Содержание к диссертации
Введение
1. Обеспечение безопасности и защита населения и территорий промышленных центров от чрезвычайных ситуаций с использованием современных 12
1.1 Проблемы обеспечения безопасности населения в крупных промышленных центрах 12
1.2 Классификация чрезвычайных ситуаций. Основные причины возникновения чрезвычайных ситуаций 17
1.3 Оценка риска для населения от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и задачи единой Российской системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций 27
1.4 Защита населения и территорий в условиях чрезвычайных ситуаций 35
1.5 Анализ картографического обеспечения подразделений МЧС и выбор перспективных направлений в вопросах совершенствования защиты 40
2. Создание электронных тематических карт для отображения оперативной обстановки на территорию промышленного центра 52
2.1 Требования, предъявляемые к пространственным данным, цифровым и электронным картам 52
2.2 Особенности проектирования единой цифровой информационной базы для обеспечения безопасности 57
2.3 Создание библиотеки условных знаков для отображения потенциально опасных объектов и типов аварий 68
2.4 Картографическая генерализация электронных карт, создаваемых для обеспечения защиты крупных населенных пунктов от чрезвычайных ситуаций различного характера 76
2.5 Формирование цифровой основы базовой электронной карты. 85
3. Разработка ГИС-технологий для обеспечения безопасности и опе ративного управления защитой от чрезвычайных ситуаций 95
3.1 Выбор современных информационных технологий для обеспечения защиты населения от чрезвычайных ситуаций 95
3.2 Технология создания и функционирования ГИС ЧС для оперативного управления в чрезвычайных ситуациях 104
3.3 Формирование базы данных о потенциально опасных объектах и системах жизнеобеспечения населения 122
3.4 Функциональные возможности разработанной «ГИС Новосибирской областной подсистемы РСЧС» 133
Заключение 146
- Оценка риска для населения от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и задачи единой Российской системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
- Анализ картографического обеспечения подразделений МЧС и выбор перспективных направлений в вопросах совершенствования защиты
- Создание библиотеки условных знаков для отображения потенциально опасных объектов и типов аварий
- Формирование базы данных о потенциально опасных объектах и системах жизнеобеспечения населения
Введение к работе
Актуальность темы. Обеспечение безопасности граждан и защита общества в целом является одной из наиболее важных функций государства. Опасность возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) в современном мире носит комплексный характер и для эффективного решения проблемы защиты населения и территорий от ЧС необходимо оперативное создание и использование соответствующего комплексного картографического обеспечения, основанного на современных информационных технологиях и базах картографических данных. Особенно важно это для крупных промышленных центров, где большая часть территории находится в зоне повышенного риска.
Для решения проблемно - ориентированных задач по защите населения крупных городов от чрезвычайных ситуаций, необходимо создание картографического информационного обеспечения управления деятельностью органов МЧС (Министерство по чрезвычайным ситуациям) с помощью специальной географической информационной системы - ГИС ЧС. Создаваемая ГИС должна обеспечить городское Управление по делам ГО и ЧС (гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций) оперативными, достоверными и полными данными о размещении потенциально опасных объектов (ПОО) на местности, отображать характер и размеры возможной угрозы, используя пространственный аспект в информации о чрезвьиаиных ситуациях и опираясь на картографический способ представления информации. Создание специального картографического обеспечения и ГИС ЧС способно обеспечить обработку и анализ полного цикла информационного потока на основе достоверных и оперативных данных, и наряду с этим, позволяет осуществлять моделирование, мониторинг и прогнозирование развития параметров чрезвычайных ситуаций до опасных значений и возможных последствий. Картографическая информация в рамках ГИС ЧС предоставляет колоссальные возможности прогнозирования места, времени и масштабов предполагаемых негативных воздействий чрезвычайных ситуаций различного характера и позволяет оперативно проводить аварийно-спасательные мероприятия.
Однако применение соответствующего картографического обеспечения и ГИС ЧС для целей информационной поддержки принятия управленческих решений, связанных с чрезвычайными ситуациями, в настоящее время ограничено из-за недостаточного научного обоснования в данной области.
Поэтому возникла задача создания проблемно-ориентированного геоинформационного картографического обеспечения и соответствующей ГИС ЧС, направленных на повышение эффективности функционирования органов управления по выявлению источников чрезвычайных ситуаций, снижению риска их возникновения, оперативному реагированию и смягчению последствий ЧС.
Целью диссертационной работы является разработка и применение геоинформационного картографирования для оперативного управления в условиях чрезвычайных ситуаций с помощью специализированной геоинформационной системы.
Для достижения цели поставлены и решены следующие основные задачи:
1. Выполнен анализ существующих видов безопасности жизнедеятельности населения и ЧС, предложена их классификация, характерная для крупных населенных пунктов, с целью применения в геоинформационном картографировании для управления в условиях чрезвычайных ситуациях на основе специализированной ГИС ЧС.
2. Разработаны технологические схемы создания и функционирования геоинформационного обеспечения и ГИС ЧС для оперативного принятия управленческих решений и моделирования ситуаций, а также для мониторинга и прогнозирования ЧС.
3. Обоснованы требования органов ГО и ЧС к картографическому обеспечению и предложена классификация электронных карт (ЭК) для использования при ЧС.
