ГИС «Особо охраняемые природные территории Ленинградской области»

Томилин А.М., Кузьмин А.В., Шелемотов А.С., Лебедь И.В., Кузьмина О.А., ГУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт», г. Санкт-Петербург, e-mail: tomiline@mail.ru, shel@aari.nw.ru, Irina_Lebed@aari.nw.ru

В апреле 2005 года Лаборатория геоинформационных технологий ГУ «Арктический и антарктический научно исследовательский институт» приступила к разработке информационно-аналитической системы «Особо охраняемые природные территории Ленинградской области» (далее ИАС). Финансирование разработки осуществляется из двух источников: проект LIFE «Интеграция региональных ООПТ Ленинградской области в европейский контекст» (2005-2007 г.г.) и региональная целевая программа «Поддержка и развитие особо охраняемых природных территорий Ленинградской области на период до 2010 года». В работе используются программные средства фирмы ESRI.

Целями разработки ИАС являются:

• Информационное обеспечение органов власти для принятия управленческих решений.
• Информационная поддержка планирования и ведения природоохранной, научной, рекреационной и хозяйственной деятельности на ООПТ.
• Информационное обеспечение инвестиционной деятельности.
• Развитие экологического воспитания.

Создание ИАС ориентировано на обеспечение информационных потребностей шести целевых групп:

• Органы государственной власти в лице Комитета по природным ресурсам и охраны окружающей среды Ленинградской области.
• Государственные учреждения, выполняющие функции контроля и оперативного управления ООПТ.
• Научные группы, ведущие мониторинговые и исследовательские работы.
• Проектные организации, в том числе разработчики ОВОС по объектам, затрагивающим интересы ООПТ.
• Инвесторы, планирующие развитие рекреационной деятельности на ООПТ.
• Широкие слои населения.

Две первые целевые группы являются непосредственными пользователями ИАС, имеющими доступ ко всему объему информационных ресурсов. Для остальных доступ к ряду разделов ограничен и осуществляется через комитет по природным ресурсам и охраны окружающей среды Ленинградской области. Для ознакомления этих групп с открытыми разделами информационных ресурсов ИАС создается тематический веб-сайт.

Встроенная ГИС-функциональность в информационно-аналитической системе на основе ArcReaderControl.

Обзор информационных ресурсов

Для удовлетворения интересов перечисленных целевых групп, ИАС объединяет разнородные разделы информационных ресурсов.

Раздел «Установочные сведения по ООПТ» содержит набор данных, описывающих категорию, профиль, статус, площадь, дату создания, местоположение, ведомственную принадлежность. Для удобства работы ООПТ сгруппированы по актуальности, статусу и категории. Набор сведений охватывает существующие, проектируемые и предлагаемые объекты, а также объекты, ранее рассматривавшиеся как возможные ООПТ, по которым приняты отрицательные решения.

Раздел «Ресурсы ООПТ» содержит обширный и углубленный набор сведений о природе ООПТ. Например, подраздел «Лесные ресурсы» включает таксономические описания на уровне лесных выделов.

В разделе «Охрана ООПТ» приведены списки объектов охраны и режимы природопользования для разных зон ООПТ.

Раздел «Климат» включает средние многолетние климатические показатели по ближайшим к ООПТ метеостанциям.

В разделе «Деятельность на ООПТ» приводятся сведения о функционирующих на ООПТ центрах экологического просвещения, рекреационных базах, о работах, выполняемых силами администраций ООПТ и привлекаемых организаций.

Главной частью раздела «Документы» являются нормативно-правовые акты (НПА). Систематизация по рубрикам обеспечивает быстрый поиск и вызов необходимого документа. Назначение подраздела «НПА» – обеспечение легитимности принимаемых управленческих решений. Кроме того, раздел «Документы» содержит отчеты о финансировании ООПТ, выходные данные и тексты научных и технических отчетов, материалы проектов, фотодокументы.

