Структура информационного обеспечения ГИС

Структура информационного обеспечения ГИС. С точки зрения периодичности обновления, информация в ГИС мониторинга лесных пожаров подразделяется на условно постоянную, сезонную и оперативную.

Условно постоянные данные обновляются реже одного раза в год. например, характеристика лесного фонда, границы административного деления территории, топографическое описание местности, природное районирование. Сезонные данные изменяются один или несколько раз в течение года. К ним могут быть отнесены данные для долгосрочных и среднесрочных прогнозов пожарной опасности по условиям погоды, данные о границах структурных подразделений охраны лесов, данные о ресурсах системы охраны.

Оперативные данные изменяются с частотой один или несколько раз в сутки например, текущая и прогнозная метеоинформация, данные о возникающих и действующих лесных пожарах, о дислокации сил и средств по ликвидации лесных пожаров. Вся информация накапливается в банке данных, структура которого существенно зависит от рассматриваемого уровня ГИС и образует совокупность атрибутивных данных, цифровых карт и спутниковых изображений.

Фактологическая атрибутивная составляющая банка данных ГИС включает данные о лесных пожарах, метеорологические данные, данные о ресурсах службы охраны, данные о лесах и нормативно-справочную информацию.

Сейчас в банке данных ГИС есть сведения о каждом пожаре, зарегистрированном на охраняемой территории ЛФ России в период с 1969г. по 1998г что представляет собой основу для ведения ежегодно обновляемого архива для ретроспективного анализа горимости лесов. Информация по каждому пожару включает свыше 40 показателей, которые характеризуют его местоположение, условия и причину загорания, время и способ обнаружения пожара, длительность его распространения до локализации, время и способ тушения, размеры и структуру пройденной огнем площади. Оперативные данные о лесных пожарах содержат информацию о каждои крупном площадью от 25 га в Европейской части и от 200 га в Азиатской части России пожаре и интегральные характеристики горимости лесов за каждый день пожароопасного сезона на уровне субъектов Федерации.

База метеорологических данных формируется на основе оперативной фактической и прогнозной информации Гидрометеоцентра России.

Эта информация используется для оценки и прогноза степени пожарной опасности в лесах по условиям погоды и построения соответствующих оперативных карт. База данных о ресурсах службы охраны лесов содержит информацию о людских и материальных ресурсах и предназначена для решения задач их учета, оптимального размещения по охраняемой территории, эффективного решения транспортных задач. Картографическая часть банка данных ГИС включает цифровые карты следующих основных типов топографическая основа, административное деление, производственная организация территории.

В составе банка данных федеральной ГИС предусмотрено использование топографических основ базовых карт двух масштабных уровней. Базовая цифровая карта обзорного уровня соответствует по содержанию и генерализации маштабу 1 80 и показывает речную сеть и крупные водоемы, основные железные и автомобильные дороги, крупные населенные пункты. Базовая карта обзорно-топографического уровня создана на основе цифровой карты мира масштаба 1 10 DCW и включает информацию о гидрографии, рельефе, дорожной сети, населенных пунктах, гражданских и военных аэропортах, коммуникациях.

Цифровые карты административного деления показывает границы субъектов РФ и административных районов, названия соответствующих территориальных образований. Цифровые карты производственной организации территории включаю границы охраняемой зоны, региональные авиабазы, оперативные авиа отделения и лесохозяйственные предприятия, а также местоположения наблюдательных вышек, пожарно-химических станций, резервных складов и метеорологических станций.

Как уже отмечалось в главе Ш, среди действующих в настоящее время космических систем наиболее подходят для оперативного мониторинга лесных пожаров, системы низкоорбитальных метеорологических спутников, таких, как спутники серии NOAA. Основная проблема интегрирования спутниковых данных в ГИС состоит в оперативной доставке данных и результатов их обработки в центр сбора и анализа информации, коей является Центральная база авиационной охраны лесов от пожаров Авиа лесоохрана и другим потребителям - Федеральной службы лесного хозяйства России, региональным авиабазам.

