Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий
Предложена концепция и технологии синтеза геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий типа наводнения в случае аномально быстрого таяния снега) или распространения обнаруженных на космоснимках загрязнений в водной среде с учетом сезонных полей течений....
Saved in:
| Date: | 2002 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2002
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6364 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий / В.Г. Писаренко, Ю.В. Писаренко, А.Ф. Потапенко // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2002. — № 1. — С. 79-86. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859639624216870912 |
|---|---|
| author | Писаренко, В.Г. Писаренко, Ю.В. Потапенко, А.Ф. |
| author_facet | Писаренко, В.Г. Писаренко, Ю.В. Потапенко, А.Ф. |
| citation_txt | Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий / В.Г. Писаренко, Ю.В. Писаренко, А.Ф. Потапенко // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2002. — № 1. — С. 79-86. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Предложена концепция и технологии синтеза геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий типа наводнения в случае аномально быстрого таяния снега) или распространения обнаруженных на космоснимках загрязнений в водной среде с учетом сезонных полей течений.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:20:12Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 79
Предложена концепция и техно-
логии синтеза геоинформацион-
ной системы моделирования и
прогнозирования метеобедствий
типа наводнения в случае ано-
мально быстрого таяния снега)
или распространения обнаружен-
ных на космоснимках загрязнений
в водной среде с учетом сезонных
полей течений.
В.Г. Писаренко, Ю.В. Писарен-
ко, А.Ф. Потапенко, 2002
ÓÄÊ 581.5:551.446
Â.Ã. ÏÈÑÀÐÅÍÊÎ, Þ.Â. ÏÈÑÀÐÅÍÊÎ, À.Ô. ÏÎÒÀÏÅÍÊÎ
ÑÈÍÒÅÇ ÃÅÎÈÍÔÎÐÌÀÖÈÎÍÍÎÉ
ÑÈÑÒÅÌÛ ÌÎÄÅËÈÐÎÂÀÍÈß
È ÏÐÎÃÍÎÇÈÐÎÂÀÍÈß
ÌÅÒÅÎÁÅÄÑÒÂÈÉ
Цель данной работы – синтез геоинформаци-
онной системы (ГИС) и соответствующего
программного обеспечения для решения сле-
дующих прикладных задач:
1) обнаружение экологических аномалий
на авиаснимках земной поверхности матема-
тическими методами распознавания образов
(восстановление некоторых параметров ори-
ентиров на местности на основе авиасним-
ков, вычисление снегозапаса на участке гор-
ного рельефа для последующего прогноза
наводнения в случае аномально быстрого
таяния снега);
2) прогнозное моделирование (с учетом
полей течений) распространения загрязнений
в водной среде, полученных из космосним-
ков, с отображением результатов средствами
3D-графики.
Моделирование включает в себя получе-
ние оценки ожидаемого экономического
ущерба от воздействия конкретного метео-
бедствия (на основе предварительного фор-
мирования ретровыборки с различными реа-
лизациями объекта моделирования, выпол-
нением ее статистической обработки, полу-
чением информационной модели метеобед-
ствия) [1].
Создание подобных ГИС актуально для
прогнозирования и мониторинга чрезвычай-
ных ситуаций в условиях Украины, связан-
ных с риском наводнений в предгорьях Кар-
пат из-за аномально быстрого таяния снего-
запаса, а также при распространении загряз-
нений в водной среде, обнаруженных при
использовании авиа- и космоснимков [2-4].
В.Г. ПИСАРЕНКО, Ю.В. ПИСАРЕНКО, А.Ф. ПОТАПЕНКО
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 80
Укрупненная структура создаваемой ГИС «Прогноз развития метеобедст-
вия» (ПроМет) такова: модель баз банных, СУБД, прикладное программное
обеспечение, интерфейс пользователя.
