АСУ. АСУ Горохов 076. Курсовой проект Разработка системы связи и автоматизированной системы оперативного управления гарнизонов пожарной охраны

• Название: Курсовой проект Разработка системы связи и автоматизированной системы оперативного управления гарнизонов пожарной охраны
• Дата: 16.12.2022
• Размер: 1.01 Mb.
• Имя файла: АСУ Горохов 076.doc
• Тип: Курсовой проект; #848203
• страница: 4 из 7

Рис. 2.2. Схема боевого развертывания АСО

2.2. Расчет основных характеристик системы оперативной связи

Центр управления силами и средствами пожарной охраны является основным звеном гарнизона ПО, обеспечивающим прием и обработку информации, выработку управленческих решений и их передачу исполнителям. От оперативности, надежности и безошибочности работы всех подсистем ЦУС зависят размер материальных и социальных последствий от пожаров. Для минимизации времени ликвидации пожаров диспетчерский состав ЦУС должен непрерывно и своевременно получать информацию о пожарах, различных ЧС, об изменении оперативной обстановки в гарнизоне, передислокации и движении сил и средств, изменении дорожной обстановки и др.

Диспетчерским составом ЦУС за минимальное время должна осуществляться быстрая и безошибочная обработка и регистрация всех видов поступающей информации; выработка управленческих решений по высылке и передислокации сил и средств к месту пожара; доведение приказов и распоряжений в ПЧ; информационная поддержка РТП в пути следования к месту пожара и на пожаре.

Для выполнения этих задач ЦУС оборудуются техническими средствами связи, подключенными к магистральным каналам проводной сети связи.

Все вызовы, поступающие в СОДС гарнизона ПО, условно можно разделить на три основных типа: вызовы-сообщения, связанные непосредственно с пожарами; вызовы информационного характера и вызовы-помехи.

Вызовы-помехи,в отличие от вызовов сообщений и вызовов информационного характера, не несут полезной информации и создают дополнительную нагрузку на диспетчеров, снижают оперативность приема сообщений о пожарах. Вызовы-помехи разделяют на следующие виды:

Вызовы-помехи 1 вида. К ним относятся вызовы, связанные с потребностью абонентов в получении различной справочной информации, а также хулиганством отдельных абонентов.

Вызовы-помехи 2 вида. Это вызовы, связанные со случайным обращением абонентов к диспетчеру ЦУС при ошибочном наборе номера телефона.

Вызовы-помехи 3 вида. Такие вызовы связаны с отсутствием в линии специальной связи "01" речевой информации, т.е. когда абонент молчит.

Вызовы-помехи 4 вида. Когда по линии специальной связи "01" проходят сигналы "занято" (сигналы отбоя абонента).

Вызовы информационного характера связаны с передачей информацией об изменении оперативной обстановки на территории гарнизона. Они также создают дополнительную нагрузку на каналы связи и диспетчерский состав и должны учитываться при построении оптимальной структуры системы.

По каналам проводной и радиосвязи на ЦУС поступает поток вызовов, характеризующийся неравномерностью поступления вызовов во времени. Особенно эта неравномерность наблюдается по часам суток. Число вызовов резко увеличивается около 7-ми часов утра, затем плавно увеличивается до максимального значения (около 18-ти часов) и уменьшается до минимального значения в ночные часы. Неравномерность поступления вызовов по дням недели менее ярко выражена, однако наблюдается резкое уменьшение числа вызовов в воскресные дни. Наблюдается также зависимость числа вызовов и по отдельным периодам времени года.
Расчет основных характеристик системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны проводится на основе теории массового обслуживания. При этом под качеством обслуживания понимается, насколько своевременно проведено обслуживание поступивших в систему сообщений о пожарах. СОДС как система массового обслуживания характеризуется: входным потоком вызовов; количеством каналов обслуживания и вероятностью отказа в обслуживании вызовов. Для проведения практических расчетов в теории массового обслуживания наиболее часто рассматривается пуассоновский (простейший) поток вызовов, в котором вероятность поступления в промежуток времени ровно вызовов задается формулой Пуассона

.

Простейший поток обладает тремя основными свойствами: стационарностью, отсутствием последействия и ординарностью. Случайный поток называется стационарным, если вероятность поступления определенного количества вызовов в течение определенного отрезка времени зависит от его величины и не зависит от начала его отсчета на оси времени. То есть для задания простейшего потока достаточно задать только плотность (интенсивность) потока вызовов .

