Роль Геоінформаційних систем (ГІС) у системах екологічного моніторингу

НаУКМА Кафедра екології.

Реферат з курсу.

«Моніторинг навколишнього середовища».

на тему :

«Роль Геоінформаційних систем (ГІС).

у системах екологічного моніторингу .".

Написано студентом ФПН-3.

Заклецьким Олександром Викладач.

Доц. Кафедри екології.

Боголюбов Володимир Миколайович Київ 1999 р.

План :

Що таке ГІС (визначення)…ст. 3.

Короткий екскурс в історію …ст.3.

Можливості ГІС …ст.5.

Реалізація ГІС проектів (приклади)…ст.7.

Майбутнє ГІС …ст.8.

Висновки …ст.9.

Список літератури …ст.10.

Геоінформаційна система або скорочено ГІС є похідною баз данних, а скоріше системи керування базами даних (СКБД), але з розширеною концепцією яка дозволяє працювати з просторово — розподіленою інформацією та вирішувати задачі, що пов’язані з просторовим аналізом .

Інакше кажучи: ГІС — це система апаратно програмних засобів та алгоритмічних процедур, що зроблена для цифрової підтримки, поповнення, маніпулювання, аналізу, математико-картографічного моделювання та образного відображення темпорально—географічно координованих даних .

Звідси виникає питання: що таке геграфічно координовані дані ?

Географічна широта та довгота ;

Прямокутні координати X та Y ;

Поштові адреси ;

Поштові індекси та інші коди, що ідентифікують попередньо розмежовані участки території ;

Місцеположення, зафіксоване на карті ;

Гіс будь якої складності та будь-якого рівня в загальному випадку уяаляє з себе наступний набір функціональних компонент: підсистем збору інформації, база данних (БД); підсистема представлення, генерації та обробки картографічних даних; підсистема аналізу даних та інтерфейс користувача .

Тепер давайте подивимось на історію ГІС щоб побачити з чого все починалося і чому сформувалося саме так .

Одна з найбільш цікавих рис раннього розвитку ГІС, особливо у 60-ті роки, полягає в тому що перщі ініціативні проекти та дослідження були ГЕОГРАФІЧНО РОЗДІЛЕНІ по багтьом місцям, причому ці роботи виконувалися незалежно, часто без згадування, а іноді з ігноруванням собі подібних робіт .

Передувало виникненню, та бурному розвитку ГІС богатійший опит топографічного та, особливо тематичного картогорафування, вдилими спробами автоматизувати картографування, революційними досягненнями у області комп’ютерних технологій, інформатики та комп’ютерної графіки. Особливо тереба відмітити ідеї та опит комплексного тематичного картографування, що блискуче продемонстрували ефект системного використання різнохарактерних даних для отримання нових знань про географічні об'єкти. Саме комплексність та інтегрованість потім було закладено у саму концепцію ГІС .

Прешиа дійсно реальна ГІС народилася у Канаді ще у 60-х роках вона називалася Географічна Інформаційна Система Канади (Canada Geographic Information System — CGIS) вона і до цих пір існує, поповнюється та розвивається. Батьком ГІС Канади вважається Роджер томлінсон (Roger Tomlinson), під керівництвом котрого було зроблено багато цікавих концептуальних технологічних та програмних вирішень. Канадську ГІС було створена для Канадської Служби Земельного Обліку (Canada Land Inventory) мета створення — облік земель, отримання по ним статистичних даних для подальшого проектування землеустрою земельних площин переважно сільськогосподарського призначення. Вже тоді, в ній використовувалася інтегрована класифікація земель по сільськогосподарській, рекреаційній, екологічній, лісогосподарській властиврстям земель; відображалася структура використання земель, що склалося, включаючи землекористувачів та землевласників. Таким чином вже можно розмовляти про систему спостережень та оцінки стану природного середовища .

Саме на канадському ГІС була вироблена технологія розмежування картографічної інформації по темах та розробка концептуального рішення о «таблицях атрібутивних даних», що дозволило розділити файли плавної (геометричної) інформації та файли, що містили тематичну інформацію про ці об'єкти. Окрім того тоді було розроблено математичний аппарат для обрахування картометричних показників .

