CC BY
94
УДК 551, 621.01, 502.3 С.С. Карпухин
ФГУП «Госцентр "Природа"», Москва
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С НЕПРЕРЫВНЫМ ПОТОКОМ КОСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ В ЦЕЛЯХ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
Постановление правительства Российской Федерации от 16 января 1995 г. № 40 «Об организации работ по созданию геоинформационной системы органов государственной власти» положило начало планомерной разработке географических информационных систем органов государственной власти (ГИС ОГВ) в нашей стране. В Положении о Федеральном агентстве геодезии и картографии, утвержденном Постановлением Правительства Российской Федерации (№ 386 от 29 июля 2004 г.), одними из полномочий Роскартографии (п.п. 5.3.4.) определены «создание и ведение в пределах своей компетенции географических информационных систем федерального и регионального назначения».
Цель создания геоинформационных систем органов государственной власти (ГИС ОГВ) Российской Федерации федерального и регионального назначения - в повышении эффективности использования федеральных, региональных и муниципальных информационных ресурсов для информационной поддержки принятия оптимальных управленческих решений в интересах обеспечения:
- Устойчивого развития многопрофильного хозяйства страны и ее отдельных регионов,
- Безопасного и благополучного (в экономическом, социальном, политическом и экологическом аспектах) проживания населения Российской Федерации.
В докладе Комиссии по окружающей среде и развитию Организации Объединенных Наций, понятие «устойчивое развитие» территории определяется как «развитие, удовлетворяющее потребности настоящего времени, но не ставящее под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности». Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию утверждена в апреле 1996г. [2].
Таким образом, среди важных задач картографо-геодезической отрасли в настоящий момент следует особо выделить совершенствование информационно-картографического обеспечения органов управления РФ в сфере обеспечения экологической безопасности населения, устойчивого развития территорий субъектов РФ на основе динамично развивающихся геоинформационных технологий.
Современные ГИС, разрабатываемые в целях геоэкологического мониторинга, иными словами - всеобъемлющего контроля состояния окружающей среды, являются комплексными (многоцелевыми и многопользовательскими) информационными системами. Они ориентированы на получение, обновление, хранение, обработку, доступ, отображение и
распространение информации о пространственных геоэкологических объектах, т.е. объектах, характеризующихся параметрами положения в трехмерном земном пространстве и соответствующей геоэкологической семантикой. Тематические базы данных (БД) геоэкологических информационных систем связаны с единой цифровой топографической основой. Вследствие этого, геоэкологические ГИС являются уникальным средством информационно-аналитического обеспечения управленческой деятельности при решении проблем рационального природопользования [2].
На протяжении последних десяти лет Роскартографией в определенном объеме осуществляются работы по проектированию и созданию ГИС ОГВ в субъектах Российской Федерации, В основу разрабатываемых ГИС положены современные отечественные и зарубежные ГИС-технологии, а также данные картографо-геодезического фонда. Важнейшей информационной составляющей в этой работе являются сформированные в предприятиях и организациях Роскартографии банки постоянно обновляемых цифровых топографических и тематических карт.
В структуре геоэкологического мониторинга различных регионов одной из основных составляющих, обеспечивающих получение достоверной оперативной информации о возникновении и динамике экологически опасных ситуаций и прогнозе их развития, являются наблюдения из космоса. Региональный геоэкологический мониторинг (РГЭМ) должен основываться на всестороннем, комплексном изучении и картографировании региона с использованием данных космического зондирования и геоинформационных технологий современного состояния и динамики природных ресурсов, природных, техногенно-природных и техногенных комплексов (ПРТК).
Комплексное изучение и картографирование с использованием данных космического зондирования (детального фотонаблюдения) современного состояния и динамики природных ресурсов и экологических условий территорий (КИКПР) инициировалось и осуществлялось Госцентром «Природа» на протяжении 1976-1993 гг. в различных регионах России и зарубежных стран [3]. Работы по КИКПР, проводившиеся на основе интерпретации материалов детальной космической фотосъемки, были ориентированы на изучение главным образом современного состояния ПРТК и его картографическое отображение. В результате работ по КИКПР, помимо создания качественно новой картографической продукции (космофотокарт), возникает возможность получения совершенно новых сведений о компонентах природной среды, природных ресурсах территории (по основным их видам), ландшафтно-экологических и социальноэкономических условиях регионов.
