А.Б. Никитин, С.В. Павлов, УГАТУ, г. Уфа, E-mail: psvgis@mail.ru, Р.З. Хамитов «Росводресурсы», г. Москва, E-mail: ruis.av@gmail.com
Введение
Деятельность Федерального агентства водных ресурсов (Росводресурсов) направлена на управление водными ресурсами страны. Для достижения этой цели необходима информация об объектах управления, то есть собственно водных ресурсах, и их окружении. Особенностью рассматриваемых водных, водохозяйственных и других объектов (реки, озера, каналы, водохранилища, гидротехнические сооружения) является их существенная протяженность и распределенность по всей территории России и сопредельных государств. Очевидно, что наличие информации о точном местоположении объектов, их взаимном расположении и взаимосвязи существенно влияет на качество управленческих решений, принимаемых и реализуемых на разных уровнях: федеральном, бассейновом, территориальном и местном.
В связи с этим, при выборе подходов к созданию современного информационного обеспечения предприятий, учреждений и органов Федерального агентства водных ресурсов всех уровней необходимо ориентироваться на геоинформационные технологии, которые позволяют организовать обработку и представление пространственной информации как в виде традиционного набора чисел и текстов, так и в форме электронных карт территорий и соответствующих баз данных. Поэтому все блоки информации должны содержать как описательную (атрибутивную) информацию (наименование, количественные характеристики, административную принадлежность и др.), так и пространственную информацию, характеризующую местоположение объекта на поверхности Земли.
Для эффективного управления хозяйственной и производственной деятельностью и оперативного обеспечения руководства полной и достоверной пространственной информацией предлагается разработать и построить геоинформационную систему Росводресурсов в виде совокупности технических, программных и информационных средств, обеспечивающих ввод, хранение, обработку и интегрированное представление пространственных и соотнесенных с ними атрибутивных данных для решения проблем планирования и управления.
Архитектура системы
В Росводресурсах функционирует ряд информационных систем, а также разрабатываются новые системы. Анализ решаемых в агентстве задач и функциональных возможностей существующих информационных систем показал, что одни и те же данные фигурируют в различных, функционирующих автономно, системах. Вся информация, необходимая для управления водными ресурсами, характеризует географически распределенные объекты. Однако в агентстве отсутствуют системы обработки пространственно распределенной информации. И, наконец, существующие автоматизированные системы не покрывают всего множества задач, связанных с обеспечением информационной поддержки оперативного и стратегического управления водными ресурсами Российской Федерации. Поэтому при создании геоинформационной системы Росводресурсов необходимо учитывать существующие информационные системы и использовать накопленные атрибутивные данные. Исходя из этого, на данном этапе разработки (создание геоинформационной системы для центрального аппарата Росводресурсов) предлагается следующая структура системы, представленная на рисунке 1.
Рис. 1. Структура ГИС «Росводресуры» для Центрального аппарата Агентства.
Предлагаемая структура системы позволит ввести ГИС «Росводресурсы» в состав корпоративной информационной системы Росводресурсов без потерь существующих данных и уменьшения функциональности существующих информационных систем, позволяя при этом использовать имеющуюся информацию в ГИС в реальном времени.
Источники информации
Из анализа информационных потребностей сотрудников Центрального аппарата Росводресурсов определено, что база геоданных (БГД) ГИС «Росводресурсы» должна содержать картографическую, атрибутивную, текстовую и графическую информацию, архивы космических снимков. Взаимодействие между БГД ГИС и базами данных других автоматизированных систем, внедренных в Росводресурсах, осуществляется через интерфейс обмена данными.
Картографическая составляющая БГД должна содержать следующую векторную информацию различных масштабов:
- карту масштаба от 1:10 000 000 до 1:2 500 000, включающую все общегеографические и специализированные объекты территории Российской Федерации и сопредельных государств для работы Росводресурсов на федеральном уровне;
- карту масштаба от 1:1 000 000 до 1:200 000, включающую все общегеографические и специализированные объекты для работы подразделений Росводресурсов на бассейновом и территориальном уровнях;
- карту масштаба менее 1:200 000, включающую все общегеографические и специализированные объекты для работы Росводресурсов на территориальном уровне;
- карты масштабов от 1:50 000 до 1:1000 для специализированных объектов (гидротехнические сооружения, населенные пункты, предприятия и др.)
