Примеры ГИС при проведении ОВОС

Наиболее динамично ГИС технологии в настоящее время внедря­ются при создании проектов в нефтяной и газовой промышленности. Поэтому приведем два примера ГИС, реализованных в этой области.

Первый пример — ГИС экологического сопровождения инвестици- онно-строительных проектов в нефтегазовой отрасли, предложена В. В. Хромых (2002). По типологии экологические ГИС можно отнести к классу научно-производственных систем локального уровня. Как пра­вило, они охватывают территорию площадью 50-500 км² и создаются в масштабе 1:25 000 и крупнее. Можно выделить пять основных этапов применения ГИС при экологическом сопровождении инвестицион­но-строительных проектов:

♦ создание электронной ландшафтной карты, база данных кото­рой должна объединять сведения о всех компонентах геосис­тем, включая информацию о наличии и стоимости промысло­вых видов природных ресурсов (экономическая составляющая БД);

♦ оценка устойчивости геосистем (и их отдельных компонентов) к различным видам антропогенного воздействия на основе ин­тегральных балльных оценок по факторам устойчивости и до­бавление этих оценок в базу данных электронной ландшафт­ной карты (экологическая составляющая БД);

♦ интеграция карт устойчивости ландшафтов к техногенной на­грузке с картами объектов обустройства и выделение потен­циально опасных для хозяйственного освоения участков тер­ритории (оценка экологического риска);

♦ выбор оптимальной стратегии при проектировании с учетом как экономической, так и экологической составляющих базы данных (поддержка принятия управленческих решений);

♦ организация на базе ГИС системы экологического мониторинга с использованием материалов наземных (полевых) наблюде­ний и ДДЗ, включая космические снимки сверхвысокого раз­решения.

Основной объем пространственной информации, хранящейся в си­стеме, составляют данные, полученные в результате пространствен­ного анализа в ГИС. Таким образом, информационный КПД подоб­ной системы достигает 300—400%. В роли информационных полюсов выступают ландшафтная карта и цифровая модель рельефа. От этих полюсов «меридианами» расходятся информационные связи с други­ми, в основном производными тематическими картами. Пересечения информационных потоков от «природных» и «хозяйственных» эле­ментов системы порождают «эколого-экономический» информацион­ный банк данных, служащий основой при обосновании выбора раз­личных вариантов хозяйственного использования территории. Поддерж­ка принятия управленческих решений в экологической ГИС реализу­ется за счет интеграции пространственных данных естественного (при­родного) и антропогенного (хозяйственного) характера и создания единого «эколого-экономического» пространства, где экономические и экологические показатели находятся в тесной взаимосвязи. Это по­зволяет менеджеру довольно быстро и легко получить ответ на запро­сы, возникающие в процессе управления окружающей средой.

В качестве программного обеспечения используются продукты ESRI Inc.: полнофункциональный программный комплекс Arclnfo и настоль­ная ArcView GIS с модулями Spatial Analyst и 3D Analyst. Для работы с ДДЗ лучше всего подходит ERDAS IMAGINE (ERDAS Inc.). Такой выбор обусловлен отличной сочетаемостью этих программ друг с дру­гом, потрясающей функциональностью и скоростью при работе с большими объемами пространственных данных.

На начальном этапе доступны, как правило, следующие исход­ные данные:

♦ топографические карты масштаба 1:25 ООО;

♦ карты лесной инвентаризации (кадастровые данные лесотак- сационной съемки) масштаба 1:50 ООО;

♦ почвенные карты масштаба 1:100 ООО и мельче;

♦ геологические карты масштаба 1:200 000;

♦ проектная документация (карты транспортных коридоров и хозяйственных объектов масштаба 1:10 000 и крупнее);

♦ материалы полевых исследований (ландшафтные профили, геоботанические площадки, точки отбора проб и их коорди­наты на основе GPS-съемки).

Важным источником информации служат ДДЗ: материалы много­маршрутной аэрофотосъемки масштаба 1:10 000 или 1:15 000, а также космические снимки высокого и сверхвысокого разрешения (Ресурс-О, SPOT, IRS, Ресурс-Ф, Комета, Ikonos и т.п.). Геологические, почвен­ные карты и космические снимки со спутников «Ресурс-О» в силу большой невязки масштаба с остальными источниками использовать напрямую для цифрования и пространственных операций в ГИС затруд­нительно, однако их необходимо активно применять при составлении ландшафтной карты на начальном этапе для определения границ геоси­стем более высокого иерархического уровня (типов местности).

