Использование геоинформационных систем в исследовании климатических процессов. Использование геоинформационной системы в экологии

Огромное количество природных катастроф возникает в результате необдуманных действий человечества. Причина торфяных пожаров кроется в осушении болот Восточно-европейской равнины для добычи торфа, а наводнение на Дальнем востоке принесло мощные разрушительные последствия. Современное экономическое развитие человечества не должно допустить изменения природной сферы, уничтожения жизни. В рамках современного экологического образования очень актуальным становится использование информационных технологий, среди которых, прежде всего, следует выделить геоинформационные технологии и средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Именно они дают возможность наглядно оценить обстановку вокруг места аварии, рассчитать зону паводкового затопления, продвижение фронта пожара, распространение химического или радиоактивного загрязнения. С их помощью можно автоматически подсчитать площади пострадавших участков, оценить объемы химических и радиоактивных осадков, выделить населенные пункты и прочие объекты, находящиеся в пределах опасной территории. Информация, получаемая от систем космической съемки, применяется при решении задач экологического мониторинга. Использование материалов космической съемки рассматривается в качестве необходимого элемента формирования и функционирования региональной ГИС «Управление рисками чрезвычайных ситуаций в Свердловской области». Становится очевидной необходимость ориентации экологического образования на максимальное использование возможностей геоинформационных технологий в решении вопросов охраны окружающей среды.

экологическое образование

геоинформационные технологии (ГИС)

средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

принцип Ле-Шателье

1. Коберниченко В.Г., Иванов О.Ю., Зраенко С.М. Региональный мониторинг природных чрезвычайных ситуаций на основе средств дистанционного зондирования Земли // Экология и рациональное природопользование / Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2005. – Т. 166. – С. 110–112.

2. Коберниченко В.Г. Использование данных космических систем наблюдения для мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций на региональном уровне // Вестник УГТУ-УПИ. На передовых рубежах науки и инженерного творчества. Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. – № 15 (45). – С. 105–107.

3. Основные требования к построению цифровой геологической модели породного массива / М.А. Журавков, О.Л. Коновалов, А.В. Круподеров, С.С. Хвесеня // Изв. вузов. Горный журнал, 2014. – № 2. – С. 56–62.

4. РИА Новости. Природных пожаров в России в этом году стало меньше почти на 40 %. Режим доступа http://ria.ru/danger/20110912/435863836.html.

5. РИА Новости. Общий ущерб от паводка на Дальнем Востоке может превысить 30 млрд. руб. Режим доступа http://ria.ru/society/20130827/958867045.html.

6. Солнцев Л.А. Геоинформационные системы как эффективный инструмент поддержки экологических исследований. Электронное учебно-методическое пособие. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. – 54 с.

7. Хорошавин Л.Б., Медведев О.А., Беляков В.А. и др. Торф: возгорание торфа, тушение торфяников торфокомпозиты / МЧС России. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2013. – 256 с.

8. Экология: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. / В.Н. Большаков, В.В. Качак, В.Г. Коберниченко и др.; под ред. Г.В. Тягунова, Ю.Г. Ярошенко. М.: Логос, 2010. – 504 с.

9. Геоинформационное образование в России (электронный ресурс). Режим доступа http://kartaplus.ru/gis3.

Катастрофическое нарастание экологического неблагополучия на Земле является побочным результатом экономического развития. Если в прошлом столетии на загрязнение окружающей среды закрывали глаза, то сегодня мировое сообщество пришло к выводу о невозможности здорового общества и здоровой экономики при неблагоприятной среде жизни. Особенно остро стоит вопрос экологического мониторинга в горно-промышленных регионах России. Бурное развитие горнодобывающего, металлургического, химико-технологического и машиностроительного производств наносит огромный вред природе в виде окружающей среды вредными отходами техногенного производства. Экономическое развитие должно прекратить разрушение окружающей среды, чтобы спасти человечество от экологических катастроф и не допустить изменения природной сферы, происходящие во вред как людям, так и другим формам жизни. В связи с этим актуальным и востребованным становится экологическое образование. Сегодня без грамотного эколога не должно обходиться ни одно промышленное предприятие.

В настоящее время многие развитые страны мира осознали необходимость экологического образования населения для обеспечения социально-политической и экологической стабильности государств, их национальной безопасности. Экологическое образование стоит в одном ряду со знанием родного языка, информационных технологий, основ экономики и является востребованным на рынке труда.

В экономически развитых странах экологическое образование имеет достаточно большую историю и опыт, подкреплено национальными законами, гарантированным финансированием, эффективной инфраструктурой государственно-общественных организаций. Так, в 1990 г. в США был принят национальный Закон «Об образовании в области окружающей среды». В нем определены цели и политика; аппарат управления; основные направления содержания; финансирование; подготовка кадров; структура советов, комиссий, фондов, их полномочия; поощрения в системе экологического образования.

Российское экологическое просвещение стало развиваться в 70-е годы XX века, именно тогда начался переход от просвещения в области проблем окружающей среды к природоохранной деятельности. В качестве одного из приоритетных направлений решения экологических проблем определены экологическое образование, просвещение и воспитание населения. В 2007 году лабораторией экологического образования Института содержания и методов обучения, была разработана Концепция общего экологического образования для устойчивого развития.

С позиции концепции с особым вниманием нужно относиться к принципу Ле-Шателье: «любое изменение среды (вещества, энергии, информатизации, динамических качеств экосистем) неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер». Приведем в качестве доказательства принципа пример пожаров в России летом 2010 года. Причина этих пожаров кроется в осушении болот Восточно-европейской равнины для добычи торфа. После распада СССР болота забросили и не проанализировали ситуацию, оставшийся торф в условиях аномально жаркого лета стал причиной пожаров, в которых пострадало 199 населенных пунктов в 19 субъектах федерации, сгорели 3,2 тысячи домов, погибли люди. Общий ущерб составил свыше 12 миллиардов рублей .

Сводная таблица потерь от пожаров и наводнений

			Материальный ущерб

(Все пожары)	500 тысяч га.	53 человека от пламени 55800 от вторичных факторов	15 млрд. р.	Июль-август
Центральный федеральный округ (Преимущественно торфяные пожары)		Увеличение смертности в Москве на 1000 человек в день	Убытки на строительство нового жилья и компенсации погорельцам 6,5 млрд. р.	Июль-август
Наводнения
Краснодарский край	520 тысяч кв. м.	172 человека	20 млрд. р.
Дальний восток	8 млн. кв. км.		40 млрд. р.	Август-ноябрь 2013 г.

В России насчитывается около 5 миллионов гектаров осушенных болот, большая часть которых находится в густонаселенных регионах Европейской России. Торфяной пожар считается самым опасным, так как в воздух выбрасывается большее количество углекислого газа, двуокиси серы и дыма, чем при лесных пожарах или травяных палах .

В 2013 году другая стихия - наводнение на Дальнем востоке - нанесла огромный ущерб России. Неожиданность катастрофы явилась настоящим сюрпризом для государства, разрушению подверглись более 190 населенных пунктов в Амурской области, Еврейской автономной области и Хабаровском крае. Было затоплено около 8 тысяч жилых домов с населением 36339 человек (из них более 10 тысяч детей) .

Природные катастрофы, происходящие вблизи промышленных предприятий, создают опасность чрезвычайных ситуаций техногенного характера, борьба с последствиями которых гораздо дороже их своевременного предотвращения.

Накопленный объем фундаментальных знаний о природе, обществе и взаимоотношений в биосфере, эмпирических данных по проблеме «человек и окружающая среда» не обеспечивает необходимый уровень формирования современного научного мировоззрения. Нужно не только знать, но и уметь использовать эти знания в поиске решений проблем сохранения природы и обеспечения устойчивого развития природы и общества.

Концепция устойчивого развития может быть реализована только при условии соблюдения девяти принципиальных подходов . Первый из них - это борьба с причинами, а не с последствиями неблагоприятной деятельности людей, а восьмой - формирование экологического мышления, развитие экологического образования, обеспечивающего повышение экологической культуры общества.

приоритет социальных аспектов экологических проблем;
анализ естественной и созданной человеком окружающей среды;
требование информированности и знаний законов устойчивого развития;
междисциплинарность;
значение навыков, отношений, ценностей и желания участвовать в принятии решений, направленных на улучшение качества окружающей среды.

