Разработка комплексной ГИС

в составе автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению природными ресурсами и охраной окружающей среды Республики Башкортостан

Павлов С.В., Христодуло О.И., Абдуллин А.Х., Уфимский государственный авиационный технический университет (УГАТУ), Уфа, Башкортостан, e-mail: psvgis@mail.ru, Заитов И.Н., Министерство природопользования и экологии Республики Башкортостан

Environmental GIS in Bashkortostan Republic

Эффективность поддержки принятия решения по управлению природными ресурсами и охране окружающей среды во многом зависит от качества информации об объектах управления (природных ресурсах, природопользователях, состоянии окружающей среды, объектах экологического мониторинга) и их природном и антропогенном окружении.

Одним из направлений деятельности по совершенствованию управления природными ресурсами и охране окружающей среды в Республике Башкортостан является ведение Республиканского фонда информации о природных ресурсах, состоянии окружающей среды и экологии на территории республики. Фонд предназначен для накопления, обмена, передачи и распространения этой информации, создания информационных систем для нужд природопользования, охраны окружающей среды, экологической безопасности и сохранения биологического разнообразия.

Совокупность накопленной в фонде информации можно классифицировать по объектам управления:

общая информация об административных единицах Республики Башкортостан;
сведения о природопользователях (в т.ч. недропользователях) и их деятельности;
сведения о природных ресурсах и полезных ископаемых;
сведения, составляющие Республиканский кадастр отходов;
информация о водных и водохозяйственных объектах, водных биологических ресурсах;
информация о состоянии атмосферного воздуха;
информация об особоохраняемых природных территориях (ООПТ);
информация об объектах животного и растительного мира;
информация об опасных природных явлениях (паводках, ураганах и пр.).

В свою очередь, для каждого из перечисленных объектов можно выделить как описательную (атрибутивную) информацию (наименование, количественные характеристики, административная принадлежность и др.), так и пространственную информацию, характеризующую местоположение объекта на поверхности Земли.

Значительная часть информации, обобщенная структура которой приведена на рисунке 1, характеризует географически распределенные объекты. Поэтому при выборе подходов к созданию информационного обеспечения для комплексного управления природными ресурсами как на республиканском, так и на местном уровнях следует ориентироваться на геоинформационные технологии, предназначенные для компьютерной обработки пространственных (географических) данных на основе геоинформационных систем (ГИС).

Рис. 1. Обобщенная структура данных, необходимых для управления природными ресурсами и охраной окружающей среды на территории Республики Башкортостан.

Неотъемлемыми компонентами Республиканского фонда информации являются действующие в Министерстве природопользования и экологии Республики Башкортостан (Минэкологии РБ) информационные системы в составе общей автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению природными ресурсами и охраной окружающей среды (далее АСППР УПР) [1, 6, 7], к ним относятся:

автоматизированная информационная система по формированию и ведению регионального кадастра отходов (АИС «Кадастр отходов»);
автоматизированная информационная система ведения сведений об инспекционной деятельности (АИС «Инспекционная деятельность»);
подсистема информационного обеспечения контроля развития паводковой ситуацией (ГИС «Паводок») [5];
автоматизированная система ведения реестра территорий, загрязненных нефтепродуктами (АИС «Реестр загрязненных территорий»);
а также ряд тематических ГИС-проектов:
«Особоохраняемые природные территории»;
«Рыбопромысловые участки»;
«Фонд недр общераспространенных полезных ископаемых»;
«Пруды и ГТС»;
«Границы охотничьих угодий»;
«Фонд недр общераспространенных полезных ископаемых».

Процессы управления природными ресурсами и состоянием окружающей среды сопровождаются ростом числа задач, для решения которых необходима пространственная информация о территориально распределённых природных и техногенных объектах. Это обусловлено совокупностью следующих причин. Запросы потребителей информации, к которым относятся специалисты Минэкологии РБ, федеральных и государственных ведомств (главным образом, те из них, которые участвуют в природоохранной деятельности), а также население (например, при получении государственных услуг) не ограничиваются описательными (атрибутивными) сведениями, а становятся более разнообразными и охватывают картографические данные. В то же время, постоянно увеличивается количество доступных источников пространственной информации, прежде всего – данные дистанционного зондирования Земли, результаты инвентаризации природных ресурсов и объектов окружающей среды с использованием геопозиционирования, новые актуализированные цифровые карты и др. По мере доступности пространственная информация все шире используется в природоохранной деятельности.

