Мониторинг состояния урбанизированных территорий

В настоящее время Единая система мониторинга в РФ отсутствует, и это в значительной степени затрудняет деятельность различных органов управления, ответственных за обеспечение экологической безопасности. Согласно данным Государственного доклада «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации», продолжается процесс деградации почв вследствие загрязнения их вредными веществами, выбрасываемыми в окружающую среду промышленными предприятиями и автотранспортом. Кроме того, несмотря на спад производства и уменьшение объема промышленных выбросов, сохраняется тенденция аккумулирования токсичных веществ в почвах.

Экологический мониторинг почв на содержание тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов, нитратов и других токсикантов показал, что значительная часть обследованных сельскохозяйственных территории загрязнена элементами 1 и II класса опасности.

Данные, полученные в результате мониторинга в некоторых регионах РФ, позволили составить картограммы, установить источники загрязнения и выработать необходимые рекомендации, направленные на улучшение ситуации. Согласно экспертным данным института Геоэкологии РАН, крайне высокой степенью техногенного загрязнения отличаются крупные многофункциональные города с приоритетом химического, нефтехимического и металлургического производств: в Кемеровской, Мурманской, Новгородской, Тверской, Белгородской, Челябинской, Новосибирской и ряде других областей.

Ухудшение экологической ситуации наблюдается не только внутри границ городов, но и далеко за их пределами. Техногенные выбросы от промышленных источников и транспорта распространяются на прилегающие территории, являясь причиной загрязнения сельскохозяйственной продукции, ухудшения состояния древостоя и снижения его фитоцидной роли. При этом зоны влияния городов простираются на десятки километров, а крупных промышленных агломераций – на сотни километров, например Московской – на 200 км, Тульской – 120,  Среднеуральской – 300, Кемеровской – 200 км и т д.

Во многих городах и регионах основным загрязнителем окружающей среды является автотранспорт. В результате сжигания органического топлива в двигателях транспортных средств в окружающую среду выбрасывается большое количество тяжелых металлов, сажи и др. Так, поступление свинца в окружающую среду от автотранспорта составляет примерно 4 тыс. т. в год. Наибольшее загрязнение свинцом наблюдается в Московской, Самарской, Калужской, Нижегородской и Владимирской областях.

Не меньшую опасность для окружающей среды представляют токсичные отходы производства и потребления, которых в РФ в хранилищах, в накопителях, на складах, в могильниках, на полигонах и других объектах наблюдения накопилось более 1400 млн. т. Негативное влияние отходов на состояние земель обусловлено трудностями. связанными с их переработкой, утилизацией и хранением. Отсутствие в России развитой системы управления отходами ограничено вписывающейся в систему экологического мониторинга.

Мониторинг экологического состояния урбанизированных территорий развивается медленными темпами. Наиболее продвинутыми в этом направлении являются некоторые крупные города и промышленные зоны, в которых, по оценкам специалистов, сложилась сложная экологическая ситуация.

Кафедрой инженерной экологии и охраны труда Московского энергетического института (МЭИ) создана специальная система экологического мониторинга. Его структура включает 4 функциональных блоков:

· информационно-измерительную подсистему на базе автоматизированных постов экологического контроля;

· передвижные посты экологического контроля;

· подсистему коммуникаций между постами контроля;

· геоинформационную систему, включающую в себя графические и тематические базы данных экологической направленности, системы моделирования, восстановления и прогноза полей экологических и метеорологических факторов и систему информационной поддержки принятия управляющих решений.

Отмечены следующие преимущества данной системы, по сравнению с традиционными системами:

· меньшая себестоимость создания и обслуживания;

· ограничение несанкционированного доступа;

· наличие разветвленной инфраструктуры и др.

Организационная система состоит из первичных постов экологического контроля, в функции которых входят следующие процедуры:

· получение информации от распределенных первичных постов;

· ведение баз данных;

· поддержка технического и программного обеспечения геоинформационной системы.

Пост экологического контроля включает в себя наиболее доступные в настоящее время датчики контроля окружающей среды. Основой автоматизированного поста экологического мониторинга является контроллер, реализующий следующие базовые функции:

· опрос датчиков с заданными временными интервалами;

· занесение информации с датчиков во внутреннюю память;

· сохранение информации при перебоях с питанием;

· выдача информации по запросу;

· обмен информации с внешними пользователями.

Практика измерений показывает, что оптимальной частотой фиксации данных является одно измерение в 10-15 мин.

Измерительная система (рис.6) имеет открытую архитектуру, что обеспечивает ее комплектацию из независимо изготовленных частей. Это позволяет разрабатывать дополнительные устройства для комплектации постов различными датчиками и программы первичной обработки информации.

