CC BY
14Ученые записки Таврического национального университета имени В.И.Вернадского Серия «География». Том 26 (65). 2013 г. № 1, С 32-48.
УДК 504.064:614.73:621.039.58:004.9:681.518.3
РАД1ОЛОГ1ЧНИЙ МОН1ТОРИНГ ЗАБРУДНЕНЬ ТЕРИТОР1Й ЧЕРШПВСЬКО! ОБЛАСТ1 ЗА ДОПОМОГОЮ ГЕО1НФОРМАЦ1ЙНИХ
ТЕХНОЛОГ1Й
Бурачек В. Г.1, Зацерковний В. I.2, Кривоберець С. В.2
1Ун1верситет новттх технологш, м. Кшв, УкраИна
2Черншвський державний шститут економжи i управлтня, м. Чернтв, УкраИна
E-mail: [email protected]
У стата проведено дослщження, у ходi якого опрацьована i систематизована доступна i вщкрита шформащя з лтературних джерел i тематичних карт, що вiдображаe стан проблеми радюеколопчиого монiторингу територiй за допомогою геоiнформацiйних технологiй. Описанi технологи ArcGIS використанi в екологiчному Веб-атласi Чершпвсько! областi для картографiчно! прив'язки зон i дiлянок радiоактивного i хiмiчного забруднення територiй, а також наповнення атласу даними з еколого-економiчних ресурав областi.
Ключовi слова: радiоекологiчний мошторинг, забруднення навколишнього середовища, екологiчний Веб-атлас Чершпвсько! обласп, геоiнформацiйнi системи (Г1С), геоiнформацiйнi технологи (Г1Т).
ВСТУП
Актуальшсть теми дослiдження
Авар1я, що сталася 26 кв1тня 1986 року на Чорнобильськш АЕС, i наступна пожежа призвели до безпрецедентного викиду радюактивного матер1алу з ядерного реактора i пагубних наслщюв для населення i навколишнього середовища. Це викликало попршення здоров'я сотень тисяч людей, забруднеш мшьйони гектар1в Грунт1в, у водосховищах осши десятки мшьйошв тонн радюактивного мулу.
У результат забруднення навколишнього середовища радюактивними матер1алами з постраждалих райошв протягом 1986 року довелось евакувати понад 100 000 ос1б, а потам, тсля 1986 року, вщселити ще 200 000 оаб з Бшорус1, Росшсько! Федераци i Укра1ни. Бшя п'яти мшьйошв ос1б продовжують проживати на забруднених у результап авари територ1ях. Уряди трьох постраждалих кра!н за шдтримки м1жнародних оргашзацш вживають заход1в для реабштаци забруднених територш, надання медичних послуг i вщновлення сощального i економ1чного добробуту регюну.
Постановка проблеми. Обраний напрям досл1дження пов'язаний 1з реал1защею завдань постанови Кабшету Мшютр1в Украши «Про затвердження Положення про державну систему мошторингу довкшля» вщ 30.03.1998 р. № 391, Державно! цшьово! еколопчно! програми проведення мошторингу навколишнього природного середовища, що затверджена постановою Кабшету Мшютр1в Украши вщ 05.12.2007 р. № 1376; Закону Украши "Про еколопчну мережу Украши" за станом на 24.06.2008 р. № 1864-IV, виконанням науково-дослщно! роботи
Чершпвського державного iнституту управлшня i економiки спiльно з Державним управлшням у сферi охорони навколишнього природного середовища в Чернiгiвськiй область
Аналiз останшх дослiджень i публжацш. Питанням еколопзацп економiки, рацiонального природокористування, проблемам сталого розвитку присвячено багато наукових праць украшських вчених, зокрема: В. А. Барановського [1], Л. Г. Мельника, Б. М. Данилишина, С. В. Хлобистова, Б. В. Буркинського, О. О. Веклич, М. Г. Ступеня, Л. Я. Новаковського, О. М. Телiженка, О. I. Каршцево1, П. Г. Казьмiра, З. В. Герасимчук, Л. Г. Руденко, С. К. Харiчкова, Н. В. Караево!, Г. О. Бiлявського, Р. С. Фурдуй, I. Ю. Коспкова та iн.
Постановка завдання. Метою роботи е створення геошформацшно1 методики для радюеколопчного монiторингу стану територш. Оскiльки екологiчнi проблеми мають просторово-розподшений характер, то для проведення аналiзу були застосованi геоiнформацiйна технологи (Г1Т), зокрема програмне забезпечення ArcGis (Arc View) компанп ESRI [2]. Перевагами використання цих технологiй е надшне збереження усiх можливих даних i атрибутiв, пов'язаних з об'ектом дослщження у цифровому форматi; графiчна вiзуалiзацiя результатiв монiторингу з можливютю масштабування; можливiсть наступного всебiчного аналiзу рiзними методами накопичено! шформацп; можливють штеграцп в iншi системи; можливють прогнозу ситуацп i одержання додатково1 шформацп для прийняття рiшень [3].
