Использование средств оперативного геомоделирования для мониторинга ЧС на территории Сибирского федерального округа

УДК 614.8

А.А. Евсюков, В.В. Ничепорчук, А.А. Марков

Институт вычислительного моделирования СО РАН, Красноярск

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОГО ГЕОМОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЧС НА ТЕРРИТОРИИ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА

В статье рассмотрены вопросы использования средств оперативного геомоделирования для мониторинга ЧС на территории Сибирского Федерального округа.

A.A. Yevsyukov, V.V. Nicheporchuk, A.A. Markov

The Institute of Computational Modeling, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Krasnoyarsk

OPERATIONAL GEOMODELING APPLICATION FOR MONITORING OF THE EMERGENCY SITUATIONS ON THE TERRITORY OF SIBERIAN FEDERAL DISTRICT

The problems considered in the article deal with the operational geomodeling to be used for monitoring of the emergency situations on the territory of Siberian Federal district.

1. Введение

Оперативное географическое моделирование является важной частью информационной поддержки территориального управления. Мониторинг территорий любого масштаба (социально-экономический, экологический, чрезвычайных ситуаций и др.) предполагает наличие больших массивов данных, имеющих как пространственную, так и временную составляющую. Помимо сбора и первичной обработки показателей мониторинга необходим детальный анализ данных, расчет комплексных показателей и визуализация результатов в виде тематических карт. Результаты такого анализа являются основой для планирования, проведения и контроля мероприятий по управлению территориями.

Для решения таких комплексных задач необходимо создание систем, построенных на интеграции современных информационных технологий, таких как географических информационных систем (ГИС) и методы оперативной аналитической обработки данных OLAP (On-Line Analytical Processing). OLAP обеспечивает наглядное представление многомерных данных, выполнение аналитических операций над ними, высокое быстродействия и оперативное построение аналитических отчетов, а ГИС позволяет строить динамические картограммы, иллюстрирующие результаты анализа показателей мониторинга территорий.

В работе предложен метод картографической визуализации результатов анализа многомерных данных OLAP-системы. Разработаны алгоритмы динамического формирования картографических слоев на основе атрибутивной информации источника данных OLAP-системы и пространственной информации топографических слоев ГИС. Динамически

сформированные слои могут применяться в качестве тематических слоев для геомоделирования результатов OLAP-анализа. Инструментарий динамического формирования картографический слоев впервые разработан для средств геомоделирования, интегрированных с OLAP-системами.

2. Алгоритм картографической привязки многомерных данных для формирования тематических карт

Формально многомерный куб данных может быть представлен в виде: О = <0, К>, где О = d2,  Дт} - множество осей - измерений гиперкуба:

каждое измерение представляет собой упорядоченное множество значений определенного типа; F = {]_1, /2, ...^п} - совокупность множеств значений показателей, определяющих его информационное наполнение - меры куба. В рамках представленной модели многомерных данных для определения значения показателя будем использовать функцию от т переменных, по числу измерений: / = /1(й1,й2,...,йп).

Для осуществления картографической привязки в гиперкубе выделим географическое измерение с.

Для построения тематической карты зафиксируем значения измерений с/1 ^ 1): с/1 ^ и , / = 1,т и из /*’ выберем показатель, который будет отображаться на карте: /* = /*(д*,с*2<.,...,с*т) , где д*,д*2д *т - фиксированные значения измерений (метки), кроме д , которое не фиксировано и соответственно может принимать любое значение из своей области определения. Построение множества значений показателя / * определим как операцию среза над гиперкубом данных О по всем фиксированным измерениям.

Для отображения значений показателя / * определим электронную карту М = <Ь, Б>, где Ь = {Ьь Ь2, ..., Lp } - множество картографических слоев; £ = (э1^2,...^ч) - упорядоченное множество значений свойств отображения

карты.

Слой ь определяется как: Ь,=<О,, Т,, Л,(О,, Т), Р>, где й1 = (о\,о21 ,...,о?) - упорядоченное множество территориальных объектов заданного типа;

Т = (г\,г> ,...£) - упорядоченное множество атрибутивных свойств слоя -полей атрибутивной таблицы Л,;

Л/О, , Т) - атрибутивная таблица, элементы которой а/,к определены

значениями из набора Т, для каждого объекта из О,, здесь / = /,/ определяет строки таблицы, а - столбцы таблицы (поля);

р=<Б(,с,. > - легенда слоя, здесь БГ(Ь],Ь?,...,Ь}) - упорядоченное множество значений свойств слоя, С=(с],с'2,...,с^г) - упорядоченное множество классов разбиения множества объектов О, слоя Ь,.

