Среда получения оценок на базе ГИС – технологии как основа

обучения специалистов в области экологии

Активное использование ГИС-технологий в области экологии делает актуальной задачу подготовки специалистов в этой области. Для выполнения целого ряда задач, стоящих перед экологами, весьма перспективным является использование графического отображения полученной и преобразованной информации. Использование геоинформационных ситем позволяет наиболее адекватно отобразить распределение концентрации загрязняющих веществ или результаты их воздействия на те или иные объекты.
На кафедре Информационно-измерительных систем и технологий СПбГЭТУ разработана программная система комплексной оценки состояния объектов окружающей природной среды и на ее базе создан комплекс практических и лабораторных работ, позволяющий студентам и другим специалистам ознакомится с основными принципами сбора, обработки, представления экологической информации, моделирования и оценки состояния экологических объектов.

Общая характеристика системы

Программная система комплексной оценки является многофункциональной информационной системой, построенной на базе ГИС МарInfo. Назначение системы состоит в хранении, обработке и представлении цифровой картографической, экологической и других видов информации.
На ГИС-основе создана база моделей природных и техногенных объектов, база данных контрольных измерений, справочники вредных веществ, содержащие значения предельно допустимых концентраций. На основании базы контрольных измерений создана система мониторинга состояния окружающей среды, позволяющая оперативно оценивать экологическую ситуацию в заданном районе и представлять ее на карте.
Единая база природных объектов и источников загрязнения обеспечивает возможность моделирования распространения вредных веществ в воздушной и водной средах с целью исследования сложившейся обстановки и выработке рекомендаций по ликвидации последствий ситуации и по рациональному природопользованию. Модели распространения загрязняющих веществ в воде и в воздухе учитывают технологические характеристики предприятий (экологический паспорт), географическое местоположение, метеорологические условия.

Реализована модель распространения примеси в воздухе, основанная на методике ГГО, называемая ОНД-86. Она позволяет рассчитать поле разовых концентраций примеси из земли при выбросе из одиночного источника и группы источников, при нагретых и холодных выбросах, дает возможность учесть одновременно действие разнородных источников и рассчитать суммарное загрязнение атмосферы от промышленных комплексов. Результатом работы модели является поле концентраций, являющееся слоем ГИС.

Для водотоков реализована модель для средних рек северо-западного региона. Моделирование распространения загрязняющих веществ осуществляется от группы водовыпусков в пределах участка или целого водного бассейна с учетом их специфики, рассчитывается предельно допустимый сброс сточных вод в водные объекты. Результатом работы модели также является поле концентраций, импортируемое в ГИС.

Система реализует алгоритмы оценки качества окружающей природной среды.

Сложность оценок часто требует привлечения дополнительной информации, такой как оценки экспертов, результаты обследований и опросов. В программной системе решена задача объединения разнородных характеристик для получения комплексных оценок состояния объектов ОПС.
Для оценки качеств результатов контрольных измерений используется нормирование относительно предельно допустимой концентрации (ПДК).
В программной системе создан модуль, реализующий получение и обработку экспертных оценок. Задача получения экспертных оценок разбивается на три этапа: формирование вопросника и изменение структуры опроса в зависимости от целевой функции; проведение опроса по заданному шаблону и сохранение результатов; обработка результатов опроса и формирование экспертной оценки. Результаты обработки экспертных оценок приводятся к нормированной шкале качественных характеристик, имеют географическую привязку и могут быть нанесены на карту.

Оценка состояния объектов ОПС приводит к необходимости использования обобщающих показателей. В программной системе реализованы алгоритмы получения качественных оценок по результатам контрольных измерений, учитывающие существующие стандартные методики сложных оценок в воздухе и воде.

Комплексная оценка состояния объектов ОПС получается в результате объединения данных разного типа (результатов контрольных измерений в различных средах, результатов моделирования, обследования и экспертных оценок) с учетом важности (степени участия) каждой используемой характеристики. Степень участия определяет вес используемой характеристики при формировании сложной оценки качества объекта ОПС и назначается экспертом-специалистом. Если все характеристики равноправны коэффициенты степени участия равны 1.

На базе ГИС создана информационная среда получения комплексной оценки. Информационная среда получения комплексной оценки обеспечивает объединение и использование распределенной информации, а ГИС технология ее обработку в соответствии с географической или административной привязкой.

Каждый слой ГИС представляет собой совокупность данных, моделей или оценок. Оцифровка осуществлена послойно, т.е. каждая группа однотипных элементов (реки, озера, предприятия, фоновые концентрации) заносятся в отдельный слой. База данных цифровой карты включает два типа картографической информации: пространственную и описательную. Описательная часть БД хранится в формате DBF, что позволяет независимо заполнять ее в других программных оболочках, например FoxPro. Это особенно актуально для результатов контрольных измерений, имеющих большой объем. Пространственная информация хранится в векторном формате и используется для представления топоосновы и создания тематических слоев. Растровые карты используются как подложки для тематических карт.

