Геоинформационное картографирование для оперативного управления в чрезвычайный ситуациях

Короткий опис

Введение... 4

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

1А 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

Выводы по первому разделу... 51

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 Выводы по второму разделу... 94

2

3. Разработка ГИС-технологий для обеспечения безопасности и оперативного 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 Ново- сибирской областной подсистемы РСЧС»... 133

Выводы по третьему разделу... 145

Заключение... 146

Библиография... 148

Приложение А... 157

Приложение Б... 161

Приложение В...179

Приложение Г...180

Приложение Д...181

Приложение Е...182

Приложение Ж... 183

Приложение И... 184

Приложение К...185

Приложение Л...186

Введение

Введение

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 чрезвьиаиных 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.

щ 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

ш 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

ф 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 выполнена 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 «ТИС 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 ситуации 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:

- 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.,

10

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.

11

1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ И ТЕРРИТОРИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕНТРОВ ОТ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1 Проблемы обеспечение безопасности населения в крупных промышленных центрах

Безопасность с момента зарождения человечества является важнейшей потребностью человека. Применительно к практическим потребностям безопасность жизнедеятельности - это состояние защищенности материального мира и человеческого общества от негативных воздействий различного характера. Как следует из этого определения, объектами безопасности жизнедеятельности являются природа и общество. При этом, прежде всего, следует выделить объекты безопасности, характер угроз, сферы жизнедеятельности, а также защищенность жизненно важных интересов потенциально опасного объекта (ПОО)от внутренних и внешних угроз. В зависимости от характера угроз, их источника, специфики можно выделить общие виды безопасности, которые в свою очередь делятся на частные виды безопасности, зависящие от конкретных угроз.

В реальной жизни общества жизненно важные интересы всех объектов подвергаются воздействию самых различных видов угроз, поэтому особую практическую значимость имеет выделение видов безопасности по сферам или областям жизнедеятельности, в которых и проявляются эти угрозы. Именно по этому принципу классифицированы жизненно важные интересы, угрозы и направления обеспечения безопасности в Концепции национальной безопасности Российской Федерации.

Обеспечение безопасности населения в чрезвычайных ситуациях (ЧС): соблюдение правовых норм, выполнение эколого - защитных, отраслевых или ведомственных требований и правил, а также проведение комплекса правовых, организационных, эколого- защитных, санитарно- гигиенических, санитарно-

12

эпидемиологических и специальных мероприятий, направленных на прекращение или предельное снижение угрозы жизни и здоровью людей и нарушений условий жизнедеятельности в случае возникновения чрезвычайных ситуаций.[11]

Обеспечение безопасности населения в. чрезвычайных ситуациях, обусловленных стихийными бедствиями, техногенными авариями и катастрофами, а также возможностью применения современного оружия (военные ЧС) является общегосударственной задачей. Решение данной проблемы входит в функциональные обязанности всех территориальных и ведомственных органов управления, а также подсистем, входящих в Российскую систему предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях (РСЧС).

Безопасность населения в ЧС должна быть обеспечена следующими практическими мероприятиями, направленными на решение задач:

а) снижение вероятности возникновения и уменьшение возможных масштабов источников природных, техногенных и военных ЧС;

б) локализация, блокирование, подавление и ослабление действия поражающих факторов и источников ЧС;

в) снижение опасности поражения людей в чрезвычайных ситуациях путем предъявления и реализации специальных требований к расселению людей в экологически опасных зонах;

г) рациональное размещение потенциально опасных и иных вредных производств, а также транспортных магистралей и прочих жизненно важных объектов и коммуникаций;

д) создание объектов с существующей внутренней безопасностью и средствами локализации и самоподавления аварий;

е) строительство специфически устойчивых, в конкретных чрезвычайных ситуациях, зданий и сооружений, а также принятие соответствующих объемно- плановых и конструктивных решений;

13

ф ж) повышение устойчивости функционирования систем и объектов

жизнеобеспечения, а также профилактика нарушений их работы для предотвращения угрозы жизни и здоровью людей;

з) проведение организационно- защитных мероприятий (в отношении населения и персонала аварийных и прочих объектов) при возникновении, развитии и распространении поражающих воздействий источников ЧС;

и) осуществление аварийно- спасательных и других неотложных работ по устранению непосредственной опасности для жизни и здоровья людей;

к) восстановление жизнеобеспечения населения на территориях, подвергшихся воздействию разрушительных сил природы или техногенных факторов;

л) ликвидация последствий и реабилитацией населения, территорий и окружающей среды, подвергшихся воздействию при чрезвычайных ситуациях.

