30. Устойчивость геоэкологической среды к антропогенному воздействию.

способность комплексов природной экосистемы противостоять антропогенным (техногенным) нагрузкам, которые нарушают их естественное функционирование. Степень подверженности экосистемы внешним факторам, нарушающим ее структуру и функционирование, называется уязвимостью природной экосистемы. Нарушения функционирования приводят к потере устойчивости экосистемы. При превышении некоторой критической величины антропогенного (техногенного) воздействия и потере устойчивости экосистемы возникают обратные связи, которые могут привести к ее разрушению Разработаны методы оценки потенциальной способности территориальных комплексов к очищению от техногенного загрязнения. Сравнения потенциальной способности геосистем к самоочищению с фактическим загрязнением внешней среды позволяют характеризовать экологическую обстановку по этой группе факторов с использованием балльной системы. При этом учитываются следующие факторы: 1 - общая устойчивость природной среды к любым антропогенным (техногенным) нагрузкам; 2 - способность воздушных масс рассеивать промышленные выбросы; 3 - способность почв, грунтовых толщ к нейтрализации загрязнений; 4 - интенсивность выноса минеральных загрязнений поверхностными и подземными водами и самоочищающая способность вод. По балльной системе природные комплексы оцениваются как крайне неустойчивые, устойчивые, слабоустойчивые, устойчивые и очень устойчивые.

Антропогенное воздействие на природную среду может быть разрушительным (деструктивным), стабилизирующим и конструктивным. Разрушительноевоздействие приводит зачастую к необратимой утрате качеств природной среды. Так, сведение дождевых тропических лесов под пастбища становится причиной того, что лишенные защитного лесного полога почвы за 2-3 года теряют плодородие, и перспектива создания продуктивного пастбища сходит на нет. Неконтролируемая рекреация в лесопарках ведет к необратимой деградации лесного сообщества ("см. Антропогенные факторы, Рекреационная нагрузка).Под стабилизирующим антропогенным воздействием понимается целенаправленное, с просчетом возможных негативных последствий и продуманным планом их предотвращения, воздействие на природные комплексы. Напр., функциональное зонирование и обустройство особо охраняемых природных территорий с целью сохранения природных экологически ценных ландшафтов; комплексное озеленение городских новостроек с введением в состав зеленых насаждений древесно-кустарниковых пород, устойчивых к атмосферному загрязнению и т. п. Конструктивноеантропогенное воздействие подразумевает целенаправленное восстановление утраченных качеств окружающей среды: лесовосстановительные работы, очистка водоемов, воссоздание разрушенных местообитаний редких видов растений и животных и т. п.

31.Геоинформационные системы как инструмент для контроля качества природных сред.

Представление о ГИС как об инструментальном средстве. ГИС представляет собой средство, инструмент для представления, моделирования реального мира с помощью данных о том или ином месте в пространстве. Геоинформационные технологии – это технологии организации, манипулирования, анализа и представления пространственных данных. При этом могут использоваться как приемы и методы неспецифичные, опирающиеся на фундаментальные свойства пространственной информации, так и специфические для конкретной предметной области. Последние учитывают специфические особенности именно данного вида информации и специфическую систему знаний и понятий, организующие проблемно-ориентированные логические взаимосвязи между элементами данных.

По типу выполняемых функций и по режиму использования геоинформационные системы могут быть очень различны. Например, от системы, используемой для поддержки принятия оперативных решений, может потребоваться практически беспрерывно и быстро отвечать на запросы на получение информации. В этом случае мы имеем систему запросного типа - типа информационно-поисковой системы. Или же система может быть ориентирована на подготовку и оформление в заданном виде информации для ее последующего использования уже вне системы. Например, система может готовить информацию по определенному запросу в виде таблиц или карт. Эти выходные документы могут готовиться на любом носителе - в бумажной или цифровой форме. Независимо от этого, такие формы выдачи результатов анализа или запроса, будучи предназначены для последующего использования, содержат обычно гораздо больше информации, чем в первом случае, и более сложны по форме. Режим же поддержки принятия оперативных решений требует быстрой реакции на запросы, которые должны быть по возможности сформулированы очень четко и конкретно, а объем выдаваемой информации обычно очень небольшой.

Любая ГИС так или иначе должна быть способна выполнять несколько групп функций. Рассмотрим их в самом первом приближении.

1. Система должна обеспечивать средства для формирования цифрового представления пространственных объектов и явлений, иначе говоря, должны обеспечиваться функции сбора, кодирования и ввода информации.

