Прогнозирование чрезвычайных ситуаций с использованием информационных технологий

      Комментарии к записи Прогнозирование чрезвычайных ситуаций с использованием информационных технологий отключены

Прогнозирование чрезвычайных ситуаций с использованием информационных технологий

В. А. Немтинов, Ю. В. Немтинова, Ж. Е. Зимнухова

ВВЕДЕНИЕ

Физико-географические, климатические, этнодемографические изюминки РФ в сочетании с характером и количеством размещения техногенных источников опасности ставят задачу территорий и защиты населения от природных и техногенных ЧС (ЧС) в разряд приоритетных.

Потребность в разнообразной, своевременной, правильной и адекватной информации о состоянии природно-промышленной совокупности (ППС) для принятия своевременных управленческих ответов, которые связаны с предотвращением вероятных последствий разных ЧС, делает нужным применение информационных совокупностей (ИС), каковые отслеживают все вероятные состояния ППС, разные влияния на нее, ее модели поведения. Наряду с этим чем больше различных совокупностей сбора информации, тем выше достоверность приобретаемых материалов. С учетом размеров территории РФ и административно-национального устройства в базе системной организации работ в области прогнозирования и мониторинга ЧС обязан лежать принцип территориальной распределенности совокупности.

Создание ИС помощи принятия управленческих ответов на базе прогнозирования ЧС, объединяющей в себе ответ задач по всем видам природных и техногенных ЧС и разрешающей в сложившихся условиях оперативно реагировать на появляющиеся ЧС, есть сверхсложной задачей. Наряду с этим применение разных совокупностей мониторинга делает нужной разработку концептуального подхода к формированию единого информационного пространства (ЕИП) ППС.

ЕДИНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРОСТРАНСТВО

Введем понятие ЕИП ППС в масштабе субъекта РФ. ЕИП — это совокупность информационных ресурсов и средств, интегрируемых в единую совокупность, в частности:

  • фактически информационные ресурсы (массивы документов, базы и банки данных, все виды архивов и пр., которые содержат данные, зафиксированную на соответствующих носителях);
  • сетевое и особое ПО;
  • сеть телекоммуникаций (территориально распределенные корпоративные компьютерные сети, системы и телекоммуникационные сети общего пользования и специального назначения, сети и каналы передачи данных, управления и средства коммутации информационными потоками).

В базе ЕИП лежит цифровая пространственная модель территории ППС в масштабе субъекта РФ с включением в нее всех объектов, образующих единую технико-экономическую и экологическую структуру разглядываемого района, упорядоченно взаимодействующих в ходе обмена информацией, потребления материально-энергетических ресурсов.

При автоматизации процессов моделирования территории ППС нужно решить следующие задачи:

  • выбрать адекватную графическую модель;
  • создать атрибутивное описание объектов модели;
  • выбрать либо создать средства отображения, редактирования и хранения графических и атрибутивных данных;
  • связать в единую интегрированную модель графические объекты и их атрибутивные описания, т. е. создать технологическую модель ППС;
  • создать обработки и средства анализа данных, представленных в модели [1];
  • обеспечить ввод визуальных данных в совокупность, вывод и интерпретацию результатов обработки данных по модели.

Для создания ЕИП нужна автоматизированная ИС, благодаря которой эксперт может принимать оптимальные управленческие ответы. ИС — это технологическая совокупность, воображающая собой совокупность технических, программных и иных средств, объединенных структурно и функционально для обеспечения одного либо нескольких видов информационных предоставления и процессов информационных одолжений.

В работе предлагается подход к созданию ИС, основанный на распределенной, одноранговой архитектуре сотрудничества, в то время, когда в роли информационных ресурсов (по отношению к разглядываемой ИС) выступают не только эти, но и разные приложения базисных ИС. Тогда в каждой из них часть способов обработки данных реализуется в виде приложений, дешёвых из вторых ИС. К примеру, при сотрудничестве двух ИС первая пользуется сервисами, предоставляемыми второй, и в следствии приобретает уже обработанные эти, каковые смогут быть подвергнуты предстоящей обработке компонентами первой совокупности.

С учетом складывающихся мировых тенденций в области создания прикладных ИС при реализации подхода предлагается опираться на следующие современные информационные разработки:

  • ГИС-технологии;
  • базисные разработки сети Интернет;
  • идеологию информационных хранилищ и архитектуру «клиент-сервер»;
  • SQL — ориентированные инструментальные совокупности (СУБД ORACLE, INFORMIX и т. д.);
  • CASE — технологии проектирования ИС и баз данных.