В разделе «Контакты» приводятся контактные данные юридических и физических лиц, как ответственных за ООПТ, так и выполняющих работы на ООПТ по заказу региональной администрации.

Раздел «Картографические материалы» также является одним из важнейших компонентов ИАС. Большие объемы разнородной информации, как правило, не воспринимаемые в других формах представления, легко усваиваются в картографическом виде. Раздел включает две рубрики. Первая – «Карты обзорного уровня», содержит построенную в масштабе 1:200000 цифровую карта Ленинградской области. На ней, кроме элементов топографической основы, представлены административные границы муниципальных образований и особо охраняемых природных территорий. Вторая – «Карты локального уровня», включает комплекты цифровых топографических, лесоустроительных, землеустроительных, почвенных и других тематических карт по конкретным ООПТ, выполненных в масштабе 1:25000.

Раздел «Отчетная документация» предназначен для создания и хранения кадастровых и тематических отчетов. Отчеты генерируются на основе хранящихся в ИАС фактографических данных. Формы кадастровых отчетов соответствуют требованиям к отчетной документации по ведению государственного кадастра ООПТ. Содержание тематических отчетов назначается пользователем ИАС из обширного перечня рубрик.

В разделе «Справочные данные» объединены классификаторы формализованных данных, используемых другими разделами ИАС. Здесь же содержатся таксономические описания биологических видов. Структура таксономического описания включает до шести уровней систематики, на русском языке и на латыни. Обеспечена поддержка синонимов. Подраздел «Красные книги» включает списки и определения статуса охраняемых видов в Красных книгах различного уровня: регионального, общероссийского, международного.

Важной особенностью организации данных ряда разделов ИАС является поддержка истории. Хранение ретроспективных данных приводит к существенному усложнению структуры ИАС. Необходимость такого решения продиктована установкой на длительную эксплуатацию системы и ожидаемой необходимостью анализа временных рядов событий и фактов, разносторонне описывающих ООПТ.

Система хранения данных включает три блока. Первый представлен базой фактографических данных, созданной средствами SQL Server. Такое решение обеспечивает возможность одновременного многопользовательского доступа к одним и тем же информационным ресурсам. Второй блок включает базы геоданных, хранящиеся в формате MSAccess. Каждая база геоданных содержит пространственные данные по конкретной ООПТ. Третий блок содержит внешние файлы, например, тексты нормативно-правых актов, научных и технических отчетов, фотодокументы. К документам применен запрет на редактирование. Хранение значительных объемов не подлежащей редактированию информации в качестве внешних файлов снижает объем и облегчает структуру фактографической базы данных, улучшает ее быстродействие. Отдельную группу внешних данных образуют документы, подготавливаемые средствами ИАС, например кадастровые отчеты.

Пользовательское ГИС-приложение, созданное средствами ArcGIS Engine Developer Kit.

Управление данными в ИАС осуществляется программной оболочкой, созданной в среде MS Access. Из программной оболочки реализовано непосредственное обращение к базе фактографических данных с помощью программных компонентов ESRI. При обращении к внешним файлам используются как встроенные, так и внешние приложения.

Основные этапы развития

На сегодняшний день заказчики информационных систем, как правило, не заинтересованы в проектах, в которых выпуск первой рабочей версии системы ожидается через несколько лет или даже через год. В нашей работе мы учитывали такую позицию заказчика. Первая версия Информационно-аналитической системы «Особо охраняемые природные территории Ленинградской области» была разработана за 4 месяца. Вторая версия, в которой был существенно увеличен состав информационных ресурсов и расширена функциональность работы с данными, в частности встроен генератор кадастровых отчетов, увидела свет еще через 5 месяцев.

