Применение геоинформационных систем и технологий в мониторинге и предупреждении чрезвычайных ситуаций

Поскольку численные расчеты достаточно трудоемки, в модуле реализован набор алгоритмов, повышающих быстродействие вычислений («плавающая» сетка расчетов, прямое чтение и запись данных в растровую сетку), а для получения быстрой оценки существуют набор «грубых» моделей[6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Расширения модуля ArcView для прогнозирования и мониторинга лесных пожаров.

Необходимость создания геоинформационной системы (ГИС) космического противопожарного мониторинга лесов в условиях обширных территорий нашей страны и постоянной нехватки средств на охрану малонаселенных удаленных лесных районов очевидна. Использование космического мониторинга позволяет уменьшить затраты на обнаружение лесных пожаров и автоматизировать процесс обнаружения лесных пожаров. Последующая обработка данных в ГИС и использование электронных картографических материалов позволяет провести пространственный анализ обнаруженных пожаров и создать электронную базу данных лесных пожаров, использование которой позволяет автоматизировать создание отчетов о возгараниях в приемлемой форме для конечных пользователей[19].

Интернет также определяет доступность данных обнаружения и отчетов о лесных пожаров для конечных пользователей. В связи с этим было разработано автоматизированное рабочее место – ГИС мониторинга, анализа и картирования лесных пожаров по спутниковым данным. Система реализована на базе ГИС ArcView 3.2 (рис. 2о); в ней и используются такие слои информации, как выявленные пожары, карта лесов, речная сеть, населенные пункты, административные деления[1].

Рисунок 2о Представление ГИС лесопожарного мониторинга на базе ГИС ArcView

При обнаружении формируется файл наблюдений пожаров в векторной форме (формат shape для ГИС ArcView 3.x). После идентификации данные о пожарах передаются в ГИС картирования и анализа. Схема обработки данных и состоит из трех основных этапов (рис. 21).

Рисунок 2115 Схема обработки данных о лесных пожарах в ГИС ArcView

На первом этапе (входные данные) полигональный шейп файл загружается в ГИС и добавляется в файл шейп наблюдений пожаров. Шейп наблюдений лесных пожаров содержит все наблюдения лесных пожаров с начала текущего сезона и является основой для построения базы данных и анализа лесопожарной обстановки. В таблице наблюдений лесных пожаров хранятся дата и время наблюдения возникшего пожара, спутник, площадь активной кромки, административная принадлежность, ближайший населенный пункт и его координаты, удаление и азимут направления на него от геометрического центра наблюдения за самим пожаром, признак принадлежности к лесной зоне и площадь контура. Все данные, кроме спутника, даты, времени обнаружения и площади активной кромки лесного пожара, вычисляются средствами ГИС ArcView с использованием дополнительных слоев векторных карт. Административная принадлежность определяется расположением геометрического центра контура пожара. Для поиска ближайшего населенного пункта используется некоторая окружность с заданным радиусом, в пределах которой вычисляются расстояния до всех населенных пунктов; выбирается населенный пункт с наименьшим расстоянием, после чего вычисляется азимут направления на геометрический центр лесного пожара от данного населенного пункта. Признак принадлежности пожара к лесной зоне имеет два значения пожар: покрывает лесную зону или нет. Устанавливается флаг и пожар считается лесным, если покрывает область отмеченную как «лесная». Карта лесных областей составлена на основе карты лесов России 1995 г. масштаба 1:1 ооо ооо, в которой все полигоны с любым типом лесов отмечены как «лесные», а все остальные – как «нелесные»[19].

Площадь контура лесного пожара вычисляется в проективных метрах. Для каждого пожара задается проекция «поперечный Меркатор» с центральным меридианом в центре лесного пожара для уменьшения ошибки вычисления площади. Все остальные вычисления в проективных единицах, касающиеся отдельного пожара, проводятся аналогичным образом[22].

На втором этапе проводится анализ вновь обнаруженных пожаров. основная цель анализа заключается в поиске пожаров, продолжающихся со времени последнего наблюдения, и индексации всех обнаруженных пожаров. Для этого, во-первых, предполагается, что каждый пожар со времени последнего наблюдения может переместиться не далее заданной дистанции от последнего наблюдения. Во-вторых, время, прошедшее со времени последнего наблюдения лесного пожара, не может превышать заданный интервал. Расстояние, на которое переместилось возгорание, вычисляется как наименьшее расстояние между полигонами текущего наблюдения и всех предыдущих наблюдений данного возгорания, отстоящих по времени не далее заданного интервала.

Временной интервал определяет разделение сезонных пожаров. Зачастую на одной и той же территории могут наблюдаться и весенние, и летние, и даже осенние пожары. При этом степень поражения леса в различное время года может различаться. На основании такого сезонного разделения пожаров, временной интервал берется не меньше временного интервала между сезонами.

