Приклади застосування геоінформаційних систем в Україні
Сьогодні в Україні створені і використовуються тисячі різних геоінформаційних систем. Значну їх частину складають екологічні ГІС, розробці яких надається велике значення в ДНВЦ «Природа» та в Інституті телекомунікації та глобального інформаційного простору НАН України.
З використанням технологій дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) з космосу і геоінформаційних систем (ГІС) для Київської, Полтавської, Сумської, Херсонської та Рівненської областей, розроблені екологічні геоінформаційні системи, які реалізовані в середовищі ГІС Arc-View на топографічній основі у вигляді електронної векторної карти України М 1: 200 000. Їх інформаційний фонд складається з наступних (основних) тематичних шарів:
ТОПОГРАФІЧНА ОСНОВА:
- рельєф – основні і додаткові горизонталі, покажчики напрямку схилів, яри, вимоїни й ін;
- гідромережа – ріки, озера, водосховища, ставки;
- населені пункти;
- комунікації;
- дороги;
- ліси;
- підписи;
- контури меж районів і області.
ТЕМАТИЧНА (ЕКОЛОГІЧНА) ІНФОРМАЦІЯ:
o табличні, текстові, топографічні характеристики заповідників, заказників, пам’ятників природи;
o дані про полігони промислових, побутових, радіоактивних відходів, сміттєзвалищ, сховищ пестицидів (тип, кількість, координати, приналежність) і контури зон їхнього впливу на компоненти природного навколишнього середовища;
o локалізація вибухо-пожежонебезпечних об’єктів і підприємств, які використовують у виробничому процесі сильнодіючі отруйні речовини (СДОР) (атрибутивні форми містять дані про назву підприємств, типи отруйних речовин, задіяних у виробничому циклі, кількості працюючого персоналу, параметри зон поразки у випадку викиду СДОР при наступних характеристиках навколишнього середовища: температура – 20С, швидкості вітру –1м/сек, час, який сплинув з моменту аварії – 20 хвилин, а також оцінки кількості можливих жертв і площ поразки);
o контури зон забруднення території області ізотопом Сs137: – 40 ku/км2; 15 ku/км2; 5-15 ku/км2;1-5 ku/км2;
o межі дифузійних джерел забруднення поверхневих вод, екологічні оцінки якості поверхневих вод у створах водних об’єктів за наступними категоріями:
· за вмістом компонентів сольового складу;
· за трофо-сапробіологічними показниками;
· за специфічними показниками токсичної і радіаційної дії.
o межі зон забруднення приземного шару техногенним пилом в околицях великих промислових об’єктів і центрів;
o локалізація станцій спостереження за якістю атмосферного повітря;
o межі пожежонебезпечних торфовищ і лісових масивів;
o розташування лісництв;
o об’єкти природно-заповідного фонду області.
ПОВЕРХНЕВІ ВОДИ:
§ межі зон катастрофічного затоплення у випадку прориву дамб;
§ характеристики гідротехнічних споруд усіх типів;
§ межі зон затоплення паводковими водами;
§ перелік і топографічні характеристики населених пунктів, що знаходяться в зонах підтоплення;
§ локалізація скидів стічних вод і водозаборів, насосних станцій.
ЗЕМЕЛЬНІ РЕСУРСИ:
Ø контури зон активності ерозійних процесів по ступенях: слабка; помірна; висока; небезпечна;
Ø контури ґрунтових виділів по типах.
ІНШІ ДАНІ:
· лінії електропередач 270 кВ, 110 кВ, 33 кВ, магістральних газопроводів;
· координати електропідстанцій, газорозподільних і катодних станцій.
Оператор автоматизованого робочого місця (АРМ) у режимі інтерактивної взаємодії з цим фондом може оперативно одержувати необхідні характеристики компонентів навколишнього природного середовища, топографічних особливостей і параметрів об’єктів інфраструктури у межах будь-якої ділянки території області.
Ці характеристики даються у вигляді тематичних карт, в які включається тільки необхідна для вирішення конкретної проблеми. Зміст інформаційного фонду розроблених систем дозволяє також районувати території по рівнях ризиків техногенної небезпеки, що необхідно для оптимального планування заходів з безпеки.
Прикладом іншого типу ГІС є система екологічного моніторингу поверхневих вод. Така система розроблена НДЛ «ЕДЕМ» Вінницького національного технічного університету на замовлення Держуправління охорони навколишнього природного середовища у Вінницькій області. Система призначена для реалізації основних функцій державної системи моніторингу поверхневих вод, забезпечує збирання даних спостережень усіх суб’єктів моніторингу вод області в єдиний банк даних, їх контроль та аналітичну обробку. Переваги системи: 1) обробка даних моніторингу з урахуванням їх геопросторової прив’язки; 2) автоматизація звітності та аналітичної обробки даних моніторингу, у т.ч. порівняння даних з різними видами ГДК та ГДВ, обчислення мінімальних, максимальних та середніх значень, кореляційний аналіз тощо; 3) можливість проведення вибірки даних і побудови екологічних карт та тривимірна динамічна візуалізація даних моніторингу; 4) автоматичне обчислення похибки вимірювань з урахуванням специфіки вимірювальних приладів та методик; 5) наявність електронних паспортних даних водних об’єктів з прив’язкою до карти; 6) можливість оцінювання екологічного стану поверхневих вод за стандартними класами та категоріями; 7) автоматичне наповнення банку даних по формі «2ТП-Водгосп».
