Компьютерная графика включает преимущественно практические вопросы работы с картографическим изображением. Графические примитивы и топология элементов изображения. Дигитайзеры и дигитализация. Растр и векторизация по растру. Типовые библиотеки графических примитивов. Способы штрихового оформления и цветовые палитры. Машинные приемы реализации картографических способов изображения. Проекционные преобразования изображения. Слоевое деление картографического изображения. Специализированные графические редакторы. Графические редакторы геоинформационных систем.
Предмет “Создание ГИС” посвящен темам компьютерной реализации картографического моделирования и совмещения его с другими способами модельного представления географической оболочки. В данную дисциплину включены следующие разделы. Постановка задачи создания ГИС и критерии выбора программных средств. Концептуальные модели ГИС. Картографические проекции в ГИС и создание картографических основ. Пространственный анализ и создание на его основе тематических БД. Многомерный статистический анализ материалов многозональной аэрокосмосъемки и решение классификационных задач. Экспертно-оценочный анализ и его информационное обеспечение. Геофизическое и геохимическое моделирование географических объектов в ГИС. Статистическое моделирование социально-экономических явлений в ГИС. Картографические модели в ГИС и создание БД синтетических показателей. Структуризация графических и атрибутивных БД и составление проекта ГИС.
Современный опыт применения рассматриваемых программных комплексов обсуждается в предмете “Использование ГИС”. В это дисциплине рассматриваются конкретные результаты из отечественной и зарубежной практики. Нормирование природопользования, создание проектов норм выбросов (ПДВ), сбросов (ПДС) и размещения твердых отходов (ПДРО) в среде специализированной ГИС Эколог+. Разработка пилот проекта ГИС экологического обоснования инвестиций и проектирования строительства промышленного предприятия в среде MapInfo и GeoDraw/ГеоГраф. Разработка ГИС мониторинга природопользования в среде Панорама и GeoMedia. Разработка кадастровой ГИС для городского муниципального округа в среде AutoCAD, ARC/INFO, ArcView GIS, Microstation.
В отличие от создания электронных атласов, представляющих собой картографическую информационно-справочную систему, разработка классической ГИС предполагает оснащение ее библиотекой методов анализа в виде действующих моделей адаптированных к используемому массиву данных. Как правило, базовый программный продукт, приобретаемый на рынке геоинформационных систем, требует дооснащения его аналитическими модулями. Проблема наращивания базы методов одна из основных, которая решается от части приобретением специализированных программ, а от части созданием собственных программных продуктов. Это одно из направлений, которому на кафедре картографии отдается приоритет. Именно здесь заложены возможности:
а) автоматизации районирования территории, формализуя показатели и систематизируя геосистемы по принципам сходства функциональных свойств;
б) ГИС-сопровождения мониторинговых наблюдений;
в) ГИС-обеспечения управления природопользованием.
9. Среда получения оценок на базе ГИС – технологии как основа
обучения специалистов в области экологии
Активное использование ГИС-технологий в области экологии делает актуальной задачу подготовки специалистов в этой области. Для выполнения целого ряда задач, стоящих перед экологами, весьма перспективным является использование графического отображения полученной и преобразованной информации. Использование геоинформационных ситем позволяет наиболее адекватно отобразить распределение концентрации загрязняющих веществ или результаты их воздействия на те или иные объекты.
На кафедре Информационно-измерительных систем и технологий СПбГЭТУ разработана программная система комплексной оценки состояния объектов окружающей природной среды и на ее базе создан комплекс практических и лабораторных работ, позволяющий студентам и другим специалистам ознакомится с основными принципами сбора, обработки, представления экологической информации, моделирования и оценки состояния экологических объектов.
Общая характеристика системы
Программная система комплексной оценки является многофункциональной информационной системой, построенной на базе ГИС МарInfo. Назначение системы состоит в хранении, обработке и представлении цифровой картографической, экологической и других видов информации.
На ГИС-основе создана база моделей природных и техногенных объектов, база данных контрольных измерений, справочники вредных веществ, содержащие значения предельно допустимых концентраций. На основании базы контрольных измерений создана система мониторинга состояния окружающей среды, позволяющая оперативно оценивать экологическую ситуацию в заданном районе и представлять ее на карте.
