Электронный научно-практический журнал «Современная техника и технологии» » Глаголев Владимир Александрович

Разработка модулей оценки загрязнения атмосферного воздуха городской территории на основе оверлейных операций ГИС

Глаголев Владимир Александрович — Tue, 15 Apr 2014 06:21:00 +0000

Изучение пространственно-временной, а именно горизонтальной и временной неоднородности распределения загрязнителей в приземных слоях атмосферы для целей зонирования территории, выявления районов экологической напряженности, выбора точек мониторинга, экологического обоснования рационального размещения новых предприятий, требует разработки специализированных модулей пространственного анализа экологического состояния территории в геоинформационной системе (ГИС).

Применение оверлейных операций ГИС является достаточно мощным средством анализа, включающим совместную аналитическую обработку [1] нескольких разноименных слоев с использованием логических операций и генерацией возникающих при этом производных слоев. Применяемые здесь алгоритмы ориентированы на максимальное уменьшение затрат машинного времени при расчете показателей экологического состояния, экспоненциально возрастающих при росте объектового объема обрабатываемых слоев.

Целью работы является создание модулей пространственно анализа с применением оверлейных операций ГИС для оценки качества атмосферного воздуха городской территории (на примере г. Биробиджана).

Для достижения поставленной цели необходимо разработать инвентаризационные базы данных: источников загрязнения, представленные промышленными предприятиями, автомобильным транспортом и многочисленными источниками неорганизованных выбросов частного сектора.

Особенность структур баз данных (БД) определяется разнохарактерностью исходных данных [2,3], которые можно разделить на переменные, постоянные, условно-переменные:

· массивы постоянных данных: реестр загрязнителей, их свойства, параметры источников загрязнения, климатические условия, коэффициенты самоочищения атмосферы;

· массивы переменных данных: объемы выбросы загрязнителей (годовые, сезонные или ежемесячные);

· массивы условно постоянных данных: время работы источника, изменения в реестре и объемах поллютантов.

Информация БД должны быть интегрированы функциональные модули ГИС, включающие алгоритмы построения регулярной сети и обобщения расчетных количественных и качественных данных загрязнения атмосферного воздуха по каждому источнику загрязнения, с соответствующим нормированием показателей по степени загрязнения по превышению ПДК [4].

На основе выделенных данных и возможностью интеграции с ГИС, реализована БД промышленных предприятий, включающая характеристики источников загрязнения, объемы выбросов поллютантов и их свойства (рис.1).

Рис. 1. Логическая структура БД источников загрязнения

Для связи между табличными и картографическими данными использовалось два вида ключей: – тематический и – географический. Первичный ключ содержит соотношения данных различных таблиц: например, предприятия – источники загрязнения, поллютанты – объемы выбросов, номер источника – его параметры. Это позволяет создавать запросы на получение пользователем справочной информации. С помощью вторичного ключа в БД переносится информация с электронных карт. При выделении картографического объекта происходит связывание информации о его пространственном расположении с информацией о нем, хранящейся в БД. Структура БД позволяет в любой момент развернуть любой из привязанных к ключу атрибутов в слой с размерностью исходной регулярной сетки пространственных объектов с последующей формализацией пространственно-непрерывной информации, свойственной большинству природных и значительному числу антропогенных объектов.

Регулярная сеть представлена унифицированной графической моделью пространственных объектов, которыми являются операционно-территориальными единицами (ОТЕ). Данные атомарные объекты соответствуют элементарной площадке определенного размера, с координатной привязкой на местности и характеризуются набором переменных атрибутов. Расчет атрибутов происходит с помощью постоянных и условно-переменных данных пространственных точечных объектов источников загрязнения.

Входными данными анализа является регулярная сеть ОТЕ и наборы данных источников загрязнения, полученные из БД на основе картографического ключа MapInfo_ID ГИС MapInfo Professional. Основной проблемой обработки ОТЕ регулярной сети является определение качественных и количественных характеристик одинаково расположенных ОТЕ источников загрязнения, которая решается с использованием оверлейных операций ГИС, включающие экспертную оценку интенсивности загрязнения с последующим их объединением.

Выполнение пространственного анализа осуществляется последовательно модулями ГИС (см. рис 2) по схеме[5]:

· построение регулярной сети ОТЕ с указанным разрешением (50, 100, 250, 500 м) в зависимости от уровня детализации территории;

· выделение источников загрязнения ;

· построение к каждому источнику полиноминального объекта, отображающего территорию, подвергающуюся загрязнению;

· декомпозиция данного объекта на ОТЕ регулярной сети;

· расчет качественных и количественных атрибутов ОТЕ регулярной сети в зависимости от математической модели расчета загрязнения территории;

· агрегирование атрибутов ОТЕ регулярной сети по степени загрязнения;

· нормирование атрибутов ОТЕ регулярной сети в виде тематической карты ГИС.

