Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Геоинформационные и космические навигаци онные системы, их роль в управлении оперативными под разделениями МЧС России 12
1.1. Использование геоинформационных технологий для решения задач защиты населения и территории при чрезвычайных ситуациях 12
1.2. Основные возможности космических навигационных систем 16
1.3. Геоинформационные системы и управление транспортными средствами оперативных подразделений МЧС России 30
Выводы по 1 главе 46
ГЛАВА 2. Методы определения координат транспортных средств МЧС России 49
2.1. Система автоматического определения местоположения транспортного средства 49
2.2. Принципы проведения навигационных измерений и определения местоположения транспортных средств 59
2.3. Методика определения координат транспортных средств МЧС России по сигналам спутниковых радионавигационных систем, работающих в дифференциальном режиме 76
Выводы по 2 главе 92
ГЛАВА 3. Функционирование автоматизированной геоин формационной системы поддержки принятия решений по управлению оперативными подразделениями пожарной охраны 95
3.1. Разработка структуры автоматизированной геоинформационной системы поддержки принятия решений по управлению оперативными подразделениями пожарной охраны 95
3.2. Комплекс автоматизированных рабочих мест автоматизированной геоинформационной системы поддержки принятия решений по управлению оперативными подразделениями пожарной охраны 102
3.3. Методика расчета масштабов заражения аварийными химически опасными веществами на основе ГИС-технологий и ее практическая реализация 113
Выводы по 3 главе 139
Заключение 142
Список использованных источников
- Основные возможности космических навигационных систем
- Геоинформационные системы и управление транспортными средствами оперативных подразделений МЧС России
- Принципы проведения навигационных измерений и определения местоположения транспортных средств
- Комплекс автоматизированных рабочих мест автоматизированной геоинформационной системы поддержки принятия решений по управлению оперативными подразделениями пожарной охраны
Введение к работе
Актуальность темы диссертации обусловлена теоретической и практической значимостью проблемных вопросов, связанных с повышением эффективности деятельности оперативных подразделений пожарной охраны МЧС России при тушении пожаров и ликвидации последствий чрезвьшайных ситуаций (ЧС).
Без внедрения геоинформационных систем (ГИС) в работу МЧС России было бы весьма затруднительно собирать в одну «картину» многообразные данные, распределенные в пространстве и во времени. Любая ГИС в совокупности с применяемыми приложениями по оценке последствий возникших или возможных ЧС имеет широконаправленные возможности по сбору, обработке и анализу складывающейся обстановки. Такая ГИС гибкий, быстрый и мощный инструмент, предназначенный для поддержки принятий решений органами управления (ОУ) МЧС России. Для увеличения функциональных возможностей этого инструмента в области предупреждения и ликвидации ЧС, и связанных с ними пожарами, необходимо разработать автоматизированную географическую информационную систему поддержки принятия решений (АГИС ПИР) оперативными подразделениями пожарной охраны МЧС России, а также программные продукты, предназначенные для решений различных задач, связанных с расчетами и оценкой опасностей в чрезвьшайных ситуациях. Эти программы должны быть направлены на улучшение качества принятия решений по обеспечению различных видов безопасности (промышленной, радиационной, химической, сейсмической, пожарной и др.).
Эффективность использования спутниковых радионавигационных систем (СРНС) в значительной степени зависит от возможности их совместного использования с электронными картами. Поэтому большой интерес представляют ГИС, объединенные с радионавигационными и спутниковыми системами, например, на сегодняшний день ГЛОНАСС/GPS - это самая современная, высокоэффективная и отработанная технология управления мобильными спецподразделениями в той или иной оперативной обстановке.
Таким образом, современные геоинформационные технологии (далее -ГИС-технологии) могут найти широкое применение не только в области решения задач картографического обеспечения различных сфер деятельности, но и в области защиты населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера.
