· региональный (региональные центры МЧС России);

· территориальный (областные и республиканские органы управления МЧС);

· городской (районный) (городские и районные органы МЧС);

· объектовый (службы предупреждения и ликвидации последствий ЧС, безопасности персонала и населения хозяйственных субъектов - предприятий).

На каждом уровне управления решаются характерные для него задачи, которые должны быть скоординированы по целям, функциям и передаваемым данным как по горизонтали (на данном уровне управления), так и по вертикали - между соседними уровнями иерархии.

К настоящему времени в МЧС России сформировался целый ряд направлений деятельности, основанных на применении современных информационных технологий. К ним в первую очередь можно отнести создание высококомпьютеризированных систем:

· мониторинга и прогнозирования ЧС;

· автоматизированной информационно-управляющей системы ЧС;

· страхового фонда документации;

· информационного обеспечения управления рисками возникновения ЧС;

· связи и оповещения при ЧС.

Компьютер стал обычным рабочим инструментом специалистов и руководителей МЧС всех уровней. Так как значительную их часть составляют действующие или бывшие офицеры, то картографическое представление информации о территории, на которой они работают, является для них наиболее привычным и естественным. Все чаще в своей повседневной работе они обращаются к электронным картам, как основе решения производственных задач и принятия решений.

В связи с этим, при выборе подходов к созданию современного информационного обеспечения органов МЧС России всех уровней необходимо ориентироваться на геоинформационные системы и технологии (ГИС-технологии), которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и представление как традиционной описательной информации, так и пространственной информации о территории, находящихся на ней объектах и происходящих (опасных) процессах.

Одним из наиболее привлекательных свойств ГИС-технологий для МЧС России является их способность интегрировать (увязывать в единую систему) как разнородную информацию, так и различные функциональные (производственные) задачи. Это свойство философски базируется на том факте, что вся разнородная информация (алфавитно-цифровая, графическая, картографическая, видео и фотоснимки, математическое описание процессов), необходимая для организации и управления деятельностью МЧС, напрямую или косвенно относится к территории России и ее окружению и, следовательно, может быть привязана к карте или объектам (объекту) карты России (или части ее территории).

На «пространственной» основе удается осуществить и интеграцию функциональных задач. Так как алгоритмы их решения базируются на интегрированной в единую систему (на основе ГИС-технологий) информации о территории России, то за счет выбора технологий решения этих задач (а для этого опять же подходят ГИС-технологии) и представления результатов их решения конкретным специалистам удастся реализовать взаимный обмен результатами решения этих задач.

Конкретный набор действующих информационных систем и перечень решаемых функциональных задач для каждого уровня могут различаться. Однако при практической реализации данной схемы существуют и некоторые инварианты (неизменные величины), такие как выбор базовой технологии для решения функциональных задач и интеграции разнородных данных.

Опыт Башкортостана

Практическую реализацию предложенной схемы можно проиллюстрировать на основе накопленного в МЧС Республики Башкортостан (РБ) опыта информационной поддержки деятельности органов исполнительной власти по предупреждению и ликвидации последствий ЧС на территориальном уровне.

Существенная часть деятельности территориальных органов МЧС связана со сбором и систематизацией информации об источниках возможных опасностей, их воздействии на население и территорию соответствующего субъекта РФ. Это направление особенно важно в условиях смещения акцентов в деятельности МЧС от решения задач ликвидации последствий ЧС к решению задач предупреждения ЧС. Концепция анализа и управления рисками предусматривает получение и обработку большого количества пространственной информации и отображение на картах территорий зон различного (в первую очередь - повышенного) риска.