Известно, что выбор способа организации данных в ГИС, и, в первую оче-
редь, модели данных (т.е. способа цифрового описания пространственных объ-
ектов) имеет огромное значение, поскольку напрямую определяет многие функ-
циональные возможности создаваемой ГИС, а также применимость тех или
иных технологий ввода данных. От выбора модели данных зависит как про-
странственная точность представления графической части информации, так и
возможность получения качественного картографического материала и органи-
зация контроля карт. От способа организации данных в ГИС в значительной
степени зависит также быстродействие системы, например, при выполнении
SQL-запроса или визуализации на экране.
Уровни организации данных можно представить и виде пирамиды, показан-
ной на рис.1. Модель данных, тип модели данных – это концептуальный уровень
организации данных. Термины типа «полигон», «линия», «дуга», «идентифика-
тор» и «таблица» относятся к этому уровню, также как и понятия «слой», «те-
ма», «способ индексирования».
РИС. 1
Более детальный уровень рассмотрения организации данных часто называ-
ется структурой данных. Здесь уже фигурируют и математические, и програм-
мистские термины, такие как матрицы, списки, системы ссылок, указатели, ме-
ханизмы сжатия информации.
На следующем по детальности уровне организации данных специалисты
имеют дело со структурой файлов данных и их конкретными форматами. Уро-
вень организации конкретной структуры базы данных ГИС уникальный для ка-
ждого конкретного проекта [5].
В любой модели, имеющей дело с индивидуализированными объектами,
должна быть информация, по крайней мере, трех типов: идентификатор, инфор-
мация положения, атрибуты.
Модель данных
(полигон, линия, дуга, идентификатор)
Структура данных
(матрицы, списки, системы ссылок, указатели)
Структура файлов, форматы
(заголовок файла, организация файла, типы чисел)
Организация конкретной структуры базы данных ГИС
(слои, классификаторы)
СИНТЕЗ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 81
С индивидуальным объектом всегда связывается индивидуальный иденти-
фикатор – например, какой-нибудь формальный номер, присваиваемый объекту
в процессе ввода, или его номер по какому-то перечню или кадастру.
Информация положения (локатор) – сведения о положении и форме объекта,
отделенные от материалов идентификации (идентификатора).
Вся остальная информация об объекте может рассматриваться как его атри-
буты – набор характеристик. Атрибуты можно подразделить на пространствен-
ные и непространственные. Пространственные – это, например, периметр и
площадь площадного объекта, длина линейного объекта. Непространственные
атрибуты могут быть самыми различными – числовыми, текстовыми значения-
ми каких-то величин, описывающих объект.
Например, в данной работе используется цифровая модель карты течений,
заданная векторами. Векторы описаны пятью параметрами: идентификационный
номер начальной точки (идентификатор); пространственная координата началь-
ной точки по оси Ох (локатор); пространственная координата начальной точки
по оси Оy (локатор); проекция вектора на ось Ох (атрибут); проекция вектора
на ось Оу (атрибут).
Кроме индивидуальных объектов, можно выделять, комплексные, представ-
ляющие объединения (постоянные или временные группировки) элементарных
объектов. Если такая группа имеет уникальный идентификатор, то она также
может быть рассмотрена как индивидуальный объект.
Типичными формами представления непрерывных свойств объектов в ГИС
являются нерегулярная и регулярная сети точек, представление изолиниями [5].
Авторы провели сравнительный анализ более десяти базовых инструмен-
тальных средств ряда популярных ГИС. Цель такого анализа – последующий
выбор наиболее подходящих в качестве основы для синтеза ГИС «Прогноз раз-
вития метеобедствия» (ПроМет). Результаты этого анализа приведены в виде
таблицы, в которой три последних колонки занимают лидирующие (из числа
проанализированных для наших целей) ГИСы. Приведенная таблица дает моти-
вировку решения авторов принять программный продукт ARC/INFO 7.2.1 в ка-
честве базового для создаваемой ГИС «ПроМет», куда следует добавить некото-
рые программные модули GEODRAW for WINDOWS и разработанные авторами
программные модули, предназначенные для выполнения следующих функций:
- обнаружение экологических аномалий на авиаснимках земной поверхно-
сти математическими методами распознавания образов (восстановление некото-
рых параметров ориентиров на местности на основе аэроснимков, вычисление
снегозапаса на участке горного рельефа);
- прогнозное моделирование (с учетом полей течений) распространения за-
грязнений в водной среде, полученных по космоснимкам, с отображением ре-
зультатов средствами 3D-графики;
- математическое моделирование величины риска возникновения природно-
го бедствия типа наводнения в данной местности.