Создаваемая ИС обязана реализовываться на двух уровнях:

  1. В виде автоматизированных рабочих мест (АРМ) с применением одного компьютера.
  2. В виде локальных вычислительных сетей, связывающих в единое целое от двух до нескольких десятков компьютеров (рабочих станций) и периферийных устройств в пределах ППС с целью разделения доступа к неспециализированным ресурсам и обоюдного обмена информацией.

В качестве базисных информационных совокупностей, применяемых для ответа задач в масштабе ППС, направляться выделить географическую информационную совокупность (ГИС) [2].

Большая часть современных ГИС имеют средства трехмерного моделирования. С их помощью возможно распознать и подробно разглядеть все особенности взаимодействия и основные черты и связей между компонентами ППС в пространственном и временном качествах.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ ТЕРРИТОРИИ

При создании цифровой пространственной модели территории ППС в зависимости от задач целесообразно применять принятую для данной территории совокупность координат, к примеру «Пулково 1942 г.». Для описания разных объектов, входящих в состав ППС, возможно применять растровые и векторные модели данных [2]. Причем растровую модель направляться применять в качестве первичных информации об объектах.

Выбор масштаба модели (1:25 000, 1:10 000 либо др.) осуществляется в зависимости от масштабов вероятных последствий разных ЧС и точности прогнозов.

В зависимости от сложности формы объекта для его описания возможно использован тот либо другой графический примитив.

Точечные объекты — это несколько объектов, любой из которых расположен лишь в одной точке пространства. Линейные объекты одномерны в координатном пространстве. Полигональные (площадные) объекты — это объекты, проекции которых на координатную плоскость xoy представляют собой области, аппроксимируемые многоугольниками. Так, сооружения и различные здания задаются в форме параллелепипедов либо цилиндров:

где xpi , ypi , zpi , xdi — соответственно размеры объекта по каждой оси (xdi — для объектов, проекция которых на плоскость задана в виде окружности); N — количество объектов.

Для представления поверхностей значительно чаще употребляется модель, именуемая нерегулярной триангуляционной сетью (Triangulated Irregular Network — TIN) [2].

Кроме информации о геометрической форме объектов, любой из них возможно снабжен разнообразной атрибутивной информацией, хранящейся или в виде отдельных таблиц в одной базы данных, или в виде независимых комплектов данных, связанных комплектом указателей и объединенных в банке геоданных. Так, любая точка ЕИП возможно представлена следующим образом:

где xi , yi , zi — координаты ti;

D — множество точек ЕИП;

vj — тип объекта определенного назначения, у которого в собствености t j , vj I V;

V — множество типов объектов, входящих в пространственную модель ППС;

ujk — k-й объект vj -го типа, ujk I Uj;

Uj — множество объектов типа vj;

ai — множество атрибутивных информации об ujk-м объекте, имеющем отношение к ti -й точке ЕИП.

При разработке совокупности помощи принятия управленческих ответов на базе прогнозирования ЧС Тамбовской области в качестве базисного ПО употребляется ArcGIS компании Esri. Эта совокупность самый полно отвечает вышеперечисленным требованиям.

ПРАВИЛА ПОСТРОЕНИЯ ПРОГНОЗОВ ЧС

При разработке методики прогноза ЧС нужно создать совокупность правил построения прогнозов ЧС, логически организованную в единую технологическую структуру.

Комплект методологических правил прогнозирования ЧС обязан владеть достаточной универсальностью для системного ответа задач прогнозирования на всех его этапах, начиная от заблаговременного прогноза и завершая прогнозом последствий ЧС. Так, методика прогнозирования ЧС всех видов заблаговременности должна быть основана следующих трех фундаментальных правилах:

  • Обязательно нужно учитывать уровень фактической и прогнозируемой солнечной активности и ее влияние на инициирование природных источников ЧС; работоспособность операторов всех уровней и надежность функционирования сложных электронных совокупностей, совокупностей связи и энергетики.
  • Нужно учитывать уровень синергетичности явлений и процессов, формирующих вторичные источники ЧС.
  • Прогноз нужно воображать в вероятностном виде.

