2015-10-13
11082
Как известно, первые автоматические системы слежения за параметрами внешней среды были созданы в военных и космических программах. В 50-е гг. в системе ПВО США уже использовали семь эшелонов плавающих в Тихом океане автоматических буев, но самая впечатляющая автоматическая система по контролю качества окружающей среды была, несомненно, реализована в «Луноходе».
В настоящее время процесс миниатюризации электронных схем дошел почти до молекулярного уровня, делая реальным полностью автоматизированные, с всеобъемлющим программным обеспечением, сложные многоцелевые и в то же время компактные, полностью автономные системы слежения за качеством окружающей среды. Их развитие в настоящее время сдерживается не техническими, а прежде всего финансовыми трудностями – они все еще стоят очень дорого – и, как ни странно, организационными проблемами многоуровневого управления такими системами, настолько информативными и потенциально мощными, что их создание и эксплуатация приобретают политическое значение. Можно даже сказать, что социально и психологически общество не готово к использованию таких систем, которые по существу опередили свое время, что в современном обществе скорее является правилом, чем исключением.
Основными структурными блоками современных автоматических систем мониторинга являются:
Датчики параметров окружающей среды – температуры, концентрации соли в воде, солнечной радиации, ионной формы, металлов в водной среде, концентраций основных загрязнений атмосферы и вод, включая СПАВ, гербициды, инсектициды, фенолы, пестициды, бензапирены и др. Выделяют датчики активные и пассивные.
Датчики биологических параметров – прироста древесины, проективного покрытия растительности, гумуса почв и др.
Автономное электропитание на основе совершенных аккумуляторов или солнечных батарей, прогресс в разработке которых также был обеспечен в течение последних 20-30 лет щедрым финансированием космических программ.
Миниатюризированные радиопередающие и радиоприемные системы, действующие на относительно короткое расстояние – 10-15 км.
Компактные радиостанции, передающие на сотни и тысячи километров.
Системы спутниковой связи, зачастую связанные с системами глобального позиционирования (например, GPS).
Современная вычислительная техника, включая мобильные устройства.
Специальное программное обеспечение.
Следует отметить, что почти повсеместно отсутствует эффективная обратная связь между последствиями загрязнения и причинами, его вызвавшими, а это в свою очередь приводит к дисгармонии в системе человек-промышленность-окружающая среда. Перечислим основные причины, снижающие эффективность обратной связи между последствиями загрязнения и причинами, которые его вызывают.
Экономические выгоды или потери интересуют больше всего и сегодня, а экономический ущерб от загрязнения окружающей среды не прогнозируется, зачастую не осознается, отложен с момента загрязнения или от момента принятия решения, повлекшего его за собой, и восполняют его часто не те, кто в нем повинен.
Результаты экологической экспертизы не доводятся или не доходят до сознания большинства граждан, т.к. влияние загрязнения окружающей среды на здоровье зависит от индивидуальных, возрастных, социальных и психофизиологических особенностей жителей и может быть значительно задержано во времени.
Оценки и прогнозы состояния среды промышленного города, необходимые для обоснованного ведения планово-предупредительных природоохранных мероприятий, требуют специальных знаний из области точных и естественных наук, и зачастую далеко выходят за узкие рамки стандартных методик, используемых в практике природоохранных служб.
Таким образом, с точки зрения информационных задач управления качеством окружающей среды основные проблемы состоят в том, что:
отсутствует или затруднен прогноз состояния среды города в зависимости от действий субъектов и состояния объектов управления;
результаты оценки или прогноза не доходят до тех, кому они предназначены либо представлены в том виде, в котором адресат их не воспринимает.
Неэффективная работа традиционных систем получения, обработки и передачи информации приводит к нарушениям и в системах принятия решений и управляющих воздействий. Эту ситуацию нельзя исправить ни законодательными, ни административными мерами на этапе принятия решений без повышения эффективности работы городской информационной инфраструктуры управления качеством окружающей среды. Чтобы успешно управлять территорией и рационально распоряжаться ее ресурсами, нужно хорошо представлять себе обобщенные характеристики ее состояния и иметь возможность оперативно и в наглядной форме получать необходимые для принятия решений детальные сведения об объектах управления.