Научные концепции автора, нашедшие выражение в настоящем исследовании, сформировались, в основном, на базе научных работ B.C. Артамонова, А.И. Бирюкова, Е.В. Василевича, В.Т. Васькова, В.А. Гадышева, И.Г. Малыгина, В.А. Минаева, И.Н. Мищенко, СМ. Одоевского, Л.М. Романова, B.C. Шебшаевича и др.
Цель диссертационной работы - совершенствование автоматизации процесса принятия решения органом управления МЧС России и реализации
задач по оперативному управлению пожарно-спасательными формированиями за счет применения современных геоинформационных и космических навигационных систем.
Объект исследования - система управления оперативными подразделениями МЧС России.
Предмет исследования - прикладные модели и методы применения геоинформационных и космических навигационных систем.
Решаемая в диссертационной работе научная задача заключается в разработке автоматизированной географической информационной системы поддержки принятия решений для эффективного управления оперативными подразделениями пожарной охраны.
Частные научные задачи диссертационного исследования:
-
Провести анализ проблемы использования геоинформационных технологий для решения задач защиты населения и территории при чрезвьшаиных ситуациях.
-
Провести оценку возможности использования космических навигационных систем в деятельности оперативных подразделений МЧС России.
-
Разработать структуру автоматизированной геоинформационной системы поддержки принятия решений для управления оперативными подразделениями пожарной охраны.
-
Разработать комплекс автоматизированных рабочих мест автоматизированной геоинформационной системы поддержки принятия решений для управления оперативными подразделениями пожарной охраны.
-
Разработать методику расчета масштабов заражения аварийными химически опасными веществами на основе ГИС-технологий.
-
Разработать методику определения координат транспортных средств МЧС России по сигналам спутниковых радионавигационных систем.
Методы исследования. В работе применялись методы системного анализа, теории геоинформационных систем, математический аппарат теории вероятностей, а также методы общей теории систем, теории принятия решений и методы проведения навигационных измерений и определения местоположения транспортных средств.
Кроме того, в процессе работы над диссертационным исследованием использовались Федеральные законы РФ, Постановления Правительства РФ, другие правовые и нормативные документы.
Результаты диссертационного исследования, выносимые на защиту:
-
Методика определения координат транспортных средств МЧС России по сигналам спутниковых радионавигационных систем, работающих в дифференциальном режиме.
-
Методика расчета масштабов заражения аварийными химически опасными веществами на основе ГИС-технологий и ее практическая реализация.
3. Структура автоматизированной геоинформационной системы поддержки принятия решений (АГИС ППР) для управления оперативными подразделениями пожарной охраны.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ходе решения научной задачи, автором на основе использования информационных, географических информационных и телекоммуникационных технологий синтезирована структура АГИС ППР, позволяющая в режиме реального времени осуществлять информационную поддержку принятия решений органом управления МЧС России для управления оперативными подразделениями пожарной охраны в условиях повседневной деятельности, при возникновении и во время ликвидации пожаров, последствий ЧС техногенного и природного характера. Разработана методика расчета масштабов заражения аварийными химически опасными веществами, которая позволяет на основе ГИС-технологий прогнозировать последствия ЧС до их появления и в ходе развития. Разработана методика определения координат транспортных средств МЧС России по сигналам спутниковых радионавигационных систем, позволяющая повысить точность определения координат транспортных средств (ТС) оперативных подразделений МЧС России как потребителей сигналов СРНС в дифференциальном режиме ее работы.
Научно-практическая значимость полученных результатов:
АГИС ППР позволит повысить эффективность деятельности сил и средств пожарных подразделений путем: сокращения времени на обработку заявок по пожарам, а также принятия управленческих решений по реагированию на них; устранения ошибок в диспетчировании сил и средств; обеспечения возможности привлечения сил и средств в количестве, необходимом для тушения пожаров (ликвидации последствий ЧС) на объектах города с возможностью привлечения дополнительных сил и средств МЧС России; организации действенного контроля за несением службы в повседневных условиях и готовностью сил и средств к боевым действиям; повышения обоснованности принимаемых решений на основе расширения состава функциональных задач и увеличения объемов оперативной информации; оперативного получения и анализа данных о районах пожара, представленных в виде картографической информации, схем размещения, планов объектов; ускорения подготовки проектов управленческих решений путем автоматизированного формирования необходимых документов, в том числе графических; снижения частоты ошибок при приеме и обработке информации.
