CC BY
60
Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 21 (376). Биология. Вып. 3. С. 103-106.
УДК 574 ББК 28.08
ГИС-ТЕХНОЛОГИЯ КАК СОВРЕМЕННАЯ СПРАВОЧНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЭКОЛОГА
К. С. Чернов, Н. И. Ходоровская
ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет», Челябинск, Россия
Даётся краткое описание географических информационных систем (ГИС) и рассматривается эффективность их применения для мониторинга водных объектов — источников питьевого водоснабжения. Приводится описание реализованного проекта ГИС.
Ключевые слова: геоинформационная система, ГИС, электронная карта, мониторинг, окружающая среда, водоснабжение.
Системы экологического мониторинга разработаны и применяются достаточно давно. Однако в современных условиях можно значительно расширить возможности их информационной составляющей и повысить удобство работы. В том числе современные технологии позволяют объединить систему экологического мониторинга с данными из различных направлений научной и хозяйственной деятельности.
В процессе развития аналитических систем возникло несколько их типов. В порядке усложнения это: контрольные списки, матрицы, сети, географические информационные системы, экспертные системы. Из них способностью отслеживать непрямое воздействие и взаимодействие факторов обладают сети и геоинформационные системы. Экспертные системы обладают аппаратом оперирования знаниями и на основе заложенных в них знаний способны анализировать данные, строить прогнозы и принимать решения, синтезировать новые знания. Географические информационные системы (ГИС), в основе которых лежит топология, способны отображать графически большое количество разнородной информации, могут содержать модули для разнообразных расчётов. По своей сути они представляют собой электронную карту с базами данных и являются самым совершенным и простым в построении и использовании типом систем оперирования информацией, подходят для анализа и поддержки принятия решений, построения прогнозов [3]. Эти особенности геоинформационных систем делают их хорошим подспорьем при решении самых разнообразных задач: от определения маршрута движения из точки А в точку Б до многофакторного анализа с применением дополнительных математических расчётов [2].
Важнейшими областями применения ГИС являются охрана окружающей среды и рациональное природопользование. Для принятия эффективных научно обоснованных решений в этих об -ластях нужно обладать актуальной информацией, сопоставлять множество факторов, владеть различной справочной информацией общего и специального характера; в некоторых случаях требуются математические расчёты и географические данные. Чтобы ускорить процесс принятия решения и уменьшить вероятность ошибки, требуется автоматизированная информационная система — система поддержки принятия решений, на роль которой хорошо подходят ГИС с их географической основой [4].
Применение ГИС в водоохранной деятельности представляется особо эффективным по причине сильно выраженной географической составляющей: разветвлённая речная сеть, взаимное расположение водоёмов, водотоков и искусственных объектов — потенциальных источников загрязнения. Одним из направлений такой деятельности является мониторинг водоёмов-источников питьевого водоснабжения.
Город Челябинск — крупный промышленный центр, и его единственный источник водоснабжения — Шершнёвское водохранилище — испытывает серьёзную антропогенную нагрузку. Водоём характеризуется низкой проточностью (низким коэффициентом водообмена) и высоким уровнем цветения воды, что является следствием малой водности р. Миасс в сочетании с деятельностью предприятий сельскохозяйственного сектора и садовых хозяйств (стоки загрязняющих веществ), а также развитой рекреационной составляющей. Это является причиной снижения качества воды водохранилища [1].
104
К. С. Чернов, Н. И. Ходоровская
В то же время никакие комплексные информационные системы для Шершнёвского водохранилища, р. Миасс и их водосборной площади экологическими ведомствами и службами г. Челябинска не применяются.
Следует заметить, что широкое распространение ГИС получили лишь в некоторых странах (США, Германия). В России они ограниченно используются в таких областях, как добыча полезных ископаемых, лесопользование, управление городскими электро- и теплосетями; внедрены на отдельных крупных предприятиях для внутреннего применения, широко используются в локальных справочных системах («ДубльГИС») и в автомобильной дорожной навигации. В государственных муниципальных структурах Российской Федерации такие системы применяются редко.
Создание ГИС Шершнёвского водохранилища — источника питьевого водоснабжения Челябинска — позволит проводить комплексный анализ изменений в экосистеме водохранилища
и на его водосборной площади, происходящих под влиянием антропогенных воздействий. С помощью этой системы можно отслеживать процессы изменения качества воды, потребительских и рекреационных свойств водоёма. Важной особенностью является возможность проведения комплексного, многофакторного анализа с учётом взаимного расположения различных объектов и факторов в пространстве [5].
Это достигается за счёт распределения информации по разным тематическим слоям, что даёт возможность визуально воспринимать принципиально разнородные факторы и их взаимное расположение, охватывать вниманием данные не только какого-то одного направления, а все нанесённые на карту объекты определённой территории. Можно просматривать свойства объектов, строить карты распределения фактора в пространстве, подключать блоки математических расчётов.
В настоящее время на базе учебного научно-исследовательского центра биотехнологий био-
Зона санитарной охраны Шершнёвского водохранилища (фрагмент)
ГИС-технология как современная справочная система для эколога
105
логического факультета Челябинского государственного университета создан рабочий вариант геоинформационной системы на основе специализированного программного обеспечения. В ней применены данные дистанционного зондирования Земли (спутниковые снимки), картографический материал, а также узкоспециализированные данные, касающиеся Шершнёвского водохранилища и его водосборной площади. В данный момент ведётся работа по созданию специализированных модулей для расчёта распространения химических веществ по воде и воздуху.
