Применение геоинформационных систем и технологий в мониторинге и предупреждении чрезвычайных ситуаций

Для оперативности и четкости работы всех подразделений и служб МЧС следует разделить ГИС на две системы: оперативную и прогнозную, которые будут иметь единую базу о потенциально опасных объектах[27].

оперативная ГИС должна решать задачи управления в повседневном режиме деятельности органов РСЧС и в условиях чрезвычайных ситуаций. Учитывая и используя опыт создания подобных систем в других регионах, в данной ГИС необходимо создание модулей для управления в повседневном и чрезвычайном режимах деятельности.

Модуль управления в повседневном режиме предполагает наличие информации о потенциально опасных объектах и системах жизнеобеспечения, дислокации основных сил и средств, материально-техническом обеспечении, транспортно-маршрутных сообщениях. Создание внутри модуля блока управления аварийными работами на коммунальных сетях и блока единого информационного центра и Интернет позволит быстро и точно получать доступ к необходимой информации, целенаправленно ее использовать, и принимать адекватные управленческие решения.

Модуль управления в чрезвычайных ситуациях предполагает создание блоков управления для каждой чрезвычайной ситуации с использованием принципов многовариантности развития событий. Данная структура ГИС предполагает наличие нескольких блоков:

1. Блок проведения аварийно-спасательных и восстановительных работ позволит осуществлять поддержку как принятия решений в рамках ЧС, так и для тренировки и обучения персонала и командного состава взаимно действующих служб в моделируемых ЧС.

2. Блок оценки экономической эффективности поможет оценить правильность принимаемых решений, средств и методов управления в чрезвычайных ситуациях, а так же оценить ущерб от стихийного бедствия или катастрофы и количество материальных средств на восстановление объектов экономики или жилищного фонда.

3. Блок материальных технических средств и количественного мониторинга может применяться для определения погоды, отображения ситуации от различных источников (космические, аэрофотоснимки и т. д.) с графической привязкой и отображения различных статистических данных на региональном уровне.

4. Блок связи, оповещения и автоматических сигналов для напоминания и подсказок при принятии оперативных управленческих решений.

Таким образом, существующая геоинформационная система перейдет на качественно новый уровень функционирования и позволит не только эффективно управлять в любых ситуациях, но и существенно снизить риск возникновения ЧС и смягчить последствия от возникновения чрезвычайных ситуаций различного характера[27].

Прогнозная система позволяет решать задачи создания и развития систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций.

основными задачами данной системы должны являться:

1. сбор, анализ и представление информации о потенциальных источниках ЧС и причинах возникновения ЧС на территории города и области;
2. составление различных по времени прогнозов и их последствий на территорию объектов;
3. организационно-методическое руководство, координация деятельности и контроль функционирования сети наблюдения территориального уровня;
4. развитие и постоянное пополнение банка данных о ЧС обновление картографических данных ГИС;
5. обработка и анализ получаемой информации о потенциальных источниках угрозы, ее дальнейшее распределение по службам реагирования и ведомствам;
6. контроль работоспособности оборудования систем безопасности для предотвращения его отказа на объектах повышенной опасности.

Система прогнозирования и мониторинга должна состоять из следующих модулей:

• прогноза управления действиями в чрезвычайной ситуации;
• управления ресурсами;
• моделей прогнозов;
• влияния на окружающую среду;
• оценки экономического ущерба.

Модуль прогноза управления действиями в ЧС предлагает создание блоков:

• прогнозы распространения бедствий на территориальном уровне;
• изменение ситуации по времени;
• эффективность принимаемых мер.

Модуль прогноза управления ресурсами дает возможность руководящему составу осуществлять оптимальное распределение сил и средств, маршруты эвакуации при различных типах бедствий в различных районах города и области, а также осуществлять жизнеобеспечение пострадавшего населения. Этот модуль может быть совмещен с моделями прогнозов.

Модуль прогнозов один из самых основных составляющих систему прогнозов. В этом модуле должны быть сосредоточены следующие блоки типов бедствий:

1. лесных пожаров (рис.1);
2. наводнений (рис.2);
3. ядерных/химических заражений (рис.3);
4. эпидемий (рис.4);
5. природных бедствий (рис.5);
6. аварий на объектах экологически и жизненно-коммунального хозяйства (рис.6).