При этом, общегеографические слои содержат: федеральные округа, хозяйственные районы, территориальное деление (субъекты РФ), районы административного деления субъектов РФ, населенные пункты, отметки высот, изолинии, растительность, автомобильные дороги, сооружения при автодорогах, железные дороги, сооружения при железных дорогах, грунты, хозяйственные строения, трубопроводные магистрали (газопроводы, продуктопроводы, нефтепродуктопроводы), станции и пункты связи, линии связи и ЛЭП.
Картографическая информация о водных объектах включает: моря, озера, пруды, реки, водохранилища, бассейны морей, бассейны рек, посты гидрологического и гидрохимического контроля, бассейны подземных вод, пристани, колодцы, маяки, болота, ледники, дополнительную гидрографию (ключи, родники, гейзеры, источники), изобаты.
Слои, имеющие отношение к гидротехническим сооружениям, содержат: гидротехническое сооружение, сведения об авариях, органы госнадзора, зоны ответственности органов госнадзора.
Группа слоев окружающей среды (по отношению к водным объектам) содержит информацию о водопользователях, объектах капитального ремонта, строящихся объектах.
Слой по охраняемым территориям включает: земли водного фонда, водоохранные зоны, прибрежные полосы.
Слой административно-территориальных органов управления водными ресурсами содержит информацию о бассейновых управлениях и зонах их ответственности, территориальных органах и зоны их ответственности.
В состав системы включены также некоторые специальные слои, такие как места аварий.
Атрибутивная информация должна содержать данные об общегеографических и специализированных объектах, важных с точки зрения оперативного и стратегического управления водными ресурсами.
Графическая информация должна содержать растровые файлы в следующем составе: электронные копии карт, электронный архив всех документов Росводресурсов, авиационные и космические снимки, содержащие информацию, важную с точки зрения оперативного и стратегического управления водными ресурсами.
Текстовая информация должна содержать описательные сведения об объектах базы данных.
На этапе разработки технического задания были выработаны: перечень информации, входящей в состав БГД; иерархия информации в БГД по масштабам; взаимосвязь организационной структуры и функциональных задач Росводресурсов с информацией в составе БГД. Была построена информационная модель базы геоданных ГИС «Росводресурсы». На данном этапе работ БГД наполнена картографической информацией масштабов 1:8 000 000, 1:4 000 000, 1:2 500 000 и 1:1 000 000.
Решаемые задачи
Разработка и развертывание ГИС «Росводресурсы» позволит приступить к решению нескольких классов задач.
Первым, наиболее распространенным классом задач являются информационно–справочные задачи, которые позволят осуществлять поиск и уточнение местоположения и характеристик интересующих объектов в двух основных формах:
- Поиск и отображение местоположения объектов на карте (по сложным атрибутивным и пространственным запросам).
- Поиск и отображение атрибутивных характеристик объектов (в том числе видео и фотоизображений) по их местоположению на карте.
В ходе разработки ГИС предполагается отработка и реализация технологии решения задач данного класса на основе лицензионного программного обеспечения компании ESRI. Примеры решения первой задачи, включающие поиск и отображение общегеографического объекта (населенного пункта) и поиск специального объекта (водохранилища) приведены, соответственно, на рисунках 2, 3.
Рис. 2. Подсистема решения информационно-справочных задач. Поиск населенных пунктов.
Рис. 3. Подсистема решения информационно-справочных задач. Поиск водохранилищ.
Второй класс – это задачи анализа, моделирования и прогнозирования природных и техногенных процессов, связанных с управлением водными ресурсами. Решение этих задач позволит в удобной и наглядной картографической форме (на экране дисплея или на бумажном носителе) получать обобщенную или детализированную информацию как по территории всей России, так и по любой отдельной ее части. В ходе разработки первой очереди ГИС Росводресурсов предполагается решение следующих задач данного класса:
- Сравнительный анализ и зонирование территории РФ по показателям водных ресурсов;
- Моделирование зон затопления при разрушении ГТС;
- Моделирование аварийных разливов и распространения загрязнителей в водных объектах, а также при угрозе их попадания в водные объекты.
Пример моделирования аварийного разлива загрязнителя при его попадании в полигональный водный объект приведен на рисунке 4.
Рис. 4. Пример моделирования аварийного разлива загрязнителя при его попадании в полигональный водный объект.
Отдельными задачами, планируемыми к реализации в ходе разработки первой очереди системы, является организация сервера геоданных на основе ArcSDE и системы удаленного доступа для сотрудников центрального аппарата Росводресурсов на основе ArcIMS. Пример реализации удаленного доступа к ГИС «Росводресурсы» приведен на рисунке 5.
Рис. 5. Реализация удаленного доступа к ГИС «Росводресурсы».