ВИКЛАД ОСНОВНОГО МАТЕР1АЛУ ДО СЛ1ДЖЕННЯ
Основнi викиди з четвертого енергоблоку Чорнобильсько1 атомно1 електростанци тривали десять днiв i до !х складу входили радiоактивнi гази, конденсоваш аерозолi i велика кiлькiсть часток палива. Загальний об'ем викидiв радюактивних речовин склав бiля 14 ЕБк (1 ЕБк = 1018 Бк (бекерелей)), станом на 26 квггня 1986 року, у тому чи^ 1,8 ЕБк 131I, 0,085 ЕБк 137Cs та iншi радiоiзотопи цезда, 0,01 ЕБк 90Sr i 0,003 ЕБк рад^зотошв плутонiю. Iнертнi гази склали близько 50 % загального радiоактивного викиду.
Понад 200 000 км2 територи Свропи була забруднена радюактивним цезiем (понад 0,04 МБк 137Cs на 1 м ) [4], з яких 71 % припало на три найбшьш постраждалi краши: Бiлорусь, Росiйська Федерацiя i Укра1на. Випад був високо гетерогенним; на нього сильно вплинули дощ^ що йшли пiд час проходження радiоактивних повiтряних фронтiв (рис. 1) [5].
Випад бшьшо1 частини рад^зотошв стронцiю i плутонiю вiдбувся головним чином поблизу реактора (у радiусi менше 100 км), в тому чи^ на територiю Чершпвсько1 область Значну частку викидiв склали радюнуклщи з коротким перiодом фiзичного натврозпаду; радiонуклiди з тривалим перiодом натврозпаду були викинутi у менших об'емах.
Рис. 1. Формування радюактивних шарiв у вщповщносп з метеоролопчними умовами для миттевих викидiв у наступнi дати i час (за Гринвiчем): 1) 26 квгтня 1986 року, 00:00; 2) 27 квгтня, 00:00; 3) 27 квгтня, 12:00; 4) 29 квгтня, 00:00; 5) 2 травня, 00:00; i 6) 4 травня, 12:00.
Забрудненими й дуже забрудненими зонами, де життедiяльнiсть населення значно попршена через екологiчнi умови, е не менше третини територп Украши (рис. 2) [5].
Складна еколопчна ситуацiя в Укра1ш вкрай загострилась. До пенсшного вiку не доживають 47 % чоловiкiв i 36 % жшок, а за останш 15 рокiв середня тривалiсть життя в Укра1ш скоротилася на шм рокiв. За рiвнем життя, його тривалютю i рiвнем освiти (за iндексом розвитку ООН) Украша займае позищю в другiй сотнi держав свгту, тодi як ще у 1994 р. вона посщала 45, 1997 р. - 94 позищю. Зпдно з висновком Мiжнародного союзу боротьби з раком, близько 80 % видiв злояюсних новоутворень - це наслщок впливу факторiв довкшля [6]. А в Укра1ш залишилося лише 6 % територи з нормальними природними умовами для проживання людей. Наслiдки радiацiйного забруднення територи краши будуть проявлятися ще десятилотя i столiття, як у природному середовищi так i в геномi людини.
Пiд час багаторiчних комплексних робгт був накопичений досвiд великомасштабного картографiчного дослiдження радiонуклiдного забруднення територш, розробленi методики з агрохiмil, радюхiмп, методи кiлькiсного визначення радiонуклiдiв у рiзних середовищах. Встановлено, що гриби, бактерп, водоростi, лишайники, хвойнi люи здатнi накопичувати дуже високi концентрацп радiонуклiдiв, прiсноводнi екосистеми бiльш уразлив^ нiж морськi. Лiсовi екосистеми, виступаючи бар'ером i бiофiльтром радiоактивних випадань, е «критичною ланкою» при еколопчному нормуваннi радiацiйного навантаження в зональному спектрi ландшафтiв. Молодi рослини i тварини виявилися бiльш чутливими до штенсивного радiацiйного впливу, нiж доросль
/\/ Кордон Украши /\/ Мою областей • М)ста
Водосховища Р1чки Водой ми Канал и ^ понад 1480 кБк/м2 Щ вщ 555 до 1480 к5к/м2 в1д 185 до 555 кБк/м2 в1д 100 до 185 кБк/м2 в1д 40 до 100 кБк/м2 в!д 20 до 40 кБкУм2 в1д 10 до 20 кБкУм2 в)д 4 до 10 кБк/м2 вщ 2 до 4 кБк/м2 до 2 кБк/м2
б)
Рис. 2. Складовi радiоактивного фону забруднення 137С8 на територiю Укра1ни i Чершпвсько! областi зокрема: а) до 1986 р.; б) тсля авари на ЧАЕС - в травш 1986 р.
Великий обсяг шформацл', характерний для еколопчних дослщжень, найчаспше через труднощi сприйняття i комплексного характеру не спроможний ефективно виршити проблему без геозображення (вiзуалiзацil на картi). Iнтеграцiйний характер Г1С дозволяе створити на !х основi потужний iнструмент для збору, збереження, систематизации аналiзу i подання шформацл.
Застосування Г1С для аналiзу радюеколопчних процесiв на радiоактивно забруднених територiях дозволяе ефективно обробляти великi обсяги шформацл, необхщно! для вирiшення проблем, пов'язаних iз реабiлiтацiею забруднених територш i подавати И рiзним чином (рис. 3).
Рис. 3. Приклади подання вихщно! шформацн у Г1С.
