XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Одним из главных инструментов охраны окружающей среды является экологический мониторинг. В настоящее время встает вопрос о необходимости предупреждения негативных воздействий антропогенной деятельности на окружающую природную среду, а также достоверность и качество информации о процессах окружающей среды для обеспечения безопасности населения. Разработка информационных систем, обобщающих и представляющих в наглядном виде результаты исследований объектов окружающей среды, необходима для современного общества.

Для решения этих и подобных задач были созданы геоинформационные системы (далее ГИС) –аппаратно-программные человеко-машинный комплексы, обеспечивающие сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных, информации и знаний о территории. ГИС объединяют картографические материалы, данные дистанционного зондирования, результаты полевых обследований территорий, статистические и литературные данные для их эффективного использования. Благодаря ГИС осуществляется привязка экологических данных к пространственным объектам [8].

Целью работы является анализ применения ГИС в экологии и природопользовании.

Основные задачи данной работы:

 изучение теоретической информации;

 поиск актуальных сведений по данной теме.

Глава 1. Общие сведения о геоинформационных системах

1.1. Понятие, принципы и функции ГИС

Геоинформационные системы (ГИС) - системы сбора, хранения, анализа и графической визуализации географических данных и связанной с ними информации о необходимых объектах. ГИС позволяет рассматривать данные по анализируемым проблемам относительно их пространственных взаимоотношений, что позволяет проводить комплексную оценку ситуации и создает основу для принятия более точных и разумных решений в процессе управления. Данные системы включают в себя пространственные базы данных, редакторы растровой и векторной графики, различные средства пространственного анализа данных. Они могут применяться в картографии, метрологии, геологии, геодезии, землеустройстве, экономике и во многих других областях. К таким областям относится экология [5].

Большинство геоинформационных систем осуществляют комплексную обработку информации.

Геоинформационные системы подразделяют по нескольким основаниям.

по пространственному охвату (как инструмент, работающий с любыми данными в пространственной среде и имеющий свою систему координат);

объекту или предметной области;

целям;

функциональным возможностям;

способу организации географических данных;

проблемной ориентации и др. [4].

Функции ГИС.

Ввод и редактирование данных. Информация вносится через различные способы и подлежит редактированию.

Визуализация. С помощью геоинформационных систем создаются наглядные иллюстративные карты и схемы.

Организация. Одной из основных функций ГИС является организация и управление информацией. Современные ГИС - удобный инструмент, помогающий управлять информацией используя пространственный принцип.

Обработка, анализ и хранение - функции ГИС, превращающие ее из инструмента по работе с готовыми данными (визуализатора) в инструмент по созданию новых данных на их основе, моделирования и прогнозирования [7].

Колесенков А.Н.  к задачам ГИС экологического мониторинга относит:

1)      Мониторинг и прогнозирование динамики изменения состояния наблюдаемых объектов и территорий в пространстве и во времени;

2)      Построение тематических карт заданных территорий;

3)      Моделирование природных и антропогенных процессов;

4)      Раннее выявление неблагоприятных факторов [1].

1.2. История и происхождение ГИС

Идея изображения данных с помощью различных слоев на базовых картах, а также соотносить предметы географически и пространственно возникла задолго до появления персонального компьютера. Еще французский картограф Луи-Александр Бертье использовал прозрачные откидные накладки, на которых были представлены перемещения войск. (карта битвы при Йорктауне, 1781 г.). В середине XIX века в атласе Ирландских железных дорог на одну карту, взятую за основу, были наложены карты населения, транспортные потоки, геологическое строение и рельеф. Также в сентябре 1854 г. врач Джон Шоу использовал карту смертности от холеры, которую он наложил на центральную часть Лондона, что впоследствии привело к источнику эпидемии. Этим источником оказался колодец. Это стало примером первого географического анализа [2].

Становление геоинфорационных систем происходило в 4 этапа.

1.Новаторский период (конец 50-х – конец 60-х гг. XX века). Данный период характеризуется изучением принципиальных возможностей информационных систем, получением и отработкой эмпирического опыта, в последствии- созданием первых масштабных проектов и теоретических работ.

2.Период государственного влияния или пионерский период (начало 70-х – начало 80-х гг. XX века). С этим периодом связаны становление и развитие геоинформатики, разработка геоориентированных проектов, а также накопление опыта.

3.Период коммерциализации (начало 80-х гг. – середина 90-х гг. XX века). Происходит развитие инструментальных средств, калибровка рынка программных продуктов, создаются базы геоданных, корпоративных и индивидуальных.

4.Период потребления (конец 90-х гг. XX века – настоящее время). Так характеризуется современный этап. Появляется конкуренция на рынке производителей ГИС, формируется целая ГИС инфраструктура и расширяется сфера использования геоинформационных технологий [3].

Глава 2. Применение ГИС в экологии и природопользовании

2.1. Идея технологии ГИС в экологии

Проблемы, связанные с экологией требуют незамедлительного принятия решений. Эффективность решений непосредственно связано с оперативностью обработки и представления информации. При комплексном подходе, характерном для экологии, опираются на обобщенную характеристику окружающей среды. Данные обязаны быть легкодоступными и иметь системность в соответствии с потребностями. Группировка данных в нужном виде, их надлежащее изображение, сопоставление и анализ зависят от квалификации и эрудированности исследователя, выбранного им подхода интерпретации накопленной информации. На этапе обработки и анализа собранных данных существенное место занимает техническая оснащенность исследователя, включающая подходящие для решения поставленной задачи аппаратные средства и программное обеспечение [9].

