Внедрение ГИС-технологий в специализированные информационные системы для решения аналитических задач

Анализ современных способов обработки данных свидетельствует о возросшем количестве разработок и использовании геоинформационных технологий. Геоинформационные технологии, которые можно определить как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире, предназначены для повышения эффективности процессов управления, хранения и представления информации, обработки и поддержки принятия решений.

Группой компаний "ИНКОМ" (г. Томск) разработана система федерального уровня "Ясень-Ф" для оперативного учета пожаров в Центре мониторинга пожарной опасности ФГУ "Авиалесоохрана". В рамках данной системы важными задачами пространственного анализа являются определение метеопоказателей в точках возникновения пожаров, анализ сведений о лесопожарной обстановке и отображение информации о полетах воздушных судов на карте.

Для решения поставленных задач на базе программного продукта ArcInfo разработан модуль геопространственного анализа. ArcInfo – настольная геоинформационная система (ГИС), обладающая максимальной функциональностью в линейке программных продуктов ArcGIS. Возможности программного продукта ArcInfo позволяют:

– осуществлять сложный ГИС-анализ и моделирование;

– использовать в работе инструменты наложения данных, оценки близости объектов, анализа поверхностей, обработки растров, генерализации и др.;

– публиковать и конвертировать данные в различные форматы;

– управлять размещением сложных символов и надписей объектов на карте;

Рис. 1. Внешний вид одного из блоков модуля геопространственного анализа

– использовать профессиональные картографические инструменты для создания высококачественных, готовых к публикации карт [1].

Интерфейс модуля геопространственного анализа выполнен в виде расширения ArcMap и представляет собой набор панелей инструментов (рис. 1).

Текущая версия модуля геопространственного анализа включает следующие блоки:

– блок обработки метеоданных;

– блок тематических процедур геопространственного анализа;

– блок визуализации навигационной информации.

Блок обработки метеоданных позволяет получать значения метеопараметров (класс пожарной опасности, температура, осадки, скорость ветра и др.) для крупных лесных пожаров на территории РФ в течение каждого дня действия пожаров за выбранный период.

Для нахождения значений метеопараметров пожаров по известным значениям метеоданных целесообразно использовать методы интерполяции. Интерполяция позволяет вычислить значения для всех ячеек растра по значениям ограниченного числа точек опробования, а также может использоваться для предсказания значений любых географических данных, измеряемых в определенных точках. В данном случае интерполяция позволяет определить значения метеопараметров в очагах крупных пожаров, которые достаточно сложно измерить в реальных условиях, на основе известных значений, зафиксированных в точках расположения метеостанций.

Программный продукт ESRI® ArcGIS™ Spatial Analyst добавляет к ArcInfo ряд разнообразных ГИС-операторов для работы с растром, используемых для получения новой информации, определения пространственных отношений, поиска пригодных участков, вычисления стоимости пути и т. д. Важной особенностью этого инструмента является наличие механизмов интерполяции. В Spatial Analyst включены следующие методы интерполяции: интерполяция значений с весом, обратно пропорциональным расстоянию, сплайн и кригинг. Каждый из этих методов основан на определенных предположениях о том, каким образом можно более точно вычислить значения ячеек [2].

Для оперирования метеоданными применим метод обратновзвешенных расстояний, позволяющий вычислить значения ячеек по среднему от суммы значений точек замеров, находящихся вблизи каждой ячейки. Чем ближе точка к центру оцениваемой ячейки, тем больший вес, или влияние, имеет ее значение в процессе вычисления среднего. Этот метод предполагает, что влияние значения измеренной переменной уменьшается по мере увеличения расстояния от точки замера [3].

Таким образом, исходными данными для расчета в блоке обработки метеопараметров служат сведения о метеоданных, зафиксированные в точках расположения метеостанций, в формате таблиц Microsoft SQL Server, полученные с использованием системы "Ясень-Ф". На основе полученных данных строится векторный слой для каждого метеопоказателя, определяется область интерполяции в соответствии с границами субъекта РФ. Каждый векторный слой кон-

Рис. 2. Результаты интерполяции метеоданных вертируется в растр, и на заданной области происходит интерполяция метеослоя методом обратновзвешенных расстояний. Значения метеопоказателей в точках крупных пожаров, полученные в результате расчета, сохраняются в базе данных системы "Ясень-Ф". Результаты интерполяции отображаются в виде таблицы, в которой приведены значения метеопоказателей по пожарам, произошедшим в определенные дни в субъектах РФ (рис. 2).

Блок тематических процедур геопространственного анализа предназначен для формирования тематических карт по следующим показателям:

– среднее количество ресурсов для тушения лесных пожаров (людские ресурсы и технические средства);

– особые противопожарные режимы на территории РФ;

– распределение затрат на тушение пожаров;

– кратность авиапатрулирования лесного фонда РФ;

– доля крупных лесных пожаров;

– доля выгоревшей лесной площади;

– доля ликвидированныx в день обнаружения пожаров;

– количество лесных пожаров на 1 млн га;

– средняя лесная площадь одного пожара;

– анализ деятельности субъекта РФ.

На основе данных о лесопожарной обстановке из информационно-телекоммуникационной системы "Ясень-Ф" формируются векторные слои. В зависимости от свойств атрибутов слоя выбирается способ его отображения на карте:

– карта уникальных значений;

– карта с градуированной цветовой шкалой;

– карта с градуированными символами;

– карта с диаграммами;

– комплексная карта.

Для создания тематических карт используются шаблоны .mxt. Документы ArcMap, хранящиеся в файлах с расширением .mxt, содержат не только компоновки карт, но и слои данных и настройки интерфейса ArcMap. Используя шаблоны, можно сравнивать показатели лесопожарной обстановки в различные промежутки времени по заданным критериям. На рис. 3 приведен пример карты общих затрат субъектов на тушение пожаров. Субъекты РФ окрашены в различные цвета в соответствии с градуированной цветовой шкалой затрат.

Рис. 3. Карта распределения общих затрат субъектов на тушение пожаров нарастающим итогом за пожароопасный сезон 2010 г . ( по состоянию на 01.07.10 г.)

Блок визуализации навигационной информации предназначен для отслеживания информации о полетах воздушных судов, участвующих в тушении пожаров. Данный блок разработан по аналогии с двумя предыдущими: на основе данных о полетах воздушных судов из базы данных "Ясень-Ф" строятся слои полетов, событий и контуров. Кроме того, в блоке визуализации навигационной информации реализована возможность отображения информации в режиме реального времени. Важной особенностью блока визуализации навигационной информации является возможность гибкой настройки внешнего вида объектов слоев (рис. 4).

В результате работы блока визуализации навигационной информации на карте отображаются контуры полетов воздушных судов, облеты, точки фиксации пожаров и прочие сведения (рис. 5).

Разработанный модуль геопространственного анализа является эффективным инструмен-

Рис. 4. Настройка отображения объектов

Рис . 5. Визуализация навигационной информации

том решения аналитических задач мониторинга лесопожарной обстановки на базе полнофункциональной геоинформационной системы. В данном случае внедрение ГИС-технологий в специализированную информационную систему позволило не только эффективно использовать мощный математический инструмент анализа, но и наглядно представить построенные слои данных.