При этом важно выявить комплекс наиболее важных задач, решение которых позволит практически подойти к оценке рисков и их планомерному снижению. На наш взгляд, примерный, но далеко не исчерпывающий, перечень решаемых задач может выглядеть следующим образом:

· определение местоположения и характеристик потенциальных опасностей;

· оперативный поиск и выдача подробной информации о потенциально опасных объектах (ПОО);

· оценка возможных сценариев развития ЧС по каждому ПОО;

· отслеживание динамики развития ЧС и прогнозирование дальнейшего развития событий (разлива АХОВ, взрывов, пожаров, наводнений и паводков, разливов нефти и нефтепродуктов);

· оперативный поиск и выдача информации по объектам народнохозяйственного значения, попадающим в опасные зоны;

· оперативный поиск сил и средств, привлекаемых в процессе ликвидации последствий аварий;

· оперативный поиск и выдача подробной разноаспектной информации о защитных сооружениях;

· космический мониторинг состояния территории;

· оценка возможных последствий при строительстве крупных гидротехнических сооружений;

· создание и использование территориального страхового фонда документации;

· формирование и издание государственного доклада о защите населения и территории от ЧС природного и техногенного характера;

· разработка типовых рабочих карт обстановки.

Для решения этих задач применяются ГИС-технологии, основанные на использовании программных продуктов ESRI и ERDAS. База пространственных данных создана и функционирует под управлением ArcGIS. Ее интеграция с другими информационными системами осуществляется на основе ArcSDE. Доступ удаленных пользователей осуществляется на основе серверного Интернет- приложения ArcIMS по известной схеме (см., например, ArcReview № 4(19) за 2001 г.). Большинство алгоритмов решения функциональных задач реализовано в ArcView с дополнительными модулями 3D Analyst, Network Analyst, Spatial Analyst. При осуществлении космического мониторинга территории для обработки космических снимков используется программное обеспечение ERDAS IMAGINE.

Ограниченный объём статьи не позволяет описать все имеющиеся в МЧС РБ результаты решения функциональных задач. Приведем лишь несколько характерных примеров решения названных выше задач.

Моделирование развития и последствий ЧС (разливы АХОВ, нефти и нефтепродуктов; взрывы, пожары, паводки). С точки зрения планирования и отработки действий различных подразделений МЧС территориального уровня этот класс задач является одним из наиболее важных. В силу того, что крупные ЧС случаются, к счастью, достаточно редко, а планировать действия аварийно-спасательных формирований и населения (а также практически отрабатывать эти действия) необходимо регулярно, то альтернативы моделированию развития ЧС на конкретной территории нет. Точный расчет зоны воздействия ЧС на население и территорию, отображение результатов этого расчета на карте местности позволяют определить:

· перечень объектов и число людей, попавших в зону поражения;

· материальный ущерб;

· количество сил и средств, необходимых для ликвидации ЧС;

· оптимальные маршруты эвакуации людей из зоны ЧС и доставки аварийно-спасательных формирований в эту зону, и ряд других.

Наличие качественной базы данных о потенциальных опасностях и всей территории, попадающей в зону возможной ЧС, позволяет оперативно, практически в темпе развития самой ЧС, обеспечивать органы управления ликвидацией ЧС полной и достоверной информацией. На рис. 1 представлен результат моделирования последствий взрыва 120 тонн аммиака на уфимском мясоконсервном комбинате с определением объектов, попавших в зону заражения. На рис. 2 представлена модель взрыва 10 тонн бензина при транспортировке бензовозом в спальном районе города и отображены зоны разрушения зданий.

Рис. 1. Модель выброса аммиака (тестовые данные).

Рис. 2. Модель взрыва бензина (тестовые данные).

Подобные результаты получаются и при моделировании других видов ЧС. Важной особенностью применения ГИС-технологий является возможность отображения на карте территории зон поражения от всех возможных ЧС, что является основой для расчета различных рисков: как для людей, так и для территорий. На рис. 3 приведена карта зонирования территории РБ по всему комплексу природных и техногенных опасностей, возможных на ее территории.

Рис. 4. Районирование РБ по комплексному показателю рисков возникновения ЧС.

Космический мониторинг. Одним из средств получения оперативной информации о территории можно считать снимки из космоса, полученные с разных космических аппаратов: Ресурс, NOAA, EOS, SPOT, LANDSAT и др. Информация различного разрешения и спектральных диапазонов может использоваться как для уточнения местоположения природных и техногенных объектов, фиксации фактов возникновения ЧС, так и для отслеживания некоторых природных процессов.

