Информационно-вычислительная система оперативного мониторинга окружающей среды территории и прогнозирования источников природных ЧС

Лагутин А.А.; Шмаков И.А.

УДК 004.67; 004.75; 520.626.05

А.А. Лагутин, И.А. Шмаков, Ал.А. Лагутин

ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ТЕРРИТОРИИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПРИРОДНЫХ ЧС

Предлагается структура информационно-вычислительной системы для обеспечения исследователей и органов управления оперативной и прогностической информацией по состоянию окружающей среды территории на основе данных спутниковых приборов и региональных климатических моделей.

Ключевые слова: оперативный мониторинг, прогнозирование чс, информационная система, спутниковые технологии, климатические модели.

Герриториальная ГИС оперативного мониторинга окружающей природной среды включает интегрированный комплекс технологий сбора, хранения и обработки данных, а также компьютерных средств реализации алгоритмов и моделей объектов/явлений, средств визуализации полученной информации.

Сегодня реализовано большое количество ГИС-проектов, связанных с проблемой мониторинга окружающей среды и климата. Обзор работ этого направления по территории Алтайского края, например, можно найти в [1]. Вместе с тем, авторам не известны реализованные проекты, обеспечивающие исследователей и органы управления территорий оперативной и прогностической информацией, основанной на количествен-ных данных о состоянии атмосферы и подстилающей поверхности.

Цель данного доклада — обсуждение информационновычислительной системы оперативного мониторинга территории, позволяющей обеспечить исследователей и органы управления оперативной спутниковой и прогностической информацией о состоянии территории, а также способствующей выявлению возможных источников природных ЧС, оценке связанных с ними рисков и принятию управленческих решений.

В [2—4] отмечалось, что оперативные данные по территории с необходимым для решения задач мониторинга пространственным разрешением могут быть получены с использованием спутниковых

приборов, что предполагает включение в систему технических средств приема спутниковых данных и вычислительных комплексов для их последующей обработки. Для установления источников природных ЧС необходимо обеспечить также усвоение прогностических данных региональной численной модели прогноза погоды.

Объем и разнородность данных, подлежащих хранению в такой системе, а также необходимость выполнения их поиска в автоматическом режиме, в том числе и на удаленных ресурсах, предполагает использование специализированного ПО для хранения данных и ведения каталогов ассоциированных с ними метаданных.

Наконец, задачи обеспечения взаимодействия между компонентами системы, между системой и внешним по отношению к ней программным обеспечением, а также между системой и удаленными архивами данных, приводит к необходимости разработки ПО, выполняющего согласование форматов, поиск и усвоение данных внешних источников.

Предлагаемая авторами информационно-вычислительная система оперативного мониторинга окружающей среды и прогнозирования источников природных ЧС, представленная на рисунке, состоит из следующих основных подсистем:

• хранения данных («архив») — обеспечивает функции хранения данных и связанных с ними метаданных, возможно-сти поиска; интерфейсные программы обеспечивают двусто-ронние связи этой системы со всеми другими подсис-темами, а также связь с пользователем (пользовательские интерфейсы просмотра метаданных, поиска и получения данных, проверки целостности, учета резервных копий) и удаленными ресурсами (интерфейсы: усвоения, публикации и распространения дан-ных, доступа к распределенной системе каталогов метадан-ных);

1. приема спутниковых данных — включает в себя технические средства (антенну, станцию и управляющее ПО), обеспечивающие прием спутниковых данных; в разработанной версии системы используются оперативные данные спектрорадиометров MODIS/Terra и MODIS/Aqua, зондирующего комплекса

AIRS/Aqua и СВЧ-радиометра AMSR-E/Aqua (на рисунке не показан);

• оперативного спутникового мониторинга — выполняет обработку спутниковых данных, извлекаемых из архива; включает в себя ряд вычислительных комплексов, таких как, например, SeaDAS, PGE 03, PGE 11-12, PGE 22-23, PGE 33-35, IMAPP/AIRS; интерфейсные программы обеспечивают передачу результатов в архив, преобразование метаданных из используемых вычислительными комплексами форматов (например, ODL) в формат системы, а также перевод данных на регулярную сетку (где необходимо);

• прогнозирования — обеспечивает систему прогностическими данными, используемыми как непосредственно при оценке рисков ЧС и формировании рекомендаций, так и для оперативной обработки спутниковых данных, поиска подходящих для получения снимков высокого разрешения, и т. д.; в настоящей версии системы используется численная модель прогноза погоды ММ5 (версии 3.7), созданная в Национальном центре атмосферных исследований (США) совместно с Пенсильванским университетом;

• пространственного анализа и подготовки рекомендаций — отвечает за создание тематических продуктов по имеющимся в архиве данным;

• представления — включает пакеты, реализующие интерактивные и неинтерактивные средства визуализации данных (GRASS, MapServer, GMT, и т. д.).

В докладе обсуждаются подходы и созданные авторами пакеты, обеспечивающие взаимодействие между компонентами системы, между системой и пользователем. Приводятся примеры использования системы при проведении оперативного мониторинга окружающей среды на территории Алтайского края, мониторинга и прогнозирования ряда опасных метеорологических явлений.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Широкова С.Л. Основы построения ГИС управления природопользованием. Барнаул: Изд-во Алт-го ун-та, 2003. 188 с.

2. Лагутин А. А., Никулин Ю. А., Жуков А. П. и др. Математические технологии оперативного регионального спутникового мониторинга характеристик атмосферы и подстилающей поверхности. 4.1.MODIS // Вычислительные технологии. 2007. Т. 12, № 2. С. 67 — 89.

3. Лагутин А. А., Никулин Ю. А., Лагутин Ал. А и др. Математические технологии оперативного регионального спутникового мониторинга характеристик атмосферы и подстилающей поверхности. Ч.2. AIRS // Вычислительные технологии. 2007. Т. 12, № 5. С. 78 — 102.

4. Лагутин А. А., Лагутин Ал. А., Шмаков И. А. и др. Специализированная ГИС оперативного мониторинга окружающей среды территории и прогнозирования источников природных ЧС // Вычислительные технологии. 2007. Т. 12, спец. выпуск 3. С. 54 — 64. ВТШ

Lagutin A.A., Shmakov I.A., Lagutin Al.A.

INFORMATION-COMPUTATIONAL SYSTEM FOR NEAR EAL-TIME MONITORING OF THE ENVIRONMENT OF TERRITORY AND PREDICTION OF THE SOURCES OF NATURAL DISASTERS.

A structure of information-computational system providing near real-time data and forecasts for the environment of a territory to research and decision-making users, based on the satellite and regional climatic models data, is suggested.

Key words: near real-time monitoring, disasters prediction, informational system, satellite technologies, climatic models.

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------

Лагутин Анатолий Алексеевич - доктор физико-математических наук, профессор; [email protected];

Шмаков Иван Александрович - аспирант; [email protected];

Лагутин Алексей Анатольевич - кандидат технических наук, научный сотрудник; [email protected];

ГОУ ВПО "Алтайский государственный универитет", г. Барнаул.

А

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Лагутин А. А., Шмаков И. А.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Лагутин А. А., Шмаков И. А.