В этих принципах заложено содержание экологических компетенций, которые необходимо формировать как результат экологического образования.

Современное экологическое образование тесно связано с использованием информационных технологий, среди которых, прежде всего, следует выделить геоинформационные технологии и средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Именно они дают возможность наглядно оценить обстановку вокруг места аварии, рассчитать зону паводкового затопления, продвижение фронта пожара, распространение химического или радиоактивного загрязнения. С их помощью можно автоматически подсчитать площади пострадавших участков, оценить объемы химических и радиоактивных осадков, выделить населенные пункты и прочие объекты, находящиеся в пределах опасной территории .

Использование геоинформационных систем (ГИС) позволяет оперативно получать информацию по запросу и отображать её на картооснове, оценивать состояние экосистемы и прогнозировать её развитие.

Использование материалов космической съемки рассматривается в качестве необходимого элемента формирования и функционирования региональной ГИС «Управление рисками чрезвычайных ситуаций в Свердловской области». К числу наиболее актуальных для Свердловской области относятся задачи обнаружения лесных пожаров, определения границ затопления (паводковых вод), актуализация сведений о состоянии шлаконакопителей, промышленных свалок.

По данным МЧС по Свердловской области паводкоопасными являются более 20 районов, сложная паводковая ситуация весной наблюдается в бассейнах рек Исеть, Уфа, Тагила, Сылва, Пышма и Тура. Проект по космическому мониторингу поводковой ситуации выполнялся в Центре космического мониторинга Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. Материалы работы предоставлялись в Территориальный центр мониторинга и реагирования на чрезвычайные ситуации в Свердловской области, специалисты которого положительно оценили возможности космических снимков для анализа состояния водных объектов и выявления территории затопления .

Важным источником информации о состоянии окружающей среды и природных ресурсах являются данные ДЗЗ с помощью оптоэлектронных многозональных и радиолокационных систем наблюдения. Информация, получаемая от систем космической съемки, применяется при решении задач экологического мониторинга лесного хозяйства (обнаружение лесных пожаров, выявление гарей, сухостоев, оценка вырубленных площадей и состояния лесных массивов), водного хозяйства (выявление взвесей, разливов нефтепродуктов и льяльных вод в акваториях портов и прибрежных зонах) нефтегазового комплекса (выявление загрязнений почвы тяжелыми фракциями нефтепродуктов) земельного кадастра внегородских территорий, и т.п.

Задачи управления рисками природных и техногенных чрезвычайных ситуаций, возможно, оперативно решать только при условии применения специальных информационных технологий. Однако, многие ведомства и организации все чаще вынуждены признать, что они не обладают квалифицированными кадрами, знающими, как использовать ГИС-технологии, не владеют современными аппаратно-программными средствами работы с цифровыми геопространственными данными, не знают как эффективно их поддерживать или архивировать . Недостаточная компетентность природоведов ведет к низкому качеству мониторинга экологических катастроф.

В стандарте ФГОС ВПО по направлению подготовки 022000 «Экология и природопользование» (бакалавриат) в списке общекультурных компетенций указано, что выпускник должен владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-13). Однако в списке профессиональных компетенций отсутствуют компетенции, связанные с профессиональным владением современных информационных технологий, необходимых для работы эколога.

В учебном плане, утвержденном в Уральском государственном горном университете, по направлению подготовки 022000 - «Экология и природопользование» из дисциплин информационной направленности присутствует только «Информатика» в объеме 144 часов. Такого объема явно недостаточно, для того чтобы овладеть современными информационными ГИС-технологиями и приобрести навыки решения экологических задач. Кроме того, лаборатории выпускающей кафедры «Геоэкология» не оснащены оборудованием, позволяющим изучать ГИС-технологии. Выход из этой непростой ситуации видится в межвузовском сотрудничестве Уральского государственного горного университета и Центра космического мониторинга Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина.

Становится очевидной необходимость ориентации экологического образования на максимальное использование возможностей геоинформационных технологий в решении вопросов охраны окружающей среды. Доступность космической съемки и современные геоинформационные технологии обработки изображений способны стать мощным средством организации контроля над самыми различными аспектами человеческой деятельности.

Рецензенты:

Хорошавин Л.Б., д.т.н., профессор, академик Международной Академии наук экологии, безопасности человека и природы, ведущий научный сотрудник Уральского отделения академии технологических наук, научный сотрудник УФ ФГБОУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России, г. Екатеринбург;

Мельчаков Ю.Л., д.г.н., профессор кафедры географии и методики географического образования, доцент, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет», г. Екатеринбург.

Работа поступила в редакцию 07.08.2014.

Библиографическая ссылка

Папуловская Н.В., Бадьина Т.А., Бадьин И.Д. РОЛЬ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СОВРЕМЕННОМ ЭКОЛОГИЧЕСКОМ ОБРАЗОВАНИИ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-8. – С. 1849-1853;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35154 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

История создания географических информационных систем, их классификация и функции. Сущность геохимической оценки техногенных аномалий. Применение геоинформационной системы ArcView 9 для оценки загрязнения тяжелыми металлами атмосферного воздуха г. Ялты.

дипломная работа , добавлен 19.12.2012

Информационное обеспечение экологических исследований. Структура и особенности экспертной системы. Преимущества геоинформационных систем. Модели в "математической экологии". Системы получения данных. Объединение различных информационных технологий.

реферат , добавлен 11.12.2014

Особенности экологии района: основные проблемы Челябинской области в сфере экологии, влияние промышленных предприятий на экологию, пути и методы решения экологических проблем. Усовершенствование технологий по очистке природной среды от отходов.

доклад , добавлен 15.07.2008

Основные виды хроматографии. Применение хроматографических методов в экологическом мониторинге. Применение хроматографии в анализе объектов окружающей среды. Современное аппаратурное оформление. Методы проявления хроматограмм и работа хроматографа.

курсовая работа , добавлен 08.01.2010

Использование геоинформационных систем для создания карт основных параметров окружающей среды в нефтегазовой отрасли с целью выявления масштабов и темпов деградации флоры и фауны. Базовые основы системы мониторинга и комплексной оценки природной среды.

курсовая работа , добавлен 27.02.2011

Понятие мониторинга загрязнения вредными веществами, его цели и задачи, классификация. Институты регионального мониторинга состояния экологии. Построение системы регионального наблюдения в Республике Беларусь. Некоторые результаты стационарных наблюдений.

реферат , добавлен 30.05.2015

презентация , добавлен 27.11.2015

Общая характеристика загрязнений естественного и антропогенного происхождения, физические, химические и биологические загрязнения природной среды. Последствия загрязнения и неблагоприятное изменение нашего окружения, контроль и ликвидация отходов.

сажи, тяжелых металлов - для выяснения закономерности перераспределения загрязнителей на территории открытой и облесенной, так как снежный покров позволяет выявить лесомелиоративный эффект в пространственном перераспределении загрязнителей на различном расстоянии от источника загрязнения .

Результаты и их обсуждение. Полученные результаты свидетельствуют об аккумуляции загрязняющих веществ снежным покровом, объем которых уменьшается пропорционально расстоянию от источника воздействия. Таким обрахом, подтверждается снегозащитная роль прижелезнодорож-ных полос (на расстоянии 60-100 м от источника воздействия) - содержание загрязняющих веществ на облесенном участке в среднем ниже на 60%, чем на аналогичной открытой территории.

Заключение, выводы.

Исходя из экспериментальных данных, можно сделать следующие выводы. В процессе работы была апробирована традиционная методика отбора снежного покрова на содержание в нем поллю-тантов. Кроме того, подобная методика позволяет выявить эффективность выполнения снегозащитной функции системой защитных лесных насаждений вдоль линейных объектов. Следует отметить положительную тенденцию по уменьшению содержания загрязняющих веществ в снежном покрове в прижелезнодорожной полосе по сравнению с открытой территорией.

Литература:

1. Аэротехногенный мониторинг состояния городской среды по загрязнению снежного покрова (на примере города Воронежа) / Т. И. Прожорина [и др.] // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 11. Естественные науки. - 2014. - № 3(9). - С. 28-34.

2. Безуглая Э. Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 284 с.

3. Василенко В. Н., Назаров И. М. Мониторинг загрязнения снежного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 312 с.

4. Инструкция по снегоборьбе на железных дорогах Российской Федерации. - М.: Транспорт, 2000. - 95 с.

