Экология и геоинформационные системы Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 911.2/3:528.9

Н.С. Белов

ЭКОЛОГИЯ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Рассмотрена возможность использования геоинформационных систем (ГИС) для проведения одновременного анализа данных с использованием цифровых карт с целью упрощения процедуры экологического прогноза и оценки комплексного взаимодействия на природную среду. Приведены примеры использования ГИС в студенческих исследовательских работах.

The opportunity of use of geoinformation systems (GIS) for implementation of the simultaneous analysis of data with use of digital maps, with the purpose of simplification of procedure of the ecological forecast and an estimation of complex influence on an environment is considered in article. Examples of use of GIS in student's research works are resulted at the end of article.

В настоящее время значительное внимание уделяется вопросам охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Для их решения необходим комплексный подход, который требует использования больших объемов экологической, картографической и другой количественной информации о состоянии компонент природной среды, что практически невозможно без применения развитых методов и средств информатики. Наиболее перспективными методами обработки и усвоения подобных объемов информации на сегодняшний день являются методы, основанные на использовании компьютерных геоинформационных технологий. Использование геоинформационных систем (ГИС), позволяющих проводить одновременный анализ многомерных данных с использованием цифровых карт, упрощает процедуры экологического прогноза и оценку комплексного воздействия на природную среду, делает возможным оперативное выявление аномалий и принятие необходимых мер для их устранения.

Создание карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более соответствующий современности, более эффективный, удобный и быстрый подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом и конкретной организацией или группой людей в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза. До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах.

В современном мире ГИС, или географические информационные системы, это:

• современный и весьма эффективный инструмент управления территорией на основе новейших информационных технологий, данных аэро- и космосъемки, географических карт, любой другой территориально распределенной информации;

• инвентаризация территориальных ресурсов, анализ, оценка и прогноз социальных, экономических, демографических, экологических и любых других процессов на любой территории;

• постоянный и действенный мониторинг территориальных изменений, объективная основа территориального анализа и управления.

ТИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных).

По территориальному охвату различают глобальные, или планетарные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS).

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные, ГИС (МГИС) (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS), туристические и т. п.

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения (рис. 1). Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы. В сфере охраны окружающей среды и планирования природоохранных мероприятий, для оценки экологических рисков подобный подход, кроме того, обеспечивает большую наглядность для непрофессионалов в области экологии.

К

Рис 1. Послойное представление географической информации в ГИС

В плане использования ГИС в экологии ситуация представляется лучшей, чем в других областях применения. В настоящее время практически ни один экологический проект, в котором изучаются и анализируются любые виды пространственно распределенных данных, не обходится без применения ГИС и

http://eiNbrary.ru/download/el ¡brary_9508264_65041177.htm 1/3

созданных на их основе специализированных баз данных и инструментов, включающих рабочие места экологов-практиков.

ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных — векторными и растровыми. В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X, Y (в современных ГИС часто добавляется третья — пространственная и четвертая, например временная, координата). Местоположение точки (точечного объекта), например точки сброса предприятия ЖКХ или населенный пункт, описывается парой координат (X, Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X, Y. Полигональные объекты типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания хранятся в виде замкнутого набора координат.

Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как плотность населения или доступность объектов.

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки.

Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных.

При создании ГИС исследователь должен выполнить определенную последовательность действий (рис. 2):

• для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой;

• имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в

масштабе 1:100 000, границы о к-у X V/X» И^р^ИИСС! 11UV Va' XV>XXf JL^L - X» IVlU^XLll UV^V. X \J\J\J/ U ШТТШ31С VVJ L>V,1VILll — в

масштабе 1:10 000). Для совмеол^й обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции;

• для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД), специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля.

к

Рис. 2. Этапы и приемы геоинформационного картографирования [ ]

Можно привести много примеров использования ГИС в экологии. Примером создания и использования ГИС являются две работы, выполненные студентами 2-го курса кафедры геоэкологии факультета географии и геоэкологии РГУ им. И. Канта в рамках курса «Введение в ГИС». Эти работы представляют собой геоинформационные системы начального уровня, но они уже в таком виде являются наглядным примером возможностей ГИС в сфере экологии.