Средства ГИС включают все основные функции получения высококачественных карт и планов. В самой концепции ГИС заложены всесторонние возможности сбора, интеграции и анализа любых распределенных в пространстве или привязанных к конкретному месту данных. Если существует необходимость представить имеющуюся информацию в виде карты, графика или диаграммы, создать, дополнить или видоизменить базу данных, совместить её с другими базами – мы обращаемся к ГИС [9].

Проводя анализ баз данных, выдаются сведения о географии территории, которые могут быть представлены в следующих виде трехмерных моделей, цифровых моделей рельефа, ландшафтных карт, карт углов наклона рельефа, карт ущерба природным ресурсам, карт эрозионной опасности, карты экспозиций склонов и др. [8].

2.2. Направления применения ГИС в экологии

Благодаря имеющимся сведениям о рассматриваемой территории, ГИС – технологии оказывают помощь в следующих направлениях.

1. Загрязнение. В ГИС представляется возможность представления моделей уровня загрязнений разнообразных объектов на местности и в атмосферной оболочке, и в гидрологической сети. Результат представления модели можно наложить, к примеру, на природные карты растительности. В конечном итоге представится возможность произвести оценку экстремальной ситуации, например, разлив нефтепродуктов, а также можно проследить загрязнение от различных объектов производства.

2. Деградация среды обитания. Геоинформационные системы применяют для создания карт, отображая основные параметры окружающей среды. При получении данных о состоянии флоры и фауны, о масштабах и скорости их деградации, составляется анализ. Используя данные системы представляется возможность осуществлять мониторинг антропогенного воздействия различного масштаба.

3. Землевладение. Данное направление применимо для составления кадастров. С их помощью создаются карты земельной собственности и базы данных. На них можно накладывать карты разнообразных экономических и природных планов. Таким образом создаются комплексные карты.

4. Мониторинг охраняемых территорий. ГИС используют для сбора и управления данными охраняемых территорий (заповедники, национальные парки и др.). Происходит планирование и осуществление природоохранных мероприятий, проводится мониторинг редких видов растений и животных. Также производится мониторинг за оценкой продуктивности земельных участков и регулирование выпаса скота.

5. Восстановление среды обитания. С помощью ГИС осуществляется поиск районов, в которых наблюдается дефицит популяции тех или иных видов животных и растений, а также контроль за живыми организмами на стадии адаптации к новой территории.

6. Мониторинг. Геоинформационные технологии анализируют и оценивают предпринятые действия на локальном и региональном уровнях

7. Публикации. При помощи ГИС упрощается процедура публикации различных видов картографических данных. Доступность и легкость программ помогает обычному пользователю скоротечно считывать карты, и распечатывать их [10].

Рис. 1. Пример применения ГИС: состояние атмосферного воздуха в Москве

Заключение

Таким образом, геоинформационные системы играют огромную роль в экологии. ГИС осуществляет сбор данных об экологической ситуации, реализует задачи в целях прогнозирования и обеспечения сохранности здоровья населения и благоприятность окружающей среды. Мониторинг позволяет осуществлять контроль над экологической ситуацией, а также во многих других областях применения ГИС в экологии и природопользовании.

На данный момент разработаны общие принципы и возможности геосистем. Поэтому вопрос совершенствования данных технологий был и остается до сих пор актуальным.

Список литературы:

1. Колесенков, А. Н. Современные подходы к обработке данных при построении геоинформационных систем экологического мониторинга / А. Н. Колесенков // Известия ТулГУ. Технологические науки. — 2016. — № 9. — С. 104.

2. Милехин О. Е. Применение спутниковой информации для решения задач гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды. /. — Москва: НИЦ «Планета», 2020. — 66 c.

3. Самардак, А. С. Геоинформационные системы / А. С. Самардак. - Владивосток : Дальневост. гос. ун-т, 2018. - 124 с.

4. Солнцев, Л.А. Геоинформационные системы как эффективный инструмент поддержки экологических исследований. учебно-методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2017. – 54с.

5. ФЗ №7 от 10.01.2002(ред. от 02.07.2021) «Об охране окружающей среды» URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34823/ Дата обращения: 11.11.2022 г.

6. Хаустов, А. П. Экологический мониторинг: Учебник / А. П. Хаустов, М. М. Редина. — 1. — Москва: Юрайт, 2019. — 489 c.

7. Геоинформационные системы в экологии. URL:https://cyberpedia.su/16x3120.html Режим доступа: свободный. Дата обращения: 11.11.2022 г.э

8. Геопространственное моделирование экологической обстановки территории г. Новосибирска: монография/ Трубина Л.К., Николаева О.Н., Хлебникова Т.А. - Новосибирск: СГУГиТ, 2022. — 175с.

9. Применение ГИС и ДЗЗ в экологии и природопользовании. Режим доступа: своодный. URL:http://kafbop.psu.ru/primenenie-gis-i-ddz-v-ekologii-i-prirodopolzovanii/ Дата обращения: 11.11.2022 г.

10. Программы для ГИС: современное программное обеспечение для GIS URL: https://www.zwsoft.ru/stati/programmy-dlya-gis-sovremennoe--programmnoeobespechenie-dlya-gis. Режим доступа: свободный. Дата обращения: 18.10.2022 г.