5. Матвеева А. А. Снежный покров как индикатор

загрязнения окружающей среды // Эколого-экономи-ческие оценки регионального развития: материалы Круглого стола, г. Волгоград, 30 марта 2009 г., ГОУ ВПО «ВолГУ» / Отв. ред С. Н. Кириллов. - Волгоград: ВолГУ

2009. - С. 59-63.

6. Матвеева А. А. Состояние и экологическая роль защитных лесных насаждений вдоль железных дорог: ав-тореф. дисс. ... к. с.-х.. н. - Волгоград, 2009. - 22 с.

7. Матякин Г. И., Пряхин В. Д., Прохорова З. А. Снегозащитные лесные полосы. - М.: НТИ Мин-ва автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР, 1962. - 79 с.

8. Оценка загрязнения атмосферного воздуха пылью по данным снегосъемки на основе реконструкции полей выпадений / А. Ф. Щербатов [и др.] // Анализ риска здоровью. - 2014. - № 2. - С. 42-47.

9. Прокачева В. Г., Усачев В. Ф. Снежный покров как индикатор кумулятивного загрязнения в сфере влияния городов и дорог // Метеорология и гидрология. - 2013. - № 3. - С. 94-106.

10. Путевое хозяйство: учебник для вузов ж.-д. транспорта / Под ред. И. Б. Лехно. - М.: Транспорт, 1990. - 472 с.

11. Сажин А. Н., Кулик К. Н., Васильев Ю. И. Погода и климат Волгоградской области. - Волгоград: ВНИАЛМИ,

12. Сергеева А. Г., Куимова Н. Г. Снежный покров как индикатор состояния атмосферного воздуха в системе санитарно-экологического мониторинга // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. - 2011. - Вып. 40. - С. 100-104.

13. Снег: Справочник / Под ред. Д. М. Грея и Д. Х. Мейла. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 751 с.

14. Шумилова М. А., Жиделева Т Г. Особенности загрязнения снежного покрова вблизи крупных автомагистралей г. Ижевска // Вестник Удмуртского университета. - 2010. -Вып. 2. - С. 90-97.

ENVIRONMENTAL ROLE OF WINDBREAKS PLANTED

ALONG THE RAILWAYS FOR REDUCTION OF SNOW COVER POLLUTION

Matveyeva A. A., PhD Sci. Agr. aamatve[email protected], [email protected] Volgograd State University, Volgograd, Russia

The paper considers the sorption properties of snow cover which define the level of anthropogenic impact of linear facilities, including railway transport; shows the analysis of the territory of the Volgograd branch of the railroad - both sheltered and unsheltered.

Keywords: protective forestations, railway, region, snow cover, pollution

УДК 528:634.958

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ

К. Б. Мушаева, к. с.-х. н., [email protected] - Калмыцкая НИАГЛОС -филиал ФНЦ агроэкологии РАН, Элиста, Россия

Рассмотрены вопросы применения геоинфор- при создании картографических материалов.

мационных систем (ГИС). Составлена электрон- Ключевые слова: геоинформационные систе-

ная почвенная карта Калмыкии. Показаны пре- мы, экология, природопользование, электрон-

имущества применения программы Quantum GIS ные карты.

В настоящее время практически ни одна задача природопользования не решается без использования той или иной геоинформационной технологии. В наше время свободное программное обеспечение стало символом инноваций и прогресса . Геоинформационные методы и системы находят широкое применение в природопользовании и охране окружающей среды, так как позволяют:

создавать электронные карты, отражающие состояние окружающей среды территории;

проводить гео- и имитационное моделирование явлений, происходящих в окружающей среде, с учетом уровней антропогенной нагрузки и эффективности принимаемых управленческих решений;

накапливать, хранить и запрашивать информацию по трендам параметров окружающей среды за

промежуток времени;

оценивать экологические риски территорий и объектов (предприятий) для управления безопасностью при техногенных воздействиях на окружающую среду.

Для того чтобы использовать ГИС в какой-то определенной тематической области, необходимо, прежде всего, сформулировать задачу, которая должна решаться средствами ГИС.

Каждый проект является уникальным, поэтому при его реализации учитываются доступные технические средства и структура субъекта, в котором ГИС-проект реализуется.

Возможности ГИС для интеграции информации, полученной из различных источников, в пространственном контексте делают их пригодными в каче-

стве средств поддержки процедур принятия решений, построения моделей для принятия решения, например в природопользовании, которые должны строиться с учетом множества факторов.

Такие модели используют географически привязанную информацию, измеренную по множеству параметров, для определения пространственных взаимодействий, являющихся оптимальными или предпочтительными.

Значительная часть информации в сфере природопользования имеет географическую привязку и поэтому является пространственно-координированной. Любой специалист в этой области вынужден применять в своей работе ГИС как для визуализации данных, т. е. создания электронных карт, так и для выполнения различных видов пространственного анализа данных, хранения первичной информации, проведения экспертиз и подготовки принятия управленческих решений.

ГИС могут включать информационно-измерительные блоки. В этом случае возможна визуализация результатов постоянного мониторинга окружающей среды в режиме реального времени.

Также ГИС могут служить источником данных для компьютерных моделей распространения загрязняющих веществ в окружающей среде и моделей функционирования экологических систем.

Результаты компьютерного моделирования также могут представляться на электронных ГИС-картах. Одно из преимуществ электронных карт по сравнению с бумажными заключается в широчайших возможностях создания новых пространственных объектов на основе уже существующих с наследованием семантики «базовых» объектов.

При выполнении исследований часто бывает необходимо поместить на карте точки отбора проб, измерений и тому подобных мест выполнения полевых исследований по их координатам. Также часто для визуализации или анализа экологической информации требуется выполнить связывание или соединение реляционных таблиц.

Типовой задачей геоэкологических исследований является пространственная интерполяция результатов полевых исследований и анализ полученных пространственных полей.

Для лучшего представления результатов исследований бывает полезным применение диаграмм, а их создание также возможно в среде ГИС.

Очень часто при исследованиях в области геоэкологии и природопользования возникает необходимость географической привязки растрового слоя - отсканированного изображения бумажной карты или спутникового снимка.

Экологические ГИС представляют собой сложные информационные системы, включающие:

операционную систему;

интерфейс пользователя;

системы ведения баз данных и отображения экологической информации.

Свободное использование, изменение и распространение программного обеспечения и его исходных кодов гарантировано поддержкой свободного обмена идеями между пользователями и разработчиками. Сейчас можно выделить следующие популярные открытые ГИС: GRASS GIS; ILWIS; MapWindow GIS; SAGA; Quantum GIS; gvSIG и др.

Среди перечисленных программ для первоначальной оцифровки карт и их создания используют Quantum GIS (QGIS) - свободную кроссплатформен-

ную геоинформационную систему.

Программа QGIS доступна для большинства современных платформ (Windows, Mac OS X, Linux) и совмещает поддержку векторных и растровых данных, а также способна работать с данными, предоставляемыми различными картографическими веб-серверами и многими распространенными пространственными базами данных . QGIS имеет одно из наиболее развитых интернет-сообществ в среде открытых ГИС, при этом количество разработчиков постоянно увеличивается, чему способствуют наличие хорошей документации по процессу разработки и удобная архитектура. Программа QGIS имеет большой набор функций для создания ЦМР и для формирования карт.

Базой для создания карты послужили архив с цифровой почвенной картой России масштаба 1:2 500 000 в формате shape-файла и легенда почвенной карты в формате электронной таблицы Excel, которая содержит индекс и название почвы.

Добавляем слой почвенной карты в QGIS. Слой - Добавить слой - Добавить векторный слой или кнопка на панели инструментов слева. Указываем тип источника Файл, кодировка UTF-8. Нажмите кнопку Обзор и выберите файл soil_map_ M2_5-1.0.shp.

В диалоговом окне открываем OGR-совмести-мый векторный слой справа напротив строки Имя файла будет стоять фильтр ESRI shape-файлы (*.shp *.SHP) (рисунок 1).

Добавленный слой будет отображаться в градусах широты и долготы, географической системы координат WGS-84. Добавляем в проект файл boundary-polygon.shp из Open Street Map. Данный файл мы создавали ранее для картографирования статистических данных. Увеличиваем охват изображения до его границ. Необходимо обратить внимание, что границы слоев будут немного не совпадать в пространстве. Это объясняется разным масштабом исходных данных. Для исправления выполняем аналитическую операцию «Обрезать» -Меню Вектор - Геообработка - Обрезать.