1ерарх1чна структура побудови Г1С робить можливим включення будь-якого окремого геошформацшного проекту у бiльш широкi системи шшо! дослщницько! спрямованостi. Саме це дозволяе розглядати Г1С як дослщну, аналiтичну систему [3].
Ефективнiсть функцюнування Г1С в значному ступенi визначаеться и математичним забезпеченням, пiд яким розумiють математичнi моделi дослiджуваних просторових об'ектiв, представлених у виглядi, придатному для обчислень на комп'ютерi, та алгоритми прогнозування змiни станiв цих об'ектiв i якiстю пошарового тематичного наповнення бази метричних та атрибутивних даних. Це зумовлено тим, що при дослiдженнi будь-якого просторового об'екта необхщно сформувати адекватну модель просторового об'екта дослщження; сформувати вiдхилення параметрiв стану просторового об'екта дослiдження;
визначити перехщ об'екта дослщження в «несправний» стан; отримати управлшське (дiагностичне) рiшення.
Серед велико! кшькосп задач, що вирiшуються за допомогою Г1С, найбiльш iнтелектуальними е системи прогнозу та дiагностики, якi спроможш передбачати сценарiй майбутнього, грунтуючись на подiях минулого i наявного стану, та володдать можливiстю знаходити причини аномальносп спостережуваних процесiв та явищ. Для цього Г1С використовують динамiчнi параметричнi моделi та набори даних, за допомогою яких виявляються вщхилення вiд еталонно! поведiнки.
Як показано в робот [7], найбiльш прийнятним для дiагностики стану просторових об'екпв Г1С, е математичнi моделi, в яких матриця коефiцiентiв впливу розраховуеться в темпi "виходу" моделi на режим прийняття рiшення (дiагностування), тобто, багаторежимш квазiнелiнiйнi середньостатистичнi iдентифiкованi математичш моделi. У цьому випадку дiагностична модель менш пiддаеться «шумам» i бiльш пристосована для ефективно! щентифшацп стосовно кожного екземпляру об'екта дослщження або середньостатистичного об'екта дослiдження.
В загальному випадку лiнiйну математичну модель об'екта дослщження при наявностi похибок вимiрiв можна представити матричними рiвняннями двох типiв [8]:
У з = АХ + лУз (1)
або
¥з = АХ + л¥з ; ¥з = Уз - Т£; л¥3 = лУз - ТлЛГз (2)
де Уз - вектор вщносних вiдхилень параметрiв режиму функцюнування об'екта дослiдження розмiрностi (т Х1);
X - вектор вщносних вiдхилень шуканих параметрiв стану об'екта дослщження, керуючих i збурюючих впливiв розмiрностi (п Х1);
А - матриця коефщенпв впливу розмiрностi (т Х п);
S - вектор вiдносних вимiрюваних збурюючих i керуючих впливiв, якщо вони не переведенi у вектор У шляхом перетворень для задано! структури системи рiвнянь. Розмiрнiсть вектора (Уз Х1);
Т - матриця коефiцiентiв впливу розмiрностi (т ХУз).
Дiагностичну модель дослiджуваного об'екта виду (1) правомiрно використовувати у випадку виконання наступних умов: в дiагностичнiй моделi врахована програма керування дослiджуваного об'екта на режимi дiагностування.
При цьому якщо керуючi впливи вимiрюються, то вони уведеш у вектор Уз, якщо
не вимiрюються - то вони вщсутш; вiдхилення параметрiв управлiння дорiвнюють нулю; вiдхилення збурюючих впливiв на режимi дiагностування вщсутш; вiдсутнi похибки вимiрiв збурюючих впливiв; характеристики еталонних модулiв вiдповiдають номшальним характеристикам або здiйснена iдентифiкацiя
математично! моделi до шдивщуальних характеристик дослщжуваного об'екта
(явища), тобто, вiдсутнiй вплив на вектор Уз природного розсiювання характеристик
модулiв об'екта (явища); вiдсутнe приведення вимiрюваних параметрiв до стандартних атмосферних умов. В протилежному випадку, при приведены до
стандартних атмосферних умов компоненти вектора Уз стануть корельованими. У
вшх iнших випадках необхщно використовувати дiагностичну модель (2).
Вщома велика кiлькiсть пiдходiв, алгоритмiв i програм, якi дозволяють в тому або шшому ступенi рацiонально оргашзувати обчислювальнi процедури. Такi пiдходи вщображеш в роботах [8, 9] в яких представленi: метод усiх можливих регресiй; метод вибору "найкращо! тдмножини" предикторiв; метод виключення; покроковий регресшний метод; гребенева ("рiдж") регресiя; "ПРЕСС"-регреая; регресiя на головних компонентах; регрешя на ортогональнi полiноми Чебишева; регрешя на власних значеннях; схвдчастий регресшний метод; регрешя на основi О-обернення; робастна регресiя; регуляризацiя по Тихонову; регрешя з використанням сингулярних розкладань; схеми Холецького i Хаусхолдера; метод групового урахування аргументiв (МГУА). На цiй основi написана велика кшьюсть пакетiв програм на рiзних алгоритмiчних мовах.