Достаточно высокую эффективность показало использование космических снимков для контроля и прогнозирования затапливаемости территории РБ в процессе паводка (как правило - весеннего). Кроме традиционно решаемых задач определения зон фактического затопления и подтопления на основе снимков среднего и высокого разрешения нами также решаются другие интересные задачи. Одна из них - прогнозирование затапливаемости территории на основе интеграции наземных и космических данных. Ее суть заключается в том, что на основе прогнозируемого службой Гидромета уровня подъема воды из базы данных подбираются космические снимки, соответствующие данному уровню. Зоны затопления и подтопления территории, определяемые с этих снимков, и принимаются в качестве прогнозной зоны (рис. 4). Вторая задача - менее известная. Она заключается в отслеживании динамики схода снежного покрова на основе данных низкого разрешения (NOAA). Оказывается, существует временная связь между величиной и скоростью изменения снежного покрова в бассейнах рек и началом опасного подъема уровня воды в этих реках. На рис. 5 приведена карта состояния снежного покрова на конкретную дату, серым цветом показана территория со снежным покровом, коричневым - открытая почва. Эта карта получена путем дешифрирования снимков со спутника NOAA (в тепловом диапазоне) с использованием программных средств ERDAS IMAGINE и нанесения границ снежного покрова на векторную карту территории РБ в ArcView.

Рис. 4. Прогноз затапливаемости территории.

Рис. 6. Карта заснеженности территории.

Интересна также задача комплексного применения ГИС - технологий и космических снимков. Она заключается в выявлении и отображении в картографической форме изменений природных и техногенных факторов в окрестностях потенциально опасных объектов. На рис. 6 представлена территория в окрестностях магистрального трубопровода. На совмещенном изображении цифровой карты и дешифрированного космического снимка четко видно и, что очень важно, подлежит количественному измерению приближение границы населенных пунктов (в связи с их разрастанием) к трубопроводу. Также отчетливо видны изменения некоторых природных объектов (появление крупных оврагов и водных объектов), повышающие возможность возникновения ЧС на трубопроводе.

Рис. 6. Окрестности магистрального трубопровода.

Совместное использование Территориального страхового фонда документации и территориальной ГИС в условиях ЧС. В последние годы, на основании решения Правительства РФ и соответствующих решений органов исполнительной власти субъектов РФ, территориальными органами МЧС развернута работа по созданию страховых фондов документации (СФД). СФД содержат необходимую информацию по всем объектам повышенного риска и объектам жизнеобеспечения, включая генеральные планы, схемы коммуникаций, поэтажную планировку зданий и др. Эта информация предназначена для ее использования аварийно-спасательными подразделениями при ликвидации ЧС и их последствий. С точки зрения территориальной ГИС - это бесценный источник информации для определения местоположения и характеристик различных (в первую очередь - техногенных) опасностей.

При организации хранения документов СФД в автоматизированной информационной системе целесообразно их совместное использование с геоинформационными технологиями с целью последовательной детализации информации о месте возникновения ЧС. Пример совместного использования ГИС и информационной системы ТСФД для поддержки принятия решений при ликвидации ЧС на одном из объектов г. Уфы приведен на рис. 7.

Рис. 7. Пример использования комплекса ГИС - ТСФД при ликвидации ЧС и их последствий.

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

В Республике Башкортостан разрабатывается автоматизированная система контроля технологических параметров и режимов работы разветвленной сети магистральных нефтепроводов. Система предназначена, в первую очередь, для операторов, осуществляющих мониторинг функционирования объектов магистрального нефтепроводного транспорта.

Система обеспечивает просмотр характеристик таких объектов, как магистральные трубопроводы, насосные станции и их аппаратные характеристики (параметры насосов и т.п.), состояние задвижек и др. Она позволяет вычислять вертикальные профили участков трубопроводной сети, рассчитывать линии гидравлического уклона и решать задачи нахождения оптимальных маршрутов транспортировки нефти по минимуму затрат.

