Работа посвящена вопросам создания Экологической ГИС "Природные ресурсы Алтайского края", разрабатываемой ИВЭП СО РАН. Данная ГИС является интегрированной информационной системой для целей выработки и принятия управленческих решений в сфере природопользования и охраны окружающей среды на региональном уровне, ориентированной на специалистов Государственного комитета по охране окружающей среды Алтайского края, а также для проведения научных исследований по проблемам экологического состояния и изменения природных ресурсов территории.

Экологическая ГИС "Природные ресурсы Алтайского края" разрабатывается Институтом водных и экологических проблем (ИВЭП) СО РАН с 1994 года как интегрированная информационная система для целей выработки и принятия управленческих решений в сфере природопользования и охраны окружающей среды на региональном уровне. Выбранный нами прагматический подход к разработке заключался в создании действующего варианта системы, ориентированного на специалистов Государственного комитета по охране окружающей среды Алтайского края. В то же время ставилась цель проведения научных исследований по проблемам экологического состояния и изменения природных ресурсов территории.

Сложности начального этапа работ заключались в попытке глобальной постановки проблем, целей, задач, ресурсных и территориальных объектов и результатов их анализа. Так, общая постановка задачи была сформулирована как создание информационной системы сбора, хранения и доступа к комплексным данным о состоянии основных природных ресурсов края (водных, лесных, земельных, атмосферных) и их оценки в различных аспектах: количественного и качественного состояния ресурсов, экономической эффективности их использования, сводной социально-экономической оценки природно-ресурсного потенциала территории.

Группа разработчиков системы была организована из специалистов по информатике, взявших на себя основную исполнительскую и координирующую роль, экологов различного тематического направления и управленческого персонала природоохранных служб. Если учесть, что у коллектива не было необходимого опыта в создании больших комплексных экологических ГИС-проектов, а были лишь хорошие теоретические и практические знания в области решения различных задач из сферы геоинформатики и энтузиазм начала большого дела, то появление за три месяца достаточно объемного тома с описанием постановок задач, подходов к их решению и структуры системы можно считать неплохим начальным результатом работы.

В процессе исследования объектов и проектирования постановка проблемы конкретизировалась, что позволило уменьшить сложность системы до практически реализуемых очертаний. Определились ее первоочередные целевые комплексные задачи:

Разработана информационная модель системы в виде взаимосвязанных подсистем по каждому виду природных ресурсов. Выполнен комплекс исследований по структуре и составу предметных баз данных, формам представления входной и выходной информации. Структура системы представляется следующими блоками.

  База атрибутивных данных -- содержит по каждой подсистеме свой набор показателей, описывающих состояние исследуемых природных ресурсов и их элементов и определяемых исходя из целей и задач подсистем, а также информационной системы в целом.

  База картографических данных -- предназначена для хранения комплекса базовых цифровых топооснов Алтайского края, картоснов административных районов, карт хозяйственного и природно-климатического районирования и серии тематических карт, получаемых в результате решения различных функциональных задач с пространственным характером распределения информации. Цифровые карты в зависимости от назначения варьируются в масштабе от 1:20000 до 1:1000000.

  Аналитический блок -- включает методики, алгоритмы и математические модели обработки, экспертизы, анализа временных и пространственно-распределенных данных об исследуемых природных ресурсах и территориях. Алгоритмы ориентированы на различные виды обработки данных в регламентированном или запросном режиме, подключение математических моделей, выдачу информации в табличном, графическом и картографическом видах.

  Программные средства -- содержат в своем составе программы решения различных прикладных задач и системный инструментарий, реализующий ГИС-технологии пространственной организации и визуализации данных, а также технологии обработки и анализа информации, основанные на использовании статистических методов, методов математического моделирования, экспертных оценок. Основные используемые инструментальные среды -- ArcInfo, ArcView, векторизаторы Track, Vectory, EasyTrase, средства разработки корпоративных информационных систем Delphi и C++Builder, а также собственные программные средства совместной обработки картографических и атрибутивных данных.

Наполнение баз данных и решение функциональных задач выполнялось с разной степенью детальности по названным ресурсным направлениям, определившим отдельные подсистемы ГИС.  

    Лесные ресурсы

Для разработки региональной системы управления и принятия решений по проблемам леса из всей массы имеющегося информационного материала были выделены группы агрегированных показателей на уровне лесхозов и межлесхозов (общая характеристика лесов, лесопользование, восстановление лесных ресурсов, охрана и защита леса) и ограниченный набор сводных показателей на уровне административных районов края.

Спроектированная база данных позволяет накапливать данные по всем структурным формированиям, в ведении которых находятся учитываемые лесные ресурсы Алтайского края. В настоящее время выполнена ее загрузка по состоянию лесов на 1993 год по данным государственного учета лесного фонда. Данные введены по всем лесхозам (39 лесхозов) и административным районам (60 районов) Алтайского края. Разработана информационно-справочная система, обеспечивающая выдачу по запросам пользователей значений показателей в двух режимах:

Огромный объем атрибутивной информации дополняется формируемым набором цифровых тематических карт состояния лесов по отдельным группам показателей (структура лесов, породный, возрастной состав, повреждения лесов, лесистость территорий и др.) и соответствующим комплексом алгоритмов и программ совместной обработки атрибутивных и картографических данных для количественной оценки динамики и прогноза состояния лесов.  

    Водные ресурсы

Решение проблем экологической безопасности водных объектов и рационального использования водных ресурсов требует прежде всего знаний о текущем состоянии и качестве вод в водных объектах и возможности на этой основе осуществления достаточно корректных прогнозных оценок качества воды, опираясь на использование ГИС-средств и технологий обработки и представления информации.