В качестве примера аппаратно-программной реализации ГИС-технологий в составе АГИС ППР разработан комплекс автоматизированных рабочих мест (АРМ).
Разработана методика расчета масштабов заражения АХОВ на основе ГИС-технологий, которая реализована в виде специального программного обеспечения на основе использования цифровой модели местности и про-
странственно распределенных баз данных инфраструктуры объектов города (на примере Санкт-Петербурга). Программная реализация этой методики под наименованием «Расчет зон аварий с выбросом АХОВ» внедрена и проходит опытную эксплуатацию на АРМ-ГИС ЕДДС в Северо-Западном региональном центре МЧС России.
Разработана методика определения координат транспортных средств МЧС России по сигналам спутниковых радионавигационных систем, работающих в дифференциальном режиме, позволяющая повысить точность определения координат транспортных средств оперативных подразделений МЧС России как потребителя сигналов СРНС в дифференциальном режиме ее работы. Повышение точности достигается путем раздельного введения поправок к прогнозируемым координатам навигационных спутников и поправок к результатам навигационных измерений. Поправки определяются по результатам совместного среднеквадратического оценивания на фоне помех погрешностей эфемерид и постоянных во времени и в пространстве параметров систематических погрешностей результатов измерений, порожденных совокупным влиянием перечисленными выше факторами.
Результаты диссертационного исследования внедрены в Северо-Западном региональном центре МЧС России, а также в образовательном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России.
Апробация исследования. Научные результаты, полученные в исследовании, докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (2007 - 2011 г.), а также на следующих научно-практических конференциях и форумах:
- IV международной научно-практической конференции «Технические
средства противодействия террористическим и криминальным взрывам»,
Санкт-Петербург, 21-23 октября 2008 г.;
международной научно-практической конференции «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», Санкт-Петербург, 6 ноября 2008 г.;
III Международном научно-практическом форуме «Безопасность транспортных комплексов», Санкт-Петербург, 21-23 апреля 2010 г.;
IV Международном научно-практическом форуме «Транспортная безопасность России», Санкт-Петербург, 6-8 апреля 2011 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе две статьи в журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, перечня использованных источников (99 наименований); содержит 154 страницы текста, в том числе 33 рисунка и 16 таблиц.
Основные возможности космических навигационных систем
Вопросы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (ЧС) на территории Российской Федерации остаются весьма актуальными. Опасность воздействия ЧС природного характера на население страны обусловлено следующими факторами: увеличение антропогенного воздействия на окружающую среду, провоцирующего или усиливающего негативные последствия опасных природных явлений; нерациональное размещение объектов хозяйственной и промышленной деятельности; расселение людей в зонах потенциальной природной опасности; недостаточная эффективность или отсутствие систем мониторинга окружающей среды; ослабление государственных систем наблюдений за вулканическими, сейсмическими, экзогенными процессами, гидрометеорологическими и гелиофизическими явлениями; невысокая достоверность прогнозирования опасных природных явлений; отсутствие или плохое состояние гидротехнических, противооползневых, про-тивоселевых и др. защитных сооружений, защитных лесонасаждений; недостаточность кадастров потенциально опасных районов (регулярно затапливаемых, сейсмоопасных, селеопасных, лавиноопасных, оползневых, карстовых, цунамиопасных и др.).