Система позволяет осуществлять моделирование режима работы трубопроводной сети при различных состояниях задвижек, параметрах насосов и природных характеристиках местности (рельеф, подводные переходы и т.п.)

Работа системы основана на применении пакета ArcView GIS с модулями Spatial Analyst, 3D Analyst, Network Analyst, электронных топографических карт местности со слоями объектов трубопроводной сети.

Систему предполагается внедрить в ОАО "Уралсибнефтепровод", одном из старейших транспортных предприятий России и одном из крупнейших акционерных обществ компании "Транснефть".

Предприятие эксплуатирует более 6 тыс. км нефтепроводов диаметром 300-1200 мм, проходящих по территории Республики Башкортостан, Челябинской, Курганской, Северо-Казахстанской, Оренбургской, Омской и Пермской областей, 26 нефтеперекачивающих станций с 62 магистральными насосами и резервуарным парком общей вместимостью более 1 млн. куб. м., 17 узлов учета нефти. При этом осуществляется взаимодействие с большим количеством находящихся на различных административных территориях и в различном ведомственном подчинении предприятий и организаций по добыче и переработке нефти, по оказанию и получению различных услуг.

Учитывая то, что большая часть информации, необходимой для управления процессом транспорта нефти, характеризует географически (территориально) распределенные объекты, в ОАО "Уралсибнефтепровод" принята стратегическая линия на использование современных технологий для расширения возможностей

Единой автоматизированной системы управления (ЕАСУ) компании "Транснефть". Эта стратегическая линия предусматривает обработку информации в виде цифровых электронных карт и аэрокосмических снимков местности по маршрутам трубопроводов, а также интеграцию географической информации с существующими в ЕАСУ данными.

Этим требованиям в полной мере отвечают геоинформационные системы (ГИС).

Классы решаемых задач

ГИС позволяют решать три основных класса задач: информационно-справочные; сетевые; пространственный анализ и моделирование.
Информационно-справочные системы представляют собой наиболее распространенный на первой стадии внедрения ГИС класс систем. Создание этих систем позволяет просматривать любой участок любой карты из имеющейся базы данных (БД).

В качестве примера рассмотрим некоторые функции информационно-справочной системы по анализу аварийных ситуаций, созданной на основе автоматизированной информационной системы АИС РБ 200 000 (разработка НИИ БЖД).

В центре находится главное окно для просмотра интересующей пользователя информации (в данном случае - окрестности г. Уфы). Справа внизу находится справочное окно, содержащее текстовую информацию, вверху - панель кнопок и инструментов, предназначенных для поиска, обработки и управления данными. Слева отображается легенда слоев данных.

Рис.1

На рис. 1 показан район реальной аварии на нефтепроводе ТОН-2 в 1995 г. Он иллюстрирует такие функции ГИС, как появление дополнительной информации при выборе и отображении участка карты в более крупном масштабе. Можно связать с элементами карты и другие виды информации: электронные копии оригиналов документов, на основании которых проводились работы по ликвидации аварии; видеозапись процесса развития и ликвидации аварии. Данная система используется как для поддержки принятия решений в ходе ликвидации последствий аварии, так и для обучения специалистов действиям в случае аварии.

Класс сетевых задач связан с анализом географических сетей: улиц, рек, дорог, трубопроводов, линий электропередачи или связи и др. К числу таких задач, например, относятся: выбор оптимального маршрута движения; определение направления движения, поворотов и объездов; выявление ближайших объектов заданного назначения; определение зон и объектов, обслуживаемых из данного сервисного центра, на основе заданного критерия (например, времени доставки). Примерами решаемых в ГИС характерных для трубопроводного транспорта сетевых задач являются:

· определение кратчайшего маршрута между двумя пунктами, например, проезда от места дислокации аварийной бригады до места аварии с учетом препятствий на заданной сети дорог;

· выбор оптимального маршрута между несколькими точками транспортной сети;

· обнаружение ближайшей ремонтной бригады от места аварии;

· определение пути распространения загрязнения по речной сети;

· планирование размещения служб быстрого реагирования, например, таким образом, чтобы до любого объекта системы магистральных нефтепроводов можно было доехать за определенное время.