На представленном рисунке показан фрагмент системы, включающий Шершнёвское водохранилище, р. Миасс и её притоки, другие реки, речные бассейны, зону санитарной охраны водохранилища, озёра, населённые пункты, садовые хозяйства, сельскохозяйственные участки, дорожную сеть, железную дорогу и другие объекты.
Данная система должна значительно облегчить принятие управленческих решений, касающихся
Шершнёвского водохранилища, р. Миасс, её бассейна и притоков, и в итоге способствовать улучшению состояния окружающей среды в ЮжноУральском регионе. Она обладает потенциалом для расширения как по площади охватываемых территорий, так и по количеству содержащейся в ней информации, вплоть до объединения различных направлений хозяйственной деятельности. Система удобна в работе, позволяет оперировать большим объёмом данных с наглядным их отображением и является мощным инструментом оперирования информацией. Её применение в значительной мере облегчит проведение системного анализа и повысит эффективность мониторинга экологического состояния водохранилища и его водосборной площади.
В перспективе такая система может вобрать в себя информацию из других областей и стать единой информационно-справочной системой для всех управленческих и хозяйственных организаций в регионе.
Список литературы
1. Комплексная оценка и прогноз изменений состояния Шершнёвского водохранилища : годовой отчёт о науч.-исслед. работе по гос. контракту № 48-07/об от 9 апреля 2007 г. - Челябинск : Челяб. гос. ун-т, 2007. - 127 с.
2. Данилов, В. А. Структура и особенности функционирования ГИС-национальный парк (на примере «ГИС-национальный парк "Хвалынский"») / В. А. Данилов // Изв. Сарат. ун-та. - 2010. - Т. 10. Сер. Науки о Земле. - Вып. 1. - С. 41-47.
3. Самардак, А. С. Геоинформационные системы / А. С. Самардак. - Владивосток : Дальневост. гос. ун-т, 2005. - 124 с.
4. Сараев, А. Д. Системный анализ и современные информационные технологии / А. Д. Сараев, О. А. Щербина // Тр. Крым. акад. наук. - Симферополь : СОНАТ, 2006. - С. 47-59.
5. Чернов, К. С. Применение информационных систем для мониторинга водных объектов / К. С. Чернов, Н. И. Ходоровская // Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы : материалы V Всерос. конф. по вод. экотоксикологии, посв. памяти Б. А. Флерова. - Ярославль : Филигрань, 2014. -Т. 1. - С. 211-212.
Сведения об авторах
Чернов Константин Сергеевич — биолог учебного научно-исследовательского центра биотехнологий Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. cbt@csu.ru
Ходоровская Надежда Игоревна — кандидат технических наук, заведующая лабораторией водных экосистем и технологии воды учебного научно-исследовательского центра биотехнологий Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. cbt@csu.ru
106
K. C. yepHOB, H. H. XodopoBcmn.
Bulletin of Chelyabinsk State University. 2015. No. 21 (376). Biology. Issue 3. Pp. 103-106.
GIS TECHNOLOGY AS A MODERN REFERENCE SYSTEM
FOR THE ECOLOGIST
K. S. Chernov
Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia. cbt@csu.ru
N. I. Khodorovskaya
Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia. cbt@csu.ru
The article gives a brief description of a geographic information system (GIS). Efficiency of using GIS for
water sources monitoring are considered. Results of a working GIS project development are reported.
Keywords: geographical information system, GIS, topology, electronic map, analysis, making a decision,
management, ecology, environment, water supply source.
Referenses
1. Kompleksnaya otsenka i prognoz izmeneniy sostoyaniya Shershnyovskogo vodokhranilishcha : godovoy otchyot o nauchno-issledovatel'skoy rabote po gosudarstvennomu kontraktu № 48-07/ob ot 9 aprelya 2007 g. [Complex assessment of the Shershnevskoe reservior condition and its change prognosis. Annual research report by public contract no. 48-07/o6, 9 April 2007]. Chelyabinsk, Chelyabinsk State University, 2007. 127 p. (In Russ.).
2. Danilov V.A. Struktura i osobennosti funktsionirovaniya GIS-natsional'nyy park (na primere "GIS-natsional'nyy park "Hvalynskiy") [Structure and operating features of the National park GIS (illustrated by the "GIS National park "Hvalynsky")]. Izvestiya Saratovskogo universiteta [Izvestiya of Saratov University], 2010, vol. 10. Series: Earth Sciences, iss. 1, pp. 41-47. (In Russ.)
3. Samardak A.S. Geoinformatsionnye sistemy [Geoinformation systems]. Vladivostok, Far Eastern National University Publ., 2005. 124 p. (In Russ.).
4. Saraev A.D., Scherbina O.A. Sistemnyy analiz i sovremennye informatsionnye tehnologii [System analysis and the modern information technologies]. Trudy Krymskoy akademii nauk [Proceedings of the Crimean Academy of Sciences]. Simferopol', SONAT Publ., 2006. Pp. 47-59. (In Russ.).
5. Chernov K.S., Hodorovskaya N.I. Primeneniye informatsionnykh sistem dlya monitoringa vodnykh ob"ektov [Use of the infirmation systems for the water bodies monitoring]. Antropogennoye vliyaniye na vod-nye organizmy i ekosistemy. Materialy V Vserossiiskoy konferentsii po vodnoy ekotoksikologii, posvyaschennoy pamyati B. A. Flerova [Anthropogenic influence on the water organisms and ecosystems. Materials of a Five All-Russian conference of water ecotoxicology, dedicated to the memory of B. A. Flerov]. Yaroslavl', Filigran' Publ., 2014. Vol. 1. Pp. 211-212. (In Russ.).
