CC BY
15
УДК 528.9
ПРИМЕНЕНИЕ ГИС-МОДЕЛИ ТЕРРИТОРИИ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ПОЖАРОВ НА ПРИМЕРЕ ТЕРРИТОРИИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Мария Владимировна Карманова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант, тел. (913)087-70-01, e-mail: karmmv@yandex.ru
Сергей Юрьевич Гортман
Красноярский филиал ФКУ «Национальный центр управления в кризисных ситуациях» по космическому мониторингу, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок, 50, старший инженер отдела разработки специального программного обеспечения, тел. (923)377-42-34, e-mail: scan_s@inbox.ru
В статье приведены доводы в пользу использования ГИС-модели для прогнозирования возникновения природных пожаров и их последствий на примере территории Алтайского края.
Ключевые слова: ГИС-модель, чрезвычайная ситуация, природные пожары, космический мониторинг, геоинформационные системы, MODIS.
APPLICABILITY GIS-MODELS AREA FOR COMPLEX ANALYSIS OF CONDITIONS OF OCCURRENCE OF WILDFIRES ON THE EXAMPLE OF ALTAI TERRITORY
Maria V. Karmanova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., master student, tel. (913)087-70-01, e-mail: karmmv@yandex.ru
Sergey Yu. Hartman
National Crisis Management Centre, Krasnoyarsk Department, 660036, Russia, Krasnoyarsk, 50 Akademgorodok, bld 45, senior engineer of Department of development of special software, tel. (923)377-42-34, e-mail: scan_s@inbox.ru
The article presents the arguments in favor of the use of GIS models to predict the occurrence of wildfires and their consequences on the example of Altai territory.
Key words: GIS-model, emergency, wildfires, space monitoring, geographic information systems, MODIS.
Мероприятия, направленные на борьбу с природными пожарами можно разделить на две большие группы:
1) оперативные, предполагающие непосредственную ликвидацию возникших очагов;
2) превентивные, подразумевающие мониторинг, прогнозирование и предотвращение возникновения пожаров.
Логично предположить, что прогнозирование в значительной мере позволяет снизить риск возникновения пожаров. В настоящий момент существует
множество методик исследования и методов анализа чрезвычайных ситуаций (ЧС). Большую популярность получили математические модели, в частности модели возникновения и развития ЧС, модели поражающих воздействий, модели разрушений [1].
Построение прогнозных моделей начинается с анализа как можно большего числа факторов, влияющих на возникновение ЧС. В первую очередь нужно учитывать, что любая ЧС имеет пространственно-временные характеристики. Распространение огня напрямую зависит от географических и погодных условий [2]. Нередко причиной возгорания служит человеческая деятельность, что увеличивает число факторов, добавляя к природно-географическим еще и социально-экономические.
Сегодня отслеживать очаги возгорания позволяют различные системы дистанционного мониторинга пожаров, например, осуществляемое в рамках программы NASA EOS по спутниковому мониторингу Земли, за счет автоматизированной тематической классификации данных, поступающих со спектрора-диометра MODIS, установленного на спутниках Terra и Aqua [3].
С одной стороны, своевременное обнаружение пожаров позволяет подразделениям МЧС ликвидировать их до того момента, как небольшое возгорание перерастет в стихийное бедствие. С другой, в совокупности с рапортами и оперативными донесениями от подразделений по каждой термоточке, накапливается большой пласт статистической информации, включающей в себя как пространственные координатные данные, так и данные о характере местности, причине пожара, информация о собственнике и так далее [4]. Все это позволяет использовать ГИС-модель территории для анализа подобной информации.
Проиллюстрирую преимущества данного метода на примере территории Алтайского края. Для данного региона характерны два вида природных пожаров: лесные и степные (луговые). Если сравнить ущерб, принесенный лесным и степным пожаром, действовавших на равных по размеру и схожих по строению рельефа территориях в одинаковых погодных условиях, и затраты на их ликвидацию, то очевидно, что лесной пожар более разрушителен и потребует больших материальных ресурсов для его тушения. Значит, если рассматривать единичный случай, на тушение лесных пожаров при планировании бюджета края следует закладывать большее количество денежных средств, а при проведении профилактических мероприятий большее внимание уделять снижению рисков возгораний в зоне лесных массивов.
Но, как показывает практика, степной или луговой пожар может быть не менее разрушительным. Во-первых, к такому виду относятся «неконтролируемые сельскохозяйственные палы». В засушливую погоду за короткий временной отрезок может выгореть несколько гектаров посевов культурных растений или пастбищ. Степные пожары несут угрозу и населению. Фронт степного пожара может достигать нескольких десятков километров ширины и распространятся со скоростью 7-11 м/с [5]. Безобидное, казалось бы, горение травы, может легко достигнуть ближайшего населенного пункта или того же лесного массива, перекинувшись на жилые строения и деревья. Для таких пожаров так
же характерно задымление, в котором сложно проводить эвакуацию, а самостоятельное преодоление фронта горения травы шириной в 2-3 метра для пешего может закончится летальным исходом.
