Геоинформационная технология актуализации данных территориального деления лесного фонда для мониторинга пожарной опасности Текст научной статьи по специальности «Физика»

А. С. Подольская

младший научный сотрудник лаборатории мониторинга лесных экосистем Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, г. Москва, Россия

Д. В. Ершов

канд. техн. наук, заведующий лабораторией мониторинга лесных экосистем Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, г. Москва, Россия

УДК 528.9

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ДАННЫХ ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ДЕЛЕНИЯ ЛЕСНОГО ФОНДА ДЛЯ МОНИТОРИНГА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

В границах зон ответственности лесохозяйственных предприятий и специализированных учреждений авиационной охраны лесов субъектов РФ происходят ежегодные изменения (организация новых, упразднение старых, разукрупнение или объединение авиаподразделений и лесохозяйственных предприятий; отнесение территории лесного фонда к зонам мониторинга), осложняющие корректную пространственную идентификацию детектированных по спутниковым данным очагов лесных пожаров. Для ежегодной актуализации данных территориального деления лесного фонда до наступления пожароопасного сезона спроектирована и разработана специализированная геоинформационная технология. Приводится описание базовых блоков геоинформационной технологии актуализации данных, включая создание цифровых растровых карт, сбор информации об изменениях, внесение изменений, контроль данных, формирование тематических материалов, передачу актуализированных данных в систему мониторинга.

Ключевые слова: зоны мониторинга, лесной фонд, геоинформационная технология, лесные пожары.

В границах зон ответственности лесохозяйственных предприятий и специализированных учреждений авиационной охраны лесов субъектов РФ происходят ежегодные изменения, которые можно объединить в несколько групп: организация новых, упразднение старых, разукрупнение или объединение авиаподразделений и лесохозяйственных предприятий; отнесение территории лесного фонда к космической, авиационной или наземной зоне мониторинга.

Введем понятие "данные о границах территориального деления (ТД) лесного фонда", под которыми будем понимать данные о границах лесохозяйст-венных предприятий, авиационных подразделений и зон мониторинга пожарной опасности, а также связанные с ними атрибутивные и справочные данные.

Данные о границах ТД лесного фонда используются в блоке мониторинга пожарной опасности Информационной системы дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства (ИСДМ-Рослесхоз) — аэрокосмической системы федерального уровня, включающей наземные наблюдательные пункты, воздушные патрули и космические средства слежения за лесными пожарами [1]. Относительно границ территориального деления лесного фонда осуществляется пространственная идентификация детектированных по спутниковым данным очагов лесных пожаров. Происходящие еже-

годно изменения границ ТД требуют учета в структуре ИСДМ-Рослесхоз.

Для ежегодной актуализации данных территориального деления лесного фонда до наступления пожароопасного сезона спроектирована и разработана специальная геоинформационная технология.

1. Разработка геоинформационной технологии актуализации данных территориального деления лесного фонда

На основании результатов проведенного анализа и обобщения ГИС-технологий лесоустроительных предприятий определен состав базовых блоков геоинформационной технологии актуализации данных ТД лесного фонда: создание цифровых растровых карт, сбор информации об изменениях данных ТД, внесение изменений, контроль данных, формирование тематических материалов, передача актуализированных данных (рис. 1) [2].

Базовые блоки технологии территориально распределены по нескольким организациям, участвовавшим в разработке и обеспечивающим функционирование ИСДМ. Создание растровых карт осуществляется в ФГУ "Авиалесоохрана". Сбор информации об изменениях данных ТД проводится посредством АЬЬ-интерфейсов, размещенных на сервере ИСДМ-Москва в Институте космических

Рис. 1. Блок-схема технологии актуализации данных ТД лесного фонда

исследований (ИКИ РАН). Функционирование остальных блоков технологии осуществляется в Центре по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (УРАН ЦЭПЛ РАН). Детально рассмотрим каждый базовый блок разработанной геоинформационной технологии.

