Использование геоинформационной системы в экологии. Геоинформационные системы в экологии и природопользовании Роль геоинформационных технологий в экологии и природопользовании

ПРОБЛЕМЫ МЕТОДИКИ ВЫСШЕГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

В. Г. Капустин

ГИС-ТЕХНОЛОГИИ КАК ИННОВАЦИОННОЕ СРЕДСТВО РАЗВИТИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ В РОССИИ

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: геоинформатика; географическая информационная система (ГИС); ГИС-технологии; цифровые карты; информационный геокомплекс; школьная географическая информационная система.

АННОТАЦИЯ. Анализируется современное состояние проблемы использования ГИС-технологий в процессе подготовки учителя географии и в изучении географии в средней школе.

GIS-TECHNOLOGIES AS INNOVATIVE MEANS OF DEVELOPMENT OF GEOGRAPHICAL EDUCATION IN RUSSIA

KEY WORDS: Geoinformatics; Geographic Information System (GIS); GIStechnologies; digital maps; information geocomplex; schools geographic information system.

ABSTRACT. The Analysis modern with-standings and problems of the use GIStechnology in process of preparing the teacher to geographies and in study of the geographies in secondary school.

Современную общеобразовательную и высшую школу характеризует активный переход к использованию новых информационных технологий. В учебном процессе реализуются программы информатизации, разработаны электронные учебники, развиваются дистанционные технологии получения образования, создана Российская Единая Коллекция цифровых образовательных ресурсов 3. Учебно-

3 Единая Коллекция была создана в ходе проекта «Информатизация системы образования», реализуемого Национальным фондом подготовки кадров по поручению Министерства образования и науки Российской Федерации. В настоящее время пополнение и развитие Коллекции осуществляется в рамках Федеральной целевой программы развития образования.

методические материалы Коллекции ориентируют учителя на внедрение современных методов обучения, основанных на использовании информационно-коммуникационных технологий. В ее состав вошли наборы цифровых ресурсов по всем школьным дисциплинам, разнообразные тематические и предметные коллекции, а также другие учебные, культурно-просветительские и познавательные материалы. Коллекция содержит, соответственно, различные материалы по географии, в том числе представлена школьная геоинформа-ционная система (ШГИС). Кроме того, в Коллекции представлены и инновационные учебно-методические разработки, мотивирующие учителя к использованию образовательных технологий, принципиально изменяющих образовательную среду, делающих ее адекватной требованиям информа-

ционного общества. Подключение всех школ России к Интернету в рамках приоритетного национального проекта «Образование» обеспечило доступность ресурсов коллекции для всех образовательных учреждений.

Важно подчеркнуть, что новые технологии открывают новые возможности по формированию личностного потенциала и обеспечению успешности выпускника высшего учебного заведения или школы.

ФГОС второго поколения - и в этом его принципиальное отличие от предшествующих разработок - во главу угла ставит личностный результат образования . Современные образовательные технологии позволяют максимально решать задачи развивающего обучения, индивидуализации образования.

Однако активному внедрению информационных технологий в образование мешают несколько сложных проблем. Действующие образовательные стандарты высшего педагогического образования не в полной мере обеспечивают подготовку специалистов для работы с электронными образовательными ресурсами. Система переподготовки и повышения квалификации учителей (и преподавателей педагогических вузов) также недостаточно учитывает жизненную необходимость освоения информационных технологий работающими учителями. Пока что в освоении таких технологий преобладают процессы самообразования.

Качество многих электронных ресурсов оставляют желать лучшего. Материалы Единой Коллекции по географии разнообразны как по содержанию, так и по уровню выполнения. Однако, часть материалов, на наш взгляд, малопригодна или непригодна для использования в школе. Видимо, период накопления таких разнородных и разноуровневых материалов неизбежен и в дальнейшем, в результате целенаправленной работы ведущих методических центров, будет произведен отбор материалов, действительно отвечающих современным требованиям информационно-образовательной среды.

Изложенное свидетельствует о существовании серьезного противоречия, обусловленного с одной стороны интенсивно развивающимися процессами информатизации образовательной практики, с другой стороны - стихийным, слабоуправляемым характером этих процессов в системе отече-

ственного географического образования как на уровне общеобразовательной, так и высшей школы. Обсудим некоторые аспекты указанной проблемы. Первый из них связан с анализом способов представления современной географической информации.

Географическая информация. Значительная доля информации, с которой имеет дело человек, является пространственной, или географической.

Пространственная информация передается в основном с помощью мелкомасштабных общегеографических и тематических карт и атласов, топографических карт, аэрокосмических снимков, планов и схем, адресов размещения объектов, маршрутов движения и других сведений.

Однако крылатая фраза «Карта - альфа и омега географии» наполняется в современном обществе новым содержанием. Кроме традиционной бумажной карты в жизнь человека врывается электронная карта, несущая разнообразную географическую пространственную информацию.

Географическая карта становится динамичной, интерактивной. Карту можно совместить с космическим снимком - с изображением всей Земли или отдельного села, как они видны из космоса. Космический снимок отражает реальное положение дел в определенный момент времени в данной местности.

Сегодня в Интернете стали привычными карты и космические снимки облачности, циклонов, ландшафтов и т. д. В Российской Федерации в рамках Федеральной целевой программы «Электронная Россия» разрабатывается Концепция формирования Российской инфраструктуры пространственных данных как элемента общегосударственных информационных ресурсов.

По существу, в современный период человек изучает, анализирует, просматривает результаты обработки пространственных данных в географических информационных системах.

Геоинформационные системы (ГИС) и геоинформационные технологии (ГИС-технологии) получили сегодня в мире самое широкое применение. ГИС активно используются для решения научных и практических задач на локальном, региональном, федеральном и глобальном уровнях. ГИС-технологии применяют для комплексного изучения природно-экономического потен-

циала крупных регионов, инвентаризации природных ресурсов, проектирования транспортных магистралей, обеспечения безопасности человека и т. д.

Современное состояние общества, значительное усложнение его инфраструктуры требуют от новых поколений овладения новыми средствами и методами обработки и анализа пространственной информации, методами оперативного решения задач управления, оценки и контроля изменяющихся процессов. Геоинформационные технологии предоставляют такие новые методы и средства обработки информации, которые обеспечивают высокую наглядность отображения разнородной информации и доступный инструментарий для анализа реальности. ГИС обладают огромным потенциалом для анализа информации с целью принятия управленческих решений в социально-экономической сфере .

Но процессы, свойственные всему обществу, определяют необходимость внедрения инновационных геоинформационных технологий в процесс обучения на уровне не только высшего профессионального образования, но и на уровне общеобразовательной школы. Для реализации огромного потенциала ГИС необходимо проводить широкую подготовку пользователей географическими информационными системами. Среди технологий, которые должны занять центральное место в подготовке учителя географии, особо выделим технологии ГИС (технологии географических информационных систем, ГИС-технологии).

Сущность ГИС технологий и их образовательные возможности. Кратко ГИС определяются как информационные системы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, отображение и распространение данных, а также получение на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных явлениях. Необходимо подчеркнуть их способность хранить и обрабатывать пространственные, или географические, данные, что и отличает ГИС от иных информационных систем. Важность ГИС-технологий для географического образования определяется их функциональными возможностями, которые полностью соответствуют традиционным методам географического изучения окружающего пространства, более того, заметно

расширяют их и выводят на совершенно иной, качественно новый уровень.

Инструментальные возможности ГИС включают простейшие картометрические операции, в том числе вычисление расстояний между объектами, площадей объектов, абсолютных высот; выполнение морфометрических операций; операции оверлея с выявлением взаимосвязей между географическими объектами и процессами; пространственный анализ; пространственное моделирование. ГИС-технологии обеспечивают визуализацию исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки в виде тематических географических карт.

ГИС-технологии предоставляют пользователям возможности создания, отображения и анализа растровых данных. Растровые данные, или грид-данные, особенно удобны для отображения географических явлений непрерывных в пространстве, таких как рельеф, осадки, температура, плотность населения и других данных, которые можно представить в виде статистических поверхностей. Грид-данные используются также для анализа различного рода потоков по поверхности, например, поверхностного стока, а также изменений географических явлений во времени. ГИС поддерживают функции пространственного анализа: анализ близости, оверлейный анализ и пространственные операции. Становятся доступными для географов многие сложные функции трехмерного и перспективного отображения, моделирования и анализа поверхностей. В частности, ГИС включают возможности создания и работы с триангуляционными нерегулярными сетями (TIN). TIN - это специфическая векторная топологическая модель данных, наиболее подходящая для отображения и моделирования поверхностей, создания 3-D моделей рельефа.

ГИС-технологии обеспечивают работу с данными дистанционного зондирования, которые сегодня являются одним из главных источников пополнения новой информацией пространственных баз данных в геоинформационных системах и в географии в целом.

Сказанное выше подчеркивает высокий образовательный потенциал ГИС технологий. Создание методических условий для его реализации в образовательном процессе

позволяет говорить о геоинформационном образовании.

Высшее геоинформационное образования. Во всем мире быстро прогрессирует геоинформатика - новая отрасль науки, техники и производства. Геоинформа-ционные (ГИС) технологии завоевывают все большую популярность и официальное признание в нашей стране. За последние 10-15 лет в России созданы крупные гео-информационные научно производственные центры (в том числе «Уралгеоинформ» в Екатеринбурге). В ряде университетов открыты кафедры геоинформатики, ГИС, геоинформационного картографирования и т. п. В учебные профессионально-образовательные программы подготовки специалистов в университетах России введен курс «Геоинформатика» (в вузах Свердловской области - в Уральском горно-геологическом университете, Уральском лесотехническом университете, Уральском государственном университете и некоторых других). Издаются монографии, научные журналы, проведены сотни научных съездов и конференций. Разрабатываются отечественные учебники и учебные пособия, учебные ГИС. Появились специалисты, получившие высшее образование в области создания и использования ГИС. В Роскарто-графии геоинформатика - одно из основных направлений деятельности. Геоинформатика входит в перечень специальностей ВАК с правом присуждения ученых степеней по географическим, геологическим, техническим и математическим наукам.

Однако среди специальностей высшего профессионального образования мы не найдем геоинформатику. Она все еще остается частью «прикладной информатики». Но геоинформатика сегодня - не только «прикладная наука в географии», но и в геологии, геодезии, геофизике, океанологии, планетологии - словом, во всех науках о Земле и связанных с ними социально экономических отраслях знания (экономической географии, демографии, этнографии, археологии и многих др.). Геоинформатика - базовая наука для всех наук о Земле, их общий язык и метод, стоящий в одном ряду с математикой, физикой, информатикой и кибернетикой .

Отсутствие специальности «геоинформатика» приводит к целому ряду проблем в области геоинформационного образования.

Одна из них - кадровая: квалифицированных кадров, подготовленных для работы с геоинформационными системами в нашей стране, явно недостаточно. Этот тезис фактически был сформулирован около 10 лет назад . Однако он остается актуальным и в настоящее время. По-прежнему остается проблемным техническое и программное обеспечение в силу их дороговизны. Как и раньше не хватает хороших учебников по геоинформатике, учитывающих содержание подготовки по разным специальностям, в частности по географии.

Высшее педагогическое образование практически не занимается подготовкой специалистов в области геоинформатики. В Государственном образовательном стандарте по специальности «Информатика» такой дисциплины нет. В отдельных вузах введено преподавание геоинформатики в рамках блока «дисциплин по выбору» или факультативов .

