Теоретические аспекты применения ГИС в прогнозировании и мониторинге чрезвычайных ситуаций

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается актуальность совершенствования системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций, использования современных информационных технологий и баз картографических данных. В частности, рассматриваются геоинформационные системы (ГИС) как один из эффективных инструментов мониторинга и прогнозирования селей, наводнений, паводков. В статье приводится структура ГИС, возможности практического использования и требования, которым должна отвечать современная система прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций, построенная на базе ГИС.

ABSTRACT

The article examines the relevance of improving the system for monitoring and forecasting emergencies, the use of modern information technologies and cartographic databases. In particular, geographic information systems (GIS) are considered as one of the effective tools for monitoring and forecasting mudflows, floods, floods. The article presents the structure of GIS, the possibilities of practical use and the requirements that a modern system for forecasting and monitoring of emergency situations, built on the basis of GIS, must meet.

Ключевые слова: чрезвычайные ситуации, сели, паводки, наводнения, ГИС, геоинформационные системы, мониторинг, прогнозирование.

Keywords: emergency situations, mudflows, floods, GIS, geographic information systems, monitoring, forecasting.

Сегодня можно констатировать формирование природнотехнической системы в условиях синергетического влияния техносферы и геологической среды. Геологическая среда представляет собой комплекс взаимозависимых компонентов, таких как грунты, подземные воды, органика, горные породы, газообразные вещества и живые организмы. Ее характеризуют геологические, геохимические и геофизические поля, на нее влияют всевозможные внешние нагрузки, включая антропогенные [1]. Такие воздействия становятся причиной кардинального изменения как самой геологической среды, так и среды обитания человека.

Изучить и верно оценить геодинамическое и геохимическое состояние природнотехнической системы – ключевая задача, решением которой необходимо заниматься как на общегосударственном, так и на региональном уровнях. В первую очередь, ее важность проявляется в густонаселенных регионах, а также местах, где планируется возведение крупных промышленных комплексов, отличающихся технологичностью, высокой стоимостью и наукоемкостью [2]. Однако, изучению геоэкологических и инженерно-геологических условий природных и освоенных человеком территорий не уделяется достаточно много внимания. Данные Статистического института для стран Азии и Тихоокеанского региона (UN SIAP) [6] демонстрируют недостаточность информации о состоянии региональных природных ресурсов, факторах, от которых зависит качество окружающей среды, и о том, как на социально-экономическом развитии отражаются изменения в окружающей среде. Из этого следует, что:

1. Назрела острая необходимость в более скрупулезном изучении геологической среды и факторов, влияющих на ее изменение.
2. Требуется уделить внимание повышению эффективности методов и средств мониторинга ее состояния.
3. Необходима разработка системы анализа статистических данных в их взаимосвязи с изменением техносферы.

Решение указанных задач позволит получить достоверные показатели развития региона, спрогнозировать возникновение ЧС и предотвратить их.

Новейшие системы, позволяющие мониторить и прогнозировать возникновение ЧС, представляют собой многоплановые информационные системы, состоящие из:

• средств наблюдения за стихийными бедствиями;
• обширных баз данных, в которых накапливается информация о последствиях всех известных видов чрезвычайных ситуаций;
• описания состояния и уязвимости элементов риска;
• соединенных между собой вычислительных ресурсов;
• каналов и оборудования, обеспечивающих коммуникацию;
• математических моделей природных и техногенных катаклизмов;
• данных о том, как распределены опасные источники, и о возможном ущербе от них и др.

Информационная структура ГИС включает в себя 3 блока:

• блок сбора информации;
• блок поддержки управленческих решений;
• блок аналитики.

Блок сбора информации выполняет функцию своевременной аккумуляции данных и их систематизации. Правильно организованную информацию проще анализировать. Например, наличие полноценных данных наблюдений позволит использовать формулы гидрологических расчетов максимального стока дождевых вод и селей при обосновании проектов мостов, водопропускных сооружений и дорог [5].

Блок аналитики позволяет анализировать собранную информацию и привести ее в качественно иную форму, которая будет удобна для принятия управленческих решений. Как следствие, система прогнозирования чрезвычайных ситуаций имеет в своем составе 2 подблока, которые территориально и организационно разделяются между всеми учреждениями, анализирующими и обрабатывающими информацию:

• подблок методик и алгоритмов, согласно которым обрабатываются данные. Здесь обязательна связь с нормативно-правовыми актами и методикой, по которым прогнозируется возникновение ЧС и ликвидируются их последствия;
• подблок моделирующих систем, предназначенных для непосредственной обработки информации с использованием специальных программно-технических средств.