Отсутствие последействия состоит в том, что вероятность поступления за отрезок времени определенного числа вызовов не зависит от того, сколько вызовов уже поступило в систему. Отсутствие последействия предполагает взаимную независимость процесса обслуживания вызовов в неперекрывающиеся между собой промежутки времени.

Ординарность потока вызовов означает практическую невозможность появления двух и более вызовов в один и тот же момент времени.
2.2.1. Расчет характеристик устойчивости системы оперативной связи
Устойчивость системы оперативной связи, состоящей из каналов связи (например, из одного основного и нескольких резервных), характеризуется вероятностью ее безотказной работы:

,

где - вероятность безотказной работы -го канала связи;

- интенсивность повреждения канала связи;

- время работы канала связи.

Устойчивость системы оперативной связи, состоящей из двух каналов связи (основного и резервного), оценивается следующей вероятностью безотказной работы при заданных и :

.

Таким образом, в результате резервирования основного канала связи устойчивость системы оперативной связи повысится на величину .
2.2.2. Оптимизация сети специальной связи по линиям «01» и расчет ее пропускной способности
Оптимизация сети специальной связи по линиям «01» сводится к нахождению такого числа линий связи «01» и диспетчеров, при которых обеспечиваются заданная вероятность потери вызова и необходимая пропускная способность сети специальной связи.

Последовательно увеличивая число линий связи с 1 до , выбирается такое число линий связи, при котором выполняется условие .

Нагрузка в сети специальной связи по линиям «01» может быть представлена как

мин-зан.

Вероятность того, что все линии связи свободны определяется по формуле

,

где - последовательность целых чисел.

Для случая, когда , вероятность того, что линия связи будет свободна, определяется следующим образом:

.

Вероятность того, что все линии связи будут заняты (вероятность отказа в обслуживании) определяется как

.

Для случая, когда , вероятность отказа в обслуживании

.

Сравнивая полученное значение и требуемое значение вероятности потери вызова , приходим к выводу, что условие не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до . При этом вероятность того, что две линии связи будут свободны:

.

Вероятность отказа при этом определяется как

.

Сравнивая полученное значение и требуемое значение вероятности потери вызова , приходим к выводу, что условие не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до . При этом вероятность того, что две линии связи будут свободны:

.

Вероятность отказа при этом определяется как

.

Сравнивая полученное значение и требуемое значение вероятности потери вызова , приходим к выводу, что условие не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до . При этом вероятность того, что две линии связи будут свободны:

.

Вероятность отказа при этом определяется как

.

Сравнивая полученное значение и требуемое значение вероятности потери вызова , приходим к выводу, что условие не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до . При этом вероятность того, что две линии связи будут свободны:

.

Вероятность отказа при этом определяется как

.

Сравнивая полученное значение и требуемое значение , приходим к выводу, что при двух линиях связи условие соблюдается, т.е. . Таким образом, принимаем .

Вероятность того, что вызов будет принят на обслуживание (относительная пропускная способность сети связи извещения по коммутируемым линиям укороченной значности «01»):



Таким образом, в установившемся режиме в сети связи будет обслужено 99,9 % поступивших по линиям связи «01» вызовов.

Абсолютная пропускная способность сети связи определяется следующим выражением:

,

т.е. сеть связи способна обслужить в среднем 0,539 вызова в минуту.

Рассчитываем среднее число занятых линий связи:

.

Следовательно, при установившемся режиме работы сети связи будет занята лишь одна линия связи, остальные будут свободны, т.е. достигается высокий уровень эффективности обслуживания вызовов – 99,93 % всех поступивших вызовов.

Коэффициент занятости линий связи:

.

Рассчитываем среднее число свободных линий связи:

.

Коэффициент простоя линии связи «01»:

.

Фактическая пропускная способность сети связи с учетом аппаратурной надежности

.

где - коэффициент готовности аппаратуры сети связи.

Необходимое число линий связи «01» с учетом аппаратурной надежности определяется по формуле:

.

Время занятости диспетчера обслуживанием одного вызова

,

где - заданная величина времени одного «чистого» разговора диспетчера с вызывающим абонентом;

- время занятости диспетчера обработкой принятого вызова (ввод информации в компьютер, регистрация в журнале и т.п.).

