Курсовая работа (т): Использование информационных технологий при решении экологических задач на примере Алтайского края

Спроектированная база атрибутивных данных позволяет, таким образом, накапливать данные по лесхозам и административным районам, охватывая все структуры, в ведении которых находятся учитываемые лесные ресурсы края. Исходной информацией для наполнения базы данных служат материалы лесоустройства, пятилетнего учета лесного фонда, текущего годового учета, инвентаризации земель, данных учета лесных пожаров и других антропогенных факторов.

Состав показателей базы данных по группам:

Распределение лесов по категориям земель, группам и категориям защитности: общая площадь земель гослесфонда, площадь лесных (покрытых, непокрытых лесом, несомкнувшихся лесных культур) и нелесных земель;

Распределение лесов по преобладающим породам: площадь покрытых лесом земель и запас насаждений по группам и категориям защитности;

Средние таксационные показатели по основным лесообразующим породам: возраст, бонитет, полнота, прирост, запас насаждений;

Лесопользование: площадь различных рубок, расчетная лесосека и фактическое ее освоение;

Восстановление лесных ресурсов: объем лесовосстановления, площадь проведения реконструкции насаждений, введение молодняков в хозяйственноценные, перевод лесных культур в покрытую лесом площадь, площадь погибших по разным причинам лесных культур и молодняков;

Охрана леса: площадь обслуживания лесов по видам обслуживания, данные о лесных пожарах и нанесенных ими ущербах;

Защита леса: площадь очагов вредителей и болезней леса и нанесенный ими ущерб, площадь лесопатологических обследований, данные о проведении мероприятий по борьбе с вредителями и болезнями леса, площадь погибших по разным причинам лесных насаждений;

Сведения о лесах гослесфонда по лесхозам и землепользователям на территории районов: общая площадь лесов в районе, площадь лесов по группам лесов, запас древесины в лесах, находящихся в ведении различных структурных формирований (федеральной службы лесного хозяйства, с/х формирований, администраций городов, других министерств и ведомств);

Сведения о лесах на территории районов: сводные данные о лесных площадях гослесфонда (покрытых, непокрытых лесом, лесных питомников) и площадях древесно-кустарниковой растительности, не входящей в лесной фонд (по видам владения).

2.1.2 База картографических данных

Хранимые в базе данных карты формируются путем оцифровки (с использованием дигитайзера или сканера) существующих карт, соответствующих различным срокам проведения государственного учета лесов и лесоинвентаризации. Примеры таких карт представлены на рис.7, 8.

Рис.7. Леса Алтайского края

Рис.8. Ларичихинский лесхоз

2.1.3 Аналитический блок

В состав блока входят алгоритмы и модели для решения функциональных задач, связанных с анализом содержащейся в банке данных информации о лесном фонде края, оценкой и прогнозом динамики экологического состояния и использования лесных ресурсов. На рис.8 приведен пример представления результирующих данных.

Рис.9. Структура гослесфонда Алтайского края

 общая площадь земель лесного фонда;

 покрытые лесом земли;

 непокрытые лесом земли;

 всего лесных земель;

 нелесные земли.

Состав и содержание задач согласовывается с Комитетом, а их реализация выполняется поэтапно. В частности, для анализа динамики изменения состояния лесов края могут быть получены и отображены в табличном, графическом и картографическом виде как текущие учетные, так и производные показатели базы данных:

лесистость территории - отношение площади, покрытой лесом, ко всей площади исследуемой территории;

покрытая лесом площадь, приходящаяся на одного жителя района;

общий запас лесонасаждений в регионе, выраженный в кубических метрах древесины (по группам пород);

отношение площади восстановленного леса к площади вырубленного и погибшего в процентах;

общий прирост леса в среднем за год (всего и по группам пород);

отношение вырубленного и погибшего леса (всего и по причинам гибели) к покрытой лесом площади региона.

убыль лесных площадей за счет вырубки и гибели леса по разным причинам;

восстановление лесных площадей за счет посева и посадки, а также за счет содействия естественному возобновлению;

выделение покрытых лесом площадей, находящихся под угрозой гибели.

