Создание картографического обеспечения поддержки принятия управленческих решений в чрезвычайных ситуациях

Научно-технические разработки

УДК 614.8:519.8+002.52+528.9

С.В. Гутарев, Н.И. Куренева к.т.н.

СОЗДАНИЕ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

S.Gutarev, N.Kureneva

CREATION OF CARTOGRAPHIC SUPPORT TO THE FORMATION OF MANAGEMENT DECISIONS IN EMERGENCY SITUATIONS

Описаны элементы системы обеспечения Центра поддержки принятия решений цифровыми топографическими картами (планами) в векторной и растровой формах и цифровыми моделями рельефа различных масштабов: программное обеспечение и информационное обеспечение ГИС, техническое обеспечение ГИС, нормативноправовое и организационное обеспечение.

There are described elements of the system that provides digital topographical plans in vector and raster forms and digital relief models of different scales for Decision making center, software and informational provision of CIS, CIS technical provision, regulatory and organizational provision.

Н.И. Куренева

Основным функциональным назначением картографического обеспечения поддержки принятия управленческих решений для Центра поддержки принятия решений (ЦППР) в кризисных ситуациях, входящего в состав Национального центра управления в кризисных ситуациях (НЦУКС) является отображение (визуализация) на картографическом фоне территориально-привязанной информации различного характера, в том числе и характеризующей ЧС.

Эффективное решение стоящих перед ЦППР задач по оценке I и прогнозу рисков ЧС, повышению безопасности населения и защищенности критически важных для национальной безопасности объ-1 ектов и ряда других важнейших задач возможно при использовании современных геоинформационных технологий. Основным источником пространственных данных для формирования информационного обеспечения ГИС являются цифровые топографические карты (планы), данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса, данные спутниковых систем позиционирования GPS и ГЛОНАСС.

Включаемые в состав картографического обеспечения ЦППР I и НЦУКС цифровые топографические карты и планы (ЦТК и ЦТП) должны иметь сертификаты соответствия требованиям, установлен-1 ные конкретными техническими заданиями (ТЗ) и соответствующими | нормативными документами, в том числе международными, национальными, отраслевыми стандартами и нормативными документами Роскартографии и Минобороны России. В соответствии с постановле-I нием Госстандарта России от 30.01.2004 г. № 4 «О национальных стандартах Российской Федерации» требования к продукции, установленные национальными стандартами, до вступления в силу соответствующих технических регламентов, подтежат обязательному исполнению I только в части, соответствующей целям защиты жизни или здоровья граждан, защиты имущества, охраны окружающей среды, предупреждения действий, вводящих в заблуждение приобретателей.

Материалы и данные, входящие в состав Государственного картографо-геодезического фонда (ГКГФ), составляют основу для формирования информационного обеспечения ГИС, используемых в ЦППР.

Основными составными элементами картографического обеспечения ЦППР являются:

1) программное обеспечение ГИС (ПО ГИС), включающее совокупность программ, в которых реализованы функциональные возможности ГИС, и сопровождающую программную документацию;

2) информационное обеспечение ГИС (ИО ГИС), включающее:

- государственные топографические карты (планы) в цифровой, векторной, растровой и бумажной формах представления;

- государственный каталог географических названий;

- обзорные, учебные, научно-справочные, общегеографические, I политико-административные, тематические карты и атласы;

- цифровые модели местности;

- цифровые специальные карты;

- данные ДДЗ, в том числе аэрофотоснимки и космические снимки в цифровом формате;

- разветвленную сеть баз пространственных данных и иных структурированных наборов данных, распределенных по территориальному и функциональному признакам;

- классификаторы, правила цифрового описания картографической информации, описание форматов данных и другая соответствующая документация;

3) техническое обеспечение ГИС (ТО ГИС);

4) нормативно-правовое обеспечение, включающее совокупность правовых норм, регламентирующих правовые отношения при создании и функционировании программного и информационного обеспечения ГИС;

5) организационное обеспечение, включающее наличие квалифицированных кадров, совокупность регламентированных мер, научно-технической документации, стандартов, материальных и финансовых ресурсов, поддерживающих в том числе функционирование всех видов обеспечения ГИС на всех стадиях ее жизненного цикла.