А осенью 2006 г. ожидается выход уже третьей версии ИАС. Ее основные отличия от предыдущей версии – эргономичный интерфейс и оптимизированный ГИС-компонент ИАС, разработанный средствами ArcGIS Engine Developer Kit и обеспечивающий требуемую функциональность при работе с картографическими материалами. Также будет изменена технология встраивания ГИС-функциональности в программное обеспечение ИАС. В ее основу положена инкапсуляция компонент ArcGIS Engine в ActiveX DLL сервер, написанный на MS VB 6.0. Такой подход позволяет получить устойчивые программные решения и ускоряет разработку и отладку модулей, обеспечивающих ГИС-функциональность системы.

Подготовленная карта для навигатора OziExplorerСE.

В 2006 году ИАС пополнится двумя дополнительными разработками. Первая – это тематический сайт, посвященный региональным ООПТ. Он призван обеспечить экологическое воспитание и информирование широких слоев населения о современном состоянии территорий. В состав информационных ресурсов сайта планируется включить интерактивную карту ООПТ Ленинградской области, подготовленную на базе сервиса Google Maps.

Вторая разработка – создание карт для мобильных навигационных устройств Pocket PC, оснащенных GPS-модулем. Цель проекта – обеспечение администрации, сотрудников ООПТ и контрольно-надзорных органов, а также научных групп, выполняющих полевые работы на ООПТ, актуальными картографическими материалами для проведения натурных исследований и контрольных рейдов. Карты для Pocket PC адаптируются для использования в OziExplorer.

Адаптация в современные реалии

Принципиальная особенность разработки ГИС по особо охраняемым природным территориям (ООПТ) связана с тем, что невозможно рассматривать отдельные ООПТ в качестве полностью изолированных объектов. Их следует рассматривать как ключевые узлы экологического каркаса территории. Подобный подход определяет многоуровенность создаваемой ГИС. В общем случае она может включать обзорный, локальный и другие уровни с разными масштабами и наполнением. Эти уровни связаны единым классификатором и «сквозными» объектами (к примеру, границами территорий ООПТ). А унификация между разными уровнями ГИС и между объектами внутри уровней должна обеспечиваться на основе единой схемы (модели) пространственных данных, единых легенд и стилей оформления карт.

К сожалению, пока не существует общепринятого, хотя бы «де-факто», межотраслевого классификатора даже для цифровых топооснов. В нашей работе мы опирались на классификатор FMARK, принятый в Министерстве природных ресурсов РФ. Тематические наборы пространственных данных, домены баз геоданных и их состав зависят от уровня детальности. Чтобы избежать серьезных ошибок при анализе полученных или созданных пространственных данных, необходимо для заполнения тематических наборов пространственных данных использовать единый разработанный набор правил топологии (как внутри-, так и между классами пространственных объектов и подтипами). Для грамотного документирования создаваемых и используемых пространственных данных важно уделять внимание ведению и заполнению метаданных. Для обеспечения совместимости пространственных данных необходимо работать в общепринятых системах координат. Кроме того, нельзя забывать об актуализации имеющихся данных и используемых программных средств. Иначе мы получим геоинформационную систему, устаревшую уже к моменту ее создания. Актуализация данных возможна с использованием космо- и аэроснимков высокого разрешения, а также по результатам проведения полевых работ.

Пример публикации пространственных данных в сети Интернет на основе сервиса Google Maps.

При наличии разработанной схемы пространственных данных, единого классификатора и правил топологии, в среде ArcGIS 9 создаются и заполняются персональные базы геоданных (БГД) обзорного и локального уровня.

БГД обзорного уровня может включать в себя следующие наборы данных:

• цифровая топографическая основа;
• административное деление региона;
• объекты инфраструктуры;
• территории ООПТ;
• природоохранные сведения (пути миграции животных, факторы угрозы, и пр.)

БГД по локальным объектам (территории ООПТ) включают в себя следующие наборы данных:

• цифровая топографическая основа;
• природные ландшафты;
• лесоустройство;
• объекты охраны;
• зонирование территории;
• растительный и животный мир;
• состав почв;
• землеустройство;
• полевые наблюдения;
• фотодокументы;
• космоснимки высокого разрешения.

