Использование геоинформационных технологий в природоохранной деятельности: практика и перспективы

Данные заметки сформированы по итогам пятилетней деятельности авторов в подведомственной организации Госкомэкологии России. Авторы имели уникальную возможность участия как в работах по федеральным заказам (проектные и методические разработки, учет результатов территориальных НИР), так и в создании оригинальных геоинформационных систем, предназначенных для обеспечения принятия управленческих решений в области охраны окружающей среды и природных ресурсов. Обзор не претендует на охват всех аспектов создания экологических ГИС, а рассматривает те из них, которые используют данные государственной статистической отчетности.

ГИС федерального уровня, содержащие экологический компонент, в последние годы

Рис. 1. Базовые масштабы электронных топографических карт, используемые в работе региональных информационных центров в составе Единой государственной системы экологического мониторинга РФ

разрабатывались во многих ведомствах: в Госкомэкологии РФ (ГИС "Особо охраняемые территории"), Роскартографии (ГИС "Север" и ГИС "Байкал"), Госстрое РФ (карты сейсмического районирования, риска строительства в связи с развитием опасных природно-техногенных процессов), в Министерстве природных ресурсов (ГИС по геологии и недропользованию), Министерстве путей сообщения (ГИС экологического мониторинга загрязнения железнодорожных объектов и прилегающих территорий), Министерстве по чрезвычайным ситуациям (I очередь ГИС РСЧС), Росгидромете (ГИС в составе комплексов обработки гидрометеорологической информации и информации о загрязнении окружающей среды). Все эти ГИС планировалось использовать в качестве компонентов единой системы ГИС ОГВ (ГИС органов государственной власти). Этот масштабный проект прошел лишь стадию проектных работ, в которых участвовали авторы, формируя экологическую подсистему ГИС.

В качестве основного наблюдения, сформулированного по результатам этих работ, следует указать необходимость повышенного внимания к описанию структур исходных данных и содержанию выходной информации. По сравнению с этим значение выбора программных средств и качественной цифровой топоосновы представляется небольшим. Связано это с масштабом работ (1:3 000 000 - 1:20 000 000), при котором характерной территориальной единицей, к которой привязываются семантические данные, являются субъекты РФ и наиболее крупные населенные пункты.

Основную массу реально функционирующих ГИС экологической направленности сформировали территориальные подразделения Госкомэкологии РФ. Разнообразие и масштабы этих разработок удивляют, особенно если учесть бедственное финансовое положение государственных служб. Так, геоинформационные системы функционируют в областях: Амурской, Владимирской, Вологодской, Калининградской, Калужской, Кировской, Курской, Нижегородской, Новосибирской, Пермской, Ленинградской, Ярославской; в Алтайском крае; в республиках: Бурятия, Удмуртия, Якутия (Саха), а также в Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком автономных округах.

Практически все создаваемые экологические ГИС должны решать две главные задачи: обеспечение Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) и ведения комплексного территориального кадастра природных ресурсов (КТКПР). Эти задачи в регионах сохраняют свою актуальность и поныне, несмотря на охлаждение к ним интереса в федеральных структурах. Виды наиболее популярного программного обеспечения и характерные базовые масштабы цифровой топоосновы, используемые при создании ГИС экологического мониторинга, отражены на рис. 1 и 2.

Рассмотрение результатов наиболее крупных работ по формированию геоинформационных систем приводит к мысли о том, что

Рис. 2. Виды программного обеспечения ГИС, используемого в работе региональных информационных центров в составе ЕГСЭМ Российской Федерации (создание ГИС ведется или планируется в 36 субъектах РФ)

проектирование, создание и особенно эксплуатация геоинформационных систем являются работами повышенной сложности, что не всегда очевидно заказчикам работ. Аналитическая продукция ГИС позволяет облегчить постановку и решение многих практических задач природоохранной деятельности, однако эксплуатационные затраты средств и рабочего времени (в том числе квалифицированного персонала) у этого вида информационных систем настолько велики, что во многих случаях руководство после начального "периода очарования" сворачивает работы по ГИС.

Для успешной реализации работ по созданию и эксплуатации ГИС необходимо решить следующие взаимосвязанные задачи:

• сформулировать общие информационные задачи ГИС ("что мы автоматизируем?");

• определить конкретных потребителей информационной продукции ГИС и согласовать с ними требования к этой продукции;

• определить порядок получения исходных данных и форму их представления (структура, вид носителя) и обеспечить их получение;

• определить порядок формирования баз картографических и семантических данных и обеспечить их наполнение;

• сформулировать конкретные информационные задачи анализа исходных данных и связанные с этим требования к техническим и программным средствам.