Однак, частина з них мало вiдрiзняеться одна вщ одно!, а iншими досить складно скористатися. Цей факт можна пояснити тим, що бшьшють пакетiв програм розроблялися приблизно в один i той же час, незалежно один вщ одного, i грунтувалися на одному i тому ж фундамент наявних на той час математичних методiв. Вiдсутнiсть, недостатнiсть або наявшсть помилок в необхiднiй документацп по використанню розроблених пакетiв програм призводять до того, що найчастiше простше розробити новi програми, нiж розiбратися у вже вiдомих. Досконало неопрацьованою залишаеться поки що проблема порiвняння i вибору кращого алгоритму або програми; автоматизоваш тiльки лише розрахунки, а аналiз результатiв i вибiр найкращих варiантiв, як i рашше, провадиться шту!тивно, вимагаючи суттевих витрат часу i коштiв.
Використання традицшних [8] та iнших пiдходiв для створення полiномiальних моделей тематичних шарiв Г1С виявилося малоефективним через притаманш 1м в тому або шшому ступеш спiльних недолiкiв: велико! чутливост до похибок вимiру вiдгукiв; великими погршностями в обчисленнi коефiцiентiв полiномiв при поганiй обумовленостi матрицi планування; неможливiстю розрахунку коефiцiентiв полiнома у випадку недостатньо! кiлькостi експериментiв; вщсутност формалiзованих методiв вибору оптимально! структури полiномiально! моделi.
У зв'язку з цим виникла необхщнють випробувати ряд нових пiдходiв, щоб при наступних комп'ютерних експериментах i порiвняльнiй оцшщ виявити комплекс алгоритмiв, здатних автоматизувати вибiр оптимально! структури полiномiально! моделi еталонних тематичних шарiв Г1С в умовах погано! обумовленост задачi i вирiшити тим самим задачу створення моделей просторових об'ектiв Г1С.
Розроблений авторами алгоритм, реатзований в пакет прикладних програм, який може бути рекомендований для моделювання в Г1С при порiвняно невеликому числi аргументв, при цьому для розширення можливостей даного алгоритму
рекомендован алгоритми вiдновлення полiномiальних моделей за допомогою регуляризуючого функщоналу та ортогональних багаточленiв, застосування яких потребуе додаткових дослiджень.
В таблищ 1 представленi характеристики рiзноманiтних картографiчних геозображень (вiдеоiнформацiйних матерiалiв) , що використовуються у Г1С.
Таблиця 1
Порiвняння характеристик картографiчних зображень
Характеристики картографiчних зображень Традицшне (паперове) картографiчне зображення (ТКЗ) Електронне растрове картографiчне зображення (ЕРКЗ) Електронне векторне картографiчне зображення (ЕВКЗ) Картографiчне зображення цифровоТ карти (ЦКЗ)
1 2 3 4 5
Основа (дат) для створення Геодаш, отриманi пiд час зйомки, статистичш данi Сканерне зображення ТКЗ, растеризовав ЕВКЗ, ЦКЗ Векторизоваш ЕРКЗ, ЦКЗ Геодаш, що входять до складу Г1М
Просторова шформащя Вся шформащя, що мютиться на картi; карта-накопичувач iнформацi! В ЦКЗ вщображаеться вся шформащя, що мютиться в Г1М
Атрибутивна iнформацiя Для розумiння змюту атрибутивно! iнформацi!, що мiститься на картах у виглядi умовних знаюв, користувачу карти необидно звертатись до легенди Атрибутивна шформащя, що мютиться в Г1М, вщображуеться в ЦКЗ за необхiднiстю; може бути текстовою, графiчною, числовою, вiдео, звуковою (мультимедiйнi геозображення)
Умовнi знаки Статистичш Статистичнi i динамiчнi Статистичш i динамiчнi; спостерiгаеться процес спрощення умовних знаюв
Продовження таблиц 1
1 2 3 4 5
Картографiчнi проекци Задаеться при створеннi; користувач не може змшювати Користувач може змшювати у випадку створення ЕРКЗ з ЦКЗ Користувач може змiнювати у випадку створення ЕВКЗ з ЦКЗ Користувач мае можливiсть змшювати проекщю
Об'ем шформаци Залежить вiд розмiру картографiчного зображення, масштабу i фактору зчитуваносп карти Залежить вiд емностi цифрових носilв iнформацil (набагато перевершуе об'ем iнформацil на ТК i ЕК)
Генералiзацiя В процесi генералiзацil вiдбуваеться змша об'ему i складу геошформаци Можна вiзуалiзувати тiльки потрiбнi геоданi; об'ем геоданих, що зберлаються в Г1М е незмiнним
Точнiсть (достовiрнiсть) геошформаци Залежить вщ точностi вихiдних геоданих, точносп складання карти i якостi друку Залежить вщ якост вихщного ТКЗ, ЕВКЗ або ЦКЗ Залежить вщ якост вихiдного ЕРКЗ або ЦКЗ Залежить вщ точностi даних, що зберлаються в Г1М i якостi перевiрки геоданих
1стотною перевагою електронних Г1С е легюсть !х перетворення в паперову форму. Для цього електронш карти i вiдповiднi бази даних потрiбно просто надрукувати. При цьому в Г1С можуть бути зашит стандартнi вимоги до оформлення карт (наприклад, кольори заливки об'екпв i графiчний вигляд границь, схеми побудови легенд та шше зарамкове оформлення, розташування окремих складових карти на аркушi тощо), якi автоматично реалiзуються при друцi карти. Володдачи необхiдною базою даних i розвиненою програмою створення картографiчних зображень, Г1С можна розглядати як видавничо-редакцiйну систему.