Привязка географического измерения й осуществляется к одному или нескольким картографическим слоям. Пусть подмножество слоев, к

которым осуществляется привязка, и мощность его |1'| = I . Каждый слой

содержит атрибутивную таблицу А\, / = /,/, в одном из полей таблицы , £*. е| 1.^,1 хранится множество идентификаторов объектов слоя. Если значение идентификатора а3**1 , / = /,/' , то к объекту о/ можно построить

картографическую привязку значения показателя / *.

На основе представленной выше модели построен алгоритм картографической привязки многомерных данных. Упрощенная блок-схема алгоритма приведена на рис. 1. После выбора карты, перед выбором слоев для картографической привязки, добавлена возможность динамического формирования картографических слоев. Если необходимость в динамическом формировании слоя в поставленной задаче существует, во множество слоев Ь карты Мдобавляется слой Ь^ При этом динамически можно сформировать не один, а несколько новых слоев.

Реализация данного алгоритма в виде программного модуля позволила использовать его в интегрированных информационных системах различного назначения [1]. Система «Аналитик» внедрена в работу Краевого медико-информационного центра, где используется для анализа медико-демографических показателей, построения комплексных аналитических моделей (финансирования мероприятий, оказания услуг, реформирование сети медицинских учреждений и другие). Экспертная геоинформационная система ЭСПЛА-ПРО используется для анализа обстановки с промышленными и бытовыми пожарами на территориях Сибирского федерального округа. Оперативный многомерный анализ данных в сочетании с ГИС позволяет специалистам органов управления по делам ГО и ЧС готовить обоснованные решения по управлению пожарной безопасностью территорий с учетом их специфики, расстановки сил и средств и многих других факторов[2].

3. Программная реализация системы OLAP-GIS

Рассмотрим использование средств оперативного геомоделирования на примере одной из последних разработок ИВМ СО РАН - системы OLAP-GIS. Система предназначена для проведения оперативного анализа статистических баз данных мониторинга чрезвычайных ситуаций и чрезвычайных происшествий (ЧС, ЧП) и данных метеорологической обстановки на территории Сибирского федерального округа с использованием справочников и классификаторов. Результаты анализа данных представляются в виде таблиц со сложной структурой, различного рода диаграмм и картограмм.

Информационной основой системы OLAP-GIS являются базы данных по ЧС и ЧП с 1999 года (более 16500 событий). База данных оперативно обновляется в Сибирском региональном центре МЧС России. Событие заносится в базу данных на основании критериев, определенных постановлением Правительства РФ от 21 мая 2007 г. №304 «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» и приказом МЧС РФ от 08.07.2004 № 329 «О критериях чрезвычайных ситуаций».

Рис. 1. Алгоритм картографической привязки многомерных данных

Аналитические модели строятся на основании административнотерриториального деления округа и классификатора событий МЧС. Система позволяет проанализировать данные по количеству событий, погибшим, пострадавшим, материальному ущербу за произвольный период.

Атрибутивная информация картографических слоев позволяет осуществить территориальную привязку анализируемых данных, причем картограммы могут строится с делением как по субъектам округа, так и по муниципальным образованиям.

Система содержит модуль создания новых аналитических моделей, используя который пользователь за шесть шагов определяет необходимые показатели, измерения, по которым проводится анализ; ограничения на выборки данных, а также способ привязки полученных данных к карте.

На рис. 2 показан один из видов кросс-таблицы анализа количества техногенных ЧС в разрезе субъект/год и соответствующая таблице картограмма. Гибкий инструментарий ГИС-модуля позволяет настроить вид легенды динамического слоя, количество классов, тип разбиения и многое другое.

Рис. 2. Пример построения кросс-таблицы и аналитической картограммы

Заключение

Система OLAP-GIS представляет собой удобный инструментарий, построенный на интеграции современных информационных технологий.

Модульный принцип построения и открытая архитектура системы позволяет легко настраивать ее на любую предметную область, наборы данных, размещенные на любых источниках. Описанный инструментарий должен повысить эффективность управления безопасностью территорий за счет многомерного оперативной анализа данных в виде таблиц и картограмм.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ноженкова, Л.Ф., Евсюков А.А., Ноженков А.И. Методы управления и геоинформационного моделирования в технологии OLAP // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 1 (2009 2), 49-58.

2. Ноженкова Л.Ф., Исаев С.В., Ничепорчук В.В., Евсюков А.А., Морозов Р.В., Марков А.А. Применение экспертной ГИС для анализа пожарной обстановки в Красноярском крае. Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. №2. М. 2009. С. 75-85.

© А.А. Евсюков, В.В. Ничепорчук, А.А. Марков,2010