Построение цифровой модели рельефа (ЦМР) осуществляется при помощи команды Createtin в Arclnfo. Источником данных служат оци­фрованные с топоосновы высотные отметки (masspoints), горизонтали, гидросеть и урезы воды (breaklines). Для корректировки используются материалы полевых исследований (нивелирные трассы ландшафтных профилей и материалы проектировщиков). Полученная триангуляцион­ная сеть служит основой для последующих карт углов наклона поверх- мости, экспозиций склонов (команда Tinarc), геохимических мигра­ций на основе поверхностного стока, а также трехмерных моделей.

При создании ландшафтной карты сначала определяются границы типов местности. Ведущая роль При дифференциации отводится гео­морфологическим факторам. Большое значение при этом имеет ЦМР. Так, к склонам междуречий можно отнести все смежные территории (треугольники сети) с углами наклона, превышающими 2,5—3° (ко­манда Eliminate). Следующим шагом является определение границ гео­систем уровня урочищ. На этом уровне районирования усиливается роль границ растительного и почвенного покрова. Для определения границ типов растительности используются ДДЗ. Аэрофото- и космические сним­ки дешифрируются в пакете ERDAS IMAGINE. Для этого они сначала привязываются к растру топокарты, затем выделяются полигоны со сход­ной яркостью и структурой изображения и сопоставляются с данными топокарты, лесной инвентаризации и полевых наблюдений.

Полученный слой полигонов конвертируется в систему Arclnfo. При оверлейных операциях особенно осторожно следует подходить к удалению «паразитных» полигонов (команда Eliminate), так как, на­пример, большинство ландшафтов в центральной пойме имеет вытя­нутую структуру. Для наполнения атрибутивной базы данных по ти­пам урочищ можно создать простой файл (ТХТ) в таблице INFO, а затем с помощью команды Joinitem осуществить слияние атрибутив­ной БД (ТХТ) с пространственной (PAT). В результате получается ги­гантская база данных, где по каждому полигону ландшафтной карты имеются сведения (атрибуты) о каждом компоненте ландшафта.

Для определения устойчивости ландшафтов к различным видам антропогенного воздействия можно использовать интегральные балль­ные оценки по следующим факторам устойчивости:

♦ мощность геосистемы (общая биомасса);

♦ увлажненность (соответствие накопленной в системе влаги ве­личине испаряемости);

♦ возможность развития эрозионных процессов;

♦ динамическое состояние.

Так, для оценки эрозионной опасности земель необходимо опре­делить средний уклон каждой геосистемы. Для этого в Arclnfo прово­дится наложение (команда Intersect) ландшафтной карты и карты рельефа на основе TIN (команда Tinarc), а затем статистический ана­лиз средствами Arc View GIS полученного векторного покрытия, в котором каждому полигону соответствует только один тип ландшафт­ной системы и только один участок (треугольник) триангуляционной сети (TIN) с полным набором атрибутивной информации в базе дан­ных (площадь, тип урочища, угол наклона, экспозиция склона и т.п.). Полученная балльная оценка должна быть усилена дополнительными коэффициентами КР (наличие растительности) и КП (характер поч­венного покрова).

приложений (ПРОП). В широком смысле ПРОП можно представить в виде совокупности специально подобранных (под конкретную задачу) тематических данных, ранее полученных знаний и прикладных про­грамм, реализующих методы и модели расчетов характеристик природ­ной среды, которые интегрированы в виде информационно-технологи­ческого комплекса для получения новой информации, необходимой при выборе экологически оправданных и экономически выгодных про­ектных решений по освоению ГКМ полуострова Ямал. Одной из наибо­лее важных задач информационного обеспечения, которую выполняет подсистема, является оценка возможных воздействий проектируемых промышленных объектов на окружающую среду (так называемая задача ОВОС). Подсистемы СИС-Ямал взаимосвязаны, так как они разработа­ны с применением единых компонент. В качестве основной компоненты в СИС-Ямал используется геоинформационная технология в виде се­рии программных продуктов фирмы ESRI для персональных компьюте­ров — Arc View GIS 3.0а., Spatial Analyst 1.0a, Dialog Designer. Эти про­граммные средства широко применяются в наиболее приближенном к пользователю блоке СИС-Ямал — в подсистеме ПРОП.

2. База данных подсистемы. При решении прикладных задач (в ча­стности, ОВОС) подсистема ПРОП должна предоставить пользова­телю возможность использовать:

♦ первичные данные наблюдений об окружающей среде и при­нятых характеристиках промышленных объектов (фактографи­ческие данные);

♦ результаты обработки и обобщения материалов наблюдений в ходе предыдущих научных исследований в виде текстовых опи­саний, графиков и т.п. (текстовые данные);

♦ топографические и тематические карты, географически при­вязанные результаты гидродинамического и вероятностного мо­делирования характеристик природной среды (пространствен­ные данные).