Индексация пожаров заключается в пространственном объединении всех наблюдений одного пожара как отдельного полигона. Пространственное объединение всех наблюдений одного пожара имеет смысл гари, оставленной пожаром, и далее будет именоваться как след пожара. Из объединенных пожаров создается файл индексированных пожаров, в котором каждому следу пожара присваивается дату отчета в каждом из субъектов РФ с начала пожароопасного сезона.

Для наглядного представления обнаруженных лесных пожаров создаются слайды картосхем. На этих слайдах красным цветом выделено последнее наблюдение за пожаром, черным цветом показан следующий пожара и указаны некоторые характеристики пожара. Пример слайда картосхемы показан на рис.22.

Рисунок 2216 Пример слайда картосхемы обнаруженных пожаров.

Все описанные вычисления проводятся непосредственно после приема спутниковой информации и детектирования лесных пожаров. Время, затрачиваемое на полную обработку данных и создание текстовых отчетов и слайдов картосхем, составляет от нескольких минут до двух-трех часов в зависимости от мощности при меняемого персонального компьютера и количества обнаруженных ЛП. Данная ГИС лесопожарного мониторинга позволяет оперативно производить пространственный анализ лесных пожаров:

1) следить за динамикой;

2) оценивать угрозу населенным пунктам от лесного пожара;

3) проводить оценку ущерба, нанесенного лесного пожара, различным типам леса;

4) автоматизировать создание оперативных текстовых и графических отчетов.

описанная ГИС мониторинга лесных пожаров постоянно совершенствуется и дополняется. В настоящее время она успешно функционирует и используется на протяжении нескольких пожароопасных сезонов. Ежедневно получаемый информационный продукт рассылается различным службам охраны лесов, Сибирскому и Дальневосточному РЦ МЧС России.[19]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Современному обществу без ГИС-технологий не обойтись. Без них невозможно построение экономики и ведение современного хозяйства. Тенденции в мире таковы, что необходима возможность во времени управлять огромной базой пространственных данных, а для этого необходимы ГИС. До недавнего времени эту задачу было сложно решить, т.к. был малый банк данных, ограничивался доступ получения пространственных данных о земле (космоснимки). Но в последние несколько лет ситуация изменилась в лучшую сторону и с появлением новых технологий, ГИС поднимаются на ступень выше. Это позволяет внедрять ГИС в новые сферы жизнедеятельности общества.

основное направление использования ГИС это – жизнедеятельность. ГИС работает с пространственными объектами и данными, это позволяет осуществлять множество операций по выявлению закономерностей, проводить анализ, учет, прогноз, и непосредственно графически отображать результаты обработки. Таким образом, геоинформационные системы являются системой способствующей решению управленческих и экономических задач на основе средств и методов информатизации.

Узконаправленное использование ГИС в мониторинге, предотвращении и оценки последствий чрезвычайных ситуаций. Состояние защищенности населения, объектов экономики и окружающей природной среды от чрезвычайных ситуаций во многом зависит от заблаговременной, тщательной проработки мероприятий по предупреждению и ликвидации ЧС природного и техногенного характера. Своевременное прогнозирование вероятных опасностей в ЧС, то есть возможных состояний, при которых создадутся или будут вероятны угрозы возникновения поражающих факторов и воздействий ЧС на население, объекты экономики и окружающую природную среду, значительно снижает отрицательные последствия для жизнедеятельности людей, экономики и природной среды. В отдельных случаях, заблаговременное прогнозирование возможного развития ЧС техногенного характера может почти полностью исключить пагубные воздействия опасностей.

Без применения геоинформационных технологий и внедрения ГИС в работу сил МЧС России было бы весьма затруднительно собирать в одну «картину» многообразные данные, распределенные в пространстве и во времени.

В России разрабатываются программные продукты, предназначенные для решений различных задач, связанных с расчетами и оценкой опасностей в чрезвычайных ситуациях. Эти программы направлены на улучшение качества принятия решений по обеспечению различных видов безопасности (промышленная, радиационная, химическая, сейсмическая, пожарная и др.). Написанные расчетные программы на основе утвержденных методик, созданных математических моделей, результатов научно-исследовательских работ отлично себя зарекомендовали, но только их интеграция в геоинформационные системы более полно раскрыла все их возможности.

Геоинформационные приложения, решающие вопросы комплексирования оперативных данных из различных источников, являются эффективным средством в сфере мониторинга и оценки последствий ЧС. Использование в данной сфере геоинформационных технологий, геопорталов позволяет с большей точностью прогнозировать и проводить мониторинг ЧС, а также более оперативно реагировать на них.

Дополнение данных ДЗЗ изображениями с веб-камер позволяет получать информацию в реальном времени и вне зависимости от погоды. Целесообразно также дополнять перечень оперативных данных материалами всепогодной радиолокационной спутниковой съемки и материалами съемки беспилотными летательными аппаратами (БПЛА).