Одним из наиболее важных классов сетевых задач в трубопроводном транспорте является оптимизация маршрутов перекачки нефти на заданной сети трубопроводов по различным критериям оптимизации. Исходными данными для решения этой задачи являются трубопроводная сеть и атрибутивные данные, характеризующие затраты на транспортировку нефти на каждом отдельном участке трубопроводной сети.

Пространственный анализ и моделирование различных процессов представляют собой класс наиболее сложных, но, в то же время, и наиболее полезных для поддержки принятия решений задач. Методологической основой прогнозирования экологических и социальных последствий аварий на трубопроводах является геоинформационное моделирование по следующей схеме.

Сначала создается геоинформационная модель по трассе трубопровода. Она включает в себя различные плоские слои цифровой картографической информации по маршруту прохождения нефтепровода и ее интеграцию с атрибутивной базой данных об объектах. Затем, на основе объектов электронной карты (изогипсы, точечные отметки высот и урезов воды, гидрографическая сеть и т.д.) средствами ГИС строится гидрологически корректная регулярная модель рельефа (в формате грид), по которой можно определять маршруты стекания жидкости из заданных точек порыва трубы. Модель можно представить и в трехмерном виде.

Подобный анализ местности позволяет решать широкий спектр задач моделирования различных внештатных ситуаций при эксплуатации магистральных нефтепроводов. Вот примеры таких задач:

· Какие объекты систем магистральных нефтепроводов будут затоплены, если уровень воды в реках Белой и Уфе поднимется на определенную величину. Определить границы и площадь затапливаемой территории и выдать перечень объектов, попадающих в зону затопления;

· Куда будет стекать нефть в случае прорыва трубопровода на некотором участке и какова будет при этом площадь загрязненной территории;

· Откуда могла стекать нефть, обнаруженная на некотором участке территории (определение возможного источника по результатам контроля).

Контроль технического состояния

Надежность эксплуатируемых трубопроводов связана с их техническим состоянием. Для диагностики состояния стенки трубопровода сейчас широко используется пропуск внутритрубных снарядов ("Калипер", "Ультраскан", "Лайналог", "Ось-МТ" и др.) и наружные методы непосредственного контроля - магнитная, вихретоковая, радиоволновая, радиационная дефектоскопия и акустическая эмиссия, а для контроля трубной изоляции - электрическая и тепловая дефектоскопия.
ГИС не дублирует аналитический аппарат применяемых на практике методов контроля. Но присущие ГИС средства хранения и наглядного представления результатов всех видов дефектоскопии с привязкой полученной информации к объектам исследования значительно облегчают ее использование сотрудниками нефтепроводной компании.

Так, например, при наличии геоинформационной модели территории, по которой проходит трубопровод, большую помощь в работе диспетчерских служб может оказать совмещение информации о выявленных дефектах с их фактическим расположением по трассе.

Результаты внутритрубной диагностики позволяют оценить степень технического риска. Однако, аварии на разных участках трубопровода (подводный переход или переход через овраг, например) приводят к разным экономическим последствиям (потери нефти, экологический ущерб, затраты на ликвидацию последствий аварии и т.п.). Поэтому, при планировании инвестиций в трубопроводный транспорт (ремонт, дополнительные средства контроля технического состояния, реконструкция и замена дефектных участков и т.д.) следует руководствоваться критерием так называемого «техногенного риска», который учитывает не только технический риск аварии на рассматриваемом участке трубопровода, но и экономические последствия возможных аварий на этом участке.

