Геоинформационные системы

Непрерывно возрастающая необходимость в систематическом получении и использовании экологической информации требует организации достаточно сложных информационных систем — центров, в которых сосредоточивались бы для определенной территории данные о рельефе, почвах, водах, растительном покрове, климатических особенностях; о населении, землепользовании, застройке, размещении промышленных предприятий, о транспортных путях, а также характере и степени антропогенного воздействия на среду.

В настоящее время вопросами окружающей среды занимается свыше 380 международных и еще большее число национальных организаций. На базе наук о Земле благодаря их экологизации, а также привлечению математики, кибернетики, картографии как техниче­ских средств сложилась область науки, изучающая принципы, тех­нику и технологию получения, накопления, систематизации, обра­ботки и передачи информации, называемая геоинформатикой. Она стала теоретической основой создания информационных служб, ко­торые собирают и представляют потребителям информацию в виде сводок данных, справок, обзоров или в другой удобной для использо­вания форме.

По определению И. В. Гармиза, А. В. Кошкарева и др., под гео­информационной системой (ГИС) понимается аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработ­ку, отображение и распространение пространственно-координирован­ных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением природной средой и территориаль­ной организацией общества.

Существует множество информационных систем. Они различают­ся по охвату обслуживаемой территории (глобальные, международ­ные, региональные, национальные, областные и даже на отдельные полигоны); по проблемной ориентации и цели (охрана природной среды и управление природопользованием); картографические; библиографические, содержащие каталогизированную информацию об опубликованных или неопубликованных источниках данных; тематические, посвященные сбору информации, например, о состоянии вод или атмосферы и др. Однако все ГИС разделяются главным об­разом на три основные группы.

К первой группе относятся системы, самостоятельно добывающие первичную информацию и выпускающие ее в виде сводок или баз данных. Так, информация о состоянии природной среды регулярно поступает со станций и постов гидрометеослужбы и Комитета по охране природы. Они регистрируют параметры, характеризующие об­щее состояние и степень загрязненности атмосферы и вод. Гидроме­теостанции различного разряда, обслуживаемые наблюдателями, по­луавтоматические и автоматические размещены по всей территории страны, а также на льдах Арктики (станции «Северный полюс») и Антарктики.

Постоянное наблюдение за динамикой природы ведет топографо-геодезическая служба. Она регистрирует, например, деформацию земной коры под влиянием перемещения больших водных масс — для этого созданы т. н. геодезические полигоны вблизи круп­ных водохранилищ. Станции сейсмической службы непрерывно фик­сируют колебания земной коры.

Специальные посты установлены в местах, подверженных значи­тельным загрязнениям атмосферы и вод в связи с функционировани­ем промышленных предприятий, а также внутри и вокруг больших городов. Организуются посты радиационного контроля, действующие, к сожалению, чаще всего эпизодически. В России много лет функци­онирует сеть пунктов фенологических наблюдений, организованная разными ведомствами под общим руководством Географического об­щества. Немалую долю натурной первичной информации о природ­ной среде получают научно-исследовательские организации, проект­ные учреждения и производства.

В чрезвычайных ситуациях немедленно создается система непре­рывных наблюдений и измерений. Так, при аварии на Чернобыльской АЭС был организован систематический аэродозиметрический конт­роль среды, данные сводились в банки. На основе получаемой инфор­мации о поверхностном радиационном загрязнении прилегающих об­ластей и разносе радионуклидов составлялись оперативные карты, которые неоднократно публиковались в газетах для всеобщего сведе­ния.

Ко второй группе геоинформационных систем относятся такие, которые аккумулируют поступающую информацию, перерабатывают ее и выдают в различной форме.

И, наконец, к третьей группе относятся системы, не добывающие и не обрабатывающие факты, а собирающие опубликованную информацию и обслуживающие потребителей. Примером такой разновидности системы являются библиотеки и их картографические отделы.

Информационные системы, генерирующие и аккумулирующие информацию, могут составлять единую, полную, или комплексную ГИС. Комплексная ГИС — это система, выполняющая сбор, кодирование, хранение, систематизацию, обработку, анализ и воспроизведение информации, заложенной в ней или полученной в результате моделирования по какой-либо программе. В такой ГИС традиционно выделяются четыре подсистемы:

1) сбора данных и ввода;

2) управления данными, сортировки их и классификации по заданным признакам;

3) вычислительной обработки и комбинирования данных по заданной программе, картографического редактирования;

4) представления текущей и прогнозируемой ситуации в виде схем и карт с выводом на графопостроитель и дисплей.