По заданной интенсивности входного потока вызовов выз/мин, поступающих в сеть связи по линиям «01», и времени обслуживания одного вызова диспетчером определим полную нагрузку на всех диспетчеров за смену, т.е. за 24 часа:

ч-зан.,

где 60 – количество минут в 1 ч при переводе в выз/ч.

Допустимая нагрузка на одного диспетчера за смену с учетом коэффициента занятости диспетчера

ч-зан.,

где - допустимый коэффициент загрузки диспетчера;

ч – допустимое время занятости диспетчера обработкой вызовов.

Определяем необходимое число диспетчеров:

.

По результатам оптимизации сети специальной связи по линиям «01»делаем вывод о том, что необходимо иметь 3 линий связи «01» и одного диспетчера.
2.2.3. Расчет характеристик функционирования радиосети:

оперативности и эффективности функционирования радиосвязи
Оперативность радиосвязи характеризуется вероятностью того, что информация от одного абонента к другому будет передана в течение времени, не более заданного:

,

где - время «чистого» переговора;

- непроизводительные затраты времени на коммутацию абонента, установку соединения и т.п.;

- заданная величина времени, определяющая оперативность связи (критерий оперативности).

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны, оперативность радиосвязи оценивается по формуле

,

где - вероятность того, что радиоканал свободен и ожидающих нет;

- вероятность того, что радиоканал занят, но ожидающих нет.

,

где - число радиостанций в сети радиосвязи (число абонентов в радиосети);

- нагрузка в сети радиосвязи;

- последовательность целых чисел.

Эффективность функционирования радиосети может быть оценена математическим ожиданием случайной величины ее состояния , которое является показателем целесообразности использования радиосети для выполнения заданных функций.

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны, эффективность функционирования радиосети оценивается по следующей формуле:

,

где - соответственно время переговора и непроизводительные затраты времени в радиосети.
Задано: Нагрузка в радиосети мин-зан.;

число радиостанций в радиосети ;

время переговора в радиосети мин;

непроизводительные затраты времени Тн=0,25 мин.

Расчет:

Оперативность радиосвязи при этом определяется как



Эффективность функционирования радиосети

.

Определение необходимых высот подъема антенн стационарных радиостанций

Дальность действия ОВЧ(УКВ) радиосвязи зависит от следующих основных факторов:

• 
  качественных характеристик приемника (чувствительности приемника);
  
• 
  параметров антенно – фидерного тракта радиостанций (его длины и затухания);
  
• 
  величины излучаемой мощности передатчика;
  
• 
  высот подъема приемно – передающих антенн;
  
• 
  закономерности распространения радиоволн ОВЧ диапазона в условиях пересеченной местности и городской застройки;
  
• 
  видов модуляции;
  
• 
  рельефа местности и др.
  

Организация радиосети гарнизона представлена на рисунке 2.4 [29]
В случае отличия рельефа местности от среднепересеченного необходимо ввести дополнительный коэффициент ослабления сигнала , значения которого для полосы частот 148-174 МГц приведены в табл. 2.5.
Таблица 2.5

Значения коэффициента ослабления сигнала в зависимости от условной меры неровности рельефа

	30	40	50	70	90	110	120	140	150
	- 2	- 1	0	1	3	4	5	6	7
	170	190	210	230	250	290	330	360	390
	8	9	10	11	12	13	14	15	16

При расчете условий обеспечения заданной дальности радиосвязи минимальное значение уровня напряженности поля полезного сигнала на входе приемного устройства при котором обеспечивается высокое качество радиосвязи, принимается равным 20 дБ (10 мкВ/м).

При одновременной работе близко расположенных радиостанций, работающих в различных радиосетях (на разных несущих частотах), возникает проблема обеспечения их электромагнитной совместимости, т.е. проблема обеспечения совместной работы радиостанций без взаимных мешающих влияний. Под мешающими влияниями, прежде всего, понимается влияние передатчика одной радиостанции на приемник другой радиостанции, разнесенных между собой территориально и по частоте. Мешающие влияния должны учитываться, в первую очередь, в части блокирования полезного сигнала мешающим. Результаты экспериментальных исследований приемопередатчиков стационарных и возимых радиостанций показали, что для обеспечения заданного качества и надежности радиосвязи (требуемого отношения сигнал/шум на входе низкочастотного тракта приемника) в случае превышения допустимого уровня мешающего сигнала требуется пропорциональное увеличение уровня полезного сигнала на входе приемника. Таким образом, для обеспечения радиосвязи с требуемым качеством и надежностью необходимо минимальную величину напряженности поля принимаемого сигнала увеличить на , дБ.