Государственный образовательный стандарт высшего педагогического образования по географии ограничивается одной фразой в рамках курса «Картографии с основами топографии», которая предполагает лишь знакомство будущих учителей географии с несколькими понятиями из геоинформатики . То же относится и к учебникам по данному курсу, в содержании которых на географические информационные системы отведено 2-3 страницы текста. Такое положение дел вряд ли можно признать правильным и соответствующим современному уровню и значимости геоинформационных технологий.

ГИС-технологии в Уральском государственном педагогическом университете. В учебные планы географов и экологов Уральского государственного педагогического университета в рамках национально-регионального компонента введен курс «Географические информационные системы» в объеме 80 часов общей трудоемкости. Основная образовательная цель курса: овладение ГИС-технологиями на уровне пользователя, что позволило бы выпускникам, специалистам использовать эти технологии как мощное инновационное средство обучения географии в общеобразовательной школе.

Для методического обеспечения процесса изучения курса «Географические информационные системы» автором разрабо-

тана серия ГИС-проектов, точнее - основа этих проектов. Среди них: ГИС «Свердловская область», ГИС «Екатеринбург», ГИС «Калиновский лесопарк», ГИС «Топографическая карта», ГИС «Студенческий городок УрГПУ» и другие. Материалы ГИС, имеющиеся на географо-биологическом факультете, позволяют внедрять эти технологии в основные дисциплины профессионально-образовательной программы по специальности «география»: Физическая

география России, Физическая география материков, Экономическая география зарубежных стран, Экономическая география России, География Свердловской области, Региональная экология и многие другие.

Приоритетным проектом в системе методического обеспечения учебного курса «Географические информационные системы» выступает ГИС «Свердловская область». Он нацелен на разностороннее изучение студентами своего региона в рамках национально-регионального компонента высшего образования.

На основе растровых изображений топографических и мелкомасштабных карт созданы основные темы (слои) ГИС: рельеф в горизонталях, реки, озера и водохранилища, дороги, растительность и другие. Производится формирование баз данных для отдельных слоев. В частности для административных районов Свердловской области в атрибутивную таблицу внесены статистические данные по населению (численность, рождаемость, смертность), по экологической ситуации (объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, загрязнение поверхностных вод) и другие.

Социально-экономические аспекты характеристики региона базируются на материалах Областного комитета государственной статистики. Это данные по населению области, по состоянию окружающей среды, по экономике, на основе которых возможно составление серии тематических карт. Изучение природных особенностей региона на начальном этапе опирается на ряд тематических карт природных компонентов. Материалы дистанционного зондирования могут быть использованы для корректировки содержания отдельных тем и для разработки новых материалов. Разработка этого ГИС-проекта позволило насытить картографическими материалами учебное пособие по курсу «География Свердловской области».

ГИС «Заповедник Денежкин Камень» - локальный проект, содержащий разнообразные материалы и базы данных по заповеднику. В рамках проекта возможен детальный пространственный анализ рельефа территории, который включает преобразования слоя с горизонталями в растровый формат и в grid-темы, анализ grid-тем, анализ растра, построение карт рельефа методом отмывки, построение карт углов наклона, экспозиции склонов, построение топографической триангуляционной поверхности (TIN-слоя), построение поперечных профилей, построение 3-D моделей.

Данные растительности содержат подробные характеристики каждого выдела по составу, возрасту, полноте, бонитету древостоя, характеру наземного покрова, т. е. подробные таксационные материалы. Это позволяет получить подробную характеристику растительности всего заповедника и отдельных его частей методами ArcView GIS. В рамках проекта возможен анализ данных фенологических исследований (построение карты мощности снежного покрова, карты сроков наступления основных фенологических явлений и другие).

Проект «Топографическая карта». Проект содержит изображения ряда реальных топографических карт масштаба 1: 100000 на территорию Свердловской области, а также учебную карту масштаба 1: 50 000 «У-34-37-В Снов». Карты имеют привязку в системе реальных прямоугольных координат, которая выполнена с помощью программы Rectify. Соответственно разработанные на основе карт-подложек файлы-источники данных (темы ArcView) хранятся спроектированными (в проекции Гаусса-Крюгера).

Локальные проекты «Город Екатеринбург», «Кытлымские среднегорья», «Калиновский лесопарк», «Университет», «Моя школа» имеют учебное и справочное значение. Главное их отличие от крупных региональных проектов заключается в возможности применения в этих проектах, помимо основных возможностей программы Arc-View GIS, методов пространственного анализа, построения топографических поверхностей, профилирования и 3-х мерного моделирования.

ГИС «Университет» представляет проект, который может быть по аналогии реализован в школах (ГИС «Родная школа»,

ГИС «Мой микрорайон») и вызовет, несомненно, большой интерес у школьников. В рамках такого проекта выполняется серия карт (планов) участка, для которых можно сформировать базы данных по всем объектам, расположенным на таком участке: различные строения, сооружения, растительность, тропинки и т. д. В дальнейшем на основе наблюдений за объектами могут быть получены и внесены в базы данные о загрязнении атмосферного воздуха, данные

о характере растительности, о почвенном покрове и т. д. Трехмерные модели школы и прилегающего микрорайона с показом отдельных объектов привнесут в такие проекты элементы новизны и необычности, вызовут особый интерес у школьников. Все это предоставляет уникальные возможности для организации самостоятельной работы школьников поискового, творческого характера, основанной на ГИС технологиях.

ГИС технологии в образовательной школе. Государственный стандарт общего среднего образования по географии требует, чтобы изучение данного предмета в школе было направлено на овладение умениями ориентироваться на местности; использование одного из «языков» международного общения - географической карты, статистических материалов, современных геоинформационных технологий для поиска, интерпретации и демонстрации различных географических данных.

В настоящее время в ряде стран мира (в частности, в США, Великобритании, Австрии и др.) цифровые образовательные ресурсы и географические информационные системы широко применяются в школьном географическом образовании. О необходимости внедрения геоинформационных технологий в систему общего образования России говорили еще 10 лет назад . Однако проблема использования и проектирования геоинформационных систем в средней школе на практическом уровне до настоящего времени не решена. Применение ГИС происходит пока только в рамках отдельных экспериментов. Проводятся редкие научные исследования с целью обоснования и практической реализации методической системы обучения созданию и использованию учебных геоинформационных систем в различных курсах средней школы .

Особого внимания заслуживает Школьная ГИС «Живая география» (Информационный источник сложной структуры), разработанная ЗАО КБ «Панорама» и ИТЦ «СканЭкс» . Имеется опыт применения ГИС «Живая География» в школах Москвы и других регионов России. Программная оболочка (инструмент) для работы с геопространственными данными, комплект цифровых карт мира и России а также коллекция космических снимков доступны для пользователей на сайте Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов .

Школьная ГИС повышает эффективность учебного процесса за счет использования ГИС технологий в решении разнообразных традиционных и новых географических задач, решаемых на уроках географии. Среди таких задач поиск и анализ географической информации, имеющейся на карте; определение по карте расстояний, направлений, высот точек; географических координат, местоположения, протяженности и площади географических объектов; описание свойств географических объектов. Сопоставление и сопряженный анализ карт разного содержания на одну и ту же территорию целью выявления взаимосвязей, например, между климатом и рельефом, климатом и растительностью и т. п. Подобные задания сложны для выполнения при использовании традиционных карт, поскольку основаны на операциях наложения нескольких карт мысленно, порой имеющих разные масштабы. ГИС-технологии решают эту задачу быстро и помогают провести ученику такой сопряженный анализ, что развивает навыки интеллектуального труда.

Сложностью отличаются учебные задачи чтения рельефа по карте. При их решении школьникам необходимо представить территорию, изображенную на плоскости в трехмерном виде. Геоинформационные технологии оказывают существенную помощь в решении этой задачи на основе визуализации трехмерных моделей территории, что несомненно развивает пространственное воображение учащихся.

На основе ГИС-технологий школьникам становятся доступным создание собственных цифровых карт на базе имеющихся тематических слоев, редактирование цифровых контурных карт, подготовка карт к изданию (выполнение компоновки карт).

Кроме того, ГИС-технологии обеспечивают возможность постоянного обновления статистических материалов и цифровых карт силами самих школьников под руководством учителя, в отличие от традиционных «бумажных» карт. Таким образом, у современного учителя появляется возможность обучать географии, используя самые последние актуальные географические данные о природе, населении и хозяйстве и их взаимосвязях, рассматриваемых на разных уровнях организации географического пространства.

Разработка локальных проектов, расширение баз данных, привлечение новых картографических материалов, материалов дистанционного зондирования, вполне доступны для школьников и могут быть использованы в учебном и внеучебном процессе в школе.

Итак, технологии ГИС значительно усиливают деятельностный аспект обучения. Учащиеся самостоятельно добывают «новые знания», одновременно усваивая новые приемы работы, транслирующие особенности современных научных методов географического познания. Они получают начальную подготовку и опыт практической деятельности с использованием современных технологий. ГИС способствуют достижению важной цели, заложенной ФГОС второго поколения, - личностному результату образования.

Программы ГИС. Перечень современных программных продуктов ГИС достаточно разнообразен и обширен. В нем можно насчитать более двух десятков программ, относящихся к профессиональным или к настольным ГИС. Среди наиболее распространенных: ГИС MapInfo Pro, Arc/INFO, ArcView GIS, GeoMedia, WinGIS, GeoGraph/ GeoDraw, ГИС «Панорама» и некоторые другие.

Функциональные возможности этих программ, по большому счету, близки, особенно для учебных целей в рамках рассматриваемой проблемы внедрения ГИС технологий в систему географического образования. Программы ГИС имеют средства создания и редактирования цифровых векторных и растровых карт, выполнения измерений и расчетов расстояний и площадей, оверлейных операций, построения 3D-моделей, обработки растровых данных, (например, данных дистанционного зондиро-

вания, в частности цифровых космических снимков), средства тематического картографирования, подготовки карт к изданию, инструментальные средства для работы с базами данных. Вместе с тем выбор программ для использования в учебном процессе в вузе, пока опирается на субъективную оценку преподавателя. А оценка зависит во многом от политики ведущих фирм производителей программных продуктов по продвижению их на рынок.

В соответствии со стратегией ESRI (разработчик Arc/INFO и ArcView GIS), учебные заведения и библиотеки могут приобрести распространяемые этой компанией программные продукты по льготным ценам. Кроме того, ESRI и дистрибьюторы этой компании (ДАТА+) реализуют долгосрочную программу поддержки учебных заведений, направленную на развитие ГИС образования. В соответствии с этой программой учебные заведения, организующие на своей базе учебные классы и включившие ГИС-курсы в учебное расписание, могут на конкурсной основе получить необходимые программные продукты семейства ArcGIS практически бесплатно (оплачиваются только расходы за доставку, таможенную очистку и льготную стоимость обучения работе с полученными продуктами в сертифицированных учебных центрах).

В России в рамках поэтапной реализации этой стратегии DATA+ совместно с Министерством образования Российской Федерации и Государственным НИИ информационных технологий и телекоммуникаций «Информатика» оснастили ГИС- продуктами более 100 учебных классов в разных районах России и других стран ближнего зарубежья .

