Analizy przestrzenne w zarządzaniu kryzysowym

Informacja przestrzenna jest często wykorzystywana w zarządzaniu kryzysowym jako narzędzie wspierające proces decyzyjny. W zależności od fazy zarządzania kryzysowego oraz od dostępnych danych przestrzennych, wykonywane są odpowiednie analizy przestrzenne, mające na celu dostarczenie poszukiwanej informacji przestrzennej. Poniżej przedstawiono przykłady analiz przestrzennych wykonywanych na potrzeby zarządzania kryzysowego w zależności od charakteru zdarzenia kryzysowego.

Powodzie

Powodzie są jedną z najczęściej występujących klęsk żywiołowych w Europie. Bezpośrednimi przyczynami powodzi są długotrwałe lub gwałtowne opady (szczególnie zagrażające obszarom górskim i podgórskim),  roztopy (najczęściej występujące na dużych rzekach nizinnych) oraz zatory lodowe. Antropogeniczna działalność człowieka niestety coraz bardziej przyczynia się do wzrostu skali powodzi, szczególnie na terenach zurbanizowanych charakteryzujących się bardzo dużym odsetkiem powierzchni nieprzepuszczalnych oraz nieracjonalną gospodarka przestrzenną. 

Powódź jest zjawiskiem wielkoobszarowym, gdzie do części terenów zalanych nie ma często żadnego dostępu. W takich sytuacjach techniki teledetekcyjne znajdują szerokie zastosowanie. W fazie zapobiegania i przygotowania zobrazowania satelitarne dostarczają aktualnej informacji na temat ogólnej sytuacji obszaru, zaś dzięki dostarczanym cyklicznie danym możliwe jest stworzenie systemu monitoringu poziomu wody w rzekach.  Dzięki danym uzyskanym ze skaningu laserowego opracowywany jest numeryczny model terenu (NMT) na podstawie którego obliczany jest model hydrologiczny rzeki, który dostarcza informacji na temat prawdopodobieństwa przerwania wałów oraz skali zalania pobliskich terenów w postaci map zagrożenia powodziowego i ryzyka powodziowego. Dzięki danym wektorowym budynków z połączonymi danymi statystycznymi możliwe jest zestawienie danych na temat szacunkowej liczby osób mieszkającej na terenie zalewowym oraz wyznaczenie miejsc i tras ewakuacji.

W fazie reagowania, w momencie nadejścia fali powodziowej, zestawiane są aktualne zobrazowania z archiwalnymi w celu wyznaczenia faktycznego zasięgu powodzi. Powyższa informacja, połączona z modelem rzeźby terenu, pozwala stwierdzić jak głęboka jest woda w różnych częściach obszaru. Dzięki stale dostarczanym danym satelitarnym (optycznym i radarowym), zobrazowaniom lotniczym lub danym pochodzących z drona można monitorować aktualną sytuacją na obszarze zalanym. W detekcji powodzi niezwykle przydatne są zobrazowania radarowe, które obrazują dokładnie powierzchnię ziemi niezależnie od pory dnia, pogody i poziomu zachmurzenia.

W fazie odbudowy przeprowadzane są analizy przestrzenne, które dostarczają informacji na temat obszarów dotkniętych powodzią oraz skali strat. Dzięki danym satelitarnymi (lub lotniczym) oraz modelem hydrologicznym wykonywane są analizy przestrzenne wskazujące niecki bezodpływowe oraz optymalną lokalizację pomp wysokiej wydajności do celów wypompowywania wody i osuszania terenu po powodzi.

Pożary

Pożary lasów są zagrożeniem powszechnym, które powoduje duże straty w strefie społecznej, ekonomicznej i ekologicznej. Polska jako kraj bogato zalesiony charakteryzuje się potencjalnym zagrożeniem pożarowym lasów rzędu 85% powierzchni obszarów leśnych. Głównymi przyczynami pożarów lasów w Polsce są niestety nieostrożność ludzi korzystających z kompleksów leśnych. 

W wyniku interpretacji zobrazowań teledetekcyjnych powstają bazy danych potencjalnych źródeł ognia (np. domostwa, linie kolejowe, strefy biwakowe). Ponadto, w oparciu o dane satelitarne są przeprowadzane analizy określające możliwość faktycznego wystąpienia pożaru. Do tego typu analiz wykorzystywane są dane archiwalne. Co więcej, w wyniku operacji i przetworzeń wykonanych na zobrazowaniach satelitarnych można zbadać właściwości biofizyczne terenu, które mają wpływ na powstanie pożaru umożliwiając określenie stopnia zapalności lasu.