1нтенсивний розвиток Г1С i Г1Т, локальних i глобальних мереж передачi даних
сприяе можливостi впровадження шформацшно-анаттичних систем екологiчного монiторингу для аналiзу радiоекологiчноï обстановки i пiдтримки прийняття рiшень у сферi екологiчного управлшня.
Застосування Веб-технологiй iстотно пiдвищуe piBeHb iнтелектуальностi створюваних тематичних карт (рис. 4).
Комплекс»! ВЕБ-карти
Лнал1тичш ВЕБ-карти
1нтерактивш ВЕБ-карти
ПерсонЕшзогсаш ВЕБ-карти
Ашмонаш ВЕБ-карти
РозподЫеш ВЕБ-карти
Динам¡чni ВЕБ-карти
Статичш ВЕБ-карти
Рис. 4. Пщвищення iнтелектуальностi тематичних карт «Атласу Чершпвсь^' област» за рахунок використання Веб-технологш.
Розвиток геопорталiв полягае у вдосконаленш перегляду картографiчноï iнформацiï, вибраноï з бази даних. На Веб-серверi оргашзовано базу даних, що являла собою набiр тематичних категорiй. Кожна категорiя мiстила певний набiр тематичних карт у форматах GIF, JPEG. Користувач, потрапляючи на такий сервер, повинен був вибрати за базою даних тему i регюн, охоплений картою, i визначити набiр додаткових умов. В результат запиту до БД на екраш комп'ютера користувача вщображалась певна карта.
Сучасний етап розвитку Г1С в мережi 1нтернет пов'язують зi створенням iнтерактивних середовищ взаемоди користувача (клiента) з геоiнформацiйним сервером за рахунок того, що браузер raiernu оснащують зовнiшнiм модулем
(зазвичай Active-X) для розширення графiчних можливостей.
Архтектура i функцiональнi можливостi програмного продукту ArcIMS компани ESRI розроблеш з метою надання послуг для роботи з географiчними даними як в глобальнш мережi Internet, так i в локальних мережах окремих пiдприeмств (Intranet).
На основi сервера геопросторових даних ArcIMS Spatial Server можна створювати геоiнформацiйнi додатки для Internet, що генерують та передають клieнтам растровi картографiчнi зображення, а також i формують потоки цифрових векторних даних, вибраних з бази геопросторових даних. Для кожного картографiчного проекту з компонентв ArcIMS Spatial Server створюсться картографiчна служба MapService, яка пiдтримуe взаeмодiю клieнтiв з вщповщною iнтерактивною картою в Internet. Склад карти, джерела даних та атрибути ïï графiчного вiдображення визначаються описом проекту - мовою ArcXML. Застосування технологiï ArcIMS забезпечуе повну сумюшсть Г1С в Internet з мiжнародними стандартами та специфiкацiями Open GIS Consortium, активним учасником якого е компанiя ESRI. Безумовно, ця технологiя гарантуе вихiд цифровоï картографiчноï продукцiï на свiтовий ринок геошформацшних послуг в Internet. Однак легко пом^ити, що повний спектр функщональних можливостей технологiï ArcIMS можна отримати лише за умови наявносп у використанш лiнiйки продуктiв ArcGIS вщ компанiï ESRI [3].
Прикладом тако1' роботи е створений авторами на основi [10] Веб-атлас Чершпвсько1' областi.
Чернiгiвська область, на превеликий жаль, належить до депресивних територш нашо1' краши i потребуе прийняття спецiального рiшення, яке допомогло б регюну вийти зi складного становища. Розв'язання задач переходу з регюну до моделi сталого розвитку повинне грунтуватись на об'ективнш, детальнiй, комплекснш просторово-скоординованiй iнформацiï. Цим вимогам повною мiрою вiдповiдають регiональнi комплекснi науково-довiдковi атласи, що являють собою зведення систематизованих знань про природу, населення, господарство i культуру дослщжуваних територiй.
Ця версiя атласу створена за допомогою технологш заснованих на HTML i Java, тому користувачам не потрiбно вивчати додатковi програмш засоби. Основною метою перспективного розмщення атласу у глобальнiй мережi е iнформацiйна пiдтримка дистанцiйного навчання.
При створеннi Веб-версiï атласу для розмщення в 1нтернет особлива увага зверталася на розроблення штуггивно зрозумшо1' системи навiгацiï по сайту.
Потреба у створенш комплексного атласу для Чершпвсько1' областi пов'язана з необхщшстю оновлення i доповнення аналогiв, надрукованих попередньо. Аналогом для створення сощально-еколопчного Веб-атласу Чернiгiвськоï областi став загальногеографiчний «Атлас Чернiгiвськоï области на 20 сторшках [10].
Робота зi створення зазначеного атласу супроводжувалась одночасно виршенням науково-методичних питань [1], а саме:
■ розроблення структури атласу вщповщно до особливостей еколопчного стану у регюш та найсуттевiших потреб потенцшних споживачiв iнформацiï;
■ укладання основних структурно-логiчних блокiв, обгрунтування послщовносп розмiщення карт, ïx взаемозв'язку та взаемодоповнюваност;
■ визначення тематики карт, ïx змiсту, типу, вибiр об'екпв i показникiв картографування;
■ вибiр способiв картографiчного зображення, розроблення системи картографiчниx умовних знакiв i принципiв оформлення атласу;
■ випробування методики збирання та обробки джерел картографiчноï шформаци (статистично1', гiдрометеорологiчноï тощо).