ФУНКЦИИ и СТРУКТУРА ИНФОРМАЦИОННОЙ СОВОКУПНОСТИ

На практике возможно выделить ЧС природного, техногенного и природно-техногенного характера. По всем трем классам ЧС прежде всего нужно решать задачи заблаговременного прогнозирования. При происхождении ЧС нужно делать прогнозы их последствий и развития.

Исходя из этого всю структуру ИС целесообразно поделить на три системы, любая из которых делает собственные функции:

  1. Система прогнозирования ЧС обязана отвечать следующим функциональным требованиям:
  • снабжать анализ мониторинговой и прогнозной информации об источниках ЧС;
  • разрабатывать развития и прогнозы возникновения ЧС;
  • снабжать поддержание и создание базы информации о прогнозах развития и возникновения ЧС и информации об их оправданности;
  • снабжать обработку мониторинговых и прогностических данных для обнаружения новых, более действенных прогностических зависимостей между состоянием источников ЧС, обстоятельствами их происхождения, параметрами и условиями развития.
  1. Система прогнозирования последствий техногенных ЧС обязана отвечать следующим функциональным требованиям:
  • снабжать прогностический анализ данных оценки последствий техногенных ЧС и их прогнозов;
  • разрабатывать прогнозы последствий техногенных ЧС;
  • снабжать поддержание и создание базы данных прогнозов последствий техногенных ЧС и степени их оправданности;
  • снабжать обработку мониторинговых и прогностических данных для обнаружения новых, более действенных прогностических зависимостей между параметрами, условиями происхождения, протекания и развития техногенных ЧС и их последствиями.
  1. Система помощи принятия ответов обязана отвечать следующим функциональным требованиям:
  • воображать развития и прогнозы возникновения ЧС в виде прогностических бюллетеней для утверждения и рассмотрения управлением;
  • снабжать составление нормативной документации по объектам;
  • снабжать составление документации для предоставления в работы своевременного реагирования.

В базу расчета последствий ЧС положены следующие методики:

  • оценки последствий аварий на пожаро- и взрывоопасных объектах [3];
  • оценки и прогнозирования медицинских последствий аварий на взрыво-, пожаро- страшных объектах [4];
  • прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически транспорте и опасных объектах [4];
  • прогнозирования вероятных аварий, трагедий, стихийных бедствий [4];
  • оценки ущерба от ЧС техногенного, природного и террористического характера, и учёта и классификации ЧС [4].

В итоге типовую функциональную схему совокупности помощи принятия управленческих ответов на базе прогнозирования и мониторинга ЧС, в состав которой входит базисное и созданное нами прикладное ПО, возможно представить так (рис. 1):

Рис. 1. Функциональная схема информационной совокупности помощи принятия управленческих ответов

РЕАЛИЗАЦИЯ СОВОКУПНОСТИ

На базе предложенного подхода к построению совокупности помощи принятия управленческих ответов на данный момент создана пространственная модель отдельных районов города Тамбова (рис. 2), и решены следующие задачи:

Рис. 2. Фрагмент пространственной модели г. Тамбова

  • прогнозирование последствий ЧС на пожаро- и взрывоопасных объектах (рис. 3);

Рис. 3. Изображение территории взрывной волны и объектов, попавших во фронт ударной волны

  • прогнозирование последствий утечек химически страшных веществ;
  • прогнозирование последствий ураганов (рис. 4).

Рис. 4. Результаты прогнозирования разрушений жилых строений в следствии ветровой нагрузки

Результаты ответа этих задач в значительной мере будут содействовать обычному функционированию ППС.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Nemtinov V. A., Nemtinova Yu. V. On an approach to designing a decision making system for state environmental examination // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2005. V. 44. № 3. P. 389. [Немтинов В. А., Немтинова Ю. В. О подходе к созданию совокупности принятия ответов при проведении национальной экологической экспертизы // Изв. Российской академии наук. системы и Теория управления. –2005. Т. 44. –№ 3. –С. 65.]
  2. Майкл де Мерс. Географические информационные совокупности. –М.: Дата+, 2000.
  3. Методика оценки последствий аварий на пожаро-, взрывоопасных объектах. –М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС, 1996.
  4. Методики оценки рисков ЧС и нормативы приемлемого риска ЧС. Управление по оценке рисков ЧС техногенного характера, а также при эксплуатации критически ответственных объектов РФ (утв. Первым помощником МЧС России 9.01.2008 г. –№ 1-4-60-9). –М.: МЧС России, 2008.

Уникальная лаборатория по прогнозированию ЧС


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: