CC BY
38
УДК 556, 004.651
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ ОПЕРАТИВНОЙ ГЕОИНФОРМАЦИИ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ПОСТОВ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА
Михаил Павлович Шагаев
Сибирский центр ФГБУ «НИЦ "Планета"», 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Советская, 30, ведущий электроник отдела НИР; Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (913)935-26-99, e-mail: shagaev@rcpod.ru
Екатерина Николаевна Кулик
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-08-66, e-mail: e.n.kulik@ssga.ru
В статье рассмотрен пример решения по формированию базы данных геоинформации, получаемой в оперативном режиме с гидрологических постов, а также предложены методы визуализации информации. Приведены примеры графического и картографического отображения данных.
Ключевые слова: база данных, мониторинг гидрологической обстановки, гидрологический пост.
AUTOMATED DATABASE FORMATION VIA OPERATIONAL GEODATA OBTAINED ON SIBERIAN FEDERAL DISTRICT HYDROMETRIC STATIONS NET
Mikhail P. Shagaev
Siberian Center FGBU «SRC "Planeta"», 630099, Russia, Novosibirsk, Sovetskaya st., 30, Leading Electronic Engineer of R&D Department; Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo st., 10, Master student of Physical Geodesy and Remote Sensing Department, tel. (913)935-26-99, e-mail: shagaev@rcpod.ru
Ekaterina N. Kulik
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo st., 10, Ph. D., Associate Professor of Physical Geodesy and Remote Sensing Department, tel. (383)361-08-66, e-mail: e.n.kulik@ssga.ru
The article describes an example of the database formation by operational hydro-post geo-information, as well as the visualization methods of such data. Graphic and cartographic data forms are presented.
Key words: database, hydrological monitoring, hydrometric station.
ВВЕДЕНИЕ
Паводки и наводнения - это стихийные бедствия, охватывающие большие территории и превосходящие по наносимому ущербу суммарный урон от других чрезвычайных ситуаций. Одной из основных причин, приводящих к масштабным потерям от половодий в России, можно назвать отсутствие достоверных прогнозов развития затопления территорий.
Моделирование затопления территории в периоды половодий дает возможность оценить общую гидрологическую обстановку, связанную с инженерно-гидрологическими особенностями территории. Для создания достоверного гидрологического прогноза необходимо опираться на правдоподобную гидрологическую модель, а также использовать все доступные данные о состоянии паводковой обстановки, от данных дистанционного зондирования Земли до данных с гидропостов (ГП). В данной работе был создан инструмент для удобного анализа и визуализации данных, поступающих с гидропостов Сибирского федерального округа (СФО).
Цель работы состоит в разработке инструмента для оценки гидрологической ситуации по данным, поступающим с гидропостов.
1. ГИДРОПОСТЫ СФО
Система гидрологических постов - это сеть пунктов гидрологических наблюдений, предназначенная для сбора данных о состоянии водных объектов. Гидрологические посты осуществляют изучение гидрологического режима водных объектов, измерение количественных и качественных гидрологических характеристик. Все посты работают по единым программам, принятым в системе Росгидромета. Помимо российской сети гидропостов, существует глобальная сеть постов. Основным официальным гидрологическим постам мира присвоены гидрологические коды.
Данные, полученные с ГП, обрабатываются и записываются в гидрологический бюллетень. Бюллетень содержит данные об уровне и температуре воды, температуре воздуха, информацию об осадках и т.д. (рис. 1).
Рис. 1. Фрагмент гидрологического бюллетеня за 14 июля 2015 года
Несмотря на важность данных, получаемых с ГП, в последние годы объём и качество производимых гидрологических наблюдений на сети постов были неудовлетворительными. Практически во всех управлениях Гидрометеослужбы (УГМС) имелись посты, на которых наблюдения не производились или производились с отступлениями от требований и планов работ. Причины в последние два десятилетия неизменны - полностью износившийся парк стандартных приборов и оборудования, требующий постоянного ремонта, отсутствие плавательных средств и автотранспорта.
2. АРХИТЕКТУРА БАЗЫ ДАННЫХ
С помощью программы MySQL server 5.0 был создан прототип базы данных, состоящей из трёх связанных друг с другом таблиц. Таблицы содержат общие сведения о реках и постах, а также гидрологическую информацию, поступающую в актуальных бюллетенях гидропостов.
Для наполнения хранилища и, собственно, формирования архива данных был создан программный модуль, реализующий автоматическое считывание информации из оперативных гидрологических бюллетеней с автоматической записью её в соответствующие таблицы базы данных.
База данных состоит из трех таблиц, которые называются data table, Posts и Rivers. Структура и форматы полей таблиц представлены на рис. 2.
Rivers -- Posts data table
Id integer Id integer Id int
river_Name varchar riverjd integer Post Id int
post_name varchar Date date
Lat float Level int
Lor float delta level int
istok integer rains float
и stye integer Wattemp float
max val float Airtemp int
Zero Level float Event varchar
Start date lce_Situtation varchar
Рис. 2. Описание структуры таблиц
В таблице Rivers содержится информация о реках и водоёмах, на которых находятся гидропосты.
Таблица Posts содержит общую информацию о гидропостах. Ниже представлены характеристики гидропостов, разделенные на группы:
- главная информация (название, тип водного объекта);
- местоположение (координаты, положение относительно устья и истока);
- отметки (нуль поста);
- статистика (пики уровней);
- дополнительная информация (даты открытия, любая другая информация).
Таблица data table содержит данные с ГП, разделенные на следующие категории:
- основная информация (уровень воды, температура воды и воздуха);
- данные об осадках;
- отметки и комментарии (данные о ледовых явлениях, события на ГП).
3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ
Для получения информации из базы данных можно использовать как непосредственно SQL-запросы в оболочке MySQL server так и рабочий проект программного комплекса ArcGIS.
Для отображения информации в проекте ArcGIS, была реализован программный модуль на языке Python. Программа формирует SQL запросы и получает необходимую информацию из базы данных, на основании которой формируются вспомогательные сводные таблицы. Эти таблицы используются проектом ArcGIS непосредственно для графического отображения информации. В отличие от тривиального табличного представления данных, ArcGIS предлагает широкие инструментальные возможности наглядной визуализации пространственной составляющей информации, получаемой с гидропостов.
Средства моделирования и пространственного анализа помогают совмещать гидрологическую информацию с планом местности, растровыми подложками космических снимков; арсенал цифровой картографии повышает информативность картосхем с помощью подписей и условных знаков, диаграмм уровня воды и температуры.
В рабочем проекте ArcGIS представление данных реализуется двумя способами:
- с помощью диаграмм, отображающих данные об уровне и/или температуре воды на определённом пункте за выбранный период (рис. 4);
- с помощью отображения объектов разных классов на карте. Так на карту могут быть нанесены пространственные объекты: точечные (посты, города), линейные (реки), площадные (моря и озёра); а также информационные объекты (диаграммы уровней воды за определённые дни и прочее) (рис. 3).
Рис. 3. Представление данных гидропостов в проекте ArcGIS.
См гидропост "Спирино"
700 т-
Рис. 4. Графическое представление данных ГП «Спирино» за 2013 год
Информация с гидропостов, представленная в картографическом виде поможет даже неподготовленному пользователю наглядно и достоверно оценить паводковую обстановку в регионе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для прогнозирования и мониторинга паводковой обстановки необходимо получать данные наблюдений с гидропостов в доступной для анализа форме. Реализованное приложение позволяет информативно представить сведения гидрологических бюллетеней и провести адекватную оценку паводковой обстановки в определённый период. Пополняемый архив созданной базы данных является полезным и необходимым инструментом для создания адекватной гидрологической модели местности.
Отдельно необходимо отметить, что количество гидропостов в России с каждым годом уменьшается, а приборы на работающих станциях устаревают. И если на крупных реках и водохранилищах достаточно функционирующих станций, то на средних и малых реках ощущается их недостаток. Подобная тенденция тормозит процесс создания адекватных гидрологических моделей, а
также значительно усложняет оперативный мониторинг состояния рек.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шагаев М. П., Кулик Е. Н. Оценка возможностей использования данных прибора MODIS для мониторинга паводковой обстановки на примере паводка на реке Чулым весной 2014 года // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). -Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 1. - С. 53-59.
2. Обзор состояния системы гидрологических наблюдений, обработки данных и подготовки информационной продукции в 2014 году / Авторский коллектив сотрудников ФГБУ «ГГИ») - Санкт-Петербург, 2015.
3. Временные методические указания по использованию информации доплеровского метеорологического радиолокатора ДМРЛ-С в синоптической практике / Авторский коллектив сотрудников ФГБУ «ЦАО» - Москва, 2014.
© М. П. Шагаев, Е. Н. Кулик, 2016