ЗАО КБ «Панорама» проводит аналогичную политику, реализуя программу поддержки высших учебных заведений, использующих ГИС технологии в учебном процессе. 48 вузов России, из них 11 классических университетов и 1 педагогический вуз (Воронежский ГПУ) используют ГИС «Панорама» («ГИС Карта-2008», «Панорама редактор» и другие приложения). Эти программные продукты применяют 19 вузов Украины, 3 - Белоруссии, один - Сирийской Арабской Республики.

Как было показано выше, КБ «Панорама» разработало Школьную ГИС «Живая география», которая проходит апробацию в

школах Москвы и в некоторых других регионах. К сожалению, опыт использования этой программы почти не известен широкому кругу преподавателей географических специальностей вузов и учителей географии. В журнале «География в школе» за последние 5 лет появилась всего лишь одна статья по рассматриваемой проблеме .

По нашей оценке Школьная ГИС наряду со многими положительными качествами, и прежде всего функциональными возможностями, имеет существенный недостаток, который вытекает из содержания исходный ГИС «Панорама». Цифровые географические карты мира и России, включенные в Школьную ГИС не адаптированы к задачам школьного образования.

В качестве базовой карты используются слои цифровой карты России, соответствующие по своей подробности и содержанию карте масштаба 1: 1 000 000 (для карт мира - 1: 5 000 000). Напомним, что карты атласов России и мира имеют масштабы

1: 25 000 000 и 1: 80 000 000. Такая детальность базовых карт Школьной ГИС абсолютно не нужна и более того, она мешает построению обобщенных карт различной тематики. Хотя процесс генерализации карт авторами программы предусмотрен. Школьная ГИС, на наш взгляд, также имеет и достаточно сложный интерфейс. Однако, несмотря на эти замечания, можно только приветствовать эту важную попытку донесения ГИС технологий до школьного образования. Это первый реальный шаг по внедрению новой инновационной технологии в географическое образование.

Выводы. Необходимость использования ГИС технологий в системе отечественного географического образования очевидна. Очевидно и то, что ГИС необходимо рассматривать как один из важных инновационных ресурсов дальнейшего развития системы отечественного географического образования. Однако для реализации этого потенциала требуются определенные организационные решения Министерства образования и науки Российской Федерации для оптимизации перехода от деятельности отдельных преподавателей-энтузиастов к целенаправленному внедрению ГИС техноло-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

гий в учебный процесс вузов и школ. Необходима разумная стандартизация всей деятельности в области ГИС-образования: от подготовки учителей географии до внедрения технологий в школьное географическое образование.

Приоритетным направлением деятельности в области ГИС-образования должно стать развитие учебно-методического обеспечения, разработка структуры и содержания подготовки специалистов - учителей географии в области ГИС технологий. Разработка структуры учебно-методического обеспечения должна учитывать достижения ведущих отечественных педагогических вузов. Целесообразно, на наш взгляд, определение ведущего программного обеспечения ГИС технологий на конкурсной основе с участием географов, преподавателей педагогических вузов и учителей географии.

Наряду с подготовкой специалистов, необходимо осуществлять переподготовку и подготовку учителей географии в области ГИС-образования. Это важнейшая и более сложная задача в силу ряда причин: отсутствие или недостаток специалистов, обеспечивающих проведение курсов ПК, проблемы с приобретением программных продуктов, общий недостаточный уровень компьютерной грамотности действующих учителей географии и другие.

Именно поэтому важно определить адаптированное к школьному образованию ведущее программное обеспечение ГИС, обеспечить свободный доступ к нему (на сайте Единой коллекции цифровых ресурсов Министерства образования и науки РФ) или определить льготные условия приобретения с поставщиками. Выполнение этого условия позволит многократно активизировать процесс внедрения ГИС технологий в школьное образование.

Повышение квалификации учителей может осуществляться через Интернет, с размещением на сайте учебных материалов и методик их использования для школьного образования. Доступность материалов в сети Интернет позволит существенно расширить число подготовленных учителей географии, по сравнению с традиционным способом повышения квалификации.

1. БЕРЛЯНТ, А. М. Географические информационные системы в науках о Земле / А. М. Берлянт // Соросовский образовательный журнал. - 1999. - №5.

2. БЕРЛЯНТ, А. М. Электронное картографирование в России / А. М. Берлянт // Соросовский образовательный журнал. - 2000. - Т. 6, №1.

3. БЕРЛЯНТ, А. М. УМО по классическому университетскому образованию России. Секция картографии и геоинформатики / А. М. Берлянт // «Геопрофи», М., 2003. - №4.

4. ГИС способствует развитию школьного образования. По статье в ArcNews, зима 2001-2002 гг. - Режим доступа: http: //www.dataplus.ru/ARCREV/Number_21/ 3_Scool2. html (дата обращения: 15. 03.2008).

5. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ образовательный стандарт высшего профессионального образования по специальности «032500 География». - М., 2005 .

6. ГОХМАН, В. Познание мира через ГИС / В. Гохман. - Режим доступа: http: //www.dataplus. ru/Industries/15Study/1_world. htm (дата обращения: 15.03.08).

7. ГУТОРОВА, Л. Е. Преподавание геоинформатики в вузе / Л. Е. Гуторова // Педагогическая информатика. - 2003. - №2.

8. ГУТОРОВА, Л. Е. Основы геоинформатики и геоинформационных технологий: электронный учебник по курсу «Основы геоинформатики и ГИТ» для студентов педагогических вузов / Л. Е. Гуторова; НТГСПА. - Нижний Тагил, 2004.

9. ЕДИНАЯ коллекция цифровых образовательных ресурсов. - Режим доступа: http: //school-collection.edu.ru/ (дата обращения: 20.02.09).

10. ЖЕЛЕЗНЯКОВ, А. В. Информационный геокомплекс, предназначенный для использования в процессе обучения географии в общеобразовательной школе и включающий программный инструмент для работы с цифровыми географическими картами, комплект цифровых географических карт и снимков, полученных с искусственных спутников Земли: руководство пользователя / А. В. Железняков, О. В. Григорьев, Д. В. Новенко [и др.]. - М., 2007.

11. КОНДАКОВ, А. М. Новые информационные технологии и стандарт второго поколения. Федеральный государственный образовательный стандарт. ФГОС Публикации /А. М. Кондаков. - Режим доступа: http: //standart.edu.ru/doc.aspx? DocId=761 (дата обращения: 08. 02. 09).

12. НОВЕНКО, Д. В. Использование геоинформационных технологий в школьном географическом образовании / Д. В. Новенко // География в школе. - 2007. - №7.

13. НОВЕНКО, Д. В. Информационный источник сложной структуры «Использование школьной ГИС (Живая География)»: метод. пособие для учителя географии / Д. В. Новенко, Н. Н. Петрова, А. В. Симонов, Е. В. Смирнова.- М., 2008.

14. НОВЕНКО, Д. В. Информационный источник сложной структуры «Использование школьной ГИС (Живая География)»: учеб.-метод. пособие для учащихся / Д. В. Новенко, Н. Н. Петрова, А. В. Симонов, Е. В. Смирнова - М., 2008.

15. ОСНОВЫ геоинформатики: в 2 кн. : учеб. пособие для студентов вузов / Е. Г. Капралов, А. В. Кошкарев, В. С. Тикунов [и др.] ; под ред. В. С. Тикунова. - М. : Изд. центр «Академия», 2004.

16. ПРОЛЕТКИН, И. В. ГИС и средняя школа. - Режим доступа: http: //old. sgu.ru/ogis/gis_otd/publ8. htm (дата обращения: 23.01.09).

17. СИМОНОВ, А. В. Геоинформационное образование в России: проблемы, направления и возможности развития / А. В. Симонов. - Режим доступа: http: //cnit.pgu.serpukhov.su/WIN/gisobrru.htm (дата обращения: 23.01.09).

18. ХАСАНШИНА, Н. З. Теория и методика использования учебных геоинформационных систем в профильной подготовке школьников: дис. ... канд. пед. наук / Н. З. Хасаншина. - Тольятти, 2004.

19. ШАЙТУРА, С. В. Концепция создания и использование единой школьной геоинформационной гиперсистемы. Интернет. Общество. Личность - ИОЛ-2000. Секция: F. Телекоммуникации и Интернет в среднем образовании / С. В. Шайтура. - Режим доступа: http: //www.ict.edu.ru/vconf/index. php?a=vconf&c=getForm&r=thesisDesc&d=light&id_sec=139&id_thesis=5408 (дата обращения: 23.01.09).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

История создания географических информационных систем, их классификация и функции. Сущность геохимической оценки техногенных аномалий. Применение геоинформационной системы ArcView 9 для оценки загрязнения тяжелыми металлами атмосферного воздуха г. Ялты.

дипломная работа , добавлен 19.12.2012


Информационное обеспечение экологических исследований. Структура и особенности экспертной системы. Преимущества геоинформационных систем. Модели в "математической экологии". Системы получения данных. Объединение различных информационных технологий.

реферат , добавлен 11.12.2014


Особенности экологии района: основные проблемы Челябинской области в сфере экологии, влияние промышленных предприятий на экологию, пути и методы решения экологических проблем. Усовершенствование технологий по очистке природной среды от отходов.

доклад , добавлен 15.07.2008


Основные виды хроматографии. Применение хроматографических методов в экологическом мониторинге. Применение хроматографии в анализе объектов окружающей среды. Современное аппаратурное оформление. Методы проявления хроматограмм и работа хроматографа.

курсовая работа , добавлен 08.01.2010


Использование геоинформационных систем для создания карт основных параметров окружающей среды в нефтегазовой отрасли с целью выявления масштабов и темпов деградации флоры и фауны. Базовые основы системы мониторинга и комплексной оценки природной среды.

курсовая работа , добавлен 27.02.2011


Понятие мониторинга загрязнения вредными веществами, его цели и задачи, классификация. Институты регионального мониторинга состояния экологии. Построение системы регионального наблюдения в Республике Беларусь. Некоторые результаты стационарных наблюдений.

реферат , добавлен 30.05.2015


презентация , добавлен 27.11.2015


Общая характеристика загрязнений естественного и антропогенного происхождения, физические, химические и биологические загрязнения природной среды. Последствия загрязнения и неблагоприятное изменение нашего окружения, контроль и ликвидация отходов.

1

Огромное количество природных катастроф возникает в результате необдуманных действий человечества. Причина торфяных пожаров кроется в осушении болот Восточно-европейской равнины для добычи торфа, а наводнение на Дальнем востоке принесло мощные разрушительные последствия. Современное экономическое развитие человечества не должно допустить изменения природной сферы, уничтожения жизни. В рамках современного экологического образования очень актуальным становится использование информационных технологий, среди которых, прежде всего, следует выделить геоинформационные технологии и средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Именно они дают возможность наглядно оценить обстановку вокруг места аварии, рассчитать зону паводкового затопления, продвижение фронта пожара, распространение химического или радиоактивного загрязнения. С их помощью можно автоматически подсчитать площади пострадавших участков, оценить объемы химических и радиоактивных осадков, выделить населенные пункты и прочие объекты, находящиеся в пределах опасной территории. Информация, получаемая от систем космической съемки, применяется при решении задач экологического мониторинга. Использование материалов космической съемки рассматривается в качестве необходимого элемента формирования и функционирования региональной ГИС «Управление рисками чрезвычайных ситуаций в Свердловской области». Становится очевидной необходимость ориентации экологического образования на максимальное использование возможностей геоинформационных технологий в решении вопросов охраны окружающей среды.