В сфере техногенной опасности также сохраняется высокий уровень аварийности, а в системах жизнеобеспечения населения наблюдается ее повышение. Рост масштабов ЧС техногенного характера обусловлен следующими факторами: нерациональным, с точки зрения техногенной безопасности, размещением потенциально опасных объектов по территории страны; низкими темпами внедрения ресурсо-, энергосберегающих и других более совершенных и безопасных технологий; просчетами в технической политике проектирования, строительства, модернизации и эксплуатации потенциально опасных объектов; прогрессирующим ростом износа фондов в ряде отраслей (особенно жилищно-коммунальной); снижение профессионального уровня работников и производственной дисциплины; сокращением работников сферы обеспечения промышленной безопасности; недоработанностью законодательной базы обеспечивающей межведомственное взаимодействие на разных уровнях.
Состояние защищенности населения, объектов экономики и окружающей природной среды от чрезвычайных ситуаций во многом зависит от заблаговременной, тщательной проработки мероприятий по предупреждению и ликвидации ЧС природного и техногенного характера. Своевременное прогнозирование вероятных опасностей в ЧС, то есть возможных состояний, при которых создадутся или будут вероятны угрозы возникновения поражающих факторов и воздействий ЧС на население, объекты экономики и окружающую природную среду, значительно снижает отрицательные последствия для жизнедеятельности людей, экономики и природной среды. В отдельных случаях, заблаговременное прогнозирование возможного развития ЧС техногенного характера может почти полностью исключить пагубные воздействия опасностей. В случаях же с естественными опасностями, характеризующимися неожиданностью их возникновения, следует отметить, что человек, в большинстве случаев, научился их предсказывать, например, ураганы, ливневые дожди, цунами.
Многие из естественных опасностей стабильны во времени, по силе воздействия и могут быть территориально привязаны, как в случае с речными паводками. Мониторинг складывающейся природной и техногенной обстановки на территории Российской Федерации неотъемлемая часть повседневной деятельности структур МЧС России. Без применения геоинформа 14 ционных технологий и внедрения ГИС в работу сил МЧС России было бы весьма затруднительно собирать в одну «картину» многообразные данные, распределенные в пространстве (населенные пункты, объекты экономики, лесные массивы и т. д.) и во времени (изменение направления и скорости ветра, площади территории лесного пожара, увеличения уровня речных вод, распространение пятен загрязнений нефтью и нефтепродуктами, изменение зон химического заражения, радиационного загрязнения и т. п.). За малым исключением ГИС различных функциональных возможностей и назначений, от ГИС городов до автоматизированного рабочего места управления в кризисных ситуациях, широко применяются во всех структурах МЧС России. Любая ГИС в совокупности с применяемыми приложениями по оценке последствий возникших или возможных ЧС имеет широконаправленные возможности по сбору, обработке и анализу складывающейся обстановки. Такая ГИС гибкий, быстрый и мощный инструмент, предназначенный для поддержки принятий решений органами управления (ОУ) МЧС России. Для увеличения функциональных возможностей этого инструмента в области предупреждения и ликвидации ЧС необходимо разработать автоматизированную географическую информационную систему поддержки принятия решений (АГИС ППР) МЧС России, а также программные продукты, предназначенные для решений различных задач, связанных с расчетами и оценкой опасностей в чрезвычайных ситуациях. Эти программы направлены на улучшение качества принятия решений по обеспечению различных видов безопасности (промышленная, радиационная, химическая, сейсмическая, пожарная и др.). Необходимо разработать различные расчетные программы на основе утвержденных методик, созданных математических моделей, существующих результатов научно-исследовательских работ (НИР) и их интеграция в геоинформационные системы более полно раскрыла все бы их возможности.
Геоинформационные системы и управление транспортными средствами оперативных подразделений МЧС России
Представляется, что обучить профессии ГИС-менеджера, обладающего такими качествами, вряд ли удастся традиционными методами. Таковыми становятся по мере накопления практического опыта.
Однако ГИС-специалистов нужно целенаправленно обучать. Без этого ГИС вряд ли когда-нибудь займет должное положение в обществе.
С учетом складывающихся реалий в развитии геоинформационного образования в России формирование подготовки ГИС-специалиста новой (проблемной, междисциплинарной) ориентации, скорее всего эффективнее вести за счет обновления учебных курсов и программ по географической картографии. Они традиционно включают фундаментальную подготовку в области наук о Земле, методологию и методы пространственного анализа.
