Геоинформационные технологии в природообустройстве

Модель удаленного доступа  к данным основана на учете специфики  размещения и физического манипулирования  данных во внешней памяти для реляционных  СУБД. В RDA-модели компонент доступа к данным в СУБД полностью отделен от двух других компонентов (компонента представления и прикладного компонента) и размещается на сервере системы.

Компонент доступа  к данным реализуется в виде самостоятельной программной части СУБД, называемой SQL-сервером, и инсталлируется на вычислительной установке сервера системы. Функции SQL-сервера ограничиваются низкоуровневыми операциями по организации, размещению, хранению и манипулированию данными в дисковой памяти сервера. Иначе говоря, SQL-сервер играет роль машины данных. Схема RDA-модели приведена на рис.

Рис. Модель удаленного доступа  к данным (RDA-модель)

В файле (файлах) базы данных, размещаемом на сервере системы, находится также и системный  каталог базы данных, в который  помещаются в том числе и сведения о зарегистрированных клиентах, их полномочиях и т.п.

На клиентских установках инсталлируются программные части  СУБД, реализующие интерфейсные и  прикладные функции. Пользователь, входя  в клиентскую часть системы, регистрируется через нее на cepвере системы и начинает обработку данных.

Прикладной компонент  системы (библиотеки запросов, процедуры  обработки данных) полностью размещается  и выполняется на клиентской установке. При реализации своих функций прикладной компонент формирует необходимые SQL-инструкции, направляемые SQL-серверу. SQL-сервер, представляющий специальный программный компонент, ориентированный на интерпретацию SQL-инструкций и высокоскоростное выполнение низкоуровневых операций с данными, принимает и координирует SQL-инструкции от различных клиентов, выполняет их, проверяет и обеспечивает выполнение ограничений целостности данных и направляет клиентам результаты обработки SQL-инструкций, представляющие, как известно, наборы (таблицы) данных.

Таким образом, общение клиента  с сервером происходит через SQL-инструкции, а с сервера на клиентские установки  передаются только результаты обработки, т.е. наборы данных, которые могут  быть существенно меньше по объему всей базы данных. В результате резко  уменьшается загрузка сети, а сервер приобретает активную центральную  функцию. Кроме того, ядро СУБД в  виде SQL-сервера обеспечивает также  традиционные и важные функции по обеспечению ограничений целостности  и безопасности данных при совместной работе нескольких пользователей.

Другим, может быть неявным, достоинством RDA-модели является унификация интерфейса взаимодействия прикладных компонентов информационных систем с общими данными. Такое взаимодействие стандартизовано в рамках языка SQL специальным протоколом ODBC (Open Database Connectivity - открытый доступ к базам данных), играющим важную роль в обеспечении интероперабельности (многопротокольность), т.е. независимости от типа СУБД на клиентских установках в распределенных системах.

Информационная  система - совокупность информационных, экономико-математических методов и моделей, технических, программных, технологических средств и специалистов, предназначенная для сбора, хранения, обработки и выдачи информации и принятия управленческих решений.

Информационная  система есть распространенное обозначение человеческого коллектива и процедур, а также разработанного, построенного, используемого и обслуживаемого оборудования для сбора, обработки, сохранения, извлечения и отображения информации.

Актуальной задачей в  информационном плане на сегодняшний  день для предприятий и корпораций всех организационных форм и видов  собственности и в любой предметной области является обеспечение надежного  управления всем объемом разнородных  данных, которые порождаются, хранятся и используются в различных ИС, существующих на предприятии и связанных  с информационной поддержкой продукции (услуг) в течение ее жизненного цикла. Разнообразие проблем, решаемых с помощью ИС, привело к появлению разнотипных систем, различающихся принципами построения и заложенными в них правилами обработки информации.

ИС можно классифицировать по различным признакам. В основу нижеприведенной классификации положен ряд существенных признаков, определяющих функциональные возможности и особенности построения современных систем; также принимались во внимание объем решаемых задач, используемых технических средств, организации функционирования и т.д.