Указываем исходный слой - то, что будет обреза-

0. t В-О Га--Чт ¡411 ■■ Т Н ■"» " -:■

11 Б и-Р SB-Ii И

Недавние проекты

Рисунок 1 - Диалоговое окно открытия OGR-совмести-мого векторного слоя

но - файл soil_map_M2_5-1.0.shp.

В качестве слоя обрезки - то, что будет использовано в качестве отрезающей формы - указываем файл boundary-polygon.shp.

Результат обрезки называем Почвы Республики Калмыкии и сохраняем в ту же папку, где находится скачанная почвенная карта. При этом указываем тип файлов SHP файлы (*^р). Кодировка - ШГ-8 (рисунок 2).

Параметры Лог

boundary-polygon

parte of the features in the input layer that fells

features will be modified by the dipoing operation.

Мой компьютер Ü soi_map_MZ_5-L0

Рисунок 2 - Окно сохранения полученного файла

Запускаем инструмент (рисунок 3). Добавляем в проект сохраненный на диске в результате обрезки файл Почвы Республики Калмы-кия^р, не забывая при этом указать кодировку ШГ-8.

Сменяем систему координат проекта с географической WGS-84 на прямоугольную систему координат WGS 84 / UTM 44N (Universal Transverse Mercator - универсальная поперечная Меркатора). В результате карта примет более привычный вид.

в пакетном режиме.

Исходный слом |soil_map_M2_5-l.Q [

Слой обрезки

I boundary-polygon

Результат обрезки

| P:/Soil/soil_map_M2._5-i.O/rio4Bbi Алтайского края,5Ьр 0 Открыть выходной файл после исполнения алгоритма

This algorithm dips a vector layer using the polygons of an additional polygons layer Only the parts of the features in the input layer that falls within the polygons of the dipping layer will be added to the resulting layer

The attributes of the features are not modified, although properties such as area or length of the features will be (modified by the dipoing operation. If such properties are stored as attributes, those attributes will have to be manually updated,

Рисунок 3 - Окно запуска инструмента обрезки файла

Добавим EXCEL-файл легенды почвенной карты в проект. Слой - Добавить слой -Добавить векторный

слой. Тип источника Файл. Кодировка ШГ-8. Обзор - выбрать файл soil_map_M2_5Jegend-L0.xls (рисунок 4).

Добавить векторный слой

Тип источника

® Файл О Каталог Кодировка System

О База данных

~ «Н - Ча И

Набор данных

]|| Обзор I

Открыть OGR-совместимый векторный слой

ifF1 Admin (k504-n02 В видео ¿Ц Документы Ц^. Загрузки

Изображения jb Музыка Lh Рабочий стол

U SOi map M2 5-1.0 28.0B.2017 18:40 Пагтка с файлами

IIsoi _m a p_M2_5_l eg en d -1.0.xts 28.03.2017 17:59 Лист Microsoft Ex... 82 КБ

LID soi _map_M2_5-10.zip 28.03,201717:58 Сжатая ZIP-папка 54192 КБ

I диск SKRIPKO (GO stud t\\10,0.28,2с.

Имя файла:

soil_map_M2_5_legend-1.0.xls V I Все файлы Г) Г.") ^ I

Рисунок 4 - Открытие EXCEL-файл легенды почвенной карты

Почвы Калмыкии ИТОГ

Бурые солонцеватые и солонцы (автоморфные) I I Бурые солонцеватые и солончаковатые

I М Вода "-"

I I Каштановые ^^

I I Каштановые солонцеватые и солончаковатые

I -I Каштановые солонцеватые и солончаковатые и солонцы (автоморфные)"-"

ОВ Лугово-болотные солончаковатые и солонцеватые ^^

I И Лугово-каштановые

I I Лугово-каштановые солонцеватые и солончаковатые I I Луговые солонцеватые и солончаковатые I I Маршевые засоленные и солонцеватые |Л Пески

I I Пойменные засоленные Ц Пойменные луговые

С ветло- каштановые

Светло-каштановые солонцеватые и солончаковатые

Светло-каштановые солонцеватые и солончаковатые и солонцы (автоморфные) Солоди

Солонцы (автоморфные)

Солонцы (автоморфные) и бурые солонцеватые

Солонцы (автоморфные) и каштановые солонцеватые и солончаковатые

Солонцы (автоморфные) и светло-каштановые солонцеватые и солончаковатые

Солонцы луговатые (полугидроморфные)

Солонцы луговые (гидроморфные)

Солончаки луговые

Солончаки типичные

Солончаки типичные и солонцы луговые (гидроморфные) Темно-каштановые

Темно-каштановые солонцеватые и солончаковатые

Черноземы южные и обыкновенные мицепярно-карбонатные (черноземы глубокие карбонатные)

Рисунок 5 - Почвенная карта Калмыкии

Итогом такой работы (на примере цифровой почвенной карты России масштаба 1:2 500 О00) у нас стала почвенная карта Калмыкии (рисунок 5).

Использование информационного подхода, базирующегося на информационных технологиях (геоинформационных и экспертных системах), позволяет не только количественно описать процессы, происходящие в сложных эко- и геосистемах, но и, смоделировав механизмы этих процессов, научно обосновать методы оценки состояния различных компонентов окружающей природной среды.

Программа Quantum GIS обладает хорошим компоновщиком карт . Компоновщик карты обеспечивает широкие возможности для подготовки макета карты и его печати. Он позволяет добавлять следующие элементы: карта QGIS, легенда, масштабная линейка, изображения, фигуры, стрелки и текстовые блоки. При создании макета доступно изменение размеров, группировка, выравнивание и изменение положения каждого элемента, а также настройка их свойств. Готовый макет можно распечатать или экспортировать в растровое изображение, форматы Postscript, PDF или SVG. Таким

образом, можно сделать следующий вывод, что использование программы Quantum GIS облегчает процесс создания картографических материалов для тех или иных целей. Преимущество данной программы и были описаны в данной работе.

Литература:

1. Акашева А.А. Пространственный анализ данных в исторических науках. Применение геоинформационных технологий. Учебно-методическое пособие / А.А. Акашева. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2011. - 79 с.

2. Электронный учебник Quantum GIS http://wiki.gis-lab.info/w/%D0%A3%D1%87%D0%B5%D0%B1%D0%BD 0/oD0°/oB80/oD0°/oBA_Quantum_GIS

3. Quantum GIS. Руководство пользователя.

GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS IN ECOLOGY AND

ENVIRONMENTAL MANAGEMENT Mushayeva K.B., PhD Sci. Agr., [email protected] - Kalmyk NIAGLOS - Branch of FSC of Agroecology RAS, Elista, Russia

The article considers the use of geographic information systems (GIS). The soil e-map of the Republic of Kalmykia has been developed. The advantages of application of the program Quantum GIS for creating maps are revealed.

Key words: geographic information systems, ecology, nature management, e-maps.

Подобные документы

реферат , добавлен 11.12.2014

Определение экологии. Основные разделы. Законы экологии. Организм и среда. Практическое значение экологии. Взаимодействие сельскохозяйственных и природных экосистем, сочетания окультуренных и естественных ландшафтов.

реферат , добавлен 25.10.2006

Зарождение и становление экологии как науки. Взгляды Ч. Дарвина на борьбу за существование. Оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний. Свойства "живого вещества" согласно учению В.И. Вернадского. Превращение экологии в комплексную науку.

реферат , добавлен 21.12.2009

Структура современной экологии как науки. Понятие среды обитания и экологических факторов. Экологическое значение пожаров. Биосфера как одна из геосфер Земли. Сущность законов экологии Коммонера. Опасность загрязнителей (поллютантов) и их разновидности.

контрольная работа , добавлен 22.06.2012

История развития экологии. Становление экологии как науки. Превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. Первые природоохранные акты на Руси. Биография Келлера Бориса Александровича.

реферат , добавлен 28.05.2012

Типы систем в экологии. Задачи исследований и границы выделения системы во времени и пространстве. Целостность системы, принцип эмерджентности. Прямые и обратные связи в наземной экосистеме. Характеристика концептуальных принципов выделения систем.

презентация , добавлен 03.04.2013

Основы экологии человека: понятия и термины. Взаимосвязь экологии человека с проблемами сохранения здоровья. Главные аксиомы экологии. Понятие зоны экологической стабильности, нестабильности. Важнейшие современные антропогенные экосистемы, их особенности.