Рис. 2. Обобщенная структура обработки атрибутов ОТЕ регулярной сети

В качестве примера нами проведено моделирование распространения примесей в атмосфере г. Биробиджана, основанное на использовании формулы Саттона и уравнения турбулентной диффузии, построены полигоны загрязнения в зависимости от преобладающего переноса поллютантов в приземных слоях атмосферы в зимний и летний периоды года . Построены серия электронных карт интенсивности загрязнения атмосферы источниками г. Биробиджана масштаба 1:25000 (рис 3,4). Она включает карты: источников, сгруппированных по типам (производства, котельные, автозаправочные станции и т. д.); загрязнения приземных слоев атмосферы в летний и зимний периоды года, содержания загрязнителей в депонирующих средах, функционально связанных с состоянием атмосферы.

Рис. 3. Фрагмент карты интенсивности загрязнения атмосферы источниками г. Биробиджана в зимний период

Рис. 4. Фрагмент карты интенсивности загрязнения атмосферы источниками г. Биробиджана в летний период.

Разработанные специализированные модули ГИС позволяют провести дифференцирование антропогенного влияния на качество атмосферного воздуха путем наложения полей загрязнения в территориальных операционных единицах и объединения их в зоны с одинаковым уровнем состояния атмосферы; выявить территориальную динамику изменения качества атмосферу в различные периоды года; определить районы города, подвергающиеся максимальному и минимальному загрязнению; определить районы для рационального размещения новых предприятий; выбирать точки для экологического мониторинга; создать основу для разработки модели динамики качества атмосферы городской территории.

Разработка автоматизированной информационной системы учета пожаров и их ликвидации

Глаголев Владимир Александрович — Sun, 08 Jun 2014 14:26:07 +0000

Одну из основных задач пожарной охраны МЧС при осуществлении тушения городских пожаров можно сформулировать как обеспечение по каждому вызову адекватного количества сил и средств с минимальными затратами и временем ликвидации. Важная роль в решении этой задачи отводится диспетчерской службе, осуществляющей прием и обработку сообщений от заявителей, высылку подразделений к месту вызова и их передислокацию, связь с оперативными службами города и др.
Целью работы является разработка автоматизированной информационной системы (АИС) для диспетчера пункта связи, позволяющей вести учет сведений о пожарах и мероприятиях проведенных при их ликвидации и актов о тушении пожаров, контроль правильности оформления нарядов на службу.
Вопросы проектирования и разработки информационных систем рассматривали В.В.Коновалено [1], А.М.Вендров [2], Р.И.Баженов [3,4], А.П.Корнилков, Д.К.Лопатин [5], В.А.Векслер, О.Я.Дубей [6-8], Д.Е.Мохно, А.В.Никитин [9, 10]. С.А.Барталев, Д.В.Ершов, Г.Н.Коровин, Р.В.Котельников, Е.А.Лупян, В.Е.Щетинский [11] представили информационную систему дистанционного мониторинга лесных пожаров федерального агентства лесного хозяйства РФ. Информационная система имитационного моделирования торфяных пожаров была предметом исследования Б.В.Палюх, Р.Е.Цветкова [12]. С.И.Абрахин, В.Г.Прокошев, С.М.Аракелян, Т.А.Трифонова [13] разработали информационно-аналитическую систему мониторинга и прогнозирования распространения лесных пожаров. Возможности применения географических информационных систем для решения задач прогнозирования возникновения лесных пожаров изучали Д.В.Яковлев, А.В.Звягинцева [14]. К.В.Гудков, М.А.Володина [15] использовали синтез обобщенных структурных моделей для применения в информационной системы мониторинга очагов лесных пожаров. Применение экспертной геоинформационной системы для анализа пожарной обстановки в регионе рассмотрели Л.Ф.Ноженкова, С.В.Исаев, В.В.Ничепорчук, А.А.Евсюков, Р.В.Морозов, А.А.Марков [16]. Автор совместно с Р.М.Коган длительное время занимается проблемой применения информационных технологий для прогнозирования пожаров [17-23].
В настоящее время по заказу структурных подразделений МЧС в разных субъектах РФ разработаны АИС подобного класса, среди них можно выделить: «Средства обеспечения пожарной безопасности и ведения аварийно-спасательных работ», «Автоматизированная система по информационному обеспечению руководителя тушения пожара (РТП) при тушении пожаров в резервуарах» («Резервуар»), «АРМ-Диспетчер ЦУС», «АРМ-Гарнизон», «Привлечение сил и средств» (АРМ ПСС), «Протон».
На основании анализа предметной области ФГКУ “Отряд ФПС по ЕАО” выявлено, что в проектируемой информационной системе действующими лицами будут являться администратор и диспетчер.
Перечислим действия диспетчера:
- формирование нового наряда на службу или же назначение последнего сформированного наряда;
- регистрации сообщения о пожаре, в случае определения, что вызов был ложным, оформлении пожара как ложного;
- формирование я акта о пожаре, переданного по результатам ликвидации пожара и выяснения деталей;
- регистрация выезда расчетов на место ликвидации пожара и при необходимости указание дополнительно высланных боевых расчетов;
- создание путевого листа и заполнение журнала пункта связи;
Функция администратора заключается в общем управлении, настройке базы данных, редактирование данных содержащихся в справочниках системы.
Логическая и физическая модели базы данных АИС содержат одинадцать сущностей: «пожар», «акт о пожаре», «наряд», «состав», «боевой расчет», «выезд», «занятость», «должность», «личный состав», «пожарная часть», «техника». ER-диаграмма со связями и сущностями выглядит следующим образом (рис.1).