экологическое образование

геоинформационные технологии (ГИС)

средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

принцип Ле-Шателье

1. Коберниченко В.Г., Иванов О.Ю., Зраенко С.М. Региональный мониторинг природных чрезвычайных ситуаций на основе средств дистанционного зондирования Земли // Экология и рациональное природопользование / Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2005. – Т. 166. – С. 110–112.

2. Коберниченко В.Г. Использование данных космических систем наблюдения для мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций на региональном уровне // Вестник УГТУ-УПИ. На передовых рубежах науки и инженерного творчества. Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. – № 15 (45). – С. 105–107.

3. Основные требования к построению цифровой геологической модели породного массива / М.А. Журавков, О.Л. Коновалов, А.В. Круподеров, С.С. Хвесеня // Изв. вузов. Горный журнал, 2014. – № 2. – С. 56–62.

4. РИА Новости. Природных пожаров в России в этом году стало меньше почти на 40 %. Режим доступа http://ria.ru/danger/20110912/435863836.html.

5. РИА Новости. Общий ущерб от паводка на Дальнем Востоке может превысить 30 млрд. руб. Режим доступа http://ria.ru/society/20130827/958867045.html.

6. Солнцев Л.А. Геоинформационные системы как эффективный инструмент поддержки экологических исследований. Электронное учебно-методическое пособие. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. – 54 с.

7. Хорошавин Л.Б., Медведев О.А., Беляков В.А. и др. Торф: возгорание торфа, тушение торфяников торфокомпозиты / МЧС России. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2013. – 256 с.

8. Экология: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. / В.Н. Большаков, В.В. Качак, В.Г. Коберниченко и др.; под ред. Г.В. Тягунова, Ю.Г. Ярошенко. М.: Логос, 2010. – 504 с.

9. Геоинформационное образование в России (электронный ресурс). Режим доступа http://kartaplus.ru/gis3.

Катастрофическое нарастание экологического неблагополучия на Земле является побочным результатом экономического развития. Если в прошлом столетии на загрязнение окружающей среды закрывали глаза, то сегодня мировое сообщество пришло к выводу о невозможности здорового общества и здоровой экономики при неблагоприятной среде жизни. Особенно остро стоит вопрос экологического мониторинга в горно-промышленных регионах России. Бурное развитие горнодобывающего, металлургического, химико-технологического и машиностроительного производств наносит огромный вред природе в виде окружающей среды вредными отходами техногенного производства. Экономическое развитие должно прекратить разрушение окружающей среды, чтобы спасти человечество от экологических катастроф и не допустить изменения природной сферы, происходящие во вред как людям, так и другим формам жизни. В связи с этим актуальным и востребованным становится экологическое образование. Сегодня без грамотного эколога не должно обходиться ни одно промышленное предприятие.

В настоящее время многие развитые страны мира осознали необходимость экологического образования населения для обеспечения социально-политической и экологической стабильности государств, их национальной безопасности. Экологическое образование стоит в одном ряду со знанием родного языка, информационных технологий, основ экономики и является востребованным на рынке труда.

В экономически развитых странах экологическое образование имеет достаточно большую историю и опыт, подкреплено национальными законами, гарантированным финансированием, эффективной инфраструктурой государственно-общественных организаций. Так, в 1990 г. в США был принят национальный Закон «Об образовании в области окружающей среды». В нем определены цели и политика; аппарат управления; основные направления содержания; финансирование; подготовка кадров; структура советов, комиссий, фондов, их полномочия; поощрения в системе экологического образования.

Российское экологическое просвещение стало развиваться в 70-е годы XX века, именно тогда начался переход от просвещения в области проблем окружающей среды к природоохранной деятельности. В качестве одного из приоритетных направлений решения экологических проблем определены экологическое образование, просвещение и воспитание населения. В 2007 году лабораторией экологического образования Института содержания и методов обучения, была разработана Концепция общего экологического образования для устойчивого развития.

С позиции концепции с особым вниманием нужно относиться к принципу Ле-Шателье: «любое изменение среды (вещества, энергии, информатизации, динамических качеств экосистем) неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер». Приведем в качестве доказательства принципа пример пожаров в России летом 2010 года. Причина этих пожаров кроется в осушении болот Восточно-европейской равнины для добычи торфа. После распада СССР болота забросили и не проанализировали ситуацию, оставшийся торф в условиях аномально жаркого лета стал причиной пожаров, в которых пострадало 199 населенных пунктов в 19 субъектах федерации, сгорели 3,2 тысячи домов, погибли люди. Общий ущерб составил свыше 12 миллиардов рублей .

Сводная таблица потерь от пожаров и наводнений

			Материальный ущерб
(Все пожары)	500 тысяч га.	53 человека от пламени 55800 от вторичных факторов	15 млрд. р.	Июль-август
Центральный федеральный округ (Преимущественно торфяные пожары)		Увеличение смертности в Москве на 1000 человек в день	Убытки на строительство нового жилья и компенсации погорельцам 6,5 млрд. р.	Июль-август
Наводнения
Краснодарский край	520 тысяч кв. м.	172 человека	20 млрд. р.
Дальний восток	8 млн. кв. км.		40 млрд. р.	Август-ноябрь 2013 г.

В России насчитывается около 5 миллионов гектаров осушенных болот, большая часть которых находится в густонаселенных регионах Европейской России. Торфяной пожар считается самым опасным, так как в воздух выбрасывается большее количество углекислого газа, двуокиси серы и дыма, чем при лесных пожарах или травяных палах .

В 2013 году другая стихия - наводнение на Дальнем востоке - нанесла огромный ущерб России. Неожиданность катастрофы явилась настоящим сюрпризом для государства, разрушению подверглись более 190 населенных пунктов в Амурской области, Еврейской автономной области и Хабаровском крае. Было затоплено около 8 тысяч жилых домов с населением 36339 человек (из них более 10 тысяч детей) .

Природные катастрофы, происходящие вблизи промышленных предприятий, создают опасность чрезвычайных ситуаций техногенного характера, борьба с последствиями которых гораздо дороже их своевременного предотвращения.

Накопленный объем фундаментальных знаний о природе, обществе и взаимоотношений в биосфере, эмпирических данных по проблеме «человек и окружающая среда» не обеспечивает необходимый уровень формирования современного научного мировоззрения. Нужно не только знать, но и уметь использовать эти знания в поиске решений проблем сохранения природы и обеспечения устойчивого развития природы и общества.

Концепция устойчивого развития может быть реализована только при условии соблюдения девяти принципиальных подходов . Первый из них - это борьба с причинами, а не с последствиями неблагоприятной деятельности людей, а восьмой - формирование экологического мышления, развитие экологического образования, обеспечивающего повышение экологической культуры общества.

• приоритет социальных аспектов экологических проблем;
• анализ естественной и созданной человеком окружающей среды;
• требование информированности и знаний законов устойчивого развития;
• междисциплинарность;
• значение навыков, отношений, ценностей и желания участвовать в принятии решений, направленных на улучшение качества окружающей среды.

В этих принципах заложено содержание экологических компетенций, которые необходимо формировать как результат экологического образования.

Современное экологическое образование тесно связано с использованием информационных технологий, среди которых, прежде всего, следует выделить геоинформационные технологии и средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Именно они дают возможность наглядно оценить обстановку вокруг места аварии, рассчитать зону паводкового затопления, продвижение фронта пожара, распространение химического или радиоактивного загрязнения. С их помощью можно автоматически подсчитать площади пострадавших участков, оценить объемы химических и радиоактивных осадков, выделить населенные пункты и прочие объекты, находящиеся в пределах опасной территории .

Использование геоинформационных систем (ГИС) позволяет оперативно получать информацию по запросу и отображать её на картооснове, оценивать состояние экосистемы и прогнозировать её развитие.

Использование материалов космической съемки рассматривается в качестве необходимого элемента формирования и функционирования региональной ГИС «Управление рисками чрезвычайных ситуаций в Свердловской области». К числу наиболее актуальных для Свердловской области относятся задачи обнаружения лесных пожаров, определения границ затопления (паводковых вод), актуализация сведений о состоянии шлаконакопителей, промышленных свалок.

По данным МЧС по Свердловской области паводкоопасными являются более 20 районов, сложная паводковая ситуация весной наблюдается в бассейнах рек Исеть, Уфа, Тагила, Сылва, Пышма и Тура. Проект по космическому мониторингу поводковой ситуации выполнялся в Центре космического мониторинга Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. Материалы работы предоставлялись в Территориальный центр мониторинга и реагирования на чрезвычайные ситуации в Свердловской области, специалисты которого положительно оценили возможности космических снимков для анализа состояния водных объектов и выявления территории затопления .

Важным источником информации о состоянии окружающей среды и природных ресурсах являются данные ДЗЗ с помощью оптоэлектронных многозональных и радиолокационных систем наблюдения. Информация, получаемая от систем космической съемки, применяется при решении задач экологического мониторинга лесного хозяйства (обнаружение лесных пожаров, выявление гарей, сухостоев, оценка вырубленных площадей и состояния лесных массивов), водного хозяйства (выявление взвесей, разливов нефтепродуктов и льяльных вод в акваториях портов и прибрежных зонах) нефтегазового комплекса (выявление загрязнений почвы тяжелыми фракциями нефтепродуктов) земельного кадастра внегородских территорий, и т.п.

Задачи управления рисками природных и техногенных чрезвычайных ситуаций, возможно, оперативно решать только при условии применения специальных информационных технологий. Однако, многие ведомства и организации все чаще вынуждены признать, что они не обладают квалифицированными кадрами, знающими, как использовать ГИС-технологии, не владеют современными аппаратно-программными средствами работы с цифровыми геопространственными данными, не знают как эффективно их поддерживать или архивировать . Недостаточная компетентность природоведов ведет к низкому качеству мониторинга экологических катастроф.

В стандарте ФГОС ВПО по направлению подготовки 022000 «Экология и природопользование» (бакалавриат) в списке общекультурных компетенций указано, что выпускник должен владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-13). Однако в списке профессиональных компетенций отсутствуют компетенции, связанные с профессиональным владением современных информационных технологий, необходимых для работы эколога.

В учебном плане, утвержденном в Уральском государственном горном университете, по направлению подготовки 022000 - «Экология и природопользование» из дисциплин информационной направленности присутствует только «Информатика» в объеме 144 часов. Такого объема явно недостаточно, для того чтобы овладеть современными информационными ГИС-технологиями и приобрести навыки решения экологических задач. Кроме того, лаборатории выпускающей кафедры «Геоэкология» не оснащены оборудованием, позволяющим изучать ГИС-технологии. Выход из этой непростой ситуации видится в межвузовском сотрудничестве Уральского государственного горного университета и Центра космического мониторинга Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина.

Становится очевидной необходимость ориентации экологического образования на максимальное использование возможностей геоинформационных технологий в решении вопросов охраны окружающей среды. Доступность космической съемки и современные геоинформационные технологии обработки изображений способны стать мощным средством организации контроля над самыми различными аспектами человеческой деятельности.

Рецензенты:

Хорошавин Л.Б., д.т.н., профессор, академик Международной Академии наук экологии, безопасности человека и природы, ведущий научный сотрудник Уральского отделения академии технологических наук, научный сотрудник УФ ФГБОУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России, г. Екатеринбург;

Мельчаков Ю.Л., д.г.н., профессор кафедры географии и методики географического образования, доцент, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет», г. Екатеринбург.