В.Г. ПИСАРЕНКО, Ю.В. ПИСАРЕНКО, А.Ф. ПОТАПЕНКО
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 82
ТАБЛИЦА Основные возможности некоторых ГИС
№
п/п
Опция
ARC/INFO
7.2.1.
ERDAS
IMAINE 8.3.
GEODRAW
for WIN-
DOWS
1 Создание и редактирование карт + + +
2 Ввод и преобразование данных + + +
3 Управление картографическими
БД
+ + -
4 Наложение карт + + -
5 Пространственный анализ + + -
6 Адресное геокодирование + + -
7 Моделирование поверхностей и
их отображение
+ + -
8 Построение карт по данным дис-
танционного зондирования
+ + +
9 Земельный кадастр + -
10 Управление распределением зе-
мельных участков
+ - -
11 Гидрологическое моделирование + - -
12 Работа с сетями типологически
связанных объектов
+ - -
13 Расчет и размещение оптималь-
ных маршрутов
+ - -
14 Обработка информации, привя-
занной к местности
+ - -
15 Мониторинг окружающей среды + - -
16 Прогнозирование месторождений
полезных ископаемых
+ - -
17 Создание эталонов для тематиче-
ского дешифрирования, их клас-
сификация
- + -
18 Восстановление по высоте трех-
мерных векторных объектов на
перспективных снимках
- + -
19 Перевод карт и планов в цифро-
вую форму
- - +
20 Связь пространственных объектов
с базами атрибутивных данных
- - +
Рассмотрим одну из задач ГИС – вычисление значения паводка реки в усло-
виях стекания в заданную реку воды, выпавшей в виде дождя на горный рельеф,
либо образовавшейся в процессе снеготаяния в верховьях горы.
1. Для каждого сектора нужно задать коэффициент впитываемости (βi) (на-
пример, коэффициент впитываемости песка =1, камня = 0), определяющий, ка-
кая часть воды впитается в толщу, а какая часть стечет на нижний сектор.
2. Вычислить площадь (Si) каждого полученного сектора.
СИНТЕЗ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 83
3. Определить для каждого сектора количество воды, оказывающееся на
нем за один шаг по времени:
mi = Z ⋅τ⋅Si + (1-βi-1)⋅Z⋅τ⋅Si-1. (1)
То есть за один шаг по времени на i-м секторе будет масса воды, попавшая
на этот сектор в результате выпадения дождя (снеготаяния) плюс масса воды,
стекшая с верхнего сектора.
Предполагается, что стекшая с одного из участков вода попадает в реку. Ес-
ли прирост массы воды (например, за один день) будет таким, что повлечет за
собой сильный паводок, то река выйдет из берегов, и произойдет затопление
прибрежных районов.
Теперь рассчитаем значение паводка реки, в которую стекает с горного
рельефа вода.
На рис.2,а изображена река и источник S (снегозапас или дождевая туча),
питающий эту реку. Точка О – граница источника воды, точка А - начало насе-
ленного пункта. На рис.2,б изображено сечение русла реки в точке контроля А,
удаленной на расстояние ХА от нижней конечности зоны источника S. На рис.2
ось Оу совпадает с уровнем ледостава (минимальный уровень реки); b – ширина
реки при минимальном уровне воды. Левый берег можно примерно описать
функцией hл(y) =Кл ⋅y - Кл⋅b, а правый – функцией hп(y) = -Кп ⋅y, где Кп и Кл -
соответствующие тангенсы углов наклона α и β берегов реки.