W fazie reagowania, satelity dostarczają aktualnych danych o aktywnych pożarach i kierunku rozprzestrzeniania się ognia, zaś w fazie odbudowy za pomocą analiz przestrzennych opartych o dane satelitarne dokonuje się oceny wielkości strat.  

Lawiny śnieżne i ruchy masowe

Lawiny śnieżne są jednymi z najgwałtowniejszych postaci ruchów masowych i stanowią olbrzymie zagrożenie dla ludzi i ich otoczenia oraz infrastruktury na terenach górzystych. Zagrożenie lawinowe rośnie z roku na rok z racji coraz większego zagospodarowywania tych terenów, szczególnie pod kątem turystyki i rekreacji. Z racji na niedostępność obszarów występowania lawin oraz niebezpieczeństwo przebywania w ich pobliżu, najefektowniejszą metodą ich badania są techniki teledetekcyjne i GIS.

Cyfrowe kartowanie mas śnieżnych i lawin w oparciu o dane satelitarne i lotnicze pozwala na lepsze zrozumienie zjawiska oraz jego monitoring.  Dzięki kartowaniu lawin można oszacować objętość mas śniegu, co jest istotną informacją w przypadku potencjalnego zagrożenia lawiną śnieżną. W badaniu lawin śnieżnych są również wykorzystywane numeryczne modelu terenu (wygenerowane na przykład z chmury punktów skaningu laserowego), na podstawie których opracowuje się mapy zagrożenia lawinowego. Powyższe mapy mają na celu wyznaczanie obszarów schodzenia lawin, określenie ich maksymalnego zasięgu oraz oszacowanie częstości ich występowania. Stosując na danych wysokościowych odpowiednie algorytmy numeryczne, można wyznaczyć strefy startu lawiny, jej tranzytu i zatrzymania się. Z kolei wykorzystując numeryczny model pokrycia terenu, można dodatkowo określić szorstkość powierzchni w obrębie tych stref, co ma wpływ na prędkość przemieszczania się lawiny. Analiza przestrzenna może być wzbogacona dodatkowymi danymi meteorologicznymi takimi jak warunki termiczne, wietrzne i opadowe, które umożliwiają uszczegółowienie wyników analizy.

Trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów

Trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów są gwałtownymi zjawiskami geologicznymi. Trzęsienia ziemi polegają na rozładowaniu naprężeń powstałych w skorupie ziemskiej w czasie ruchów litosfery, zaś zjawiska wulkaniczne są procesem wydobywania się magmy z wnętrza ziemi, czemu bardzo często towarzyszą trzęsienia ziemi.  Obszary występowania częstych i silnych trzęsień ziemi (strefy sejsmiczne) znajdują się głównie na granicach płyt litosfery. W Europie najbardziej aktywną strefą sejsmiczną jest strefa śródziemnomorska w basenie Morza Śródziemnego. Terytorium Polski zaliczane jest do obszarów asejsmicznych i pansejsmicznych, gdzie zjawiska trzęsienia ziemi zachodzą niezwykle rzadko w skalach nie zagrażających życiu i zdrowiu ludności.

Po mimo rozwijających się technologii nadal nie jest możliwe wiarygodne przewidywanie miejsc kolejnych trzęsień ziemi. Niemniej jednak dzięki technologiom satelitarnym można zbadać charakterystykę występującego trzęsienia ziemi. W badaniu siły trzęsienia ziemi i rozchodzeniu się fali sejsmicznej wykorzystywane są systemy nawigacji satelitarnej np. GPS, którego odbiorniki rejestrują fale rozchodzące się w ziemi podczas trzęsienia. Wraz z rozwojem radarowych technik teledetekcyjnych, coraz częściej w badaniach trzęsień ziemi stosowane są interferometry radarowe. Jest to metoda teledetekcyjna wykorzystująca wzajemne przesunięcia fazy sygnału dwóch zobrazowań radarowych (SAR) tego samego obiektu wykonanych z nieznacznie różnych pozycji. W ten sposób uzyskuje się informację o wartościach względnych rzędnej powierzchni terenu lub jej zmianach w czasie, dzięki czemu możliwe jest zaobserwowanie deformacji gruntu spowodowanych trzęsieniem ziemi lub ruchem magmy pod jej powierzchnią.