Работа поступила в редакцию 07.08.2014.

Библиографическая ссылка

Папуловская Н.В., Бадьина Т.А., Бадьин И.Д. РОЛЬ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СОВРЕМЕННОМ ЭКОЛОГИЧЕСКОМ ОБРАЗОВАНИИ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-8. – С. 1849-1853;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35154 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

ИНСТИТУТ МЕНЕДЖМЕНТА И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

(филиал) Санкт-Петербургского государственного политехнического университета в г. Череповце

(ИМИТ СПбГПУ)

Дисциплина: «Информатика»

Тема: «Геоинформационные системы в экологии и природопользовании»

Выполнил студент группы з.481 Барская Екатерина Александровна

№ варианта 5 № зачетной книжки з4080105

Руководитель Матвеев Николай Сергеевич

г. Череповец

Введение

Информационные системы

Программное обеспечение ГИС

Геоинформационные системы в экологии

Проект МЭМОС

Список литературы

Введение

Информационные технологии служат прежде всего цели экономии ресурсов путем поиска и последующего использования информации для повышения эффективности человеческой деятельности. В настоящее время исследования по охране окружающей среды ведутся во всех областях науки и техники различными организациями и на различных уровнях, в том числе и на государственном. Однако информация по этим исследованиям характеризуется высокой рассеянностью.

Большие объемы экологической информации, данные многолетних наблюдений, новейшие разработки разбросаны по различным информационным базам или даже находятся на бумажных носителях в архивах, что не только затрудняет их поиск, использование, но и приводит к сомнению в достоверности данных и эффективном использовании средств, выделяемых на экологию из бюджета, иностранных фондов или коммерческими структурами.

Вторым моментом, обуславливающим необходимость информатизации, является проведение постоянного мониторинга за фактическим состоянием окружающей среды, уплатой налогов, проведением экологических мероприятий. Необходимость контроля возникла с принятием платы за загрязнение еще с 1992г, когда обнаружились такие проблемы, как переиндексация платежей в связи с инфляцией, неуплата за загрязнение воз уха, «уход» от экологических платежей, обусловленные отсутствием необходимой технической базы для своевременного контроля за исполнением норм закона.

Благодаря автоматизированным мониторинговым системам контроль за природоохранной деятельностью становится более эффективным, поскольку постоянное наблюдение позволяет не только следить за правильностью выполнения закона, но и вносить в него поправки соответственно фактическим условиям экологической и социально-экономической обстановки.

На рубеже двух тысячелетий проблема взаимоотношения человеческого общества с окружающей средой приобрела острый характер. За последние десятилетия возрос риск возникновения крупных экологических катастроф, вызываемых человеком и возникающих вследствие защитной реакции природы.

Природные и антропогенные экологические катастрофы имеют исторический аспект. Различные природные катастрофы, такие как наводнения и лесные пожары, существовали на протяжении всей истории нашей планеты. Однако с развитием современной цивилизации возникли катастрофы нового типа, включающие опустынивание, деградацию земельных ресурсов, пылевые бури, загрязнение Мирового океана и др. Начало XXI столетия остро ставит задачи оценки риска экологических катастроф, принятия мер по их предотвращению. Другими словами, актуальной стала задача управления экологическими катастрофами. А это возможно при наличии необходимого информационного обеспечения о прошлом, текущем и будущем состоянии объектов окружающей среды, включая природные, природно-техногенные и антропогенные системы.

Информационные системы

Современные информационные технологии предназначаются для поиска, обработки и распространения больших массивов данных, создания и эксплуатации различных информационных систем, содержащих базы и банки данных и знаний.

В широком смысле слова, информационная система - это система, некоторые элементы которой являются информационными объектами (тексты, графики, формулы, сайты, программы и пр.), а связи носят информационный характер.

Информационная система, понимаемая в более узком смысле, - это система, предназначенная для хранения информации в специальным образом организованной форме, снабженная средствами для выполнения процедур ввода, размещения, обработки, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.

Важнейшими подсистемами автоматизированных информационных систем являются базы и банки данных, а также относящиеся к классу систем искусственного интеллекта экспертные системы. Отдельно следует рассмотреть геоинформационные системы, как одни из наиболее развитых глобальных АИС в экологии на данный момент.

Понятие о Геоинформационной системе (ГИС)

Геоинформационная система (ГИС) - это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам территории. Одна из основных функций ГИС - создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений. Берлянт А.М. Картография: Учебник для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2001. - 336 с. Основой любой информационной системы служат данные. Данные в ГИС подразделяются на пространственные, семантические и метаданные. Пространственные данные - данные, описывающие местоположение объекта в пространстве. Например, координаты угловых точек здания, представленные в местной или любой другой системе координат. Семантические (атрибутивные) данные - данные о свойствах объекта. Например, адрес, кадастровый номер, этажность и прочие характеристики здания. Метаданные - данные о данных. Например, информация о том, кем, когда и с использованием какого исходного материала, в систему было внесено здание. Первые ГИС были созданы в Канаде, США и Швеции для изучения природных ресурсов в середине 1960-х годах, а сейчас в промышленно развитых странах существует тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии, управлении и охране природных ресурсов, кадастре, науке, образовании и т.д. Они интегрируют картографическую информацию, данные дистанционного зондирования и экологического мониторинга, статистику и переписи, гидрометеорологические наблюдения, экспедиционные материалы, результаты бурения и др. Структурно, муниципальная ГИС представляет собой централизованную базу данных пространственных объектов и инструмент, который предоставляет возможности хранения, анализа и обработки любой информации, связанной с тем или иным объектом ГИС, что сильно упрощает процесс использования информации об объектах городской территории заинтересованными службами и лицами. Также стоит отметить, что ГИС может быть (и должна) интегрирована с любой другой муниципальной информационной системой, использующей данные об объектах городской территории. Например, система автоматизации деятельности комитета по управлению муниципальным имуществом должна использовать в своей работе адресный план и карту земельных участков муниципальной ГИС. Также в ГИС могут храниться зоны, содержащие коэффициенты арендных ставок, которые могут использоваться при расчете арендной платы. В том случае, когда в городе используется централизованная муниципальная ГИС, все сотрудники ОМСУ и городских служб имеют возможность получать регламентированный доступ к актуальным данным ГИС, при этом затрачивая гораздо меньшее время на их поиск, анализ и обобщение. ГИС предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления окружающей средой и территориальной организацией общества. Основу ГИС составляют автоматизированные картографические системы, а главными источниками информации служат различные геоизображения. Геоинформатика - наука, технология и производственная деятельность:

По научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем;

По разработке геоинформационных технологий;

По прикладным аспектам или приложениям ГИС для практических или геонаучных целей. Дьяченко Н.В. Использование ГИС-технологий

Программное обеспечение ГИС

Программные обеспечения ГИС делятся на пять основных используемых классов. Первый наиболее функционально полный класс программного обеспечения - это инструментальные ГИС. Они могут быть предназначены для самых разнообразных задач: для организации ввода информации (как картографической, так и атрибутивной), ее хранения (в том числе и распределенного, поддерживающего сетевую работу), отработки сложных информационных запросов, решения пространственных аналитических задач (коридоры, окружения, сетевые задачи и др.), построения производных карт и схем (оверлейные операции) и, наконец, для подготовки к выводу на твердый носитель оригинал-макетов картографической и схематической продукции. Как правило, инструментальные ГИС поддерживают работу, как с растровыми, так и с векторными изображениями, имеют встроенную базу данных для цифровой основы и атрибутивной информации или поддерживают для хранения атрибутивной информации одну из распространенных баз данных: Paradox, Access, Oracle и др. Наиболее развитые продукты имеют системы run time, позволяющие оптимизировать необходимые функциональные возможности под конкретную задачу и удешевить тиражирование созданных с их помощью справочных систем. Второй важный класс - так называемые ГИС-вьюверы, то есть программные продукты, обеспечивающие пользование созданными с помощью инструментальных ГИС базами данных. Как правило, ГИС-вьюверы предоставляют пользователю (если предоставляют вообще) крайне ограниченные возможности пополнения баз данных. Во все ГИС-вьюверы включается инструментарий запросов к базам данных, которые выполняют операции позицирования и зуммирования картографических изображений. Естественно, вьюверы всегда входят составной частью в средние и крупные проекты, позволяя сэкономить затраты на создание части рабочих мест, не наделенных правами пополнения базы данных. Третий класс - это справочные картографические системы (СКС). Они сочетают в себе хранение и большинство возможных видов визуализации пространственно распределенной информации, содержат механизмы запросов по картографической и атрибутивной информации, но при этом существенно ограничивают возможности пользователя по дополнению встроенных баз данных. Их обновление (актуализация) носит цикличный характер и производится обычно поставщиком СКС за дополнительную плату. Четвертый класс программного обеспечения - средства пространственного моделирования. Их задача - моделировать пространственное распределение различных параметров (рельефа, зон экологического загрязнения, участков затопления при строительстве плотин и другие). Они опираются на средства работы с матричными данными и снабжаются развитыми средствами визуализации. Типичным является наличие инструментария, позволяющего проводить самые разнообразные вычисления над пространственными данными (сложение, умножение, вычисление производных и другие операции).

Пятый класс, на котором стоит заострить внимание - это специальные средства обработки и дешифрирования данных зондирований земли. Сюда относятся пакеты обработки изображений, снабженные в зависимости от цены различным математическим аппаратом, позволяющим проводить операции со сканированными или записанными в цифровой форме снимками поверхности земли. Это довольно широкий набор операций, начиная со всех видов коррекций (оптической, геометрической) через географическую привязку снимков вплоть до обработки стереопар с выдачей результата в виде актуализированного топоплана. Кроме упомянутых классов существует еще разнообразные программные средства, манипулирующие с пространственной информацией. Это такие продукты, как средства обработки полевых геодезических наблюдений (пакеты, предусматривающие взаимодействие с GPS-приемниками, электронными тахометрами, нивелирами и другим автоматизированным геодезическим оборудованием), средства навигации и ПО для решения еще более узких предметных задач (изыскания, экология, гидрогеология и пр). Естественно, возможны и другие принципы классификации программного обеспечения: по сферам применения, по стоимости, поддержке определенным типом (или типами) операционных систем, по вычислительным платформам (ПК, рабочие Unix-станции) и т д. Стремительный рост количества потребителей ГИС-технологий за счет децентрализации расходования бюджетных средств и приобщения к ним все новых и новых предметных сфер их использования. Если до середины 90-х годов основной рост рынка был связан лишь с крупными проектами федерального уровня, то сегодня главный потенциал перемещается в сторону массового рынка. Это мировая тенденция: по данным исследовательской фирмы Daratech (США), мировой рынок ГИС для персональных компьютеров в настоящий момент в 121,5 раза опережает общий рост рынка ГИС-решений. Массовость рынка и возникающая конкуренция приводят к тому, что потребителю за ту же или меньшую цену предлагается все более качественный товар. Так, для ведущих поставщиков инструментальных ГИС стала уже правилом поставка вместе с системой и цифровой картографической основы того региона, где распространяется товар. Да и сама приведенная классификация ПО стала реальностью. Еще буквально два-три года назад функции автоматизированной векторизации и справочных систем можно было реализовать только с помощью развитых и дорогостоящих инструментальных ГИС (Arc/Info, Intergraph). Прогрессирующая тенденция к модульности систем, позволяющая оптимизировать затраты для конкретного проекта. Сегодня даже пакеты, обслуживающие какой-либо технологический этап, например векторизаторы, можно приобрести как в полном, так и в сокращенном наборе модулей, библиотек символов и т.п. Выход целого ряда отечественных разработок на "рыночный" уровень. Такие продукты, как GeoDraw / GeoGraph, Sinteks / Tri, GeoCAD, EasyTrace, обладают не только значительным количеством пользователей, но и имеют уже все атрибуты рыночного оформления и поддержки. В российской, геоинформатике есть некая критичная цифра работающих инсталляций - пятьдесят. Как только вы ее достигли, дальше есть только два пути: или резко вверх, наращивая число своих пользователей, либо - уход с рынка из-за невозможности обеспечить необходимую поддержку и развитие своему продукту. Интересно, что все упомянутые программы обслуживают нижний ценовой уровень; другими словами, в них найдено оптимальное соотношение между ценой и напором функциональных возможностей именно для российского рынка.

