CC BY
30
УДК 528.942
МНОГОУРОВНЕВАЯ КРОСС-КЛАСТЕРНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ КАК ОСНОВА ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМИ СИТУАЦИЯМИ
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
В статье дается определение многоуровневой кросс-кластерной информационной модели как средства наглядной демонстрации взаимосвязей компонентов геоинформационного пространства чрезвычайной ситуации.
Ключевые слова: картографический анализ, многоуровневая кросс-кластерная информационная модель геопространства, комплексный анализ.
MULTILEVEL CROSS-CLUSTER INFORMATION MODEL AS THE BASIS OF DIGITAL CARTOGRAPHIC SUPPORT OF REGIONAL AUTHORITIES EMERGENCY MANAGEMENT
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
The article defines a multi-level cross-cluster information model as a means of visual demonstration of the relationships of the components of the geoinformation space of an emergency.
Key words: cartographic analysis, multilevel cross-cluster information model of geospatial, complex analysis.
Введение
Любая чрезвычайная ситуация (ЧС) - процесс, распространяющийся как во времени, так и в пространстве. Его возникновение обусловлено целым комплексом причин и взаимосвязанных событий, существующих в едином геоинформационном пространстве чрезвычайной ситуации (ГЧС) [1].
Сложность разработки цифровой системы картографического обеспечения (ЦСКО) региональных органов управления ЧС состоит прежде всего в большом количестве компонентов ГЧС на данном уровне. Обратимся к принятой классификации ЧС [2] (рис. 1).
Из схемы на рис. 1 видно, что любую ЧС можно классифицировать как по масштабам границ, так и по сферам возникновения - «что» стало причиной ЧС: природа или человеческая деятельность. Но данная классификация не учитывает тот факт, что в условиях ГЧС, любой объект действительности может выполнять одновременно различные функции.
Рис. 1. Классификация чрезвычайных ситуаций
В качестве примера можно привести ситуацию, когда ураганным ветром повалило опоры ЛЭП. С одной стороны, это ЧС природного характера, так как причина возникновения - стихия. С другой, развитие ЧС обусловлено техногенным вмешательством человека в природную среду. Поваленные ветром деревья в дали от человеческого жилья не несут угрозы жизни населения, в то время как повреждение ЛЭП может вызвать перебои с электричеством в населенных пунктах, лесной или степной пожар, поражение людей электрическим током и т. д.
Из зоны ЧС население необходимо эвакуировать. В качестве пунктов временного размещения (ПВР) чаще всего используют школы, гостиницы, детские сады, то есть помещения, в которых есть пищевые блоки и достаточные площади для временного проживания большого числа людей. Но, в то же время, данные заведения являются объектами массового скопления людей и социально значимыми объектами. Следовательно, при отключении электроэнергии их нельзя использовать в качестве ПВР, а в случае попадания их в зону ЧС население и персонал также подлежат эвакуации (рис. 2). Особенно это касается школ и детских садов.
На рис. 2 видно, что несмотря на природный характер причины возникновения ЧС, дальнейшее ее развитие полностью обусловлено техногенными факторами.
Наиболее удобным инструментом, позволяющим быстро осуществлять анализ обстановки, в МЧС была и остается карта, или «боевой графический до-
кумент». Сложные отношения между компонентами ГЧС в период возникновения чрезвычайной ситуации, изменяющиеся во времени и пространстве, создают определенные трудности картографу, так как требуют от него видения одновременно всех факторов, влияющих на развитие ЧС. Подобную проблему возможно решить, воссоздавая ГЧС в виде цифровой модели в ГИС, для чего и целесообразна разработка ЦСКО.
Рис. 2. Изменение функций компонентов ГЧС при возникновении ЧС
Для решения задач, поставленных перед органами управления ЧС регионального уровня нужны крупномасштабные карты, генерализация которых предполагает большую подробность, а значит и большее число объектов и данных о них. Не менее сложной задачей можно считать выбор подходящей цифровой информационной модели геоинформационной системы (ГИС-модели), способной адекватно отобразить всю многогранность ГЧС в месте локализации ЧС.
Методы и материалы
В рамках метода геоинформатики, направленного на создание и исследование цифровых информационных моделей геосистем, рассматривается классификация моделей пространственной информации [3], представленной в виде иерархической структуры на рис. 3.