2. Для поддержания массива данных в актуальном состоянии должны обеспечиваться средства редактирования, обновления, эффективного хранения данных, а также реорганизации данных и преобразования их в разные формы, средства для контроля правильности и качества данных.

3. Требуется обеспечивать средства для получения информации, как в ее первичном виде, так и обобщенной в различных смыслах (генерализованной, суммарной, усредненной), а также средства для анализа, моделирования ситуаций и процессов и интегрирования разнородной информации.

4. Система должна обеспечивать выполнение сложных запросов на получение информации. Выполнение таких сложных запросов само по себе также является методом анализа.

5. Наконец, система должна обладать способностью представлять результаты работы в виде человекочитаемых наглядных документов - таблиц, карт, диаграмм и т.п..

Обзор ГИС городов экологической направленности.Как показывает мировой опыт и опыт других городов России по освоению геоинформационных технологий, можно выделить четыре основных специфических направления создания городских ГИС: ГИС городского земельного кадастра; ГИС инженерных сетей; экологические ГИС и ГИС – генеральный план города. Подобное разбиение отражает различие в функциях этих систем, информационном наполнении, используемых картографических основах, функциях анализа и моделирования и т. п. Экологический блок входит в состав практически всех рассмотренных ГИС городов вне зависимости от их специфики.

Использование экологической составляющей в составе городской ГИС позволяет решать следующие задачи: корректировку экологического раз­дела Генплана города с учетом сложившейся ситуации (размещение промы­шленных объектов, автодорог, озеленение территории, застройка микро­районов и т. д.), прогнозирование экологической ситуации при изменении застройки, появлении новых промышленных объектов, автодорог. Кроме того, при возникновении чрезвычайных ситуаций, связанных с вы­бросом загрязняющих веществ, можно получить исчерпывающую ин­формацию о районах загрязнения, более эффективно применять средства для его ликвидации.

Современные требования к функционированию аналитического блока: ис­пользование стандартных сертифицированных моделей распространения загрязняющих веществ в атмосфере с учетом природно-климатических ус­ловий, застройки территории и метеорологических процессов в ее пределах; интерполяция данных инструментальных измерений в системе мониторинга загрязнения окружающей среды; медико-экологи-ческая оцен­ка условий проживания населения на данной территории.

Принятие решений, соответству­ющих принципам охраны окружающей среды и удов­летворяющих запросам функционирования крупного города, должно опираться на разнообразную карто­графическую информацию. Наиболее целесообраз­ным является создание серии карт по отдельным функциональным объектам с последующим обобще­нием информации для территории всего города. Со­держание серии карт может варьировать в зависимо­сти от функционального назначения территории, сло­жившейся структуры, длительности освоения и т. п.

Видами наиболее популярного программного обеспечения являются: ArcInfo/ArcView – 22 %, GeoDraw/GeoGraph – 11 %, MapInfo – 7 %, другие ГИС – 21 % ; в 39 % субъектов РФ ГИС отсутствуют или только создаются.

Все функционирующие ГИС экологической направленности, осуществляющие информационную поддержку природоохранной деятельности на уровне субъекта федерации, обладают двумя сходными чертами: использование дан­ных государственной статистики (формы 2-ТП-водхоз,

2-ТП-воздух и др.), что обеспечивает единую стартовую платформу для аналитических построений и их «легальность», а также привязка исходных данных преимущественно к административным единицам – районам субъекта федерации, населенным пунктам, районам населенных пунктов и пр.

Этим общие черты ГИС, созданных в разных регионах, исчерпываются, что связано с различиями в структурах тематических данных (отсутствует стандарт на базы данных экологического содержания) и со спецификой экологичес­ких проблем конкретной территории, но главное – с особенностями требований потребителя продукции ГИС. Как правило, заказчиком ГИС выступает либо администрация региона, либо региональный комитет по экологии, но их разработчики учитывают интересы не только прямого заказчика, но и поставщиков исходных тематических данных (региональные подразделения Росгидромета, Госкомзема, МПР, Госкомсанэпиднадзора РФ и т. д.), сторонних потребителей ГИС-продукции (инвесторы, страховые компании, общественные организации и т. п.).

Экологические ГИС при формировании проходят следующие пути постановки и решения информационных задач: поиск и сбор доступных исходных данных → характеристика экологических проблем на основании собранных данных (построе­ние «постановочных» карт, помогающих спланировать анализ дан­ных) → построение элементарных и комплексных карт, характери­зующих компоненты окружающей среды комплексных карт, позво­ляющих сопоставить имеющиеся экологические проблемы и зада­чи управления природоохранной деятельностью → типологическое районирование территории субъекта федерации на основе имею­щихся элементарных и комплексных карт с использованием тема­тических данных, выбранных в качестве критериальных → выра­ботка рекомендаций по решению управленческой задачи.