Эта задача не может быть решена с использованием одной станции приема спутниковых данных в ее зону видимости попадает не более половины территории России. Поэтому необходимо использовать данные, получаемые в ряде центров приема информации со спутников NOAA. Сейчас в России их более десяти.

В настоящее время идет работа с двумя такими центрами в Москве ИКИ РАН и Иркутске ИСЗФ СО РАН . Принимаемые данные и результаты их обработки передаются для анализа в Авиа лесоохрану. Диспетчерская служба Центральной авиабазы ежедневно получает информацию трех основных типов данные о лесных пожарах в пожарный период через каждые 6-ть часов данные о фактической и прогнозной метеобстановке данные спутниковых наблюдений. Сведения о пожарах поступают от региональных авиабаз и территориальных органов управления лесным хозяйством в Субъектах Федерации по модему, телефону или другим каналам связи.

Метеорологические данные по метеостанциям на территории России поступают по модему из Гидрометцентра, в виде двух информационных потоков фактические данные за истекшие сутки по 812 метеостанциям прогноз основных метеопоказателей на ближайшие 5-ть суток по 247 метеостанциям. Сбор всей информации о лесных пожарах и метеобстановке завершается к 9-ти часам утра текущего дня по московскому времени.

По каналам Internet в ГИС ежедневно поступают следующие оперативные спутниковые данные обзорная карта-склейка облачных структур над территорией России разрешение 8 км на пиксель, автоматически формируемая в 8.00 час по московскому времени по данным, полученным в Москве и Иркутске за прошедшую ночь и утро текущего дня фрагменты спутниковых изображений оригинального разрешения 1.1 км на пиксел на территории наиболее горимых регионов России по запросам Авиа лесоохраны . см.рис Поступающая информация предварительно обрабатывается и подгружается в специализированный ГИС-сервер, где происходит автоматическое обновление баз данных и картографических покрытий, дополнение архивов, а также формирование информационных продуктов в виде растровых изображений цифровых карт и таблиц, и передача их на WWW-сервер. По завершении этих процедур пользователи в Центральной авиабазе получают доступ по локальной вычислительной сети к оперативным данным в виде ГИС, а пользователи Internet - к информационным продуктам на WWW-сервер.

Получая с ИСЗ NOAA информацию о температуре и влагосодержании ЛГМ, а также используя априорную информацию о каждом прошедшем пожаре за 5 последних лет, о погодных условиях, о причинах возникновения пожаров за тот же период, а также получая информацию с метеостанций за 5 последующих суток и со станции направленного поиска молний, можно с большой вероятностью определить возможность возникновения лесного пожара в том или ином месте охраняемой территории.

Эта вероятность определяется из теоремы Байеса, которая получила название оптимальной стратегии.

Пусть имеем две гипотезы Н1- возможен пожар Н2 - пожар невозможен, тогда априорные вероятности этих гипотез равны Р Н1 х и Р Н2 у. В результате исследований мы получим информацию о всех факторах, которые оказывают влияние на пожарную опасность в лесу, тогда условные вероятности двух событий равны 4.3.1. тогда, что указывает на возможность возникновения лесного пожара в данном районе.

Основные факторы, определяющие возможность возникновения пожаров в лесу показаны на рис.4.3.1. Мы определяем только вероятность возникновения пожара, но не сам факт пожара. Если мы направили команду для тушения пожара в этот район, а его там не оказалось, то потери от этого ошибочного решения обозначим через, тогда средние потери для данного решения равны 4.3.2. Минимизация средних потерь должна быть решающим фактором или правилом для направления команды пожарных для тушения пожара.