Помимо вышеперечисленных задач анализа, моделирования и прогнозирования природных и техногенных процессов, связанных с управлением водными ресурсами, на основе отработанных интерфейсных решений и созданной информационной базы в дальнейшем (на последующих этапах) можно будет приступить к решению следующих задач:
1. Для информационной поддержки стратегических решений:
- Анализ эффективности расходования бюджетных средств и мероприятий, направленных на снижение риска вредного воздействия вод;
- Создание тематических подборок картографических материалов для информационной поддержки стратегического управления водными ресурсами;
- Оптимизация размещения распределенных объектов (дамб, плотин, сети пунктов наблюдений, эксплуатационных служб, инженерных сетей и др.);
- Моделирование и прогнозирование последствий аварий (при разрушении гидротехнических сооружений, при крушениях танкеров, разгерметизации трубопроводов и др.);
- Моделирование зон затопления и подтопления при строительстве гидротехнических сооружений и в паводковых ситуациях;
- Подготовка в установленном порядке противопаводковых мероприятий, мероприятий по проектированию и установлению водоохранных зон водных объектов и их прибрежных защитных полос, а также мероприятий по предотвращению и ликвидации вредного воздействия вод;
- Проведение в установленном порядке государственной экспертизы схем комплексного использования и охраны водных ресурсов, а также предпроектной и проектной документации на строительство и реконструкцию хозяйственных и других объектов, влияющих на состояние водных объектов;
- Определение объемов экологических попусков и безвозвратного изъятия поверхностных вод для каждого водного объекта;
- Разработка перспективных планов эксплуатации водохранилищ и водохозяйственных систем комплексного назначения;
- Разработка перспективных планов эксплуатации защитных и других гидротехнических сооружений, находящихся в ведении Агентства;
- Обеспечение в пределах компетенции Агентства мероприятий по рациональному использованию водных объектов.
2. Для информационной поддержки оперативных мероприятий:
- Контроль паводковых ситуаций и осуществление оперативных мероприятий по снижению их негативных последствий;
- Эксплуатация защитных и других гидротехнических сооружений, находящихся в ведении Агентства;
- Эксплуатация водохранилищ и водохозяйственных систем комплексного назначения;
- Мониторинг и контроль над распределением и расходованием бюджетных средств;
- Оптимизация маршрутов (передвижения по речной сети; перераспределения водных ресурсов по сети водотоков; проезда аварийных бригад к месту аварии и др.);
- Моделирование распространения опасных загрязнений (например, нефти и нефтепродуктов) в водных объектах и при угрозе попадания в водные объекты;
- Установление режимов специальных попусков, наполнения и сработки водохранилищ, пропуска паводков на водных объектах, находящихся в федеральной собственности;
- Обследование технического состояния, инвентаризация и декларирование безопасности ГТС.
Выводы
Развертывание геоинформационной системы в Росводресурсах позволит:
- Осуществить на единой методологической и технологической основе интеграцию различных информационных систем и создать корпоративный информационный ресурс для поддержки решения задач управления на разных управленческих уровнях;
- Обеспечить оперативное, качественное и наглядное представление информации;
- Осуществить на стадии создания первой очереди ГИС Росводресурсов решение следующих производственных задач: сравнительный анализ и зонирование территории РФ по показателям водных ресурсов; моделирование аварийных разливов и распространения нефти и нефтепродуктов в водных объектах, а также при угрозе их попадания в водные объекты; моделирование зон затопления при разрушении ГТС, а также приступить к решению других функциональных задач сотрудников Росводресурсов на последующих этапах разработки.
Литература
1. С.В. Павлов, Р.З. Хамитов. Комплексное решение некоторых задач управления предприятиями нефтегазового комплекса республики Башкортостан на основе ГИС технологий. Нефтегазовое дело, 2003; №1, с. 75-84.
2. Pavlov S.V., Khamitov R.Z., Christodulo O.I. Creation of corporate geoinformation system of Federal agency of water resources. Proc. of5th International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT’2004), Vol. 2. USATU, Ufa, Russia, 2004, pp. 62-66.
3. S.V. Pavlov, R.Z. Khamitov, A.B. Nikitin. Geoinformation System for Control of Water Resources (GIS “Rosvodresursy”). XX European Conference for ESRI Users, Warsaw, Poland 2005.
4. С.В. Павлов, Р.З. Хамитов, А.Б. Никитин. Геоинформационная система для информационной поддержки управления водными ресурсами России. Сборник трудов Второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Мехатроника, автоматизация, управление», том 2, УГАТУ, Уфа, 2005, стр. 82-87.
