CC BY
107
УДК 528.9: 004.94
ПРИРОДНО-РЕСУРСНАЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РЕГИОНА КАК СРЕДСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЛАНИРОВАНИЯ И ВЕДЕНИЯ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
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)361-06-86, 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 российской и зарубежной нормативной терминологии геоинформационного картографирования. По результатам проведенного анализа предложено новое понятие природно-ресурсной геоинформационной модели региона (ПРГМ региона). Охарактеризованы ее цели, задачи и основные структурные элементы. Изложены требования к обеспечению современности и достоверности информационной базы ПРГМ региона. Подчеркнуто значение ПРГМ региона как инструмента для интеграции разнородных данных о природных ресурсах (данных дистанционного зондирования Земли, государственных кадастров и статистики природных ресурсов). Перечислены основные задачи по управлению природными ресурсами, решение которых оптимизирует использование ПРГМ региона.
Ключевые слова: геоинформационное моделирование, природные ресурсы, управление природными ресурсами, геоинформационная модель, природно-ресурсная геоинформационная модель.
NATURAL RESOURCES' GEOINFORMATION MODEL OF THE REGION AS A MEANS TO IMPROVE THE EFFICIENCY OF NATURAL RESOURCES PLANNING AND MANAGEMENT
Olga N. Nikolaeva
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Associate professor of Department Ecology and Environmental Management, tel. (383)361-06-86, 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 natural resources' geoinformation model (NRGM). It's purposes and main structural elements are described. The criteria of up-to-dateness and veracity of NRGM data base are given. The significance of natural resources' geoinformation model as an instrument for integration of heterogeneous data (e. g. Earth remote sensing data, state cadastral data, government statistics) is emphasized. The main tasks to optimize natural resources management by use of NRGM are listed.
Key words: geoinformation modeling, natural resources, natural resources management, geoinformation model, natural resources' geoinformation model.
Введение
Экономичное и эффективное использование природных ресурсов является непременным условием высокой конкурентоспособности региона в условиях рыночной экономики. Рационализация хозяйственной деятельности требует обеспечения административных и хозяйствующих субъектов подробными и разносторонними данными о запасах природных ресурсов региона и удобным инструментарием, позволяющим использовать эти данные для определения стратегий развития ресурсодобывающих и ресурсоперерабатывающих отраслей в настоящем и будущем.
Развитие ГИС-технологий обусловило формирование нового научного направления исследований - геоинформационного моделирования, позволяющего изучать и анализировать состав и взаимосвязи различных объектов и явлений и, таким образом, предоставляющего обширные возможности для решения различных административных задач в сфере планирования различных отраслей хозяйственной деятельности. Планирование природопользования и управление природными ресурсами на территории конкретных регионов является одной из наиболее актуальных сфер использования геоинформационного моделирования в современных условиях возрастающего дефицита природных ресурсов. Использование ГИС-технологий позволяет учитывать широкий спектр природных факторов при обосновании различных направлений хозяйственной деятельности, в том числе - разработки геодезического обеспечения проектируемых хозяйственных объектов [1], оценки условий местности для различных видов хозяйственного использования [2-4], экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды [5, 6].
Результирующим продуктом геоинформационного моделирования является геоинформационная модель региона, которая выступает как инструмент для обоснования решений и мероприятий путем использования обширных массивов актуальных исходных данных и анализа перспективных последствий намечаемых действий. При планировании природопользования на территории конкретных регионов в качестве такового продукта будет выступать природно-ресурсная геоинформационная модель (ПРГМ) региона, сосредотачивающая в себе пространственно распределенные данные о запасах, использовании и восстановлении водных, земельных, минеральных, растительных и фаунистиче-ских ресурсах региона. ПРГМ региона закладывает информационный базис для анализа и оценки современного состояния природных ресурсов региона и планирования их перспективного использования.
Материалы и методы
В зарубежной литературе выделяется понятие географической информационной модели (géographie information model), рассматриваемой как разновидность информационных моделей (information model) [7, 8], однако ее общепринятое определение отсутствует. Различные авторы могут понимать под географической информационной моделью инструментарий для получения сведений
с готового геоизображения [9] или цифровые картографические продукты различного назначения [10, 11].
