Основы географической информационно-аналитической системы для органов управления РСЧС

Овсяник Александр Иванович, Начальник кафедры «Защиты населения и территорий», к.т.н., доцент;

Белицкий Виктор Иванович, Дуганов Василий Александрович, к.т.н.; Чурбанов Олег Игоревич, преподаватели кафедры

Военно-инженерный университет, Москва, тел.: 916-82-76, 916-80-84

Одной из наиболее важных функций государства является обеспечение безопасности граждан и общества в целом.

Для решения этой задачи необходима информация о времени и масштабах возможного негативного воздействия, об устойчивости того или иного объекта к воздействию поражающих факторов источников чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера, о составе сил и средств, которые могут быть применены для проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ (АСДНР), и другие сведения. На основе такой информации органы управления (ОУ) единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) планируют мероприятия по защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, осуществляют подготовку населения к действиям при ЧС, дают прогнозы и оценку последствий ЧС, осуществляют целевые и научно-технические программы, направленные на предупреждение ЧС и повышение устойчивости функционирования предприятий, создают резервы финансовых и материальных ресурсов для ликвидации ЧС.

Решая задачи информационного обеспечения (ИО) принятия решений, органы управления РСЧС проводят полный цикл обработки информационного потока: сбор информации, анализ и обобщение данных, решение расчетных задач, организация хранения информации, выдача информации в требуемом виде и формате. При этом необходимо отметить, что эффективность принятого решения напрямую зависит от достоверности и оперативности ИО, то есть от способности ОУ качественно решать информационные, расчетные и аналитические задачи.

В настоящее время ОУ РСЧС решают задачи ИО тремя способами: без применения персональных компьютеров (ПК), с применением ПК без специального программного обеспечения (ПО) и с применением ПК, оснащенных специальным ПО. Традиционно для решения информационных задач применяются СУБД (системы управления базами данных), расчетные задачи решаются путем применения программных продуктов (ПП) как промышленного, так и авторского происхождения.

Все традиционные способы решения задач ИО принятия решений ОУ РСЧС имеют ряд существенных недостатков. К ним, в частности, относятся: низкая скорость обработки и обмена информацией; сложности при ее хранении и коллективной обработке; ручной способ нанесения обстановки на карты; трудности создания и распечатки тематических карт, отсутствие автоматизированных средств проведения пространственного анализа для расчета показателей обстановки и ее объективной оценки, и др. Основной недостаток заключается в отсутствии возможности комплексного решения аналитических задач с учетом пространственной составляющей.

ГИАС «Безопасность»

Повысить эффективность информационного обеспечения принятия решений, направленных на защиту населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера, призвана Географическая Информационно-Аналитическая Система (ГИАС). Ее теоретическая и экспериментальная разработка ведется в Военно-инженерном университете силами кафедры Защиты населения и территорий.


Рис. 1. Структура ГИАС «БЕЗОПАСНОСТЬ».

Разработчики считают, что ГИАС – это стандартная ГИС, функционально расширенная для решения специальных расчетных, информационных и аналитических задач с целью поддержки принятия решений органами управления РСЧС (рис. 1). В перспективе система должна обеспечить решение следующих задач:

  • создание и редактирование картографических данных;
  • сбор, обработка, хранение и выдача данных в электронном виде;
  • многопользовательский оперативный, удаленный и санкционированный доступ к данным;
  • высокая скорость обработки данных;
  • возможности развития системы;
  • коллективная обработка данных;
  • простота и удобство работы пользователя;
  • работа с графической, фото и видеоинформацией;
  • поддержка различных географических систем координат;
  • поддержка векторных и растровых моделей данных, данных САПР;
  • обработка сетей и маршрутов;
  • печать и экспорт карт;
  • использование данных внешних АИСС;
  • использование данных дистанционного зондирования (ДДЗ);
  • поддержка пользовательских расчетных модулей;
  • возможность разработки и применения пользовательских стилей;
  • обработка атрибутивных и пространственных запросов;
  • проведение полноценного ГИС-анализа;
  • представление результатов ГИС-анализа в различных форматах;
  • создание трехмерных (3D) моделей;
  • создание и анализ трехмерных поверхностей.

Для реализации этих задач при создании ГИАС должны быть выполнены следующие работы:

  • анализ рынка и выбор программного обеспечения для создания ГИАС;
  • создание научно-методических основ проекта разработки ГИАС для ОУ РСЧС;
  • разработка концептуальной и физической моделей базы данных ГИАС;
  • выработка концепции разработки и состава расчетных модулей — компонентов ГИАС;
  • экспериментальные исследования возможности и целесообразности применения ГИАС для решения задач ОУ РСЧС;
  • разработка рекомендаций по эффективному использованию ГИАС в решении задач ИО принятия решений ОУ РСЧС местного уровня.