4. Обоснованы виды электронных карт, разработано и систематизировано содержание картографической информации, необходимое для решения задач управления в ЧС.
5. Разработана информационная модель интегрированной территориальной базы данных (БД) о потенциально опасных объектах, системах жизнеобеспечения населения и возможных чрезвычайных ситуациях.
6. Разработан и реализован в виде рационального пользовательского интерфейса ГИС ЧС алгоритм взаимодействия оперативного дежурного и оперативно-диспетчерской службы с геоинформационным картографическим обеспечением.
7- Апробированы предложенные технологии геоинформационного картографирования путем создания базовой электронной карты, прогнозных и оперативных карт на территорию крупного города и созданы базы данных о потенциально опасных объектах и системах жизнеобеспечения населения (ЖОН); 8. Разработана специализированная ГИС ЧС для оперативного управления в ЧС для условий крупного населенного пункта
Объект и предмет исследования. Объектом диссертационного исследования является информационное обеспечение управления деятельности органов и подразделений ГО и ЧС по защите населения от чрезвычайных ситуаций различного характера.
Предметом исследования является создание и применение геоинформационного картографирования для оперативного управления силами и средствами ГО и ЧС на основе ГИС ЧС для обеспечения безопасности и защиты населения.
Методы и средства исследований. Исследования в данной работе базируются на задачах, решаемых городскими управлениями по делам гражданской обороны и чрезвьиайных ситуаций с применением системного подхода, основных принципов теории картографии, геоинформатики, основ теории моделирования, мониторинга и прогнозирования ЧС. При разработке и внедрении ГИС ЧС использовалось современное программное и компьютерное обеспечение.
Фактический материал исследований. Диссертационная работа вьшолнена на основе реально существующих потенциально опасных объектах и системах жизнеобеспечения населения крупного города, с учетом специфики деятельности органов ГО и ЧС в различных режимах функционирования. При работе использовались специализированные данные, предоставленные областным, городским и районными Управлениями по делам ГО и ЧС, которые в дальнейшем вошли в базу данных «ГИС Новосибирской областной подсистемы РСЧС» (РСЧС -Российская система предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях).
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих исследованиях:
1. Выполнен анализ, классификация и определение видов безопасности и ЧС, характерных для крупных промышленных центров с целью использования в геоинформационном картографировании.
2. Разработаны технологические схемы создания и функционирования геоинформационного обеспечения и ГИС ЧС для защиты населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера.
3. Обоснованы виды электронных карт, разработано и систематизировано содержание картографической информации, необходимой для отображения потенциально опасных объектов, сил и средств ГО, различных типов аварий на базовой электронной карте, а также на оперативных и прогнозных картах.
4. Разработаны «Алгоритм действий оперативного дежурного» и «Алгоритм действий оперативной диспетчерской службы» для созданной «ГИС Новосибирской областной подсистемы РСЧС».
5. Разработана информационная модель интегрированной базы данных ГИС ЧС об объектах повышенной опасности, системах жизнеобеспечения населения, силах и средствах контроля и постоянной готовности.
Практическая ценность работы состоит в создании и внедрении применительно к крупному населенному пункту геоинформационного картографического обеспечения и специализированной ГИС ЧС,
предназначенных для комплексного решения задач по оперативному реагированию и управлению в кризисных ситуациях, в том числе:
1. Создана базовая электронная карта и производные от нее оперативные и прогнозные карты города с нанесенными потенциально опасными объектами и системами жизнеобеспечения населения.
2. формирована интегрированная база данных о потенциально опасных объектах и системах жизнеобеспечения населения города.
3. Разработана и введена в эксплуатацию специализированная ГИС ЧС для обеспечения оперативного управления при чрезвычайных ситуациях. Созданное геоинформационное картографическое обеспечение характеризуется следующими функциональными возможностями:
1. Сбор и систематизация, создание и ведение баз данных об объектах повышенной опасности, системах жизнеобеспечения населения, авариях на объектах экономики, жилищно-коммунального хозяйства и транспорте.
2. Учет, анализ и интерпретация причин возникновения чрезвычайных ситуаций различного характера.
3. Решение задач в области мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций с учетом сезонных явлений и метеорологических данных.
4. Использование специализированных данных ГИС ЧС в деятельности различных подразделений, формирований и сил ГО: пожарными, аварийными, поисковыми и спасательными службами, а также специалистами скорой медицинской службы, правоохранительными органами, подразделениями МВД и МО РФ, структурами управления администрации города и области.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Технологические схемы создания и функционирования геоинформационного обеспечения и ГИС ЧС для обеспечения деятельности органов ГО при ЧС.
2. Виды электронных карт и систематизированное содержание картографической информации, необходимых для решения задач управления в ЧС.
3. Информационная модель интегрированной территориальной базы данных о потенциально опасных объектах, системах жизнеобеспечения населения и возможных чрезвычайных ситуациях.
4. Алгоритмы взаимодействия оперативного дежурного и оперативно-диспетчерской службы с геоинформационным картографическим обеспечением в виде рационального пользовательского интерфейса ГИС ЧС.
5. Специализированная ГИС ЧС и структура базы данных для обеспечения защиты населения и принятия управленческих решений при возникновении чрезвычайных ситуаций различного характера в крупном населенном пункте.