Принятые в России государственные и отраслевые стандарты, регламентирующие геодезические и картографические работы, также не содержат четкого и однозначного определения геоинформационной модели. Наиболее близкое по смыслу понятие пространственной модели местности охарактеризовано в действующем ГОСТе [12] как «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 космоаэрофотографических материалов, рельефных карт и видеоизображений». Данное определение отражает не столько сущность модели, сколько форму ее визуализации в ходе представления пользователю.
А. П. Карпиком 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, представляющая совокупность пространственных объектов» [13, 14].
С учетом вышеизложенного можно определить природно-ресурсную геоинформационную модель (ПРГМ) региона 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.
Обсуждение результатов
ПРГМ региона представляет собой сложную динамическую систему, постоянно развивающуюся вслед за совершенствованием технологий и оборудования, используемых для сбора природно-ресурсных данных. Она объединяет в себе обширные массивы природно-ресурсных данных и современные методики и технологии компьютерного моделирования пространственно распределенных данных, обеспечивая получение нового знания о природно-ресурсном потенциале региона.
База данных ПРГМ региона формируется путем интеграции разнородных природно-ресурсных данных, полученных из разных источников и по различным методикам и технологиям. Она включает в себя результаты тематического дешифрирования данных дистанционного зондирования Земли, данных государственных кадастров и российской государственной статистики. Это позволяет обеспечить актуальную разностороннюю характеристику запасов ресурсов, интенсивности их использования, необходимости проведения мероприятий по восстановлению запасов ресурсов и качества окружающей среды [3, 15, 16].
Собранные данные упорядочиваются в виде наборов природно-ресурсных данных. Отдельно рассматриваемый набор природно-ресурсных данных представляет собой совокупность однородных пространственных объектов, раскрывающих природно-ресурсную тематику и организованных в виде послойной структуры в соответствии с основными принципами представления данных в ГИС.
Для обеспечения современности и достоверности информационной базы ПРГМ региона необходимо соблюдать следующие требования [16-18]:
1) природно-ресурсные данные, наполняющие информационную базу ПРГМ региона, 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 локализации тематического содержания, должна быть актуализирована с учетом аэрофото- и картографических материалов, созданных государственными организациями по утвержденным методиками и технологиям.
Главной задачей ПРГМ региона являются анализ и моделирование при-родно-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.
Основные структурные элементы ПРГМ региона представлены на рисунке.
Природно-ресурсные данные, интегрированные из различных источников региона
Базовые пространственные данные региона
Моделирование и экспертная оценка показателей состояния природных ресурсов региона
Картографическая визуализация результатов моделирования и экспертной оценки
Рис. Основные структурные элементы ПРГМ региона
Как видно из рисунка, ПРГМ региона объединяет в себе следующие структурные элементы:
1) массивы исходных данных, включающие 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 региона 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 региона, являются единицы природно-ресурсной информации, которые хранятся, накапливаются и обрабатываются для картографического моделирования современного и перспективного состояния природных ресурсов региона. 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).
Заключение
ПРГМ региона обеспечивает интегрированную визуализацию базовых пространственных данных и разнородных природно-ресурсных данных региона и позволяет использовать методы пространственного анализа для моделирования современного и перспективного состояния природно-ресурсного потенциала региона. Результаты моделирования визуализируются в виде цифровых картографических произведений, представленных в двухмерной или трехмерной форме и отражающих новое знание о природных ресурсах региона в оптимально адаптированной для визуального и геоинформационного анализа форме. ПРГМ региона закладывает информационную основу для решения следующих задач в области управления природными ресурсами региона [19, 20]:
- исследование и оценка современного состояния природного ресурса (картографическая визуализация качественных и количественных характеристик ресурса, определенных на текущий момент);
- 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);
- вынесение рекомендаций по эксплуатации, охране или восстановлению природного ресурса (картографическое обеспечение мероприятий по проектированию новых промышленных объектов или проведению рекультивационных мероприятий).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карпик А. П. Структурно-функциональная модель геодезической пространственной информационной системы // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2004. - № 6. -С.140-148.
