Проекты

ГИС типового критически важного объекта как инструмент решения информационных и расчетных задач

Разработчик: КБ «Панорама»

И.А. Саксаганский (Главное управление МЧС России по Калужской области)

В рамках федеральной целевой программы "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года" и областной целевой программы "Использование результатов космической деятельности и современных геоинформационных технологий в целях ускорения социально-экономического развития и повышения конкурентоспособности Калужской области (2007–2009 гг.)" в Калужской области с апреля 2011 г. введена в опытную эксплуатацию региональная система мониторинга и прогнозирования состояния критически важных объектов (РСМ КВО). Особый интерес, на наш взгляд, представляет такой ее элемент, как геоинформационная система типового КВО.

Геоинформационная система типового КВО предназначена для решения информационных и расчетных задач, связанных с обработкой пространственных данных, и используется при управлении и планировании, инвентаризации ресурсов, мониторинге, анализе, прогнозировании и в других приложениях.

Единые модели пространственных данных, тип программного обеспечения, метрологические и технологические условия универсальной ГИС позволяют избежать существенных затрат на передачу данных между различными системами и сократить неизбежные при этом потери и искажения информации.

Математическое, программное и информационное обеспечение ГИС типового КВО включает инструменты, позволяющие организовать функционирование подсистем ГИС на технических средствах.

Информационное обеспечение в части классификации и кодирования информации о местности, форматов представления данных и эксплуатационной документации совместимо с информационным обеспечением Роскартографии.

На рис.1 представлена иерархическая структура построения географической информационной системы типового КВО. В качестве базового инструментального программного обеспечения выступает ГИС "Карта 2008" (КБ "ПАНОРАМА").

Рис. 1. Географическая информационная система типового КВО

Геоинформационная система типового КВО функционально предназначена для реализации следующих технологий:
1. Подготовки данных.
Для этого программным обеспечением ГИС выполняются такие функции, как:

  • трансформирование цифровых растровых документов (карт, снимков), в том числе с учетом влияния рельефа местности, создание мозаик из набора видеоданных;
  • построение модели территории по результатам стереофотограмметрической обработки материалов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ);
  • создание тематических классификаторов;
  • автоматизированная векторизация растровых карт;
  • подключение внешних баз данных по принципам обработки связей элементов "один ко многим", "многие к одному";
  • импортирование пространственной информации, представленной в распространенных форматах записи растровых (TIF, BMP и др.), векторных (MIF/MID, SHP и др.), табличных (DBF-файлы с полями, содержащими координаты X, Y, Z) данных;
  • обработка геодезических измерений (результаты теодолитной съемки и др.).

2. Ведения базы пространственных данных.
Программное обеспечение с этой целью реализует следующие функции:

  • контроль целостности и корректности (семантической, топологической) пространственной информации;
  • формирование запросов по элементам базы данных с применением форм и моделей;
  • формирование отчетов;
  • обеспечение многопользовательского доступа к информационным ресурсам, в том числе с применением технологий Интернет и Интранет;
  • обеспечение работы с пространственными данными для больших территорий ранга "район работ" на основе автоматических процедур объединения информации;
  • обеспечение автоматических процедур обновления информации методом замещения устаревших данных;
  • формирование архивных копий пространственной базы данных в специализированных форматах данных;
  • отображение пространственной базы данных с использованием наборов условных обозначений, соответствующих принятым для картографических материалов.

3. Анализа и распространения информации.
Программное обеспечение ГИС поддерживает такие функции матричного моделирования, как создание:

  • матриц абсолютных и относительных высот;
  • матрицы качеств (специальный тип данных для расчетов условий распространения излучений различной природы);
  • многомерной матрицы слоев.

Кроме этого процедуры анализа пространственной информации обеспечивают:

  • получение картометрической информации (длины, площади и т. д);
  • построение буферных зон для отдельного объекта и совокупности объектов;
  • вычисление вложенности, пересечений объектов;
  • вырезание фрагментов базы данных областью произвольной конфигурации;
  • операции преобразования групп объектов, отобранных по тематическому параметру;
  • создание изолиний по матрицам высот.

Программным обеспечением ГИС типового КВО выполняется построение тематических карт методом ранжирования объектов по тематическим параметрам с последующим специальным отображением, а также методом построения тематических диаграмм.

Трехмерное моделирование средствами базовой ГИС выполняется для матриц высот и слоев электронных карт с указанием точки наблюдения и центра моделируемого участка местности. По матрице высот вычисляются высотные профили, зоны видимости.

