Центры космического мониторинга чрезвычайных ситуаций

Cтихийные бедствия сопровождали человечество во все времена. Информация о них будоражит умы значительной части населения Земли. Ежедневно мы узнаем о тайфунах или цунами, землетрясениях, наводнениях или других бедствиях природного и техногенного характера по всему миру. Казахстан не является исключением.

Для территории Казахстана наиболее характерными стихийными бедствиями являются землетрясения, селевые потоки, снежные лавины, оползни, ураганы, наводнения, снежные заносы, пожары, засухи. Согласно карте рисков, разработанной в МЧС РК, наиболее подверженными различного рода стихийным бедствиям на протяжении всего года являются Южно-Казахстанская, Жамбылская, Алматинская и Восточно-Казахстанская области.

Особенно важным является информирование населения и организаций о прогнозируемых и возникших ЧС, а также своевременные меры по их предупреждению и ликвидации. Заблаговременное определение степени риска, осуществление мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций возможно лишь при информированности и адекватности действий органов управления различного уровня. Функции по сбору, анализу и поддержке принятия управленческих решений призваны выполнять ситуационные центры ЧС.

Ситуационный центр (СЦ) – это система специализированных рабочих мест для мониторинга, контроля, анализа и оперативного управления объектами и ситуациями. Целью создания СЦ является поддержка принятия решений на основе аналитической обработки различной информации, включая оперативные данные. СЦ представляет собой организационно-техническую систему, основу которой составляют информационное и программное обеспечение, используемое для комплексного мониторинга факторов влияния на развитие происходящих процессов. Ситуационный центр состоит из аппаратного, программного и информационно-аналитического комплексов.

Важнейшим источником информации для СЦ являются данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса. Космический мониторинг заключается в непрерывном многократном получении информации о качественных и количественных характеристиках природных и антропогенных объектов и процессов с точной географической привязкой. Также он позволяет получать однородную и сравнимую по качеству объективную информацию единовременно для обширных территорий, что практически недостижимо при любых наземных обследованиях. Сейчас на орбите находится около 100 спутников ДЗЗ. Следует подчеркнуть, что в настоящее время отмечается устойчивая тенденция все более активного интереса к внедрению технологий комплексного космического мониторинга.

Выделяют два направления получения пространственной информации о земной поверхности из космоса. Это съемка в видимом и инфракрасном диапазонах длин электромагнитных волн (оптико-электронные системы) и съемка в сантиметровом радиодиапазоне (радарные системы). Данные космического мониторинга также разделяют по пространственному разрешению съемочной аппаратуры, по возможности съемки в разных спектральных каналах, возможности стереосъемки, актуальности на текущий момент и т.д.

Космическая съемка активно применяется и для мониторинга ЧС природного и техногенного характера. На текущий момент, в силу ряда технических и экономических причин, используемые в Казахстане системы в полной мере готовы выполнять задачи по мониторингу таких ЧС: степные и лесные пожары, наводнения, нефтяные разливы, засухи.

В АО «Национальный центр космических исследований и технологий» (АО «НЦКИТ») Национального космического агентства Республики Казахстан (НКА РК), на основе информации, получаемой наземными станциями приема космических данных (г. Алматы и г. Астана), уже более 10 лет, практически круглогодично, осуществляется космический мониторинг ЧС на территории Казахстана. С января по май проводится оперативный космический мониторинг схода снежного покрова и прохождения паводковых вод для 7 областей, с середины марта по ноябрь – оперативный космический мониторинг пожаров на всей территории Казахстана, с октября по декабрь – космический мониторинг формирования снежного покрова и зон затопления в среднем течении реки Сырдарья.

Технология мониторинга природных пожаров базируется на комплексном использовании ночных и дневных данных радиометров MODIS и VIIRS, установленных на космических аппаратах TERRA, AQUA и SUOMI NPP, соответственно. По данным тепловых каналов, прошедших предварительную, а затем и специальную тематическую обработку, определяется температура подстилающей поверхности Земли, на основе анализа которой выделяются очаги высоких температур, как потенциальных источников пожаров. Алгоритм выделения очагов высоких температур основан на анализе как самой температуры, полученной по данным тепловых каналов, так и на ее сравнении с температурой ближайшего окружения. В процессе оперативного космического мониторинга пожаров формируются карты очагов пожаров с привязкой к населенным пунктам. Рассчитываются величины выгоревших и пострадавших от пожаров площадей.

Технологии оперативного космического мониторинга схода снежного покрова и прохождения паводковых вод и наводнений основываются на данных радиометров MODIS и VIIRS; на космических данных в видимом и инфракрасном каналах с более высоким пространственным разрешением; на данных радарных систем космического базирования. В процессе оперативного космического мониторинга прохождения паводковых вод создаются обзорные карты состояния снежного и ледяного покрова исследуемой территории, карты состояния водного покрова территории с выделением зон затопления. Для отдельных регионов дополнительно формируются карты и диаграммы динамики водной поверхности крупных водохранилищ.

Учитывая, что значительная часть Каспийского моря относится к Казахстану, то загрязнение поверхности моря нефтепродуктами является значимой проблемой для республики. Основу технологии мониторинга нефтяных загрязнений составляют радиолокационные снимки (спутники RADARSAT-1, 2; TerraSAR-X и другие). Однако существует ряд объективных причин, затрудняющих интерпретацию спутниковых радиолокационных изображений и уверенное выделение на них нефтяных загрязнений, поскольку их радиолокационные образы, особенно при слабом ветре, нелегко отличить от других объектов, имеющих схожие образы. Поэтому для более полного анализа необходимо также привлекать всю доступную космическую информацию, получаемую в инфракрасном и оптическом диапазонах с помощью оптических сканирующих устройств различного разрешения. Эффективность использования указанных средств определяется следующими их характеристиками: чувствительностью к областям выглаживания морской поверхности (поверхностной шероховатости), температурным контрастом и толщиной пленки; пространственным разрешением; периодичностью повторного обзора; оперативностью обработки и доставки информации.

Результаты исследований, проведенных климатологами, свидетельствуют о том, что температурный режим на территории Казахстана изменяется, в основном, в сторону потепления. Повышение температуры наблюдается практически повсеместно и во все сезоны года, отмечается увеличение частоты и повторяемости засух, а также повышение засушливости на территории ряда регионов Казахстана. Для территории республики наступление и развитие засух является наиболее типичной ситуацией природного характера, сопровождающейся резким снижением урожайности сельскохозяйственной продукции (в 2-3 раза), нарушением режима функционирования пастбищ, что наносит значительный экономический ущерб. Основными способами детектирования засух при использовании методов дистанционного зондирования (ДЗ) являются различные индексы вегетации, построенные на значениях красного, ближнего инфракрасного, а также теплового диапазона спектра отражения, позволяющие определить температурные характеристики подстилающей поверхности.

Одним из направлений научно-практической деятельности АО «НЦКИТ» является создание СЦ с использованием программно-аппаратных средств визуализации геопространственных данных, их информационно-аналитическое обеспечение на базе изложенных выше технологий космического мониторинга, цифровых карт и цифровых моделей местности.

Цифровая карта – это двухмерная визуальная модель карты или поверхности Земли, отображаемая с помощью средств компьютерной графики в заданной картографической проекции и обладающая возможностью (в отличие от обычной карты) изменения масштаба отображения и изменения визуально отображаемых деталей. Цифровая карта организована как совокупность слоев (покрытий, карт-подложек). Многослойная организация цифровой карты при наличии механизма управления слоями позволяет объединить и отобразить не только большее количество информации, чем на обычной карте, но существенно упростить анализ пространственных объектов.