Реализация результатов работы. Практическое использование результатов разработки осуществлено в рамках научно-исследовательской работы по созданию «ГИС Новосибирской областной подсистемы РСЧС» для обеспечения безопасности и защиты населения и территорий от ЧС. Работа выполнялась по заказу ГУ ГО и ЧС НСО, Новосибирского областного фонда поддержки науки и высшего образования, мэрии г. Новосибирска и областной администрации.
Результаты диссертационной работы внедрены в оперативном отделе ГУ ГО и ЧС НСО, в Управлении по делам ГО и ЧС г. Новосибирска, в районных Управлениях города. Материалы диссертации используются в Учебно-методическом центре подготовки специалистов ГО, при проведении учебно-методических сборов и итогов с руководящим составом ГО области, на конференциях и выставках международного и регионального уровня, а также в учебном процессе и НИР студентов СГГА
Апробация работы. Основные положения и практические результаты работы были представлены в Главное Управления по делам ГО ЧС НСО и Новосибирский областной фонд поддержки науки и высшего образования, мэрию г. Новосибирска, 4-й отдел Военно-топографическое Управление Министерства Обороны РФ в виде отчетов по каждому из этапов создания ГИС ЧС. Разработанная ГИС ЧС была продемонстрирована:
ф - на презентации «ГИС Новосибирской областной подсистемой РСЧС» в областной Администрации НСО (7.12.2002г.);
- на 11 и 12 специализированных выставках «СПАССИБ-2002, 2003гг.» (г. Новосибирск 15-19 сентября 2002г., 23-26 сентября 2003г.)
- на Международной научной конференции, посвященной 70-летию СГГА (март 2003г.);
- на выставке-форуме МЧС « Экстрим 2003 » Северо - Западного регионального центра (г. Санкт-Петербург 16-19 июня 2003г.);
- на 5-й Международной конференции «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (г. Красноярск, 30 июня -5 июля 2003г.);
- на Международной конференции «Интергео 2003» (г. Гамбург, Германия, сентябрь 2003г.), и еще на трех различных научно-технических конференциях и выставках.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 16 научных работ: 13 публикаций (6 - без соавторов) и 3 научно-технических отчета.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения, библиографии, включающей 101 наименований. Общий объем работы составляет 186 страницу, объем основного содержания - 156 страницы, рисунков - 26,10 приложений.
Автор выражает признательность и благодарность научному руководителю заведующему кафедрой картографии и геоинформатики СГТА доктору технических наук, профессору Лисицкому Дмитрию Витальевичу, ректору СГГА кандидату технических наук, профессору Лесных И.В., проректору по НИР СГТА кандидату технических наук, профессору Середовичу В.А., начальнику Управления по делам ГО и ЧС г. Новосибирска полковнику Дикерману А.М., доктору технических наук, профессору Трубиной Л.К., кандидату технических наук, руководителю отдела международного сотрудничества СГТА. Середовичу СВ., кандидату технических наук, профессору кафедры картографии и геоинформатики Касьяновой Е.Л., кандидату технических наук, доценту кафедры картографии и геоинформатики картографии Ромашовой Л.А., кандидату технических наук, доценту Комиссаровой Е.В., ведущему инженеру НИС СГГА Дмитриеву Д.В., заведующему лаборатории Корсун В.Н., старшему преподавателю кафедры инженерной геодезии Мушич К.В., коллективам: кафедры картографии и геоинформатики, военной кафедры СГТА, Главного Управления по делам ГО и ЧС НСО.
Оценка риска для населения от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и задачи единой Российской системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
Предупреждение ЧС природного и техногенного характера, ликвидация их последствий, максимальное снижение масштабов потерь и ущерба, наносимых стихийными бедствиями техногенными катастрофами, Ф превратились в общегосударственную проблему и являются важными задачами органов власти. В условиях быстро меняющейся техносферы и возрастающей опасности возникновения глобальных катастроф требует предвидения будущих угроз, риска их возникновения, развития методов их прогнозирования и предупреждения. Для отображения на картах риска возникновения ЧС, для населения и территорий крупного промышленного центра, следует использовать разработки ВНИИ ГО ЧС (г. Москва) по определению индивидуального и социального риска [10]. Индивидуальным риском считается вероятность гибели человека в год от определенных причин (или их совокупности) в определенной точке пространства.
