Разработка системы связи и автоматизированной системы оперативного управления гарнизона пожарной охраны

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

.

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 опять 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 три линии связи будут свободны,

.

Вероятность отказа при этом определяется как

.

Сравнивая полученное значение и требуемое значение , приходим к выводу, что 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 0,5396 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 – 99,9 % 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:

,

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

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

,

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 4 линий связи  «01» и одного диспетчера.

2.2.2 Расчет характеристик функционирования  радиосети: оперативности и эффективности функционирования радиосвязи

Задано: Нагрузка в радиосети  мин-зан.;

число радиостанций в радиосети N=14;

время переговора в радиосети мин;

непроизводительные  затраты времени  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.

Вариант организации радиосетей гарнизона  пожарной охраны на частотах F1-F3 представлен на рисунке.

В случае отличия рельефа местности от среднепересеченного необходимо ввести дополнительный коэффициент ослабления сигнала .

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).

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

 дБ,

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 1,2 дБ при использовании радиостанции типа Motorola GP1200, имеющих мощность излучения передатчика 16 Вт.

По полученной величине напряженности поля полезного  сигнала на входе приемника  и заданному удалению пожарной части от ЦУС с помощью графиков определяется произведение высот подъема антенн м². Из полученного произведения высот выбираются необходимые высоты стационарных антенн ЦУС м и удаленной пожарной части м.

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.

 

2.2.3 Расчет электромагнитной совместимости  радиосредств в сетях оперативной связи

Вследствие  высоких уровней помех при  организации связи на месте пожара отличен подход и к определению  минимального значения защищаемой напряженности поля. В этом случае задаются минимально необходимым уровнем полезного сигнала ( дБ – уровень реализуемой чувствительности) на входе приемника, при котором соотношение сигнал/помеха на выходе его низкочастотного тракта будет не хуже 12 дБ, т.е. качество радиосвязи будет удовлетворительным (класс III).

Учитывая, что в большинстве случаев  для организации радиосвязи в  гарнизоне пожарной охраны требуется, как правило, шесть частотных  каналов, в основу расчета сетки рабочих частот оперативной радиосвязи ГПС положено шесть интермодуляционно совместимых каналов. Номера рабочих частот подбираются таким образом, что позволяет разбить всю выделенную полосу частот на группы из шести интермодуляционно совместимых каналов. В этом случае территориальный разнос между радиостанциями, работа которых будет организована на интермодуляционно совместимых частотах, должен рассчитывается из условия исключения блокирования полезного сигнала мешающим, что, в свою очередь, определяется параметром двухсигнальной избирательности приемника.

На основании  анализа результатов экспериментальных  исследований ЭМС радиосредств и  полученных статистических данных было установлено, что функциональная зависимость  допустимого уровня мешающего сигнала  на входе приемника  от частотного разноса с достаточной для практических расчетов точностью описывается следующим эмпирическим выражением:

= , дБ,

где - разнос частот между полезным и мешающим сигналами;

- уровень полезного сигнала на  входе приемника, который принимается равным = ;

- коэффициент согласования размерности. 

Если  уровень полезного сигнала при  этом будет не ниже 10 мкВ (20 дБ), то в  соответствии с приведенной выше эмпирической формулой допустимый уровень мешающего сигнала может достигать величины 143 дБ (73+50+20=143 дБ). Такая величина допустимого уровня позволит в большинстве случаев обеспечить работу без мешающих влияний двух соседних радиостанций, расположенных в пределах одного служебного здания ЦУС, но работающих в разных сетях связи, и осуществить установку двух стационарных антенн в непосредственной близости друг от друга на крыше здания.

Таким образом, пользуясь полученной эмпирической формулой, можно провести оценку ЭМС  радиосредств и определить оптимальные  частотные и территориальные  разносы радиостанций, работающих в  соседних радиосетях.

 

2.2.3.1 Расчет ЭМС двух близко  расположенных радиостанций

При проведении практического выбора рабочих частот радиостанций в случае установки  двух стационарных антенн на крыше  одного служебного здания (ЦУС или  ЦПР) допустимый уровень мешающего  сигнала определяется в основном выходным уровнем сигнала от передатчика мешающей радиостанции (равным 148 дБ при выходной мощности излучения передатчика 10 Вт) и затуханием электромагнитного поля между стационарными антеннами.

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

длина антенно-фидерного  трактов передатчика и приемника  соответственно м и м;

коэффициент усиления передающей и приемной антенн ;

расстояние  между 2 стационарными антеннами, установленными в пределах крыши служебного здания, r=6м.

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

 

Решение

 

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

 дБ.

2. Частотный разнос рабочих каналов  радиостанций определяется по  формуле:

;

3. 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 .

 

2.2.3.2 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

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

 

2.2.4 Разработка схемы  организации связи на пожаре

Связь на пожаре предназначена для управления силами и средствами, обеспечения  их взаимодействия и обмена информацией. Связь на пожаре организуется для четкого управления пожарными подразделениями на месте пожара, обеспечения их взаимодействия и своевременной передачи информации с места пожара на ЦУС или ПЧ.