Подобным путем идут американские специалисты [64, 92], имеющие богатый опыт преподавания геоинформационных дисциплин. Базовый учебный курс по ГИС в США в обязательном порядке включает программы обучения, объясняющие концепции геопространственных отношений окружающего мира.
Более легкой по сравнению с другими геоинформационными профессиями является задача подготовки ГИС-аналитиков и ГИС-программистов. Они могут быть подготовлены в обычном порядке при изучении соответствующего набора геоинформационных курсов и дисциплин. В связи с этим нуждается в серьезном осмыслении взгляд на геоинформатику как самостоятельную область знаний, разработку базового учебного «ядра» дисциплины и т.д.
Создание и введение ГИС в России возложено на федеральную службу геодезии и картографии (Роскартографию). Она руководит всеми топографо-геодезическими и картографическими работами в стране. В этой сфере значительную часть работы ведут российские университеты, где на факультетах и кафедрах в учебно-методических центрах и научных лабораториях сосредоточен основной творческий потенциал, обеспечивающий прогресс научной геоинформатики. Создаются ГИС разного назначения и территориального охвата в институтах Российской академии наук (РАН), в отраслевых научно-производственных организациях и учреждениях заинтересованных министерств и ведомств. МЧС России не является здесь исключением.
В настоящее время в этой сфере активно работают и коммерческие фирмы, занимающиеся как продажей различного автоматизированного инструментария (программное и аппаратное обеспечение), так и реализацией геоинформационных проектов. Сегодня все большее количество наиболее профессиональных кадров инициирует создание достаточно мощных коммерческих фирм, поставляющих на российский рынок компьютерный инструментарий, программные средства, коммерческие ГИС, цифровую картографическую основу, осуществляющих реализацию проектов «под ключ».
Следует подчеркнуть, что совместное использование глобальных навигационных систем ГЛОНАСС/НАВСТАР позволит существенно повысить точность картографической информации, сократить время измерений за счет использования большего количества спутников.
Рассмотрение возможностей и перспектив совместного использования глобальных спутниковых систем ГЛОНАСС и НАВСТАР для навигации и развития ГИС влечет за собой необходимость разработки и реализации всемирного радионавигационного плана. Это даст эксплуатационные, технические и финансовые преимущества всем существующим и потенциальным пользователям наземных и морских радионавигационных служб. Очевидно, что использование двух и более радионавигационных систем не только улучшит доступ, надежность и целостность радионавигационной службы, но и значительно повысит безопасность навигации.
В качестве характерной иллюстрации конструктивного объединения GPS и ГИС-технологий приведем две разработки АО «Транснетсервис», ко 39 торые эффективно работают уже более 10 лет и претерпели несколько модернизаций:
Система контроля подвижных объектов «Магеллан-М» [39] предназначена для обеспечения безопасности и контроля за подвижными объектами в режиме реального времени при перевозке ценных и опасных грузов, а также при транспортном обслуживании высокопоставленных лиц. В системе используется спутниковая навигационная система NAVSTAR. Спутниковые GPS-приемники вырабатывают данные о местоположении подвижных объектов, векторе скорости и передают их в аппаратуру передачи данных (радиомодемы и стандартная УКВ-радиостанция). Через систему ретрансляторов данные от отдельных подвижных объектов приходят на диспетчерский пункт и диспетчер, используя программное обеспечение «Магеллан-М», следит за контролируемыми объектами на фоне электронной карты города (района) на экране компьютера в режиме реального времени. После прохождения маршрута оператор имеет возможность воспроизвести этот маршрут по зарегистрированным ранее данным.
Настоящая система в отличие от транковой связи предназначена для решения локальных задач (малого города, района). Система идеально подхо- дит для замкнутых ведомственных и муниципальных структур, а также фирм, имеющих собственный парк автомобилей.
