CC BY
11
УДК 528.942
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВОЙ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ПОЖАРОВ НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА БАРНАУЛА АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Мария Владимировна Карманова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант, тел. (913)087-70-01, e-mail: karmmv@yandex.ru
Дарья Константиновна Помыткина
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, обучающийся, тел. (953)879-48-67, e-mail: pomytkina.dash@yandex.ru
Ольга Дмитриевна Малахова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, обучающийся, тел. (913)452-90-17, e-mail: malash@yandex.ru
В статье раскрывается проблематика выявления причин возникновения техногенных пожаров в муниципальных образованиях субъектов РФ. В качестве решения предложена разработка цифровой картографической системы, в которой будут храниться, накапливаться и обрабатываться разнообразные данные о географических, климатических, социальных и прочих характеристиках населенных пунктов и районов субъектов РФ. В качестве метода визуализации полученных данных предложена разрабатываемая в рамках данного исследования динамическая кросс-кластерная информационная модель геопространства.
Ключевые слова: цифровая картографическая система, картографический анализ, динамическая кросс-кластерная информационная модель геопространства, 3D-модель, техногенный пожар, комплексный анализ.
USE OF DIGITAL MAPPING SYSTEMS FOR THE ANALYSIS OF THE CAUSES OF ANTHROPOGENIC FIRES ON THE EXAMPLE OF THE CITY OF BARNAUL IN ALTAI REGION
Maria V. Karmanova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D. Student, phone: (913)087-70-01, e-mail: karmmv@yandex.ru
Daria К. Pomytkina
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Student, phone: (953)879-48-67, e-mail: pomytkina.dash@yandex.ru
Olga D. Malakhova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Student, phone: (913)452-90-17, e-mail: malash@yandex.ru
The article reveals problems of identifying the causes of the emergence of man-made fires in the municipalities of the subjects of the Russian Federation. As a solution, the development of a digital cartographic system in which various data on geographical, climatic, social and other characteristics of settlements and districts will be stored, accumulated and processed is proposed. As a
method of visualization of the obtained data, a dynamic cross-cluster model developed in the framework of the study is offered.
Key words: digital cartographic system, cartographic analysis, dynamic cross-cluster geospa-tial information model, technogenic fire, 3D-model, complex analysis.
Введение
Ежегодно на территории Российской Федерации происходят десятки тысяч техногенных пожаров [1]. Согласно статистическим данным, опубликованным на официальном сайте МЧС России [2], только в период с января по сентябрь 2017 года, было зарегистрировано 94 911 пожаров (табл. 1).
Таблица 1
Сведения о пожарах и их последствиях за январь-сентябрь 2017 г. на территории Российской Федерации
Количество пожаров, единиц 94 911
Прямой материальный ущерб от пожаров, тыс. руб. (в целых) 11 120 775
Погибло при пожарах, человек 5 226
Травмировано при пожарах, человек 6 742
Уничтожено строений (единиц) 25 894
Повреждено строений (единиц) 61 168
Согласно документам стратегического планирования развития МЧС России до 2030 года, представленным Главой МЧС России Владимиром Пучковым президенту РФ Владимиру Путину 25 декабря 2017 года [3], в ближайшие годы благодаря разрабатываемым программам и исходя из положительной динамики предыдущих лет ожидается снижение количества пожаров по сравнению с 2016 годом не менее чем на 15 %, а количества погибших на пожарах на 35 % [1].
Добиться снижения числа пожаров можно проведением превентивных мероприятий, направленных на предупреждение причин их возникновения. Техногенный пожар, в отличии от природного, тесно связан с деятельностью человека [4, 5]. К техногенным пожарам относятся и возгорания в частных жилых домах, вызванные нарушениями правил эксплуатирования печного отопления, и пожары на взрывопожароопасных объектах из-за нарушений технологии производственного процесса или правил хранения пожароопасных веществ. Даже природная стихия может стать причиной техногенного пожара (например, попадание молнии в электрооборудование).