2.2 ГИС "Водные ресурсы"

Для целей управления водными ресурсами края необходима водохозяйственная информация, включающая данные о ресурсах и качестве поверхностных и подземных вод, их использовании с учетом всех водопользователей и трансформации. Эти сведения представляются в "Ежегоднике качества поверхностных вод и эффективности проведения водоохранных мероприятий", ежегоднике "Данные обобщения госучета использования вод по Алтайскому краю", форме "2-ТП-Водхоз" и могут служить основой для создания геоинформационной системы, позволяющей изучать и контролировать процессы на речной сети в комплексном виде.

ГИС "Водные ресурсы" предназначена для решения задач контроля за состоянием и качеством вод речного бассейна, изменяющихся в результате производственной и бытовой деятельности человека, анализа данных по водопотреблению и водоотведению, прогноза качества воды.

Объектом ГИС является бассейн реки Оби в пределах территории Алтайского края.

2.2.1 База атрибутивных данных

Содержащиеся в этой базе данные распределены по следующим группам показателей:

) Справочники наименований - содержат коды и наименования водных объектов (рек, озер, водохранилищ), водопользователей, предприятий-загрязнителей, организаций-поставщиков данных;

) Справочники загрязнителей - содержат коды, наименования и значения ПДК по 4-м группам загрязняющих веществ:

физические свойства, газовый состав

показатели минерального состава

органические вещества, производные азота и фосфора

пестициды, тяжелые металлы и прочие загрязняющие вещества неорганического происхождения

) Списки объектов наблюдения - содержат данные о составе и месторасположении гидрологических постов, гидрохимических створов, водопользователей, предприятий-загрязнителей: их коды, названия, связь с водными объектами, населенными пунктами, номерацифровых карт, на которых они обозначены;

) Данные наблюдений - содержат показатели:

гидрологические (уровень воды, расход, температура, мутность, средняя скорость течения и др.);

гидрохимические (индекс загрязнения воды, количество замеров, средняя и максимальная концентрации загрязняющих веществ);

водоотведения (объем сброса вод общий, без очистки, недостаточно очищенных, нормативно чистых, очищенных различными способами);

сбросов загрязняющих веществ в составе сточных вод;

водопотребления (объемы забранной воды по периодам, целевое назначение забираемой воды и др.).

2.2.2 База картографических данных

Картографическая база данных предназначена для хранения цифровой топоосновы речной сети, картосхем речных бассейнов, участков речной сети, населенных пунктов и связанных с ними объектов наблюдения. На картосхемах наглядно отражается пространственное расположение водопользователей, объектов-загрязнителей, мест сброса сточных вод, пунктов контроля качества поверхностных вод, гидрологических постов ( рис.10).

Рис.10. Схема сбросов сточных вод предприятиями Алтайского края

2.2.3 Аналитический блок

Этот блок представлен двумя группами функциональных задач.

. Задачи информационно-справочного типа, обеспечивающие получение и визуализацию следующей информации:

динамику гидрологических характеристик по гидрологическим постам;

динамику загрязняющих веществ в заданных пунктах наблюдения, на участках речной сети, в точках сброса сточных вод, по предприятиям-загрязнителям (рис.11);

динамику водопотребления и водоотведения;

отклонение значений показателей загрязнения от ПДК;

диагностику места аварийных сбросов загрязняющих веществ.

картографический экологический технология

Рис.11. Динамика сбросов загрязняющих веществ предприятиями Алтайского края

. Задачи обработки данных для оценки и прогноза качества воды в речной сети:

расчет показателей степени загрязнения поверхностных вод в пунктах наблюдения, на участках речной сети, в речных бассейнах;

определение класса качества воды;

оценка антропогенной нагрузки на водную систему;

прогноз водообеспечения, исходя из наличия водных ресурсов.

2.3 ГИС "Земельные ресурсы"

Основной объем информации о земельных ресурсах края сосредоточен в краевом Комитете по земельным ресурсам и землеустройству (Алтайкомзем), Алтайском предприятии ЗапСибНИИгипрозем (Гипрозем), а также Алтайском институте мониторинга земель, Алтайском агроуниверситете, Алтайском филиале института Гипроводхоз. Основная часть первичной информации о состоянии земель поступает в Гипрозем из администраций районов края, районных служб по землеустройству и районных комитетов по экологии. Вследствие ведомственного характера производства информации доступ к ней Комитета экологии ограничен и осуществляется по эпизодическим запросам в несистематизированном виде и неполном объеме.