реферат , добавлен 24.12.2014

Глобальные проблемы окружающей среды. Междисциплинарный подход в исследовании экологических проблем. Содержание экологии как фундаментального подразделения биологии. Уровни организации живого как объекты изучения биологии, экологии, физической географии.

реферат , добавлен 10.05.2010

История зарождения и этапы становления экологии как науки, оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний, превращение экологии в комплексную науку. Возникновение новых направлений науки: биоценология, геоботаника, популяционная экология.

реферат , добавлен 06.06.2010

Теоретические проблемы социальной экологии. Информационные, математические и нормативно-технологические методы, их закономерности, специфика и объективная необходимость единства. Основные законы социальной экологии, их сущность, содержание и значение.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

ИНСТИТУТ МЕНЕДЖМЕНТА И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

(филиал) Санкт-Петербургского государственного политехнического университета в г. Череповце

(ИМИТ СПбГПУ)

Дисциплина: «Информатика»

Тема: «Геоинформационные системы в экологии и природопользовании»

Выполнил студент группы з.481 Барская Екатерина Александровна

№ варианта 5 № зачетной книжки з4080105

Руководитель Матвеев Николай Сергеевич

г. Череповец

Введение

Информационные системы

Программное обеспечение ГИС

Геоинформационные системы в экологии

Проект МЭМОС

Список литературы

Введение

Информационные технологии служат прежде всего цели экономии ресурсов путем поиска и последующего использования информации для повышения эффективности человеческой деятельности. В настоящее время исследования по охране окружающей среды ведутся во всех областях науки и техники различными организациями и на различных уровнях, в том числе и на государственном. Однако информация по этим исследованиям характеризуется высокой рассеянностью.

Большие объемы экологической информации, данные многолетних наблюдений, новейшие разработки разбросаны по различным информационным базам или даже находятся на бумажных носителях в архивах, что не только затрудняет их поиск, использование, но и приводит к сомнению в достоверности данных и эффективном использовании средств, выделяемых на экологию из бюджета, иностранных фондов или коммерческими структурами.

Вторым моментом, обуславливающим необходимость информатизации, является проведение постоянного мониторинга за фактическим состоянием окружающей среды, уплатой налогов, проведением экологических мероприятий. Необходимость контроля возникла с принятием платы за загрязнение еще с 1992г, когда обнаружились такие проблемы, как переиндексация платежей в связи с инфляцией, неуплата за загрязнение воз уха, «уход» от экологических платежей, обусловленные отсутствием необходимой технической базы для своевременного контроля за исполнением норм закона.

Благодаря автоматизированным мониторинговым системам контроль за природоохранной деятельностью становится более эффективным, поскольку постоянное наблюдение позволяет не только следить за правильностью выполнения закона, но и вносить в него поправки соответственно фактическим условиям экологической и социально-экономической обстановки.

На рубеже двух тысячелетий проблема взаимоотношения человеческого общества с окружающей средой приобрела острый характер. За последние десятилетия возрос риск возникновения крупных экологических катастроф, вызываемых человеком и возникающих вследствие защитной реакции природы.

Природные и антропогенные экологические катастрофы имеют исторический аспект. Различные природные катастрофы, такие как наводнения и лесные пожары, существовали на протяжении всей истории нашей планеты. Однако с развитием современной цивилизации возникли катастрофы нового типа, включающие опустынивание, деградацию земельных ресурсов, пылевые бури, загрязнение Мирового океана и др. Начало XXI столетия остро ставит задачи оценки риска экологических катастроф, принятия мер по их предотвращению. Другими словами, актуальной стала задача управления экологическими катастрофами. А это возможно при наличии необходимого информационного обеспечения о прошлом, текущем и будущем состоянии объектов окружающей среды, включая природные, природно-техногенные и антропогенные системы.

Информационные системы

Современные информационные технологии предназначаются для поиска, обработки и распространения больших массивов данных, создания и эксплуатации различных информационных систем, содержащих базы и банки данных и знаний.

В широком смысле слова, информационная система - это система, некоторые элементы которой являются информационными объектами (тексты, графики, формулы, сайты, программы и пр.), а связи носят информационный характер.

Информационная система, понимаемая в более узком смысле, - это система, предназначенная для хранения информации в специальным образом организованной форме, снабженная средствами для выполнения процедур ввода, размещения, обработки, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.

Важнейшими подсистемами автоматизированных информационных систем являются базы и банки данных, а также относящиеся к классу систем искусственного интеллекта экспертные системы. Отдельно следует рассмотреть геоинформационные системы, как одни из наиболее развитых глобальных АИС в экологии на данный момент.

Понятие о Геоинформационной системе (ГИС)

Геоинформационная система (ГИС) - это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам территории. Одна из основных функций ГИС - создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений. Берлянт А.М. Картография: Учебник для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2001. - 336 с. Основой любой информационной системы служат данные. Данные в ГИС подразделяются на пространственные, семантические и метаданные. Пространственные данные - данные, описывающие местоположение объекта в пространстве. Например, координаты угловых точек здания, представленные в местной или любой другой системе координат. Семантические (атрибутивные) данные - данные о свойствах объекта. Например, адрес, кадастровый номер, этажность и прочие характеристики здания. Метаданные - данные о данных. Например, информация о том, кем, когда и с использованием какого исходного материала, в систему было внесено здание. Первые ГИС были созданы в Канаде, США и Швеции для изучения природных ресурсов в середине 1960-х годах, а сейчас в промышленно развитых странах существует тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии, управлении и охране природных ресурсов, кадастре, науке, образовании и т.д. Они интегрируют картографическую информацию, данные дистанционного зондирования и экологического мониторинга, статистику и переписи, гидрометеорологические наблюдения, экспедиционные материалы, результаты бурения и др. Структурно, муниципальная ГИС представляет собой централизованную базу данных пространственных объектов и инструмент, который предоставляет возможности хранения, анализа и обработки любой информации, связанной с тем или иным объектом ГИС, что сильно упрощает процесс использования информации об объектах городской территории заинтересованными службами и лицами. Также стоит отметить, что ГИС может быть (и должна) интегрирована с любой другой муниципальной информационной системой, использующей данные об объектах городской территории. Например, система автоматизации деятельности комитета по управлению муниципальным имуществом должна использовать в своей работе адресный план и карту земельных участков муниципальной ГИС. Также в ГИС могут храниться зоны, содержащие коэффициенты арендных ставок, которые могут использоваться при расчете арендной платы. В том случае, когда в городе используется централизованная муниципальная ГИС, все сотрудники ОМСУ и городских служб имеют возможность получать регламентированный доступ к актуальным данным ГИС, при этом затрачивая гораздо меньшее время на их поиск, анализ и обобщение. ГИС предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления окружающей средой и территориальной организацией общества. Основу ГИС составляют автоматизированные картографические системы, а главными источниками информации служат различные геоизображения. Геоинформатика - наука, технология и производственная деятельность:

По научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем;

По разработке геоинформационных технологий;

По прикладным аспектам или приложениям ГИС для практических или геонаучных целей. Дьяченко Н.В. Использование ГИС-технологий

