К вопросу использования информационных технологий для исследования природно-техногенных катастроф

Современный уровень научных исследований предполагает и обязывает разработку и применение новых информационных технологий. В связи с этим ставится следующая задача: разработать новую информационную технологию для исследования и прогнозирования оползней и селей на территории Кыргызстана. Под информационной технологией будем понимать процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и перемещения данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии исследуемых оползневых и селевых процессов. Для достижения поставленной цели разработана информационно — вычислительная система (ИВС).

Данная ИВС отвечает всем необходимым требованиям, предъявляемым к информационным системам. Рассмотрим стандартную структуру информационной системы (рис.1):

Техническое обеспечение. В эту подсистему входят персональные компьютеры последних моделей, устройства накопления, сбора, обработки и вывода информации, устройства передачи данных и телекоммуникации.

Математическое обеспечение. Под этим понимается совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации цели и назначения информационной системы, а также для нормального функционирования технических средств.

Программное обеспечение. В состав этой подсистемы входят общесистемные и специальные программные продукты:

• · комплексы программ, ориентированных на пользователя и предназначенных для решения стандартных информационных задач;
• · пакеты прикладных программ, реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование исследуемых реальных объектов.

Информационное обеспечение. Данный элемент ИВС представляет собой совокупность информации, данных наблюдений за оползневыми и селевыми процессами, а также обзор научной литературы по исследуемой проблеме и т. д.

Назначение и структура. Предлагаемая ИВС предназначена:

• · для исследования селевых и оползневых процессов методами вычислительной гидроаэродинамики и математической статистики;
• · для обеспечения системной, вычислительной, информационной и графической поддержки при прогнозировании селей и оползней;
• · для модельных и вычислительных экспериментов применительно к конкретным оползневым и селевым объектам, на основе которых возможно принятие управляющих решений и разработка научно-практических рекомендаций по противооползневым и противоселевым мероприятиям;
• · для учебного пособия в ВУЗах по новым компьютерным технологиям и численным методам.

Рассмотрим структуру предлагаемой ИВС. Данный информационновычислительный комплекс состоит из отдельных блоков или модулей. Очень важно отметить, что поставка программного продукта заинтересованным пользователям может производиться как в виде отдельных самостоятельных модулей, так и всей системы.

Заметим, что взаимодействие между блоками ИВС осуществляется системными средствами Windows и MS-Office. Для этого задействованы макросы на Visual Basic for Application (VBA) и средства MS-Bilder. Разрабатываемая система содержит основные блоки, которые могут быть со временем дополнены или видоизменены. При создании ИВС мы придерживаемся следующего принципа: каждый блок системы разрабатывается и создается отдельно и работа над ними ведется параллельно. Только после длительной проверки, соответствующей апробации и отладки они будут объединены в единый пакет программ или в единую систему.

Комплект поставки информационно-вычислительной системы может состоять только из одного блока, двух блоков, трех и т. д. На сегодняшний день на мировом рынке программных средств имеется мощный и универсальный пакет программ «MS-Office», работающий в среде Windows (версии Windows-XP/Vista/7). Объективная ситуация на компьютерном рынке Кыргызстана диктует необходимость применения пакета программ «MS-Office».информационный программный прогнозирование оползень Если разделы информационно-вычислительной системы будут созданы с использованием средств данного пакета программ, то их последующее объединение не встретит особых затруднений. Рассмотрим каждый блок или составные части системы в отдельности.

База данных. База данных создается средствами электронной таблицы Excel и СУБД Access и содержит данные наблюдений и описание оползней и селевых объектов, расположенных вблизи населенных пунктов или народно-хозяйственных объектов на территории Кыргызстана. В базу данных вошли как результаты наших исследований, так и данные, предоставленные специалистами Министерства геологии КР. Итак, рассмотрим назначение и структуру разработанной базы данных по оползням и селям, распространенным на территории Кыргызстана.