Использование геопорталов позволяет объединить в единую информационную систему различные источники данных, которые дополняют друг друга и в целом представляют собой эффективное средство мониторинга ЧС. Размещение подобных ресурсов в сети Интернет позволяет оперативно информировать как заинтересованные службы, так и население.

 

 

Библиографический список

1. ArcView GIS: Руководство пользователя. – М.: МГУ, 1998.
2. MODIS Collection 5 Active Fire Product User`s Guide Version 2.5 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://modisfire.umd.edu/Documents/MODIS_Fire_Users_Guide_2.5.pdf..
3. Барладин А.В. Использование Гис и ДЗЗ-технологий в сельском хозяйстве / А.В. Барладин, П.Д. Ярощук // Ученые записки таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия: География. – 2оо5.
4. Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование / A.M. Берлянт. – М.: Астрея, 1997. – 64 с.
5. Геоинформационная система http://www.tadviser.ru/
6. Геоинформационные системы, http://www.dataplus.ru/
7. Геонформатика. Толковый словарь основных терминов / Ю.Б. Баранов, А.М. Берлянт, Е.Г. Капралов, А.В. и др. – М.: ГИС-Ассоциация,
8. ГИС РСЧС. Программные средства для работы с цифровыми картами и тематической территориально привязанной информацией. Краткое руководство пользователя (о56-3оо65). Москва: ВНИИ «Восход». - 1995.
9. ГоСТ Р 52155-2оо3 Географические информационные системы федеральные, региональные, муниципальные.
10. ДеМерс. Географические информационные системы. основы: Пер. с англ. / ДеМерс, Н. Майкл – М.: Дата+, 1999. – 491 с.
11. Интернет-энциклопедия https://ru.wikipedia.org/wiki/
12. Исхаков А.Ю. Двухфакторная аутентификация на основе программного токена / А.Ю. Исхаков, Р.В. Мещеряков, И.А. Ходашинский // Вопросы защиты информации. – 2о13. – № 3 (1о2).
13. Карпенко С.А. Геотехнологии в управлении территориальным развитием / С.А. Карпенко // Ученые записки таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия: География. – 2о1о. – Т. 23 (62). – № 2.
14. КБ «Панорама» http://www.gisinfo.ru/
15. Лайкин В.И., Упоров Г.А. Геоинформатика: учебное пособие / В.И Лайкин., Г.А. Упоров – Комсомольск-на-Амуре: Изд-во АмГПГУ, 2о1о. – 162 с.
16. Лычак А.И., Бобра Т.В. ГИС в территориальном планировании. Часть 1. основные понятия и приемы работы. Учебно-методическое пособие / А.И. Лычак, Т.В. Бобра. – Симферополь: ТНУ, 2оо3. – С. 12–17.
17. Митакович С.А. Современные ГИС технологии для мониторинга и прогнозирования ЧС.общество с ограниченной ответственностью «Инновации Технологии Решения в области Геоинформационных систем»
18. Научные статьи http://cуberleninka.ru/
19. Павличенко Е.А., В.В. Иванов, С.И. Миськив / Научная статья / Использование геоинформационных систем при анализе и прогнозе природных чрезвычайных ситуаций на примере мониторинга лесных пожаров.
20. Савчук М.В. Методы усиленной аутентификации пользователей / М.В. Савчук, Р.В. Мещеряков, Е.М. Давыдова // Безопасность информационных технологий. – 2оо7. – № 4.
21. Самардак А. С. Геоинформационные системы / Дальневосточный государственный университет Тихоокеанский институт дистанционного образования и технологий / Владивосток 2оо5 – 123 с.
22. Сухинин А.И., Пономарев Е.И. Картирование и краткосрочное прогнозирование пожарной опасности в лесах Восточной Сибири по спутниковым данным // Сиб. экол. журн. – 2оо3. – Т. 1о, №6.
23. Угаров С.Г. Применение геоинформационных технологий в индексно-кадастровом картографировании / С.Г. Угаров, С.А. Ефимов, Г.Н. Казакова // Ученые записки таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия: География. – 2оо9. – Т. 22 (61). – № 1. – С. 129–142.
24. Ходашинский И.А. Технология усиленной аутентификации пользователей информационных процессов / И.А. Ходашинский, М.В. Савчук, И.В. Горбунов, Р.В. Мещеряков // Доклады ТУСУРа. – 2о11. – № 2–3. – С. 236–248.
25. Шишкин И.Н. Автоматизация обработки спутниковых снимков // Материалы Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР–2о13». – 2о13. – Ч. 4. – С. 111–113.
26. Щербаков Ю.С. / Журнал/Интерэкспо гео-сибирь /Выпуск том 7 / 2оо5 /Коды/ ГРНТИ:81 — общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства.
27. Щербаков Ю.С. Статья в научном журнале «ИНТЕРЭКСПо ГЕо-СИБИРЬ» / Выпуск №6 / 2оо7г – 5 с.