В ЦППР используются цифровые топографические карты (планы) в векторной и растровой формах представления, а также цифровые модели рельефа различных масштабов для следующих территориальных уровней представления и использования пространственных данных:

1) уровень территории всего мира;

2) уровень всей территории Российской Федерации;

3) уровень территории федерального округа Российской Федерации;

4) уровень территории субъекта Российской Федерации;

5) уровень территории отдельных районов субъекта Российской Федерации;

6) уровень территории муниципального образования Российской Федерации;

7) уровень территории локального объекта (критически важного, потенциально опасного и др.).

В качестве единой базовой цифровой топографической основы в ЦППР используются цифровые обзорные и топографические карты (планы) с подробностью и точностью, которые соответствуют масштабам традиционных обзорных и топографических карт (планов), а именно:

1) для уровня территории всего мира -

1:5000000 (обзорная);

2) для уровня территории всей Российской Федерации — 1: 1000000—1: 8000000 (обзорные);

3) для уровня территории федерального округа Российской Федерации - 1: 500000-1: 1000000;

4) для уровня территории субъекта Российской Федерации - 1: 100000-1: 200000;

5) для уровня территории отдельных районов субъекта Российской Федерации — 1: 25000-1: 50000;

6) для уровня территории муниципального об-

разования Российской Федерации — 1:5000-1: 10000;

7) для уровня территории локального объекта

- 1:500-1:2000.

Масштабы цифровых топографических карт (планов) территорий зарубежных государств определяются, исходя из потребностей конкретных задач, решаемых ЦППР.

Основными источниками обеспечения ЦППР картографической продукцией являются:

1) по территории Российской Федерации -ГКГФ РФ, находящийся в ведении Рос картографии;

2) по территориям отдельных закрытых районов. стран СНГ и дальнего зарубежья — ВТУ ГШ ВС Российской Федерации;

3) по морским картам, картам внутренних водных путей - Главное управление навигации и океанографии Минобороны России (ГУНиО МО РФ).

Решение вопросов картографического обеспечения МЧС России осуществляется на основе организации информационного взаимодействия с научными и производственными организациями Рос картографии, ВТУ ГШ ВС Российской Федерации и ГУНиО МО Российской Федерации по следующим направлениям (задачам):

Роскартография:

1. Поставка (создание) и последующая актуализация в рамках выполнения работ для нужд ЦППР:

- открытых и закрытых топографических карт различных масштабов в цифровом и в бумажном виде на территорию Российской Федерации, в том числе в первую очередь на наиболее интенсивно развивающиеся регионы Российской Федерации;

- открытых и закрытых адресных планов городов России различных масштабов в цифровом и в бумажном виде;

- БД координатной привязки административно-территориальных образований России к цифровым топографическим картам (более 200,0 тыс. объектов).

2. Поставка и последующая актуализация в рамках выполнения работ для нужд ЦППР Государственною каталога геог рафических названий.

ВТУ ГШ ВС России:

1. Поставка (создание) и последующая актуализация в рамках выполнения работ для нужд ЦППР:

- открытых и закрытых топографических карт различных масштабов в цифровом и бумажном виде на заданную территорию Российской Федерации и зарубежных государств, в том числе в первую очередь на наиболее интенсивно развивающиеся регионы Российской Федерации;

- открытых и закрытых адресных планов различных масштабов городов России и зарубежных государств, критически важных для национальной безопасности объектов в цифровом и бумажном виде;

- специального информационного и программного обеспечения ведения в составе ГИС ЦППР

Научно-технические разработки

Научно-технические разработки

Таблица 1

Примерный перечень задач, решаемых с использованием материалов ДЗЗ

№ пи Примерный перечень задач Базовый информационный продукт, создаваемый по материалам ДЗЗ Ориентировочно требуемые масштабы