В результате многолетних исследований больших научнопроизводственных коллективов под организационным и научно-методическим руководством Госцентра «Природа» у нас в стране и за рубежом созданы региональные серии, включающие в свой состав обновленные топографические и тематические (природно-ресурсные, экологические и социальноэкономические) космокарты. Среди регионов России, на территории которых
составлены, подготовлены к изданию или изданы серии тематических космокарт разного масштаба (1: 200 000, 1: 500 000 и др.): Калмыкия, Ставропольский и Красноярский края, Тверская, Новгородская, Смоленская, Самарская, Архангельская области, Северное Прибайкалье, районы Западной Сибири, зона Чернобыльской катастрофы и др.
К регионам ближнего зарубежья, охваченным в 70-80-е годы работами по КИКПР, относятся: Таджикистан, Узбекистан, Киргизия, районы
Казахстана (Приаралье, Семиречье), бассейн озера Севан, Белоруссия (Солигорский район), Грузия. Среди регионов дальнего зарубежья, на территории которых Госцентром «Природа» созданы космокарты: Монголия, Куба, Вьетнам, Чехословакия, Венгрия, Финляндия и другие.
В процессе проведения КИКПР сформирована бесценная по своему значению научно-методологическая, технологическая, нормативно-правовая и информационная база по координации взаимодействия организаций отраслевых министерств и ведомств, межотраслевой обработке и тематической интерпретации данных детального космического зондирования в интересах комплексного кадастрового и мониторингового картографирования. В связи с этим представляется целесообразным использовать результаты исследований и накопленный Госцентром «Природа» при изучении и картографировании современного состояния и динамики ПРТК различных регионов РФ.
В настоящий момент, когда экономика России после десятилетнего кризиса, связанного с ее демонтажем, переориентацией и переформированием, вновь на пути к восстановлению и подъему, проведение работ по изучению и картографированию с использованием данных космического зондированного современного состояния ПРТК регионов России чрезвычайно актуально. Проведение работ по КИКПР на основе детальной космической информации обеспечит в кратчайшие сроки органы управления регионами страны самой современной информацией о природных ресурсах, экологическом состоянии, социально-экономических условиях и имущественных отношениях в регионах. В свою очередь, принятие эффективных управленческих решений на основе актуальных, объективных и достоверных данных приблизит нас к решению проблемы устойчивого и экологически безопасного развития России.
За период 1973-1999 гг. в Госцентре «Природа» сформировался уникальный фонд космических фотоснимков, объем которого составляет около 2 млн. оригинальных негативов. Уступая лишь некоторым зарубежным архивам космических снимков по количеству хранимых изображений, он уникален по сочетанию таких их параметров, как детальное пространственное разрешение и большая обзорность, высокое геометрическое качество и многозональность.
Созданный в Госцентре «Природа» фонд данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) представляет собой чрезвычайно репрезентативный (как по временному, так и пространственному охвату) информационный массив, имеющий огромную экономическую,
историческую и научную ценность в качестве основы для развертывания работ по геоэкологическому мониторингу. В структуре регионального геоэкологического мониторинга (РГЭМ) материалы фонда могут и должны играть роль источника базовой ретроспективной информации о состоянии и динамике природных и техногенных объектов и явлений различных регионов, континентов и планеты в целом по различным временным срезам.
Дальнейшее развитие космической составляющей РГЭМ должно базироваться на данных дистанционного зондирования Земли, получаемых отечественными и зарубежными космическими системами регистрации информационных сигналов в реальном масштабе времени. В ближайшей перспективе в рамках Федеральной космической программы России для решения ряда отраслевых задач будет осуществлен запуск космических комплексов оптико-электронного наблюдения «Ресурс-ДК1», «Монитор - Э», «Ресурс - 01». Обработка космической информации с этих спутников без сомнения позволит осуществлять эффективный контроль состояния параметров окружающей среды и решать массу задач в сфере рационального природопользования.