Геоинформационные системы в экологии и природопользовании

Географические информационные системы (ГИС) появились в 60-х годах XX века как инструменты для отображения географии Земли и расположенных на ее поверхности объектов. Сейчас ГИС представляют собой сложные и многофункциональные инструменты для работы с данными о Земле.

Возможности, предоставляемые пользователю ГИС:

работа с картой (перемещение и масштабирование, удаление и добавление объектов);

печать в заданном виде любых объектов территории;

вывод на экран объектов определенного класса;

вывод атрибутивной информации об объекте;

обработка информации статистическими методами и отображение результатов такого анализа непосредственным наложением на карту

Так, с помощью ГИС специалисты могут оперативно спрогнозировать возможные места разрывов трубопроводы, проследить на карте пути распространения загрязнений и оценить вероятный ущерб для природной среды, вычислить объем средств, необходимых для устранения последствий аварии. С помощью ГИС можно отобрать промышленные предприятия, осуществляющие выбросы вредных веществ, отобразить розу ветров и грунтовые воды в окружающей их местности и смоделировать распространение выбросов в окружающей среде.

В 2004г. президиумом Российской академии наук было принято решение о проведении работ по программе «Электронная Земля», суть которой заключается в создании многопрофильной геоинформационной системы, характеризующей нашу планету, практически - цифровой модели Земли.

Зарубежные аналоги программы «Электронная Земля» можно подразделить на локальные (централизованные, данные хранят на одном сервере) и распределенные (данные хранятся и распространяются различными организациями на разных условиях).

Безусловным лидером в создании локальных баз данных является ESRI (Environmental Systems Research Institute, Inc., США) Сервер ArcAtlas “Our Earth” содержит более 40 тематических покрытий, которые широко используются во всем мире. Практически все картографические проекты масштаба 1:10 000 000 и более мелких масштабов создаются с его использованием.

Наиболее серьезным проектом по созданию распределенной базы данных является «Цифровая Земля» (Digital Earth). Этот проект был предложен вице-президентом США Гором в 1998г., основным исполнителем является NASA. В проекте участвуют министерства и государственные ведомства США, университеты, частные организации, Канада, Китай, Израиль и Европейский союз. Все проекты распределенных баз данных испытывают серьезные трудности в вопросах стандартизации метаданных и совместимости отдельных ГИС и проектов, созданных разными организациями с применением разного программного обеспечения.

Деятельность человека постоянно связана с накоплением информации об окружающей среде, ее отбором и хранением. Информационные системы, основное назначение которых - информационное обеспечение пользователя, то есть предоставление ему необходимых сведений по конкретной проблеме или вопросу, помогают человеку решать задачи быстрее и качественнее. При этом одни и те же данные могут использоваться при решении разных задач и наоборот. Любая информационная система предназначена для решения некоторого класса задач и включает в себя как хранилище данных, так и средства для реализации различных процедур.

Информационное обеспечение экологических исследований реализуется главным образом за счет двух информационных потоков:

информация, возникшая при проведении экологических исследований;

научно-техническая информация по мировому опыту разработки экологических проблем по различным направлениям.

Общей целью информационного обеспечения экологических исследований является изучение информационных потоков и подготовка материалов для принятия решений на всех уровнях управления в вопросах выполнения экологических исследований, обоснования отдельных научно-исследовательских работ, а также распределения финансирования.

Поскольку объектом описания и изучения является планета Земля, и экологическая информация имеет общие черты с геологической, то перспективно построение географических информационных систем для сбора, хранения и обработки фактографической и картографической информации:

о характере и степени экологических нарушений естественного и техногенного происхождения;

об общих экологических нарушениях естественного и техногенного происхождения;

об общих экологических нарушениях в определенной сфере человеческой деятельности;

о недроиспользовании;

об экономическом управлении определенной территорией.

Географические информационные системы рассчитаны, как правило, на установку и подключение большого количества автоматизированных рабочих мест, располагающих собственными базами данных и средствами вывода результатов. Экологи на автоматизированном рабочем месте на основе пространственно привязанной информации может решить задачи различного спектра:

анализ изменения окружающей среды под влиянием природных и техногенных факторов;

рациональное использование и охрана водных, земельных, атмосферных, минеральных и энергетических ресурсов;

снижение ущерба и предотвращение техногенных катастроф;

обеспечение безопасного проживания людей, охрана их здоровья.

Все потенциально экологически опасные объекты и сведения о них, о концентрации вредных веществ, допустимых нормах и т.д. сопровождаются географической, геоморфологической, ландшафтно-геохимической, гидрогеологической и другими типами информации. Рассеянность и нехватка информационных ресурсов в экологии легла в основу разработанных ИГЕМ РАН аналитических справочно-информационных систем (АСИС) по проектам в области экологии и охраны окружающей среды на территории Российской Федерации АСИС «ЭкоПро», а также разработка автоматизированной системы для Московской области, призванной осуществить ее экомониторинг. Разница задач обоих проектов обуславливается не только территориальными границами (в первом случае это территория всей страны, а во втором непосредственно Московская область), но и по областям применения информации. Система «ЭкоПро» предназначена для накопления, обработки и анализа данных об экологических проектах прикладного и исследовательского характера на территории РФ за иностранные деньги. Система мониторинга Московской области призвана служить источником информации об источниках и реальном загрязнении окружающей среды, предотвращения катастроф, экологических мероприятиях в области охраны окружающей среды, платежах предприятий на территории области в целях экономического управления и контроля со стороны государственных органов. Так как информация по природе своей обладает гибкостью, то можно сказать, что и та, и другая система, разработанная ИГЕМ РАК может использоваться как с целью проведения исследований, так и для управления. То есть задачи двух систем могут переходить одна в другую.

В качестве более частного примера базы данных, хранящей информацию по охране окружающей среды, можно привести работу О.С. Брюховецкого и И.П. Ганина «Проектирование базы данных по методам ликвидации локальных техногенных загрязнений в массивах горных пород». В ней рассматривается методология построения такой базы данных, дается характеристика оптимальных условий ее применения.

При оценке чрезвычайных ситуаций информационная подготовка занимает 30-60% времени, а информационные системы в состоянии быстро предоставить информацию и обеспечить нахождение эффективных методов урегулирования. В условиях чрезвычайной ситуации решения не могут быть смоделированы в явном виде, однако основой для их принятия может служить большой объем разнообразной информации, хранимой и передаваемой базой данных. По предоставленным результатам управленческий персонал на основе своего опыта и интуиции принимает конкретные решения.

Моделирование процессов принятия решений становится центральным направлением автоматизации деятельности лица, принимающего решения (ЛПР). К задачам ЛПР относится принятие решений в геоинформационной системе. Современную геоинформационную систему можно определить как совокупность аппаратно-программных средств, географических и семантических данных, предназначенную для получения, хранения, обработки, анализа и визуализации пространственно-распределенной информации. Экологические геоинформационные системы позволяют работать с картами различных экологических слоев и автоматически строить аномальную зону по заданному химическому элементу. Это достаточно удобно, так как эксперту-экологу не нужно в ручную рассчитывать аномальные зоны и производить их построение. Однако, для полного анализа экологической обстановки эксперту-экологу требуется распечатывать карты всех экологических слоев и карты аномальных зон для каждого химического элемента. Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная система с вычислительным модулем для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.В геоинформационной системе построение аномальных зон производилось для тридцати четырех химических элементов. Сначала он должен получить сводную карту загрязнения почвы химическими элементами. Для этого путем последовательного копирования на кальку со всех карт, строится карта загрязнения почвы химическими элементами Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающая cреда. - М.:Недра, 1990. -142с.:ил.. Затем полученную карту таким же образом сопоставляют с картами гидрологии, геологии, геохимических ландшафтов, глин. На основании сопоставления строится карта качественной оценки опасности окружающей среды для человека. Таким образом осуществляется мониторинг окружающей среды. Этот процесс требует много времени и высокой квалификации эксперта, для того, чтобы точно и объективно оценить обстановку. При таком большом объеме информации, одновременно, обрушивающейся на эксперта могут возникать ошибки. Поэтому возникла необходимость в автоматизации процесса принятия решений. Для этого существующая геоинформационная система была дополнена подсистемой принятия решений. Особенностью разработанной подсистемы является то, что одна часть данных с которыми работает программа, представлена в виде карт. Другая часть данных обрабатывается и на их основе строится карта, которая затем также подлежит обработке. Для реализации системы принятия решений был избран аппарат теории нечетких множеств. Это вызвано тем, что с помощью нечетких множеств можно создавать методы и алгоритмы способные моделировать приемы принятия решений человеком в ходе решения различных задач. В качестве математической модели слабоформализованных задач выступают нечеткие алгоритмы управления, позволяющие получать решение хотя приближенные, но не худшие, чем при использовании точных методов. Под нечетким алгоритмом управлению будем понимать упорядоченную последовательность нечетких инструкций (могут иметь место и отдельные четкие инструкции), обеспечивающую функционирование некоторого объекта или процесса. Методы теории нечетких множеств позволяют, во-первых, учитывать различного рода неопределенности и неточности, вносимые субъектом и процессами управления, и формализовать словесную информацию человека о задаче; во-вторых, существенно уменьшить число исходных элементов модели процесса управления и извлечь полезную информацию для построения алгоритма управления. Сформулируем основные принципы построения нечетких алгоритмов. Нечеткие инструкции, используемые в нечетких алгоритмах, формируются или на основе обобщения опыта специалиста при решении рассматриваемой задачи, или на основе тщательного изучения и содержательного ее анализа. Для построения нечетких алгоритмов учитываются все ограничения и критерии, вытекающие из содержательного рассмотрения задачи, однако полученные нечеткие инструкции используются не все: выделяются наиболее существенные из них, исключаются возможные противоречия и устанавливается порядок их выполнения, приводящий к решению задачи. С учетом слабоформализованных задач существуют два способа получения исходных нечетких данных - непосредственный и как результат обработки четких данных. В основе обоих способов лежит необходимость субъективной оценки функций принадлежности нечетких множеств.

Логическая обработка данных проб почвы и построение сводной карты загрязнения почвы химическими элементами.