Рис. 3. Классификация моделей пространственной информации
Рис. 4 наглядно иллюстрирует пример взаимодействия различных моделей пространственной информации в ГЧС.
Рис. 4. Взаимодействие различных моделей пространственной информации в геопространстве чрезвычайной ситуации
Геоинформационная модель, описывающая место ЧС, предполагает сочетание множества видов моделей представления пространственных данных, что заставляет задуматься о разработке специальной модели геопространства, которая логически свяжет воедино разрозненную информацию, необходимую для разработки графических документов для МЧС.
Процесс разработки можно разбить на три основных этапа:
- I этап - очертить круг задач, решаемых с помощью модели;
- II этап - определить структурные элементы и выявить взаимосвязи между ними;
- III этап - разработать технологическую схему геоинформационного картографирования спасательной деятельности органов местного самоуправления на основе полученной модели.
В основе создаваемой модели использован кросс-кластерный метод, хорошо знакомый экономистам и социологам. Информацию обо всех объектах ГЧС предлагается условно распределить по тематическим кластерам, а схему взаимодействия между ними представить в виде трехмерной модели. Подобный метод чем-то схож с построением «мнемонического дворца памяти» или «интеллект-карты» с той разницей, что в качестве канвы будут использованы координаты X, Y, Z.
На примере информации о пожарных частях можно проиллюстрировать построение кластера «Пожарная охрана» (рис. 5).
Функциональный кластер ФПС
Рис. 5. Выделение объектов геопространства, имеющих отношение к деятельности федерально противопожарной охраны (ФПС), в единый функциональный кластер
В данной модели термин «кластер» (от англ. cluster - скопление, кисть, рой) применяется в значении «объединение нескольких однородных элементов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определёнными свойствами».
Месторасположение пожарных частей указывается точками в shp-файле, зоны их выезда - полигонами. Данные о личном составе, адресах, телефонах, сведениях о руководителях и т. д. - в атрибутивных таблицах.
Но точно в такие же кластеры можно выделить и другие структуры РСЧС, объединив их в кластерную группу «Структура РСЧС», показанную на рис. 6. Несмотря на то, что на изображении кластеры расположены друг над другом, это сделано в целях улучшения наглядности модели, так как все они равнозначны и существуют в едином географическом пространстве взаимно пересекаясь и образуя кросс-связи.
Рис. 6. Структура кластерной группы
Каждый кластер в модели формируется набором тематических слоев ГИС-проекта, которые с помощью уникальных индексов связываются с атрибутивной базой данных (каждому объекту в слое соответствует запись в таблице БД).
Для того чтобы получить информацию обо всех службах, в зоне ответственности которых возник очаг возгорания, показанный на рисунке 6, необхо-
димо найти пересечение всех полигонов, обозначающих зоны ответственности подразделений различных ведомств, которое образует информационное поле зоны ЧС, а место возникновения будет точкой входа в информационное поле зоны ЧС, как бы «прокалывая» все кластеры.
Если явление или предмет выражены линейным или точечным объектом, и не предполагают наличия зоны ответственности или влияния, то в информационное поле включаются ближайшие к месту ЧС объекты, либо имеющие значение для ее ликвидации.
Информационное поле служит критерием отбора информации, формирующей карту, помогая выбрать из всего ГЧС только тот участок, который будет тождественен реальной обстановки на местности, заданной условиями возникновения и протекания ЧС.
С целью наглядности представления взаимодействующих кластерных групп, и порядка их создания в ГИС-проекте, применяя метод «от общего к частному», модель геоинформационного пространства выгодно сделать трехуровневой, как это показано на рис. 7.
Оперативный блок
- информация с места ЧС или отражающая текущую обстановку (обновляется каждый день)
Подвижный блок
- тематическая часть (обновляется раз в месяц)
Устойчивый блок
- картографическая основа (обновляется раз в несколько лет)
Рис. 7. Блоки многоуровневой кросс-кластерной модели геопространства
чрезвычайной ситуации
Самый нижний «устойчивый блок» включает в себя кластерные группы географических объектов, то есть информацию, обновление которой требуется не чаще одного раза в год или даже в несколько лет, например, данные топографической съемки, спутниковые снимки. «Устойчивый блок» - это гео-
графическая основа тематической карты, обновление которой происходит медленно.