 

 

 

 

 

 Автоматизированные  системы проектно-изыскательских  работ в природообустройстве

В управлении землепользованием  и в ведении городского хозяйства  одним из основных видов продукции  является информация (в том числе  картографическая), получаемая на основе имеющихся данных. При решении  экологических задач с помощью  ГИС акцент на продукцию несколько  иной. В ходе экологического наблюдения (мониторинга) осуществляют сбор и совместную обработку данных, относящихся к раз личным природным средам, моделирование и анализ экологических процессов и тенденций их развития, а также использование данных при принятии решений по управлению качеством окружающей среды.

Результат экологического исследования, как правило, представляет оперативные  данные трех типов: констатирующие (измеренные параметры состояния экологической обстановки в момент обследования), оценочные (результаты обработки измерений и получение на этой основе оценок экологической ситуации), прогнозные (прогнозирующие развитие обстановки на заданный период времени).

Из этого следует, что  в экологических ГИС применяются  в первую очередь динамические модели. В силу этого большую роль в  них играют технологии создания электронных  карт.

Совокупность всех перечисленных  трех типов данных составляет основу экологического мониторинга.

Особенностью представления  данных в системах экологического мониторинга  является то, что на экологических  картах в большей степени представлены ареальные геообъекты, чем линейные.

Относительно цифрового  моделирования принципиальным следует  считать использование цифровых моделей типа цифровая модель явления, поле и т.п.

На уровне сбора наряду с топографическими характеристиками дополнительно определяются параметры, характеризующие экологическую обстановку. Это увеличивает объем атрибутивных данных в экологических ГИС по сравнению с типовыми ГИС. Соответственно возрастает роль семантического моделирования.

На уровне моделирования используют специальные методы расчета параметров, характеризующих экологическое состояние среды и определяющих форму представления цифровых карт.

На уровне представления при экологических исследованиях осуществляют выдачу не одной, а, как правило, серии карт, особенно при прогнозировании явлений. В некоторых случаях карты выдаются с применением методов динамической визуализации, что довольно часто можно наблюдать при метеопрогнозах, показываемых по телевидению.

В качестве примера рассмотрим систему экологического мониторинга, создаваемую для Москвы. Объектами  мониторинга Москвы являются: атмосферный  воздух, поверхностные и подземные  воды, почва, зеленые насаждения, радиационная обстановка, среда обитания и состояние  здоровья населения.

Большое число организаций (федеральных, муниципальных, ведомственных) в Москве занимаются независимо друг от друга сбором данных о состоянии  параметров объектов окружающей среды. Производится контроль состава атмосферного воздуха, количества выбросов промышленных предприятий и автотранспорта, качества поверхностных и подземных вод  и т.д. Эти работы выполняют различные  организации - от ГАИ до санэпидемстанций. Недостатки существующего порядка сбора экологических данных - разрозненность и бессистемность, разобщенность городских природоохранных организаций и отсутствие комплексных оценок и прогнозов развития экологической обстановки.

Главная задача городского экомониторинга - получение комплексной оценки экологической ситуации в городе на базе интеграции всех видов данных, поступающих от различных организаций. Интеграционной основой множества данных, естественно, является карта. Следовательно, решение задач экомониторинга города неизбежно приводит к созданию и применению ГИС. Для этого объединяют существующие сети различных измерений и специализированные мониторинга природоохранных служб. Создание системы основано на внедрении современных средств контроля на базе единого информационного пространства.

Структура системы экомониторинга Москвы включает два уровня.

Нижний уровень системы включает:

федеральные, городские и  ведомственные подсистемы специализированных мониторингов (мониторинг атмосферы, поверхностных  вод, здоровья населения, радиологический  мониторинг, мониторинг санитар ной  очистки территории города, мониторинг недр и подземных вод, почв, зеленых  насаждений, акустический мониторинг, градостроительный мо ниторинг);

территориальные центры сбора  и обработки данных, созданные  на базе территориальных отделений  Москомприроды.

Эти подсистемы обеспечивают сбор полной и по возможности качественной информации о состоянии окружающей среды на всей территории города. В  локальных центрах проводятся также  анализ информации и ее отбор для передачи на верхний уровень.

Территориальные центры обеспечивают сбор информации по источникам антропогенного загрязнения на территории административных округов и используют данные территориальных  подразделений федеральных служб  и городских хозяйственных организаций.

