Применение ГИС для мониторинга

 

1. 3. Основные функции ГИС для мониторинга

 

Многоцелевые ГИС могут быть использованы для решения различных задач. Выполнение решаемых задач связано с осуществлением определенных функций. Так, наряду с другими, ГИС выполняет следующие основные функции: подготовку и ведение банков данных; информационно-справочные; имитационного моделирования; экспертного моделирования; автоматизированного картографирования.

ГИС может рассматриваться как информационная основа (база данных) для изучения природных особенностей региона и как инструмент исследования динамики или прогноза явлений и процессов (система моделей).

Кроме этого, ГИС может использоваться как информационно-справочная система, по определенному запросу выполняющая поиск и выборку данных. Следующий момент работы ГИС связан с разработкой математических моделей или системы экспертных оценок с целью анализа динамики геосистем.

Для решения каждой из перечисленных задач необходима разработка алгоритмического и программного обеспечения, а также создание диалоговых человеко-машинных систем, поддерживающих работу пользователя и представление результатов моделирования в традиционном картографическом виде.

Программно-технический комплекс. В настоящий момент ГИС комплектуются как графические станции, использующие разнообразные средства ввода--вывода графической информации. Для организации региональных ГИС требуется ЭВМ с достаточно большим объемом оперативной памяти и значительным быстродействием, работающая как в интерактивном, так и в пакетном режиме. С этой целью могут быть использованы как большие ЭВМ (для обработки космической информации), так и персональные компьютеры.

Устройства ввода графической информации подразделяются на автоматические (сканеры) и полуавтоматические (цифрователи). Для построения картографических изображений используются: графопостроители, матричные принтеры, цветные струйные печатающие устройства. В состав графической системы входит также цветной графический дисплей, который обеспечивает диалоговый режим пользователя.

Информационный блок (базы данных). Информационные массивы в ГИС объединяются в базы данных, доступ к которым обеспечивается СУБД. Основное назначение баз данных заключается в обслуживании информационных потребностей пользователя, а также поддержке системы моделей ГИС. В БД хранится не только фактологическая информация на определенный момент времени, но также начальные условия и коэффициенты уравнений модели, используемых в режиме имитационного моделирования.

Для поиска и выборки данных используются различные команды запросов пользователя. Использование или комбинирование различных команд дает возможность представлять результаты запроса в различном виде: табличном, графическом, картографическом. В зависимости от запроса, фактическая информация может быть дополнена статистически параметрами: средним значением, дисперсией и т. д.

Блок моделей. Данный блок включает программное обеспечение, предназначенное для различных операций по обработке данных. Поскольку ГИС строится как многоцелевая и многофункциональная информационно-моделирующая система, то в ее состав включаются пакеты прикладных программ, а также банк стандартизованных моделей.

Центральное место в ГИС занимает система автоматизированного картографирования. При организации ГИС могут быть использованы уже готовые модели или программные блоки, отвечающие требованиям решаемых задач. Стандартизация частных моделей, моделирующих отдельные свойства ландшафта или его компонентов (почва, растительность, миграция веществ в ландшафте) упрощает процедуру информационного обеспечения моделей, а главное, дает возможность использовать имеющийся опыт в области моделирования конкретных процессов в ландшафте при решении новых задач.

Важное место в ГИС отводится блоку экспертного моделирования и экспертных оценок. В данной части ГИС ведущая роль отводится эксперту, специалисту в конкретной предметной области. Работа данного подблока ГИС состоит в автоматизации традиционных методов анализа и синтеза геокологической информации, выполняемых экспертом на основе набора эмпирических правил.

Система управления диалогом пользователя. Функционирование ГИС как целостной системы обеспечивается системой управления диалогом пользователя. Данный блок осуществляет взаимосвязь между отдельными подсистемами ГИС, организуя диалоговое взаимодействие пользователя с системой. В зависимости от решаемой задачи выполняется автоматическая настройка ГИС на ее решение. Для этого из банка моделей выбирается необходимая модель, из информационного блока все необходимые данные.