Застосування Г1Т не тiльки значно полегшуе складання карт, але й дае змогу надалi оперативно в iнтерактивному режимi розв'язувати на 1'х основi прикладш задачi. Вiд створення баз даних з можливютю ïx статистичного аналiзу, формування рiзноманiтниx запитiв, до застосування методiв математико-картографiчного моделювання при побудовi окремих карт i цших блокiв тих або iншиx матерiалiв.
На вiдмiну вiд традицiйного варiанта атласу, який вмiщуе карти, складеш на певнi дати, комп'ютерний варiант мiстить карти аналогiчного змiсту, але яю постiйно формуються вiдповiдно до запиту.
Рiзнi за специфiкою графiчного втiлення традицiйнi та електроннi атласи мають спшьну iнформацiйну основу, що передбачае можливють ïï поповнення i не лише сучасними матерiалами.
Вс карти в атласi виконанi iз застосуванням геоiнформацiйниx теxнологiй. Призначення географiчноï iнформацiйноï системи (Г1С) полягае в наданш просторовоï основи пiдтримки прийняття ршень в задачах використання ресуршв регiону i для управлiння регюнальним антропогенним середовищем. За допомогою ще! теxнологiï можна наочно на карт представляти певнi об'екти, ïx мюце розташування i рiзнi характеристики, помщеш в базу даних.
Крiм того, за допомогою Г1С можна здшснювати не тiльки рiзний порiвняльний статистичний, але й просторовий аналiз, а також моделювати рiзнi ситуацiï й давати прогнозш оцiнки [3].
Робота над атласом грунтувалась на широкому використанш пiд час створення сайту даних з економiчниx ресурсiв обласп; залученнi iнформацiï за факторами, що ютотно впливають на цi ресурси, а саме - сощальних, демографiчниx, природних, техногенних тощо. А також застосувант рiзниx методiв геоiнформацiйного картографування i Г1Т загалом для аналiзу певних просторових показниюв; вiдпрацюваннi технологи вщдаленого доступу до геоiнформацiйниx ресурав Чернiгiвськоï област [2].
Для картографiчноï прив'язки зон i дшянок радiоактивного i xiмiчного забруднення на територп Чернiгiвськоï областi використана ArcGIS компанiï ESRI з векторними картами масштабу 1:200 000. Така система, яка е основою створення атласу, поеднуе бази даних за вшма природними i антропогенно-змiненими середовищами, джерелами впливу i станом здоров'я населення, а також мютить необxiднi данi для розрахунюв за iмiтацiйним моделями. Як приклад, на рис. 5
представлена штегральна оцшка забруднення територш на фрагмент екологiчного Веб-атласу Чершпвсько! обласп, створеного авторами за даними [5, 10].
1нформацшною основою оцiнки ращацшного впливу на людину е комплексний регюнальний монiторинг, який вирiшуе завдання виявлення зон можливих природних i техногенних небезпек, а також територш з шдвищеним радiацiйним фоном i аномальним вмiстом ксенобiотикiв, спостереження за джерелами радюактивного i хiмiчного забруднення, стану здоров'я населення, погiршення еколопчно! ситуаци в регiонi тощо. Даш мошторингу використовуються для оцiнки i прогнозу стану системи: джерела впливу - навколишне середовище - людина з розробкою заходiв зi зниження наслiдкiв техногенного впливу для навколишнього середовища i населення.
Рис. 5. 1нтегральна екологiчна оцiнка забруднення територш Чершпвсько! областi.
ВИСНОВКИ
Використання Г1Т з прив'язкою даних i вiзуалiзацieю процешв моделювання, дозволяе здiйснювати оперативне планування заходiв для захисту населення у випадку виникнення надзвичайних ситуацiй та пом'якшення ïx наслiдкiв, визначати стратепчш напрямки з природноï, теxногенноï i еколопчно].' безпеки населення Чернiгiвськоï область
Для картографiчноï прив'язки зон i дшянок радiоактивного i xiмiчного забруднення на територи Чернiгiвськоï областi використана геошформацшна система ArcGIS вiд ESRI, разом з векторними картами масштабу 1:200 000. Така система поеднуе бази даних за вшма природними i антропогенно-змшеними середовищами, джерелами впливу i станом здоров'я населення, а також мютить необхщш данi для розрахунюв за iмiтацiйним моделями. Розглянут алгоритми, реалiзованi в пакетi прикладних програм, можуть бути рекомендованi для моделювання в Г1С при порiвняно невеликому числi аргументiв i застосовуватись для практичних задач геопросторового моделювання та геостатистичного прогнозування. Для розширення можливостей даних алгоршмв доцiльно розробляти бiльш досконалi схеми перебору, якi дозволяють зменшити час обчислення i збiльшити число варшованих факторiв. Зокрема, можуть бути рекомендоваш алгоритми вiдновлення полiномiальниx моделей за допомогою регуляризуючого функцiоналу та ортогональних багаточленiв, застосування яких потребуе додаткових дослiджень. Методика створення еталонних моделей просторових об'ектiв Г1С за допомогою ортогональних багаточлешв дозволяе знайти ршення в умовах погано обумовленоï задачi з прийнятним ступенем достовiрностi розраxункiв для прогнозування в Г1С.
