Возможности экологического картографирования с применением апимониторинга
В последнее время все чаще карты экологических ситуаций, созданные по данным разносторонней экологической информации, становятся основой для систем поддержки принятия решений при управлении экологической безопасностью территорий. Под выявлением экологических ситуаций подразумевают пространственную локализацию экологических проблем на основании собранных данных (измерений параметров, статистических, аэрокосмического мониторинга). Далее происходит установление перечня (набора) экологических проблем и определение комбинаций (сочетания) экологических проблем, отнесение выявленного ареала к той или иной степени остроты экологической ситуации (Комплексное экологическое картографирование, 1997).
Апимониторинг, как оценка состояния окружающей среды с использованием медоносных пчел и продуктов пчеловодства, применяется как для анализа территорий потенциально опасных объектов, так и для оценки экологического состояния отдельных элементов ландшафта. Для введения в практику экологического биомониторинга проводилось изучение пчел в качестве биоиндикатора и аккумуляторов загрязнителей окружающей среды (по отдельным видам загрязнителей) (Осинцева, Коркина, 2009; Ломаев, 2007).
Для анализа и визуализации совокупности экологических пространственно распределенных данных необходимо специализированное программное обеспечение – геоинформационные системы (ГИС). Они способны не только поддерживать соответствующие формы цифрового представления информации о территории, но и позволяют оперировать информацией в целях решения разнообразных задач анализа территориальной структуры. Эффективное использование технологий ГИС для оценки экологического благополучия территории невозможно без высокого уровня автоматизации и применения экспертных систем. Именно эксперт на основании разработанных критериев должен решать вопрос отнесения полученного ареала с конкретным перечнем экологических проблем к той или иной градации остроты.
Последовательность проведения операций при оценке экологических ситуаций (Комплексное экологическое картографирование, 1997):
а) выявление экологических проблем; б) определение ареалов экологических проблем; в) выявление территориальных сочетаний экологических проблем и определение ареалов экологических ситуаций;
г) оценка степени остроты экологических проблем и ситуаций по последствиям изменения природной среды: ухудшение условий проживания и здоровья населения; истощение природных ресурсов; нарушение генетической целостности ландшафтов.
Предлагается разработанная экспертная геоинформационная система оценки экологических ситуаций, в которой предусмотрено:
- работа с цифровыми картами и атрибутивной информацией (импорт, экспорт данных, их редактирование, визуализация, изменение графического содержания);
- создание полигональных и линейных объектов (ареалов распределения параметров, характеристик, проблем) по экологическим данным точечной локализации, в том числе и с применением нечетких параметров (Алексеев, Телегина, Янников, 2009; Телегина, Исенбаева, Караваев, Саввинова, 2014);
- использование разработанной базы правил экспертного анализа для оценки экологической ситуации по совокупности экологических проблем на примере Удмуртской Республики;
- анализ совокупности экологических проблемных ареалов в соответствии с правилами экспертного анализа и определение экологической ситуации.
Аналитическая часть системы предполагает разработку базы данных и базы знаний. В разработанной базе данных предполагается хранение информации для составления карт: народонаселения, воздействия на природу и антропогенного воздействия с указанием различной степени проявления отдельных экологических проблем. Каждой проблеме присваивают буквенный индекс, а в случае наличия оценки – еще и цифровой, отражающий степень проявления проблемы (Комплексное экологическое картографирование, 1997; Телегина, Исенбаева, Караваев, Саввинова, 2014). Пример использованных индексов градаций веществ и элементов, присутствующих в подвижной форме в почвах, показан в таблице.
Таблица Индексы градаций присутствующих в почвах веществ и элементов
Данные апимониторинга помогут установлению негативных изменений компонентов ландшафта и определению ареалов с негативными изменениями компонентов ландшафта (Телегина, Фарафонов, 2012).
База знаний системы представляет собой совокупность правил комби- нирования рассматриваемых экологических параметров из базы данных, и позволяет на их основе провести анализ и классификацию экологических ситуаций. Для количественной оценки экологической ситуации предполагается использование метода экспертных балльных оценок. Все показатели, оказывающие влияние на формирование экологической ситуации, оцениваются в баллах по шкале, состоящей, как правило, из трех-пяти градаций. Частные баллы суммируются, полученная сумма разбивается также на три-пять ступеней, и на основании отнесения полученного интегрального показателя к определенному интервалу дается оценка экологической ситуации.
Экспертом формируется оценочное суждение об остроте выявленных экологических ситуаций по совокупности экологических проблем. Оценка проводится с помощью региональной аналитической схемы (матрицы), являющейся правилом для экспертов, отдельно с точки зрения влияния на условия проживания и здоровье населения, влияния на природно-ресурсный потенциал и целостность ландшафта.
Создание карты экологических ситуаций предполагается выполнять на основе полученных экологических карт и сформированной базы правил. При этом используются методы пространственного анализа: создание оверлея и бинарные операции над площадными объектами. Каждый объект результирующего слоя (оверлея) наследует атрибуты исходных слоев. Путем наложения и сопряженного анализа карт ландшафтов, использования земель, плотности населения и синтеза всех отдельных проблемных карт определяют контуры ареалов экологических ситуаций. По совокупности атрибутов объектов оценивается острота ситуаций (Телегина, Исенбаева, Караваев, Саввинова, 2014).
На основании результатов объединения нескольких сходных по природным особенностям ландшафтов с развитием в них одинакового набора экологических проблем территориальные сочетания экологических проблем разделяют на шесть категорий по остроте экологических ситуаций: условно удовлетворительная, конфликтная, напряженная, критическая, кризисная, катастрофическая.
Таким образом, разработанная экспертная геоинформационная система анализа экологических ситуаций позволит автоматизировать процесс картографирования экологических ситуаций с применением в качестве экологических данных данные апимониторинга, и обеспечит целенаправленную характеристику состояния природы, хозяйства и населения территории.
М.В. Телегина ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет», г. Ижевск, Удмуртская Республика, Россия
Смотрите также