Не можно не розмовляючи про піонерний період розвитку ГІС не апригадати Гарвардську лабораторію комп’ютерної графіки та просторового аналізу (Harvard Laboratory for Computer Graphics & Spatial Analysis) Массачусетського технологічного інституту, яку заснував Говард Фішер. Ця лабораторія розробила алгоритми що стали суттєвим кроком у алгоритмічному вдосконаленні ГІС. Саме ця лабораторія заклала традицію картографічного представлення інформації у сучасних ГІС. У 1969 році Джек Денджмонд організував Дослідницький інститут екологічних систем ESRI Inc. діяльність якого базувалася на методах, технологіях та ідеях, що були розроблені у Гарвардській лабораторії .

Ще одним серйозним кроком вперед було використання ГІС технологій про перепису населення у 1970 році у США, основною проблемою, що була тоді вирішена це методіка корректної геграфічної прив’язки даних перепису, тобто існувала необхідність конвертації адрес проживання населення, що були присутні в анкетах у географічні координати; це було необхідно для того щоб результати перепису можно було б оформлювати у вигляді карт по теріторіальним ділянкам та зонам національного перепису. Що у свою чергу давало змогу аналізувати та прогнозувати антропогенне навантаження на довкілля у різних регіонах. В цьому проекті був вперше реалізован ТОПОЛОГІЧНИЙ підхід до организації керування геграфічною інформацією, що містив математичний спосіб опису просторових взаємозв'язків між об'єктами .

На початку 80-х років ESRI реалізувало славетний ARC/INFO. Він став першою ластівкою розширення ринку ГІС та розвитку настольних ГІС, бо міг працювати не на суперкомп’ютерах, а на персональних комп’ютерах та робочих станціях. ARC/INFO, окрім того міг успішно працювати з форматми стандартної реляіційної СКБД .

Іншим успішним підприємством у галузі виробництва апаратно-програмних засобів для ГІС став Intergraph, Corp.

Гіс дає нам можливість накопичувати та аналізувати подробну інформацію, оперативно знаходити потрібну інформацію, та відображувати її у зручному для нас вигляді, використання ГІС дає можливість різко збільшити оперативність та якість роботи з просторово—розподіленою інформацією у порівнянні з традиційними паперовими методами (і в цьому я бачу потрійний зиск: витрачається набагато меньше часу на роботу, використовується набагато меньше місця для зберігання інформації, [так, наприклад ГІС Комплексного територіального кадастру площею 3 тис. км, в котру ввійшли різноманітні матеріали по лісоустройству, геології, екології, іхтіології та ін., в неї ввійшли 245 карт у масштабах від 1:10 000 до 1:200 000, об'єм цієї бази данних був всього 100 Мб !!!. А тепер уявіть те ж саме тількі в паперовому варіанті …] окрім того економіться папір, а значить ліси — легені нашої планети …). Неможно не зазначити, що найефективнійшим методом екологічного моніторингу є використання дистанційних систем моніторингу — супутникові та аерофотозйомки у поєднанні з локальними системами моніторингу, а більш зручного інструменту для цього ніж ГІС людство покищо не винайшло .

Гіс використовується там, де потребуються оперативне керування ресурсами та швидке прийняття рішень. По деяким оцінкам 80−90% всієї інформації можно представити у вигляді ГІС. ГІС дає можливість накопичувати інформацію, видавати вам її у зручному для вас вигляді, та маніпулювати цими даними, що мають просторову прив’язку .

Z.

x2403×6102×0224x1A00Z.

¤.