Единая база природных объектов и источников загрязнения обеспечивает возможность моделирования распространения вредных веществ в воздушной и водной средах с целью исследования сложившейся обстановки и выработке рекомендаций по ликвидации последствий ситуации и по рациональному природопользованию. Модели распространения загрязняющих веществ в воде и в воздухе учитывают технологические характеристики предприятий (экологический паспорт), географическое местоположение, метеорологические условия.
Реализована модель распространения примеси в воздухе, основанная на методике ГГО, называемая ОНД-86. Она позволяет рассчитать поле разовых концентраций примеси из земли при выбросе из одиночного источника и группы источников, при нагретых и холодных выбросах, дает возможность учесть одновременно действие разнородных источников и рассчитать суммарное загрязнение атмосферы от промышленных комплексов. Результатом работы модели является поле концентраций, являющееся слоем ГИС.
Для водотоков реализована модель для средних рек северо-западного региона. Моделирование распространения загрязняющих веществ осуществляется от группы водовыпусков в пределах участка или целого водного бассейна с учетом их специфики, рассчитывается предельно допустимый сброс сточных вод в водные объекты. Результатом работы модели также является поле концентраций, импортируемое в ГИС.
Система реализует алгоритмы оценки качества окружающей природной среды.
Сложность оценок часто требует привлечения дополнительной информации, такой как оценки экспертов, результаты обследований и опросов. В программной системе решена задача объединения разнородных характеристик для получения комплексных оценок состояния объектов ОПС.
Для оценки качеств результатов контрольных измерений используется нормирование относительно предельно допустимой концентрации (ПДК).
В программной системе создан модуль, реализующий получение и обработку экспертных оценок. Задача получения экспертных оценок разбивается на три этапа: формирование вопросника и изменение структуры опроса в зависимости от целевой функции; проведение опроса по заданному шаблону и сохранение результатов; обработка результатов опроса и формирование экспертной оценки. Результаты обработки экспертных оценок приводятся к нормированной шкале качественных характеристик, имеют географическую привязку и могут быть нанесены на карту.
Оценка состояния объектов ОПС приводит к необходимости использования обобщающих показателей. В программной системе реализованы алгоритмы получения качественных оценок по результатам контрольных измерений, учитывающие существующие стандартные методики сложных оценок в воздухе и воде.
Комплексная оценка состояния объектов ОПС получается в результате объединения данных разного типа (результатов контрольных измерений в различных средах, результатов моделирования, обследования и экспертных оценок) с учетом важности (степени участия) каждой используемой характеристики. Степень участия определяет вес используемой характеристики при формировании сложной оценки качества объекта ОПС и назначается экспертом-специалистом. Если все характеристики равноправны коэффициенты степени участия равны 1.
На базе ГИС создана информационная среда получения комплексной оценки. Информационная среда получения комплексной оценки обеспечивает объединение и использование распределенной информации, а ГИС технология ее обработку в соответствии с географической или административной привязкой.
Каждый слой ГИС представляет собой совокупность данных, моделей или оценок. Оцифровка осуществлена послойно, т.е. каждая группа однотипных элементов (реки, озера, предприятия, фоновые концентрации) заносятся в отдельный слой. База данных цифровой карты включает два типа картографической информации: пространственную и описательную. Описательная часть БД хранится в формате DBF, что позволяет независимо заполнять ее в других программных оболочках, например FoxPro. Это особенно актуально для результатов контрольных измерений, имеющих большой объем. Пространственная информация хранится в векторном формате и используется для представления топоосновы и создания тематических слоев. Растровые карты используются как подложки для тематических карт.
Обучение специалистов
Разработанная программная система служит основой при проведении практических занятий по курсу «Информационные системы в экологии». Студенты знакомятся с вопросами
· ввода, накопления, хранения и обработки цифровой картографической и экологической информации;
· построения тематических карт на основании полученных данных и отражающих текущее состояние экосистемы;