Общее число пожаров в РФ суммируется по результатам данных, поступающих из муниципальных образований субъектов РФ с разнообразными физико-географическими, экономическими и социальными характеристиками:
- климатические и географические особенности,
- плотность населения,
- площадь территории,
- характер застройки жилых кварталов населенных пунктов,
- степень изношенности коммуникаций,
- количество пожарных частей и оснащенность их специальным оборудованием,
- удаленность от пожарных частей и т. д.
Все эти характеристики составляют единую систему геопространства чрезвычайной ситуации, в котором возникает техногенный пожар.
Разнообразие данных требует комплексного подхода для их хранения и анализа. Большая часть исследований в области выявления закономерностей возникновения пожаров опирается на математические методы (примером являются работы [6, 7]). Но необходимость одновременного хранения статистической информации, семантических и геопростраственных данных заставляет выйти за рамки математических формул. Наиболее удобным способом, позволяющим не только анализировать данные, но и визуализировать их, является создание цифровой системы картографического обеспечения (далее - ЦСКО) в ГИС. Подобная ЦСКО позволит исследовать проблему возникновения техногенных пожаров в населенных пунктах и районах субъектах РФ, используя метод картографического анализа.
Цель данного исследования - разработка ЦСКО и методики выявления причин возникновения техногенных пожаров на уровне муниципального образования (городской округ, район субъекта РФ) на основе данных, хранящихся в ЦСКО.
Объект исследования - ЦСКО для работы органов повседневного управления звена Российская единая система предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) муниципального (локального уровня).
Предмет исследования - научно-методические основы и базовые технические решения создания, использования и редактирования ЦСКО и динамической кросс-кластерной цифровой информационной модели геопространства чрезвычайной ситуации.
Экспериментальная часть исследования проводится на примере работы Единой дежурно-диспетчерской службы (ЕДДС) Муниципального казенного учреждения «Управление по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям г. Барнаула» (УГОЧС и ПБ г. Барнаула).
Основные задачи исследования:
- организовать сбор, хранение и накопление статистической информации о техногенных пожарах, произошедших на территории городского округа - города Барнаула: геопространственные данные - в слоях в формате *.БИр, семантические данные - в электронных таблицах (так как максимальное число пожаров в городе не превышает 40 случаев в месяц, достаточно использовать таблицы МБ Ехсе1);
- на основе статистической информации выявить основные причины возникновения пожаров и объекты возгорания в г. Барнауле;
- определить основные элементы системы факторов, влияющих на возникновение техногенных пожаров, составить перечень слоев и таблиц для ЦСКО;
- сформулировать принципы построения динамической кросс-кластерной цифровой информационной модели геопространства, наглядно демонстрирующей условия возникновения техногенных пожаров во времени и пространстве.
Методы и материалы
Основным источником данных обо всех техногенных пожарах, возникающих на территории Барнаула является оперативная сводка, ежесуточно предоставляемая подразделениями государственной противопожарной службы в ЕДДС УГОЧС и ПБ г. Барнаула. Из полученных данных формируется табл. 2.
Таблица 2
Форма хранения данных о техногенных пожарах
Код пожара Дата/время сообщения о пожаре Дата/время ликвидации открытого горения Район города Адрес Объект Предварительная версия пожара
180110 23.03.2018 4:47:00 23.03.2018 5:07:00 Центральный пер. Стартовый, 5 частный жилой дом поджог
Для формирования БИр-слоя используется свободная географическая информационная система с открытым кодом QGIS. Слой «Пожары» содержит только точечные объекты, для которых в таблице слоя хранится только одно значение - «ГО» (рис. 1).
Рис. 1. Заполнение атрибутивной информации для объектов слоя «Пожары»
Данные о пожарах будут подгружаться к слою из табл. 2 через связь полей «ID» - «Код пожара» непосредственно в программе QGIS, так как она позволяет связывать таблицу слоя с таблицами MS Excel. При необходимости можно использовать различные реляционные СУБД, например, PostgreSQL.