Кроме того, для информационного обеспечения в этой сфере характерна тенденция комплексного использования разнородной информации и, как следствие, повышение требований к интегрируемости используемых информационных систем, унификации механизмов предоставления, обработки и анализа данных [2, 3].

Таким образом, указанные выше обстоятельства являются причиной реинжиниринга сложившейся архитектуры АСППР УПР (состоящей из разрозненных систем, предназначенных для решения частных задач) в единую корпоративную систему с комплексной ГИС, объединяющей тематические ГИС-подсистемы и тесно интегрированной с остальными компонентами АССПР УПР (рис. 2).

Рис. 2. Структура комплексной ГИС в составе АССПР УПР.

Такой переход является естественным развитием АСППР УПР и для его осуществления имеются необходимые условия:

достаточно развитая аппаратно-программная база, которая может послужить основой создания интегрированной информационной системы;
сформированная унифицированная программно-техническая среда, которая включает СУБД Microsoft SQL Server 2005, общие клиентские приложения на базе .NET, программные ГИС-продукты системы ArcGIS и др.;
эксплуатируемые информационные системы (в т.ч. ГИС) имеют возможности для интеграции как на уровне данных, так и на уровне приложений.

Ядром комплексной ГИС является многопользовательская база геоданных о природных ресурсах и окружающей среде, с которой взаимодействуют тематические подсистемы. Последние, в свою очередь, взаимодействуют с другими компонентами АСППР УПР с помощью специализированных интерфейсов обмена данными и универсальных программных модулей.

В качестве программной платформы комплексной ГИС наиболее целесообразно использовать программный комплекс ArcGIS [4], предоставляющий пользователям разнообразные возможности как с точки зрения непосредственной обработки пространственных данных, так и в плане удобства разработки специализированного программного обеспечения, дополняющего мощную базовую функциональность.

Целью внедрения комплексной ГИС является повышение эффективности управления природными ресурсами и состоянием окружающей среды на основе применения информационно-аналитической инфраструктуры, включающей информационные системы и ресурсы, а также средства, обеспечивающие их функционирование и взаимодействие на всех иерархических уровнях управления: от республиканского до уровня территориальных подразделений.

Рис. 3. Архитектура АСППР УПР с компонентами комплексной ГИС.

Рассмотрим общую архитектуру АСППР УПР, представленную на рис. 3). Она базируется на информационном хранилище в виде баз данных республиканского кадастра отходов, инспекционных проверок природопользователей, непосредственно самих природопользователей и базы геоданных о природных ресурсах и окружающей среде. Клиентские приложения пользователей оперируют картографическими данными, предоставляемыми сервером под управлением технологии ArcSDE.

В свою очередь, приложения АИС «Кадастр отходов» и АИС «Инспекционная деятельность» обращаются к Microsoft SQL Server: как на уровне Центрального аппарата, так и на уровне территориальных подразделений.

Рассмотрим некоторые примеры комплексного использования разнородных данных (пространственных и атрибутивных) из информационных систем, входящих в состав АСППР УПР.

Так, в ГИС «Кадастр отходов» при просмотре расположения одного из шламонакопителей в Уфимском районе Республики Башкортостан для оценки потенциального влияния на окружающие его особоохраняемые природные территории можно оперативно изучить его основные справочные характеристики из АИС «Кадастр отходов» и, затем, получить атрибутивную информацию о природопользователе – собственнике шламонакопителя (рис. 4).

Рис. 4. Пример комплексного использования ГИС «Кадастр отходов» и АИС «Кадастр отходов».

Рис. 5. Пример комплексного использования ГИС «Паводок» и АИС «Инспекционная деятельность».