ГИС позволяет визуализировать экологически значимые данные, имеющие географическую привязку, реализовать процедуры выделения и периодического корректирования ареалов экологических проблем, которые характеризуются рядом зафиксированных параметров. Кроме того, ГИС дает возможность осуществлять типизацию проблемных ареалов в соответствии с задаваемыми критериями, что позволяет лицам, принимающим решения (ЛПР), в реальном времени получать информацию, для оценки правильности выбранных приоритетов природоохранной деятельности по конкретным территориям и эффективности проведенных природоохранных мероприятий (с привлечением экономических данных обоснования инвестиций) и скорректировать программы контрольных и других природоохранных мероприятий.

Все функционирующие ГИС экологической направленности, осуществляющие

Рис. 3. Виды выходной продукции ГИС, получаемые на разных стадиях анализа тематических данных в ГИС экологической направленности

информационную поддержку природоохранной деятельности на уровне субъекта Федерации, обладают двумя сходными чертами: использование данных государственной статистики (формы 2-ТП-водхоз, 2-ТП-воздух и др.), что обеспечивает единую стартовую платформу для аналитических построений и их "легальность", и привязка исходных данных преимущественно к административным единицам - районам субъекта Федерации, населенным пунктам, районам населенных пунктов и пр.

На этом общие черты ГИС, созданных в разных регионах, заканчиваются. Связано это с различиями в структурах тематических данных (отсутствует стандарт на базы данных экологического содержания) и со спецификой экологических проблем конкретной территории, но главное - с особенностями требований потребителя продукции ГИС. Как правило, заказчиком ГИС выступает либо администрация области, либо областной комитет по экологии, но разработчики ГИС, заботясь о долгой жизни своего детища, вынуждены учитывать интересы не только прямого заказчика, но и поставщиков исходных тематических данных (областные подразделения Росгидромета, Госкомзема, МПР, Госкомсанэпиднадзора РФ и т.д.); сторонних потребителей ГИС-продукции (инвесторы, страховые компании, общественные организации и т.п.); средств массовой информации, которые, используя ГИС-продукцию, неявно ее рекламируют.

Неполнота, плохая сопоставимость и непостоянство содержания исходных данных приводят к тому, что экологические ГИС при своем формировании не проходят классического (научного) пути постановки и решения информационных задач:

Выделение и классификация экологических проблем на исследуемой территории Поиск и сбор исходных данных, характеризующих выделенные проблемы Построение модели процессов и явлений, обусловливающих выделенные экологические проблемы Постановка информационной задачи по выработке решения экологической проблемы Решение информационной задачи Оформление полученных результатов в соответствии с требованиями конкретного пользователя.

По такой схеме долгие годы успешно работали организации Росгидромета, однако в настоящее время авторы как разработчики экологических ГИС в регионах следуют другой схеме:

Поиск и сбор доступных исходных данных Характеристика экологических проблем на основании собранных данных (построение "постановочных" карт, помогающих спланировать анализ данных) Построение элементарных и комплексных карт, характеризующих компоненты окружающей среды комплексных карт, позволяющих сопоставить имеющиеся экологические проблемы и задачи управления природоохранной деятельности Типологическое районирование территории субъекта Федерации на основе имеющихся элементарных и комплексных карт с использованием тематических данных, выбранных в качестве критериальных Выработка рекомендаций по решению управленческой задачи:

• оценка правильности выбранных приоритетов природоохранной деятельности;

• оценка экономической эффективности осуществленных природоохранных мероприятий;

• корректировка программ контрольных и природоохранных мероприятий Оформление полученных результатов в соответствии с требованиями конкретного пользователя.

Алгоритм анализа в каждом конкретном случае уникален, но необходимо заметить, что процедура типологического районирования, осуществляемая до настоящего времени достаточно редко, представляется наиболее корректной формой "сворачивания" множественных разнородных данных, поскольку не выходит за пределы здравого смысла и позволяет любому пользователю восстановить последовательность шагов при анализе данных - а значит, проверить полученные результаты.

Авторы считают весьма перспективным разработанный ими подход, при котором любые имеющиеся данные при проведении конкретного анализа подразделяются на базовые (предмет исследования), критериальные (специфика ведомства, решающего конкретные задачи) и управляющие (потребности ЛПР в конкретной ситуации). Виды выходной продукции ГИС экологической направленности, получаемые на разных стадиях анализа тематических данных, представлены на рис. 3.

И последнее. На страницах специальных изданий редко можно встретить статьи, посвященные тематическому анализу данных с использованием ГИС. Авторы заинтересованы открыть обсуждение научных и внедренческих аспектов этой проблемы и готовы к сотрудничеству.

Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес.

Москва, РАГС 1-5 июня 1998 г.