Слой «Здания» содержит информацию об адресе дома, его этажности и материале стен (рис. 2). При этом все объекты слоя «Здания» также содержат только одно значение - «ID», а данные хранятся в различных таблицах реляционной базы данных (рис. 3). За счет этого обеспечивается «масштабируемость» ЦСКО.
Рис. 2. Данные об объектах слоя «Здания»
Рис. 3. Связь слоя «Здания» с таблицей «Здания», связанной в свою очередь
с таблицей «Улицы» в программе QGIS
Так, например, объекты слоев, для которых необходимо указать адрес, получают его из таблиц реляционной базы данных, что исключает дублирование информации (рис. 4).
Рис. 4. Получение объектами слоя «Пожарные части» информации об адресе их базирования в реляционной базе данных через таблицу «FireStatюn»
Возможности QGIS позволяют создавать достаточно сложные проекты, при этом, не используя дорогостоящего программного обеспечения. Для создания географической основы цифровой карты используются данные открытых ресурсов, таких как 2ГИС, Публичная кадастровая карта, спутниковые снимки ESRI ArcGIS, OpenTopoMap.org и многих других, которые можно подгружать непосредственно в проект QGIS, используя модуль QuickMapServices.
Важным источником информации об объектах местности является работа оперативных групп и ЕДДС УГОЧС и ПБ г. Барнаула: оперативные донесения, видео- и фотосъемка мест происшествия.
Для того, чтобы проследить влияние погоды на пожароопасную обстановку в городе, ежедневно ведется «дневник погоды». Данные также берутся из открытых источников с метеостанции, расположенной в черте городского округа: широта 53о,43 , долгота 83°,52', высота над уровнем моря 185 м. Измерения производятся 8 раз в сутки, каждые 3 часа, что дает возможность получать информацию не только о ежедневном изменении температуры воздуха, но и сравнивать колебания температуры воздуха в течение одних суток. На рис. 5 показан график температуры воздуха в Барнауле в январе 2018 года.
Рис. 5. График температуры воздуха в Барнауле в январе 2018 года
52
Результаты
На данный момент исследование находится на той стадии, когда определены цели и задачи. Формирование таблицы «Пожары» идет в двух направлениях:
- ретроспективном - внесение данных из оперативных сводок о пожарах, архивах погоды с метеостанции предыдущих лет, анализ информации;
- прогрессивном - накопление новых данных и построение алгоритмов прогнозирования увеличения числа техногенных пожаров.
Разработка ЦСКО находится на стадии анализа данных, необходимых для создания цифровой картографической основы и реляционной базы данных.
В качестве программного обеспечения выбрана программа QGIS 3.0 в сочетании с PostgreSQL.
Разрабатывается система условных обозначений для объектов слоев.
Обсуждение
Анализ данных за период январь-март 2018 года позволяет выдвинуть ряд гипотез, верность которых и предстоит подтвердить или опровергнуть, используя данные, размещаемые в ЦСКО.
Наибольшее число пожаров в зимнее время возникает в частном секторе. Это ожидаемый результат, подтвержденный статистикой [1,2]. Также существуют предпосылки утверждать, что с усилением холодов увеличивается и число пожаров, так как топить печи начинают интенсивнее. Но неожиданный результат был получен при сравнении суточных колебаний температуры. При незначительных колебаниях ночных и дневных температур количество пожаров за исследуемый период не увеличивалось, но в периоды, когда несколько дней подряд дневная температура отличалась от ночной на 10-15 градусов, число пожаров возрастало. Для более детального изучения данного аспекта было решено не просто отмечать пожары на карте, но и ввести классификацию по объекту возгорания (что именно горело). Помимо частного сектора в период перепадов ночных/дневных температур часть пожаров «переместилась» в кварталы с плотной многоэтажной застройкой. Внимательное изучение объектов возгорания позволяет выдвинуть гипотезу о том, что в период резких похолоданий, а также резких перепадов суточных температур увеличение пожаров происходит:
- в частном секторе люди пытаются с вечера протопить печь, чтобы дольше сохранить тепло ночью;
- в кварталах с многоэтажной застройкой, где большее число пожаров приходится на автомобильный транспорт, снабженный автоматической системой подогрева двигателя, стоящий на открытых парковках (ночью происходит автоматический прогрев двигателя, что увеличивает вероятность его возгорания).