Обучение специалистов

Разработанная программная система служит основой при проведении практических занятий по курсу «Информационные системы в экологии». Студенты знакомятся с вопросами

· ввода, накопления, хранения и обработки цифровой картографической и экологической информации;

· построения тематических карт на основании полученных данных и отражающих текущее состояние экосистемы;

· исследования динамики изменения экологической обстановки в пространстве и времени, построения графиков, таблиц, диаграмм;

· моделирования развития экологической ситуации в различных средах и исследования зависимости состояния экосистемы от метеоусловий, характеристик источников загрязнений, значений фоновых концентраций;

· получения комплексных оценок состояния объектов ОПС на основе разнородных данных.

Комаров К.Ю. Содержание обучения в области

геоинформационных систем и транспортная логистика в Уральском ГУ

Согласно данным статистики основные проблемы, а следовательно, и основные затраты компаний и государственных структур, ориентированных на продажу сырьевых ресурсов, приходятся не на добычу или продажу этих ресурсов, а на доставку товара в пункты переработки или покупателю. Проблема эта ресурсоемкая и в высшей степени актуальная. Об этом свидетельствуют в частности показатели величины материального вознаграждения ответственных за транспортную логистику топ-менеджеров, которыми в последнее время обзавелись все «уважающие себя» компании. Однако, один заместитель директора по логистике вряд ли способен оптимизировать перевозки даже небольшой компании. Ему необходимы квалифицированные подчиненные, а подготовка таких специалистов пока, к сожалению, не организована должным образом даже в экономически развитых государствах. Нет смысла говорить о масштабах этой проблемы в нашей стране, где экономика регионов и государственный бюджет в целом в первую очередь зависят от экспорта сырьевых ресурсов.
Трудно предположить, что в этой новой и весьма сложной сфере быстро будет организована подготовка достаточного количества высоко квалифицированных специалистов. Однако, шаги к решению упомянутой проблемы предпринимать несомненно нужно.

Исходные условия известны, и они не утешительны: негибкость профессионального образования, слабая связь с производством и реальными экономическими условиями, и наконец - дефицит финансирования всей образовательной сферы. В этой ситуации, по нашему мнению, необходимо использовать имеющиеся образовательные возможности, а также решения в области геоинформационных систем, автоматизации проектирования и как ни неожиданно – сетевых информационных технологий.

Мы предлагаем в своем докладе рассмотреть некоторые аспекты затронутой проблемы на примере исследования транспортной системы г. Екатеринбурга.

В 2001 –2002 г. город становится лидером в серии конкурсов и определяется в качестве узлового центра проектируемой транспортной магистрали, призванной соединить кратчайшим путем Европу от Шотландии и Тихоокеанский регион через Японию. Основную нагрузку несомненно берет на себя железная дорога, но статус узлового центра предполагает также наличие грузоперевозок воздушным транспортом (уже функционирует международный аэропорт) и морем (через Пермь). Стыковку этих транспортных потоков должен обеспечить автомобильный транспорт. Однако, достаточно провести за рулем автомобиля на дорогах (вернее в пробках) города несколько часов, чтобы начать сомневаться в реальности проекта. Не подлежит никакому сомнению необходимость реорганизации системы движения по автомобильным дорогам. Кое-что в этом направлении городскими властями делается и уже сделано. Однако в данной ситуации метод фрагментарного латания наиболее узких мест не может привести к требуемому результату – необходим технологически обоснованный и сбалансированный комплекс мер, который позволил бы создать современную транспортную систему, реально отвечающую весьма строгим требованиям к этому понятию.

Основная проблема на этом пути – отсутствие специалистов, способных такой комплекс спроектировать и реализовать. Решение проблемы в теории также очевидно – незамедлительная организация подготовки специалистов, выражающаяся в увеличении количества мест на соответствующих специальностях в стенах существующих профессиональных учебных заведений, открытие новых. На практике нам видятся два положения:

1) существенные сдвиги в этом направлении в ближайшее время маловероятны по ряду объективных причин, в первую очередь из-за объемов финансирования;

2) Предпринять некоторые действия в существующих условиях, которые позволят пройти первые шаги к построению транспортной системы вполне возможно.

В докладе автора раскрывается второе положение. Среди основных возможностей, которые следовало бы использовать - опыт преподавания курса «Геоинформационные системы» в некоторых вузах города. Предлагается сместить акцент с преобразования матричного представления карт и съемок местности к векторному виду в сторону связи ГИС-документации с базами данных. При этом формат представления информации (в частности и по транспортным потокам) должен соответствовать одному из стандартных видов представления, что позволило бы автоматизировать проектирование в частности при помощи CASE средств. Кроме этого некоторые интересные решения вполне могут быть заимствованы из теории и практики компьютерных сетей, где также приходится решать задачи оптимизации трафика и маршрутизации информационных потоков.

Учитывая, что «Информационный менеджмент», «Проектирование информационных систем», «Компьютерные коммуникации и сети» уже сравнительно широко и довольно успешно преподаются параллельно «Геоинформационным технологиям», можно надеяться на успех в решении поставленных задач в случае большей интеграции перечисленных дисциплин высшего профессионального образования даже в рамках существующих специализаций.