Цифровая модель местности (ЦММ) – это совокупность данных (плановых координат и высот) о множестве ее точек. Указанная совокупность может представлять собой отдельно цифровую модель рельефа (ЦМР) и цифровую модель контуров (ЦМК). Цифровая модель рельефа обязательно задается одновременно плановыми координатами и высотами.

В состав разрабатываемого СЦ неотъемлемой частью входит база данных космических снимков. Это систематизированная и постоянно обновляющаяся информация о снимках различного пространственного разрешения, получаемая с существующих и вновь выводимых на орбиту космических аппаратов.

Основой СЦ является географическая информационная система (ГИС) – единое информационное поле анализа, выработки решения и представления результата. Среди задач, которые решает ГИС в составе ситуационного центра ЧС – ситуационный анализ, моделирование развития, прогнозирование кризисных и чрезвычайных ситуаций, планирование мероприятий по противодействию стихийным бедствиям, динамический контроль пространственного положения и соблюдения подразделениями ЧС регламента действий с использованием систем GPS/ГЛОНАСС, планирование размещения объектов, маршрутов, зон ответственности. ГИС позволяют агрегировать данные из разнородных источников в целях достижения «ситуационной осведомленности». От того, насколько эффективно будет представлена информация, зависит качество принятия решений.

Составными элементами информационно-аналитической системы космического мониторинга являются АРМы – автоматизированные рабочие места, которые обеспечивают обработку космических снимков, специализированный анализ геопространственных данных и прогноз развития чрезвычайной ситуации на основе ГИС. К настоящему времени в АО «НЦКИТ» разрабатываются следующие АРМы: «Пожары», «Наводнения», «Засухи», «Погода». В рамках проекта также создан и постоянно совершенствуется web–ГИС портал, который определяется как интернет-приложение, используемое для доступа к распределенным сетевым ресурсам геопространственных данных и геосервисов (поиска, визуализации, редактирования, анализа и т.п.). Он входит, как составная часть, в геоинформационную систему СЦ и позволяет объединить пространственную информацию из различных источников в единую среду совместного использования. Пользователю не требуется специальных программных приложений, доступ к ресурсам осуществляется посредством интернет-браузера.

В техническом плане СЦ – это сложный комплекс, содержащий множество подсистем:
подсистема сбора информации (компьютеры, сервера, базы данных);
подсистема передачи информации (локальная и глобальная сеть, каналы связи);
подсистема анализа и структурирования информации (ситуационный анализ, информационные системы, специализированное программное обеспечение, модели);
подсистема визуализации информации (специализированные программы для визуализации, дисплейные системы, управление выводом информации, озвучивание, интерактивные средства);
подсистема хранения информации (сервера, специализированное оборудование для записи и хранения);
подсистема обеспечения безопасности информации и управления СЦ.

Только слаженная работа всех подсистем СЦ, их оперативное взаимодействие позволит создать эффективный инструмент мониторинга, анализа и прогнозирования чрезвычайных ситуаций. Немаловажным фактором является квалификация специалистов и лиц, принимающих управленческие решения.

Резюмируя сказанное, хотелось бы подчеркнуть, что внедрение технологий космического мониторинга в практику работы органов ЧС Казахстана позволит регулярно отслеживать состояние потенциально опасных объектов, разбросанных по территории республики, своевременно обнаруживать и оценивать риск возникновения ЧС. Это существенно повысит обоснованность и оперативность принятия решений по предупреждению и ликвидации ЧС на республиканском,областном и местном уровнях. Социальная значимость решаемой задачи обусловлена, прежде всего, тем, что объектом исследования являются ЧС, которые оказывают большое влияние на повседневную жизнь, производственную деятельность и здоровье человека.

Текст:

Бекмухамедов Б.Э. – директор ДТОО «Институт космических исследований имени академика У.М. Султангазина», кандидат технических наук;

Каипов И.В. – начальник Отдела ситуационных центров космического мониторинга ДТОО «Институт космических исследований имени академика У.М. Султангазина».

0
Голосов еще нет

Материалы по теме:

Задать вопрос автору