В качестве подсистемы коммуникации используется сеть Internet и модемная связь. Предусматривается также передача данных всех постов на головной пост системы. Информация хранится в таблицах, соответствующих датам проводимых исследований и содержащих адреса точек контроля. На основе этих таблиц в геоинформационной системе создаются карты точек измерения и восстанавливаются непрерывные поля загрязнений.

 

Рис. 6. Структурная схема автоматизированного поста экологического контроля.

1, 2 – газовые датчики; 3 – датчик направления и скорости ветра; 4 – датчик температуры и влажности; 5 – контроллер; 6 – компьютер; 7 – узел подключения к сети Internet.

Автоматизированные посты экологического контроля имеют постоянную адресную привязку, и поэтому вся тематическая информация связана с одной и той же картографической основой. База данных, как правило, состоит из двух взаимосвязанных таблиц. Первая содержит постоянную информацию справочного характера, вторая – данные наблюдений. Этот же стандарт хранения данных принят в Гидрометеоцентре России.

Все поступающие с автоматизированных постов данные проходят предварительную подготовку (выявление грубых погрешностей и неисправности оборудования, форматирование базы данных для внесения в геоинформационную систему и др.).

Во многие системы мониторинга входят картографические и тематические базы данных по промышленным предприятиям. Эта позволяет выявлять источники неблагоприятных экологических ситуаций.

Повышение эффективности контроля и оперативное уточнение экологической обстановки осуществляются передвижными лабораториями, с помощью которых проводятся целенаправленные обследования в отдельных районах города по заранее намеченной программе.

Таким образом, система экологического мониторинга должна иметь широкие возможности и открытую архитектуру, позволяющую наращивать мощность этой системы как в плане включения в нее новых постов экологического контроля, так и в плане оснащения этих постов дополнительным оборудованием. Любая локальная система должна обладать возможностью быть включенной в единую систему экологического мониторинга.

3.4. Место информационного обеспечения

Важнейшей задачей системы единого экологического мониторинга (ЕЭМ) является не только получение информации, но и ее рациональные хранение, обработка и представление.

Одной из важнейших проблем при создании систем экологического мониторинга становится разработка эффективной информационной автомати­зированной системы, источниками информации для которой становятся картографирование, данные, поступающие со стационарных постов экологического контроля, гидрометеорологических измерений, результаты пробоотборного анализа среды, аэрокосмического зондирования, медико-биологических и социальных исследований.

Наиболее полно всем перечисленным выше требованиям отвечают современные геоинформационные системы (ГИС), которые, с одной стороны, включают методы обработки данных ранее существовавших автоматизированных систем, а с другой — используются в качестве основы современных систем управления.

Информационные системы ГИС объединяют в единый комплекс методы и технологии обработки данных практически всех автоматизированных систем общего назначения, автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных справочно-информационных систем (АСИС), систем автоматизированного управления (АСУ).

К особенностям ГИС относятся наличие больших объемов хранимой в них разнородной информации, специфичность организации и структурирования моделей данных [6].  Данные реального мира , отображаемые в ГИС, в первом приближении можно рассматривать с учетом трех аспектов: пространственного, временного и тематического. Пространственный аспект связан с определением местоположения объекта на карте, временной — с изменением объекта или процесса во времени, тематический — выделением одних признаков объекта и исключением из рассмотрения других.

Геообъекты, содержащиеся на карте, представляются совокупностью наборов точек, линий, контуров и ареалов, которые кроме определенного положения имеют конкретные метрические значения длину, ширину, площадь. В общем случае модели пространственных (координатных) данных в ГИС можно классифицировать по трем типам:

• растровая модель,

• векторная модель, не содержащая топологических характеристик;

• векторная топологическая модель.

Растровые модели получают посредством отображения непрерывных поверхностей геообъектов в набор дискретных ячеек (пикселей), образующих регулярную сеть. Каждой ячейке соответствует одинаковый по размерам, но разный по характеристикам (цвет, интенсивность, плотность) участок поверхности объекта. Упорядочен­ная совокупность таких атомарных моделей образует растр, который и является моделью карты или объекта. Растровые модели широко применяются в том случае, когда требуется качественное представление данных.

Векторные модели строятся на использовании векторов, занимающих лишь часть пространства, и поэтому на порядки эффективнее растровых моделей. Полная векторная модель данных ГИС включает:

• пространственную информацию, описывающую положение и форму географических объектов и их пространственные связи с другими объектами;

• описательную информацию об этих объектах.

