CC BY
11
УДК 631.92
1 2 И.М. Янников , М.В. Телегина
ГУ МЧС России по УР, Ижевск
ФТИ УрО РАН, Ижевск
ОСОБЕННОСТИ РАССТАНОВКИ ПОСТОВ БИОМОНИТОРИНГА С УЧЕТОМ ПОЧВ, РЕЛЬЕФА И РАСТИТЕЛЬНОСТИ
I.M. Yannikov , M.V. Telegina 1
Central administrative board of the Ministry of Emergency Measures of Russia on The Udmurt republic, Izhevsk
Physical-Technical Institute Ural Branch of the Russian Academy of Science, Izhevsk
FEATURES OF ARRANGEMENT OF POSTS OF BIOMONITORING IN VIEW OF A GROUND, THE RELIEF АND VEGETATION
Requirements of the complex approach and the requirement to accommodation of posts of biomonitoring of potentially dangerous chemical object are described. The automated system of arrangement of posts in view of uniformity is offered. The digital cartographical basis for the analysis of position of a post on conformity to the certain types of vegetation and ground, and also the account of a lay of land is used. In base of rules on the basis of knowledge of experts rules of editing of position of posts according to attributive data of a cartographical basis are given.
Цель биомониторинга, как части комплексного мониторинга объекта, - это оценка и контроль влияния потенциально опасных химических объектов на окружающую природную среду в зоне защитных мероприятий с использованием биологических объектов-индикаторов.
В целях организации системы биологического мониторинга в зоне защитных мероприятий (ЗЗМ) и санитарно-защитной зоне (СЗМ) объекта должны быть выбраны и оборудованы посты биомониторинга в конкретных природных экосистемах на локальных участках исследуемой территории, на которых будет осуществляться контроль состояния индикаторных биологических объектов в режиме периодических наблюдений.
Пост биомониторинга - участок природной экосистемы, на котором периодически проводятся наблюдения за состоянием биологических объектов и/или осуществляется отбор биологических проб для лабораторного анализа. При выборе местоположения постов биологического мониторинга необходимо учитывать следующие особенности экосистемной организации территории. Классическая система пробоотбора с точками пробоотбора, расположенными по двадцати четырем румбам, учитывает выброс веществ и их перемещение только воздушным путем [2]. Несомненным достоинством этой системы является совмещение принципа репрезентативности выбора точек с требованиями обеспечения корреляции расчетных моделей.
Однако данная схема обладает существенными недостатками. В частности, не учитываются особенности рельефа, растительности, почвы и типов материнской пород. И как следствие при большом количестве расставленных
постов эффективность их использования невелика, так как заведомо в точках пробоотбора вероятность нахождения продуктов деструкции будет незначительна. Размещение постов биомониторинга требует комплексного подхода, так как должны быть учтены и критерий равномерности размещения пунктов, и особенности ландшафта, в частности рельефа и лесорастительных условий, минимума антропогенного «шума» - хозяйственной деятельности, промышленного техногенеза, дорог с интенсивным движением, плотной застройки [3]. Для учета всех параметров и максимальной объективности необходимо автоматизировать процесс размещения постов биомониторинга. В тоже время для учета всех критериев необходима выработка правил экспертного анализа для принятия решений по редактированию расставленных постов биомониторинга. Т. е при определенном типе растительности, типе почвы и значении уклона рельефа анализ в данной точке может быть вообще нецелесообразен, тогда данный пост необходимо либо исключить из списка постов, либо переместить в соответствии с правилами (ниже по рельефу на определенный тип растительности). Поэтому необходима система, имеющая функции автоматизированной расстановки постов и функции экспертного анализа для их дальнейшего редактирования.
Такие данные, как рельеф, тип почвы и материнской породы, тип растительности являются геоинформацией местности. При автоматизированной обработке картографической информации необходимо специализированное программное обеспечение - геоинформационные системы, поддерживающее соответствующие формы цифрового представления информации и позволяющее оперировать ею в целях решения разнообразных задач анализа [1]. Для реализации системы расстановки постов разработана экспертная геоинформационная система, состоящая из базы данных, блока картографической информации, блока расстановки пунктов, блока построения буферных зон, блока анализа положения точек, базы правил, блока принятия решений по смещению точек и блока визуализации картографической и табличной информации. Структура системы приведена на рис. 1.
В данной системе используются слои: растительности, населенных пунктов, речной сети, почв, рельефа. Каждому объекту в слое приписаны соответствующие атрибуты - данные. Структура таблиц (списков) для каждого слоя индивидуальна.