Сейчас эта проблема решается следующим образом. Создают распределенную информационную систему, в которой иерархическое построение отражает реальную административную подчиненность экологических организаций, регламентирует контроль и управляющие воздействия. Информационно-аналитическая система экологических служб города – это распределенная информационная система, предназначенная для обеспечения средствами телекоммуникации и математического моделирования задач организации контроля, анализа и прогноза состояния окружающей среды и на этой основе обеспечения задач управления качеством среды. Система многоуровневая и строится по иерархическому принципу в соответствии с реальной административной и ведомственной подчиненностью экологических организаций. Элементы системы – это автоматизированные рабочие места экологов (АРМ): на промышленных предприятиях, в экологических службах, в организации здравоохранения, в администрации города и края. Каждый АРМ, с одной стороны, должен обслуживать интересы своего владельца, с другой стороны, содержать в себе свойства и функции, отвечающие корпоративным потребностям тех ведомственных, административных и функциональных подсистем, к которым он относится.
Необходимость обмена информацией и передачи управляющих воздействий объединяет АРМы в целостную общегородскую систему. Распределенная информационная система, в которую входят как природоохранные, так и природопользовательские организации, позволяет создать функциональные (или предметные) информационно-аналитические, экспертные и прогностические подсистемы: экологического мониторинга воздушного и водного бассейнов; мониторинга здоровья жителей; прогностические, справочные и экспертные подсистемы. Они организуются за счет горизонтальных и перекрестных (межведомственных) связей и позволяют использовать экспертный и модельно-прогностический потенциал экологических служб и науки. Эти подсистемы обеспечивают решение задач оценки, анализа и прогноза и на этой основе поддержку принятия решений природоохранных служб и администраций.
В системе восходящие информационные потоки несут контрольную и сводную информацию, локальные оценки и прогнозы, а нисходящие – распоряжения, нормативно-методическое обеспечение управляющих решений, глобальные оценки и прогнозы. Таким образом, можно создать единое информационное пространство с единой нормативно-методической базой, необходимой для проведения эколого-экономических экспертиз, для оценки и прогноза состояния территории и здоровья населения.
12. Аэрокосмический мониторинг
Система наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников и спутниковых систем называется аэрокосмическим методом мониторинга.
Аэрокосмический мониторинг подразделяется на:
Ø Дистанционный мониторинг - совокупность авиационного и космического мониторингов. Иногда в это понятие включают слежение за средой с помощью приборов, установленных в труднодоступных местах Земли (в горах, на Крайнем Севере), показания которых передаются в центры наблюдения с помощью методов дальней передачи информации (по радио, проводам, через спутники и т. п.).
Ø Авиационный мониторинг осуществляют с самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов (включая парящие воздушные шары и т. п.), не поднимающихся на космические высоты (в основном из пределов тропосферы).
Ø Космический мониторинг - мониторинг с помощью космических средств наблюдения.
Оперативное слежение и контроль за состоянием окружающей среды и отдельных ее компонентов по материалам дистанционного зондирования и картам называют аэрокосмическим (или картографо-аэрокосмическим) мониторингом.
Аэрокосмический мониторинг позволяет одновременно получать объективную информацию и оперативно выполнять картографирование территории практически на любом уровне территориального деления: страна - область - район - группа хозяйств (землепользование) - конкретное сельскохозяйственное угодье - культура.
Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Получаемые документы очень разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам. Все зависит от вида и высоты съемки, применяемой аппаратуры, а также от природных особенностей местности, атмосферных условий и т.п. Главные качества дистанционных изображений, особенно полезные для составления карт, - это их высокая детальность, одновременный охват обширных пространств, возможность получения повторных снимков и изучения труднодоступных территорий. Снимки дают интегрированное и вместе с тем генерализованное изображение всех элементов земной поверхности, что позволяет видеть их структуру и связи. Благодаря этому данные дистанционного зондирования нашли в картографии разнообразное применение: их используют для составления и оперативного обновления топографических и тематических карт, картографирования малоизученных и труднодоступных районов (например, высокогорий). Наконец, аэро- и космические снимки служат источниками для создания общегеографических и тематических фотокарт.
Существует несколько основных направлений применения материалов дистанционного зондирования в целях картографирования:
Ø составление новых топографических и тематических карт;
Ø исправление и обновление существующих карт;
Ø создание фотокарт, фотоблок-диаграмм и других комбинированных фото картографических моделей;
Ø составление оперативных карт и мониторинг.