Рисунок 1 – Логическая модель предметной области

Проводя детальный анализ информации в документах диспетчера предприятия сформирована физическая модель реляционной базы данных для офисного пакета Microsoft Access 2007 (рис.2).

Рисунок 2 – Физическая модель базы данных

Для разработки АИС была использована среда программирования Borland Delphi 7, позволяющая создавать прототипы приложений для их тестирования и последующего расширения функциональных задач.
На главном окне информационной системы (рис.3) расположено меню для работы с системой. Пункт меню «Диспетчер» позволяет вводить данные по новому пожару и осуществлять выход из системы. Пункт меню «Наряд на службу» содержит подменю для вызова форм «Новый наряд», «Просмотр нарядов» и «Последний наряд». Пункт меню «Документы» позволяет создавать отчетные документы. Пункт меню «Справочники» позволяет просматривать и редактировать справочники системы. Также на главном окне АИС расположены три вкладки для работы с данными по пожарам и можно установить временной фильтр, для их отображения.
На вкладке «Новые» информация по пожару отображается после заполнения формы «Пожар». В результате регистрации расчетов, которые должны быть отправлены на ликвидацию пожара, формируется «Путевой лист», меняется статус пожара с «Новый пожар» на «Принятый», и он переносится на вкладку «Принятые». На вкладке «Закрытые» отображаются данные о пожарах, по которым уже были сформированы путевые листы, зарегистрированы отправленные расчеты на тушение пожара и сформирован акт о пожаре.

Рисунок 3 – Главное окно программы

После запуска АИС, диспетчер формирует наряд на службу. Выбрав пункт меню «Наряд на службу» – «Новый наряд», отрывается форма «Формирование нового наряда» (рис.4), в данной форме указывается время заступленная на службу и выхода (дежурная смена длится 24 часа), в каком подразделении формируется наряд, начальник караула, диспетчер и численный состав. При нажатии на кнопку «Далее», формируются боевые расчеты и фиксируется транспортное средство.

Рисунок 4 – Сформированные расчеты с техникой

Информация по пожару, поступившая от заявителя, оформляется в окне «Пожар» (рис.5).

Рисунок 5 – Добавление нового пожара

Информационная система учета пожаров позволяет формировать необходимые для работы диспетчера отчетные документы (табл. 1).

Таблица 1 – Виды отчетных документов в АИС

№	Название документа	Описание отчетных документов
1	Наряд на службу	Отражает данные по наряду, сформированному в системе.
2	Список личного состава караула	Показывает личные данные состава караула, зафиксированного в наряде на службу.
3	Путевой лист	Отражает данные по принятому сообщение о пожаре и подразделению, с которого были отправлены расчеты на его ликвидацию.
4	Журнал пункта связи	Отражает содержание сообщений и принятые по ним соответствующие меры.
5	Акт о пожаре	Отражает описательные характеристики пожара и меры принятые по его ликвидации, а также последствия пожара и другие замечания.

АИС предоставляет возможность сформировать отчет, предварительно просмотрев его и распечатать на принтере (рис. 6).

Рисунок 6 – Пример отчета АИС

Таким образом, разработанная информационная система позволяет автоматизировать процесс учёта сведений о пожарах. Применение программного продукта оправдано и позволяет существенно сократить время на оформление информации по пожару и регистрации документов, отражающих отправку сил и средств на его ликвидацию, а также результаты тушения пожара. Результирующая информация будет использоваться диспетчером для эффективного документирования процесса ликвидации пожаров.