосконалення
існуючих тренажерних систем та створення нових для підрозділів оперативно-
рятувальної служби цивільного захисту ДСНС України.
У додатках наведено документи, що підтверджують практичне значення і
впровадження результатів дисертаційної роботи, а також результати
експериментальних досліджень та імітаційного моделювання.
Таким чином, усі поставлені у роботі завдання виконані, мета роботи
досягнута. Оформлення дисертаційної роботи та автореферату відповідає вимогам
державних стандартів України.
Автореферат дисертації за своїм змістом повністю відповідає
дисертаційній роботі
4. Обґрунтованість основних наукових результатів роботи підтверджується
наведеною в розділах 2-4 системою формальних методик і перетворень, що не
містить принципових помилок, а достовірність отриманих результатів та
висновків забезпечується збіжністю результатів експериментальних досліджень,
отриманих при програмній реалізації алгоритмів, з теоретичними та практичними
результатами.
Наукова новизна отриманих результатів
До основних нових наукових результатів, отриманих в дисертації слід
віднести наступні:
1. Вперше розроблено комплексну модель пожежі в приміщенні на основі
інтегральної моделі розвитку пожежі та клітинних автоматів, шляхом побудови
множин правил переходу та коригування пожежного навантаження, що дало
можливість поєднати процеси розвитку та гасіння пожежі з урахуванням
штатного пожежно-технічного обладнання підрозділів служби цивільного захисту
та забезпечило можливість розробки апаратно-програмних засобів
комп’ютеризованого тренажеру підготовки пожежного.
2. Вперше розроблено тривимірну модель розвитку пожеж в приміщеннях
на основі вдосконалених клітинних автоматів шляхом уточнення просторової
структури пожежного навантаження та побудови множин правил переходу, що
забезпечило підвищення точності моделювання та візуалізації параметрів пожеж
відносно двовимірної моделі.
3. Вперше розроблено модель гасіння пожеж на основі клітинних автоматів
шляхом зміни пожежного навантаження з урахуванням штатного пожежно-
технічного обладнання підрозділів служби цивільного захисту, що забезпечило
можливість візуалізації наслідків використання засобів гасіння пожежі.
4. Отримали подальший розвиток методи синтезу апаратно-програмних
засобів комп’ютеризованого тренажеру на основі використання розроблених
моделей шляхом управління зміни пожежного навантаження, що забезпечило
візуалізацію процесів розвитку та припинення горіння з використання штатного
пожежно-технічного обладнання оперативних підрозділів служби цивільного
захисту в режимі реального часу.
Практичне значення отриманих результатів
Розроблені та вдосконалені в роботі моделі та методи доведені автором до
алгоритмів, інженерних методик, функціональних схем та фрагментів
програмного забезпечення придатних в інженерній практиці при розробці
комп’ютеризованого тренажеру підготовки пожежного
Практична цінність роботи підтверджена актами впровадження в
практичних підрозділах Державної служби України з надзвичайних ситуацій і в
навчальних закладах, зокрема: в навчально-методичному центрі цивільного
захисту та безпеки життєдіяльності Черкаської області (акт від 9 вересня 2013
року); в Академії пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля (акт від 5 листопада
2013 року); Черкаському державному технологічному університеті (акт від 4
листопада 2013 року); Кіровоградському національному технічному університеті
(акт від 8 листопада 2013 року).
5. Завершеність роботи, стиль викладання матеріалу, публікації та апробація
результатів досліджень
Аналіз сукупності наукових результатів, представлених в роботі Пустовіта
Михайла Олександровича, засвідчує особистий внесок автора в науку щодо
розробки апаратно-програмних засобів комп’ютеризованого тренажера для
моделювання та візуалізації процесу припинення неконтрольованого горіння в
приміщеннях при часових обмеженнях, для практичної підготовки фахівців у
галузі пожежної безпеки.
Дисертаційна робота написана грамотно, науково-технічна термінологія в
цілому використовується коректно. Стиль викладу матеріалів дисертації
зрозумілий і досить логічний.