Система впроваджена в Держуправлінні охорони навколишнього природного середовища у Вінницькій області, управлінні з надзвичайних ситуацій області, обласній санепідемстанції, Вінницькому обласному центрі з гідрометеорології, Вінницькому облводгоспі, Південно-Бузькому басейновому управлінні водних ресурсів. Планується її впровадження в органах влади та місцевого самоврядування. Після певної адаптації векторної карти система може бути застосована в будь-якій іншій області чи регіоні України.
Використання ГІС технологій для оцінки земельних ресурсів розглянемо на прикладі ГІС «Земельний фонд» Вишгородського району Київської області». Технологія створення таких ГІС напрацьована в ДНВЦ «Природа» і базується на застосуванні програмних засобів комплексу ArcGis/ArcInfo.
Структурно геоінформаційна система поділяється на ряд підсистем, кожна з яких характеризується певним набором операцій, що виконуються.
Підсистема збору даних. Ця підсистема відповідає за точність, достовірність і оперативність даних, потрібних для введення в систему. Кількість джерел даних, що використовуються під час створення ГІС, дуже велика. Серед основних можна виділити такі: дані дистанційного зондування (ДДЗ) поверхні Землі, картографічні дані, дані польових знімань, статистичні матеріали. Вони представлені як в електронному вигляді, так і в аналоговому та містять дані як про просторові об’єкти, так і атрибутивні дані. Виходячи із завдання побудови ГІС земельного фонду, були визначені тематичні дані (категорії земель), які необхідні для роботи та обрані джерела з яких вони будуть отримані (космічні знімки високого розрізнення, топографічні карти, господарські плани).
Організація даних. Важливим моментом у створенні ГІС є вибір способів логічної та просторової організації даних. Із найбільш поширених схем просторового впорядкування інформації в ГІС була обрана організація даних по шарам, коли картографічні об’єкти логічно організовуються в набори тематичних шарів.
ГІС складається з таких шарів:
- землі сільськогосподарського призначення (рілля, сіножаті/пасовища, багаторічні насадження);
- ліси та інші лісовкриті площі (лісові масиви, окремі ділянки лісу, чагарники, деревна рослинність вздовж доріг і річок);
- заболочені землі;
- землі під водними об’єктами (річки, озера, водосховища);
- забудовані землі (населені пункти);
- землі природно-заповідного, оздоровчого, рекреаційного, історико-культурного призначення;
- інші землі (об’єкти інфраструктури, кар’єри, місця поховань тощо);
- дорожня мережа (основні дороги та магістралі).
Важливою характеристикою ГІС є модель поданням просторових даних, тобто система, яка відображає (відтворює) об’єкти. Використана найбільш поширена векторне подання даних, зокрема, векторно-топологічна модель, яка описує не лише геометрію об’єктів, але й топологічні відношення між ними.
Підсистема введення інформації. На етапі редагування даних була проведена попередня обробка відібраних космічних знімків за допомогою інструментів програми ERDAS Imagine. - покращення сприйняття досліджуваних об’єктів для якісної візуальної обробки;
- посилення контрасту зображень або окремих елементів, застосування спеціальних фільтрів
У зв’язку з тим, що вихідні векторні шари повинні бути в географічній проекції Гаусса-Крюгера, необхідно було провести проекційні перетворення космічних знімків (КЗ). Для цього використовувалися процедури геометричної корекції ERDAS Imagine.
Після геометричної корекції була створена мозаїка з панхроматичних кадрів та проведене покращення інформативності панхроматичного знімка шляхом комбінування візуальної інформації трьох діапазонів з просторовою інформацією чорно-білого діапазону засобами модуля Interpreter/Resolution Merge.
Тематичне дешифрування. Наступним кроком було тематичне дешифрування отриманого знімка. Процедура дешифрування була поділена на послідовні логічні етапи, основними з яких є розпізнавання, інтерпретація, прийняття рішення. На етапі розпізнавання велику допомогу надали додаткові матеріали (топографічні карти, космічні знімки високого розрізнення). Тематична інтерпретація проводилася по закінченні етапу розпізнавання шляхом віднесення об’єктів до якої-небудь класифікаційної групи (населені пункти, річки, ставки, промислові об’єкти, дороги, сільськогосподарські угіддя).
Результати дешифрування можуть бути виражені у вигляді карти чи у вигляді бази просторових даних, де присутні індивідуалізовані об’єкти. У нашій роботі основний акцент був зроблений на одержання максимально точної позиційної інформації про об’єкти, форми і положення границь контуру площинних об’єктів, їх площі й периметра. Описові характеристики були отримані з різних джерел. Результати такого об’єктного дешифрування найбільш логічно і просто представляються у вигляді бази даних векторної ГІС як лінійні та площинні (полігональні) об’єкти.