Назначение и структура базы данных. Созданная база данных (БД) содержит сведения об оползнях и селях. Назначение базы данных — это автоматизация предоставления пользователям всей необходимой информации об оползнях и селях; хранение, отслеживание, постоянное пополнение и обновление, обработка и анализ имеющейся информации по оползням и селям; оперативное создание требуемых информационных отчетов и твердых копий, вывод на печать фотографий, рисунков, схематических карт распространения селей и оползней и т. д. База данных состоит из стандартных элементов: таблиц, форм, запросов, отчетов, макрокоманд и модулей.

Таблицы. На первом этапе проектирования БД созданы таблицы, как основа любой реляционной базы данных. При региональном и локальном изучении оползней и селей существуют общие положения, которых мы будем придерживаться при создании БД.

Региональное исследование оползней и селей проводится, как правило, для изучения и выявления пространственной изменчивости их формирования, проявления, развития и активации. Исследуется устойчивость региона или территории, составляется региональный прогноз оползневых и селевых процессов. В ходе проведения сложных и многообразных геолого-инженерных работ выявляются основные геологические условия, рельеф, климатические условия и другие факторы формирования и развития оползней и селей, изучаются склоны и участки проявления оползней и селей, проводится типизация оползней и селей, их классификация, исследуются их основные закономерности и др.

Локальное исследование оползней и селей проводится, как правило, для оценки опасности для отдельных участков, разработки локального прогноза, исследуются механизмы развития оползневых и селевых процессов и т. д.

Как известно, локальные исследования проводятся после региональных и их особенность заключается в многообразии, комплексности, всесторонности и предельной детализации изучаемых объектов.

На основе регионального и локального изучения создаются соответствующие отчеты, карты, схемы, фондовые материалы и т. п. При этом существуют специальные формы предоставления необходимой информации по результатам исследований. Разработаны кадастры, которые включают необходимый перечень информации и обязательные позиции, которые должны быть отражены в результатах исследований.

Наша задача заключается в том, чтобы предлагаемая БД правильно отражала и точно соответствовала принятым нормам составления результатов исследования или результирующих материалов. В соответствии с вышеизложенным, созданы следующие таблицы для БД.

• 1. Таблица «Местоположение оползней и селей» — содержит информацию о названиях оползней и селей, их точном местонахождении, административном положении, даты образования и наблюдений, графическую информацию.
• 2. Таблица «Общая характеристика склона» содержит необходимую информацию об оползневых и селевых склонах: протяженность оползня или селевого участка, его высоту склона, заложение склона, крутизну, экспозицию, форма склона в плане и в профиле, характеристика пород, слагающих склон, и характеристика прочности глинистых пород, направление и угол падения слоев по отношению к склону, современные тектонические нарушения (разломы, склоны). Кроме того, важную информацию о строении массива, а также о глубине захвата пород смещением, обводненность пород склона и т. д.
• 3. Таблица «Параметры оползней и селей» включают следующие поля: глубина, длина, ширина оползней и селей, площадь поверхности, объем оползней и селей, форма в плане и в профиле, характер рельефа поверхности, базис оползней и селей.
• 4. Таблица «Активность оползней и селей» содержит данные о типе оползня и селя и его устойчивость (степень устойчивости), площадь оползня или активной части селей, показатель активности и количество разгрузок, их дату, скорость и направление движения, рекомендации по противооползневым и противоселевым мероприятиям.
• 5. Таблица «Основные факторы и данные наблюдений» содержит такие сведения, как гидрогеологические условия, метеорологические условия, сейсмические условия, снеготаяние, сезонное оттаивание, поверхностный сток, ряды наблюдений и т. д.
• 6. Таблица «Результаты корреляционно-регрессионного и факторного анализа» — в данную таблицу помещаются результаты исследований на основе корреляционнорегрессионного и факторного анализа (ряды наблюдений, экстраполяция рядов, интерполяция рядов, корреляционно-регрессионный анализ, однофакторный и многофакторный анализ, уравнения регрессии, математические модели, графики и диаграммы, локальные прогнозы и др.
• 7. Таблица «Фильтрационные и инфильтрационные факторы» — отражает такие важные данные, как режим подземных вод, режим инфильтрации, коэффициенты фильтрации, влажность грунта, физико-механические свойства грунта, оценка устойчивости, определение линии смещения, математические модели и методики решения.