Результаты анализа индивидуального риска можно отобразить на карте в виде изолиний равного риска Построение изолиний равного значения индивидуального риска it осуществляется по (с учетом исправления допущенных в[10] ошибок) формуле: Rn(x,y)-S SPQl(x,y)F(Am), (1) тєМІєЬ где S - площадь территории, подверженная воздействию ЧС PQl(x,y) - вероятность воздействия на человека в точке с координатами (х,у) Ql-ro поражающего фактора с интенсивностью, соответствующей гибели (поражению) человека (здорового мужчины 40 лет) при условии реализации Am-го события (аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного бедствия); F(Am) - частота возникновения Am -го события в год; М - множество индексов, которое соответствует рассматриваемым событиям (авариям, опасным природным явлениям, катастрофам, стихийным бедствиям); Щ) L - множество индексов, которые соответствуют перечню всех поражающих факторов, возникающих при рассматриваемых событиях. Социальный риск - зависимость частоты возникновения событий, вызывающих поражение определенного числа людей, и характеризующий масштаб возможных чрезвычайных ситуаций. Результаты анализа целесообразно отображать на карте способом диаграмм по формуле. Rc(N)= IE P(N/Q1) P(Q1/Am) F(A1), (2) тєМІєЬ где Р (N/Ql - вероятность гибели (поражения) N людей от Ql-ro поражающего фактора; P(Ql/Am)- вероятность возникновения Ql-ro поражающего фактора при реализации Ат-го события (аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного бедствия); В соответствии с приведенными зависимостями проблема комплексной оценки риска от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера решается в два этапа. Первый этап - создание методического аппарата по оценке комплексного риска на основе показателей социального риска (F/N и F/G диаграмм, где N -количество погибших или пострадавших, G - величина материального ущерба, F- частота рассматриваемого события). В основу разработки положен метод «деревьев событий», основанный на представлении возможных сценариев возникновения и развития аварий и стихийных бедствий в виде графа (разработан ВНИИ ГОЧС 1998г.).
Каждая из вершин графа представляет собой некоторый этап развития аварии, характеризующийся количественными показателями (количество опасного вещества, скорость ветра, плотность застройки и т.п.), а также вероятностью рассматриваемых событий. Второй этап - разработка ГИС - технологий для определения и отображения на картах изолиний индивидуального риска от техногенных и природных ЧС. Структура ГИС должна включать четыре основных блока, которые выполняют информационную, методическую, технологическую и отчетную функции. Преимущество ГИС перед другими программными средствами заключается в возможности объединения графической и описательной информации с математическими моделями, а также в эффективном управлении этими связями. После выявления на каждом из взрывоопасных и пожароопасных объектах всех видов аварий, специфики их возникновения и развития, а также расчета полей потенциальной опасности этих аварий и определения вероятности реализации их негативного потенциала (Hi), оценка индивидуального риска может производиться по формуле: R(x,y)= SHi Eij(x.y) Pj, (3) где Hi, - вероятность выброса за год по сценарию і (в качестве сценариев аварии могут рассматриваться: нарушение герметичности замкнутых объемов за счет коррозии, нарушения за счет технологического режима); Eij(x,y) - вероятность реализации механизма воздействия j в точке (х,у) для сценария выброса і (в качестве сценариев механизма воздействия могут рассматриваться: тепловые поражения людей, поражения ударной волной, поражение обломками и т.п.); Pj - вероятность летального исхода при реализации механизма воздействия]. Аналогичным образом возможно отображение на картах оценку риска от аварий на химически опасных объектах, на радиационно опасных объектах, а также оценку сейсмического риска и риска от ураганов и сильных ветров.
В соответствии с Федеральным законом «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 11 ноября 1994 г. функционирует единая Российская государственная система предупреждения и ликвидации стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций (РСЧС). Эта система располагает органами управления, силами и средствами для того, чтобы защитить население и национальное достояние от воздействия катастроф, аварий, экологических и стихийных бедствий или смягчить последствия их действий. Основная цель РСЧС - объединение усилий центральных и региональных органов представительной и исполнительной власти, а также организаций и учреждений для предупреждения и ликвидации. Деятельность РСЧС базируется на следующих постулатах: а) признание факта невозможности исключить риск возникновения ЧС; б)соблюдение принципа превентивной безопасности, предусматривающего снижение вероятности возникновения ЧС; в) приоритета профилактической работе; г) комплексный подхода при формировании системы, т.е. учет всех видов ЧС, всех стадий их развития и разнообразия последствий; д) построение системы на правовой основе с разграничением прав и обязанностей участников.
Организационно РСЧС состоит из территориальных и функциональных подсистем и имеет пять уровней: федеральный, региональный (несколько субъектов РФ), территориальный (территория субъекта РФ), местный район, город) и объектовый (организация, предприятие). Территориальная подсистема РСЧС предназначена для предупреждения и ликвидации ЧС на подведомственной территории. Главным руководящим органом является комиссия по ЧС (КЧС), по защите населения и территорий. Рабочие органы территориальных КЧС - штабы по делам ГО и ЧС и ликвидации последствий стихийных бедствий. Функциональная подсистема РСЧС создается в министерствах, ведомствах и организациях РФ. Их основные задачи: наблюдение и контроль за состоянием окружающей среды и обстановкой на потенциально опасных объектах; ликвидация ЧС; защита персонала и населения на пострадавших территориях. Руководство всей системой РСЧС осуществляет Министерство по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МСЧ России). Задачи обеспечения экологической безопасности возложены на Минприроды России; наблюдение и контроль за стихийными явлениями — на Росгидромет центр; контроль обстановки на потенциально опасных объектах - на Госатомнадзор и Гостехнадзор России; экстренная медицинская помощь - на Минздрав; противопожарная безопасность - на МЧС России. Силы и средства системы РСЧС подразделяются на два основных вида деятельности: а) силы и средства наблюдения и контроля; б) силы и средства ликвидации последствий ЧС. Силы и средства наблюдения и контроля включают: органы, службы и учреждения, осуществляющие государственный надзор, инспекцию, мониторинг и контроль за состоянием природной среды, опасных объектов, здоровья людей.
Анализ картографического обеспечения подразделений МЧС и выбор перспективных направлений в вопросах совершенствования защиты
Анализ картографического обеспечения подразделений ГО и ЧС включает в себя исследование всех используемых в МЧС исходных данных, а также методов, способов и приемов, применяемых для обеспечения картографической информацией деятельности органов Управления по делам ГО и ЧС в различных режимах функционирования. Анализ картографических и справочных материалов - это исследование их качеств и свойств с целью определения возможности их дальнейшего использования в новых современных технологиях ГИС как источника информации. Основной целью анализа является выявление обеспеченности предстоящих работ специализированными данными, дополнительными и вспомогательными материалами, которые необходимы для редакционной подготовки и составления всех объектов содержания базовой электронной карты. Главными критериями при анализе и оценке информации, для определения ее дальнейшего использования, являются: 1. Масштабы и проекция топографических и растровых электронных карт, используемых в ГО и ЧС. 2. Достоверность информации, ее современность и обоснованность. 3. Геометрическая точность положения объектов, особенно потенциально опасных и систем жизнеобеспечения. 4. Использование топографических и тактических условных знаков, качество оформления и изготовления карт. По материалам исследования и анализа картографического обеспечения ГО и ЧС можно сделать следующее заключение: 1.
При выборе масштабов топографических карт специалисты Управления ГО учитывали ряд факторов и, прежде всего наличие в довольствующем органе необходимого количества топографических карт крупного и среднего масштабов для обеспечения деятельности всех подразделений ГО и ЧС. Следующим фактором необходимо считать характер планируемых или предполагаемых мероприятий и предназначение карт каждого масштаба. Далее следует учитывать наличие ПОО с различной степенью опасности и характерные особенности местности в каждом районе города. Для решения общих задач защиты населения области в ГО и ЧС используют карты 1: 200 000, а для конкретных задач, которые решаются в интересах обеспечения безопасности жителей г. Новосибирска, исходной топографической основой являются карты масштаба 1: 100 000, для районов города карты масштаба 1:25 000 и крупнее. Все топографические карты, используемые в ГО и ЧС, составлены в единой равноугольной поперечно-цилиндрической проекции Гаусса -Крюгера, системы координат 1942 г. Основными преимуществами этой проекции, применяемой для стандартного масштабного ряда топографических карт, являются: а) точность карт, вследствие незначительных искажений данной проекции, полностью отвечает всем требованиям, предъявляемым к топографическим картам масштаба 1: 25 000 и мельче; максимальные линейные искажения, которые получаются на краях зоны, не превосходят 0,1 % длины измеряемой линии, что не выходит за пределы графической точности для крупномасштабных карт; б) данная проекция отличается универсальностью, так как применяется для карт различных масштабов, начиная с 1: 500 000 и крупнее; в) благодаря единой проекции все топографические карты связаны с системой плоских прямоугольных координат, в которой определяется положение геодезических пунктов, что позволяет получать в одной системе координаты объектов, как на карте, так и при непосредственных измерениях на местности. Картографическая информация, используемая в ГО и ЧС, может иметь два вида представления: аналоговый (рабочая карта на бумажных носителях) и электронный.
Традиционные топографические карты с нанесенной на них оперативной обстановкой используют при проведении совещаний, командно-штабных учений, принятии решений, разбора причин возникновения и ликвидации последствий ЧС. Это связано с тем, что топографическая карта с нанесенной на нее обстановкой о факте ЧС является одним из важнейших графических документов, с помощью которого председатель КЧС и начальники служб и отделов Управления по делам ГО и ЧС выполняют свои функциональные обязанности по предупреждению возникновения чрезвычайных ситуаций. ф В зависимости от источника возникновения опасности рабочие карты можно подразделить на следующие виды: а) карты оперативной обстановки (пожарной, паводковой, эпидемиологической и др.); б) оперативные карты зон ЧС, которые отображают обстановку при угрозе возникновения чрезвычайной ситуации и отражающие динамику развития обстановки в зоне ЧС; в) прогнозные карты, составляемые на основе сбора информации о потенциально опасных объектах - возможных источниках ЧС. Оперативные и прогнозные карты разрабатываются в рабочих органах оперативного отдела и комиссии по ЧС. 2. Оценка достоверности информации предполагает установление соответствия ее типичных черт, зависящих от даты съемки (составления) топографической карты или ее исправления, а также времени нанесения данных о размещении потенциально опасных и других объектов. Сущность картографической информации, ее специфику необходимо знать для того, чтобы в процессе принятия решения обеспечить комплекс оперативных мероприятий, направленных на защиту населения и территорий от ЧС. Основные виды работ, которые выполняют в Управлении ГО и ЧС с использованием аналоговых и электронных карт, производятся традиционно: нанесение информации о потенциально опасных объектах и характере оперативной обстановки; управление силами и средствами ГО; Ф прогнозирование возможных зон поражения (затопления); сбор и передача информации; проведение на картах картометрических и других видов работ.
При повседневной деятельности специалисты Управления ГО используют картографическую информацию с применением трех основных принципов: карта как средство познания, карта как способ передачи информации, карта как средство управления при угрозе и возникновении ЧС. Познавательный аспект картографической информации заключается в том, что ее использование позволяет не только получать необходимые сведения об объектах, событиях и явлениях, но и изучать и раскрывать их новые закономерности. Полнота отражения картографической информации зависит от уровня решаемых на данном этапе задач и режима функционирования городской подсистемы РСЧС. В процессе работы с картой осуществляется прием и передача информации от карты к исполнителю. Коммуникативный аспект картографической информации представляет собой особую форму отображения пространственного распределения потенциально опасных объектов, их связей и пространственных структур. Он характеризуется наличием пространственных различий и соответствующей локализацией объектов и явлений. По форме реализации картографическая информация выражается с помощью знаковых систем, которые обозначают объекты, явления, процессы природы и общества, их существенные содержательные признаки и взаимосвязи в генерализованном виде. Картографическая информация может быть использована для планирования и организации мероприятий по предупреждению ЧС, осуществления государственного надзора и контроля за выполнением установленных требований по ГО. Она позволяет определять степень готовности органов повседневного управления, сил и средств областной подсистемы РСЧС к проведению поисково-спасательных, аварийно - восстановительных и других неотложных работ при возникновении ЧС.
Создание библиотеки условных знаков для отображения потенциально опасных объектов и типов аварий
Создание базовой электронной карты при помощи библиотеки условных знаков, во - первых, способствует решению задач не только графического отображения потенциально опасных объектов, но и показывает служебные взаимосвязи структур ГО и ЧС, их соподчиненность, порядок связи, оповещения и взаимодействия. Во - вторых, условные знаки передают информацию о характере опасности объекта и возможных типах аварии на данном объекте. В третьих, библиотека условных знаков отображает качественные и количественные характеристики всех опасных объектов, динамику развития опасных процессов и явлений на каждом из них. В четвертых, обеспечивает информационный контроль за изменением оперативной обстановки, а также позволяет отображать результаты моделирования ситуаций и составлять прогнозы и рекомендации. [38] При создании библиотеки условных знаков следует учитывать, что она будет использоваться не только для отображения опасных объектов и их характеристик, но и отражать изменения обстановки, динамику развития чрезвычайной ситуации, показывать силы и средства контроля и ликвидации последствий ЧС на различные моменты времени.
Поэтому, для работы оперативного дежурного предлагается библиотеку условных знаков, по времени использования, разделить на два типа: 1. Условные знаки долговременного использования — для отображения опасных объектов и их характеристик. 2. Условные знаки кратковременного использования - для визуализации и оперативной обработки информации, оценки ситуации и принятия решений по факту данной чрезвычайной ситуации. Для электронных карт и информационной системы ГО и ЧС требуются условные знаки, отображающие не только неподвижное положение объекта или ситуации на определенный момент времени, но и показывающие процесс возникновения, развития и перемещения опасного явления в пространстве и времени. Использование динамических условных знаков, наряду со статическими, позволяет достоверней, наглядней и точнее показать направление распространения опасного явления, его интенсивность, характер ареалов и изменение интенсивности. Поэтому условные знаки, по способу использования в электронных картах, целесообразно разделить на статические знаки и динамические. Для ликвидации последствий чрезвычайной ситуации применяются различные подразделения МЧС, силы и средства гражданских формирований, органы внутренних дел, медицинские и военные учреждения, поэтому в библиотеке собраны и систематизированы условные знаки, которые используются в данных структурах.
Созданные, для серии электронных карт ГО и ЧС, условные знаки систематизированы в приложения: 1. Приложение А - «Топографические условные знаки крупномасштабных карт и планов городов». 2. Приложение В — «Условные обозначения и знаки ГО». 3. Приложение В1 - «Формирования гражданской обороны». 4. Приложение В2 - «Районы расположения войск ГО и местных формирований». 5. Приложение ВЗ - «Источники техногенных ЧС». 6. Приложение В4 - «Источники природных ЧС». 7. Приложение В5 - «Прочие объекты» 8. Приложение С — «Аварии и стихийные бедствия» (Приложение А). 9. Приложение С1 - «Аварии техногенные». 10.Приложение С2 - «Аварии природные». 11 .Приложение СЗ — «Аварии биолого-социальные». 12. Приложение С4 - «Аварии военного характера». Создавая приложения, автор руководствовался принципами стандартизации, унификации и преемственности использования условных знаков во всех ведомствах и структурах, задействованных в ликвидации ЧС. Библиотека условных знаков, отображающая чрезвычайные ситуации, состоит из трех основных разделов: условные знаки топографических карт, планов городов и схем; условные знаки потенциально опасных объектов; условные знаки типов аварий. Схема скомпонованной библиотеки условных знаков отображена на рисунке 6. На электронных картах, создаваемых для оперативной работы подразделений МЧС, пояснение условных знаков начинают со знаков географической основы, а затем поясняют знаки специального содержания. Часто применяемые и широко известные знаки в легенде не поясняются. Общие принципы, применяемые для проектирования условных знаков: а) простота, наглядность и традиционность изображения объектов и элементов местности; б) соответствие форм и размеров знака значению объекта и масштабу карты; в) ярко выраженная различимость знаков как в пределах одной классификационной группы карт, так и между группами; г) соблюдение многоплановости изображения с выделением главных объектов и контрастным отображением второстепенных; д) взаимная согласованность, единство и целостность всего многообразия условных знаков, используемых на электронных картах. Используя принципы создания условных знаков для карт оперативного отображения и прогнозирования ЧС на электронную карту наносят потенциально опасные объекты, источники техногенных и природных ЧС, а также другие объекты и системы жизнеобеспечения в соответствии с «Правилами нанесения на карты обстановки о чрезвычайных ситуациях», ГОСТ Р. 22.0.10-96. Совокупность созданной системы условных знаков позволяет решать следующие задачи: а) графически отображать районы размещения опасных предприятий, заводов, комбинатов; б) определять качественные и количественные характеристики объектов повышенного риска; в) отображать взаимосвязи между объектами и системами жизне обеспечения населения; г) предоставлять на любой момент времени информацию о соподчиненности структур и подразделений, участвующих в ликвидации ЧС; д) организовывать управление взаимодействием сил и средств ГО и передавать информацию на различные уровни управления; е) создавать схемы оповещения населения об угрозе ЧС и организовывать эвакуацию населения из различных районов города; ж) производить систематизацию данных об объектах, включая специфику производства; з) прогнозировать динамику развития опасных процессов и явлений в пространстве и времени; и) отображать явления и процессы невидимые человеком и не воспринимаемые органами чувств (радиоактивное заражение).
Совокупность потенциально опасных объектов, предприятий и производств на базовой электронной карте имеет адресную привязку к топографической основе, что позволяет создать отдельные слои для потенциально опасных источников, в зависимости от характера воздействия: а) химические - опасные объекты (ХОО); б) взрывоопасные объекты (BOO); в) пожароопасные объекты (ПОО); г) радиационно - опасные объекты (РОО); д) биологически опасные (БОО). Основные требования, которые предъявляет управление ГО и ЧС к нанесению условных знаков данного вида — это наглядность, полнота и точность (достоверность). Условные знаки целесообразно разместить в таблицы по следующим разделам: 1. Формирования Гражданской Обороны; 2. Районы расположения войск ГО и местных формирований; 3. Источники техногенных ЧС; 4. Источники природных ЧС; 5. Прочие объекты. Для работы с электронными картами предлагается использовать условные знаки по двум направлениям деятельности: условные знаки для карт оперативной обстановки и условные знаки для прогнозных карт. Порядок нанесения обстановки на базовую электронную карту, с применением созданных условных знаков, необходимо сформулировать в следующей последовательности: а) основные опасные объекты - потенциальные источники ЧС; б) зоны вероятного поражения (загрязнения) вокруг потенциально опасных объектов; в) взрыво - пожароопасные районы; г) магистральные трубопроводы (нефте-, газо-, аммиако-, продукто- проводы); д) численность населения в зонах риска и зонах вероятного действия поражающих факторов от источников техногенных и природных ЧС; е) данные обстановки наносятся четко и контрастным по цвету с окружающим фоном, а районы поражения (заражения) - сплошной линией с незатемненным (просвечивающим) тонированным фоном; ж) органы управления наносятся таким образом, чтобы вертикальная линия условных знаков (флажков) у основания находилась в точке фактического положения их на месте; з) положение и действия группировок - сил и средств РСЧС наносятся установленными условными знаками - сплошной линией, а предполагаемые и планируемые - прерывистыми линиями; и) условные знаки специальной техники наносятся в соответствии с их действительным положением на местности и располагают по направлению действия; к) при нанесении нескольких группировок, соответствующих разным моментам времени, условные знаки необходимо дополнять различными видами штриховки, пунктирными линиями, линиями с точками или выделяются различными цветами.
Формирование базы данных о потенциально опасных объектах и системах жизнеобеспечения населения
Формальное представление всех объектов создаваемой ГИС ЧС осуществляется с помощью их описания конечным набором характеристик, а их хранение - в соответствующих графических и параметрических базах данных (БД). Пространственными данными (ПД) созданной базы являются сведения, которые характеризуют местоположение и геометрическое описание объектов в пространстве и относительно друг друга на местности. При создании базы данных о системах жизнеобеспечения и объектах повышенной опасности к пространственным данным предъявляется ряд требований, которые ранее были изложены во второй главе, в разделе требований к цифровой информации. Вся информация, хранимая в базах данных, подразделяется на две группы: графическая и параметрическая.[93] Исходная графическая информация представляет собой множество элементарных примитивов в растровом или в векторном виде (точки, линии и полигоны). Растровые данные, которые получаются после сканирования картографической продукции, должны быть структурированы в формате, который обеспечивает возможность быстрого доступа.