Создаваемая ГИС "Земельные ресурсы" должна обеспечивать систематический сбор, хранение и обработку информации в целях поддержки управленческих решений Комитета по учету земель по землепользоваателям, анализу структуры земельного фонда края, контролю за использованием земель, проведению экологической экспертизы проектов, учету и контролю деградированных земель, контролю за загрязнением земельных ресурсов.

2.3.1 База атрибутивных данных

В состав базы входят следующие группы показателей:

. Структурная характеристика земельных ресурсов - структура земельного фонда, распределение земельных ресурсов по видам угодий, структура сельскохозяйственных угодий по категориям земель, структура почвенного покрова;

. Качественная характеристика земельных угодий - урожайность, эрозия, солонцеватость, засоление, заболоченность, закустаренность;

2.3.2 База картографических данных

Содержит совокупность цифровых топооснов Алтайского края, ландшафтную карту края, набор тематических карт, содержательная нагрузка и масштабы которых ориентированы на отражение структуры, качества земель и динамику их изменения (карты с/х угодий, плодородия почв, гумусового состояния почв, загрязнения почв пестицидами, тяжелыми металлами и другими высокотоксичными веществами и т.д.) (рис.12).

Рис.12. Металлы в почвах Алтайского края

2.3.3 Аналитический блок

Блок представлен набором алгоритмов, математических моделей и программ для решения следующих основных задач:

отражение текущего состояния земельных ресурсов по отдельным параметрам или их возможным совокупностям в виде картосхем различного масштаба по различным территориальным единицам и уровням;

оценка состояния и динамика земельных ресурсов по различным параметрам (эрозия, засоление, загрязнение почв, кислотность и т.д.)

оценка площади и продуктивности сельхозугодий;

прогноз возможного изменения качества земель.

оценка экономического ущерба от загрязнения земли воздушнами, водными и другими источниками.

При выборе технологий разработки и дальнейшей эксплуатации прикладных информационных систем необходимо учитывать тип пользователей, на которых ориентируются создаваемые системы. От этого зависят различные характеристики будущей системы: скорость ее реализации, гибкость модификации, простота и удобство пользовательского интерфейса, тиражируемость. На выбор технологических решений, на наш взгляд, оказывают влияние три типа конечных пользователей:

пользователи, имеющие определенные знания и навыки работы с инструментальными программными средствами и обладающие способностью самостоятельно их использовать для решения своих задач, как правило, несложных по исполнению (например, специалисты научно-исследовательских и проектных организаций);

опытные пользователи, умеющие работать с готовыми прикладными информационными системами и адаптировать их к изменяющимся условиям своей прикладной области в пределах возможностей системы (например, специалисты среднего и нижнего звеньев управления, инженерно-технический персонал);

пользователи, работающие с системами в информационно-справочном режиме с регламентированными типами запросов на простом диалоговом языке (например, специалисты верхнего уровня управления, любые пользователи в справочном режиме доступа к данным).

Чем более опытным с точки зрения компьютерной грамотности является пользователь и чем больше времени он может себе позволить для работы с информационной системой, тем более мощные и гибкие по возможностям технология обработки данных и пользовательский интерфейс могут быть ему предложены. Приступая к созданию и внедрению информационной системы, разработчик системы должен хорошо понимать существо своей проблемы, оценивать свой финансовый потенциал и выбирать программные продукты и технологии, исходя из четко выработанных для себя критериев.

Литература

. Ядерные испытания, окружающая cреда и здоровье населения Алтайского края /Материалы научных исследований. Том V. Книга 2. Барнаул. 1993. - 220с.

. Krasnoyarova B.A., Leonova N.A., Mikhailidy I.M. GIS-TechnologiesinNaturalandEconomicEvaluationof a Region / Intercarto 2: GIS forEnvironmentalStudiesandMapping, Irkutsk, Russia, 1996. - p.151-155.

. Широкова С.Л., Ловцкая О.В., Шелепов С.М. Применение геоинформационных технологий для создания приложений / Интеркарто 2: ГИС для изучения и картографирования окружающей среды. Материалы международной конференции. Иркутск , 1996. - c.207-209

1.