Iа зменьшувати зображення, не тільки точно вимірювати ряд геометричних характеристик об'єктів (длина вулиці, відстань між містами, площу лісового масиву), а й показавши на об’кт отримати інформацію про нього (наприклад: обравши промислове підприємство, ви отримуєте інформацію о його профілі, характері забруднень, впливу на навколишнє середовище, а може й моніторингові данні за декілька років по цьому підприємству), ви можете використовувати ГІС як пошукову систему (в цьому випадку ви робите запрос в якому перелічуєте всі властивості, що цікавлять вас [наприклад: заводи харчової промисловості, що були збудовані до 1986 року, щоб вони знаходилися не далі ніж на 5 км від Дніпра ]; ГІС дозволяє проводити аналітичну обробку інформації, при чому як внутрішнього хаврактеру (та що мічтиться в базах данних), так і зовнішнього (аналіз супутникових знімків, їх дешифрування, виділення інформації та об'єктів що цікавять за допомогою потужного математичного апарату), а в більш складних ситуаціях — моделювання реальних подій (наприклад: ви можете оперативно прогнозувати можливі місця розривів на трасі трубопроводу, відслідкувати шляхи розповсюдження забруднень та оцінити можливу шкоду природному середовищу, обчислити об'єм коштів, потрібних для ліквідації цієї аварії і, навіть підготувати дві платіжки: одну — для ліквідації шкоди, іншу — для ремонту трубопроводу [ якщо, звичайно ваш гіс зінтегрован з 1С: Предприятие (]); найбільш складні технологічні рішення включають в себе експертну підтримку, тобто не просто є системою підтримки рішень, а дозволяють отримувати на виході обгрунтоване рішення; ГІС дає можливість використовувати для введення інформації та її оновлення сучасні електронні засоби геодезії та системи глобального позиціювання (GPS), тобто мати завжди точну та свіжу інформацію (це озночає, що всі зміни в рельєфі досить швидко будуть передавтися на ваш комп’ютер, що дасть можливість з максимальним наближенням робити прогнози); ГІС дозволяє заручитися високою компетенцією спеціалістів, що розробляли програмне забезпечення для ГІС систем (для того щоб використовувати програми обрахунку поширення забруднеь не треба буде бути професором математики) .

Реалізувати ГІС проект зараз не так вже і дорого як ранійше. В принципі все залежить від того на якому рівні ви це збираєтесь реалізовувати: аппаратура, , програмне забезпечення, вартість інформації та її якість, витрати на оплату роботи персоналу і т.д. Хоча, треба зазначити, що програмне забезпечення для ГІС можно взяти абсолютно безкоштовно в мережі ІНТЕРНЕТ (наприклад ARC/INFO), інші програмні продукти теж коштують не дуже дорого. Для прикладу реалізації ГІС в плані витрат людських ресурсів візьмемо Кадастр природних ресурсів північного європейського регіону Росії про який я вже пригадував — площа території 3000 км², реалізували проект протягом 16 місяців, трудовитрати на роботу з інформацією склали 8,1 людино-рік, програмування 4,8 людино-роки, польові роботи 1 людино-рік (ітого 13,9 людино-років); ввійшло 245 карт масштаби 1:10 000—1:200 000, обсяг інформації 100 Мб .

Ще одним цікавим прикладом реалізації ГІС став наш київський проект «екоГІС-КИЇВ», який почав створюватися з кінця 1996 року. «екоГІС-КИЇВ» створений базі пакету ARCVIEW GIS, про який я вже згадував та пакету розрахунку забруднення приземного шару атмосфери «ЕОЛ 2000» української компанії «Софт Фонд». В цьому ГІСі будуть охоплені такі сфери екологічного управління, як економіка, атмосферне повітря, водні ресурси, тверді відходи, біота. В рамках дослідження теми «Атмосферне повітря» виконується комплекс науково—практичних робіт спрямованих на створення «Реєстру стаціонарних джерел викидів в атмосферне повітря забруднюючих речовин», який дозволить реалізувати підсистему обліку і разом з тим забезпечить необхідними інформаційними системами аналітичну підсистему оцінки забруднення атмосферного повітря. По прогнозам за 5 років цей реєстр буде охоплювати ніж 2000 об'єктів техногенного екологічного ризику, що мають більш ніж 200 000 стаціонарних джерел викидів та 5 млн. складів викидів забруднюючих речовин. Поповнення БД буде відбуватися пакетним вводом (імпортом) з інших програмних пакетів. Цілісність БД підримується спеціальними довідковими словниками. За допомогою цього ГІСу спеціаліст-оператор може вирішувати цілий комплекс аналітичних задач, від оцінки та експертизи впливу окремого джерела викидів якогось підприємства до розробки зведеного проекту нормативно-допустимих викидів. Таким чином «екрГІС-КИЇВ» є не просто системою збору моніторингових досліджень, а й системою підтримки рішень, тобто перекидається за юрисдикцію моніторингу .