2. Zakarin E. Methods of geoinformation modeling and application to atmospheric pollution tasks // Journal «Computation technologies», 2004 , Volume 9, Special issue, p.70-81.
3. Klimesova Dana, Ocelikova E. Geoinformation modelling. Proceedings of the 7th International Scientific - Technical Conference. Process Control 2006, p. 1-5.
4. Панов Д. В. Построение цифровой модели рельефа г. Новосибирска и его окрестностей с учетом потоковой структуры и пластики рельефа // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 1 (21). -С. 61-66.
5. Интеграция геопространственных данных на основе трехмерного моделирования для экологической оценки территорий / Л. К. Трубина, Т. А. Хлебникова, О. Н. Николаева, Е. Н. Кулик // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.- 2013. - № 4/C. - С. 83-86.
6. Креймер М. А. Экономическое и территориальное планирование по законам биогеохимической деятельности и в пределах санитарно-эпидемиологических требований // Вестник СГГА. - 2014. - Вып. 3 (27). - С. 146-153.
7. Y. Tina Lee. Information modeling from design to implementation // National Institute of Standards and Technology, 1999.
8. Vaclav Repa. Information Modeling of Organizations. - 2012. - 111 p.
9. Guoray Cai. GeoVSM: An Integrated Retrieval Model for Geographic Information. Geographic Information Science; Volume 2478 of the series Lecture Notes in Computer Science. -2002. - pp. 65-79.
10. Ronaldo Pereira de Oliveira, Francisco A. Lumbrera, Guilherme da S.Pedroz. Integrated geoinformation model for environmental planning in Rio de Janeiro, RJ, Brazil. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXIII, Part B7. Amsterdam. -pp. 1073-1080.
11. A 3D Model for Geo-information in the Netherlands / E. Verbreea, J. Stotera, S. Zlatanova, G. de Haanb, M. Reuversc, G. Vosselmand, J. Goose, L. van Berlof, R. Kloosterg // A special joint symposium of ISPRS Technical Commission IV & AutoCarto in conjunction with ASPRS/CaGIS 2010 Fall Specialty Conference November 15-19, 2010, Orlando, Flor.
12. ГОСТ Р 52055-2003. Геоинформационное картографирование. Пространственные модели местности. Общие требования. - М. : Госстандарт России, 2003. - 8 с.
13. Карпик А. П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий : монография. - Новосибирск : СГГА, 2004. - 260 с.
14. Карпик А. П. Системная связь устойчивого развития территорий с его геодезическим информационным обеспечением // Вестник СГГА. - 2010. - Вып. 1 (12). - С. 3-13.
15. Мазуров Б. Т., Николаева О. Н., Ромашова Л. А. Совершенствование информационной базы региональных ГИС (РГИС) для инвентаризации и картографирования природных ресурсов // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 2/1. - С. 130-133.
16. Научно-методические основы формализации процессов составления тематических карт для реализации в среде ГИС / С. С. Дышлюк, О. Н. Николаева, Л. А. Ромашова, С. А. Сухорукова // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 5. - С. 91-93.
17. Николаева О. Н. О совершенствовании информационного обеспечения картографирования природных ресурсов // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 3. - С. 107-112.
18. Разработка инструментальной справочно-аналитической географической информационной системы : отчет о НИР (промежуточ.) / науч. рук. Лисицкий Д. В. - Новосибирск : СГГА, 2010. - 127 с. - № ГР 01201058189. - Инв. № 02201362050.
19. Николаева О. Н. Об интеграции ДДЗ в ГИС для формализованной инвентаризации природно-ресурсных характеристик региона // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. 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.
20. Николаева О. Н. Использование картографических моделей природных ресурсов на различных этапах ведения рационального природопользования / Вестник СГГА. - 2015. -Вып. 3 (31). - С. 79-86.
Получено 25.02.2016
© О. Н. Николаева, 2016