Запросы. Следующий объект базы данных — запросы, которые позволяют делать выборки из базы данных, управлять записями данных, обобщать и объединять данные, выводить на экран и на печать информацию по заданным условиям и критериям. База данных содержит несколько запросов, которые могут видоизменяться, создаваться в считанные минуты по желанию пользователя.

Формы. Следующий элемент базы данных — это формы, представляющие собой, как известно, альтернативный способ отображения данных и используются для ввода, управления, просмотра и печати данных. При этом используются различные виды форм: простые и табличные формы; составные формы, которые содержат поля из нескольких таблиц; формы-диаграммы для графической информации и формы с функциями.

Отчеты. Они предназначены для вывода информации в наиболее удобном для пользователя виде. В базе данных созданы несколько типов отчетов: простые, табличные отчеты, многоуровневые отчеты. Как известно, средства Access позволяют организовать любые отчеты по желанию пользователя в любой момент времени.

Не исключено, что база данных имеет недостатки, но она постоянно совершенствуется по мере накопления информации и эксплуатации заинтересованными пользователями. База данных является ключевым элементом информационновычислительной системы, на базе которой строятся математические модели оползневых и селевых процессов и разрабатываются численные методы их решения, прогнозные модели и корреляционный, факторный анализ и т. д.

Динамические модели и программы. Данный раздел включает разрабатываемые нами механико-математические модели, методы и алгоритмы их решения, соответствующие вычислительные программы. Понятно, что этот раздел также будет пополняться по мере создания и решения новых моделей, представляющих собой линейные или нелинейные дифференциальные уравнения в частных производных различного порядка с начально-краевыми условиями, которые также могут быть как линейными, так и нелинейными. Кроме того, для решения наших задач применяются различные методы, которые также находят свое отражение в нашем вычислительном комплексе и появляется возможность выбора того или иного наиболее подходящего метода и алгоритма решения.

Прогнозные модели и программы. В этом разделе рассматриваются прогнозные задачи для определения взаимосвязи между количеством проявления оползней и селей или их интенсивности и основными факторами. Понятно, что можно комбинировать различные сочетания основных факторов и исследовать интенсивность оползней и селей, коэффициент устойчивости склонов методами корреляционного, регрессионного, факторного анализа и дать в результате более или менее достоверную оценку и прогноз.

Основная задача на сегодняшний день заключается в постоянном наполнении и обновлении всех перечисленных элементов информационно-вычислительной системы соответствующим информационным материалом и для этого необходимо тесное сотрудничество различных специалистов, занимающихся исследованием оползневых и селевых процессов в Кыргызстане, а также соответствующее материально-техническое, финансовое и кадровое обеспечение.

• 1. Гулакян К. А., Кюнтцель В., Постоев Г. П. Прогнозирование оползневых процессов. -М.: Изд. Наука, 1977. — 212 с.
• 2. Изучение режима оползневых процессов / под ред. А. И. Шеко. — М.: Изд. Недра, 1982. — 412 с.
• 3. Варнес Д. Движение склонов, типы и процессы // Оползни, исследования и укрепления. — М.: Изд. Мир, 1981. — С. 32−85.
• 4. Бийбосунов А. И., Бийбосунов И., Орозобекова А. К. Оценка устойчивости горных склонов и динамика смещения оползневых процессов // Сб.: Современные проблемы механики сплошных сред. — Бишкек, 2001. — Вып.1. — С. 11−20.