Входной информацией блока расстановки постов является необходимое количество постов. На предварительно выбранном участке (отмечаются границы участка) эксперт в интерактивном режиме отмечает точки, где размещение постов обязательно. При этом учитываются и уже существующие пункты государственного экологического мониторинга, и особенности местности, и закономерности процессов стока в ландшафтах, неоднородности почвенно-растительного покрова. Далее осуществляется с помощью триангуляции Делоне автоматическая расстановка недостающего количества постов. Исходными точками для треугольников служат точки обязательного пробоотбора, расставленные экспертом, а также вспомогательные точки по углам изображения.
Общее количество расставляемых точек можно регулировать, что обеспечивает учет заданной плотности и регулярности расставленных постов для достоверного отображения данных с применением методов пространственной интерполяции по измеренным данным.
База данных ГИС
КСПЕРТ
База правил
Цифровые карты местности
Блок построения буферных зон
Блок расстановки постов
Блок анализа положения постов
Блок принятия решений по смещению постов
Импорт координат постов
Блок визуализации
ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ
Рис. 1. Структура системы автоматизированной расстановки постов
Блок построения буферных зон предназначен для возможности исключения антропогенного «шума» при расстановке постов. Размер этой площадной зоны объекта может быть фиксирован или меняться в зависимости от характеристик (площадь объекта, степень антропогенной нагрузки и т. д.).
В блоке анализа положения постов биомониторинга происходит анализ данных местности (слоев карт), куда попали расставленные посты. Необходимо проанализировать области, где взятие проб нецелесообразно или невозможно, выделить те объекты (или слои), попавшие на которые точки исключаются. В качестве таких объектов выступают слой гидрографии, буферные зоны определенных объектов и т. д. Посты, попадающие в области, где взятие проб нецелесообразно или невозможно исключаются из анализа. При необходимости посты, попадающие в буферные зоны объектов можно сместить автоматически за край зоны по направлению от центра объекта.
Далее анализируются тип растительности, почвы и значения крутизны ската (слой рельефа) по атрибутивным данным для каждого расставленного поста. Именно по совокупности этих данных определяются правила автоматического редактирования размещения постов биомониторинга.
В базе правил системы должны храниться условия редактирования положения постов в зависимости типов растительности и почвы и значений крутизны ската, представляющие собой набор правил, определяемых экспертом. Решениями по редактированию размещения постов являются: удаление поста, оставить без изменения и смещение по направлению ската до начала объекта в слое «Растительность». Для возможности изменения структуры системы, правил анализа и принятия решений по смещению поста в разрабатываемой системе предусмотрена гибкая изменяемая база правил принятия решений. Блок принятия решений по смещению точек учитывает рельеф, растительность и попадание пункта в буферную зону объектов.
По окончанию процедуры смещения точек происходит сохранение географических координат расставленных пунктов пробоотбора биологических объектов и печать таблицы точек с координатами. Необходимо отметить реализованный автоматический анализ расположения постов на присутствие последних во всех экосистемах данной местности (лесные, луговые, водные) в заданных пропорциях, что обеспечивает требование репрезентативности системы пробоотбора.
Разрабатываемая система позволит максимально формализовать принятие решений по размещении постов биомониторинга, и будет являться неотъемлемой частью системы биомониторинга потенциально опасных химических объектов. Несомненным достоинством системы является комплексный подход к учету всех особенностей ландшафта и автоматизация процесса. Данный подход к расстановке постов может быть применен не только при расстановке постов биомониторинга, но и при мониторинге почв сильнозагрязненных территорий в процессе их рекультивации.
Совместное применение ГИС-технологий и методов экспертного анализа позволит ставить и решать новые задачи анализа картографической и атрибутивной информации в системах поддержки принятия решений в разнообразных областях человеческой деятельности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Телегина, М.В. Применение ГИС-технологии в обеспечении безопасности объекта уничтожения химического оружия (ОУХО) / М.В.Телегина, И.М. Янников, В.В. Евдокимовский, А.А.Коробейников // Материалы 1 Всероссийской научно-технической конференции «Современные информационные технологии в деятельности органов власти «ИНФОРТЕХ-2008». - Курск, 2008. С. 57-58.
2. Чупис, В.Н. Экологический мониторинг объектов уничтожения химического оружия
- опыт создания и перспективы развития / Чупис В.Н. // Теоретическая и прикладная экология.
- № 2. - 2007. - С. 35-41.
3. Янников, И.М. Информационные технологии обработки данных биомониторинга объекта уничтожения химического оружия / И.М. Янников, М.В. Телегина // Труды конференции семинара «Теория управления и математическое моделирование». - Ижевск, 2008. - С. 47-50.
© И.М. Янников, М.В. Телегина, 2009