Największe zastosowanie technik teledetekcyjnych w badaniu trzęsień ziemi ma miejsce w fazie odbudowy. Dzięki zobrazowaniom radarowym i metodzie interferometrii radarowej można opracować mapy deformacji terenu i mapy przedstawiające zniszczenia po trzęsieniu ziemi oraz oszacować wielkość strat spowodowanych przez kataklizm.

W przypadku wybuchów wulkanów, techniki teledetekcyjne znajdują zastosowanie w fazie reagowania oraz w fazie odbudowy. Podczas wybuchu wulkanu, w oparciu o wielospektralne dane satelitarne, można badać kierunek i prędkość chmury pyłów wulkanicznych oraz ich skład. Wyniki powyższych analiz przestrzennych mogą posłużyć do ostrzegania ruchu lotniczego przed niebezpieczną smugą. Z kolei w fazie odbudowy, na podstawie danych satelitarnych, można oszacować wielkość strat i szkód spowodowanych wybuchem wulkanu.

Bezpieczeństwo granic

Czynniki wpływające na bezpieczeństwo granic Polski można podzielić na bezpośrednie (tradycyjne) np. przemyt, nielegalny obrót towarami, nieuprawnione przekroczenia granicy oraz czynniki zewnętrzne, wynikające ze współzależności w ramach członkostwa w organizacjach międzynarodowych – Unii Europejskiej czy NATO. W ostatnich latach problematyka bezpieczeństwa granic nabrała szczególnie na znaczeniu w związku z rosnącym zjawiskiem masowej imigracji do Unii.

Granice państw przechodzą często przez tereny trudno dostępne, np. cieki wodne (zachodnia granica Polski z Niemcami nad rzeką Odrą) albo przez tereny górzyste (bieszczadzki odcinek południowo-wschodniej granicy Polski z Ukrainą), co powoduje problemy ze szczelnością granic szczególnie pod kątem nielegalnego jej przekroczenia. By dowiedzieć się czy i na ile granice są szczelne wykonuje się analizy przenikalności granic. W Centrum Badań Kosmicznych PAN powstały tego rodzaju opracowania dla pogranicza polsko-ukraińskiego w ramach projektów LIMES i G-MOSAIC realizowanych przez Zespół Obserwacji Ziemi.

Stworzone mapy wskazują łatwość, z jaką nielegalny imigrant może przemieszczać się po obszarze przygranicznym. Danymi źródłowymi do opracowania mapy były dane satelitarne oraz cyfrowe modele terenu. W analizie przestrzennej wzięto pod uwagę łatwość chodzenia w różnych warunkach terenowych, możliwość pozostania niewidocznym dla obserwatora,  prędkość ruchu pieszego oraz sieć dróg.

Innym opracowaniem kartograficznym powstałym w wyniku analiz przestrzennych jest mapa przejezdności przedstawiająca zdolność ruchu kołowego po określonym terenie przygranicznym. Analiza ma na celu obliczenie maksymalnego współczynnika prędkości, związanego z technicznymi właściwościami pojazdu (np. geometrią, maksymalną prędkością, promieniem skrętu) oraz charakterystyką terenu (topografią, typem gleby, gęstością zadrzewienia, pokryciem terenu).

Pomoc humanitarna

Analiza bardzo wysokorozdzielczych danych satelitarnych (czyli o rozdzielczości przestrzennej poniżej 1 metra) jest jednym z niewielu obiektywnych źródeł informacji w sytuacjach konfliktów zbrojnych i wojen domowych. Organizacje pomocy humanitarnej wykorzystują zobrazowania satelitarne do wyznaczania lokalizacji i charakterystyki obozów uchodźców. Pozyskanie danych na temat dokładnych granic obozu oraz liczby osób w nim przebywających jest ze względów bezpieczeństwa praktycznie niemożliwe. Dzięki technikom cyfrowego przetwarzania danych satelitarnych oraz różnym modelom i algorytmom możliwe jest wykrycie nawet pojedynczych szałasów i namiotów. W oparciu o dane satelitarne można opracować dokładne mapy sytuacyjne obozu uchodźców wraz z jego granicami i kierunkami rozprzestrzeniania się oraz oszacować liczbę i gęstość zaludnienia. Powyższe mapy są wykorzystywane w ewidencji obozów oraz umożliwiają określenie planów działania pomocy humanitarnej na jego obszarze.

Powyższy artykuł powstał dzięki materiałom opracowanym przez Zespół Obserwacji Ziemi CBK PAN (http://zoz.cbk.waw.pl/category/obserwacje-ziemi/)