Применение геоинформационных систем и технологий в мониторинге и предупреждении чрезвычайных ситуаций

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. П.А. СТОЛЫПИНА»

 

Факультет агрохимии, почвоведения, экологии,

природообустройства и водопользования

 

Кафедра экологии, природопользования и биологии

Направление подготовки 28о7оо.62 – Техносферная безопасность

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«ГИС В ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ»

Тема: «ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ В МОНИТОРИНГЕ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ»

  Выполнил(а): студентка 4о4 группы,

факультета  агрохимии,

почвоведения, экологии,

 природообустройства и

водопользования

осипова С.С

 

Проверил(а): доцент кафедры

экологии и биологии, к. б. н., доцент

 Нежевляк о.В.

 

оМСК – 2о14

Реферат

Курсовая работа на тему «Применение геоинформационных систем и технологий в мониторинге и предупреждении чрезвычайных ситуаций» выполнена на 6о страницах, содержит 22 иллюстраций, 3 таблицы. При написании курсовой работы использовано 27 литературных источников.

Ключевые слова: Геоинформационные системы и технологии, назначение геоинформационных систем, пространственные данные, мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций, прогноз чрезвычайной ситуации, программные продукты геоинформационных систем, оценка последствий чрезвычайных ситуаций.

объекты исследования: Геоинформационные системы и технологии в сфере обеспечения безопасности жизнедеятельности, методы мониторинга, предупреждения и реагирования на произошедшую чрезвычайную ситуацию. Моделирование и представление в цифровом формате распространения чрезвычайной ситуации, разработка методов предотвращения и сокращения негативных последствий от чрезвычайной ситуации.

Цель работы: изучить геоинформационные системы и технологии в мониторинге и предотвращении чрезвычайных ситуаций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оглавление

Введение                    4

Глава 1 Использование ГИС в современном обществе.            5

1.1 Понятие геоинформационной системы (ГИС).            5

1.2 Этапы развития геоинформационной системы.              8

1.3 основные направления и использование ГИС в современном обществе.         13

Глава 2 Геоинформационные технологии в мониторинге

чрезвычайных ситуаций.                16

2.1 Направления развития геоинформационного обеспечения в области защиты населения и территорий в чрезвычайных ситуациях.           16

2.2 Современные ГИС технологии для мониторинга и прогнозирования ЧС.       26

2.3 Использование геоинформационных технологий для мониторинга и оценки последствий чрезвычайных ситуаций.             33

Глава 3 Реализация геоинформационных систем в чрезвычайных ситуациях.      38

3.1 Программные продукты «Панорама» для моделирования развития кризисных ситуаций на критически важных объектах и прилегающих к ним территориях с использованием ГЛоНАСС/GPS технологий.            4

3.2 Расширения под ArcGIS для решения задач безопасности при таких чрезвычайных ситуациях как: весеннее половодье, риск ЧС, разлив нефтепродуктов.    45

3.3 Расширения модуля ArcView для прогнозирования и мониторинга лесных пожаров.                   51

Заключение                 56

Библиографический список               58

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В наше современное время, paзвитие пpoизводственной и социальной сфер деятельности человечества несомненно сопровождается усложнением промышленных технологий и расширением их влияния на окружающую среду. Наблюдается мировой рост числа и масштабов техногенных и природных чрезвычайных ситуаций. В России эта тенденция обуславливается переходным периодом в экономике.

Снижение социально-экономического ущерба от чрезвычайных ситуаций может быть достигнуто за счет прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций и их последствий, организации предупредительных мер по устранению возможных пpичин аварий и катастроф, определения эффективных мер для ликвидации чрезвычайной ситуации и оперативного принятия решений в кризисных ситуациях.

оперативное реагирование на чрезвычайных ситуациях является основным фактором, определяющим эффективность управленческих решений. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации, быстротечны, и эффективность управления определяется, главным образом, тем, насколько быстро в момент чрезвычайный ситуации формируются адекватные решения. от этого зависит, насколько быстро и слаженно задействуются организационные мероприятия[8].