Потенциальная угроза жизни и здоровья населения в чрезвычайных * условиях может реализоваться вследствие высвобождения в природную среду

обитания человека большого количества сконцентрированной энергии, опасных и вредных для жизни и здоровья людей веществ и агентов. Эта ситуация может возникнуть в следующих случаях: при непосредственном воздействии на людей стихийных сил природы или поражающих факторов техногенных аварий; при применении современных средств вооруженной борьбы; при высвобождении в природную среду обитания человека больших количеств опасных веществ; при разрушении энергонасыщенных установок и ф технических систем промышленного назначения; при аварии или критическом

нарушении работы систем или объектов жизнеобеспечения людей в местах их проживания.

Обеспечение безопасности предполагает принятие и соблюдение

правовых и экологических норм, выполнение эколого-защитных, отраслевых

или ведомственных требований и правил; проведение комплекса

организационных, экономических, санитарно- гигиенических мероприятий,

Ф

14

направленных на обеспечение защиты населения, объектов народного хозяйства и территорий от различных видов опасностей.

В организациях по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям (ГО и ЧС) принято классифицировать безопасность в чрезвычайных ситуациях, согласно ГОСТ Р 22.3.03-94 по следующим видам: промышленная, радиационная, химическая, сейсмическая, пожарная, биологическая, экологическая. Существующие виды безопасности (рисунок 1) предлагается дополнить информационной безопасностью - состоянием защищенности жизненно важных интересов граждан, общества и государства в информационной сфере.

Промышленная

Сейсмическая

Биологическая

ВИДЫ

БЕЗОПАСНОСТИ

Информационная

Химическая

Пожарная

Экологическая

защита информационных ресурсов от несанкционированного распространения и использования, искажения, блокирования; унификация средств сбора, обработки и анализа; разработка нормативно-правовой базы и координация деятельности сил и органов обеспечения; развитие отечественной индустрии информационных и телекоммуникационных средств.

Рисунок 1 - Виды безопасности

Информационная безопасность представляет собой состояние защищенности жизненно важных интересов граждан, общества и государства в информационной сфере. Целью обеспечения информационной безопасности является совершенствование информационной структуры, ускорение развития новых информационных технологий и их распространение, а также

15

установление баланса между потребностью в свободном обмене информацией и существующими ограничениями ее распространения.

Задачами в области обеспечения информационной безопасности являются:

а) защита государственных информационных ресурсов от утечки важной политической, экономической, научно-технической и военной информации;

б) унификация средств сбора, обработки и анализа информации с учетом вхождения промышленного центра в глобальную информационную структуру;

в) расширение международного сотрудничества в области развития информационных ресурсов;

г) разработка нормативно - правовой базы, координация деятельности сил и органов обеспечения информационной безопасности;

д) развитие отечественной индустрии информационных и телекоммуникационных средств.

Угроза безопасности информации может возникнуть в двух случаях: при утечке информации и при непосредственном воздействии на информацию и ее носитель.

В первом случае — это несанкционированное распространение информации. Каналами утечки информации могут быть: разглашение, несанкционированный доступ к информации и разведка (техническая, агентурная).

Во втором случае угроза безопасности информации может создаваться как целенаправленно, так и непреднамеренно с уничтожением, искажением или блокированием информационных данных.

Государственная политика обеспечения информационной безопасности должна базироваться на соблюдении баланса интересов личности, общества и государства в информационной сфере.

16

Основные направления по реализации задач обеспечения информационной безопасности заключаются: в совершенствовании организационных структур; правовом равенстве всех участников процесса информационного взаимодействия вне зависимости от их статуса; осуществление государственного контроля за созданием и использованием средств защиты информации посредством их обязательной сертификации и лицензирования.

Таким образом, проблем при обеспечении безопасности крупных промышленных центров много — это и отсутствие единой системы оповещения, программного обеспечения, оперативного информирования, и отсутствие информационного обмена на базе компьютерной сети. Поэтому общая направленность работ по обеспечению защиты населения должна заключаться в систематическом мониторинге источников опасности, совершенствовании мер и средств защиты. Эти мероприятия должны обеспечивать надежную защиту населения и территорий от возможных угроз различного характера.

1.2. Классификация чрезвычайных ситуаций. Основные причины возникновения ЧС

Чрезвычайная ситуация (ЧС) — это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, катастрофы, опасного природного явления, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или природной среде, материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей.

Классификация чрезвычайных ситуаций по основным признакам предназначена для постоянного использования в практической деятельности подразделений МЧС, она основана на положениях ГОСТа 22.0.09 и постановлений Правительства Российской Федерации.[22]

17

Список литературы