Это позволяет применять технологии сжатия и расширения для сжатия работающего файла растра, так как несжатое бинарное изображение стандартного листа карты при разрешении 1000 точек на дюйм составляет более 300 Мб. Для сжатия растровых полутоновых изображений целесообразно применять стандарт JPEG, позволяющий уменьшать объем хранимых данных в тысячи раз. Однако при восстановлении информации возможны искажения, которые малозаметны при визуализации, но существенно искажают геометрические свойства изображения. При представлении растрового изображения могут использоваться следующие модели: регулярные (правильные геометрические фигуры), нерегулярные (полигоны Тиссена), иерархические (модель квадрометрического дерева), пирамидальная и др. Распознавание образов (идентификация и выделение из растра различных объектов) растрового изображения при их обработке и анализе является достаточно сложной проблемой при работе с данной формой представления информации. Растровая форма представления геометрической информации необходима при отображении элементов, постоянно изменяющихся в пространстве. Векторный способ представления цифровой картографической информации - это способ математического описания объектов карты в виде набора векторов фиксированной для каждого типа объекта длины. Положение каждого объекта на карте в этом способе описывается уравнением: т F=f(x,y,h,zl,z2,z3,...,zn), (4) где х, у - координаты точек, характеризующих положение текущего объекта; h - высота объекта над уровнем моря; zl,z2,z3,...,zn - семантические признаки объекта. Основными способами формирования векторного представления данных является дигитализация и векторизация по растру. w, В настоящее время используются много различных форматов векторного представления данных, которые предназначены для хранения картографической информации. Эти форматы отличаются друг от друга сложностью выбранных моделей представления данных, возможностью их использования, манипулирования и анализа.
В самых простых форматах содержится информация только о геометрических связях объектов, а в более сложных форматах добавляется информация о топологических сущностях объектов и его атрибутах. Наиболее часто применяемыми векторными форматами представления данных являются модели: «спагетти» («spaghetti»), текстовой (ASCII) формат, формат DXF и цепочно-узловой формат. Используемая ГИС ЧС способна оперировать с несколькими форматами из этих векторных данных, что позволяет осуществлять операции экспорта/импорта графической информации. Векторная форма представления, дополненная топологическими данными, дает возможность отобразить ч различные варианты развития чрезвычайной ситуации и выполнять большое количество 3anpocoB$?Jt При создании «ГИС Новосибирской областной подсистемы РСЧС» использовался формат представления данных DXF, файлы которого состоят из четырех секций: заголовка (HEADER), таблиц (TABLE), блоков (BLOKS) и объектов (ENTITIES). Основные типы пространственных графических данных и форматы их представления в растровом и векторном виде показаны на рисунке 18. Графическая информация хранится в графических базах данных, как в растровом, так и векторном форматах. Параметрическая информация хранится в символьных базах данных и для ее создания необходимо использовать одну из наиболее оптимальных систем управления базами данных (СУБД). Данная ГИС может функционировать с различными коммерческими СУБД, так как в ее состав включен специальный программный модуль связи, настраиваемый на работу с щ конкретным типом СУБД. Графические и параметрические базы данных должны быть связаны между собой для обеспечения корректной и синхронной работы с информацией. Примером такой операций является: удаление объекта на экране влечет за собой удаление информации о нем в параметрической БД и наоборот, поиск графического изображения объекта по его семантическим характеристикам, и вывод на экран описания объекта, после его выбора на экране и т.д. Кроме того, эти базы данных обеспечивают: а) централизованное управление; б) сокращение избыточной информации; в) соблюдение стандартизации данных; г) безопасность и целостность данных. В зависимости от типов и форматов их представления, от уровня программных средств ГИС и некоторых характеристик среды и условий их использования, могут быть предложены различные варианты организации хранения и доступа к пространственным данным.
В простых программных средствах ГИС, обычно растрового типа, отсутствуют средства организации хранения доступа к данным, или эти функции реализуются средствами операционной системы, в рамках ее файловой организаций. Следует выделить три группы признаков (характеристик) описания объектов: идентификационные характеристики, классификационные и выходные характеристики. Идентификационные характеристики служат для однозначного определения местоположения объекта на карте и его опознания. К ним относятся название географического объекта, его координаты, род объекта и т.д. Классификационные характеристики служат для количественного и качественного описания объекта и используются для получения, как прямых справок об объектах, так и основой для получения производных характеристик, путем математической обработки (качественный и количественный анализ, моделирование и т.д.). Выходные характеристики содержат информацию об источниках и датах получения соответствующих данных по каждой из характеристик для любого объекта и являются обеспечением определения достоверности поступающей информации. Содержание баз данных и методы их организации могут быть различны и зависят от их назначения. Формирование баз данных осуществляется в процессе цифрования исходной информации и ввода соответствующей семантической информации. , Объекты в базе данных должны иметь: а) уникальное наименование; б) код; в) тип (точка, линия, площадь); г) имя таблицы для хранения атрибутивной информации; д) расположение на уникальном слое в графическом файле; е) уникальный атрибут изображения (цвет, тип и толщину условных знаков).
Объединение объектов близких по своей тематической принадлежности позволяет создавать информационные слои, которые можно объединить в разделы. В созданной ГИС ЧС информационные слои объединены в следующие разделы: а) топографические объекты; б) ПОО, в зависимости от источника опасности - техногенные, природные, биолого-социальные и военные ЧС; в) формирования гражданской обороны; г) районы расположения сил и средств ГО; д) прочие объекты; е) типы аварий; ж) служебно-справочная информация. Информационная модель интегрированной базы данных созданной ГИС ЧС отображена на рисунке 19. Сформированная база данных позволяет на первом этапе использования ГИС ЧС производить следующие операции: а) просмотр и выбор данных; б) редактирование и изменение данных; в) организацию выбора, запроса и вычислений в базе данных; г) объединение/разъединение графики и баз данных; д) запись площадей полигонов (прогнозируемых участков зон ЧС) в базу Ф данных; е) получение данных по нескольким графическим объектам; ж) получение объектов, связанных с выбранными записями базы данных.