Программа являлась развитием уже существующей версии программы “ТагЭко”, дополняет существующую программу новыми функциями. Для работы новых функций необходимы данные содержащиеся в предыдущей версии программы. Этим обусловлено использование методов доступа к данным разработанных в предыдущей версии программы. Используется функция для получения информации, хранящейся в базе данных. Это необходимо для получения координат каждой точки пробы, хранящейся в базе данных. Также используется функция для расчета величины аномального содержания химического элемента в ландшафте. Таким образом через эти данные и эти функции происходит взаимодействие предыдущей программы с подсистемой принятия решений. В случае изменения в базе данных значения пробы или координат пробы это будет автоматически учитываться в подсистеме принятия решений. Необходимо отметить, что при программировании используется динамический стиль выделения памяти и данные хранятся в виде односвязных, либо двусвязных списков. Это обусловлено тем, что заранее неизвестно количество проб или количество участков поверхности на которые будет разбита карта.

Построение карты качественной оценки влияния окружающей среды на человека.

Построение карты происходит согласно алгоритму, описанному выше. Пользователь указывает интересующую его область, а также шаг с которым будет производиться анализ карт. Перед началом обработки данных производится считывание информации из WMF файлов и формирование списков, элементами которых являются указатели на полигоны. Для каждой карты составляется свой список. Затем после формирования списков полигонов производится формирование карты загрязнения почвы химическими элементами. По окончании формирования всех карт и ввода исходных данных формируются координаты точек, в которых будет производиться анализ карт. Данные, получаемые функциями опроса заносятся в специальную структуру. Завершив формирование структуры программа производит ее классификацию. Каждая точка сетки опроса получает номер эталонной ситуации. Этот номер с указанием номера точки заносится в двусвязный список, чтобы потом можно было бы построить карту графически. Специальная функция анализирует этот двусвязный список и производит графическое построение изолиний вокруг точек, имеющих одинаковые классификационные ситуации. Она считывает точку из списка и анализирует значение номера ее ситуации с номерами соседних точек, и в случае совпадения объединяет рядом расположенные точки в зоны. В результате работы программы вся территория г.

Таганрога окрашивается в один из трех цветов. Каждый цвет характеризует качественную оценку экологической обстановки в городе. Так красный цвет указывает на “особо опасные участки”, желтый на “опасные участки”, зеленый на “безопасные участки”. Таким образом информация представляется в доступной для пользователя и удобной для восприятия форме. Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная система с вычислительным модулем для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.

Проект МЭМОС

На государственном уровне возникла необходимость организовать цельную систему, которая позволила бы объединить в себе параметры окружающей среды и показатели здоровья населения, проанализировать и представить лицам, принимающим управленческие решения, возможные варианты совершенствования системы. Цель такой сложной системы очевидна и проста -- это улучшение состояния человеческого здоровья путем снижения влияния негативных факторов окружающей среды. Такая система мониторинга вводиться сейчас в РФ на региональных уровнях. Это система социально-гигиенического мониторинга. Функциональные возможности географических информационных систем (ГИС) и их экономическая эффективность позволяют объединить в себе некоторые блоки системы социально-гигиенического мониторинга. Таким представляется наиболее «экономичный» и, в то же время эффективный и реализуемый вариант системы на примере выделения одного компонента среды (атмосферы). Ее название Система медико-эпидемиологического мониторинга окружающей среды (МЭМОС).

Цель проекта: на основе постоянно собираемой информации о факторах среды и здоровья, разработка и внедрение комплексной системы представления данных и оценки риска здоровью, его экономического обоснования и управления инвестициями, позволяющая поддерживать устойчивое экономическое развитие на основе медико-экологического благополучия.

Задачи МЭМОС:

формирование экологического и социально-гигиенического мониторинга;

расчет риска здоровью населения от ведущих факторов среды;

прогнозирование состояния здоровья населения на перспективу;

обоснование выбора ведущих (определяющих) факторов здоровья населения;

построение организационно-методической и правовой систем управления здоровьем населения;

формирование экономических механизмов поддержания устойчивого развития региона на основе медико-экологического благополучия.

Система МЭМОС имеет ряд существенных преимуществ. Она дает возможность лицам, принимающим решения:

оценить стоимость затрат на здравоохранение, связанных с отрицательным воздействием на здоровье конкретного фактора;

выполнить прогноз государственных затрат на здравоохранение, связанных с воздействием одного или нескольких факторов;

обосновать материальный иск граждан на ущерб здоровью, связанный с вредным воздействием факторов среды обитания;

в рамках существующей правовой системы создать возможности экономической защиты граждан в связи с влиянием окружающей среды.

Рисунок 1. Блок-схема системы МЭМОС

Целевой функцией системы МЭМОС является принятие решений о корректировке деятельности государственных и негосударственных учреждений здравоохранения и предприятий с учетом выявленных экологически неблагоприятных зон с повышенными рисками для здоровья населения этих районов. Применение и внедрение МЭМОС в области здравоохранения более предпочтительно и реально по сравнению с разработкой социально-гигиенического мониторинга. Главное обоснование этому является применение одного унифицированного и, в то же время, «настроенного» на данную отрасль программного продукта на основе современных ГИС-технологий. В этом видится ее экономически более выгодная реализация по сравнению с реализацией Системы социально-гигиенического мониторинга, т.к. МЭМОС использует минимум технических и людских ресурсов и является целевой системой, призванной решать конкретные задачи обработки, представления и анализа медицинских и экологических данных. Функциональные возможности ГИС и их экономическая эффективность позволяют объединить в себе некоторые блоки системы социально-гигиенического мониторинга. ГИС МЭМОС дает возможность получения результатов в кратчайшие сроки в дружественном виде, что приводит к принятию соответствующими лицами эффективных решений в условиях больших неопределенностей, связанных с самими сложными объектами исследований (население, компоненты окружающей среды), с одной стороны. А с другой стороны, результатом является получение достоверных результатов и их доступное, понятное представление для последующего принятия решений в жестко ограниченной финансовой и временной среде. Система МЭМОС призвана также объединить усилия специалистов различного профиля из различных государственных структур владеющих разнородной информацией (экологической, медицинской, социальной) для реализации главной задачи -- оздоровления окружающей среды и профилактики здоровья населения крупных мегаполисов. www.gisa.ru Проект системы медико-экологического мониторинга окружающей среды на базе ГИС. Д.Р. Струков. 10.03 2005

ГИС реализуют задачу в целях диагностики и обеспечения сохранности здоровья человека и окружающей среды.

Влияние информационных технологий на человека и окружающую среду носит двунаправленный характер. С одной стороны, информационные технологии - это один из наиболее перспективных инструментов сбора данных и научного познания, в том числе в медицине и экологии. С другой - это важный фактор, влияющий на здоровье человека и окружающую среду.

Несмотря на эти препятствия, информационные технологии получают все более широкое распространение в сферах медицины и экологии. На данный момент разработаны общие принципы и структуры глобальных информационных систем, решающих проблемы охраны здоровья человека и окружающей среды. Однако потенциал в данной области намного превышает наши возможности.

Необходимо решить, кто обладает достаточными административными и финансовыми ресурсами для реализации подобных систем. Российская академия наук обладает рядом преимуществ перед зарубежными организациями в силу своей централизованности, способствующей решению проблем начального этапа (стандартизация и структурирование информации). Но это только стартовое преимущество. Вскоре после старта решающую роль начнут играть финансы и менеджмент проекта, а это не самые сильные наши стороны.

Список литературы:

1) Берлянт А.М. Картография: Учебник для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2001. - 336 с.

2) www.gisa.ru Проект системы медико-экологического мониторинга окружающей среды на базе ГИС. Д.Р. Струков.

3) Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная система с вычислительным модулем для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.

4) Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающая cреда. - М.:Недра, 1990. -142с.:ил.

5) http: // www. gis. su

6) Дьяченко Н.В. Использование ГИС-технологий

Подобные документы

Геоинформационные технологии (ГИС) как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире. Территориальные уровни использования ГИС в России. Назначение системы городского экомониторинга Москвы, ее уровни.

реферат , добавлен 25.04.2010


Использование геоинформационных систем в здравоохранении. Создание ГИС-технологии изучения генетических процессов, происходящих в генофонде народов России. Характеристика и информационная безопасность мобильной геоинформационной системы "ArcPad".

курсовая работа , добавлен 04.03.2014


Анализ основных программных средств управления сельскохозяйственным производством (GPS-навигация, проект АРИС, геоинформационные системы). Характеристика автоматизированной системы управления на основе ГИС-технологий, решаемые ею задачи и возможности.

контрольная работа , добавлен 01.12.2008


Понятие геоинформационной системы, ее связь с научными дисциплинами и технологиями. Основные направления и использование ГИС в современном обществе. Растровая и векторная модели пространственных данных. Топологическое представление векторных объектов.

курсовая работа , добавлен 26.04.2015


Общее понятие об информационной системе, характеристика этапов её развития. Аппаратная и программная часть системы. Ввод, обработка и вывод информации. Информационное, организационное, программное, правовое, техническое и математическое обеспечение.

лекция , добавлен 14.10.2013


Основные составляющие современного персонального компьютера и их назначение. Геоинформационные системы и возможности их применения на автомобильном транспорте. Принципы построения навигационных систем. Сотовые системы связи. Локальные компьютерные сети.

контрольная работа , добавлен 21.02.2012


Основное программное обеспечение для автоматизации производства. Финансовые и коммуникационные системы. Системы планирования и управления. Текстовые редакторы и табличные процессоры. Финансовое программное обеспечение. Шрифтовые технологии в документах.

шпаргалка , добавлен 16.08.2010


Мультимедийные технологии как возможность интегрировать различные виды и способы использования информации (символьные, звуковые, видео). Программные средства, реализующие мультимедийные продукты. Информационные системы на базе искусственного интеллекта.

презентация , добавлен 17.11.2013


Понятие и принципы работы, внутренняя структура и элементы, история формирования и развития поисковой системы "Rambler". Исследование и анализ, а также оценка эффективности данной поисковой системы для поиска экономической информации в интернете.

курсовая работа , добавлен 10.05.2015


Информационно-поисковый язык и словарь. Последовательность процедуры поиска. Фактографические, документальные и геоинформационные системы. Справочно-правовая система "Консультант Плюс", "Гарант". Структура и состав информационных продуктов "Кодекс".

геоинформационная технология экология природопользование

Географические информационные системы (ГИС) появились в 60-х годах XX века как инструменты для отображения географии Земли и расположенных на ее поверхности объектов. Сейчас ГИС представляют собой сложные и многофункциональные инструменты для работы с данными о Земле.

Возможности, предоставляемые пользователю ГИС:

работа с картой (перемещение и масштабирование, удаление и добавление объектов);

печать в заданном виде любых объектов территории;

вывод на экран объектов определенного класса;

вывод атрибутивной информации об объекте;

обработка информации статистическими методами и отображение результатов такого анализа непосредственным наложением на карту

Так, с помощью ГИС специалисты могут оперативно спрогнозировать возможные места разрывов трубопроводы, проследить на карте пути распространения загрязнений и оценить вероятный ущерб для природной среды, вычислить объем средств, необходимых для устранения последствий аварии. С помощью ГИС можно отобрать промышленные предприятия, осуществляющие выбросы вредных веществ, отобразить розу ветров и грунтовые воды в окружающей их местности и смоделировать распространение выбросов в окружающей среде.