Пример решения одной из функциональных задач подсистемы информационного обеспечения контроля развития паводковой ситуации – моделирование зоны затопления на территории административных районов республики – и последующее формирование с помощью АИС «Инспекционная деятельность» перечня природопользователей, пострадавших в результате паводка, приведен на рис. 5.

Использование комплексной ГИС позволяет составить перечень природопользователей, сгруппированных по какому-либо атрибутивному (например, виду экономической деятельности) или пространственному признаку (расположение на особой территории) с последующим детальным изучением их лицензируемой деятельности. Пример просмотра информации об организации (в данном случае это санаторий “Юматово”), расположенной на территории памятника природы, показан на рис. 6.

Рис. 6. Пример комплексного использования ГИС «Особоохраняемые природные территории» и АИС «Инспекционная деятельность».

Оценивая эффективность АСППР УПР с комплексной ГИС, необходимо учесть, что в идеале она должна обеспечивать достаточные функциональные возможности на всех упомянутых выше организационных уровнях. При этом, разработка и внедрение новых подсистем в составе как комплексной ГИС, так и АСППР УПР в целом предполагает использование общих методологических подходов и технических решений на этапах проектирования (например, при создании информационных моделей) и реализации программных модулей.

В настоящее время планируется дальнейшее расширение функциональных возможностей АСППР УПР, ориентированное на предоставление средств картографической обработки, в том числе удаленным пользователям из территориальных подразделений. В связи с этим, возникает необходимость использования мощных функций программного обеспечения ArcGIS Server, предназначенного для совместного использования пространственной информации неограниченным числом пользователей, и развертывание наиболее перспективной сервис-ориентированной архитектуры комплексной ГИС на его основе.

Сервисы ArcGIS Server могут предоставить пользователям системы полноценный доступ к картографической информации по интранет/интернет сетям, помочь оптимизировать внутренние рабочие процессы, решение производственных проблем, координацию деятельности различных служб.

Литература

Павлов С.В. Разработка геоинформационной модели речной сети с учётом картографической, гидрологической и морфометрической информации для определения границ зон затопления при изменении уровня воды в водных объектах / С.В. Павлов, О.И. Христодуло, Р.Р. Шарафутдинов // Вестник УГАТУ: Научный журнал. Серия «Управление, вычислительная техника и информатика». – Т.11.- №1 (28). -Уфа: изд-во Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2008. – С. 18-27.
Павлов С.В., Хамитов Р.З., Христодуло О.И. Интеграция геоинформационных систем в корпоративные информационные системы крупных предприятий и организаций // Вестник УГАТУ: Научный журнал. Серия «Управление, вычислительная техника и информатика». – Т.9. № 2(20). – Уфа: изд-во Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2007. – С. 50-57.
Павлов С.В., Христодуло О.И., Абрамов С.А., Шкундина Р.А. Геоинформационная система для управления водными ресурсами на территориальном уровне (на примере республики Башкортостан) // Геоинформатика: Журнал. – №4.- М.: изд-во НИИ Геосистем, 2008, – С.14-20.
Павлов С.В., Крымский В.Г., Христодуло О.И. Информационное обеспечение оценки состояния водных ресурсов и управления ими на основе геоинформационных технологий // Изд-во «ООО Дата+», Москва, 2010 г., 284 с.
Павлов С.В., Галямов С.Р., Христодуло О.И. Паводковая ГИС Башкортостана. ArcReview, № 4(39), 2006 г. (см. dataplus.ru/ARCREV/Number_39/5_pavodok.html).
Абдуллин А.Х., Давлетбакова З.Л., Ремезова Ф.М., Христодуло О.И. Автоматизированная система ведения реестра территорий, загрязненных нефтепродуктами, для министерства природопользования и экологии РБ на основе ГИС-технологий // Научный журнал «Башкирский экологический вестник», изд-во «Экология». – Уфа, № 4(25), 2010 г. — С. 51-55.
Заитов И.Н., Шарафутдинов Р.Р., Христодуло О.И. Автоматизированная система информационного обеспечения контроля развития паводковой ситуации в Республике Башкортостан // Сборник докладов конференции “Управление водно-ресурсными системами в экстремальных условиях”, Москва, 3-6 июня 2008г. С. 556-557.