Программное обеспечение ГИС

Программные обеспечения ГИС делятся на пять основных используемых классов. Первый наиболее функционально полный класс программного обеспечения - это инструментальные ГИС. Они могут быть предназначены для самых разнообразных задач: для организации ввода информации (как картографической, так и атрибутивной), ее хранения (в том числе и распределенного, поддерживающего сетевую работу), отработки сложных информационных запросов, решения пространственных аналитических задач (коридоры, окружения, сетевые задачи и др.), построения производных карт и схем (оверлейные операции) и, наконец, для подготовки к выводу на твердый носитель оригинал-макетов картографической и схематической продукции. Как правило, инструментальные ГИС поддерживают работу, как с растровыми, так и с векторными изображениями, имеют встроенную базу данных для цифровой основы и атрибутивной информации или поддерживают для хранения атрибутивной информации одну из распространенных баз данных: Paradox, Access, Oracle и др. Наиболее развитые продукты имеют системы run time, позволяющие оптимизировать необходимые функциональные возможности под конкретную задачу и удешевить тиражирование созданных с их помощью справочных систем. Второй важный класс - так называемые ГИС-вьюверы, то есть программные продукты, обеспечивающие пользование созданными с помощью инструментальных ГИС базами данных. Как правило, ГИС-вьюверы предоставляют пользователю (если предоставляют вообще) крайне ограниченные возможности пополнения баз данных. Во все ГИС-вьюверы включается инструментарий запросов к базам данных, которые выполняют операции позицирования и зуммирования картографических изображений. Естественно, вьюверы всегда входят составной частью в средние и крупные проекты, позволяя сэкономить затраты на создание части рабочих мест, не наделенных правами пополнения базы данных. Третий класс - это справочные картографические системы (СКС). Они сочетают в себе хранение и большинство возможных видов визуализации пространственно распределенной информации, содержат механизмы запросов по картографической и атрибутивной информации, но при этом существенно ограничивают возможности пользователя по дополнению встроенных баз данных. Их обновление (актуализация) носит цикличный характер и производится обычно поставщиком СКС за дополнительную плату. Четвертый класс программного обеспечения - средства пространственного моделирования. Их задача - моделировать пространственное распределение различных параметров (рельефа, зон экологического загрязнения, участков затопления при строительстве плотин и другие). Они опираются на средства работы с матричными данными и снабжаются развитыми средствами визуализации. Типичным является наличие инструментария, позволяющего проводить самые разнообразные вычисления над пространственными данными (сложение, умножение, вычисление производных и другие операции).

Пятый класс, на котором стоит заострить внимание - это специальные средства обработки и дешифрирования данных зондирований земли. Сюда относятся пакеты обработки изображений, снабженные в зависимости от цены различным математическим аппаратом, позволяющим проводить операции со сканированными или записанными в цифровой форме снимками поверхности земли. Это довольно широкий набор операций, начиная со всех видов коррекций (оптической, геометрической) через географическую привязку снимков вплоть до обработки стереопар с выдачей результата в виде актуализированного топоплана. Кроме упомянутых классов существует еще разнообразные программные средства, манипулирующие с пространственной информацией. Это такие продукты, как средства обработки полевых геодезических наблюдений (пакеты, предусматривающие взаимодействие с GPS-приемниками, электронными тахометрами, нивелирами и другим автоматизированным геодезическим оборудованием), средства навигации и ПО для решения еще более узких предметных задач (изыскания, экология, гидрогеология и пр). Естественно, возможны и другие принципы классификации программного обеспечения: по сферам применения, по стоимости, поддержке определенным типом (или типами) операционных систем, по вычислительным платформам (ПК, рабочие Unix-станции) и т д. Стремительный рост количества потребителей ГИС-технологий за счет децентрализации расходования бюджетных средств и приобщения к ним все новых и новых предметных сфер их использования. Если до середины 90-х годов основной рост рынка был связан лишь с крупными проектами федерального уровня, то сегодня главный потенциал перемещается в сторону массового рынка. Это мировая тенденция: по данным исследовательской фирмы Daratech (США), мировой рынок ГИС для персональных компьютеров в настоящий момент в 121,5 раза опережает общий рост рынка ГИС-решений. Массовость рынка и возникающая конкуренция приводят к тому, что потребителю за ту же или меньшую цену предлагается все более качественный товар. Так, для ведущих поставщиков инструментальных ГИС стала уже правилом поставка вместе с системой и цифровой картографической основы того региона, где распространяется товар. Да и сама приведенная классификация ПО стала реальностью. Еще буквально два-три года назад функции автоматизированной векторизации и справочных систем можно было реализовать только с помощью развитых и дорогостоящих инструментальных ГИС (Arc/Info, Intergraph). Прогрессирующая тенденция к модульности систем, позволяющая оптимизировать затраты для конкретного проекта. Сегодня даже пакеты, обслуживающие какой-либо технологический этап, например векторизаторы, можно приобрести как в полном, так и в сокращенном наборе модулей, библиотек символов и т.п. Выход целого ряда отечественных разработок на "рыночный" уровень. Такие продукты, как GeoDraw / GeoGraph, Sinteks / Tri, GeoCAD, EasyTrace, обладают не только значительным количеством пользователей, но и имеют уже все атрибуты рыночного оформления и поддержки. В российской, геоинформатике есть некая критичная цифра работающих инсталляций - пятьдесят. Как только вы ее достигли, дальше есть только два пути: или резко вверх, наращивая число своих пользователей, либо - уход с рынка из-за невозможности обеспечить необходимую поддержку и развитие своему продукту. Интересно, что все упомянутые программы обслуживают нижний ценовой уровень; другими словами, в них найдено оптимальное соотношение между ценой и напором функциональных возможностей именно для российского рынка.

Геоинформационные системы в экологии и природопользовании

Географические информационные системы (ГИС) появились в 60-х годах XX века как инструменты для отображения географии Земли и расположенных на ее поверхности объектов. Сейчас ГИС представляют собой сложные и многофункциональные инструменты для работы с данными о Земле.

Возможности, предоставляемые пользователю ГИС:

работа с картой (перемещение и масштабирование, удаление и добавление объектов);

печать в заданном виде любых объектов территории;

вывод на экран объектов определенного класса;

вывод атрибутивной информации об объекте;

обработка информации статистическими методами и отображение результатов такого анализа непосредственным наложением на карту

Так, с помощью ГИС специалисты могут оперативно спрогнозировать возможные места разрывов трубопроводы, проследить на карте пути распространения загрязнений и оценить вероятный ущерб для природной среды, вычислить объем средств, необходимых для устранения последствий аварии. С помощью ГИС можно отобрать промышленные предприятия, осуществляющие выбросы вредных веществ, отобразить розу ветров и грунтовые воды в окружающей их местности и смоделировать распространение выбросов в окружающей среде.

В 2004г. президиумом Российской академии наук было принято решение о проведении работ по программе «Электронная Земля», суть которой заключается в создании многопрофильной геоинформационной системы, характеризующей нашу планету, практически - цифровой модели Земли.

Зарубежные аналоги программы «Электронная Земля» можно подразделить на локальные (централизованные, данные хранят на одном сервере) и распределенные (данные хранятся и распространяются различными организациями на разных условиях).

Безусловным лидером в создании локальных баз данных является ESRI (Environmental Systems Research Institute, Inc., США) Сервер ArcAtlas “Our Earth” содержит более 40 тематических покрытий, которые широко используются во всем мире. Практически все картографические проекты масштаба 1:10 000 000 и более мелких масштабов создаются с его использованием.

Наиболее серьезным проектом по созданию распределенной базы данных является «Цифровая Земля» (Digital Earth). Этот проект был предложен вице-президентом США Гором в 1998г., основным исполнителем является NASA. В проекте участвуют министерства и государственные ведомства США, университеты, частные организации, Канада, Китай, Израиль и Европейский союз. Все проекты распределенных баз данных испытывают серьезные трудности в вопросах стандартизации метаданных и совместимости отдельных ГИС и проектов, созданных разными организациями с применением разного программного обеспечения.

Деятельность человека постоянно связана с накоплением информации об окружающей среде, ее отбором и хранением. Информационные системы, основное назначение которых - информационное обеспечение пользователя, то есть предоставление ему необходимых сведений по конкретной проблеме или вопросу, помогают человеку решать задачи быстрее и качественнее. При этом одни и те же данные могут использоваться при решении разных задач и наоборот. Любая информационная система предназначена для решения некоторого класса задач и включает в себя как хранилище данных, так и средства для реализации различных процедур.

Информационное обеспечение экологических исследований реализуется главным образом за счет двух информационных потоков:

информация, возникшая при проведении экологических исследований;

научно-техническая информация по мировому опыту разработки экологических проблем по различным направлениям.

Общей целью информационного обеспечения экологических исследований является изучение информационных потоков и подготовка материалов для принятия решений на всех уровнях управления в вопросах выполнения экологических исследований, обоснования отдельных научно-исследовательских работ, а также распределения финансирования.

Поскольку объектом описания и изучения является планета Земля, и экологическая информация имеет общие черты с геологической, то перспективно построение географических информационных систем для сбора, хранения и обработки фактографической и картографической информации:

о характере и степени экологических нарушений естественного и техногенного происхождения;

об общих экологических нарушениях естественного и техногенного происхождения;

об общих экологических нарушениях в определенной сфере человеческой деятельности;

о недроиспользовании;

об экономическом управлении определенной территорией.