Для ввода географической информации в ГИС в настоящее время используются два типа устройств, дигитайзеры и сканеры.  Первые позволяют получать цифровые карты в векторном формате , вторые — в растровом.

   Кроме координатных данных ГИС могут хранить и обрабатывать описательные и временные характеристики объектов, составляющие так называемый класс атрибутивных данных. К описательным данным относятся, например, названия гео­графических или политических единиц, городов, рек; экологические показатели регионов, и др. Характерным примером временных данных являются данные экологического мониторинга.

Средства ГИС намного превосходят возможности обычных кар­тографических систем, хотя, естественно, включают и все основные функции получения высококачественных карт и планов. В целом ГИС является компьютеризированной системой управления базами данных для поиска, хранения, изменения, анализа и пространственного отображения определенных данных, т.е. ГИС – это базы данных и аналитические средства для работы с любой координатно привязанной информацией.

К общим задачам  ГИС можно отнести следующие:

• оцифровка карт;

• обмен данными в различных форматах;

• работа с точечными, линейными и площадными объектами;

• поддержка топологических взаимоотношений между объектами;

• поддержка нескольких картографических проекций;

• работа с реляционными базами данных;

• оверлейные операции с наложением карт;

• управление визуализацией карт на дисплее;

• интерактивное графическое редактирование;

• геометрические измерения на карте;

• поиск объектов по их адресам;

• анализ линейных сетей с их оптимизацией;

• интерполяция и экстраполяция данных;

• ответы на широкий набор запросов;

• построение буферных зон вокруг объектов;

• создание собственной символики;

• вывод высококачественных твердых копий карт и других документов.

Система единого экологического мониторинга (ЕЭМ) является основным инструментом для решения проблем взаимодействия человека и окружающей среды, ресурсо- и энергосбережения, рационального природопользования, особенно в промышленно развитых районах с напряженной экологической обстановкой. Центральным звеном системы ЕЭМ, во многом определяющим ее эффективное функционирование, является информационная система.

Для реализации комплексного подхода к решению задачи обеспечения экологической безопасности она в общем случае должна содержать следующие взаимосвязанные структурные звенья:

• базы и банки данных экологической, правовой, медико-биологической, санитарно-гигиенической, технико-экономической направленностей;

• блок моделирования и оптимизации промышленных объектов;

• блок восстановления по данным измерений и прогноза распространения полей экологических и метеорологических факторов;

•  блок принятия решений.

Информационное обеспечение системы ЕЭМ должно содержать следующие тематические слои информации:

• общая экологическая характеристика (атмосферный воздух, водоемы, почва, санитарно-эпидемиологические условия и др.);

• источники негативного воздействия на окружающую среду (выбросы и сбросы, твердые отходы и др.);

• зонирование территорий (объекты производственного назначения, селитебные территории, административные здания и др.);

• система охранных территорий (памятники истории и архитектуры, водоохранные зоны и др. );

• инженерно-технические и транспортные коммуникации (магистрали наземного и подземного видов транспорта, теплотрассы, линии электропередачи и др.);

• здравоохранение и социально-бытовые условия;

• нормативные и правовые документы,

• перспективы развития региона

Одним из важнейших элементов системы являются данные об объективном состоянии окружающей среды.

Экологическая сертификация является управленческой мерой по обеспечению качества товаров, работ, услуг экологического характера. Экосертификация проводится с целью создания экономико-правового механизма по реализации права граждан на благоприятную окружающую среду. Экосертификация способствует:

· внедрению экологически безопасных технологических процессов и оборудования;

· производству экологически безопасной продукции на всех стадиях ее жизненного цикла, повышению ее качества и конкурентоспособности;

· созданию условий для организации производств, отвечающих установленным экологическим требованиям,

· совершенствованию управления хозяйственной и иной деятельностью;

· предотвращению ввоза в страну экологически опасных продукций, технологий, отходов, услуг;

· интеграции экономики страны в мировой рынок и выполнению международных обязательств.

Для создания правовой базы организации и проведения работ по экосертификации Министерство природных ресурсов (МПР) России формирует систему экологической сертификации, содержащую:

1) комплекс нормативных документов, устанавливающих принципы, нормативы и правила экосертификации;

2) систему органов, обеспечивающих организационно-методическое руководство деятельностью по проведению экосертификации, аттестацию экспертов-аудиторов и аккредитацию органов по экосертификации, проведение экосертификации, инспекционного контроля и информационное обслуживание,

3) реестр Системы для учета органов по экосертификации, сертифицированных объектов, выданных экосертификатов.