 

 

 

 

Рисунок 1 ГИС по наблюдению за лесными пожарами

 

 

Рисунок 2 ГИС по наблюдению за наводнениями

 

 

Рисунок 3 Прогноз ядерных(химических)заражений

 

 

 

 

Рисунок 4 Прогноз распространения эпидемий (предполагаемый уровень распространения гриппа)

 

 

 

Рисунок 5 Реальная картина природных бедствий

 

 

 

Рисунок 6 Статистика аварийности по районам. Информация об авариях на объектах ЖКХ

 

Главной целью создания прогнозной системы является подготовка долгосрочного, среднесрочного и краткосрочного прогноза природных и техногенных катастроф на основе комплексного анализа мониторинговой информации и разработки многовариантных сценариев реагирования на чрезвычайные ситуации.

В целом, вся геоинформационная система, созданная по предполагаемому варианту способна решать задачи по обеспечению безопасности населения и территории от чрезвычайных ситуаций и стихийных бедствий[27].

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Современные геоинформационные технологии для мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций

Широкомасштабное и разноплановое внедрение геоинформационных систем связано с необходимостью совершенствования системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций. И эффективность такого внедрения зависит от нескольких факторов, среди которых можно выделить доступность данных и оперативный обмен информацией, интегрируемость с другими системами, «безболезненный» функциональный рост с появлением новых задач.

К сожалению, существующая практика формирования информационной инфраструктуры в центрах мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций имеет ряд ограничений. В их основе лежит потребность использования широкого спектра инструментов мониторинга и прогнозирования различных явлений, процессов, событий. Поскольку ни один программный продукт не способен решить круг задач одновременно, это приводит к разработке или закупке отдельных ограниченных моделирующих приложений. При этом, учитывая пространственный аспект данных, с которыми приходится оперировать специалисту, в эти приложения встраивается примитивная ГИС[17].

С появлением большого числа приложений эффективность решения задач снижается.

Во-первых, специалист должен уметь работать с каждым отдельным приложением, имеющим «уникальный» интерфейс, собственные форматы ввода, вывода данных.

Во-вторых, комплексный анализ результатов мониторинга и прогнозирования иногда просто не возможен или требует от специалиста высокой квалификации в области информационных технологий.

В-третьих, обмен данных с другими пользователями (население, спасатели, аналитики, руководство, другие ведомства) часто связан с ручным преобразованием информации, чтобы «собственные» приложения могли выполнить расчет, а «чужие» системы могли использовать эти данные.

 

В противовес этому, можно было бы использовать профессиональные ГИС (ArcGIS, MapInfo, Панорама и др.). однако они долгое время были ориентированы на универсальность применения в любых областях, что требовало наличие высококвалифицированных специалистов для их адаптации и применения в области мониторинга и прогнозирования ЧС. Но в последние 3-4 года ситуация изменилась и современные ГИС могут быть достаточно быстро и эффективно встроены в этот процесс, не требуя при этом больших финансовых вложений. Этому способствуют следующие тенденции:

1) Развитие сервисных  архитектур. Сервисом может являться набор картографических данных, трехмерные объекты, инструменты географического кодирования, инструменты геообработки, предоставляемые по сети. Сервис обслуживается специалистом мониторинга или внешней организацией, что освобождает конечного пользователя от вопросов администрирования и управления. Применение сервисов дает сразу целый набор преимуществ:

• Удобство использования. Карта в виде отдельного сервиса уже имеет грамотное оформление выполненное по определенным стандартам.
• Актуальность данных. Агент, предоставляющий сервис, регулярно обновляет карты, инструменты. В результате, подключившись один раз к сервису, через определенный промежуток времени можно увидеть и использовать обновленные данные.
• Комбинирование данных. Поскольку все сервисы выдерживают единые протоколы передачи данных, в любой момент можно скомбинировать карту из нескольких сервисов.
• Единая база данных. За каждым сервисом скрывается набор пространственных данных, доступных с учетом прав доступа для чтения и редактирование сразу группе пользователей в режиме реального времени.
• Единая методическая основа. Сервисы геообработки, позволяющие проводить упрощенные или сложные модельные расчеты по различным видам ЧС, одинаковы для всех пользователей, что позволяет избежать разногласий.
• Адаптированные веб-приложения. Интегрируя набор сервисов в составе одного приложения можно сформировать веб-приложения, ориентированные на определенную группу пользователей. Например, первое веб-приложение для операторов, которое позволяет наносить местоположение лесных пожаров на карте, включая любые атрибутивные характеристики (дату возникновения, площадь, тип пожара и т.п.). Второе веб-приложение позволяет аналитикам проводить расчеты по распространению лесных пожаров с учетом метеорологической обстановки. Третье приложение может предоставлять руководителю возможности для оценки частоты, плотности возникновения пожаров по всему региону, просматривать динамику за большой период. Все описанные приложения работают с одним и тем же сервисом, однако форма представления этого сервиса в конкретном веб-приложении различна и адаптирована с учетом категории пользователя.
• Использование на различных платформах. Сервисы можно использовать не только на персональных компьютерах с операционной системой Windows. они также могут быть использованы на других операционных системах, включая мобильные устройства
• Бесплатность. отдельные сервисы могут быть использованы в бесплатных приложениях (ArcGIS Explorer, Планета Земля), а сгруппированные сервисы в виде веб-приложений в обычном интернет-браузере (Internet Explorer, Firefox, Opera и др.).
• Передача данных. Если сервис обслуживается непосредственно центром мониторинга, то вопрос передачи данных другим пользователям также легко решается. Для этого другому пользователю с учетом прав доступа достаточно подключиться к одному или нескольким сервисам. Сервисы могут быть реализованы как на основе открытых протоколов данных, так и использованием зашифрованных протоколов[17].

2) Интеграция данных, форматов. Слои карты, сделанные в одной профессиональной ГИС, могут быть использованы в другой без каких-либо операций импорта/экспорта и дополнительных конвертаций. Более того, файлы, полученные с использованием пакетов трехмерного моделирования, автоматизированного проектирования, гидрологических расчетов

3) Появление специализированных модулей в составе ГИС. Несмотря на возможность создания хороших функциональных веб-приложений, иногда требуется более продвинутый анализ ситуации, не ограничиваясь заданным набором функций и данных. В этом случае анализ перемещается в сторону настольных приложений на основе профессиональных ГИС. они имеют модульную архитектуру и открытый интерфейс для расширения функциональных возможностей. Это используется различными разработчиками для создания дополнительных модулей, позволяющих более эффективно решать тематические задачи в узких областях. И сегодня для некоторых ГИС уже имеются модули, позволяющие моделировать взрывы, пожары, химическое заражение, затопление территории, лесной пожар, разлив нефтепродуктов и др. Важным является то, что новая задача решается в уже известном приложении. Поскольку принцип подключения модулей и их реализации достаточно унифицированы, пользователю достаточно получить базовые навыки работы в ГИС, чтобы затем при появлении новой задачи подгружать необходимый модуль. То есть вся работа осуществляется непосредственно на электронной карте в рамках одного приложения.

Безусловно, помимо новых перспектив важным моментом внедрения любой технологий является стоимость и сроки внедрения. Поскольку диапазон и принцип взаимодействия достаточно широкий, для упорядочивания можно выделить три конфигурации (табл. 3). Каждая конфигурация предполагает наличие клиентских решений (локальные данные, однопользовательский доступ) и серверных решений (набор сервисов, веб-приложений, многопользовательский доступ). Между конфигурациями возможен переход в сторону наращивания с сохранением всех преимуществ предыдущей конфигурации и получением дополнительных возможностей новой конфигурации[17].

 

 

 

Таблица 3. Виды конфигураций

Конфигурация	Клиентское решение	Серверное решение
1	Бесплатное	Бесплатное или абонентское
2	Платное	Бесплатное или абонентское
3	Платное	Платное