Применение ГИС-технологий для мониторинга состояния водных объектов в зоне проведения Олимпиады Сочи-2014

Павлов С.В., Шкундина Р.А., Гизатуллин А.Р., Уфимский государственный авиационный технический университет, кафедра геоинформационных систем, г. Уфа, E-mail: psvgis@mail.ru

В статье рассматривается геоинформационная система представления сведений о состоянии водных объектов в зоне проведения олимпийских игр Сочи-2014 (ИС Олимп-Вода), которая используется для оказания информационной поддержки принятия решений сотрудникам центрального аппарата Федерального агентства водных ресурсов, Кубанского бассейнового водного управления и его территориальных отделов.

Водные ресурсы, как разновидность природных ресурсов, играют важную роль в развитии экономики России. Рациональное управление водными ресурсами является одной из первостепенных задач по жизнеобеспечению государства. Управление водными ресурсами в Российской Федерации осуществляется Министерством природопользования и экологии и Федеральным агентством водных ресурсов (Росводресурсы). Протяженные водные объекты распределены практически по всей территории России и для их изучения и управления ими целесообразно использовать геоинформационные технологии. В связи с этим, для автоматизации решения ряда задач по управлению водными ресурсами разрабатывается корпоративная геоинформационная система Росводресурсов (ГИС Росводресурсов). Ее основной задачей является обеспечение руководства и специалистов полной, актуальной и достоверной пространственной, справочной и аналитической информацией для оценки состояния водных ресурсов и поддержки принятия оперативных и стратегических решений по управлению водными ресурсами на территории Российской Федерации. Геоинформационная система охватывает все уровни управления (федеральный, бассейновый и территориальный) и изначально была реализована на основе программных продуктов ArcGIS Desktop и ArcIMS, однако растущие информационные потребности специалистов Росводресурсов потребовали перехода на централизованную серверную технологию на основе ArcGIS Server. Разработанное интернет-приложение ГИС Росводресурсов включает в себя базу геоданных, пользовательские и программные интерфейсы взаимодействия с другими информационными системами Росводресурсов, а также следующие подсистемы (рис. 1):

Рис. 1. Структура ГИС Росводресурсов.

• моделирования аварийных разливов и распространения нефти и нефтепродуктов в водных объектах и при угрозе их попадания в водные объекты;
• комплексного анализа состояния водных ресурсов на территории РФ;
• зонирования территории РФ по частным показателям и комплексу показателей, характеризующих воздействие и состояние водных объектов;
• моделирования зон затопления для определения мест, наиболее уязвимых при затоплении в период паводка, оценки риска негативных последствий, связанных с прохождением паводков;
• формирования отчетов по результатам моделирования;
• информационно-справочных и поисковых задач;
• федеральных водохранилищ;
• интеграции с АРМ «Оперативного дежурного» Росводресурсов и др.

В связи с подготовкой и проведением XXII Олимпийских зимних игр и XI Паралимпийских зимних игр 2014 года в г.Сочи сотрудникам Министерства природопользования и экологии и Росводресурсов необходимо получать информацию о состоянии окружающей среды, в том числе о водных объектах. Строительство олимпийских объектов, дорог и других объектов инфраструктуры может привести к промышленному загрязнению, истощению водных ресурсов, сокращению площади сельскохозяйственных угодий и рекреационных зон. Поэтому важно осуществлять мониторинг состояния водных объектов в период подготовки и проведения Олимпиады, результаты которого позволят принимать оперативные решения по защите водных объектов от истощения и загрязнения. Информационная система представления сведений о состоянии водных объектов в зоне проведения олимпийских игр Сочи-2014 (ИС Олимп-Вода) позволяет эффективно решить эту задачу. Система «Олимп-Вода» разработана как интернет-приложение ГИС Росводресурсов. Она используется для оказания информационной поддержки принятия решений сотрудникам центрального аппарата Федерального агентства водных ресурсов, Кубанского бассейнового водного управления и его территориальных отделов, использующих систему через Интернет (рис. 2).

Рис. 2. Схема функционирования ИС «Олимп-Вода».

В информационной системе «Олимп-Вода» реализованы описываемые ниже основные функции, часть из них была доработана и перенесена из настольного и интернет-приложений ГИС Росводресурсов.

Рис. 3. Карта зоны проведения Олимпиады в городе Сочи в 2014 г.

Рис. 4. Отчет о контролируемом показателе (в данном случае – магнии) на выбранном пункте мониторинга за заданный период.