Побудова векторних шарів проводилась за допомогою інструментів ArcMap ArcGis/ArcView та ArcGis/ArcInfo. Основним завданням векторизації є більш повне і точне введення даних з космічних знімків або картографічного джерела з одночасним формуванням лінійно-вузлової стуктури. Паралельно з векторизацією проводилося присвоєння атрибутивної інформації кожному об’єкту. Для цього були внесені спеціально закодовані дані у відповідності до «Класифікатора інформації, яка відображається на топографічних картах».
Побудова топологічних зв’язків. Наступним кроком у створенні тематичних шарів було корегування отриманих векторів засобами ArcInfo. Для усіх шарів необхідно, щоб усі межі об’єктів були присутні, займали правильне положення, правильну форму та були зв’язані із зовнішньою межею. Крім цього, кожен полігон чи лінія повинні мати мітку з унікальним ідентифікатором, для того, щоб із ними можливо було зв’язати атрибутивні дані.
Підсистема опрацювання даних. Важливою функцією обробки інформації в ГІС є виконання просторового аналізу і моделювання операцій над цими даними. Процедура аналізу даних починається з пошуку і відбору даних за запитом користувача. В разі потреби виконується статистичний аналіз, що дає змогу робити висновки про однорідність, вибірки, розв’язувати завдання класифікації, районування. Крім цього в атрибутивних таблицях можливо ідентифікувати об’єкти із специфічними значеннями атрибутів та їх виділення на карті. Також є можливість проводити модифікування атрибутів для відображення змін географічних об’єктів. В цій підсистемі є можливість зберігати й об’єднувати інформацію з іншими таблицями, такими як дані Excel. Приєднуючи цю інформацію до просторових даних є можливість отримувати нові дані для оцінки взаємозв’язків між об’єктами.
Підсистема виведення даних. Підсистема виведення ГІС призначена для візуалізації даних і результатів їх аналізу, а також для перетворення на форму, яка дає змогу здійснювати обмін даними з іншими інформаційними системами. Візуалізація дає можливість інтерпретації й подання даних у формі, зручній для сприйняття користувачем. Вихідну інформацію можна представляти у різному вигляді: зображення на моніторі, виведення на магнітно-оптичні носії, публікації в Internet, передача в інші інформаційні системи як анімація, друк на принтері (плотері) і т.ін.
Підсистема користувача є важливою частиною ГІС. На сучасному етапі перевага віддається варіанту роботи, коли користувач здатен реалізувати рішення, працюючи з ГІС самостійно. Але поряд з цим діяльність підсистеми може бути подана ще у двох видах:
- завдання пропонує споживач, розробляють їх оператори ГІС, а результати передаються без участі замовника;
- завдання розв’язуються за часткової участі замовника у вигляді експертної роботи фахівця в галузі ГІС.
Створена ГІС ”Земельний фонд” може розглядатися як базова в інфраструктурі геопросторових даних. Її можна розвивати, наповнюючи необхідною картографічною, статистичною, супутниковою інформацією, наземними даними та створювати нові тематичні шари для вирішення конкретних задач. Виконані роботи показали, що використання знімків з космічного апарата IRS забезпечує створення цифрових карт масштабу 1:50000 та 1:25000. Дуже важливо, що в даний час ці знімки є найбільш доступні, а також найменшою є їхня вартість.
Ще одним прикладом такої ГІС може служити геоінформаційна система земельного фонду території проектованого Національного природного парку (НПП) «Перлина Волині й Поділля», розташована у межах Здолбунівського, Острозького та Дубнівського районів Рівненської області і має загальну площу 23 тис. га. Його територія охоплює цілу низку природно-заповідних територій різних категорій, природні комплекси відзначаються багатством тваринного та рослинного світів, унікальністю біорізноманіття, відображають основні риси Малого Полісся України. За попередніми даними на території парку зафіксовано більше 30 видів Червонокнижних рослин, реліктові види флори, 146 видів птахів, декілька пам’яток природи місцевого значення. Серед об’єктів НПП, які представляють науковий інтерес, грабово-дубові ліси, екосистеми боліт, виходи вапнякуватих пісковиків. Ландшафти парку мають високий рекреаційний потенціал.
Територія проектованого НПП в близькому майбутньому буде динамічно розвиватись, бо згідно Закону «Про природно-заповідний фонд України» вона повинна використовуватись для охоронних, туристичних, наукових та освітньо-виховних цілей. Тому створення геоінформаційної системи є не тільки доцільно, а й необхідно. Створена в ДНВЦ «Природа» ГІС земельного фонду проектованого Національного природного парку «Перлина Волині й Поділля» дозволить ефективно управляти природно-заповідною територією, створити єдину інформаційну базу для її об’єктів, планувати розвиток та своєчасно оновлювати картографічне забезпечення території.