В 2004г. президиумом Российской академии наук было принято решение о проведении работ по программе «Электронная Земля», суть которой заключается в создании многопрофильной геоинформационной системы, характеризующей нашу планету, практически - цифровой модели Земли.

Зарубежные аналоги программы «Электронная Земля» можно подразделить на локальные (централизованные, данные хранят на одном сервере) и распределенные (данные хранятся и распространяются различными организациями на разных условиях).

Безусловным лидером в создании локальных баз данных является ESRI (Environmental Systems Research Institute, Inc., США) Сервер ArcAtlas “Our Earth” содержит более 40 тематических покрытий, которые широко используются во всем мире. Практически все картографические проекты масштаба 1:10 000 000 и более мелких масштабов создаются с его использованием.

Наиболее серьезным проектом по созданию распределенной базы данных является «Цифровая Земля» (Digital Earth). Этот проект был предложен вице-президентом США Гором в 1998г., основным исполнителем является NASA. В проекте участвуют министерства и государственные ведомства США, университеты, частные организации, Канада, Китай, Израиль и Европейский союз. Все проекты распределенных баз данных испытывают серьезные трудности в вопросах стандартизации метаданных и совместимости отдельных ГИС и проектов, созданных разными организациями с применением разного программного обеспечения.

Деятельность человека постоянно связана с накоплением информации об окружающей среде, ее отбором и хранением. Информационные системы, основное назначение которых - информационное обеспечение пользователя, то есть предоставление ему необходимых сведений по конкретной проблеме или вопросу, помогают человеку решать задачи быстрее и качественнее. При этом одни и те же данные могут использоваться при решении разных задач и наоборот. Любая информационная система предназначена для решения некоторого класса задач и включает в себя как хранилище данных, так и средства для реализации различных процедур.

Информационное обеспечение экологических исследований реализуется главным образом за счет двух информационных потоков:

информация, возникшая при проведении экологических исследований;

научно-техническая информация по мировому опыту разработки экологических проблем по различным направлениям.

Общей целью информационного обеспечения экологических исследований является изучение информационных потоков и подготовка материалов для принятия решений на всех уровнях управления в вопросах выполнения экологических исследований, обоснования отдельных научно-исследовательских работ, а также распределения финансирования.

Поскольку объектом описания и изучения является планета Земля, и экологическая информация имеет общие черты с геологической, то перспективно построение географических информационных систем для сбора, хранения и обработки фактографической и картографической информации:

о характере и степени экологических нарушений естественного и техногенного происхождения;

об общих экологических нарушениях естественного и техногенного происхождения;

об общих экологических нарушениях в определенной сфере человеческой деятельности;

о недроиспользовании;

об экономическом управлении определенной территорией.

Географические информационные системы рассчитаны, как правило, на установку и подключение большого количества автоматизированных рабочих мест, располагающих собственными базами данных и средствами вывода результатов. Экологи на автоматизированном рабочем месте на основе пространственно привязанной информации может решить задачи различного спектра:

анализ изменения окружающей среды под влиянием природных и техногенных факторов;

рациональное использование и охрана водных, земельных, атмосферных, минеральных и энергетических ресурсов;

снижение ущерба и предотвращение техногенных катастроф;

обеспечение безопасного проживания людей, охрана их здоровья.

Все потенциально экологически опасные объекты и сведения о них, о концентрации вредных веществ, допустимых нормах и т.д. сопровождаются географической, геоморфологической, ландшафтно-геохимической, гидрогеологической и другими типами информации. Рассеянность и нехватка информационных ресурсов в экологии легла в основу разработанных ИГЕМ РАН аналитических справочно-информационных систем (АСИС) по проектам в области экологии и охраны окружающей среды на территории Российской Федерации АСИС «ЭкоПро», а также разработка автоматизированной системы для Московской области, призванной осуществить ее экомониторинг. Разница задач обоих проектов обуславливается не только территориальными границами (в первом случае это территория всей страны, а во втором непосредственно Московская область), но и по областям применения информации. Система «ЭкоПро» предназначена для накопления, обработки и анализа данных об экологических проектах прикладного и исследовательского характера на территории РФ за иностранные деньги. Система мониторинга Московской области призвана служить источником информации об источниках и реальном загрязнении окружающей среды, предотвращения катастроф, экологических мероприятиях в области охраны окружающей среды, платежах предприятий на территории области в целях экономического управления и контроля со стороны государственных органов. Так как информация по природе своей обладает гибкостью, то можно сказать, что и та, и другая система, разработанная ИГЕМ РАК может использоваться как с целью проведения исследований, так и для управления. То есть задачи двух систем могут переходить одна в другую.

В качестве более частного примера базы данных, хранящей информацию по охране окружающей среды, можно привести работу О.С. Брюховецкого и И.П. Ганина «Проектирование базы данных по методам ликвидации локальных техногенных загрязнений в массивах горных пород». В ней рассматривается методология построения такой базы данных, дается характеристика оптимальных условий ее применения.

При оценке чрезвычайных ситуаций информационная подготовка занимает 30-60% времени, а информационные системы в состоянии быстро предоставить информацию и обеспечить нахождение эффективных методов урегулирования. В условиях чрезвычайной ситуации решения не могут быть смоделированы в явном виде, однако основой для их принятия может служить большой объем разнообразной информации, хранимой и передаваемой базой данных. По предоставленным результатам управленческий персонал на основе своего опыта и интуиции принимает конкретные решения.

Моделирование процессов принятия решений становится центральным направлением автоматизации деятельности лица, принимающего решения (ЛПР). К задачам ЛПР относится принятие решений в геоинформационной системе. Современную геоинформационную систему можно определить как совокупность аппаратно-программных средств, географических и семантических данных, предназначенную для получения, хранения, обработки, анализа и визуализации пространственно-распределенной информации. Экологические геоинформационные системы позволяют работать с картами различных экологических слоев и автоматически строить аномальную зону по заданному химическому элементу. Это достаточно удобно, так как эксперту-экологу не нужно в ручную рассчитывать аномальные зоны и производить их построение. Однако, для полного анализа экологической обстановки эксперту-экологу требуется распечатывать карты всех экологических слоев и карты аномальных зон для каждого химического элемента. Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная система с вычислительным модулем для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.В геоинформационной системе построение аномальных зон производилось для тридцати четырех химических элементов. Сначала он должен получить сводную карту загрязнения почвы химическими элементами. Для этого путем последовательного копирования на кальку со всех карт, строится карта загрязнения почвы химическими элементами Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающая cреда. - М.:Недра, 1990. -142с.:ил.. Затем полученную карту таким же образом сопоставляют с картами гидрологии, геологии, геохимических ландшафтов, глин. На основании сопоставления строится карта качественной оценки опасности окружающей среды для человека. Таким образом осуществляется мониторинг окружающей среды. Этот процесс требует много времени и высокой квалификации эксперта, для того, чтобы точно и объективно оценить обстановку. При таком большом объеме информации, одновременно, обрушивающейся на эксперта могут возникать ошибки. Поэтому возникла необходимость в автоматизации процесса принятия решений. Для этого существующая геоинформационная система была дополнена подсистемой принятия решений. Особенностью разработанной подсистемы является то, что одна часть данных с которыми работает программа, представлена в виде карт. Другая часть данных обрабатывается и на их основе строится карта, которая затем также подлежит обработке. Для реализации системы принятия решений был избран аппарат теории нечетких множеств. Это вызвано тем, что с помощью нечетких множеств можно создавать методы и алгоритмы способные моделировать приемы принятия решений человеком в ходе решения различных задач. В качестве математической модели слабоформализованных задач выступают нечеткие алгоритмы управления, позволяющие получать решение хотя приближенные, но не худшие, чем при использовании точных методов. Под нечетким алгоритмом управлению будем понимать упорядоченную последовательность нечетких инструкций (могут иметь место и отдельные четкие инструкции), обеспечивающую функционирование некоторого объекта или процесса. Методы теории нечетких множеств позволяют, во-первых, учитывать различного рода неопределенности и неточности, вносимые субъектом и процессами управления, и формализовать словесную информацию человека о задаче; во-вторых, существенно уменьшить число исходных элементов модели процесса управления и извлечь полезную информацию для построения алгоритма управления. Сформулируем основные принципы построения нечетких алгоритмов. Нечеткие инструкции, используемые в нечетких алгоритмах, формируются или на основе обобщения опыта специалиста при решении рассматриваемой задачи, или на основе тщательного изучения и содержательного ее анализа. Для построения нечетких алгоритмов учитываются все ограничения и критерии, вытекающие из содержательного рассмотрения задачи, однако полученные нечеткие инструкции используются не все: выделяются наиболее существенные из них, исключаются возможные противоречия и устанавливается порядок их выполнения, приводящий к решению задачи. С учетом слабоформализованных задач существуют два способа получения исходных нечетких данных - непосредственный и как результат обработки четких данных. В основе обоих способов лежит необходимость субъективной оценки функций принадлежности нечетких множеств.

Логическая обработка данных проб почвы и построение сводной карты загрязнения почвы химическими элементами.

Программа являлась развитием уже существующей версии программы “ТагЭко”, дополняет существующую программу новыми функциями. Для работы новых функций необходимы данные содержащиеся в предыдущей версии программы. Этим обусловлено использование методов доступа к данным разработанных в предыдущей версии программы. Используется функция для получения информации, хранящейся в базе данных. Это необходимо для получения координат каждой точки пробы, хранящейся в базе данных. Также используется функция для расчета величины аномального содержания химического элемента в ландшафте. Таким образом через эти данные и эти функции происходит взаимодействие предыдущей программы с подсистемой принятия решений. В случае изменения в базе данных значения пробы или координат пробы это будет автоматически учитываться в подсистеме принятия решений. Необходимо отметить, что при программировании используется динамический стиль выделения памяти и данные хранятся в виде односвязных, либо двусвязных списков. Это обусловлено тем, что заранее неизвестно количество проб или количество участков поверхности на которые будет разбита карта.

Построение карты качественной оценки влияния окружающей среды на человека.

Построение карты происходит согласно алгоритму, описанному выше. Пользователь указывает интересующую его область, а также шаг с которым будет производиться анализ карт. Перед началом обработки данных производится считывание информации из WMF файлов и формирование списков, элементами которых являются указатели на полигоны. Для каждой карты составляется свой список. Затем после формирования списков полигонов производится формирование карты загрязнения почвы химическими элементами. По окончании формирования всех карт и ввода исходных данных формируются координаты точек, в которых будет производиться анализ карт. Данные, получаемые функциями опроса заносятся в специальную структуру. Завершив формирование структуры программа производит ее классификацию. Каждая точка сетки опроса получает номер эталонной ситуации. Этот номер с указанием номера точки заносится в двусвязный список, чтобы потом можно было бы построить карту графически. Специальная функция анализирует этот двусвязный список и производит графическое построение изолиний вокруг точек, имеющих одинаковые классификационные ситуации. Она считывает точку из списка и анализирует значение номера ее ситуации с номерами соседних точек, и в случае совпадения объединяет рядом расположенные точки в зоны. В результате работы программы вся территория г.

Таганрога окрашивается в один из трех цветов. Каждый цвет характеризует качественную оценку экологической обстановки в городе. Так красный цвет указывает на “особо опасные участки”, желтый на “опасные участки”, зеленый на “безопасные участки”. Таким образом информация представляется в доступной для пользователя и удобной для восприятия форме. Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная система с вычислительным модулем для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.