1 Картографическое обеспечение оценки воздействия на окружающую среду, в том числе при возникновении ЧС в результате обустройства нефтяных и газовых месторождений Фотокарта, цифровая карта 1:10000-1:25000

2 Картографическое обеспечение оценки воздействия на окружающую среду, в том числе при возникновении ЧС в результате эксплуатации месторождений твердых полезных ископаемых Фотокарта, цифровая карта 1:5000-1:25000

3 Мониторинг экологических условий Фотокарта, цифровая карта 1:10000-1:50000

4 Банк данных мониторинга лесных ресурсов Фотокарта, проекционные снимки, цифровая фотокарта 1:10000-1:100000

5 Оценка степени загрязнения вод, рек, озер, морей и их акваторий. Изучение явлений затопления и подтопления населенных пунктов и земель паводковыми и грунтовыми водами. Изучение характера и степени засоления земель в зонах воздействия вод, рек, озер, морей, водохранилищ и других водных объектов. Изучение характера изменения их береговой линии Фотокарта, цифровая фото карта, фотоснимки 1:10000-1:100000

6 Оперативная оценка последствий чрезвычайных ситуаций Фотоснимки 1:10000, 1:25000

7 Банк сейсмических данных Фотоснимки 1:25000-1:200000

электронного классификатора условных картографических обозначений военного назначения.

ГУНиО МО РФ:

Поставка (создание) и последующая актуализация в рамках выполнения работ для нужд ЦППР:

- открытых и закрытых морских карт, карт внутренних водных путей различных масштабов в цифровом и в бумажном виде, в том числе в первую очередь на территориальные воды Российской Федерации;

- открытых и закрытых планов морских и речных портов Российской Федерации различных масштабов в цифровом и в бумажном виде.

Использование ГИС в ЦППР осуществляется в плановой повседневной деятельности и при возникновении следующих видов ЧС:

- федеральные;

- межрегиональные;

- региональные;

- межмуниципальные;

- муниципальные;

-локальные.

В зависимости от состава решаемых задач и размера рассматриваемых территорий (в соответствии с ГОСТ Р 52155) в ЦППР используется федеральная ГИС (ФГИС), охватывающая территорию Российской Федерации, включая прибрежные акватории и приграничные районы.

Необходимость решения в ЦППР разнообразных задач на различных уровнях управления требует использования полнофункциональных (инструмен-татьных) ГИС, обеспечивающих полный цикл работы с пространственными данными от процедур их ввода и обработки до анализа и принятия решения.

К полнофункциональным относятся следующие основные ГИС:

- ГИС иностранного производства: ArcGIS, Maplnfo, Autodesk Map, GeoMedia, ERDAS Imagine;

- ГИС отечественного производства: Карта-2005, ГеоГраф, МосГис, ИнГео, IndorGIS, ПАРК и др.

Функционирование ГИС обеспечивается путем создания или приобретения (закупки) соответствующих структурных элементов:

- информационное обеспечение (ИО) ГИС, включающее базы пространственных данных и иных структурированных наборов данных, информационные услуги и соответствующую документацию, которые предоставляются пользователю и (или) разработчику ГИС для решения задач ее создания и использования;

- программное обеспечение (ПО), включающее (в зависимости от полноты реализации функциональных возможностей ГИС) картографические визуализаторы, векторизаторы картографических изображений, векторные графические редакторы, информационно-справочные системы, средства пространственного анализа и моделирования, средства обработки данных дистанционного зондирования (обработки цифровых изображений), средства для публикации карт в Интернете, средства программного обеспечения, ориентированные на конкретные предметные области и проблемную среду;

- техническое обеспечение ГИС, включающее комплекс технических средств, используемых для реализации функциональных возможностей ГИС, в том числе, средства ввода, обработки, хранения и передачи данных;

- правовое обеспечение ГИС, включающее совокупность правовых норм, регламентирующих правовые отношения при создании и функционировании ГИС;

- организационное обеспечение ГИС, вклю-

Та блица 2

Примерный перечень задач, решаемых с использованием ЦТК и ЦТП в векторной и растровой формах представления

