CC BY
63
УДК 528.9: 004.94
ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИРОДНО-РЕСУРСНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕГИОНА
Ольга Николаевна Николаева
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрена роль геоинформационного моделирования в обеспечении эффективной и обоснованной управленческой деятельности. Обоснована актуальность геоинформационного моделирования для планирования регионального природопользования. Приведено краткое изложение анализа существующей нормативной терминологии геоинформационного картографирования. По результатам проведенного анализа предложено новое понятие природно-ресурсной геоинформационной модели региона. Охарактеризованы ее свойства и основные структурные элементы. Подчеркнуто значение природно-ресурсной геоинформационной модели как инструмента для интеграции разнородных данных о природных ресурсах (данных дистанционного зондирования Земли, государственных кадастров и статистики природных ресурсов).
Ключевые слова: геоинформационное моделирование, природные ресурсы, управление природными ресурсами, геоинформационная модель, природно-ресурсная геоинформационная модель.
GIS MODELLING OF NATURAL RESOURCE DATA FOR EFFECTIVE ENVIRONMENTAL MANAGEMENT OF THE REGION
Olga N. Nikolaeva
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., associate Professor of ecology and environmental Sciences, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
The role of geoinformation modeling as the foundation for the effective management of sustainable development is examined in the article. The timeliness of geoinformation modeling for the planning of regional natural resources management is stated. Brief description of analysis of the modern regulatory language of geoinformation mapping is given. Based on the achieved results a new term is proposed: a nature resources' geoinformation model. It's purposes and main structural elements are described. The significance of nature resources' geoinformation model as an instrument for integration of heterogeneous data (e. g. Earth remote sensing data, state cadastral data, government statistics) is emphasized.
Key words: geoinformation modeling, nature resources, natural resources management, geoinformation model, nature resources' geoinformation model.
Развитие и совершенствование ГИС-технологий значительно расширило возможности получения информации, имеющей точную координатную привязку. Это привело к формированию нового научного направления исследований -геоинформационного моделирования, позволяющего изучать и анализировать состав и взаимосвязи различных объектов и явлений путем создания многослойных цифровых картографических продуктов, которые могут быть реализо-
ваны как в двухмерном, так и в трехмерном представлении. Благодаря этому, геоинформационное моделирование выступает как мощный инструмент для решения различных административных задач в сфере планирования различных отраслей хозяйственной деятельности. Внедрение геоинформационного моделирования в повседневную практику управленческой деятельности значительно повышает обоснованность принимаемых решений и планируемых мероприятий за счет возможностей использования более обширных и современных массивов исходных данных и анализа перспективных последствий намечаемых действий.
В современных условиях возрастающего дефицита природных ресурсов одной из наиболее актуальных сфер использования геоинформационного моделирования является планирование природопользования и управление природными ресурсами на территории конкретных регионов, поскольку экономичное и эффективное использование природно-ресурсного потенциала является непременным условием высокой конкурентоспособности региона в условиях рыночной экономики. В этом случае в качестве основного продукта геоинформационного моделирования будет выступать природно-ресурсная геоинформационная модель (ПРГМ) региона, сосредотачивающая в себе пространственно распределенные данные о запасах, использовании и восстановлении водных, земельных, минеральных, растительных и фаунистических ресурсах региона. ПРГМ закладывает информационный базис для анализа и оценки современного состояния природных ресурсов региона и планирования их перспективного использования.
Существующие государственные и отраслевые стандарты, регламентирующие геодезические и картографические работы, не содержат четкое и однозначное определение геоинформационной модели. Сформулировано только понятие «пространственная модель местности: наглядное и измеримое трехмерное изображение земной поверхности на электронных средствах отображения информации, воспроизведенное в соответствии с заданными условиями наблюдения (обзора) на основе электронных топографических карт, цифровой картографической информации (цифровых матриц рельефа), полученной с географических карт, кадастровых планов и космоаэрофотографиче-ских материалов, рельефных карт и видеоизображений» [1]. По сути, данное определение отражает не столько сущность модели, сколько форму ее представления пользователю, один из вариантов конечного результата, который может быть получен в ходе анализа и преобразования пространственно распределенных данных.
Однако Карпиком А. П. в ходе детального развития теории и практики преобразования и использования пространственно привязанных данных для обеспечения устойчивого развития территорий было дано следующее определение геоинформационной модели: это «информационная координированная компьютерная модель геопространства, представляющей совокупность пространственных объектов» [2].
С учетом вышеизложенного можно определить природно-ресурсную геоинформационную модель (ПРГМ) как цифровое представление упорядоченной
совокупности пространственно распределенных данных о природно-ресурсных объектах территории, полученных из различных источников, перечень которых достаточен для осуществления рационального управления природными ресурсами региона в настоящем и будущем.
ПРГМ характеризуется следующими свойствами:
- Она представляет собой сложную динамическую систему, постоянно развивающуюся вслед за совершенствованием технологий и оборудования, используемых для сбора природно-ресурсных данных.
- ПРГМ объединяет в себе обширные массивы природно-ресурсных данных и современные методики и технологии компьютерного моделирования пространственно распределенных данных, в целом являясь ключевым элементом инфраструктуры ПРПД региона, обеспечивающим получение нового знания о природно-ресурсном потенциале региона.
- База данных ПРГМ формируется путем интеграции разнородных природ-но-ресурсных данных, полученных из разных источников и по различным методикам и технологиям, и формирования наборов природно-ресурсных данных, содержащих интегрированные данные.
- Основной задачей ПРГМ является обработка (анализ и моделирование) природно-ресурсных данных для принятия решений в области рационального управления природными ресурсами. Методологический аппарат и технологические последовательности, используемые для решения этой задачи, основываются на современных достижениях тематического и геоинформационного картографирования и пространственного ГИС-анализа.