Ретрансляторы и диджипиторы при установке на высокой точке покрывают территорию до 30 километров. Система может обслуживать до 100 объектов на одной частоте (симплекс) с периодом обновления информации о местоположении подвижного объекта от 100 до 400 секунд.
Другая система — бортовой накопитель параметров движения транспортных средств «БНП-ТРАНС» [39]. Является эффективным контролем режима прохождения маршрута транспортным средством. «БНП-ТРАНС» устанавливается на автомобиле и подключается к сети бортового электропитания. Он состоит из GPS-приемника и специализированного контроллера с электронной памятью. Периодичность регистрации параметров движения может регулироваться в любом интервале - от нескольких секунд до нескольких часов. Аппаратура размещается в прочном алюминиевом влаго-пылезащитном корпусе.
Указанная система является высокоэффективным средством контроля за движением транспортных средств по заданному маршруту и действиями экипажа. Контроль может быть гласным и негласным. Соответственно накопитель может быть установлен открыто или скрыто в любом подходящем месте автомобиля (багажнике, кабине водителя, салоне и т.д.).
В процессе движения «БНП-ТРАНС» производит запись координат точек маршрута движения с указанием времени их прохождения, фиксацию фактов открытия и закрытия дверей фургона или контейнера, а также фиксирует показания датчиков, факты отключения питания. Обработка записанных данных на компьютере с использованием электронной карты маршрута после возвращения из рейса позволяет получить достоверную картину движения и действий обслуживающего персонала, зафиксировать факты схода с установленного маршрута, оценить время задержек (например, в связи с обслуживанием мест происшествия), обнаружить факты вскрытия контейнеров, попытки обесточивания устройств и другие криминальные действия.
Таким образом, эффективность использования спутниковых навигационных систем в значительной степени зависит от возможности их совместного использования с электронными картами. Поэтому большой интерес представляют ГИС, объединенные с радионавигационными и спутниковыми системами.
Принципы проведения навигационных измерений и определения местоположения транспортных средств
Как только подобная ситуация возникает в действительности, компьютеры приемников GPS определяют, что часы приемника сбились и идут с некоторым опережением или отставанием по отношению к системному времени. Тогда компьютер, вычитая или прибавляя некоторый одинаковый интервал времени, корректирует время во всех измерениях таким образом, чтобы найти решение, которое все три окружности делает проходящими через одну точку. В приведенном примере он придет к решению - часы приемника отстают на одну секунду.
В действительности же применительно к трехмерному пространству решаются четыре уравнения с четырьмя неизвестными, и тем самым исключается ошибка часов приемника [82]. Число четыре следует всегда помнить при проведении навигационных измерений, так как оно означает, что нельзя узнать точные координаты объекта до тех пор, пока в пределах этой прямой видимости не окажется, по крайней мере, четыре спутника. Необходимость выполнения не менее четырех измерений определяет устройство GPS-при-емника. В частности, для непрерывного местоопределения в реальном масштабе времени необходимо, чтобы приемник был снабжен, по крайней мере, четырьмя каналами измерений, постоянно работающими с каждым из четырех спутников. Если не требуется особой оперативности в измерениях, можно применить более экономичный и дешевый одноканальный приемник. Операция позиционирования с его помощью займет от 2 до 30 сек.
Однако одноканальный приемник не решает столь же успешно задачу измерения скорости движения объекта, на котором он установлен. Это достаточно большой минус. Недостаток одноканальных приемников проявляется и в том, что процесс местоопределения прерывается каждый раз, когда обрабатываются сигналы очередного спутника. Для избежания таких ситуаций применяют двухканальный приемник. В то время как один его канал производит обработку временных измерений, другой — устанавливает радиоконтакт с очередным спутником для проведения измерений. Как только первый канал закончит частичный цикл обработки данных, он сможет мгновенно подключиться к следующему спутнику без потери времени на его «захват». Это значительно ускоряет работу приемников с последовательно переключаемыми каналами.