№ 1Ш Примерный перечень задач, решаемых с использованием ЦТК (ЦТП), ЦТП Ориентировочно требуемые масштабы

1 Создание цифровых баз данных технического, природного и экологического мониторинга. Комплексное отображение состояния окружающей среды и ее нарушения с учетом природных и социально-экономических факторов. Оценка техногенных, природных и экологических ЧС. Обеспечение национальной безопасности России. Обеспечение космического мониторинга окружающей среды. Обеспечение экспертизы проектов 1:10000. 1:25000, 1:50000, 1:200000, 1:500000, 1:100000, 1:2500000, 1:10000000

2 Обеспечение мониторинга водной среды. Управление принятием мер по ликвидации экстремальных загрязнений водных объектов. Создание цифровых банков данных различной тематической информации 1:50000, 1:200000, 1:1000000, 1:2500000

3 Создание и ведение цифрового лесного банка данных. Защита лесов от пожаров. Мониторинг лесного фонда 1:10000, 1:25000. 1:200000, 1:1000000, 1:2500000

4 Районирование территории по рискам возникновения ЧС. Геоинформационное обеспечение работ в Арктике и Антарктике 1:25000, 1:200000, 1:500000, 1:1000000, 1:2500000, 1:5000000. 1:7500000

5 Оперативное ведение дел в структурных подразделениях центрального аппарата и организациях МЧС России 1:2000, 1:5000, 1:25000, 1:200000, 1:1000000

6 Учет и контроль состояния и размещения государственного имущества Российской Федерации (Росрезерва) в части, касающейся МЧС России 1:2000. 1:10000, 1:50000, 1:200000

7 Экспертиза проектирования и создания потенциально опасных объектов 1:5000, 1:10000, 1:50000. 1:200000, 1:1000000

8 Мониторинг транспортных сетей, обеспечение безопасности дорожного движения 1:100000, 1:200000, 1:1000000

9 Картографо-статистическое прогнозирование 1:200000, 1:1000000

10 Отображение и анализ оперативной обстановки, принятие решений и управление действиями на всех уровнях с целью ликвидации ЧС. Моделирование с целью прогнозирования последствий ЧС. Построение карт опасных территорий. Создание и ведение банка данных о загрязнении окружающей среды и природных ресурсов в районах, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС 1:5000, 1:10000, 1:25000, 1:200000. 1:500000, 1:1000000

11 Отображение и анализ оперативной обстановки и принятие решений для всех уровней управления войсками 1:100000, 1:200000, 1:1000000. 1:5000000

12 Отображение и анализ оперативной обстановки и принятие решений, в первую очередь в районах, прилегающих к границам сопредельных государств, для обеспечения государственной безопасности, охраны государственной границы и охраны общественного порядка 1:10000, 1:200000. 1:1000000, 1:5000000

чающее совокупность стратегий, регламентированных мер, научно-технической документации, стандартов, организационно-правовых форм, материальных и финансовых ресурсов и квалифи-

цированных кадров, поддерживающих функционирование ГИС на всех стадиях ее жизненного цикла.

Научно-технические разработки

Научно-технические разработки

Таблица 3

Основные функциональные возможности наиболее распространенных в России зарубежных и отечественных ГИС

№ п/п Функциональные возможности Зарубежные ГИС Российские ГИС

ArcGIS Maplnfo Autodesk GeoMedia ERDAS imagine IndorGIS ГеоГраф Карта-2005 ИнГео ObjectLand

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

А. Поддерживаемые модели данных

1. Векторная методологическая + + + + + + + + + +

2. Векторная топологическая + - + + + + + + + -

3. Векторная с г-координатой + - + + + + - + - -

4. Транспортная сеть + - - - - + - + - -

5. Растровая модель + + + + + + + + + +

6. Регулярная модель поверхностей + + - + + + - + + -

7. Триангуляционная модель поверхностей + + + + + + - + + -

8. Объектная модель + - + + - - - + + -

9. САПР-модели + - + + - + - + + -

10. Геобазы данных + + - + - - - + + +

11. Возможность многопользовательской работы с различными данными в локальной сети + + + + + - - + - +