Создание растровых карт. Для того чтобы сократить время на создание карт и формализацию их содержания и оформления, была проведена автоматизация процесса создания растровых карт. Благодаря сокращению количества выполняемых пользователем операций и включению в процесс кар-тосоставления дополнительных функций удалось достигнуть поставленных целей.

В качестве программного обеспечения создания растровых карт была выбрана геоинформационная система ArcView GIS 3.x и проведено расширение ее функциональных возможностей путем реализации дополнительных программных модулей (скрип-

тов), написанных на объектно-ориентированном языке программирования Avenue.

Для проекта-шаблона под управлением ArcView было написано пять взаимодействующих программных модулей: создание видов с предопределенным набором общегеографических и тематических цифровых слоев для создания карт просмотра и внесения изменений; определение параметров проекции; построение координатной сетки; расстановка подписей элементов общегеографического и тематического содержания; подготовка листа компоновки карты к растеризации.

При растеризации выбор формата хранения карт осуществлялся исходя из распространенности файловых форматов, определения наилучшего соотношения размер - качество и минимизации объема для передачи карт по сети Интернет.

Перспективой модернизации блока создания цифровых растровых карт является обеспечение его работы под управлением ArcGIS 9.x.

Сбор информации об изменениях данных ТД лесного фонда осуществляется посредством сети Интернет и заключается во взаимодействии с уполномоченными органами исполнительной власти субъектов РФ в области лесного хозяйства [3]. Последовательность сбора информации состоит из четырех этапов (рис. 2):

I — просмотр материалов по состоянию данных о границах ТД лесного фонда субъекта за прошедший пожароопасный сезон, осуществляемый на созданных и размещенных на сервере ИСДМ-Москва Web-интерфейсах. Материалы включают: справочники лесничеств и авиаподразделений; растровые карты границ ТД, созданные в рамках первого базового блока; формы регистрации, содержащие обобщенные и классифицированные по типам изменения;

II — отображение изменений региональными органами лесного хозяйства в случае обнаружения несоответствия между материалами за прошедший пожароопасный сезон и современным состоянием данных о границах ТД согласно разработанной инструкции;

III — передача информации об изменениях в границах территориального деления лесного фонда субъекта обратно на сервер ИСДМ;

IV — получение информации об изменениях из субъекта РФ.

Внесение изменений осуществляется в три типа данных: границы территориального деления, атрибутивные данные слоя границ ТД, справочники лесничеств и авиаподразделений. С учетом специфики и взаимосвязанности данных спроектированы

и разработаны ГИС-интерфейсы внесения изменений, функционирующие под управлением геоинформационной системы мониторинга лесных пожаров (ForsGIS — Fire Objects and Remote Sensing GIS), входящей в состав ИСДМ [4].

Функциональные возможности интерфейса редактирования справочников, помимо стандартных операций создания, удаления записей и сохранения изменений, включают контроль данных. Интерфейс внесения изменений в границы и атрибуты располагает всеми необходимыми и достаточными операциями пространственного редактирования.

Контроль данных. Моделирование вероятных ошибок при внесении изменений в атрибутивную и справочную информацию позволило разработать приемы контроля данных и комплекс программных мер для выявления пользовательских ошибок [5]. Выделено два вида контроля данных — контроль кодов и названий.

Контроль кодов происходит по трем уровням — ограничение длины кода, контроль разрешенных символов и состава кода. Контроль названий заключен в проверке разрешенных символов и первой буквы названия. Дополнительным видом контроля является выявление дублированных записей.

Комплекс программных модулей контроля данных интегрирован в ГИС-интерфейсы редактирования атрибутов и справочников.

Формирование тематических материалов

заключается в создании отдельных слоев границ лесничеств, авиаподразделений, авиабаз и зон мониторинга. В рамках блока применяется метод

Сервер ИСДМ

Сервер ИСДМ

Этап I

Этап II

Этап III

Этап IV

Рис. 2. Последовательность сбора информации

Рис. 3. Тематический слой границ зон мониторинга на территории РФ и Забайкальского края на пожароопасный сезон 2009 г.