Пiдвищення iнформативностi картографiчниx зображень при радюлопчному монiторингу забруднень територiй, для широкого кола споживачiв, збiльшенням об'ему ix змiсту, за допомогою розмiщення додаткових тематичних карт i допомiжноï' шформаци, розширить коло споживачiв картографiчного матерiалу, а отже, його затребувашсть суспiльством.
Список лiтератури
1. Укршна. Еколого-географ1чний атлас: атлас-монограф1я / Барановський В. А.; наук. редкол. С. С. Куруленко [та ш.]; Рада по вивч. продукт. сил Укршни НАН Украши [та in.]. - К.: Варта, -2006. - 218 с.
2. Зацерковний В. I. Використання геошформацшних технологш в еколопчному мошторингу Черniгiвськоï област / В. I. Зацерковний, С. В. Кривоберець, Ю. С. С1макш // Аграрний вюник Причорномор'я. Сшьськогосподарсью науки. - Одеса: ОДАУ, 2009. - Випуск 51. - C. 82-86.
3. Бурачек В. Г. Геошформацшний анал1з просторових даних: монограф1я / В. Г. Бурачек, О. О. Железняк, В. I. Зацерковний. Нац. ав1ац. ун-т. - Шжин: Аспект-Пол^раф, 2011. - 440 с.
4. A. Wenisch, E. K. Prinzenstein, G. Mraz, G. Reisenbauer, I. Besenbück, K. Hirschmüller, P. Bossew, «Ergänzende Messungen der Bodenbelastung mit 137Cs durch den Reaktorunfall in Tschernobyl 1986 in
Österreich», Österreichisches Ökologieinstitut, Studie im Auftrag des Umweltministeriums, Wien (June 1994)
5. Карти зaбрyднення рад^^Ел^ами територп Украши [Електронний ресyрс]. - Режим доступу: http://chornobyl.in.ua/uk/karty-radiacia-ukraina.html
6. E. A. Nefedova, Yu. A. Izrael, E. V. Kvasnikova, I. M. Nazarov and Sh. D. Fridman, "Atlas on radioactive contamination of Russia - a summary of radioactive monitoring", 17th Conference and 10th General Assembly of the International Cartographic Association, Institute Cartographic de Catalunya, Espana, p. 2б81-2б85, (1995)
7. Зацерковний В. I. Методика створення етaлонниx моделей мюцевост просторовиx об'екив Г1С за допомогою ортогонaлiзyючого фyнкцiонaлy / В. I. Зацерковний, С. В. Кривоберець, Ю. С. Омаюн // Вюник ЧДТУ. Зйрник. Сер1я «Теxнiчнi rayra» № 2 (49). - Чершпв: ЧДТУ, 2011. - С. 240-24б.
8. Алабин М. А. Кореляционно-регрессионный анализ стaтистическиx дaнныx в двигателестроении / М. А. Алабин, А. Б. Ротман. - М. : Машиностроение, 1975. - 124 с.
9. Справочник по типовым программам моделирования / [под редакцией Ивaxненко А. Г.]. - Киев : Теxникa, 1980. - 184 с.
10. По^ельси Т.В. Географ1чний атлас ¡з серп «Моя мала Батьювщина». - К.: Мапа, 2003. - 20 с.
Бурачек В. Г. Радиологический мониторинг загрязнений территорий Черниговской области с помощью геоинформационных технологий / В. Г. Бурачек, В. И. Зацерковный, С. В. Кривоберец
// Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия: География. - 2013. - Т. 26 (65). - № 1- С. 32-48.
В статье проведено исследование, в ходе которого обработана и систематизирована доступная и открытая информация из литературных источников и тематических карт, отражающая состояние проблемы радиоэкологического мониторинга территорий с помощью геоинформационных технологий. Описанные технологии ArcGIS использованы в экологическом Веб-атласе Черниговской области для картографической привязки зон и участков радиоактивного и химического загрязнения территорий, а также наполнение атласа данным эколого-экономических ресурсов области.
Ключевые слова: радиоэкологический мониторинг, загрязнение окружающей среды, экологический Веб-атлас Черниговской области, геоинформационные системы (ГИС), геоинформационные технологии (ГИТ).
RADIOLOGICAL MONITORING OF CONTAMINATED AREAS CHERNIHIV REGION USING GIS Burachek V. G.1, Zacerkovniy V. I.2, Kryvoberets S. V.2
1Universytet new technologies, Kyiv, Ukraine
2Chernihivskyy State Institute of Economics and Management, Chernigov, Ukraine E-mail: [email protected]
The article analyses and systematizes available information in literature and in thematic maps which show the issue of radiological monitoring of territories using geographic information technologies. The described technologies ArcGIS are used in the ecological Web-atlas of the Chernigov area for to map the zones and sites of radioactive and chemical contamination of territories as well as filling of atlas data with ecological and economic resources of the region.
The aim is to create geographic information techniques for radiation monitoring areas.