По мере получения информации набор данных может изменяться и расширяться.

Используя единые наборы легенд и стилей оформления, создаются необходимые тематические карты и макеты карт для печати.

При наличии необходимого программного обеспечения фирмы ESRI и ГИС-специалистов подобная геоинформационная система может напрямую использоваться для решения многочисленных задач, связанных с управлением и мониторингом особо охраняемых природных территорий. В других случаях необходима адаптация исходной ГИС.

Для обеспечения простоты и бюджетности использования пространственных данных целесообразно применять свободно распространяемое приложение ArcReader фирмы ESRI. Средствами модуля ArcGIS Publisher подготовленные тематические карты публикуются в формате ArcReader, предоставляя пользователю базовую ГИС-функциональность. Открытые библиотеки компонента ArcReaderControl, входящего в состав ArcReader, обеспечивают возможность встраивания той же базовой ГИС-функциональности (инструменты панорамирования, масштабирования, печати, идентификации и поиска) в собственные разрабатываемые приложения. При этом в качестве картографических основ также будут выступать опубликованные карты.

При необходимости оптимизации интерфейса и инструментария созданной геоинформационной системы под решение конкретных задач визуализации и анализа пространственных данных, а также для встраивания ГИС-функциональности в собственные приложения можно использовать средства разработчика ArcGIS Engine. При этом на рабочем месте пользователя необходима только лицензия на запуск приложения, разработанного данными средствами (лицензия ArcGIS Engine Runtime).

При необходимости коллективной работы с пространственными данными требуется перевод персональных баз геоданных в корпоративную БГД с использованием реляционной системы управления базой данных (РСУБД) и серверного приложения ArcSDE. Подобное решение обеспечивает централизованное хранение и целостность данных, безопасность и персонализацию доступа к данным, а также версионность и многопользовательское редактирование данных.

При использовании пространственных данных ГИС ООПТ в ходе полевых работ с использованием карманных компьютеров (КПК) с GPS-модулем наиболее целесообразным является использование ArcPad – приложения ESRI для мобильных ГИС. Если при проведении полевых работ на территории ООПТ не требуется вся предоставляемая AcrPad ГИС-функциональность, можно воспользоваться возможностями более бюджетного программного продукта OziExplorer. Для этого необходимые карты преобразуются в растровый формат с сохранением пространственной привязки в среде ArcGIS. Затем они регистрируются и конвертируются в собственный формат данных версии OziExplorer для настольных компьютеров. После этого пространственные данные готовы к использованию в навигаторе OziExplorerСE на КПК.

Для публикации пространственных данных открытого доступа в сети Интернет можно пойти двумя путями. Первый предлагает фирма ESRI – мощное приложение для Интернет ArcIMS. Есть и второе, простое решение – использование открытого сервиса Google Maps на основе географически привязанных спутниковых снимков. Использование набора инструментов Google Maps API позволяет обращаться к картам Google с собственной веб-страницы. На эту основу можно выкладывать необходимые пространственные данные, реализовать возможность быстрой пространственной и объектной навигации и получения краткой информации. Подготовку пространственных данных для использования их на основе сервиса Google Maps можно проводить в среде ArcGIS, используя созданные тематические карты и различные расширения, к примеру, Typeconvert (http://www.mi-perm.ru/gis/programs/typeconvert/).

Заключение

Методология создания и различные варианты использования ГИС ООПТ были апробированы на примере Ленинградской области. Созданная геоинформационная система используется в информационно-аналитической системе ИАС ООПТ ЛО, разработанной для Комитета по природным ресурсам и охране окружающей среды Правительства Ленинградской области. На данный момент в интернете на основе открытого сервиса Google Maps опубликована тестовая версия сайта «Особо охраняемые природные территории Ленинградской области» (http://www.etomilin.sp.ru).