РИС. 2
а
б
В.Г. ПИСАРЕНКО, Ю.В. ПИСАРЕНКО, А.Ф. ПОТАПЕНКО
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 84
Если скорость течения VА течения известна для точки А (пусть она ≈ const во
времени), то можно вычислить значение паводка реки при известном приросте
массы воды за интервал времени, поступающей в реку, из следующего уравне-
ния:
[ ] [ ] .)()(1 )(0
)(
dyyhzdyyhzbz
dt
V
xtdM
V
zy
b
л
zy
п
A
A
водыA
л
п
∫∫ −+−+=
−
⋅
⋅ ρ
, (2)
где yп(z) – решение уравнения hп(y) = z:
-Кп ⋅y = z ⇒ yп(z) = -z/Кп;
yл(z) – решение уравнения hл(y) = z:
Кл ⋅y - Кл⋅b = z ⇒ yл(z) = b + z/Кл.
Таким образом, пользуясь формулой (2), можно вычислить уровень паводка
z реки для известного прироста массы воды за заданное время и скорости тече-
ния в точке А. Пусть z будет таким, что река выйдет из берегов, а по карте рель-
ефа нетрудно определить затопленные территории и вычислить экономический
ущерб от наводнения.
Приведем фрагмент авторской программы, написанной в среде Delphi 5.
//карта местности в виде изолиний хранится в таблице
//расчет объема рельефа+снег
for i:=0 to col do
begin
for I:=0 to row do
begin
R1s[j,i]:=abs(((sn[Nm1s[j,i],4]-sn[Nm1s[j,i],2])*nets[j,i,0]+(sn[Nm1s[j,i],1]-
sn[Nm1s[j,i],3])*nets[j,i,1]+sn[Nm1s[j,i],2]*sn[Nm1s[j,i],3]-
sn[Nm1s[j,i],1]*sn[Nm1s[j,i],4])/sqrt(sqr(sn[Nm1s[j,i],4]-
sn[Nm1s[j,i],2])+sqr(sn[Nm1s[j,i],1]- sn[Nm1s[j,i],3])));
R2s[j,i]:=abs(((sn[Nm2s[j,i],4]-sn[Nm2s[j,i],2])*nets[j,i,0]+(sn[Nm2s[j,i],1]-
sn[Nm2s[j,i],3])*nets[j,i,1]+sn[Nm2s[j,i],2]*sn[Nm2s[j,i],3]-
sn[Nm2s[j,i],1]*sn[Nm2s[j,i],4])/sqrt(sqr(sn[Nm2s[j,i],4]-
sn[Nm2s[j,i],2])+sqr(sn[Nm2s[j,i],1]- sn[Nm2s[j,i],3])));
H1s[j,i]:=sn[Nm1s[j,i],5]; H2s[j,i]:=sn[Nm2s[j,i],5];
nets[j,i,2]:=round((H1s[j,i]+H2s[j,i])/2+((R1s[j,i]-
R2s[j,i])/(R1s[j,i]+R2s[j,i]))*((H2s[j,i]-H1s[j,i])/2));
end;
end;
for j:=0 to col do
begin
for i:=0 to row do
begin
if (net[j+1,i+1,2]-net[j,i,2])=0 then net[j+1,i+1,2]:=net[j+1,i+1,2]+2;
СИНТЕЗ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 85
Vr[j,i]:=abs((sqr(GridStep)*(3*(net[j+1,i+1,2]-net[j,i,2])*(net[j,i+1,2]-net[j,i,2])-
sqr(net[j,i+1,2]-net[j,i,2])+sqr(net[j+1,i+1,2]-net[j,i+1,2])))/abs(6*(net[j+1,i+1,2]-
et[j,i,2])));
Vl[j,i]:=abs((sqr(GridStep)*(3*(net[j+1,i+1,2]-net[j,i,2])*(net[j+1,i,2]-net[j,i,2])-
sqr(net[j+1,i,2]-net[j,i,2])+sqr(net[j+1,i+1,2]-net[j+1,i,2])))/abs(6*(net[j+1,i+1,2]-
net[j,i,2])));
Vq[j,i]:=Vr[j,i]+Vl[j,i]; Vsnow:=Vsnow+Vq[j,i];
end;
end.