Разработка структуры баз данных экологической геоинформационной системы. Общая структура городской экоинформационной системы содержит три основных блока: 1) информационный; 2) аналитический; 3) справочный. Информационный блок, или банк данных, состоит из субблоков: "Человек и общество", "Природа", "Геотехнические системы", "Экология" и "Нормативно-справочная информация". Эти блоки тесно взаимосвязаны, между ними су­ществуют встречные информационные потоки.

Разработка названных блоков производится согласованно и основана на покомпонентном анализе экосистем. Такая структура достаточно условна, и четкой границы между отдельными блоками нет.

Структура системы внутри блоков строится на классификациях рассматриваемых объектов. Каждый блок имеет несколько классифика­ций по различным принципам. Некоторые компоненты системы затруднительно классифицировать на данный момент, так как в составе экоинформационных задач до сих пор они не встречались или встречались редко и были методически спорными или сугубо специальными. Задачи классификации развиваются по мере необходимости с учетом глубины решаемых экологических задач. В информационном обеспечении ГЭИС каждая классификация реализована в виде справочника-классификатора.

Любая информация в ГИС подразделяется на географическую и описательную. Географическая информация содержит координаты картографического представления объекта и его пространственнуюпривязку, а также другие картографические атрибуты, которые необходимы для ориентации и анализа отношений между объектами.

Исходная описательная информация включает описательные базы данных объектов, необходимые правовые и нормативно-справочные базы данных и вспомогательные документы, связанные с определенным объектом. В процессе работы создается новая информация, хранящаяся в результирующих базах данных; все данные должны иметь четкую пространственную и временную привязку.

В экологической информационной системе средствами ГИС-тех­нологий анализируются отношения между объектом и субъектом воздействия в различных масштабах и реализуются различные эколо­гические задачи анализа явлений, изучения событий и процессов. Основным элементом ГИС является набор карт для каждого ее уровня на определенный момент времени. ГИС может содержать несколько карт в различных масштабах, а в развитии – несколько карт для различных временных моментов, что позволяет решать задачи анализа происходящих процессов и динамики развития.

В городской экоинформационной системе реализуются те за­дачи, которые необходимы в первую очередь для структур городского управления и ориентированы на соответствующие уровни уп­равления. Обычно единицей временного масштаба ГЭИС является год, рассматриваемые временные процессы имеют длительность 3 – 5 лет (для среднесрочного анализа) и более 10 лет (для долгосрочного анализа).

Структура банка данных ГИС г. Саранска включает информацию природоохранных, медицинских, гигиенических, градостроительных служб, социологических опросов, экспертно-статистического оценивания.

Перевод информации с бумажных карт в цифровой вид и ввод атрибутивных данных выполнялись двумя способами. Первый способ включает: 1) сканирование исходных материалов и обработку растровых изображений в среде PhotoShop; 2) послойную векторизацию растровых изображений, осуществляемую в программе EasyTrace; 3) создание корректной топологической структуры векторных данных, их трансформацию в заданную систему координат, тематическую идентификацию, подготовку обменных файлов для ArcView GIS, проводимую с использованием векторного редактора Geodraw; 4) обработку результатов лабораторных исследований, представленных в виде табличной информации, выполняемую в СУБД MicrosoftAccess; 5) использование в качестве связующего технологического ядра системы, объединяющего отдельные программно-технологические комплексы, ГИС ArcView, позволяющей на единой картографической основе объединять разнородную информацию, реализовать развернутые запросы к взаимоотношениям объектов и субъектов воздействия, проводить анализ экологической ситуации на территории, в целом создавать тематические пользовательские приложения для эффективного решения экологических вопросов. Несомненно, освоение системы ARC/INFO (ArcView является значительно облегченным в функциональных возможностях вариантом ARC/INFO) поднимет функционирование комплекса на более высокий профессиональный уровень (однако при этом существенно повышается его стоимость, так как соотношение стоимости оболочек примерно 1:10). При втором способе способе 1-й и

2-й этапы заменены оцифровкой картографических материалов с использованием дигитайзера, остальные этапы не меняются.

Выбор тематических слоев, их количество, качество устанавливались с учетом целей исследования и наличия доступных данных. Все тематические слои разбиты на три блока: 1) ландшафтно-архитектурная среда; 2) природная среда; 3) социально-экономическая среда.