Примеры решения типовых задач по прогнозированию последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера

      К настоящему времени в МЧС России сформировался целый ряд направлений  деятельности, основанных на применении современных информационных технологий. К ним в первую очередь можно  отнести создание высококомпьютеризированных систем:

• мониторинга и прогнозирования ЧС;
• автоматизированной информационно-управляющей системы ЧС;
• страхового фонда документации;
• информационного обеспечения управления рисками возникновения ЧС;
• связи и оповещения при ЧС.

      Компьютер стал обычным рабочим инструментом специалистов и руководителей МЧС всех уровней. Так как значительную их часть составляют действующие или бывшие офицеры, то картографическое представление информации о территории, на которой они работают, является для них наиболее привычным и естественным. Все чаще в своей повседневной работе они обращаются к электронным картам, как основе решения производственных задач и принятия решений.

      В связи с этим, при выборе подходов к созданию современного информационного  обеспечения органов МЧС России всех уровней необходимо ориентироваться на геоинформационные системы и технологии (ГИС-технологии), которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и представление как традиционной описательной информации, так и пространственной информации о территории, находящихся на ней объектах и происходящих (опасных) процессах.

      Одним из наиболее привлекательных свойств  ГИС-технологий для МЧС России является их способность интегрировать (увязывать  в единую систему) как разнородную  информацию, так и различные функциональные (производственные) задачи. Это свойство философски базируется на том факте, что вся разнородная информация (алфавитно-цифровая, графическая, картографическая, видео и фотоснимки, математическое описание процессов), необходимая для организации и управления деятельностью МЧС, напрямую или косвенно относится к территории России и ее окружению и, следовательно, может быть привязана к карте или объектам (объекту) карты России (или части ее территории).

      На  «пространственной» основе удается  осуществить и интеграцию функциональных задач. Так как алгоритмы их решения базируются на интегрированной в единую систему (на основе ГИС-технологий) информации о территории России, то за счет выбора технологий решения этих задач (а для этого опять же подходят ГИС-технологии) и представления результатов их решения конкретным специалистам удастся реализовать взаимный обмен результатами решения этих задач.

      Общая схема интеграции данных и задач  для органов МЧС любого уровня представлена на рис. 1. Конкретный набор  действующих информационных систем и перечень решаемых функциональных задач для каждого уровня могут различаться. Однако при практической реализации данной схемы существуют и некоторые инварианты (неизменные величины), такие как выбор базовой технологии для решения функциональных задач и интеграции разнородных данных.

      Опыт  Башкортостана

      Практическую  реализацию предложенной схемы можно  проиллюстрировать на основе накопленного в МЧС Республики Башкортостан (РБ) опыта информационной поддержки  деятельности органов исполнительной власти по предупреждению и ликвидации последствий ЧС на территориальном уровне.

      Существенная  часть деятельности территориальных  органов МЧС связана со сбором и систематизацией информации об источниках возможных опасностей, их воздействии на население и территорию соответствующего субъекта РФ. Это  направление особенно важно в условиях смещения акцентов в деятельности МЧС от решения задач ликвидации последствий ЧС к решению задач предупреждения ЧС. Концепция анализа и управления рисками предусматривает получение и обработку большого количества пространственной информации и отображение на картах территорий зон различного (в первую очередь - повышенного) риска.

      При этом важно выявить комплекс наиболее важных задач, решение которых позволит практически подойти к оценке рисков и их планомерному снижению. На наш взгляд, примерный, но далеко не исчерпывающий, перечень решаемых задач может выглядеть следующим образом:

• определение местоположения и характеристик потенциальных опасностей;
• оперативный поиск и выдача подробной информации о потенциально опасных объектах (ПОО);
• оценка возможных сценариев развития ЧС по каждому ПОО;
• отслеживание динамики развития ЧС и прогнозирование дальнейшего развития событий (разлива АХОВ, взрывов, пожаров, наводнений и паводков, разливов нефти и нефтепродуктов);
• оперативный поиск и выдача информации по объектам народнохозяйственного значения, попадающим в опасные зоны;
• оперативный поиск сил и средств, привлекаемых в процессе ликвидации последствий аварий;
• оперативный поиск и выдача подробной разноаспектной информации о защитных сооружениях;
• космический мониторинг состояния территории;
• оценка возможных последствий при строительстве крупных гидротехнических сооружений;
• создание и использование территориального страхового фонда документации;
• формирование и издание государственного доклада о защите населения и территории от ЧС природного и техногенного характера;
• разработка типовых рабочих карт обстановки.

      Для решения этих задач применяются  ГИС-технологии, основанные на использовании  программных продуктов ESRI и ERDAS. База пространственных данных создана и функционирует под управлением ArcGIS. Ее интеграция с другими информационными системами осуществляется на основе ArcSDE. Доступ удаленных пользователей осуществляется на основе серверного Интернет приложения ArcIMS по известной схеме (см., например, ArcReview № 4(19) за 2001 г.). Большинство алгоритмов решения функциональных задач реализовано в ArcView с дополнительными модулями 3D Analyst, Network Analyst, Spatial Analyst. При осуществлении космического мониторинга территории для обработки космических снимков используется программное обеспечение ERDAS IMAGINE.

       Ограниченный  объём статьи не позволяет описать  все имеющиеся в МЧС РБ результаты решения функциональных задач. Приведем лишь несколько характерных примеров решения названных выше задач.