Географические информационные системы рассчитаны, как правило, на установку и подключение большого количества автоматизированных рабочих мест, располагающих собственными базами данных и средствами вывода результатов. Экологи на автоматизированном рабочем месте на основе пространственно привязанной информации может решить задачи различного спектра:

анализ изменения окружающей среды под влиянием природных и техногенных факторов;

рациональное использование и охрана водных, земельных, атмосферных, минеральных и энергетических ресурсов;

снижение ущерба и предотвращение техногенных катастроф;

обеспечение безопасного проживания людей, охрана их здоровья.

Все потенциально экологически опасные объекты и сведения о них, о концентрации вредных веществ, допустимых нормах и т.д. сопровождаются географической, геоморфологической, ландшафтно-геохимической, гидрогеологической и другими типами информации. Рассеянность и нехватка информационных ресурсов в экологии легла в основу разработанных ИГЕМ РАН аналитических справочно-информационных систем (АСИС) по проектам в области экологии и охраны окружающей среды на территории Российской Федерации АСИС «ЭкоПро», а также разработка автоматизированной системы для Московской области, призванной осуществить ее экомониторинг. Разница задач обоих проектов обуславливается не только территориальными границами (в первом случае это территория всей страны, а во втором непосредственно Московская область), но и по областям применения информации. Система «ЭкоПро» предназначена для накопления, обработки и анализа данных об экологических проектах прикладного и исследовательского характера на территории РФ за иностранные деньги. Система мониторинга Московской области призвана служить источником информации об источниках и реальном загрязнении окружающей среды, предотвращения катастроф, экологических мероприятиях в области охраны окружающей среды, платежах предприятий на территории области в целях экономического управления и контроля со стороны государственных органов. Так как информация по природе своей обладает гибкостью, то можно сказать, что и та, и другая система, разработанная ИГЕМ РАК может использоваться как с целью проведения исследований, так и для управления. То есть задачи двух систем могут переходить одна в другую.

В качестве более частного примера базы данных, хранящей информацию по охране окружающей среды, можно привести работу О.С. Брюховецкого и И.П. Ганина «Проектирование базы данных по методам ликвидации локальных техногенных загрязнений в массивах горных пород». В ней рассматривается методология построения такой базы данных, дается характеристика оптимальных условий ее применения.

При оценке чрезвычайных ситуаций информационная подготовка занимает 30-60% времени, а информационные системы в состоянии быстро предоставить информацию и обеспечить нахождение эффективных методов урегулирования. В условиях чрезвычайной ситуации решения не могут быть смоделированы в явном виде, однако основой для их принятия может служить большой объем разнообразной информации, хранимой и передаваемой базой данных. По предоставленным результатам управленческий персонал на основе своего опыта и интуиции принимает конкретные решения.

Моделирование процессов принятия решений становится центральным направлением автоматизации деятельности лица, принимающего решения (ЛПР). К задачам ЛПР относится принятие решений в геоинформационной системе. Современную геоинформационную систему можно определить как совокупность аппаратно-программных средств, географических и семантических данных, предназначенную для получения, хранения, обработки, анализа и визуализации пространственно-распределенной информации. Экологические геоинформационные системы позволяют работать с картами различных экологических слоев и автоматически строить аномальную зону по заданному химическому элементу. Это достаточно удобно, так как эксперту-экологу не нужно в ручную рассчитывать аномальные зоны и производить их построение. Однако, для полного анализа экологической обстановки эксперту-экологу требуется распечатывать карты всех экологических слоев и карты аномальных зон для каждого химического элемента. Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная система с вычислительным модулем для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.В геоинформационной системе построение аномальных зон производилось для тридцати четырех химических элементов. Сначала он должен получить сводную карту загрязнения почвы химическими элементами. Для этого путем последовательного копирования на кальку со всех карт, строится карта загрязнения почвы химическими элементами Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающая cреда. - М.:Недра, 1990. -142с.:ил.. Затем полученную карту таким же образом сопоставляют с картами гидрологии, геологии, геохимических ландшафтов, глин. На основании сопоставления строится карта качественной оценки опасности окружающей среды для человека. Таким образом осуществляется мониторинг окружающей среды. Этот процесс требует много времени и высокой квалификации эксперта, для того, чтобы точно и объективно оценить обстановку. При таком большом объеме информации, одновременно, обрушивающейся на эксперта могут возникать ошибки. Поэтому возникла необходимость в автоматизации процесса принятия решений. Для этого существующая геоинформационная система была дополнена подсистемой принятия решений. Особенностью разработанной подсистемы является то, что одна часть данных с которыми работает программа, представлена в виде карт. Другая часть данных обрабатывается и на их основе строится карта, которая затем также подлежит обработке. Для реализации системы принятия решений был избран аппарат теории нечетких множеств. Это вызвано тем, что с помощью нечетких множеств можно создавать методы и алгоритмы способные моделировать приемы принятия решений человеком в ходе решения различных задач. В качестве математической модели слабоформализованных задач выступают нечеткие алгоритмы управления, позволяющие получать решение хотя приближенные, но не худшие, чем при использовании точных методов. Под нечетким алгоритмом управлению будем понимать упорядоченную последовательность нечетких инструкций (могут иметь место и отдельные четкие инструкции), обеспечивающую функционирование некоторого объекта или процесса. Методы теории нечетких множеств позволяют, во-первых, учитывать различного рода неопределенности и неточности, вносимые субъектом и процессами управления, и формализовать словесную информацию человека о задаче; во-вторых, существенно уменьшить число исходных элементов модели процесса управления и извлечь полезную информацию для построения алгоритма управления. Сформулируем основные принципы построения нечетких алгоритмов. Нечеткие инструкции, используемые в нечетких алгоритмах, формируются или на основе обобщения опыта специалиста при решении рассматриваемой задачи, или на основе тщательного изучения и содержательного ее анализа. Для построения нечетких алгоритмов учитываются все ограничения и критерии, вытекающие из содержательного рассмотрения задачи, однако полученные нечеткие инструкции используются не все: выделяются наиболее существенные из них, исключаются возможные противоречия и устанавливается порядок их выполнения, приводящий к решению задачи. С учетом слабоформализованных задач существуют два способа получения исходных нечетких данных - непосредственный и как результат обработки четких данных. В основе обоих способов лежит необходимость субъективной оценки функций принадлежности нечетких множеств.

Логическая обработка данных проб почвы и построение сводной карты загрязнения почвы химическими элементами.

Программа являлась развитием уже существующей версии программы “ТагЭко”, дополняет существующую программу новыми функциями. Для работы новых функций необходимы данные содержащиеся в предыдущей версии программы. Этим обусловлено использование методов доступа к данным разработанных в предыдущей версии программы. Используется функция для получения информации, хранящейся в базе данных. Это необходимо для получения координат каждой точки пробы, хранящейся в базе данных. Также используется функция для расчета величины аномального содержания химического элемента в ландшафте. Таким образом через эти данные и эти функции происходит взаимодействие предыдущей программы с подсистемой принятия решений. В случае изменения в базе данных значения пробы или координат пробы это будет автоматически учитываться в подсистеме принятия решений. Необходимо отметить, что при программировании используется динамический стиль выделения памяти и данные хранятся в виде односвязных, либо двусвязных списков. Это обусловлено тем, что заранее неизвестно количество проб или количество участков поверхности на которые будет разбита карта.

Построение карты качественной оценки влияния окружающей среды на человека.

Построение карты происходит согласно алгоритму, описанному выше. Пользователь указывает интересующую его область, а также шаг с которым будет производиться анализ карт. Перед началом обработки данных производится считывание информации из WMF файлов и формирование списков, элементами которых являются указатели на полигоны. Для каждой карты составляется свой список. Затем после формирования списков полигонов производится формирование карты загрязнения почвы химическими элементами. По окончании формирования всех карт и ввода исходных данных формируются координаты точек, в которых будет производиться анализ карт. Данные, получаемые функциями опроса заносятся в специальную структуру. Завершив формирование структуры программа производит ее классификацию. Каждая точка сетки опроса получает номер эталонной ситуации. Этот номер с указанием номера точки заносится в двусвязный список, чтобы потом можно было бы построить карту графически. Специальная функция анализирует этот двусвязный список и производит графическое построение изолиний вокруг точек, имеющих одинаковые классификационные ситуации. Она считывает точку из списка и анализирует значение номера ее ситуации с номерами соседних точек, и в случае совпадения объединяет рядом расположенные точки в зоны. В результате работы программы вся территория г.