Результаты анализа использования ПО ГИС в субъектах и отраслях экономики РФ показали очень широкое использование ArcInfo, которое входит в семейство программных продуктов фирмы ESRI. Сравнительный анализ функциональных возможностей таких ПП как ArcInfo, MapInfo, GeoDraw, AutoCAD Map, Панорама продемонстрировал более широкие возможности ArcInfo, которое и было выбрано в качестве базового.

Исходя из задач, решаемых ГИАС, был определен состав ПО для ее создания (рис. 2).


Рис. 2. Логическая схема программного обеспечения проекта ГИАС.

Для решения специальных расчетных и информационных задач для ГИАС разработан ряд дополнительных модулей.


Рис. 3. Структура данных модуля «ОБЪЕКТ».

Информационный модуль «ОБЪЕКТ» (рис. 3) предназначен для обработки информации об объектах экономики (более 90 атрибутов) и служит для решения следующих задач:

  • сбор информации об объектах в электронном формате;
  • хранение и накопление данных;
  • осуществление перекомпоновки и объединения с имеющейся информацией;
  • обеспечение высокой скорости обработки информации;
  • обеспечение возможности корректировки данных;
  • коллективная обработка данных;
  • обеспечение оперативного, удаленного и санкционированного доступа к информации;
  • автоматизация процессов поиска и сортировки данных;
  • обеспечение простоты и удобства работы пользователя.


Рис. 4. Интерфейс пользователя модуля «АХОВ».

Расчетный модуль «АХОВ» (рис. 4) предназначен для определения показателей возможной обстановки при возникновении ЧС на химически опасных объектах и решает следующие задачи:

            1. Определение:

  • эквивалентного количества вещества в первичном и во вторичном облаке;
  • времени испарения вещества с площади разлива;
  • глубины зоны заражения первичным и вторичным облаком;
  • полной глубины зоны заражения;
  • площади и угловых размеров зоны возможного заражения;
  • времени подхода зараженного воздуха к объекту;
  • объема и структуры медицинских потерь.

2. Редактирование базы данных АХОВ.

3. Определение объемов задач, сил и средств для:

  • ведения разведки и контроля за состоянием окружающей среды;
  • перекачки АХОВ, постановки завес;
  • выдачи средств индивидуальной защиты населению;
  • обеззараживания местности;
  • санитарной обработки;
  • обеззараживания техники.


Рис. 5. Интерфейс пользователя модуля «ФАКЕЛ» и результаты расчета характеристик опасных зон.

Расчетный модуль «ФАКЕЛ» предназначен для определения показателей возможной обстановки при возникновении ЧС на топливо насыщенных объектах экономики (рис. 5). Он решает следующие задачи:

  • определение плотности теплового излучения для любой точки пространства при пожаре на резервуаре и в обваловании;
  • расчет параметров поражающих факторов при взрыве ГПВС, при разливе ЛВЖ, ГЖ в обвалование;
  • расчет плотности теплового излучения для любой точки пространства при аварии по сценарию «огненный шар»;
  • автоматическое отображение результатов расчетов с использованием графических зависимостей;
  • определение безопасных для человека зон при возникновении ЧС на основе значений пробит-функции.

Таким образом, на сегодняшний день ГИАС решает ряд прикладных задач органов управления РСЧС. Авторским коллективом этому специальному ПО присвоено наименование ГИАС «БЕЗОПАСНОСТЬ» (рис. 1). В 2003 г. данный программный продукт будет использоваться в учебном процессе факультета в рамках дисциплины «Теоретические основы реагирования на чрезвычайные ситуации», что позволит слушателям изучать возможности ГИАС «БЕЗОПАСНОСТЬ», применять ее в ходе учений и практических занятий, получать навыки работы с современными геоинформационными технологиями.

В целях расширения функциональности системы на кафедре по существующим и утвержденным методикам ведется разработка дополнительных расчетных модулей «ВЗРЫВ», «ВОЛНА», «СЕЙСМИКА», «ЛЕС».

Расчетный модуль «ВЗРЫВ» предназначен для определения показателей возможной обстановки при взрыве конденсированных взрывчатых веществ на объекте экономики и в районах жилой застройки, модуль «ВОЛНА» — для расчета параметров волны прорыва при авариях на гидросооружениях и определения возможных зон затопления.

Модуль «СЕЙСМИКА» позволяет провести оценку возможной обстановки при разрушительном землетрясении, определить состав сил и средств для АСДНР. Модуль «ЛЕС» предназначен для прогнозирования развития лесных пожаров (верховой, низовой) с учетом погодных условий и характеристик препятствий на пути их распространения.

Заключение

В современных условиях решение задач Органами управления местного и территориального уровня без применения ГИС-технологий становится малоэффективным. В этих задачах требуется обработка больших объемов информации в короткие промежутки времени с последующей визуализацией полученных результатов. Для решения очерченного выше круга задач необходимо в течение ближайших лет произвести подготовительную работу по оснащению описанным инструментарием ОУ РСЧС и ГО. Эта работа должна заключаться в подготовке специалистов, оснащении органов управления необходимыми техническими устройствами и программным обеспечением, а также в наработке цифровых картографических материалов в заданном формате.