Чтобы решить задачу прогнозирования пожарной опасности в лесу в состав информационно-управляющей системы входит Система регистрации молниевых разрядов СРМР . В 1998г. была апробирована экспериментальная СРМР, базирующаяся на трех опорных пунктах, расположенных в городах Иркутск, Красноярск и Новосибирск. Использовалась система единого времени на основе спутниковой системы GPS NAVSTAR . Базовым элементом аппаратуры Пункта Регистрации ПР , является аппаратурный модуль пункта регистрации АМПР Верия. Осуществляет регистрацию и аналого-цифровое преобразование трех компонент электромагнитного поля вертикальную электрическую Еz и двух горизонтальных магнитных Нх и Ну. Основные технические характеристики АМПР Верея 1? Средняя квадратическая ошибка СКО определения координат разрядов облако-земля - 5 км 2? Вероятность правильного обнаружения разрядов облако-земля - не менее 0,8 3? СКО определения времени молниевого разряда МР - 5 мкс 4? Инструментальная СКО измерения пеленга менее 1 град 5? Инструментальная СКО измерения времени приема сигнала - менее 0,2 мкс 6? Полоса принимаемых частот - 2 45 кГц 7? Порог регистрации по запуску - 30 15000 мВ м. 8? Разрешающая способность по входу - 2,7мс 9? Пропускная способность - более 10 сигналов с 10.Максимальная ошибка синхронизации внутри шкалы времени относительно системы GPS - менее 1 мкс. рис. 4.3.6. Упрощенная структурная схема СРМР. ПР - пункт регистрации КС - канал связи ОЦ - обрабатывающий центр.

Обработав пожароопасный сезон 1998г СРМР Верея зарекомендовала себя только с лучшей стороны. Информация о грозах имеет высокую достоверность и оказывает существенную информационную помощь в работе диспетчерской службы при планировании авиалесоохранных работ.

Учет грозовой обстановки в комплексе с метеоданными, данными о природной пожарной опасности, оперативными данными, позволяет рационально распорядиться ограниченными ресурсами при планировании патрульных полетов и организации борьбы с пожарами.

Аппаратура СРМР функционирует в круглосуточном автоматическом режиме и не требует вмешательства обслуживающего персонала.

Объектом управления информационно-управляющей системы является лесной фонд, подлежащий охране. Лесной фонд может находиться в двух состояниях лесной пожар есть - лесного пожара нет. Каждое состояние объекта характеризуется числовыми параметрами скоростью прироста периметра пожара Vпер и временем его существования ta. Управляющее воздействие системы скорость локализации лесного пожара - Vлок будет входной переменной, а параметры, определяющие состояние объекта Vпер, tgn - выходными параметрами.

Для управления объектом используем принцип обратной связи, или регулирования по отклонениям рис. 4 . Этот принцип представляет собой схему обработки информации о параметрах состояния объекта, в которой коррективы в алгоритм регулирования вносятся по фактическому значению параметров состоянию объекта лесного пожара. Для этой цели в алгоритм обработки информации вводится элементы для измерения параметров состояния объекта, направленная обратно направлению воздействия основного на объект. рис. 4.3.7. Схема обработки информации по тушению лесного пожара на основе системы регулирования с обратной связью.

Принцип обратной связи позволяет следить за изменением параметров состояния объекта, корректировать параметры регулирующего воздействия до полной ликвидации лесного пожара. Определение Vпер пожара необходимо для оценки достаточности выделенных сил и средств на опреденный момент времени.

На основании анализа соответствия Vпер и Vлок можно прогнозировать дальнейшее развитие или корректировать параметры состояния объекта. Если Vлок постоянна, то есть оставляется без корректировки, то увеличение Vпер повлечет за собой девольвацию выделенных ресурсов. К числу важных параметров системы регулирования относится подготовительное время tподг, характерезующее её инерционность и включающее объективные и субъективные составляющие.

Необходимо прийти к тому, чтобы в tподг входила только объективная составляющая, т.е. информация об изменениях параметров состояния объектов поступает постоянно, решение с выделении дополнительных ресурсов принимается незамедлительно. Определяя оценку пожарной опасности на данный момент, нам необходимо также сделать прогноз ПО на определенный период. Для этого необходиом использовать прогнозы метеослужбы на этот приод, а также априорную вероятность на этот момент, кроме того, необходимо учитывать динамику источников огня за этот период.

Только комплексный учет всех факторов, оказывающих влияние на пожарную опасность в данном регионе Бурятия, позволит более точна определять пожарную опасность и тем самым сократить потери, связанные с авиационным патрулированием, поскольку полученная информация поможет создать карту-схему оптимльных маршрутов авиапатрулирования. 4.4.