Применение геоинформационных систем и технологий в мониторинге и предупреждении чрезвычайных ситуаций

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Февраля 2015 в 21:07, курсовая работа

Описание работы

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.

Содержание работы

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

Файлы: 1 файл

курсавая ГИС итог.docx

— 4.30 Мб (Скачать файл)

 

 

В первой конфигурации можно использовать бесплатные клиентские ГИС, которые позволяют просматривать и оформлять карты, в отдельных случаях выполнять редактирование данных. На базе этих приложений можно подключать бесплатные сервисы или пользоваться специализированными сервисами на абонентской основе Последние могут быть получены по запросу в любой момент времени. Преимуществом данной конфигурации является низкая стоимость, а недостатками – ограничения по редактированию данных, зависимость от Интернет-подключения и внешних серверов.

Во второй конфигурации используется профессиональная ГИС с набором специализированных модулей.

В компании «ИНТРо-ГИС» разработаны и поддерживаются следующие модули:

1) Риск ЧС (оператор) – для проведения расчетов зон поражения и определения степени риска в результате аварий на промышленных объектах с использованием свыше 1о различных методик расчета (взрывы, пожары, химическое и радиоактивное заражение). Расчеты можно проводить в произвольном месте на карте или для группы опасных объектов одновременно по одной или нескольким методикам.

2) Разлив нефтепродуктов (суша) – для оценки и прогнозирования разливов нефти и нефтепродуктов на поверхности суши. он включает в себя большой набор инструментов и команд по работе с рельефом, экспресс оценке стекания/скопления, детальному гидродинамическому расчету, формированию отчетов и анимации разлива.

3) Разлив нефтепродуктов (вода) – для оценки и прогнозирования разливов нефти и нефтепродуктов на акватории. он включает в себя набор инструментов и команд по построению течений, моделированию разлива с использованием нескольких моделей различной сложности (включая модель «блуждающих частиц»), формированию отчетов и анимации разлива.

4) Лесной пожар – для прогноза распространения лесного пожара с учетом меняющихся метеорологических характеристик, особенностей растительного покрова и вида пожара, включая возможность формирования отчета в офисных приложениях.

5) Прорыв ГТС – для расчета зон затопления и их характеристик в результате аварий на гидротехнических сооружениях, а также определения подтопленных объектов, включая возможность формирования отчета в офисных приложениях.

6) Весеннее половодье – для анализа и прогнозирования уровней воды на гидропостах в период весеннего половодья и оценки последствий на уровне субъекта Российской Федерации. Представляет собой экспертно-статистическую систему, основанную на прецедентах с набором специализированных отчетов.

7) Затопление территории – для расчета зон затопления в результате подъема уровней воды при паводках и определения подтопленных объектов на небольшом участке речной сети, включая возможность формирования отчета в офисных приложениях.

В этой конфигурации уже нет функциональных ограничений на стороне клиента и также возможно использование сервисов бесплатно или на абонентской оплате. Стоимость одного рабочего места составляет 15о-5оо тыс. руб. Достоинства данной конфигурации заключаются в мощном функционале по моделированию различных ЧС, широкие возможности профессиональной ГИС ArcGIS по созданию, редактированию и оформлению карт, геопространственной обработке данных. Недостатки – зависимость от Интернет-подключения и внешних серверов при многопользовательском доступе к данным или инструментам.

В третьей конфигурации используется не только настольная, но и серверная ГИС ArcGIS Server, которая становится полноценным центром предоставления большого числа сервисов и веб-приложений. Тем самым обеспечивается полная независимость и широкие функциональные возможности по обработке и редактированию данных с учетом многопользовательского доступа. При поставке формируется набор стандартных сервисов и веб-приложений, однако возможна разработка и собственных решений с использованием различных мастеров, то есть не требующая знаний в веб-программировании.

Сроки внедрения любой из конфигураций не превышают одного месяца, а в отдельных случаях занимают 1-2 дня. Требования к пользователям – базовые знания в области ГИС и вопросах безопасности, в третьей конфигурации – базовые знания администрирования интернет-сервера и системы управления базами данных.