Экспортные функции и функции обмена данными ГИС поддерживают:

  • преобразование типа вектор-растр для всех видов данных с учетом условных знаков;
  • преобразование векторных и растровых данных в наиболее популярные обменные растровые (BMP-файлы с аннотирующей информацией о координатах растра), векторные (DXF, MIF/MID, SHP), табличные (DBF) форматы;
  • обмен данными с другими сервисными приложениями с использованием технологии OLE.

Программное обеспечение ГИС типового КВО позволяет выполнять качественную печать фрагментов или целого графического отображения пространственной базы данных на штатных устройствах аппаратно-программного комплекса (плоттерах) в заданном масштабе, с необходимой интенсивностью цветов и требуемым размещением на рабочем поле устройства вывода.

Программное обеспечение ГИС типового КВО обладает рядом специфических функциональных особенностей, среди которых:

  • объектно-ориентированная модель данных, проявляющаяся как на этапе пообъектного ввода информации, так и при семантическом анализе (каждый объект базы данных может иметь индивидуальное семантическое описание и быть связан со специальной атрибутивной базой данных);
  • возможность применения в одном проекте векторных, растровых и матричных карт, ортофотопланов и баз данных на обширные территории;
  • трехмерное представление пространственных данных с возможностью присвоения точкам метрического описания объекта третьей координаты (высоты) и ее отображения;
  • технология совмещения разновременных материалов, позволяющая моделировать временные ряды с использованием как собственно цифровых карт (матричных или векторных), так и разновременных тематических профилей;
  • возможность оперативного автоматического переноса пространственной информации на другую карту, другой район работ с применением специальных "калек" пользовательских карт;
  • наличие инструментальных средств GIS Tool Kit, позволяющих разрабатывать полнофункциональные ГИС-приложения с использованием языков визуального программирования Delphi, Builder C и т. д. Программное обеспечение ГИС реализовано в стиле модульного программирования, что обеспечивает расширение функций ГИС без каких-либо существенных изменений ее ядра.

Функционирование ГИС типового КВО поддерживают следующие исходные пространственные данные и материалы:

  • цифровые мультиспектральные цифровые космические изображения, полученные с космических аппаратов Landsat-7, IRS, IKONOS, Terra, QuickBird, ALOS, "Монитор-Э", "Ресурс-ДК1", прошедшие предобработку в части синтезирования и объединения отдельных спектральных каналов. Создание и обновление картографических материалов по этим данным возможно в масштабах 1:200 000–1:5000;
  • топографические карты, планы, схемы, системы условных знаков и тематические классификаторы;
  • базы пространственных данных о территории, включая ресурсы учетных систем;
  • материалы полевого обследования территории, представленные в цифровой форме или в виде журналов наблюдений;
  • массивы пространственной информации, представленные в популярных ГИС-форматах.

Пространственные данные ГИС типового КВО имеют иерархическую структуру (рис. 2). Нижней ступенью является объект пространственной базы данных, имеющий соответствующее пространственное и семантическое (атрибутивное) описание. Объекты базы данных ранжированы по типам локализации:

  • точечные;
  • линейные (а также условно линейные, применяющиеся для описания ориентированного внемасштабного условного знака);
  • площадные;
  • подписи;
  • комплексные объекты типа шаблонов подписей или разграничительных линий, состоящие графически из нескольких геометрических фигур.

Рис. 2. Структура пространственных данных ГИС типового КВО

Каждый из объектов может содержать подобъекты типа пустот, образующихся вследствие формализованного описания таких ситуаций, как остров в реке, поляна в лесу. Объекты собираются в тематические слои, те, в свою очередь, в карты (планшеты и т. д.). Объединение карт позволяет создать район работ. На базе района работ формируются модели местности (матричные, растровые, имитационные).

Количественные характеристики предлагаемой структуры соответствуют следующим нормам:

  • на карте может быть более 65 тыс. видов объектов;
  • объекты могут объединяться в 256 слоев;
  • лист карты может содержать до 4 млрд объектов;
  • район работ может содержать несколько тысяч листов карт;
  • объем района работ может достигать нескольких гигабайт;
  • объем растровых или матричных моделей местности может достигать 8 Гб;
  • пространственные объекты могут быть логически связаны внешней реляционной базой;
  • каждый объект имеет уникальный четырехбайтовый идентификатор в пределах листа цифровой карты. Идентификатор не меняется в процессе обработки объекта и не может быть присвоен другому объекту, даже после удаления объекта-оригинала.

Основное достоинство описанной информационной технологии оперативность и актуальность получаемой информации, минимизация времени доступа к информационным ресурсам.