Верхний уровень системы экомониторинга составляет информационно-аналитический центр. В задачи верхнего уровня системы входят:

оперативная оценка экологической  ситуации в городе;

расчет интегральных оценок экологической ситуации;

прогноз развития, экологической  обстановки;

подготовка проектов управляющих  воздействий и оценка последствий  принимаемых решений.

Очевидно, что информационная система экомониторинга Москвы имеет ярко выраженный распределенный характер. Поэтому она строится на основе распределенной информационной сети.

Для эффективного использования  накапливаемых данных необходимы комплексная  обработка и совершенные методы моделирования и представления  данных.

Геоинформационные системы  являются оптимальным средством  для представления и анализа  пространственно-распределенных экологических  данных.

Подсистема специализированных мониторингов охватывает ряд организаций (Москомзем, НПО "Радон", НИиПИ Генплана), имеющих инструментальные пакеты ГИС. Другие организации (Мослесопарк, МГЦСЭН) подобного программного обеспечения не имеют. Интеграция данных в единую систему происходит двумя путями:

на основе конвертирования  форматов данных в единый для всей системы формат;

на основе выбора единого  программного обеспечения ГИС.

Программный комплекс, разрабатываемый  АО "Прима", обеспечивая решение  задач территориальных отделений  Москомприроды или комитетов по охране природы крупных и средних городов, выполняет следующие функции:

формирование и ведение  баз экологической информации по территориям, предприятиям, средам (воздух, вода, почва);

ведение базы данных нормативно-законодательных  документов в области экологии;

ведение базы данных нормативов содержания загрязняющих веществ в  воздухе, воде, почве и продуктах  питания;

ведение базы данных приборов экологического контроля.

Кроме ведения баз данных предусмотрены работы по моделированию  и получению тематических карт. В  частности, в системе производятся следующие виды расчетов: расчет платежей за использование природных ресурсов и расчет полей концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, воде и почве.

Система экологического мониторинга  предусматривает обмен данными  между его участниками. Поэтому  одним из главных требований, предъявляемых  к программному обеспечению всех подсистем, является возможность конвертирования  файлов данных в стандартные форматы (dbf для файлов баз данных и DXF для графических файлов).

При создании системы экомониторинга Москвы использовалась единая система координат для всех подразделений экомониторинга. Все геоинформационные (включая экологические) данные должны иметь единую координатную привязку, и тогда при обмене информацией в цифровом виде не возникает никаких проблем.

Масштабы карт, на которых  работают разные подсистемы экомониторинга, могут быть различными: от 1: 2 000 для территориальных отделений Москомприроды до 1: 38 000 для верхнего уровня системы.

В организации экомониторинга Москвы геоинформационные технологии составляют основу, поскольку они обеспечивают решение задач экологического мониторинга Москвы.

Сложившаяся около двадцати лет назад система нормирования выбросов загрязняющих веществ в  атмосферу сегодня определяет основные принципы управления качеством атмосферного воздуха. В 1980-е годы вместе с бурным развитием вычислительных средств  значительно выросли объемы работ  по установлению нормативов ПДВ, и появилась  необходимость в использовании  специализированных программных средств.

Наиболее трудоемкой частью работы по выпуску проекта нормативов ПДВ является проведение расчетов величин  приземных концентраций вредных  веществ согласно "Методике расчета  концентраций в атмосферном воздухе  вредных веществ, содержащихся в  выбросах предприятий" (ОНД-86). Поэтому  в первую очередь появился спрос  на программы, реализующие алгоритм названной методики - унифицированные  программы расчета загрязнения  атмосферы (УПРЗА). Разработка первых таких  программ велась централизованно и  не имела коммерческого характера. Наиболее известной УПРЗА того времени  являлась программа "Эфир " для  машин класса ЕС.

Естественно, при использовании  больших машин практически не шло речи о более или менее  полной автоматизации деятельности сотрудников служб охраны природы предприятий. Работа с такой машиной требовала определенной специализации, соответственно, и существовавшие программы были рассчитаны в основном на операторов ЭВМ или инженеров-программистов. Работа по подготовке исходных данных для машины инженерами-экологами сводилась к заполнению соответствующих бумажных форм, передававшихся оператору, который и осуществлял занесение данных в программу, проведение расчетов и получение распечаток с результатами.