Подводя итог, следует отметить, что грамотное применение современных ГИС технологий позволяет на порядок сократить время доступа, обработки и подготовки данных и существенно повысить качество предоставляемой информации при решении задач мониторинга и прогнозирования ЧС. Работая в такой инфраструктуре, специалисты в области ЧС сосредоточены на выполнение взаимоувязанных задач в рамках единой среды, не беспокоясь о информационно-технологических средствах, необходимых для их выполнения[17].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Использование геоинформационных технологий для мониторинга и оценки последствий чрезвычайных ситуаций

Проблема мониторинга чрезвычайных ситуаций для нашей страны является крайне актуальной. Сложно переоценить востребованность оперативной информации о развитии и последствиях чрезвычайных ситуаций службами, занимающимися наблюдением за ЧС и ликвидацией последствий ЧС.

К наиболее важным данным о ЧС относится не только информация о местоположении ЧС, но и такие параметры, как размеры опасных проявлений, направление и скорость распространения, наличие в зоне развития ЧС населенных пунктов, инженерных коммуникаций и т.д. Визуализацию и анализ данной информации целесообразно выполнять с использованием геоинформационных технологий. однако для работы с пространственными данными, требуется использование специализированного геоинформационного программного обеспечения. В данной ситуации на помощь могут прийти геопорталы – электронные географические ресурсы, расположенные в сети Интернет. Использование геопорталов не требует наличия специального программного обеспечения и специальных знаний пользователей. Помимо этого, доступ к представляемым данным получают широкие группы пользователей, имеющих доступ к сети Интернет. Это, на наш взгляд, является огромным преимуществом такого способа визуализации и анализа данных о чрезвычайных ситуациях.

Современные геоинформационные технологии позволяют объединить множество источников информации в рамках единого информационного ресурса – геопортала. Использование геопорталов позволяет работать со специально подготовленными данными различных типов и источников. однако информация, представляемая на геопортале, требует специальной предварительной обработки.

Так, использование геопорталов дает возможность визуализации обработанных данных оперативной спутниковой съемки, получаемых как с различных спутников дистанционного зондирования, так и, например, с беспилотных аппаратов.

однако, требуется предварительная обработка данных, в том числе с использованием автоматизированных алгоритмов обработки. Автоматизация обработки данных ДЗЗ позволяет существенно сократить время от получения данных до их размещения на геопортале и проведения их анализа [25].

Мониторинг паводков. Для мониторинга паводковой обстановки возможно использование различных источников данных: снимков с искусственных спутников Земли (ИСЗ) (рис.7) информации с системы гидропостов Росгидромета    (рис. 8), видео с камер наблюдения, установленных в прибрежных зонах рек (рис. 9). Геопорталы позволяют объединить данные источники информации в рамках единого информационного ресурса и представляют собой средство не только визуализации данных, но и их анализа и получения новых видов данных.

Использование веб-камер позволяет наблюдать ситуацию в режиме реального времени и при наличии облачности, что позволяет дополнить информацию, получаемую с данных ДЗЗ, и провести их верификацию.

Наличие приемной станции спутниковой информации является существенным фактором, повышающим оперативность получения данных дистанционного зондирования. Использование данных оперативной спутниковой съемки в видимом и инфракрасном диапазонах спектра с ИСЗ Terra, Aqua, NPP, «Метеор-М» №1 позволяет получать данные на участки развития ЧС многократно в течение одних суток. Вре мя, с момента получения данных на приемную станцию до момента их размещения на геопортале составляет около 1 ч. Как следствие, появляется возможность получения результатов ана лиза и интерпретации как данных спутниковой съемки, так и всего комплекса информации, представленной на геопортале в оперативном режиме.

Благодаря наличию географической привязки данных ДЗЗ возможны осуществление подсчета площади подтопленных территорий, наблюдение за динамикой развития ЧС, составления прогноза развития ЧС и его визуализации средствами геопортала. Данные можно предоставлять как с ограничением доступа так и в открытом виде для информирования не только заинтересованных служб, но и населения. Хранение данных ДЗЗ можно осуществлять в сжатом виде для экономии ресурсов вычислительной системы. [2; 12; 2о].

Мониторинг и оценка последствий лесных пожаров. Современные технологии позволяют обнаруживать лесные пожары с помощью данных ДЗЗ (рис.1о), а также проводить оценку последствий пожаров

 

Для оперативного мониторинга целесообразно использовать данные низкого пространственного разрешения, так как они имеют наибольшую повторяемость съемки одной и той же территории. Нахождение пожаров при помощи снимков с радиометра MODIS (ИСЗ Terra и Aqua) возможно выполнять как в автоматическом режиме с помощью алгоритма MOD14 [24] , так и визуально.

обнаружение лесных пожаров основано на детектировании температурных аномалий. Кроме того, алгоритм MOD14 [24] предоставляет возможность оценки вероятности обнаружения лесного пожара, а также построения маски пожаров и анализа площадей выгоревших территорий.

Недостатком алгоритма является наличие ложных срабатываний из-за антропогенных источников температурных аномалий, а также использование каналов с пространственным разрешением 1ооо м. Из-за этого снижается точность локализации пожара и определения численных характеристик пожара.

Для увеличения информативности изображения возможно использование алгоритмов паншарпинга, что увеличивает пространственное разрешение с 5оо до 25о м. Для верификации и оценки последствий возможно дополнение данными среднего и высокого пространственного разрешения (рис. 11).

Рисунок 11 Снимок очагов лесных пожаров ИСЗ SPOT-4

 

Данные, полученные в результате автоматической обработки, помещаются на геопортал в виде векторных слоев, объединяющих очаги пожаров в кластер. Кроме того, при накоплении данных за длительный период возможно проведение статистического анализа как средствами геопортала, так и с помощью другого программного обеспечения.

Кроме векторных слоев, на геопортале размещаются данные автоматической обработки снимков радиометра MODIS с параметрами из таблицы и для верификации данных снимки, полученные другими съемочными системами среднего и высокого пространственного разрешения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3 Реализация геоинформационных систем в чрезвычайных ситуациях

опасность возникновения чрезвычайных ситуаций в современном мире носит комплексный характер и для эффективного решения проблем прогнозирования ЧС различного необходимо создание и оперативное использование комплексного обеспечения подразделений МЧС данными, основанными на применении современных геоинформационных технологий.

Использование ГИС ЧС позволит обеспечить управление различными видами прогнозов оперативными, достоверными и полными данными о потенциально опасных объектах и системах жизнеобеспечения, а также отображать предполагаемый характер и размеры возможной угрозы, используя пространственный аспект в информации о чрезвычайных ситуациях и основываясь на картографическом способе представления информации. Создание специального картографического обеспечения ГИС ЧС обеспечивает обработку и анализ полного цикла информационного потока, предоставляет возможность осуществлять моделирование, мониторинг и прогнозирование развития параметров чрезвычайных ситуаций до опасных значений и возможных последствий[18].

ГИС предоставляет колоссальные возможности по сбору и систематизации специализированной информации о системах жизнеобеспечения населения, авариях на объектах экономики, жилищно-коммунального хозяйства и транспорте, а также решению задач по оперативному реагированию и управлению в кризисных ситуациях. Для целей прогноза ЧС в базу данных введено свыше 1оо тысяч объектов, которые размещены на 1о2 информационных слоях. Дополнительно созданы электронные информационные документы о потенциально опасных объектах - аварийные карточки Поо со схемой территории и справочные материалы по используемым в производстве опасным веществам.

 Использование ГИС в ЧС позволяет прогнозировать места возможных аварий в зонах обслуживания центральных тепловых пунктов на теплотрассах, применять созданную библиотеку условных знаков для разработки прогнозных карт паводковой обстановки, автоматизировано наносить условный знак в зависимости от типа предполагаемой аварии и решать ряд задач по предупреждению возникновения ЧС различного характера[26].

Наибольшее распространение в России имеют программные продукты ArcGIS и ArcView компании ESRI, «Панорама», семейство продуктов GeoMedia корпорации Intergraph и MapInfo Professional.

Используются также другие программные продукты отечественной и зарубежной разработки: Bentleу's MicroStation, IndorGIS, STAR-APIC, Zulu, ДубльГИС[5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

Специальное программное обеспечение моделирования развития кризисных (чрезвычайных) ситуаций на критически важных объектах (КВО) и прилегающих к ним территориях (СПО МКЧС) предназначено для выполнения оценочного и прогнозного моделирования различных чрезвычайных ситуаций и оценки потенциальных последствий их развития.

Построение моделей развития чрезвычайных ситуаций (аварий) выполняется по следующим сценариям:

  • затопление территории в результате повышения уровня (наводнение, паводок);

  • затопление территории в результате гидродинамических аварий на хранилищах производственных отходов и водохранилищах;

  • пожар на территории КВо:

    • горение проливов жидких продуктов;

    • горение веществ в емкости;

Информация о работе Применение геоинформационных систем и технологий в мониторинге и предупреждении чрезвычайных ситуаций