нормализации для получения табличных структур, в которых каждое из лесничеств, авиаподразделений, авиабаз или зон мониторинга появляется однократно, т. е. исключается избыточность информации [6].

Заключительным блоком технологии является передача актуализированных данных в ИСДМ, базовые блоки технологии и многолетний архив данных. Переданные в ИСДМ данные используются в блоках мониторинга пожарной опасности, ле-сопатологии и в ГИС мониторинга лесных пожаров. Актуализированные данные поступают в три базовых блока технологии: создание растровых карт, сбор информации об изменениях и внесение изменений. Многолетний архив данных территориального деления создается с целью их применения в различных научных исследованиях.

2. Эксплуатация разработанной геоинформационной технологии

В рамках подготовительного этапа эксплуатации данной технологии было проведено обучение пользователей работе с двумя базовыми блоками —

создания растровых карт и сбора информации об изменениях.

Для проведения сбора информации об изменениях были созданы цифровые растровые карты границ лесохозяйственных предприятий, авиаподразделений и зон мониторинга на территории субъектов Российской Федерации.

С помощью данной технологии был проведен полный технологический цикл актуализации данных ТД к пожароопасному сезону 2009 г. Актуализированные данные переданы в ИСДМ. На рис. 3 представлен один из результатов работы технологии — тематический слой границ зон мониторинга. Эксплуатация технологии показала необходимость и достаточность состава и содержания базовых блоков.

Разработанные инструкции, интерфейсы сбора и внесения изменений, цифровой векторный слой границ территориального деления лесного фонда, тематические материалы используются в блоке мониторинга пожарной опасности ИСДМ и производственном процессе в Центре по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН и ФГУ "Авиа-лесоохрана".

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ершов, Д. В. Российская система дистанционного мониторинга лесных пожаров / Д. В. Ершов, Г. Н. Коровин, П. П. Шуляк, Н. Б. Дворкина, К. А. Ковганко, П. В. Петров, Е. А. Лупян, А. А. Мазуров, А. А. Прошин, Е. В. Флитман, С. А. Барталев, С. А. Тащилин, Н. А. Абушенко, А. И. Беляев, Л. А. Рыбникова //ArcReview. — 2004. — №4. — С. 21-23.

2. Подольская, А. С. Геоинформационная технология обновления границ лесхозов и авиаотделений для решения задач аэрокосмического мониторинга лесных пожаров / А. С. Подольская, Д. В. Ершов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса : сборник научных статей. — М. : ООО "Азбука-2000", 2006. — Вып. 3. — Т. I. — С.366-372.

3. Подольская, А. С. Система сбора и предварительной обработки информации об изменениях в геоинформационной технологии обновления границ лесхозов и авиаотделений / А. С. Подольская, В. А. Малинников // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. — М., 2007. — №4. — С. 114-120.

4. Барталев, С. А. Разработка ГИС мониторинга лесных пожаров в России на основе ArcView GIS 3.0 и глобальной сети INTERNET / С. А. Барталев, А. И. Беляев, Д. В. Ершов, Н. В. Зукерт, Г. Н. Коровин, В. В. Кошелев, Е. А. Лупян, Л. А. Рыбникова, Е. П. Сурикова, П. П. Шуляк // ARCREVIEW. — 1998. — № 1(4). — С. 6-7.

5. Подольская, А. С. Методы контроля данных при обновлении границ лесхозов и авиаотделений для решения задач аэрокосмического мониторинга лесных пожаров / А. С. Подольская, Д. В. Ершов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса : сборник научных статей. — Вып. 4. — Т. II. — М. : ООО "Азбука-2000", 2007. — С. 290-296.

6. Иванников, А. Д. Геоинформатика/А. Д. Иванников, В. П. Кулагин, А. Н. Тихонов, В. Я. Цветков. — М. : МАКС Пресс, 2001. — 349 с.

Материал поступил в редакцию 29 сентября 2009 г.

© Подольская А. С., Ершов Д. В., 2010 г. (e-mail: [email protected], [email protected]).