Важнейшим свойством ЧС является их случайный характер [1]. Для прогнозирования каждого из видов пожаров в Алтайском крае необходимо будет учесть множество факторов, но прежде всего стоит обратится к уже имеющейся информации. На рис. 1 показана карта, где темным серым цветом отображены все участки земной поверхности, на которых в период с 2010 по 2016 год со спутников Terra и Aqua были зарегистрированы возгорания.
Рис. 1. Карта суммарного распределения площадей, пройденных природными пожарами в период с 2010 по 2016 годы на территории Алтайского края
Светлым серым цветом на схеме показаны леса Алтайского края. Даже визуально по карте можно определить, что за шесть лет наблюдений на территории лесных массивов было не так много возгораний, как на территории пахотных земель и в поймах рек. Если распределить информацию по термоточкам еще и по временным отрезкам, то можно увидеть, что множество пожаров возникает каждый год на одном и том же месте, порою примерно в одно и то же время года.
Как раз для решения подобных задач и нужна ГИС-модель территории. Разберем подробней механизм возникновения природного пожара. Существует
не так уж и много истинно природных причин возгораний. Если исключить вулканическую деятельность и самовозгорание торфа, то остаются сухие грозы. Соответственно львиная доля природных пожаров, как бы ни странно это звучало, вызваны прямой или косвенной деятельностью человека. Брошенный окурок, непотушенный костер, неосторожное обращение с огнем или наоборот спланированный поджог. Несмотря на то, что в России официально запрещен целенаправленный контролируемый отжиг прошлогодней травы на сельхозуго-диях, отмечаются регулярные нарушения законодательства. Многолетние наблюдения показали, что количество термически активных точек, регистрируемых в один и тот же день в разные годы, может сильно различаться, но каждый раз пик активности совпадает с началом посевных работ для степных областей, март - май. Для лесных областей это ноябрь - декабрь, что связано с деятельностью лесничеств, которые дожидаются выпадения снега и производят сжигание порубочных остатков. То есть в обоих случаях наблюдаем человеческий фактор.
Если совместить с картографической основой ГИС-модели сведения о собственниках земель, кадастровое деление и расположение термоточек, то можно определить недобросовестного фермера, устраивающего палы травы, или главу поселения, допускающего многодневное горение травы вокруг населенного пункта. То есть исключить фактор случайности, и провести профилактические мероприятия.
Сравнение карты распределения площадей пожаров и карты рельефа дает представление о том, что большое число термоточек ежегодно отмечается в гористой местности (рис. 2). Наземная пожарная техника не всегда может оперативно прибыть на горящую сопку, в отсутствие дорог, и пожар может наблюдаться несколько дней, увеличивая площадь. Следовательно, можно предположить, что применяемые методы тушения и профилактики пожаров не эффективны или бесполезны в данной местности.
Рис. 2. Сравнение карты суммарного распределения площадей, пройденных природными пожарами, и карты рельефа территории Алтайского края
То же касается и заболоченных участков пойм рек. Повышенная влажность почвы и наличие воды не мешает сухому камышу в труднопроходимых местах гореть неделями, затухая на одном участке и разгораясь на другом. Поэтому в ГИС-модель необходимо добавить слои с данными, характерными для почвенных и гидрографических карт.
Стоит упомянуть возможность построения трехмерных моделей рельефа на основе информации, хранящейся в ГИС-модели, полученной при помощи геодезических измерений. Подобные трехмерные карты позволяют определять возможные препятствия на пути пожаров, дают наглядное представление о характере местности.
В отличии от бумажных тематических карт ГИС-модель может одновременно содержать в себе самые разнообразные пространственные данные, объединенные в тематические слои, а также быть связана с атрибутивной базой, что позволяет рассматривать ее как отличный инструмент для комплексного анализа условий возникновения природных пожаров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шаптала В. Г. Основы моделирования чрезвычайных ситуаций : учеб. пособие. -Белгород : Изд-во БГТУ, 2010. - 166 с.
2. Михайлов Л. А., Соломин В. П. Чрезвычайные ситуации природного, техногенного и социального характера и защита от них : учебник для вузов / под ред. Л. А. Михайлова. -СПб. : Питер, 2008. - 235 с.
3. The MODIS fire products / C. O. Justicea, L. Gigliob, S. Korontzia et al. // Sensing of Environment. - 2002. - № 83. - P. 244-262.
4. Карманова М. В. Основные аспекты разработки ГИС для автоматизации принятия решений по тушению природных пожаров на территориях муниципальных образований Алтайского края // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : 7-я Междунар. конф. «Раннее предупреждение и управление в кризисных ситуациях в эпоху "Больших данных"» : сб. материалов (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. -С. 16-21.
5. Асылбаев Н.А. Математическое моделирование распространения степного пожара // Компьютерные исследования и моделирование. - 2010. - Т. 2, № 4. - С. 377-384.
© М. В. Карманова, С. Ю. Гортман, 2017