Важнейшим требованием к ГИС РГЭМ является обеспечение постоянного компьютерного картографического мониторинга событий, происходящих в зонах активного развития неблагоприятных экологических ситуаций, на базе оперативных детальных непрерывно поступающих данных космического зондирования. Для этих целей возможно применение орбитальных систем малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли, расположенных в нескольких орбитальных плоскостях
[4].
Основные задачи картографо-геодезической отрасли при создании ГИС РГЭМ связаны с их проектированием, разработкой (созданием) и поддержаниием на уровне современности. Эффективное решение вышеназванных задач должно обеспечить:
1. Получение, обновление, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение информации о состоянии окружающей среды в регионе. ГИС РГЭМ должна быть полнофункциональной, «открытой» и пространственно распределенной, т. е. обеспечивать объединение в систему сотни и тысячи пользователей, что обусловлено пространственными масштабами страны и сложностью поставленной задачи. Иметь архитектуру «клиент/сервер», развитую систему прав доступа к картографическим и семантическим данным. В полной мере использовать технологии КИКПР.
2. Использование непрерывного потока детальных космических данных в качестве своего рода информационного сырья для получения специальной картографической информации в рамках ГИС РГЭМ, в том числе имеющей статус документа. Непрерывный процесс переработки моделями природных и природно-хозяйственных систем поступающей от средств ДЗЗ космической информации в рамках ГИС РГЭМ позволит превращать «сырую дистанционную информацию в картографические продукты нового поколения.
3. Интеграцию в рамках ГИС ГРЭМ технологии имитационного моделирования, полностью базирующейся на растровой модели и методов пространственно-аналитических и оверлейных преобразований данных цифровых векторных карт.
4. Анализ предшествующего, современного и прогнозного состояния объектов управления любой темы в рамках ГИС РГЭМ в интересующих пространственных границах. При рассмотрении прогнозного состояния объектов управления должна обеспечиваться подготовка вариантов развития ситуаций.
5. Фиксацию (в перспективе) изменений в состоянии объектов геоэкологического мониторинга в режиме «on-line» и внесение изменений в цифровые модели местности и предметные (проблемно-ориентированные) БД посредством вычислительных процедур на разных масштабных уровнях рассмотрения.
6. Формирование в ГИС РГЭМ промежуточной и выходной информационно-картографической документации как синтетической картографо-семантической продукции в интересах повышения достоверности и наглядности управляющей статистической информации.
Максимальная эффективность использования данных космического зондирования при решении проблем устойчивого и экологически безопасного развития России может быть достигнута лишь на базе современных геоинформационных технологий. Формирование РГЭМ с непрерывным потоком детальной космической информации позволит обеспечить прогнозирование возникновения и контроль развития неблагоприятных и чрезвычайных ситуаций и, тем самым, предупреждать негативные последствия на этапах планирования и принятия управленческих решений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. В.С. Тикунов, Д.А. Цапук Устойчивое развитие территорий: картографо-геоинформационное обеспечение, Москва-Смоленск, Изд-во СГУ, 1999, - 176 с.
2. С.С. Карпухин Основные положения создания географической информационной системы для органов государственной власти регионального уровня//Картография XXI века: теория, методы, практика, Доклады II Всероссийской научной конференции по картографии, посвященной памяти А. А. Лютого, (Москва, 2-5 октября 2001г.), Том I, ИГРАН, М., 2001, С. 126 -131.
3. Ю.П. Киенко, С.С. Карпухин, Е.А. Бровко Роль космического зондирования Земли в обеспечении устойчивого и экологически безопасного развития Российской Федерации // Материалы Международной научно-общественной конференции 2003 г., М., М.Ц.Р., т.3, 2004 г. С. 50-58.
4. Е.Л. Лукашевич, В.А. Горелов Орбитальная система малых космических аппаратов ДЗЗ // Международная научно-техническая конференция, посвященная 225-летию МИИГАиК, Москва, МИИГАиК, 2004 г., С. 185-191.
© С.С.Карпухин, 2005