      Моделирование развития и последствий  ЧС (разливы АХОВ, нефти и нефтепродуктов; взрывы, пожары, паводки). С точки зрения планирования и отработки действий различных подразделений МЧС территориального уровня этот класс задач является одним из наиболее важных. В силу того, что крупные ЧС случаются, к счастью, достаточно редко, а планировать действия аварийно-спасательных формирований и населения (а также практически отрабатывать эти действия) необходимо регулярно, то альтернативы моделированию развития ЧС на конкретной территории нет. Точный расчет зоны воздействия ЧС на население и территорию, отображение результатов этого расчета на карте местности позволяют определить:

• перечень объектов и число людей, попавших в зону поражения;
• материальный ущерб;
• количество сил и средств, необходимых для ликвидации ЧС;
• оптимальные маршруты эвакуации людей из зоны ЧС и доставки аварийно-спасательных формирований в эту зону, и ряд других.

      Наличие качественной базы данных о потенциальных  опасностях и всей территории, попадающей в зону возможной ЧС, позволяет оперативно, практически в темпе развития самой ЧС, обеспечивать органы управления ликвидацией ЧС полной и достоверной информацией. На рис. 2 представлен результат моделирования последствий взрыва 120 тонн аммиака на уфимском мясоконсервном комбинате с определением объектов, попавших в зону заражения. На рис. 3 представлена модель взрыва 10 тонн бензина при транспортировке бензовозом в спальном районе города и отображены зоны разрушения зданий.

      Подобные  результаты получаются и при моделировании  других видов ЧС. Важной особенностью применения ГИС-технологий является возможность отображения на карте территории зон поражения от всех возможных ЧС, что является основой для расчета различных рисков: как для людей, так и для территорий. На рис. 4 приведена карта зонирования территории РБ по всему комплексу природных и техногенных опасностей, возможных на ее территории.

      Космический мониторинг. Одним из средств получения оперативной информации о территории можно считать снимки из космоса, полученные с разных космических аппаратов: Ресурс, NOAA, EOS, SPOT, LANDSAT и др. Информация различного разрешения и спектральных диапазонов может использоваться как для уточнения местоположения природных и техногенных объектов, фиксации фактов возникновения ЧС, так и для отслеживания некоторых природных процессов.

      Достаточно высокую эффективность показало использование космических снимков для контроля и прогнозирования затапливаемости территории РБ в процессе паводка (как правило - весеннего). Кроме традиционно решаемых задач определения зон фактического затопления и подтопления на основе снимков среднего и высокого разрешения нами также решаются другие интересные задачи. Одна из них – прогнозирование затапливаемости территории на основе интеграции наземных и космических данных. Ее суть заключается в том, что на основе прогнозируемого службой Гидромета уровня подъема воды из базы данных подбираются космические снимки, соответствующие данному уровню. Зоны затопления и подтопления территории, определяемые с этих снимков, и принимаются в качестве прогнозной зоны (рис. 5). Вторая задача – менее известная. Она заключается в отслеживании динамики схода снежного покрова на основе данных низкого разрешения (NOAA). Оказывается, существует временная связь между величиной и скоростью изменения снежного покрова в бассейнах рек и началом опасного подъема уровня воды в этих реках. На рис. 6 приведена карта состояния снежного покрова на конкретную дату, серым цветом показана территория со снежным покровом, коричневым – открытая почва. Эта карта получена путем дешифрирования снимков со спутника NOAA (в тепловом диапазоне) с использованием программных средств ERDAS IMAGINE и нанесения границ снежного покрова на векторную карту территории РБ в ArcView.

      Интересна также задача комплексного применения ГИС – технологий и космических снимков. Она заключается в выявлении и отображении в картографической форме изменений природных и техногенных факторов в окрестностях потенциально опасных объектов. На рис. 7 представлена территория в окрестностях магистрального трубопровода. На совмещенном изображении цифровой карты и дешифрированного космического снимка четко видно и, что очень важно, подлежит количественному измерению приближение границы населенных пунктов (в связи с их разрастанием) к трубопроводу. Также отчетливо видны изменения некоторых природных объектов (появление крупных оврагов и водных объектов), повышающие возможность возникновения ЧС на трубопроводе.

      Совместное  использование Территориального страхового фонда  документации и территориальной  ГИС в условиях ЧС. В последние годы, на основании решения Правительства РФ и соответствующих решений органов исполнительной власти субъектов РФ, территориальными органами МЧС развернута работа по созданию страховых фондов документации (СФД). СФД содержат необходимую информацию по всем объектам повышенного риска и объектам жизнеобеспечения, включая генеральные планы, схемы коммуникаций, поэтажную планировку зданий и др. Эта информация предназначена для ее использования аварийно-спасательными подразделениями при ликвидации ЧС и их последствий. С точки зрения территориальной ГИС – это бесценный источник информации для определения местоположения и характеристик различных (в первую очередь - техногенных) опасностей.

      При организации хранения документов СФД  в автоматизированной информационной системе целесообразно их совместное использование с геоинформационными технологиями с целью последовательной детализации информации о месте возникновения ЧС. Пример совместного использования ГИС и информационной системы ТСФД для поддержки принятия решений при ликвидации ЧС на одном из объектов г. Уфы приведен на рис. 8.