В отдельную группу можно выделить ряд пожаров, связанных с днями недели. Например, суббота и воскресенье в частном секторе - традиционные «банные» дни, что также отмечается при анализе пожаров с объектом возгорания «частная баня» и местом нахождения на карте в частном секторе.
Именно эти особенности вынуждают вводить в цифровую карту новый параметр - время. Для визуализации подобных процессов, когда он зависит не только от координат, но еще и от времени, в рамках исследования разрабатывается концепция динамической кросс-кластерной информационной модели геопространства.
Представим геопространство в трех измерениях: широта/долгота - В/Ь, и время - координата высоты Ъ. Тогда, например, трехмерный кластер погоды можно представить, разбив эту фигуру по координате Ъ на отрезки, за которые происходит изменение температуры воздуха (рис. 6).
.....2 /
------ »
¿111 ЛГп—
Рис. 6. Трехмерный кластер «Погода» - колебание температуры
в зависимости от времени.
Красные точки - места возникновение пожаров. Прямоугольное основание - упрощенное представление границ городского округа (в реальной модели должен использоваться полигон, соответствующий границам муниципального образования на земной поверхности)
Так же можно представить кластер дней недели или иных социальных критериев: национальных праздников, садово-огороднических сезонов и т. д. При этом трехмерные пространственно-временные кластеры будут пересекаться с двумерными кластерами инфраструктуры города и существовать в рамках одних и тех же границ ЬВЪ. В совокупности это и будет динамической кросс-кластерной информационной моделью геопространства, а пожар будет точкой, определяющей пересечение каких кластеров повлияло на его возникновение. Подробнее о модели можно прочесть в [8].
Большим недостатком данной модели является отсутствие специализированного программного обеспечения для ее создания.
Заключение
Использование ЦСКО позволит подробнее изучить причины возникновения техногенных пожаров в населенных пунктах и районах субъектов РФ. Большинство методов анализа причин используют данные статистики, не рассматривая полный спектр возможных причин для каждого пожара в отдельности. Это удобно в масштабах субъекта, так как позволяет избежать избыточности данных. В рамках же муниципального образования, когда количество техногенных пожаров не превышает 5-10 за сутки, существует возможность проанализировать каждый пожар, как это было показано на примере корреляции с более подробными графиками изменения температуры воздуха.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пожары и пожарная безопасность в 2011 году: Статистический сборник / под общей редакцией В И. Климкина. - М. : ВНИИПО, 2012. - 137 с.
2. Сведения о пожарах и их последствиях за январь-сентябрь 2017 г. [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.mchs.gov.ru/activities/stats/Pozhari/2017_god (дата обращения 26.03.2018).
3. Министр Владимир Пучков представил Президенту РФ Владимиру Путину документы стратегического планирования развития МЧС России до 2030 года. [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.mchs.gov.ru/dop/info/smi/news/item/33432845 (дата обращения 26.03.2018).
4. ГОСТ 22.2.05-97. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения (аутентичен ГОСТ Р 22.0.05-94). - М. : ИПК Изд-во стандартов, 2000. - 12 с.
5. ГОСТ 12.1.033-81 ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения (с Изменением N 1). - М. : ИПК Издательство стандартов, 2001. - 18 с.
6. Тростянский С. Н., Бакаева Г. А., Зацепина И. О. Количественная зависимость основных причин возникновения пожаров в России от региональных факторов // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. - Воронеж : Воронежский институт ГПС МЧС России, 2015. Т. 1. - С. 445-449.