Определение дальности радиосвязи необходимо проводить исходя из минимального значения уровня напряженности поля с учетом влияния рельефа местности, выходной мощности передатчика, затухания антенно-фидерных трактов передатчика ( ) и приемника ( ), коэффициентов усиления передающей и приемной антенн, величены превышения допустимого уровня мешающего сигнала ( ).

Таким образом, с учетом вышеизложенного, величина напряженности поля полезного сигнала на входе приемного устройства определяется по формуле:

,

где - коэффициент погонного затухания фидерного тракта передатчика и приемника соответственно;

и - длина фидерного тракта передатчика радиостанции ЦУС и приемника радиостанции ПСЧ соответственно, м;

- коэффициенты усиления антенн передатчика и приемника соответственно;

- поправочный коэффициент, величина которого принимается равной 0 дБ (в соответствии с графиком рис. 2.6) при использовании радиостанций типа «Motorolа», имеющих мощность излучения передатчика 10 Вт).

По полученной величине напряженности поля полезного сигнала на входе приемника и заданному удалению пожарной части от ЦУС с помощью графиков (рис. 2.5)[29] определяется произведение высот подъема антенн . Из полученного произведения высот выбираются необходимые высоты стационарных антенн ЦУС и удаленной пожарной части .

Пользуясь изложенным выше алгоритмом расчета, можно определить максимальную дальность радиосвязи между ЦУС и пожарными автомобилями. В этом случае высота установки антенны на пожарном автомобиле принимается равной 2м.
2.2.4.2. Расчет координационных расстояний
С целью экономии частотных каналов целесообразно в соседних гарнизонах пожарной охраны организовывать сети радиосвязи на совпадающих частотах, т.е. использовать одни и те же рабочие каналы. Однако это возможно только при обеспечении малых уровней мешающих сигналов между радиосредствами соседних гарнизонов.

Уровень мешающего сигнала можно снизить соответствующим пространственным разносом стационарных радиостанций, одновременно работающих на совпадающих частотах. В этом случае возникает задача определения координационного расстояния, то есть такого территориального разноса, за пределами которого уровень мешающего сигнала будет меньше уровня, обусловленного нормами или рекомендациями.

Под координационным расстоянием понимается минимальный территориальный разнос антенн стационарных радиостанций, исключающий взаимные мешающие влияния между радиостанциями, работающими на совпадающих частотах. Расчет координационных расстояний проводится исходя из условий обеспечения на входе приемника уровня мешающего сигнала не более 10 дБ [21]. При этом уровне исключается ложное открывание приемника, поскольку порог срабатывания шумоподавителя устанавливается выше 0,3 мкВ, а чувствительность приемника по шумоподавителю принимается равной 0 дБ или 1 мкВ.

В этом случае допустимый уровень мешающего сигнала на входе приемника рассчитывается по полученной в работе формуле [16]:
(2.4)
По вычисленной величине с помощью графических зависимостей (см. рис.2.5)[29] определяется территориальный разнос (координационное расстояние) между стационарными радиостанциями, работающими на совпадающих частотах, для конкретного произведения высот антенн.

В приведенной выше методике расчета ЭМС радиосредств (при расчете дополнительной защищенности приемника) не учитываются побочные (гармонические) излучения передатчиков, попадающие в основные и побочные каналы приема приемных устройств радиостанций. Это вполне допустимо, т.к. побочные излучения не являются определяющими при оценке ЭМС радиостанций, работающих в сетях оперативной радиосвязи в реальных условиях их функционирования [16], например, на месте пожара.
2.2.4.3. Расчет ЭМС трех радиосетей
В случае расчета допустимого уровня мешающего влияния передатчиков двух соседних радиостанций на приемник третьей необходимо рассматривать интермодуляционные помехи третьего порядка. Результаты экспериментальных исследований частотной зависимости параметра трехсигнальной избирательности приемных устройств радиостанций типов «Виола» и «Сапфир» показали, что оценка взаимных мешающих влияний между тремя радиосетями, организуемыми на интермодуляционно несовместимых частотах проводится исходя из величины трехсигнальной избирательности приемника, равной 70 дБ. Уровень мешающего сигнала на входе приемного устройства радиостанции при этом вычисляется по формуле [16]
(2.5)
где и затухание фидерного тракта и коэффициент усиления антенны одного из двух мешающих передатчиков;

70 дБ – параметр трехсигнальной избирательности приемника (допустимый уровень мешающего сигнала);

В_И =-5 дБ - поправка, учитывающая допустимый процент времени (на уровне 10 %) проявления помех по совмещенному частотному каналу, принимается равной [16].