Диалоговый режим ГИС рассчитан на пользователей различной степени подготовленности: прикладных программистов, аналитиков и исследователей и случайных пользователей. Для каждого типа пользователя выбирается свой уровень ведения диалога.

Блок оценки и принятия решений. Результаты работы ГИС анализируются в блоке оценки и принятия решений. Следует отметить, что система управления диалогом пользователя неразрывно связана с блоком оценки и принятия решений посредством формирования набора сценариев, выборов методов отображения (табличного, картографического) получаемых результатов.

Блок оценки, как и диалоговая система, рассчитан на различные режимы работы ГИС. Наиболее простой - это использование ГИС как информационно-справочной системы, более сложный, касается разработки автоматизированной методики анализа результатов имитационного моделирования.

Выбор сценариев напрямую связан с оценкой геоэкологических ситуаций и во многом опирается на знание эксперта о наиболее типичных или вероятных условиях поведения изучаемого природного объекта под воздействием возмущающих факторов.

В современных системах контроля и управления качеством окружающей среды важное место занимает оперативность получения результатов машинного прогнозирования. ЛПР требуется в сжатые сроки просмотреть различные сценарии моделирования, проанализировать полученные результаты и предложить наиболее оптимальные управленческие решения, опирающиеся на результаты работы моделей ГИС.

 

 

 

 

 

4. . Источники данных для мониторинга и их характеристика

 

Предметом мониторинга является целостный земельный фонд РФ независимо от форм собственности на землю и их целевого назначения.

Объектом мониторинга являются все земли в стране вне зависимости от форм собственности на земли, их целевого назначения и характера использования.

Мониторинг земель осуществляется отдельно применительно к землям сельскохозяйственного назначения, землям населенных пунктов и поселений, землям промышленности, транспорта, связи и иного несельскохозяйственного назначения и т. д.

Согласно п. 2 ст. 67 Земельного кодекса Российской Федерации ведение государственного мониторинга земель направлено на выполнение следующих задач:

1. своевременное выявление изменений состояния земельных ресурсов, оценка уже происшедших изменений, прогноз и выработка рекомендаций о предупреждении либо об устранении последствий негативных процессов, происходящих в почвенном слое земель. В целях ее осуществления органы проводят систематические наблюдения за состоянием водной и ветровой эрозии почвенного слоя земель, вероятностью потери гумуса либо ухудшения структуры, за загрязнением земель пестицидами, другими токсичными веществами, за состоянием береговой линии рек, морей, водохранилищ, за уровнем загрязнения земель свалками, местами захоронения опасных радиоактивных отходов, автомобильными стоянками и т. д;
2. информационное обеспечение ведения государственного земельного кадастра, государственного земельного контроля за рациональным использованием и охраной земельных ресурсов, землеустройства, а также осуществлением иных функций государственного и муниципального управления землями, обеспечение контроля за рациональным использованием и охраной земель;
3. обеспечение населения Российской Федерации информацией о состоянии окружающей среды в части состояния земель. Пользование данными, полученными государственными органами по мониторингу земель, представляется возможным как для граждан, так и для юридических лиц, международных организаций. В целях осуществления последних двух задач государственного мониторинга земель применяются различные способы собирания необходимой информации.

           Получение информации при осуществлении мониторинга может производиться с использованием:

• дистанционного зондирования (съемка и наблюдение с космических аппаратов, самолетов);
• сети постоянно действующих полигонов, эталонных стационарны и иных участков, межевых знаков;
• наземных съемок, наблюдений и обследований;
• соответствующих фондов данных.