7. Овчаренко А. Г., Маслов А. С., Галахов А. Н. Анализ причин возникновения пожаров с применением простых инструментов качества // Материалы 9-й Всероссийской науч.-практ. конф. «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» (Бийск, 13-14 ноября 2015 г.). - Барнаул : АлтГТУ, 2015. - С. 213-216.
8. Карманова М. В. Время как z-координата исторического геопространства, на примере геопространства чрезвычайной ситуации // От карты прошлого - к карте будущего: сб. науч. тр.: в 3 т. / отв. ред. С. В. Пьянков; Перм. гос. нац. исслед. ун-т. - Пермь, 2017. - Т. 1. -С. 120-126.
© М. В. Карманова, Д. К. Помыткина, О. Д. Малахова, 2018 REFERENCES
1. Klimkina, V. I. (2012). Pozhary i pozharnaya bezopasnost' v 2011 godu: Statisticheskij sbornik [Fires and fire safety in 2011: Statistical compendium]. Moscow, VNIIPO [in Russian].
2. Svedeniya o pozharakh i ikh posledstviyakh za yanvar'-sentyabr' 2017 (2017) [Data on fires and their consequences for January-September 2017] Available at: http://www.mchs.gov.ru/activities/stats/Pozhari/2017_god (accessed 26 March 2018) [in Russian].
3. Ministr Vladimir Puchkov predstavil Prezidentu RF Vladimiru Putinu dokumenty strategicheskogo planirovaniya razvitiya MCHS Rossii do 2030 goda (2017). (Minister Vladimir Puchkov told President Vladimir Putin the strategic planning documents of development of EMERCOM of Russia until 2030) Available at: http://www.mchs.gov.ru/dop/info/smi/news/ item/33432845 (accessed 26 March 2018) [in Russian].
4. State Standard 22.2.05-97. Safety in emergencies. Technogenic emergencies. Terms and definitions. Moscow, Standartinform Publ., 2000. 12 p. [in Russian].
5. State Standard 12.1.033-81 Occupational safety standards system. Fire safety. Terms and definitions. Moscow, Standartinform Publ., 2001. 18 p. [in Russian].
6. Trostyanskij, S. N., Bakaeva, G. Á., Zatsepina, I. O. (2015). Kolichestvennaya zavisimost' osnovnykh prichin vozniknoveniya pozharov v Rossii ot regional'nykh faktorov [Quantitative dependence of the main causes of fires in Russia on regional factors]. In Problemy obespecheniya bezopasnosti pri likvidatsii posledstvij chrezvychajnykh situatsij: T. 1.[ Problems of ensuring safety at liquidation of consequences of emergency situations: Vol. 1] (pp. 445-449). Voronezh : FSBEE of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters» [in Russian].
7. Ovcharenko, Á. G., Maslov, Á. S., Galakhov, Á. N. (2015). Analiz prichin vozniknoveniya pozharov s primeneniem prostykh instrumentov kachestva [Analysis of the causes of fires using simple quality tools]. In Materialy 9-j Vserossijskoj nauch.-prakt. konf. «Upravlenie kachestvom obrazovaniya, produktsii i okruzhayushhej sredy» (Bijsk, 13-14 noyabrya 2015) [Materials of the 9th all-Russian scientific.- practice. Conf. "Quality management of education, production and environment»] (pp. 213-216). Barnaul: I.I.Polzunov AltSTU [in Russian].
8. Karmanova M. V. (2017). Vremya kak z-koordinata istoricheskogo geoprostranstva, na primere geoprostranstva chrezvychajnoj situatsii [Time as the z-coordinate of historical geospace, using the example of the geospace emergency]. In Ot karty proshlogo - k karte budushhego: sb. nauch. tr.: v 3 t. T. 3 [From the Maps of the Past - to the Maps of the Future: series of scientific articles: in 3 vols. Vol. 1] (pp. 120-126). Perm: Perm State University [in Russian].
© M. V. Karmanova, D. K. Pomytkina, O. D. Malakhova, 2018