«Подвижный блок» должен содержать тематические кластеры, обновление слоев в которых происходит чаще чем раз в год, такие как места дислокации подразделений, потенциально-опасные объекты, места массового скопления, эвакуационные пункты и прочее.
В «оперативном блоке» размещают информацию о быстро меняющейся в ходе возникновения и развития ЧС обстановке.
Подобная модель позволяет визуализировать систему хранения информации. Для формирования тематической основы боевых графических документов можно не включать в графическую часть те или иные кластеры или даже целые блоки, но при этом они будут продолжать влиять на весь массив информации. Например, можно не отображать на карте топографическую основу или TIN-поверхность рельефа, но сгенерированные по ним зоны (затопления или распространения пожара) будут изменяться с внесением изменений в эти кластеры.
Результаты
Опираясь на все, перечисленное выше, можно сформулировать термин многоуровневой кросс-кластерной модели геопространства чрезвычайной ситуации (МККМ ГЧС), как цифровой информационной модели геопространства в которой все элементы ГЧС тематически распределены по функциональным кластерам или кластерным группам, пересечение которых в точке локализации ЧС создает общее информационное поле.
Уровни в модели могут быть распределены по степени их значимости, по времени обновления информации, по скорости изменения объектов и т. д.
Данная модель позволяет визуализировать сложные взаимосвязи элементов ГЧС и удобна для определения содержания карты.
Технологическая схема геоинформационного картографирования на основе многоуровневых кросс-кластерных моделей, представлена на рис. 8.
Рис. 8. Технологическая схема геоинформационного картографирования
Заключение
Главным достоинством предложенной модели является ее трехмерное представление в виде трех основных блоков, содержащих в себе кластеры, объединяющие тематическую информацию. Такое представление обеспечивает наглядность модели, позволяя сразу увидеть все строение системы.
Еще одним немаловажным преимуществом полученной модели является ее масштабируемость. Так как многоуровневая кросс-кластерная модель имитирует геопространство, а связи между объектами в ней логически соответствуют взаимосвязям между ними в реальном мире, это позволяет добавлять в модель новые кластеры данных.
Так же была составлена технологическая схема геоинформационного картографирования на основе многоуровневой кросс-кластерной модели геопространства ЧС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Анализ природных и техногенных особенностей геопрострнаства чрезвычайных ситуаций / А. П. Карпик, В. А. Середович, А. В. Дубровский, Э. Л. Ким, О. И. Малыгина // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. Т. 3. - С. 171-177.
2. Михайлов, Л. А., Чрезвычайные ситуации природного, техногенного и социального характера и защита от них: учебник для вузов / Л. А. Михайлов, В. П. Соломин; под ред. Л. А. Михайлова. - СПб.: Питер, 2008. - 235 с.
3. Лурье, И. К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков / И. К. Лурье. - М.: КДУ, 2008. - 424 с.
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.
REFERENCES
1. Karpik A. P. (2012). Analiz prirodnykh i tekhnogennykh osobennostey geoprostrnastva chrezvychaynykh situatsiy Emergency geospace]. In Interekspo GE0-Sibir-2012. VIII Mezhdunar. nauch. kongr. 10-20 aprelya 2012 g. Novosibirsk: Mezhdunar. nauch. konf. «Geodeziya. geoinformatika. kartografiya. marksheyderiya»: sb. materialov v 3 t. T. 3. [Interexpo GEO-Siberia-2012: series of scientific articles: in 3 vols. Vol. 3] (pp. 178-184). Novosibirsk: SGGA [in Russian].
2. Mikhaylov L. A. (2008) Chrezvychaynyye situatsii prirodnogo. tekhnogennogo i sotsialnogo kharaktera i zashchita ot nikh: uchebnik dlya vuzov [Emergency situations of natural, technogenic and social character and protection against them: the textbook for high schools]. Saint-Petersburg: Piter. 2008. 235 p. [in Russian].
3. Lurie I. K. (2008) Geoinformacionnoe kartografirovanie. Metody' geoinformatiki i cifrovoj obrabotki kosmicheskix snimkov [GIS mapping. Methods of Geoinformatics and digital processing of satellite images]. Moscow: KDU. 2008. 424 p. [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].
© М. В. Карманова, 2018