Для обеспечения современности и достоверности информационной базы ПРГМ необходимо соблюдать следующие требования [3,4]:
1) Природно-ресурсные данные, наполняющие информационную базу ПРГМ, должны быть получены только из официальных источников, представлены в унифицированных единицах исчисления и привязаны к определенной календарной дате (в соответствии с особенностями сбора, систематизации и обработки первичных данных кадастровыми и статистическими организациями РФ, это - 1 января истекшего года).
2) Информация об общегеографических элементах, служащих для пространственной локализации тематического содержания, должна быть актуализирована с учетом аэрофото- и картографических материалов, созданных государственными организациями по утвержденным методиками и технологиям.
ПРГМ включает в себя следующие основные структурные элементы:
1) Массивы исходных данных. Эта категория охватывает базовые пространственные данные региона и наборы природно-ресурсных данных, содержащих тематическую информацию.
2) Методики и технологии анализа и моделирования данных, согласно которым осуществляется преобразование данных, входящих в наборы природно-ресурсных данных. Они позволяют осуществлять с помощью ПРГМ следующие действия:
а) картографическую визуализацию наборов природно-ресурсных данных во взаимосвязи с базовыми пространственными данными;
б) моделирование и экспертную оценку производных показателей, характеризующих запасы и состояние природных ресурсов региона. При этом целесообразно опираться на следующие исходные параметры:
- для невозобновимых природных ресурсов: константы запасов ресурса, расчетный аппарат оценки расхода невозобновимых ресурсов;
- для возобновимых природных ресурсов: константы запасов ресурса; расчетный аппарат оценки прироста и расхода возобновимых ресурсов.
в) картографическую визуализацию результатов моделирования и экспертной оценки в виде тематических цифровых карт и трехмерных моделей.
Информационными элементами, слагающими массивы исходных данных ПРГМ, являются единицы природно-ресурсной информации, которые хранятся, накапливаются и обрабатываются для картографического моделирования современного и перспективного состояния природных ресурсов региона (рисунок). С точки зрения пространственной локализации каждый конкретный информационный элемент может быть привязан только к одному из классов графических примитивов: к точке, к линии, или к площади (в последнем случае с учетом традиционной картографической терминологии, «площадь» может рассматриваться либо как ареал, либо как вся площадь региона).
Данные дистанционного зондирования Земли
Данные кадастров природных ресурсов
Данные статистики природных ресурсов
ПРИРОДНО-РЕСУРСНАЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ
Информационные эле менты (ИЭ) по компонентам окружающей среды:
ИЭ вод- ИЭ зе- ИЭ мине- ИЭ раститель- ИЭ ресурсов
ных ре- мельных ральных ре- ных ресурсов животного
сурсов ресурсов сурсов мира
Лч А\ А\ /К ~7К
ИЭ по применению:
ИЭ эксплуатируемых природно-ресурсных объектов
Ж
ИЭ природно-ресурсных объектов, намеченных к эксплуатации
Ж
ИЭ неэксплуатируемых природно-ресурсных объектов
ж
Пространственная локализация ИЭ:
В точках
На линиях
Внутри ареалов
На всей площади АТЕ
Визуализация результатов запросов и моделирования природно-ресурсных данных в виде цифровой картографической продукции
Рис. Структура природно-ресурсной геоинформационной модели
153
Интегрированная визуализация информационных элементов ПРГМ и базовых пространственных данных региона позволяет использовать методы пространственного анализа для моделирования современного и перспективного состояния природных ресурсов региона. Результатом этого процесса являются цифровые картографические произведения, представленные в двухмерной или трехмерной форме и отражающие новое знание о природных ресурсах региона в оптимально адаптированной для визуального и геоинформационного анализа форме. В целом ПРГМ являются информационной основой для решения следующих задач в области управления природными ресурсами региона[5,6]:
2) исследование и оценка современного состояния природного ресурса (картографическое отображение качественных и количественных характеристик ресурса, определенных на текущий момент);
3) прогнозирование возможностей использования природного ресурса при различных сценариях экономического развития региона, а также прогнозирование изменений состояния ресурса в результате его техногенного использования (картографическое моделирование пространственных, качественных и количественных изменений ресурса средствами пространственного анализа и ГИС-анализа);
4) вынесение рекомендаций по эксплуатации, охране или восстановлению природного ресурса (картографическое обеспечение мероприятий по проектированию новых промышленных объектов или проведению рекультивационных мероприятий).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ Р 52055-2003 - Геоинформационное картографирование. Пространственные модели местности. Общие требования [Текст]. - М.: Госстандарт России, 2003. - 8 с.
2. Карпик А. П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий: монография. - Новосибирск: СГГА, 2004. - 260 с.
3. Научно-методические основы формализации процессов составления тематических карт для реализации в среде ГИС / С. С. Дышлюк, О. Н. Николаева, Л. А. Ромашова, С. А. Сухо-рукова // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 5. - С. 91-93.
4. Разработка инструментальной справочно-аналитической географической информационной системы [Текст]: отчет о НИР (промежуточ.) / науч. рук. Лисицкий Д. В. - Новосибирск. - СГГА. - 2010. - 127 с. - № ГР 01201058189. - Инв. № 02201362050.
5. Николаева О. Н. Об интеграции ДДЗ в ГИС для формализованной инвентаризации природно-ресурсных характеристик региона // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Между-нар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. Т. 2. - С. 34-39.
6. Николаева О. Н. Использование картографических моделей природных ресурсов на различных этапах ведения рационального природопользования // Вестник СГГА. - 2015. -Вып. 3 (31). - С. 79-86.
© О. Н. Николаева, 2016