Таганрога окрашивается в один из трех цветов. Каждый цвет характеризует качественную оценку экологической обстановки в городе. Так красный цвет указывает на “особо опасные участки”, желтый на “опасные участки”, зеленый на “безопасные участки”. Таким образом информация представляется в доступной для пользователя и удобной для восприятия форме. Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная система с вычислительным модулем для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.

Проект МЭМОС

На государственном уровне возникла необходимость организовать цельную систему, которая позволила бы объединить в себе параметры окружающей среды и показатели здоровья населения, проанализировать и представить лицам, принимающим управленческие решения, возможные варианты совершенствования системы. Цель такой сложной системы очевидна и проста -- это улучшение состояния человеческого здоровья путем снижения влияния негативных факторов окружающей среды. Такая система мониторинга вводиться сейчас в РФ на региональных уровнях. Это система социально-гигиенического мониторинга. Функциональные возможности географических информационных систем (ГИС) и их экономическая эффективность позволяют объединить в себе некоторые блоки системы социально-гигиенического мониторинга. Таким представляется наиболее «экономичный» и, в то же время эффективный и реализуемый вариант системы на примере выделения одного компонента среды (атмосферы). Ее название Система медико-эпидемиологического мониторинга окружающей среды (МЭМОС).

Цель проекта: на основе постоянно собираемой информации о факторах среды и здоровья, разработка и внедрение комплексной системы представления данных и оценки риска здоровью, его экономического обоснования и управления инвестициями, позволяющая поддерживать устойчивое экономическое развитие на основе медико-экологического благополучия.

Задачи МЭМОС:

формирование экологического и социально-гигиенического мониторинга;

расчет риска здоровью населения от ведущих факторов среды;

прогнозирование состояния здоровья населения на перспективу;

обоснование выбора ведущих (определяющих) факторов здоровья населения;

построение организационно-методической и правовой систем управления здоровьем населения;

формирование экономических механизмов поддержания устойчивого развития региона на основе медико-экологического благополучия.

Система МЭМОС имеет ряд существенных преимуществ. Она дает возможность лицам, принимающим решения:

оценить стоимость затрат на здравоохранение, связанных с отрицательным воздействием на здоровье конкретного фактора;

выполнить прогноз государственных затрат на здравоохранение, связанных с воздействием одного или нескольких факторов;

обосновать материальный иск граждан на ущерб здоровью, связанный с вредным воздействием факторов среды обитания;

в рамках существующей правовой системы создать возможности экономической защиты граждан в связи с влиянием окружающей среды.

Рисунок 1. Блок-схема системы МЭМОС

Целевой функцией системы МЭМОС является принятие решений о корректировке деятельности государственных и негосударственных учреждений здравоохранения и предприятий с учетом выявленных экологически неблагоприятных зон с повышенными рисками для здоровья населения этих районов. Применение и внедрение МЭМОС в области здравоохранения более предпочтительно и реально по сравнению с разработкой социально-гигиенического мониторинга. Главное обоснование этому является применение одного унифицированного и, в то же время, «настроенного» на данную отрасль программного продукта на основе современных ГИС-технологий. В этом видится ее экономически более выгодная реализация по сравнению с реализацией Системы социально-гигиенического мониторинга, т.к. МЭМОС использует минимум технических и людских ресурсов и является целевой системой, призванной решать конкретные задачи обработки, представления и анализа медицинских и экологических данных. Функциональные возможности ГИС и их экономическая эффективность позволяют объединить в себе некоторые блоки системы социально-гигиенического мониторинга. ГИС МЭМОС дает возможность получения результатов в кратчайшие сроки в дружественном виде, что приводит к принятию соответствующими лицами эффективных решений в условиях больших неопределенностей, связанных с самими сложными объектами исследований (население, компоненты окружающей среды), с одной стороны. А с другой стороны, результатом является получение достоверных результатов и их доступное, понятное представление для последующего принятия решений в жестко ограниченной финансовой и временной среде. Система МЭМОС призвана также объединить усилия специалистов различного профиля из различных государственных структур владеющих разнородной информацией (экологической, медицинской, социальной) для реализации главной задачи -- оздоровления окружающей среды и профилактики здоровья населения крупных мегаполисов. www.gisa.ru Проект системы медико-экологического мониторинга окружающей среды на базе ГИС. Д.Р. Струков. 10.03 2005

ГИС реализуют задачу в целях диагностики и обеспечения сохранности здоровья человека и окружающей среды.

Влияние информационных технологий на человека и окружающую среду носит двунаправленный характер. С одной стороны, информационные технологии - это один из наиболее перспективных инструментов сбора данных и научного познания, в том числе в медицине и экологии. С другой - это важный фактор, влияющий на здоровье человека и окружающую среду.

Несмотря на эти препятствия, информационные технологии получают все более широкое распространение в сферах медицины и экологии. На данный момент разработаны общие принципы и структуры глобальных информационных систем, решающих проблемы охраны здоровья человека и окружающей среды. Однако потенциал в данной области намного превышает наши возможности.

Необходимо решить, кто обладает достаточными административными и финансовыми ресурсами для реализации подобных систем. Российская академия наук обладает рядом преимуществ перед зарубежными организациями в силу своей централизованности, способствующей решению проблем начального этапа (стандартизация и структурирование информации). Но это только стартовое преимущество. Вскоре после старта решающую роль начнут играть финансы и менеджмент проекта, а это не самые сильные наши стороны.

Список литературы:

1) Берлянт А.М. Картография: Учебник для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2001. - 336 с.

2) www.gisa.ru Проект системы медико-экологического мониторинга окружающей среды на базе ГИС. Д.Р. Струков.

3) Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная система с вычислительным модулем для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.

4) Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающая cреда. - М.:Недра, 1990. -142с.:ил.

5) http: // www. gis. su

6) Дьяченко Н.В. Использование ГИС-технологий

Подобные документы

Геоинформационные технологии (ГИС) как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире. Территориальные уровни использования ГИС в России. Назначение системы городского экомониторинга Москвы, ее уровни.

реферат , добавлен 25.04.2010

Использование геоинформационных систем в здравоохранении. Создание ГИС-технологии изучения генетических процессов, происходящих в генофонде народов России. Характеристика и информационная безопасность мобильной геоинформационной системы "ArcPad".

курсовая работа , добавлен 04.03.2014

Анализ основных программных средств управления сельскохозяйственным производством (GPS-навигация, проект АРИС, геоинформационные системы). Характеристика автоматизированной системы управления на основе ГИС-технологий, решаемые ею задачи и возможности.

контрольная работа , добавлен 01.12.2008

Понятие геоинформационной системы, ее связь с научными дисциплинами и технологиями. Основные направления и использование ГИС в современном обществе. Растровая и векторная модели пространственных данных. Топологическое представление векторных объектов.

курсовая работа , добавлен 26.04.2015

Общее понятие об информационной системе, характеристика этапов её развития. Аппаратная и программная часть системы. Ввод, обработка и вывод информации. Информационное, организационное, программное, правовое, техническое и математическое обеспечение.

лекция , добавлен 14.10.2013

Основные составляющие современного персонального компьютера и их назначение. Геоинформационные системы и возможности их применения на автомобильном транспорте. Принципы построения навигационных систем. Сотовые системы связи. Локальные компьютерные сети.

контрольная работа , добавлен 21.02.2012

Основное программное обеспечение для автоматизации производства. Финансовые и коммуникационные системы. Системы планирования и управления. Текстовые редакторы и табличные процессоры. Финансовое программное обеспечение. Шрифтовые технологии в документах.

шпаргалка , добавлен 16.08.2010

Мультимедийные технологии как возможность интегрировать различные виды и способы использования информации (символьные, звуковые, видео). Программные средства, реализующие мультимедийные продукты. Информационные системы на базе искусственного интеллекта.

презентация , добавлен 17.11.2013

Понятие и принципы работы, внутренняя структура и элементы, история формирования и развития поисковой системы "Rambler". Исследование и анализ, а также оценка эффективности данной поисковой системы для поиска экономической информации в интернете.

курсовая работа , добавлен 10.05.2015

Информационно-поисковый язык и словарь. Последовательность процедуры поиска. Фактографические, документальные и геоинформационные системы. Справочно-правовая система "Консультант Плюс", "Гарант". Структура и состав информационных продуктов "Кодекс".