Составление оперативных карт - это один из важных видов использования космических материалов. Для этого проводят быструю автоматическую обработку поступающих дистанционных данных и преобразование их в картографический формат. Наиболее известны оперативные метеорологические карты. В оперативном режиме и даже в реальном масштабе времени можно составлять карты лесных пожаров, наводнений, развития неблагоприятных экологических ситуаций и других опасных природных явлений. Космофотокарты применяют для слежения за созреванием сельскохозяйственных посевов и прогноза урожая, наблюдения за становлением и сходом снежного покрова на обширных пространствах и тому подобными ситуациями, сезонной динамикой морских льдов.
Мониторинг предполагает не только наблюдение за процессом или явлением, но также его оценку, прогноз распространения и развития, а кроме того - разработку системы мер по предотвращению опасных последствий или поддержанию благоприятных тенденций. Таким образом, оперативное картографирование становится средством контроля за развитием явлений и процессов и обеспечивает принятие управленческих решений.
Система аэрокосмического мониторинга позволяет регулярно и оперативно проводить:
Ø инвентаризацию земельного фонда земель сельскохозяйственного назначения;
Ø ведение земельного кадастра;
Ø уточнение карты землепользования;
Ø инвентаризацию селитебных земель, их инфраструктуры (городов, поселков, деревень, в том числе больших "неперспективных" и заброшенных);
Ø инвентаризацию земель мелиоративного фонда;
Ø оценку мелиоративного состояния земель и ведение динамического мелиоративного кадастра;
Ø подготовку и систематическое обновление каталогов земель, находящихся в фонде перераспределения;
Ø контроль над темпами освоения новых земель;
Ø разработку экологического обоснования природопользования в районах традиционного и нового сельскохозяйственного освоения;
Ø планирование рационального землепользования, проведение своевременной инвентаризации очагов (зон) дефляции, водной и ветровой эрозии, деградации почв и растительного покрова;
Ø инвентаризацию земель, включенных в состав природоохранного, рекреационного и историко-культурного назначения, а также особо ценных земель;
Ø составление карт динамики природных и антропогенных процессов и явлений;
Ø составление прогнозных карт неблагоприятных процессов, активизирующихся в результате нерациональной хозяйственной деятельности;
Ø сопряжение картографической информации со статистическими данными.
Съемки ведут в видимой, ближней инфракрасной, тепловой инфракрасной, радиоволновой и ультрафиолетовой зонах спектра. При этом снимки могут быть черно-белыми зональными и панхроматическими, цветными, цветными спектрозональными и даже - для лучшей различимости некоторых объектов - ложноцветными, т.е. выполненными в условных цветах. Следует отметить особые достоинства съемки в радиодиапазоне. Радиоволны, почти не поглощаясь, свободно проходят через облачность и туман. Ночная темнота тоже не помеха для съемки, она ведется при любой погоде и в любое время суток.
13. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (сокр. ЭГИС) син. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ – автоматизированные аппаратно-программные системы, осуществляющие сбор, хранение, обработку, преобразование, отображение и распространение пространственно-координированных экологических данных. Э.и.с. предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления экологическими ситуациями. Основная функция Э.и.с. — информационно-картографическое обеспечение принятия управленческих решений. Основу Э.и.с. составляют базы цифровых экологических данных и автоматические картографические системы с подсистемами ввода, логико-математической обработки и вывода данных. Информация в Э.и.с. организована в систему "слоев", содержащих цифровые данные о компонентах среды и организмах (например, рельеф местности, гидрография, административное деление, источники воздействия на среду, показатели загрязнения, размещение населения и т.д.), образующих информационную модель объекта. На этой основе выполняются процедуры анализа, сопоставления слоев, их преобразования с целью получения новой информации, необходимой для принятия тех или иных управленческих решений (например, выбор трасс для прокладки нефтепроводов, проведение лесозащитных мероприятий, рекреационного освоения территории и др.). Главные источники информационного обеспечения Э.и.с. — карты и атласы экологические, аэро- и космические снимки, статистические и гидрометеорологические данные, результаты непосредственных наблюдений и замеров на местности.
По пространственному охвату различают глобальные, общегосударственные (национальные), региональные, муниципальные и локальные Э.и.с. Они могут быть проблемно-ориентированными, т.е. предназначенными для решения задач определенного типа (например, оценка территорий под строительство), или комплексными многоцелевыми. В развитых странах формируются информационные сети, в которые включены Э.и.с. разного пространственного охвата, назначения и проблемной ориентации.