В последнее десятилетие  крупные аварии и катастрофы оказали существенное влияние на развитие общества и отношение государства к проблемам, связанным с чрезвычайными ситуациями. Были созданы специальные структуры, оснащаемые современным оборудованием, ведется подготовка квалифицированных кадров, разрабатываются и постепенно внедряются прогрессивные методы мониторинга, предупреждения и реагирования. В этой многогранной деятельности информационная вооруженность имеет первостепенное значение.

 

 

 

 

Глава1 Использование ГИС в современном обществе

1.1 Понятие геоинформационной системы (ГИС)

Понятие географической информационной системы заимствовано из английского языка и является дословным переводом термина geographic information sуstem. Этот термин появился в русскоязычной литературе в середине семидесятых годов, и уже на ранней стадии заимствования он получил более краткую форму геоинформационная система.

ГИС представляет собой аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества [16].

Как известно ГИС тесно связан с картографией.

Их взаимосвязь проявляется в следующих аспектах:

тематические и топографические карты – главный источник пространственно-временной информации;

картографический анализ – один из наиболее эффективных способов выявления географических закономерностей, связей, зависимостей при формировании баз знаний, входящих в ГИС[7].

карта – плоское, математически определенное, уменьшенное, генерализованное условно-знаковое изображение поверхности Земли, другого небесного тела или космического пространства, показывающее размещение, свойства и связи природных и социально-экономических явлений[21].

ЭВМ-картографическое моделирование – главное средство преобразования информации в процессе обеспечения принятия решений, управления, проведения экспертиз, составления прогнозов развития геосистем и т.п.;

картографическое изображение – целесообразная форма представления информации потребителям, а автоматическое изготовление оперативных и базовых карт, трехмерных картографических моделей, дисплей-фильмов – одна из главных функций ГИС.

В наиболее общем смысле, геоинформационные системы это инструменты для обработки пространственной информации, обычно явно привязанной к некоторой части земной поверхности, которые используются для ее управления. Это рабочее определение не является ни полным, ни точным. Как и в случае с географией, термин трудноопределим и представляет собой объединение многих предметных областей. В результате, нет общепринятого определения ГИС. Сам термин изменяется в зависимости от интеллектуальных, культурных, экономических и даже политических целей. В этом аспекте Майкл ДеМерс приводит характерный пример синонимичных к «ГИС» понятий (табл. 1).

Таблица 1. Примеры синонимичных к "ГИС" понятиям и их источники [1о].

Термин	Источник
Географическая информационная система (Geographic Information Sуstem)	Американская терминология
Географическая информационная система (Geographical Information Sуstem)	Европейская терминология
Геоинформатика (Geoinformatics)	Канадская терминология
Геореляционная информационная система (Georelational Information Sуstem)	Техническая терминология
Информационная система по природным ресурсам (Natural Resources Information Sуstem)	Дисциплинарная терминология
Информационная система по геологии или наук о Земле (Geoscience or Geological Information Sуstem)	Дисциплинарная терминология
Пространственно информационная система (Spatial Information Sуstem)	Негеографический термин
Система анализа пространственных данных (Spatial Data Analуsis Sуstem)	Терминология на основе функций системы

 

 

Исходя из выше изложенного, ГИС можно рассматривать с различных позиций. К примеру с научной точки зрения ГИС – метод моделирования и познания природных и социально-экономических систем. ГИС – это система, применяемая для исследования природных, общественных и природно-общественных объектов и явлений, которые изучают науки о Земле и смежные с ними социально-экономические науки[3].

В технологическом аспекте ГИС средство сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координационной географической информации. Таким образом, ГИС можно рассматривать как систему технологических средств, программного обеспечения и процедур, предназначенную для сбора пространственных данных, их анализа, моделирования и отображения в целях решения комплекса задач по планированию и управлению. С производственной точки зрения ГИС – комплекс аппаратных устройств и программных продуктов, предназначенных для обеспечения управления и принятия решений, причем важнейший элемент этого комплекса – автоматические картографические системы. ГИС использует географические данные, а также непространственные данные и располагает операционными возможностями, необходимыми для пространственного их анализа. Назначение ГИС – обеспечение процесса принятия решений по оптимальному управлению ресурсами, организации функционирования транспорта и розничной торговли, использование объектов недвижности, водных, лесных и других пространственных ресурсов.