С помощью действующих ГИС удается рассчитать параметры опасных факторов и определить зоны, которые могут подвергнуться разрушению при возникновении ЧС. Зона разрушения указывается на карте местности с возникшей чрезвычайной ситуацией. Очень важно проводить расчеты с учетом тех погодных условий, которые были зафиксированы на момент снятия показаний.

В ряде ситуаций следует принимать во внимание рельеф местности. Это важно при возникновении чрезвычайной ситуации на гидротехническом объекте, когда происходит затопление, сход селей [4], или при происшествии на объекте, где может быть утечка радиации [7].

Ключевое звено системы – база данных. Создав геоинформационную систему, необходимо наполнить ее необходимыми данными, чтобы получить информацию об условиях обстановки, финансировании, функционале системы мониторинга и прогнозирования ЧС.

Чтобы точнее прогнозировать чрезвычайные ситуации и успешнее ликвидировать их последствия, СУ ГИС БД должна быть связана с электронной картой наблюдаемой местности. Это важно для систематизации данных не только по времени, но и в пространстве. Информационная база представляет собой комплекс связанных между собой и с ГИС БД математических и эмпирических моделей, которые регулярно обновляются, что позволяет сформировать целый набор функциональных задач. Полученная статистическая информация в дальнейшем может быть использована для построения графиков человеческих потерь и размеров экономических и общих фактических убытков в зависимости от года и сезона. Накопленные знания позволяют распределить стихийные бедствия по разным районам исследуемой территории. Также чрезвычайные ситуации классифицируются по частоте возникновения и величине нанесенного ущерба [3].

Статистические сведения могут систематизироваться по следующим критериям:

• виды происшествий;
• причины возникновения ЧС;
• сценарии развития;
• сценарии устранения последствий, учитывающие количество сил и вариантов действий.

Помимо этого, важной задачей СУ ГИС БД является выдача информации, позволяющей моделировать динамику природных процессов при разных условиях. Чтобы верно оценить причины возникновения критических гидрологических явлений, которые могут спровоцировать чрезвычайную ситуацию, и чтобы разработать способы предотвратить их и ликвидировать опасные последствия, технологии ГИС необходимо совмещать с новейшими методами компьютерно-математического моделирования. Оно осуществляется с использованием различных данных с пространственной привязкой. Например, чтобы смоделировать ЧС на реках, потребуется следующая пространственная информация:

• рельеф местности: топографические карты, промеры русла, габариты и расположение уже существующих инженерных объектов и тех, которые еще проектируются, а также другая информация;
• координаты и характеристики объектов, которые могут пострадать вследствие чрезвычайных ситуаций: жилые, коммерческие и промышленные строения, инфраструктурные объекты, плотность населения, типы земель и др.;
• данные, по которым верифицируются и калибруются математические модели и расчеты: положение береговой линии при возможных расходах, параметры течения (скорость, температура и др.), габариты наносов, характеристики грунта и т. д.

Данные о пространственном расположении изучаемых объектов могут быть доступны в виде карт и планов в разных масштабах и системах координат, снимках со спутников, сведены в таблицы или же представлены в форме текстовых описаний. Такое представление информации о местности в разной форме помогает более качественно проанализировать текущую ситуацию и разработать методику предотвращения опасных происшествий.

Список литературы:

1. Копылов И.С., Коноплев А.В., Ибламинов Р.Г., Осовецкий Б.М. Региональные факторы формирования инженерно-геологических условий территории Пермского края // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). Краснодар, 2012. № 10 (84). - С. 191 - 201.
2. Копылов И.С. Научно-методические основы геоэкологических исследований нефтегазоносных регионов и оценки геологической безопасности городов и объектов с применением дистанционных методов: диссертация доктора геолого-минералогических наук. Пермь, 2014.- 351 с.
3. Полухин Е.А. Совершенствование системы управления промышленной безопасностью опасных производственных объектов // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2017. №1 (8). С 186-188.
4. Салимова Б.Д., Махкамов Б.Р. Перспективы использования системы Макволл для борьбы с селевыми потоками в горных районах Узбекистана //Вестник науки и образования. – 2019. – №. 22-2 (76).
5. Туляганов А.Х., Салимова Б.Д. Расчет дождевых максимумов при проектировании малых водопропускных сооружений (на примере рек предгорья Узбекистана) //Школа Науки. – 2019. – №. 7. – С. 3-6.
6. Турусинова Е.О. Геоинформационные технологии в области обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2014. №1. С. 393-396.
7. Environment Statistics // Statistical Institute for Asia and the Pacific. / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://www.unsiap.or.jp/programmes/es.html (дата обращения: 24.09.2020).