Стандартизация и систематизация фактографических, текстовых и пространственных данных обеспечивается другими подсистемами СИС-Ямал (подсистемами архивного и интегрированного банка дан­ных) в процессе выполнения более ранних (по отношению к реше­нию прикладных задач) этапов информационной поддержки, реали­зуемой системой в целом. Наиболее актуальные с позиции ПРОП ас­пекты подготовки данных — единство средств идентификации объектов (данных, моделей и т.п.) и представления их во входных документах по отношению к подсистеме. Унифицированность объектов в ПРОП поддерживается специально разработанными или выбранными из су­ществующих кодами, кодификаторами и классификаторами для дан­ных по различным аспектам природной и социальной сред. Единые средства представления данных на носителях составляют более 25 стан­дартов на форматы фактографических и текстовых данных и метадан­ных. При этом для описания структур фактографических данных ис­пользуется язык архивных данных, разработанный во ВНИИГМИ-МЦЦ. Для оцифровки пространственных данных применяются стандарты про­дуктов ESRI в виде:

♦ формата покрытий ARC/INFO для подготовки цифровых карт топографической основы;

♦ формата шейп-файлов ArcView для цифровых тематических карт.

Наиболее ответственным этапом подготовки данных для ПРОП является создание фонда картографических материалов по району ос­воения газоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Основ­ной информационной единицей топографической основы являются листы карт масштаба 1:1 ООО ООО (мелкомасштабные), 1:100 ООО (круп­номасштабные), 1:25 ООО (детальные).

Топографическая основа представляет набор структурированных в виде отдельных покрытий данных о местности в проекции Гаусса—Крю- гера (Пулково-42), вычисленной для шестиградусной зоны по парамет­рам эллипсоида Красовского, в установленных для данной проекции системах координат и высот. Тематические карты, отражающие состоя­ние окружающей (природной и антропогенной) среды и требуемые для решения задачи ОВОС, привязаны к единой топографической основе.

3. Основные особенности построения ПРОП. Подсистема разраба­тывается в виде ГИС-приложений в инструментальной среде ArcView GIS 3.0а. Структурно ГИС-приложение ПРОП состоит из базового фрагмента, разработанного на языках Avenue и Visual Basic с приме­нением Dialog Designer, который обеспечивает общие функции по управлению данными, вызову прикладных программ, назначению сценариев моделирования и расчетов, визуализации и пространствен­ному анализу полученных результатов и аналитических модулей (при­кладных программ), выполняющих операции по тематической обра­ботке данных и подключаемых к ГИС-приложению. Взаимодействие перечисленных элементов ПРОП и базы данных осуществляется в соответствии со следующими выработанными информационно-про­граммными стандартами:

♦ информационного интерфейса для поддержки обмена данны­ми между базовым и аналитическим модулями, отображения и анализа полученных результатов;

♦ программного интерфейса для осуществления инициализации аналитических модулей в подсистеме и организации их вызова из базового фрагмента.

Информационный интерфейс базового фрагмента ПРОП и анали­тических модулей осуществляется на основе применения специально разработанного псевдоязыка в виде набора конструкций для описания:

♦ аналитического модуля перед его инициализацией в подсистеме;

♦ входных параметров сценария расчета, требуемых для работы аналитического модуля;

♦ выходных результатов по окончании работы модуля и их пред­ставления (включая геообъекты) и анализа средствами ArcView GIS и Spatial Analyst.

Общее управление данными и заданиями в ПРОП осуществляется базовым фрагментом, при этом пользователю предоставляется взаимосвя­занный набор инструментов, с помощью которых реализуется процесс анализа данных и выбора оптимальных проектных решений по разме­щению промышленных объектов и особенностям их эксплуатации:

♦ навигатор — средство выбора задания, поиска и отбора необ­ходимых данных в БД;

♦ рабочая карта — экран для выполнения заданий и просмотра их результатов;

♦ редактор сценариев — диалоговое окно для ввода параметров для работы аналитических модулей;

♦ исполнитель — диалоговая система работы аналитических мо­дулей;

♦ сборщик отчета — средство для интеграции данных из различ­ных источников ПРОП и получения твердых копий.

В текущей версии ПРОП пользователь может получить параметры для оценки воздействия на окружающую среду технических сооруже­ний в районе исследований, задавая собственные характеристики объектов и особенности их влияния для:

♦ планирования сброса грунтов в районе перехода газопровода через Байдарацкую губу;

♦ проведения гидроиспытаний технических средств транспорти­ровки газа через губу;

♦ планирования характеристик трубопровода в связи с возмож­ным растеплением грунтов под ним;

♦ оценки экологических последствий атмосферного переноса газа при эксплуатации объектов Бованенковского ГКМ;

♦ планирования мероприятий в связи с подъемом уровня рек в районе Бованенковского ГКМ;

♦ планирования мероприятий в связи с эрозией ландшафтных образований в поймах рек.

Дата добавления: 2014-11-29