Таким образом, мы пришли к следующим выводам: 1. Идеальная синхронизация часов спутников и приемников является ключевым в точном измерении расстояний до спутников. 2. Для повышения точности спутниковых часов в них в качестве метрономов используются атомные эталонные генераторы частоты. Однако можно использовать и не столь совершенные часы, производя измерения дальностей до четырех спутников. Это позволяет исключить ошибки за счет неточности часов. 3. Необходимость в проведении четырех измерений определяет устройство приемника.
Во всех наших предыдущих рассуждениях мы исходили из того, что знаем точно, где в космическом пространстве находятся спутники. На основе этого вычислялось местоположение объекта по координатам и дальностям до них. Как же узнать, где именно в космическом пространстве располагается спутник? Учитывая, что на высоте более 20000 километров полет проходит полностью вне земной атмосферы, он описывается простыми математическими отношениями.
Поскольку орбиты известны заранее, каждый GPS-приемник содержит в памяти своего компьютера постоянно обновляемый справочник с координатами каждого спутника в любой момент времени. Чтобы сделать модель движения спутника более совершенной, она поставлена под постоянный контроль специалистов.
Прохождение спутников GPS над контрольными станциями на Земле дважды в сутки дает возможность точно измерять их положение, высоту и скорость. Обнаруженные отклонения от теоретических орбит называют «ошибками эфемерид». Они обычно очень незначительны и вызваны такими явлениями, как гравитационные притяжения Луны и Солнца, и солнечное световое давление на спутник.
После того, как одна из станций слежения определила положение спутника и вычислила поправки к его орбите, эта обновленная информация пере 69 дается обратно на спутник, заменяя собой в памяти его бортового компьютера прежнюю информацию. Все последующее время эти поправки вместе с дальномерными кодовыми сигналами будут непрерывно передаваться каждым спутником на Землю.
Таким образом, каждый спутник GPS в непрерывном режиме передает не только свои индивидуальные дальномерные коды (общедоступный гражданский код и защищенный код военного назначения), но и сообщения о своем точно предвычисленном положении на орбите, о движении остальных спутников GPS, так называемый «альманах» о состоянии своих бортовых систем и другую служебную информацию. Эти сообщения используются всеми видами приемников GPS.
Следует подчеркнуть, как ни совершенна спутниковая навигационная система, существуют два вида погрешностей, влияния которых очень трудно избежать.
Наиболее значимые погрешности возникают при прохождении радиосигналом ионосферы Земли (слой заряженных частиц на высотах от 50 до 1000 километров). Эти частиц заметно влияют на скорость распространения радиоволн.
Как следствие, это приводит к серьезным ошибкам при определении расстояний до спутников, если оно построено на предположении о строгом постоянстве скорости распространения радиоволн. Чтобы сделать минимальными подобные ошибки, разработано два специальных метод их коррекции.
Первый основан на предсказании типичного изменения скорости при средних ионосферных условиях и в последующем внесении поправок во все измерения [82]. Другой, более точный метод связан со сравнением скоростей распространения двух разночастотных радиосигналов и вычислением соответствующих временных задержек в ионосфере [83].
Комплекс автоматизированных рабочих мест автоматизированной геоинформационной системы поддержки принятия решений по управлению оперативными подразделениями пожарной охраны
В главе проанализированы два специальных метода коррекции ошибок. Первый основан на предсказании типичного изменения скорости при средних ионосферных условиях и в последующем внесении поправок во все измерения. Другой, более точный метод связан со сравнением скоростей распространения двух разночастотных радиосигналов и вычислением соответствующих временных задержек в ионосфере.
Уникальность выполнения пожарно-тактических задач оперативными подразделениями МЧС России предъявляет высокие требования к точности измерений, выполняемых навигационной аппаратурой СРНС. Однако высокие требования удовлетворяются ценой затрат на приобретение дорогостоящей аппаратуры для установки на пожарно-спасательные машины.