В отраслевых нормативных документах регламентируется только расчет ущерба окружающей среде по факту аварии. При этом значительная часть входных величин может быть получена только на основе анализа результатов аэрофотосъемки последствий произошедшей аварии. Поэтому для прогнозирования и оценки экономических и экологических последствий возможных аварий целесообразно заранее моделировать происходящие при этом процессы. При решении подобных задач наиболее адекватным инструментом являются ГИС. Например, по модели можно определить, куда будет стекать нефть в случае прорыва трубопровода на некотором участке и какова будет площадь загрязненной территории.

Таким образом, используя ГИС-технологии, можно, во-первых, предложить критерии экологического риска и, во-вторых, разработать методы его расчета и прогноза.

Рассмотренный подход представляет собой методику планирования ремонтно-восстановительных работ по результатам диагностирования и прогнозирования технического состояния трубопровода и экологических последствий возможных аварий. Он позволяет наиболее эффективно инвестировать средства в предупреждение аварий и ликвидацию их последствий.

Приведем еще два примера применения ГИС-технологий для решения задач эксплуатации магистральных нефтепроводов.

ГИС мониторинг эксплуатации насосных агрегатов. Ретроспектива эксплуатационных особенностей и проведенных ремонтов каждого агрегата, собранная в базе данных ГИС, в сочетании с возможностью отслеживания рабочей точки в любых режимах эксплуатации сети способствуют анализу и повышению эффективности процесса перекачки, своевременной модернизации оборудования на основе перспективного планирования.

Отслеживание местонахождения в трубопроводе разделителей, скребков и диагностических снарядов, зон смесеобразования по границам товарных партий нефтей - рутинная работа диспетчеров. Применение ГИС в этой области позволяет не только автоматизировать расчеты, но и значительно повысить точность результатов за счет совмещения оперативной информации по режимам перекачки и индивидуальным особенностям каждого участка трубопроводной сети. А отображение местоположения этих объектов и трубопровода на карте местности повышает оперативность принятия решений, особенно в нештатных ситуациях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сегодняшний день Геоинформационные технологии постепенно завоевывают Российский рынок. Создание земельного кадастра позволит на основе его карт строить другие, предметно ориентированные карты и дополнять их соответствующим атрибутивным наполнением. Для создания туристско-ориентированных ГИС потребуется объединение усилий всех заинтересованных сторон, это необходимо для создания информационного контента баз данных, постоянного поддержания его актуальности и соответствия действительности. Также необходима финансовая и законодательная поддержка со стороны государства, ввиду высокой дороговизны ГИС проектов.

Таким образом мы являемся свидетелями рождения и развития ГИС разных масштабов: мегаполисов - Москва, С-Петербург, областных, городских.

Применение технологии ГИС является огромным подспорьем в деле организации и проведения туров, а также сопутствующего сервиса.

По нашему мнению, необходимо отметить два важных обстоятельства.

Первое. ГИС-технология, как основа автоматизации информационной поддержки деятельности органов исполнительной власти по предупреждению и ликвидации последствий ЧС, позволяет решать как текущие, так и вновь возникающие функциональные задачи без изменения структуры всей системы, без приобретения дополнительных программных средств и без переподготовки специалистов.

Второе. Схема интеграции разнородных данных и функциональных задач с успехом может быть применена в крупных городах и на крупных предприятиях. При этом структура системы и используемое программное обеспечение могут оставаться такими же, как и в территориальных органах МЧС, а содержимое баз данных, в том числе масштаб электронных карт, и перечень задач будут отличаться. При этом, чем большее число функциональных задач будет решаться на основе ГИС-технологий, тем быстрее окупятся средства, вложенные в создание интегрированной геоинформационной системы.

Широкое использование ГИС открывает новые перспективы управления магистральными нефтепроводами. Эта технология позволяет на принципиально новом уровне решать задачи экологического мониторинга трассы магистральных трубопроводов, проводить моделирование последствий аварийных разливов нефти и ранжирование участков магистральных нефтепроводов по экологическому и экономическому рискам для разработки планов проведения ремонтных работ и обслуживания трубопроводов.

Размещено на Allbest.ru