Уровни мешающих сигналов рассчитываются для каждого из трех работающих радиостанций с учетом затухания фидерного тракта, коэффициента усиления антенн двух других мешающих передатчиков и поправок В_И и В_М. Исходя из вычисленных значений и произведения высот антенн по графикам рис.2.5 определяются расстояния между тремя стационарными радиостанциями. В случае невозможности обеспечения пространственного разноса стационарных радиостанций на вычисленные расстояния следует выбирать рабочие частоты, исключающие образование интермодуляционных помех третьего порядка.

При оценке мешающих влияний трех радиосетей, организованных на интермодуляционно совместимых частотах, следует учитывать лишь параметр двухсигнальной избирательности приемника по соседним каналам. Поэтому при расчете ЭМС радиосетей достаточно по заданным высотам антенн стационарных радиостанций и расстоянию между ними с помощью графиков, представленных на рис. 2.5, определить уровень мешающего сигнала на входе приемника , приравняв величины = =20дБ Затем с учетом реальных условий организации конкретной радиосети, вычислить допустимый уровень мешающего сигнала по следующей формуле [16]
= - + - + - _, дБ. (2.6)

По формуле (2.3) показанной в методических указаниях для выполнения курсового проекта окончательно рассчитывается необходимый частотный разнос рабочих каналов двух мешающих стационарных радиостанций. Аналогичный расчет по определению частотного разноса рабочих следует проводить для каждой из трех стационарных радиостанций относительно двух других мешающих. Окончательно выбранные рабочие частоты должны быть интермодуляционно совместимыми.

Расчет ЭМС РЭС в крупных гарнизонах пожарной охраны, где организовано более трех самостоятельных сетей радиосвязи, сводится к определению частотного разноса рабочих каналов и выбору конкретных номиналов частот. В отдельных случаях возникает необходимость расчета одновременно и территориального разноса стационарных радиостанций с целью исключения мешающих влияний между ними. Исходными данными для расчета, как правило, являются заданные расстояния между стационарными радиостанциями различных радиосетей, определяемые территориальным планом гарнизона, а также максимальные удаления пожарных автомобилей.

Исходя из плана размещения стационарных радиостанций территория гарнизона условно разбивается на зоны, в которых стационарные радиостанции расположены наиболее близко друг к другу и могут оказывать мешающие влияния. В пределах выделенной зоны проводится расчет канала радиосвязи для каждой радиосети, то есть определяется необходимая высота стационарной антенны, при которой обеспечивается заданная дальность радиосвязи. Затем рассчитывается пространственный и частотный разносы стационарных радиостанций в каждой выделенной зоне. Заключительным этапом является проведение расчета мешающего влияния между близко расположенными стационарными радиостанциями соседних зон и выбор номиналов рабочих частот для радиосетей, организованных в выделенной зоне.

Задано: Коэффициент погонного затухания антенно-фидерного тракта передатчика и приемника стационарных радиостанций ;

длина антенно-фидерного трактов передатчика и приемника соответственно и ;

коэффициент усиления передающей и приемной антенн ;

расстояние между 2 стационарными антеннами, установленными в пределах крыши служебного здания, r=4м.

Требуется выбрать номиналы рабочих частот двух стационарных радиостанций, размещенных в одном служебном здании ЦУС.

Решение:

1.Допустимый уровень мешающего сигнала на входе приемного устройства радиостанции

2.Допустимый уровень мешающего сигнала от близко расположенного передатчика определяется по формуле:

.

3. Частотный разнос рабочих каналов радиостанций определяется по формуле:

;

4. На заключительном этапе расчета проводиться выбор номиналов рабочих частот.

Если одна стационарная станция работает на частоте , а частотный разнос рабочих каналов составил , тогда рабочая частота второй радиостанции (второй радиосети) будет равной .