Основні результати дисертації були опубліковані в 19 наукових працях, з
яких 8 статей у фахових виданнях України, 1 стаття у зарубіжному виданні, 1
монографія, 9 тез доповідей на конференціях.
Результати дисертаційного дослідження доповідалися й обговорювалися на:
достатній кількості міжнародних конференціях.
Загальні недоліки та зауваження по роботі
1. В 1-му розділі детально розглянуті математичні моделі розвитку пожежі, проте
моделям гасіння пожежі майже не приділено уваги, притому що деякі елементи
такого опису зустрічаються далі по тексту: наприклад у 3-му розділі на стор. 71.
2. Створюючи клітинний автомат для моделювання поширення диму в
тривимірному просторі автор робить припущення, що поширення диму в
вертикальному вимірі відбувається так саме, як у горизонтальному. Однак таке
припущення потребує обґрунтування з наведенням обмежень, за яких воно буде
коректним. Крім того, використовується припущення, що дим присутній в
клітині до тих пір, поки пожежу не погашено. Можливо таке припущення
спрощує модель, однак автор про це не говорить.
3. В розділі 2.2 (стор. 60) не чітко визначений механізм присвоєння вагових
коефіцієнтів коміркам тривимірного клітинного автомату.
4. В розділі 3.3. замість рис. 3.3. «Загальний вигляд розпиленого водяного
струменя» (стор. 81) доцільно було б привести схему струменя з конкретною
дискретизацією клітинного автомату в тривимірному просторі.
5. Мало уваги приділено опису апаратного забезпечення тренажеру. Окрім типу
акселерометра та гіроскопа (без вказівки їх марки) немає опису інших
елементів технічного обладнання. Не наведені структурні та функціональні
схеми тощо.
6. Фрагменти коду програмної реалізації комплексної моделі пожежі, що наведені
в розділі 4 (с. 93-96, 108-109, 111-112, 114-115), доцільно було б винести в
додатки.
7. Наявні деякі редакторські та орфографічні неточності та помилки в оформленні
дисертації:
- не наведено яке символьне позначення за що відповідає у формулі (2.3)
на 45 стор.;
- в назві 4-го розділу та по його тексту зустрічається термін «програмно-
апаратне…», хоча назва дисертації «апаратно-програмне…»;
6. - деякі рисунки мають некоректні назви, наприклад, рис. 1.6 – розвиток
пожежі в моделі клітинних автоматів; рис. 3.1 – прогорання стінки на
регулярній сітці КА (неможливо відобразити на статичному рисунку
процеси розвитку, прогорання); фактично на цих рисунках наведено
результати певних етапів моделювання;
- орфографічні помилки, відсутність пробілів між деякими словами тощо.
Вищезазначені недоліки та зауваження не впливають на загальний
позитивний висновок щодо дисертації.
Висновки
Дисертаційна робота є завершеною науково-дослідною роботою, в якій
отримані нові науково-обґрунтовані результати, що в сукупності вирішують
наукову задачу щодо апаратно-програмних засобів комп’ютеризованого
тренажера для моделювання та візуалізації процесу припинення
неконтрольованого горіння в приміщеннях при часових обмеженнях, для
практичної підготовки фахівців у галузі пожежної безпеки.
Робота «Апаратно-програмне забезпечення моделювання та візуалізації
процесу гасіння пожеж в приміщеннях» відповідає вимогам до кандидатських
дисертацій, які передбачені Постановою Кабінету Міністрів України від 24 липня
2013 р. № 567 «Порядок присудження наукових ступенів та присвоєння вченого
звання старшого наукового співробітника», а її автор – Пустовіт Михайло
Олександрович – заслуговує присвоєння наукового ступеня кандидата технічних
наук зі спеціальності 05.13.05 – комп’ютерні системи та компоненти.
Офіційний опонент,
декан факультету комп’ютерних наук
Чорноморського державного університету
імені Петра Могили,
д.т.н., професор М. П. Мусієнко
Підпис Мусієнка М.П. засвідчую:
Секретар вченої ради,
к.т.н., доцент М. В. Донченко