Так, студенты А. Андриашкина, М. Анкевица, С. Иванова, А. Давлетшин, К. Клюйко, И. Кесорецких работали над темой «Зоны влияния шумового загрязнения на населенные пункты Самбийского полуострова». Результатом их исследований стала карта Самбийского полустрова (рис. 3). При ее создании студенты использовали мощный инструмент современных ГИС для анализа близости объектов относительно друг друга. Для его проведения в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией.

[Ё

К

Рис 3. Зоны влияния шумового загрязнения http://eNbrary.ru/download/eNbrary_9508264_65041177.htm

2/3

на населенные пункты Самбийского полуострова

Астуденты Ю. Старов, А. Никулин, Н. Голева, М. Гургенбекова, М. Григорьев, Т. Иванова работали над темой загрязнения водных объектов от объектов ЖКХ. При этом они использовали как анализ близости объектов, так и анализ наложения, или пространственного объединения. Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Результатом их работы стала карта Самбийского полуострова с нанесенными населенными пунктами и расчетом буферной зоны муниципальных образований (рис. 4).

Рис. 4. Буферные зоны муниципальных образований

Таким образом, применение методов и средств информатики, в частности геоинформационных систем и технологий, позволяющих проводить совместный пространственный анализ данных о состоянии природной среды территории и результатов моделирования загрязнения среды с использованием цифровых карт, упрощает процедуры решения задач экологического прогнозирования и позволяет решать сложные задачи оценки комплексных воздействий на окружающую среду, оперативно выявлять намечающиеся аномалии и принимать решения по их устранению.

Список литературы

1. Washington State Department of Ecology. [Электрон. ресурс]. Режим доступа: http://www. ecy. wa. gov/ecyhome. htm!

2. Геоинформатика: Толковый словарь основных терминов / Ю.Б. Баранов, А.М. Берлянт, Е.Г. Капралов и др. М., 1999.

3. Отображение результатов математического моделирования в ГИС / / Майкснер Х. Материалы 3-ей региональной конференции «ГИС для муниципального управления 2000»

4. Полищук Ю.М. Информатика и анализ техногенных воздействий на природную среду [Электрон. ресурс]. Режим доступа: / / http://www. ict. nsc. ru/ws/Lyap2001/2283/

5. Лопандя А.В., Толпенков В.А., Клейменова Т.Б. Использование ГИС-технологий в изучении историко-геоэкологических проблем [Электрон. ресурс]. Режим доступа: http://aik.org.ru/modules/wfsection/print.php?articleid=1088

6. Гельфенбуйм И.В. Применение геоинформационных систем в единой территориальной системе экологического мониторинга Пермской области., http://old. perm. ru/ gis/dokl_gelf. html

7. Гохман В., Андрианов В. Что такое ГИС и как с ними ... подружиться. [Электрон. ресурс]. Режим доступа: www. dataplus. ru

8. Эколого-экономическое картографирование для устойчивого развития региона/ / Владыкина А.И., Ротанова И.Н., Материалы конференции «География и регион». [Электрон. ресурс]. Режим доступа:http://gis.psu.ru/?m=006&a=1

9. WWW-сайты:

• http:/ /www. esri. com/ news/arcnews/arcnews. html

• http://niiits. ulsu. ru/ portal/data/482

• http:/ /www. permecology. ru/gis_internet/gis_article. htm

• http://www. cbt. ru/public/index. php

• http://imcs. dvgu. ru/struc/ki/gis/gis. htm

• www. geo. ed. ac. uk

• http:/ /www. dataplus. ru/

• http://www. gisa. gubkin. ru/

• http://www. geo. ed. ac. uk/

• http: / / www. esri. com/

• http:/ / delphi. agava. ru/

• http: / / delphi. vitpc. com/

• http://hi-tech. nsys. by/

Об авторе

Н.С. Белов — асп., РГУ им. И. Канта.

http://elibrary.ru/download/eNbrary_9508264_65041177.htm

3/3