В содержание мониторинга земель входит выполнение наблюдений по нескольким направлениям: изучаются процессы, связанные с изменением плодородия почв (опустынивание, развитие эрозии, потеря гумуса, заболачивание, засоление), зарастанием сельскохозяйственных земель сорняками и кустарником, загрязнением земель пестицидами, тяжелыми металлами и другими веществами. Также наблюдение ведется за процессами образования оврагов, оползней и другими природными явлениями, состоянием земель, занятых хозяйственными объектами, включая места захоронения токсичных промышленных отходов и радиоактивных материалов.

Все приемы, средства и методы осуществления мониторинга земель подразделяются в зависимости от сроков и периодичности их проведения на три вида:

• базовые (проводятся для получения данных о состоянии земель на момент начала ведения мониторинга) осуществляются впервые на той или иной территории и носят общий характер;
• периодические (проводятся для получения данных о состоянии земель за определенный период — раз в три года и более) осуществляются впервые на той или иной территории и носят общий характер;
• оперативные (проводятся для получения данных о состоянии земель на текущий момент) фиксируют все текущие изменения состояния земельных ресурсов.

Данные мониторинга применяют для вынесения решений о возможном размещении того или иного объекта, определении разрешенных видов землепользования, то есть служат предупреждению такого землепользования, которое способно привести к ухудшению земель.

Мониторинг также фиксирует отклонения от разрешенного поведения, выявляя правонарушения, связанные с загрязнением, заражением и иными видами деградации земель и его данные, в этом случае, служат доказательством при привлечении нарушителей к ответственности.

Данные полученные в ходе проведения мониторинга, систематизируются, накапливаются и передаются на вечное хранение в государственный фонд, а также ежегодно обобщаются и используются для подготовки ежегодного Государственного (национального) доклада о состоянии и использовании земель в Российской Федерации, который ежегодно предоставляет служба земельного кадастра РФ.

 

Накопление материалов мониторинга земель в архивах (фондах) и распределительных базах автоматизированной информационной системы «Земля России» осуществляется следующим образом:

- в административных районах, городах накапливаются первичные данные локального мониторинга, характеризующие состояние всего земельного фонда, отдельных участков, угодий, элементов инфраструктуры;

- в субъектах Российской Федерации формируются сводные данные по входящим в состав административно-территориальным единицам, а также по отдельным ландшафтно-экологическим объектам регионального характера;

- на уровне Российской Федерации формируются сводные данные по субъектам Российской Федерации, а также по ландшафтно-экологическим объектам зонального характера.

 Сформированные базы  и банки мониторинга земель  могут быть использованы органами  государственного и муниципального  управления; Росреестром а также его органами на местах; предприятиями и организациями других ведомств, чья деятельность связана с использованием земель; органами в области охраны окружающей природной среды и природопользования.  

 

 

 

 

 

1.5. Использование результатов мониторинга в практической деятельности

 

Начиная с 1996 года в Российской Федерации создается многоуровневая информационная база мониторинга земель, налаживается постоянно действующая система прогноза, предупреждения и устранения последствий негативных процессов, влияющих на качество и использование земель. Технической реализацией системы мониторинга земель является автоматизированная информационная система мониторинга земель (АИС МЗ), которая создается на принципах ГИС- технологий.

 В процессе ведения  мониторинга земель реализуются следующие функции:  сбор, обработка и хранение информации, получаемой как в системе мониторинга земель, так и традиционной службе землепользования и землеустройства; выдача выходного продукта с результатами оценки состояния земель в виде оперативной сводки, доклада, научных прогнозов и рекомендаций с приложением к ним тематических карт, диаграмм, таблиц, характеризующих динамику и направление развития изменений, в особенности имеющих негативный характер; обеспечение информацией о состоянии земель органов Росреестра, комитетов по экологии и природопользованию на всех уровнях, а также организаций других министерств и ведомств и физических лиц.

В ходе становления и развития АИС МЗ осуществляется следующее:

- определение объектов  мониторинга земель с выявлением  основных ареалов распространения  негативных процессов и явлений  в различных регионах РФ;