В разрабатываемой подсистеме ядро атрибутивной базы данных представлено в настоящее время лишь частью показателей, обеспечивающих решение задач анализа и прогноза качества вод в бассейнах рек. Это гидрохимические и гидрологические показатели состояния вод в реках на основе информации Госкомгидромета (базы данных "Гидрохимия" и "Гидрология") и данные по водоотведению на основе государственной формы отчетности 2-ТП (водхоз) (база данных "Водоотведение"). На текущем этапе работ выполнена загрузка этих баз данными за период 1993-1997 годы.

Разработаны программы оценки качества воды в точках сброса сточных вод: определение категории промышленного предприятия по степени экологического совершенства технологии производства и определение класса качества воды в местах выпусков сточных вод. Разработан комплекс программ оперативной обработки запросов и формирования некоторых сводных годовых форм для анализа данных о состоянии водных ресурсов бассейна реки Оби на территории Алтайского края.

По запросам пользователей в системе обеспечивается вывод в табличном, графическом и картографическом видах текущего состояния и динамики показателей качества воды в пунктах наблюдения, на участках речной сети, в точках сброса сточных вод. Имеется возможность диагностики места аварийных сбросов.

В режиме графической иллюстрации данных используется электронная картосхема речной сети Алтайского края с изображением гидрологических и гидрохимических пунктов наблюдения, предприятий-загрязнителей и точек сброса сточных вод. Подсистема развивается в направлении расширения состава ее информационной базы гидробиологическими и санитарно-гигиеническими данными, данными по водопотреблению, а также в направлении подключения моделей, позволяющих решать задачи расчета загрязнения водной среды в различных условиях, нахождения предельно-допустимых сбросов предприятий, оценок поступления загрязняющих веществ с поверхностным стоком с урбанизированных и сельскохозяйственных территорий.  

    Атмосферный воздух

Для проведения активной природоохранной политики по снижению концентрации загрязняющих веществ в воздушной среде на территории Алтайского края необходима полученная по единой методике информация, отражающая вклад выбросов производственных и сельскохозяйственных предприятий, частного сектора и автотранспорта. Имея такую информацию и соответствующие методики расчета загрязнений, можно выполнять анализ сезонных и годовых уровней загрязнения в разрезе городов, административных районов и края в целом.

Разрабатываемая подсистема на данном этапе ориентирована на формирование и ведение базы данных, расчет и анализ загрязнений атмосферы на уровне городов и административных районов края на основе данных томов ПДВ (предельно допустимых выбросов) предприятий. Для расчетов за основу взята стандартизованная методика ОНД-86.

Выполнена разработка программ создания и ведения баз атрибутивных и картографических данных "Атмосфера" и их загрузка данными по выбросам предприятиями на примере нескольких административных районов края. Разpаботан комплекс пpогpамм, обеспечивающий возможность pасчета загpязнения пpиповеpхностного слоя атмосфеpы от пpоизвольно pаспpеделенных по территории пpомышленных источников загpязнения и отобpажения pезультатов pасчета на цифровых каpтах территорий. Комплекс позволяет пpоводить pасчет загpязнения от любого отдельного вещества, а также находить индекс загpязненности атмосфеpы (суммаpное загpязнение от всех веществ) пpи pазличных напpавлении и силе ветpа, стpатификации и дpугих метеопаpаметpах. Имеется возможность pасчета как поля максимально возможных концентpаций, так и поля наиболее веpоятных концентраций загpязняющих веществ с учетом pозы ветpов данной местности. Результаты отображаются в виде цифpовой каpты местности с изолиниями полей загpязнения или в виде тpехмеpной повеpхности, высота котоpой в каждой точке пpопоpциональна уpовню загpязненности.  

    Земельные ресурсы

Подсистема находится в стадии разработки базы данных, включающей параметры, ориентированные на описание главным образом экологического состояния земельных ресурсов края: общая структура земель и земель, имеющих особоценное значение (природно-заповедный фонд, особоохраняемые природные территории, территории оздоровительного, рекреационного значения, выполняющие защитные функции, земли опытного назначения), загрязнение почв (сельскохозяйственное, промышленное, транспортное), деградация земельных угодий (эрозия, засоление, заболачивание), плодородие почв и другие.

Развитие ГИС "Природные ресурсы" в целом осуществляется в направлении усиления ее функциональной мощности и вывода на промышленный уровень эксплуатации, обеспечивающий экономическую эффективность выбора природоохранных мероприятий в условиях усиливающейся антропогенной нагрузки на территории.

В процессе реализации проекта разработчики столкнулись с рядом принципиальных трудностей как объективного, так и субъективного характера. Часть из них изложена в [1] и касается общих проблем создания крупных комплексных ГИС-проектов. Решение задач столь обширной предметной области как природопользование в приемлемые сроки, периодически требующие практического выхода и внедрения системы, вряд ли приемлемо для небольшого коллектива разработчиков одного академического института (лаборатории). Наличие научного потенциала исполнителей и лидера, который должен быть компетентным не только в сфере геоинформатики, но и в предметной области, еще не гарантирует желаемого успеха. Необходима организация специальной службы мониторинга (информационно-аналитического отдела) на базе существующих ведомственных и научно-исследовательских учреждений и информационных потоков данных. Такая служба должна обеспечивать информационную поддержку управленческих решений в сфере природопользования и охраны окружающей среды, имея полномочия решения всего комплекса организационных и научно-практических задач: кадров, финансов, техники, организации потоков данных, нормативно-правовых вопросов, эксплуатационной поддержки системы и других.

    Список литературы.

1. Широкова С.Л. Проблемы разработки прикладных геоинформационных систем / Экология и безопасность жизнедеятельности человека в условиях Сибири: Сборник научных трудов. -- Барнаул, изд-во АГУ, 1997. 137--143.