Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 3 (26) | 2003 ГИС для информационной поддержки деятельности по предупреждению и ликвидации последствий ЧС

    Сергей Павлов, д.т.н., Начальник отдела экологического мониторинга, НИИ безопасности жизнедеятельности, Уфа, risla@bashnet.ru

    Крупные аварии и катастрофы последних десятилетий 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.

    Организация и управление деятельностью государственных органов по предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС), защите и спасению населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера основаны на обработке больших массивов разнообразной, быстро меняющейся (возникающей) информации. Совершенствование способов и процессов работы с этой информацией является одним из средств повышения эффективности деятельности руководства и органов государственной власти всех уровней. Основным органом исполнительной власти по предупреждению и ликвидации последствий ЧС в Российской Федерации (РФ) является Министерство по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям (МЧС).

    В соответствии со сложившейся структурой государственного управления в РФ, органы МЧС имеют иерархически взаимосвязанные уровни:

    • федеральный (центральный аппарат МЧС России);
    • региональный (региональные центры МЧС России);
    • территориальный (областные и республиканские органы управления МЧС);
    • городской (районный) (городские и районные органы МЧС);
    • объектовый (службы предупреждения и ликвидации последствий ЧС, безопасности персонала и населения хозяйственных субъектов - предприятий).

    На каждом уровне управления решаются характерные для него задачи, которые должны быть скоординированы по целям, функциям и передаваемым данным как по горизонтали (на данном уровне управления), так и по вертикали - между соседними уровнями иерархии.

    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.


    Рис. 1.
    Схема интеграции данных и функциональных задач.

    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.


    Рис. 2.
    Модель выброса аммиака (тестовые данные).


    Рис. 3.
    Модель взрыва бензина (тестовые данные).

    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.


    Рис. 4.
    Районирование РБ по комплексному показателю рисков возникновения ЧС.

    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.


    Рис. 5.
    Прогноз затапливаемости территории.


    Рис. 6.
    Карта заснеженности территории.

    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.


    Рис. 7.
    Окрестности магистрального трубопровода.

    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.


    Рис. 8.
    Пример использования комплекса ГИС - ТСФД при ликвидации ЧС и их последствий.

    Заключение

    По нашему мнению, необходимо отметить два важных обстоятельства.

    Первое. ГИС-технология, как основа автоматизации информационной поддержки деятельности органов исполнительной власти по предупреждению и ликвидации последствий ЧС, позволяет решать как текущие, так и вновь возникающие функциональные задачи без изменения структуры всей системы, без приобретения дополнительных программных средств и без переподготовки специалистов.

    Второе. Схема интеграции разнородных данных и функциональных задач с успехом может быть применена в крупных городах и на крупных предприятиях. При этом структура системы и используемое программное обеспечение могут оставаться такими же, как и в территориальных органах МЧС, а содержимое баз данных, в том числе масштаб электронных карт, и перечень задач будут отличаться. При этом, чем большее число функциональных задач будет решаться на основе ГИС-технологий, тем быстрее окупятся средства, вложенные в создание интегрированной геоинформационной системы.


    Рис. 9. Моделирование аварийного разлива нефти.

    Например, при разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (ПЛАРН) никак не обойтись без цифрового векторного генплана предприятия и трёхмерной модели рельефа окрестностей предприятия с размещенными на ней объектами экономики и жизнедеятельности населения (рис. 9). Опыт моделирования (прогнозирования) аварийных разливов нефти и нефтепродуктов описан в отдельной статье в этом номере ArcReview.




    Версия для печати