Такого рода ГИС созданы и используются для решения экологи­ческих проблем зоны Аральского моря, зал. Кара-Богаз-Гол, сельскохозяйственных районов Молдовы; интенсивно разрабатываются ГИС больших и малых городов и др.

Источниками данных для ГИС, повторим, могут служить непосредственные полевые измерения и наблюдения, материалы государственной и ведомственной статистики, географические и топографические карты, материалы аэрокосмических съемок. Все эти данные можно разделить на две разновидности: во-первых, пространственные, полученные с карт и снимков, и, во-вторых, непространственные атрибутивные характеристики пространственных объектов и явлений.

Центральным звеном любой ГИС является банк данных (БД). В некоторых случаях БД можно рассматривать как самостоятельную систему. В зависимости от характера сосредоточенной в банках ин­формации и целей, во имя которых они созданы, БД разделяются на различные классы и виды. Самая полная классификация делит БД на две большие группы.

К первой группе относятся библиографические и справочные БД. В библиографических БД содержится перечень документов, сопро­вождаемый описаниями в виде рефератов, аннотаций или списков ключевых слов. К этой разновидности принадлежит БД «Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов», созданный во Всерос­сийском институте научной и технической информации (ВИНИТИ). Справочные БД содержат сведения, отсылающие пользователя к ор­ганизациям, владеющим нужной информацией.

Вторую группу составляют фактографические БД, которые за­ключают в себя необходимую информацию без отсылки к другим источникам. Эта группа делится на три типа: цифровые, тексто-цифровые, текстовые. Иногда сюда же относят БД, содержа­щие программы для ЭВМ, по которым производится обработка со­бранной информации.

В другой классификации БД подразделяются на следующие две большие группы: справочные и банки конкретной информации. К первой относятся библиографические и адресные БД, ко второй — фактографические, полнотекстовые и смешанные БД.

Носителями информации в отдельных БД могут быть тексты и изображения (например, карты и снимки). При этом используется метод микрофильмирования графических и фотографических изобра­жений. В автоматизированных системах носителем информации яв­ляются ЭВМ. Такие системы имеют устройства ввода информации, устройства считывания с графических носителей (карт, графиков и др.) и систему вывода в виде графопостроителей, видеоэкранов или устройств распечатки текстов и таблиц. Подобные ГИС являются примером осуществления так называемой «геометики» — соединения географии и экологии с информатикой.

Содержанием БД, как уже было сказано, служат разнообразные данные: массивы первичных сведений об объекте исследования, а также классификаторы, тезаурусы, словари. По форме выделяются три типа данных: объектной (алфавитно-цифровой) информации, контурных (векторных) и растровых данных; от типа зависит, как строится на выходе видеограмма — изображение с границами объ­ектов.

Анализ публикаций по геоинформатике приводит к выводу о том, что в настоящее время для научных и практических целей создаются разнообразные ГИС и БД. По задачам их можно разделить на общие, тематические и частные.

Общие ГИС и БД различного территориального уровня (нацио­нальные, областные, районные, городские и др.) существуют во многих государствах. Они используются для решения управленче­ских задач, природоохранного планирования, районирования терри­тории, оценки земель и т. д. Общая ГИС широкого использования создана, н-р, в Беларуси, национальная ГИС функционирует в Венгрии, во Франции существует Бюро географической информа­ции.

Тематические ГИС и БД очень разнообразны. Они охватывают сравнительно узкий круг материалов и данных и предназначаются для решения частных задач на конкретных территориях. Темати­ческие ГИС и БД нередко создаются только на данных аэрокосми­ческой съемки — геокосмоинформационные системы и банки. Они обеспечивают накопление, оперативный доступ, анализ и документирование больших объемов информации определенной тематики, главным образом экологической. Такого рода ГИС и БД имеются в лесной, нефтедобывающей промышленности и др.

Еще более разнообразны частные, или объектно-ориентирован­ные, ГИС. Известны ГИС, несущие геологическую и почвенную ин­формацию (Венгрия), сведения о гидрогеологии и гидрологии (Ни­дерланды), береговые информационные системы, используемые для принятия решений по управлению средой побережий морей, состав­ляются ГИС городов (например, Мадрида и др.), полезными оказа­лись ГИС использования земель.