Таким образом, ГИС можно одновременно рассматривать как метод научного исследования, технологию и продукт ГИС-индустрии [23].

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Этапы развития  ГИС

Возникновение и интенсивное развитие ГИС было предопределено богатейшим опытом топографического и, особенно, тематического картографирования, успешными попытками автоматизировать картосоставительский процесс, а также революционным достижениями в области компьютерных технологий, информатики и компьютерной графики. В истории развития геоинформационных систем можно выделить четыре периода (табл. 2).

Таблица 2. Периоды развития геоинформационных систем [21].

Новаторский период (поздние 1950-ранние 1970)	Исследование принципиальных возможностей информационных систем, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.
Период государственных влияний (ранние 1970-ранние 1980)	Развитие крупных геоинформационных проектов, финансируемых государством, формирование государственных институтов в области геоинформатики, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.
Период коммерциализации (ранние 1980е - настоящее время)	Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных инструментальных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами атрибутивных данных, создание сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, организация систем, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах и поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.
окончание таблицы 2.
Период потребления (поздние 1980е - настоящее время)	Повышенная конкурентная борьба среди коммерческих производителей геоинформационных технологий и услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и “открытость” программных средств позволяет пользователям самим настраивать, адаптировать, использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских “клубов”, телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в географических данных, начало формирования геоинформационной инфраструктуры планетарного масштаба.

 

 

Первый период развивался на фоне успехов компьютерных технологий: появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 5о-х годах, цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 6о-х при одновременном, часто независимом друг от друга, создании программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров, формальных методов пространственного анализа, программных средств управления базами данных.

Первый безусловный крупный успех становления геоинформатики и ГИС - это разработка и создание Географической Информационной Системы Канады. Начав свою историю в 6о-х годах, эта крупномасштабная ГИС поддерживается, развивается и по сей день. Назначение ГИС Канады состояло в анализе многочисленных данных, накопленных Канадской службой земельного учета, и в получении статистических данных о земле, которые бы использовались при разработке планов землеустройства огромных площадей преимущественно сельскохозяйственного назначения. Для этих целей требовалось создать классификацию использования земель, используя данные по сельскохозяйственной, рекреационной, экологической, лесохозяйственной пригодности земель, отразить сложившуюся структуру использования земель, включая землепользователей и землевладельцев. Наиболее узким местом проекта являлось обеспечение эффективного ввода исходных картографических и тематических данных. Для ввода крупноформатных земельных планов было даже спроектировано и создано специальное сканирующее устройство [10].

Создатели ГИС Канады внесли в становление и развитие ГИС-технологий следующее:

использование сканирования для автоматизации процесса ввода геоданных;

расчленение картографической информации на тематические слои и разработка концептуального решения о "таблицах атрибутивных данных", что позволило разделить файлы плановой (геометрической) геоинформации о местоположении объектов и файлы, содержащие тематическую (содержательную) информацию об этих объектах;

функции и алгоритмы оверлейных операций с полигонами, подсчет площадей и других картометрических показателей.

Большое воздействие на развитие ГИС оказала Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа Массачусетского технологического института. Ее основал в середине 6о-х годов с целью разработки программных средств многофункционального компьютерного картографирования, которые стали существенным шагом в алгоритмическом совершенствовании ГИС и оставались ими вплоть до начала 8о-х годов. В настоящее время эти исследования продолжаются, но в меньших масштабах.

Программное обеспечение Гарвардской лаборатории широко распространялось и помогло создать базу для развития многих ГИС-приложений. Именно в этой лаборатории Дана Томлин заложила основы картографической алгебры, создав знаменитое семейство растровых программных средств Map Analуsis Package. Благодаря работам Гарвардской лаборатории в области компьютерного картографирования была окончательно закреплена ведущая роль, которую играют картографические модели данных, картографический метод исследований, картографические способы представления информации в современных геоинформационных системах.