Since environmental problems are spatially distributed nature, for analysis were applied geographic information technologies (GIT), including software ArcGis (Arc View) company ESRI. The advantages of using these technologies is the safe storage of all possible data and attributes associated with the object of research in digital format, graphical visualization of monitoring results apply zooming; opportunity following a comprehensive analysis of various methods of accumulated information, the possibility of integration with other systems, the ability to forecast situation and additional information for decision-making.
An important advantage of electronic GIS is the ease of conversion to paper form. This electronic maps and related databases simply print. In the GIS can be sewn standard requirements for registration cards (such as fill colour of objects and graphical form boundaries scheme of legends and other framework design, placement of certain components on the card sheets, etc.) are automatically implemented when printing maps. Possessing the necessary database and advanced program creating cartographic images, GIS can be considered as publishing and editorial system.
The information basis for evaluation of human exposure to radiation is a comprehensive regional monitoring, which solves the problem of identifying the possible areas of natural and man-made hazards, and areas with high radiation background and anomalous contents of xenobiotics, tracking sources of radioactive and chemical contamination, health, worsening environmental situation in the region and so on. Monitoring data are used to evaluate and forecast the state of the system: sources of influence - environment - people with the development of measures to reduce the effects of anthropogenic impact on the environment and population.
Using GIS techniques with data binding and visualization process modelling enables operational planning measures to protect the public in case of emergency mitigation, determine the strategic areas of natural, technological and environmental safety of the public Chernihiv region.
For mapping anchor zones and areas of radioactive and chemical pollution in the Chernihiv region used geographic information system ArcGIS from ESRI, along with vector maps of scale 1:200 000. This system combines a database of all natural and human-altered environments, sources of exposure and health status of the population, and contains the necessary data for the calculations by simulations. The algorithm, implemented in a package of applications can be recommended for modelling in GIS with a relatively small number of arguments and applied to practical problems geospatial modelling and geostatistical prediction. To empower these algorithms should develop more sophisticated schemes brute force, to reduce the computation time and increase the number of varied factors. Particular, may be recommended recovery algorithms polynomial models using regularizing functional and orthogonal polynomials, the use of which requires further research. Methods of creating reference models for GIS spatial objects using orthogonal polynomials can find a solution in a poorly conditioned problem with a reasonable degree of reliability calculations to predict in GIS.
Increased information content of cartographic images for radiological monitoring of contaminated areas for a wide range of customers, increase the volume of their content by placing additional thematic maps and background information, broaden the customer
cartographic material, and hence its relevance society.
Keywords: radio-ecological monitoring, environmental pollution, ecological Webatlas Chernihiv region, geographic information systems (GIS), geographic information
technologies (GIT).
References
1. Ukraine. Ecological atlas: atlas-monograph / Baranowski V.A.; science. Editorial Board. S.S. Kurulenko [et al.]; Council on investigate product. forces of Ukraine [et al.]. - K.: Sentinel, 2006. - 218 p.
2. Zatserkovnyy V.I. Use of GIS in environmental monitoring Chernihiv Region / V.I. Zatserkovnyy, S.V. Kryvoberets, Yu.S. Simakin // Journal of Agrarian Black. Agriculture. - Odessa: ODAU, 2009. -Issue 51. - C. 82-86.
3. Burachek V.G. Geoinformation analysis of spatial data: a monograph / V.G. Burachek, O.O. Gelezniak, V.I. Zatserkovnyy. Nat. aviation. University. - Nizhin: Aspect-Polygraph, 2011. - 440 p.
4. A. Wenisch, E.K. Prinzenstein, G. Mraz, G. Reisenbauer, I. Besenbück, K. Hirschmüller, P. Bossew, «Ergänzende Messungen der Bodenbelastung mit 137Cs durch den Reaktorunfall in Tschernobyl 1986 in Österreich», Österreichisches Ökologieinstitut, Studie im Auftrag des Umweltministeriums, Wien (June 1994)
5. Maps of contamination in Ukraine [electronic resource]. - Mode of access: http://chornobyl.in.ua/uk/karty-radiacia-ukraina.html
6. E.A. Nefedova, Yu.A. Izrael, E.V. Kvasnikova, I.M. Nazarov and Sh.D. Fridman, "Atlas on radioactive contamination of Russia - a summary of radioactive monitoring", 17th Conference and 10th General Assembly of the International Cartographic Association, Institute Cartographic de Catalunya, Espana, p. 2681-2685, (1995)
7. Zatserkovnyy V.I. Methods of creating reference models terrain spatial objects using the GIS functionality ortohonalizuyuchoho / V.I. Zatserkovnyy, S.V. Kryvoberets, Yu.S. Simakin // Bulletin ChSTU. Collection. Series «Engineering» № 2 (49). - Chernigov: ChSTU, 2011. - P. 240-246.
8. Alabin M.A. for the correlation and regression analysis of statistical data in engine / M.A. Alabin, A.B. Rothman. - M.: Mechanical Engineering, 1975. - 124 p.
9. Reference standard simulation programs / [edited Ivachnenko A.G.]. - Kiev: Technology, 1980. - 184 p.
10. Pohurelska T.V. Geographical Atlas of the series "My Fatherland had." - K.: Map, 2003. - 20 p.
nocmynuna e peda^uw 22. 04. 2013 г.