На рис.3 показана экранная форма расчета стекания воды вдоль рельефа.
Вода с ближайшего к реке сектора стекает в реку и приводит к повышению в
ней уровня воды, что может стать причиной затопления берегов при сильном
снеготаянии или выпадении большого количества осадков.
Экранная форма для вычисления паводка реки показана на рис.4, а, на рис.4,
б – форма вычисления количества воды в секторах в каждый момент времени.
РИС. 3
В.Г. ПИСАРЕНКО, Ю.В. ПИСАРЕНКО, А.Ф. ПОТАПЕНКО
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 86
а) б)
Рис. 4
1. Писаренко В.Г., Клименко В.А., Дацюк 0.А., Крячок А.С. Математическое моделирование
миграции мутагенов в окружающей среде и оценка экогенетического риска в условиях
неполноты данных мониторинга // Моніторинг та прогнозування генетичного ризику на
Україні. – 1999. – Вип.2. – С.137-140.
2. Блатов А.С., Иванов В.А. Гидрология и гидродинамика шельфовой зоны Чёрного моря.–
Киев: Наук. думка, 1992. – 243 с.
3. Писаренко Г.С., Ильичев В.И., Писаренко В.Г., Лобанов В.Б., Писаренко Ю.В. Дистанци-
онный спутниковый мониторинг и расчёт трёхмерных ветровых течений в морских ак-
ваториях в связи с задачей прогнозирования переноса загрязнения // Математическое
моделирование для поддержки ключевых технологий XXI века. – Киев: Кий, 2000. –
С. 14-20.
4. Гинзбург Л.И., Костяной А.Г., Островский А.Г. Поверхностная циркуляция Японского
моря (спутниковая информация и данные дрейфующих буев) // Исследование Земли из
космоса. – 1998. − №1. – С. 66-75.
5. Юрчишин В.М., Шекета В.І. Проблеми впровадження експертних систем в нафтогазо-
видобувній промисловості // Комп’ютери у Європі. Минуле, сучасне й майбутнє. – К.,
1998. – С. 367-372.
Получено 01.07.2002
а б
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6364 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:20:12Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Писаренко, В.Г. Писаренко, Ю.В. Потапенко, А.Ф. 2010-03-01T16:39:54Z 2010-03-01T16:39:54Z 2002 Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий / В.Г. Писаренко, Ю.В. Писаренко, А.Ф. Потапенко // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2002. — № 1. — С. 79-86. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6364 581.5:551.446 Предложена концепция и технологии синтеза геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий типа наводнения в случае аномально быстрого таяния снега) или распространения обнаруженных на космоснимках загрязнений в водной среде с учетом сезонных полей течений. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий Article published earlier |
| spellingShingle | Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий Писаренко, В.Г. Писаренко, Ю.В. Потапенко, А.Ф. |
| title | Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий |
| title_full | Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий |
| title_fullStr | Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий |
| title_full_unstemmed | Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий |
| title_short | Синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий |
| title_sort | синтез геоинформационной системы моделирования и прогнозирования метеобедствий |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6364 |
| work_keys_str_mv | AT pisarenkovg sintezgeoinformacionnoisistemymodelirovaniâiprognozirovaniâmeteobedstvii AT pisarenkoûv sintezgeoinformacionnoisistemymodelirovaniâiprognozirovaniâmeteobedstvii AT potapenkoaf sintezgeoinformacionnoisistemymodelirovaniâiprognozirovaniâmeteobedstvii |