Математична модель акустичного методу орієнтування в середовищі з незадовільним візуальним контролем

Лєвтєров Олександр Антонович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-5926-7146

Стативка Євгеній Сногійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-1536-2031

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2026-43-16

Ключові слова: акустичний метод орієнтування, незадовільний візуальний контроль, математична модель, акустичні хвилі

Анотація

Обґрунтовано, що в умовах незадовільного візуального контролю, спричиненого пожежами, задимленням, руйнуванням конструкцій та іншими проявами надзвичайної ситуації пожежного або техногенного характеру, акустичний канал доцільно використовувати як додаткове джерело навігаційної інформації під час виконання аварійно-рятувальних робіт. Визначено вплив факторів надзвичайної ситуації на параметри поширення і відбиття акустичного сигналу. Встановлено особливості розповсюдження акустичних хвиль з урахуванням температурного градієнта, концентрації зважених частинок, акустичного імпедансу середовища і перешкоди, а також кута падіння акустичної хвилі на поверхню об’єкта. Показано, що зазначені фактори змінюють кінематичні та енергетичні характеристики сигналу, що безпосередньо впливає на точність визначення відстані до перешкоди та відновлення конфігурації середовища. Розроблено математичну модель акустичного методу орієнтування, яка враховує сукупний вплив факторів надзвичайної ситуації на фізичні властивості акустичних хвиль і поєднує часові та амплітудні характеристики відбитого сигналу в межах єдиної оптимізаційної процедури. Запропоновано алгоритм визначення конфігурації середовища, що реалізує секторне зонування простору, багатоканальне опитування сенсорів, корекцію параметрів середовища, формування скоригованих відстаней та міжсекторне узгодження результатів. Наукова новизна полягає у формалізації сукупного впливу факторів надзвичайної ситуації на параметри акустичного сигналу в межах єдиної математичної моделі орієнтування. Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні теоретичної основи для побудови носимої системи акустичного орієнтування рятувальника в умовах незадовільного візуального контролю.

Посилання

1. Державна служба України з надзвичайних ситуацій. Аналітична довідка про пожежі та їх наслідки в Україні за 12 місяців 2025 року [Електронний ресурс]. URL: https://dsns.gov.ua/upload/2/5/5/1/7/8/2/analiticna-dovidka-pro-pozezi-2025.pdf
2. Slater A. E., Ferris S., Dixon J. A., Renshaw C., Moore T. E., Frady G., Harrison S. J. Navigating in zero-visibility: A haptic guidance system for improving egress and situation awareness of professional firefighters. Human Factors. 2025. Vol. 67. № 11. P. 1152–1169. doi: 10.1177/00187208251348020
3. Tao Y., Yu H., Song W., Song X., Zhang J. Dynamic analysis of firefighter movement in single-file experiment at different visibility levels. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2025. Art. 130716. doi: 10.1016/j.physa.2025.130716
4. Бас О., Лагно Д., Ножко І., Пелипенко М. Використання ультразвуку для орієнтування у задимленому середовищі. Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація. 2021. Т. 5. № 1. С. 15–26. doi: 10.31731/2524-2636.2021.5.1.-15-26
5. Muhammad S., Adeel H., Khattak T. S., Rao I. R., Hayat S. Assessing the fidelity of ultrasonic distance sensors in a fire-and-smoke environment. Asian Journal of Science, Engineering and Technology. 2024. Vol. 3. № 1. P. 135–150. doi: 10.47264/idea.ajset/3.1.9
6. Лущ В. І., Войтович Д. П., Лазаренко О. В., Штангрет Н. О. Розроблення методики оцінки параметрів пожежних теплові зорів. Пожежна безпека. 2019. № 35. С. 41–48. doi: 10.32447/20786662.35.2019.07
7. Стативка Є. С. Визначення коригуючих коефіцієнтів параметрів акустичного пристрою системи орієнтування при аварійно-рятувальних роботах. Проблеми пожежної безпеки 2022 : матеріали Міжнар. наук.-практ. конф. Харків. 2022. С. 227.
8. Loboichenko V., Wilk-Jakubowski J. L., Levterov A., Wilk-Jakubowski G., Statyvka Y., Shevchenko O. Using the burning of polymer compounds to determine the applicability of the acoustic method in fire extinguishing. Polymers. 2024. Vol. 16. № 23. Art. 3413. doi: 10.3390/polym16233413
9. Slongo J. S., Gund J., Passarin T. A. R., Pipa D. R., Ramos J. E., Arruda L. V., Junior F. N. Effects of thermal gradients in high-temperature ultrasonic non-destructive tests. Sensors. 2022. Vol. 22. № 7. Art. 2799. doi: 10.3390/s22072799
10. van den Wildenberg S., Jia X., Roche O. Acoustic probing of the particle concentration in turbulent granular suspensions in air. Scientific Reports. 2020. Vol. 10. Art. 16544. doi: 10.1038/s41598-020-73427-z
11. Shang F., Sun B., Zhang H. Measurement of air layer thickness under multi-angle incidence conditions based on ultrasonic resonance reflection theory for flange fasteners. Applied Sciences. 2023. Vol. 13. № 10. Art. 6057. doi: 10.3390/app13106057
12. Tarau C., Ötügen M. V. Propagation of acoustic waves through regions of non-uniform temperature. International Journal of Aeroacoustics. 2002. Vol. 1. № 2. P. 165–181. doi: 10.1260/147547202760236950
13. Sánchez-Dehesa J., Angelov M. I., Cervera F., Cai L.-W. Sound control by temperature gradients. Applied Physics Letters. 2009. Vol. 95. № 20. Art. 204102. doi: 10.1063/1.3263949
14. Epstein P. S., Carhart R. R. The absorption of sound in suspensions and emulsions. I. Water fog in air. The Journal of the Acoustical Society of America. 1953. Vol. № 3. P. 553–565. doi: 10.1121/1.1907107
15. Morfey C. L. Sound attenuation by small particles in a fluid. Journal of Sound and Vibration. 1968. Vol. 8. № 1. P. 156–170. doi: 10.1016/0022-460X(68)90202-2
16. Rathod V. T., et al. A review of acoustic impedance matching techniques for piezoelectric sensors and transducers. Sensors. 2020. Vol. 20. № 14. Art. 4051. doi: 10.3390/s20144051
17. Darmon M., Dorval V., Baqué F. Acoustic scattering models from rough surfaces: A brief review and recent advances. Applied Sciences. 2020. Vol. 10. № 22. Art. doi: 10.3390/app10228305

Надійшла до редколегії: 10.03.2026

Прийнята до друку: 13.04.2026

Дата публікації (оприлюднення): 31.05.2026