Для уменьшения влияния суммарных погрешностей, применяют дифференциальный режим работы СРНС. Однако используемый в нем способ компенсации погрешностей не полностью исключает влияние их на результаты радионавигационных определений. Это объясняется, главным образом, тем, что отдельные составляющие погрешностей не аддитивны относительно измеряемых радионавигационных параметров сигналов, другие же не сохраняют постоянства во времени и в пространстве своих значений.
В главе разработана методика определения координат транспортных средств МЧС России по сигналам спутниковых радионавигационных систем, работающих в дифференциальном режиме, позволяющая повысить точность определения координат транспортных средств оперативных подразделений МЧС России как потребителя сигналов СРНС в дифференциальном режиме ее работы. Повышение точности достигается путем раздельного введения поправок к прогнозируемым координатам навигационных спутников и поправок к результатам навигационных измерений. Поправки определяются по результатам совместного среднеквадратического оценивания на фоне помех погрешностей эфемерид и постоянных во времени и в пространстве параметров систематических погрешностей результатов измерений, порожденных совокупным влиянием перечисленными выше факторами.
Полученные результаты решения двух примеров количественно подтверждают теоретические выводы о целесообразности использования предложенной методики в дежурно-диспетчерской службе МЧС России для определения координат транспортных средств МЧС России по сигналам спутниковых радионавигационных систем, работающих в дифференциальном режиме.
Анализ пожаров на различных объектах заставляет делать вывод о том, что для успешной ликвидации возникающих пожаров первоочередное значение имеют мероприятия по уменьшению времени свободного развития очага возгорания.
Своевременно поступившее сообщение о пожаре в пожарные подразделения во многом определяет успех его тушения. Для уменьшения времени обнаружения пожаров предлагается использовать спутниковые геоинформационные системы с применением тепловой съемки сканера МСУ-СК, возможности которого позволяют проводить съемку инфракрасного излучения в диапазоне 10.3-11.8 мкм, то есть обнаружить пожар. При этом основой для применения геоинформационных технологий являются оцифрованные картографические материалы, электронные планы жилых застроек, промышленных предприятий и других объектов городов, а также лесов и сельской местности.
Для непрерывного сбора информации в режиме реального времени создаются реперные системы, как геометрическая основа геоинформационных систем. Благодаря этому информация о возникшем пожаре, как на стационарных объектах города, так и на движущихся объектах транспорта в считанные секунды передается со спутника на пункт обработки информации и далее в оперативные подразделения пожарной охраны.
Таким образом, геоинформационные системы позволяют существенно сократить время от обнаружения пожара до выезда пожарных подразделений на место возгорания.
При решении задач оперативного управления пожарными подразделениями требуется привлечение разнородной информации, в том числе координатно привязанной. Эта информация должна представляться в удобной для анализа форме и обеспечивать принятие оптимальных управленческих решений. Таким требованиям отвечают геоинформационные системы и технологии на их основе.
В результате проведенного диссертационного исследования на основе ГИС-технологий разработана автоматизированная географическая информационная система поддержки принятия решений (АГИС ПНР) по управлению оперативными подразделениями пожарной охраны. Структурная схема данной АГИС ПНР представлена на рис. 3.1.
Цель создания системы - совершенствование автоматизации процесса принятия решения персоналом контрольно-корректирующей станции (ККС) дежурно-диспетчерской службы (ДДС) органа управления (ОУ) МЧС России и реализации задач по оперативному управлению пожарно-спасательными формированиями при тушении пожаров (ликвидации последствий ЧС) на объектах города. АГИС ПНР позволит повысить эффективность деятельности сил и средств пожарных подразделений путем: - сокращения времени на обработку заявок по пожарам, а также принятия управленческих решений по реагированию на них; - устранения ошибок в диспетчировании сил и средств; - обеспечения возможности привлечения сил и средств в количестве, необходимом для тушения пожаров (ликвидации последствий ЧС) на объектах города с возможностью привлечения дополнительных сил и средств МЧС России;