Тепер давайте спробуємо подивитись у майбутнє. Що буде далі у розвитку ГІСів. На данний момент ці системи розбиті та локальні, вони можуть досить богато: видати вам інформацію про об'єкт, що цікавить вас; показати зміни деяких факторів у просторі та часі; показати чи спргнозувати шляхи міграції речовин; показати ландшафт під тим кутом, який вас цікавить у прямому та переносному значенні; бути вашим радником у багтьох питаннях. Подальший розвиток ГІСів, на мою думку буде спрямований на самонавчання, самовдосконалення (вбудова у ГІСи штучного інтелекту), розширення баз данних, глобалізацію та інтеграцію ГІСів. Інакше кажучи об'єднання всіх ГІСів у єдину систему завдяки мережі ІНТЕРНЕТ у планетарну ГІС систему .

Є звичайно проблема, що поки не дає реалізуватися глобалізації - справа в тім, що до цих пір не розроблена єдина система протоколів та форматів по обміну даними між ГІСами. Інформація, що накопичується дуже часто не може бути порівняна, різнорідна, та розмежована; в деяких регіонах використовуються несертифіковані програмні засоби; використовуються різні картографічні основи, які погано порівнюються між собою, багато інформації дублюється. На жаль в нашій країні ГІСи розвиваються слабо, так в Росії, ще у 1996 році об'єм заказів на ГІСи стрибнув за 1 000 000 $ і це при тому, що майже ніхто не платив за програмне забезпечення !

В Росії дуже багато ВУЗів займаються розробкою ГІСів ось список найбільш відомих ГІСів різних ВУЗів :Пущинскоий ЦНИТ (Пущинский госуниверситет), Петрозаводский РЦИ и Северный РЦ НИТ (Петрозаводский госуниверситет), Калининградский ОЦНИТ (Калининградский госуниверситет) та багато інших. Але я сподіваюсь на те, що в найближчому майбутньому наша країна теж почне бурно розвиватися в цьому напрямку, бо ринок ГІСів у нас майже не заповнений .

Застосування ГІС-технологій, як я сподіваюсь я довів вам, в практиці екологічного моніторингу та екологічного управління дає змогу дійсно по новому подивитись на проблему, комплексно її проаналізувати та зробити висококваліфіковані висновки та прогнози, попередити надзвичайні екологічні ситуації антропогенного походження. Приклади реалізації ГІС показує, що навіть «настільні» ГІС пакети сучасного рівня для РС комп’ютерів дозволяють оперувати значними обсягами інформаційних ресурсів та вирішувати складні аналітичні задачі. Впровадження цих систем на різних рівнях дозволить підняти рівень, оперативність та ефективність рішення задач у галузі керування якістю навколишнього середовища до світового рівня .

Список джерел :

«Україна з космосу» Київ-1997 .

С.В. Зорін, О. М. Картавцев, А. Д. Сенченко «Приклад створення інформаційно-аналітичної системи підтримки прийняття управлінських рішень у галузі охорони атмосферного повітря на базі ГІС-технологій» Еколого-медичне науково-виробниче підприємство «ЕКОМЕДСЕРВИС» .

HYPERLINK internet internet.

HYPERLINK internet internet.

HYPERLINK internet internet.

HYPERLINK internet internet.

HYPERLINK internet internet.

HYPERLINK internet internet.

HYPERLINK internet internet.

HYPERLINK internet internet пошук по слову «ГИС».