Б. Обработка геодезических данных

1. Ввод данных с геодезических приборов - + + - - - - + - -

2. Обработка тахеометрических журналов + + + + - + - + - -

3. Обработка пикетажных журналов + + + - - + - + - -

4. Уравнивание отдельных ходов + + + + - + - + - -

5. Геодезические построения (засечки) + + + - - + - + - -

В. Обработка данных дистанционного зондирования

1. Геометрическая коррекция + + - 4- + - - + - -

2. Оптическая коррекция + + - - + - - + - -

3. Ортотрансформация + - - - + - - + - -

4. Построение модели рельефа + + + + + - - + - -

5. Фототриангуляция + - + - + - - + - -

6. Дешифрование + - - - + - - + - -

Г. Сканирование и векторизация

1. Сканирование + - - - - - - + + -

2. Редактирование растра + - - - + + - + + -

3. Геометрическая коррекция растра + + + f + + + + + +

4. Проекционное преобразование растра + - + + + + - + - -

5. Полуавтоматическая векторизация + - + + + + - + - -

6. Автоматическая векторизация + - + + + + - + - -

Л. Получение информации и визуализации

1. Выбор объектов областью + + + + + + + + + +

2. Выбор объектов другими объектами + + + + + + + + + +

3. Запросы на языке типа ЯОЬ + + + + + + + + + +

4. Картометрия (длины, площади, углы) + + + + + + + + + +

5. Произвольные условные знаки + - + - - + - + + +

6. Трехмерная визуализация + + + + + + - + - -

Е. Пространственный анализ векторных объектов

1. Анализ отношений + - + + - + - + - -

2. Отсечение и разрезание + + + + + + - + + +

3. Оверлеи + + + + + + + + - -

4. Буферные зоны + + + + + + + + + +

5. Выпуклые оболочки - - - - - + - + - -

Продолжение габл. 3

6. Зоны близости (диаграммы Вороного) + + + - - + - + - -

7. Взвешенные зоны близости - - - - - + - - - -

8. Операции генерализации + - - - + + - + - -

Ж. Сетевой анализ

1. Поиск кратчайшего пути + + - + - + + + + -

2. Поиск оптимального порядка обхода + + - + - + + + + -

3. Расчет зон обслуживания + + - + - + - - - -

4. Расчет транспортной доступности - - - - - + - - - -

5. Расчет транспортных связей - - - - - + - - - -

6. Расчет транспортных потоков - - - - - + - - - -

3. Растровый анализ

1. Математические операции с растрами + + - + + + - + - -

2. Логические операции с растрами + + - + + - + - -

3. Буферные зоны + + - + + + - + - -

4. Факторный анализ + - - + + - - - - -

5. Корреляционный анализ + - - + + - - - - -

И. Анализ поверхностей

1. Интерполяция высот + + - + - + - + - -

2. Построение профилей + + - + - + - + - -

3. Построение изолиний + + + + + + - + - -

4. Построение изоконтуров + + - + - + - - - -

5. Построение изоуклонов + + + + - + - + - -

6. Расчет экспозиций склонов + - + + - + - + - -

7. Расчет объемов земляных работ + + - - - + - + - -

8. Расчет разности поверхностей - + + - - + - + - -

9. Анализ видимости + + - + + + - + - -

10. Построение тальвегов и водоразделов + + + - - + - + - -

11. Анализ водостока - - + - - + - - - -

К. Другие аналитические функции

1. Геостатистика + + - - + - - + - +

2. Работа с темпоральными данными +

3. Гидравлические расчеты - - + - - + - - + -

4. Электрические расчеты - - + - - + - - + -

5. Расчеты по тематике МЧС России + + - - - - - + - -

6. Наличие сертификата соответствия Федеральной службы геодезии и картографии +

7. Наличие сертификата соответствия Системы стандартизации ГОСТ Р Госстандарта (Федерального агентства по техническому регулированию) России +

Научно-технические разработки