1. Задача отображения электронных карт различных масштабов для области проведения Олимпийских игр 2014, а также растровых данных дистанционного зондирования (рис. 3). Реализованы базовые функции работы с картой: отображение и изменение текущего масштаба карты, перемещение по карте, выбор курсором интересующего объекта на карте и отображение информации о нем, вывод на печать текущей области карты, измерение расстояний и площадей.
2. Расширены функциональные возможности ранее используемой в настольном проекте ГИС Росводресурсов подсистемы информационно-справочных и поисковых задач: реализован поиск населенных пунктов и водных объектов по названию или его фрагменту; отображение списка найденных объектов с возможностью подсветки на карте выбранного в списке объекта и просмотра информации о нем. Информация отображается в виде информационной карточки, которая содержит: общие сведения об объекте; данные наблюдений состояния водных объектов на пунктах мониторинга в виде таблицы и графика с возможностью выбора гидрохимических или гидробиологических показателей и интервала времени; дополнительную информацию об объекте, например, приказы, фотографии и др. в файлах произвольного формата. Пользователь имеет возможность экспортировать данные наблюдений о состоянии водных объектов в виде таблиц Excel, графиков или отчетов Word. Для удобства пользователей разработан справочник гидрохимических и гидробиологических показателей, который позволяет просматривать информацию о показателях, значениях предельно-допустимых концентраций, единицах измерения.
3. Разработана подсистема для ввода и уточнения положения точечных объектов, которая позволяет пользователям с соответствующими правами добавлять в базу геоданных, перемещать и удалять объекты следующих типов: водопользователи, посты мониторинга (гидрологические посты, пункты гидрохимических наблюдений, пункты гидробиологических наблюдений, станции наблюдений за гидрохимическими показателями морских вод); гидротехнические сооружения; объекты, оказывающие негативное влияние на поверхностные водные объекты; места проведения экспедиционно-инспекторских мероприятий и др. По каждому объекту пользователь может создавать и редактировать информационную карточку.
4. В ИС «Олимп-Вода» реализована возможность формирования отчетов и графиков, по которым можно выявить динамику изменения определенного контролируемого показателя (гидрохимического, гидрологического или гидробиологического) на выбранных постах мониторинга за определенный период времени (рис. 4), а также проводить сравнительный анализ нескольких показателей. С помощью функции ИС «Сравнение измерений» можно определить изменение пары показателей на выбранных постах. Например, увеличение расхода воды, как правило, влечет за собой снижение концентрации загрязняющих веществ. Также в системе реализована задача автоматизированного геокодирования (пространственной привязки) водопользователей из документа государственного водного реестра на карту масштаба 1:200 000 (рис. 5). В случае изменения положения водопользователя в ИС реализована подсистема редактирования местоположения и ввода информации в информационную карточку.
5. В системе «Олимп-Вода» доработана, в соответствии со спецификой местности в зоне проведения Олимпиады, ранее используемая в настольном проекте ГИС Росводресурсов подсистема формирования зон возможного затопления, позволяющая оценить затапливаемые территории и объекты при подъеме воды на постах гидрологического контроля вследствие сильных дождей.
6. Доработана система моделирования аварийных разливов загрязняющих веществ на реках и при угрозе попадания в реки. Она предназначена для моделирования и отображения на электронной карте территории г.Сочи распространения нефти и нефтепродуктов по речной сети, моделирования распространения загрязняющих веществ (загрязненных вод) по речной сети и прогноза распределения концентрации веществ для следующих веществ и групповых показателей химического состава воды: содержания меди, фенола, цинка, железа, никеля и др.; оценка распространения загрязняющих веществ (нефтепродукты, масло машинное, дизельное топливо, мазут топочный, бензин) при угрозе попадания в реки.

Рис. 5. Результат решения задачи автоматизированного геокодирования водопользователей из документа государственного водного реестра на электронную карту.

Задачи ИС «Олимп-Вода» решены с помощью стандартных веб-сервисов (картографических и сервисов геообработки) и специальных веб-сервисов ASP.NET, использующих ArcObjects и данные ArcSDE и ArcGIS Server. Аппаратные и программные компоненты информационной системы: база геоданных и набор сервисов, реализующих задачи ИС, расположены в центральном аппарате Росводресурсов (рис. 1). Обращение к сервисам выполняется через Интернет посредством веб-сервера. На рабочих местах пользователей ИС должна быть установлена операционная система Microsoft Windows, веб-браузер с дополнительным программным обеспечением Flash Player и обеспечен доступ в Интернет.

Таким образом, в информационной системе «Олимп-Вода» реализованы такие задачи, как удаленный ввод, систематизация, хранение картографической, атрибутивной и дополнительной информации о водных объектах в зоне проведения Олимпиады, различные типы поисков данных, моделирование аварийных разливов загрязняющих веществ на реках и при угрозе попадания в реки, расчет и отображение на карте зон возможного затопления, формирование и отображение схемы постов контроля загрязнения поверхностных водных объектов, анализ изменения в течение времени зон застройки и лесной растительности, отображение данных дистанционного зондирования области проведения Олимпиады, а также передача данных в единую информационно-аналитическую систему (ЕИАС) Сочи-2014, действующую в МПР РФ, и другие информационно-аналитические функции.

Информационная система «Олимп-Вода» разработана с применением геоинформационных технологий и удовлетворяет информационные потребности как руководства и специалистов на местах (Кубанское БВУ, в городах Краснодар и Сочи), так и центрального аппарата Федерального агентства водных ресурсов (г. Москва). Функциональные возможности ИС по подготовке результатов мониторинга состояния водных объектов позволяют проводить сложный пространственный и атрибутивный анализ зависимостей различных показателей и географического местоположения. Информационная система реализована в виде веб-приложения на основе сервис-ориентированной архитектуры и не требует установки специального программного обеспечения для пользователей – сотрудников центрального аппарата Росводресурсов, бассейновых водных управлений и территориальных отделов.

Литература

1. Никитин А.Б., Павлов С.В., Хамитов Р.З. Геоинформационная система Федерального агентства водных ресурсов // ArcReview, №1 (36), 2006. – С. 6-7.
2. S.V. Pavlov, R.Z. Khamitov, O.I. Khristodulo. Creation of Corporate Geoinformation System of Federal Agency of Water Resources // Proc. of the 6th International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT’2004), Budapest, Hungary, 2004. Vol. 2. – P. 62-66.
3. Иванов И.Г. Павлов С.В., Никитин А.Б., Абрамов С.А. Организация обмена пространственными данными в распределенной ГИС Росводресурсов на основе ArcGIS Server. ArcReview № 4 (47), 2008, – С. 2.