Техника и программирование в экологии

     3. Подсистема удаленного доступа  к данным

     Банк  данных является ядром информационной системы TerraNorte. Геоинформационная система  предназначена для осуществления  двух основных функций, а именно для обеспечения доступа локальных пользователей к банку данных TerraNorte, а также для проведения пространственного анализа и моделирования с целью получения производных информационных продуктов второго и более высокого уровней на основе различных пространственных данных. Подсистема удаленного доступа к данным на основе Интернет-технологий обеспечивает пользователям возможность получения как собственно информационных продуктов из банка данных, так и данных в виде табличных и графических документов, синтезируемых в соответствии с запросами пользователей. В настоящее время пользователи могут получить доступ к информационной системе TerraNorte через web-сайт по адресу http://terranorte.iki.rssi.ru.

     Особенности программно-аппаратной реализации системы TerraNorte

     Техническая реализация информационной системы TerraNorte основана на объединенном использовании  нескольких файл-серверов, обеспечивающих хранение содержимого банка данных. При этом данные распределены между  серверами в соответствии с их статусом (входные, промежуточные, выходные), типом (спутниковые, картографические, табличные) и форматом хранения (СУБД, бинарные файлы, файлы в формате ГИС-пакетов и др.)

     Доступ  конечных пользователей к данным системы обеспечивается web-сервером.

     Разработка информационной системы поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (проект № 04-07-90263-в).

     II. Система АРМ ЭКОМ (автоматизированное рабочее место экологического мониторинга).

     Программная система АРМ ЭКОМ является многофункциональной  информационной системой, построенной на базе ГИС МарInfo. Назначение системы состоит в хранении, обработке и представлении цифровой картографической, экологической и других видов информации. Система позволяет:

     - осуществлять сбор, классификацию  и упорядочивание экологической информации;

     - исследовать динамику изменения  состояния экосистемы в пространстве  и времени; 

     - по результатам анализа строить  тематические карты; 

     - моделировать природные процессы  в различных средах;

     - оценивать ситуацию и прогнозировать развитие экологической обстановки.

     На  ГИС-основе создана база моделей  природных и техногенных объектов, база данных контрольных измерений, справочники вредных веществ, содержащие значения предельно допустимых концентраций и группы лимитирующих признаков вредности. Оцифровка осуществлена послойно, т.е. каждая группа однотипных элементов (реки, озера, дороги, города, предприятия) заносятся в отдельный слой. База данных цифровой карты включает два типа картографической информации: пространственную и описательную. Преимущества ГИС состоит в связывании этих двух типов данных и поддержании пространственных связей между объектами. 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.

     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. Методика ОНД-86 для расчета концентрации примесей в атмосферном воздухе используется в нашей стране в качестве стандартной. 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. При проектировании предприятия необходимо с помощью ОНД-86 определить его характеристики (а именно высоту источника выброса, ширину санитарно-защитной зоны и др.) для обеспечения безопасности его функционирования для находящихся поблизости населенный пунктов. Для уже действующих предприятий возможно определить предельно допустимые выбросы, при которых обеспечивается не превышение санитарных норм содержания вредных веществ. Данная методика позволяет рассчитать значение разовой концентрации вредных веществ, которое определяется при наиболее неблагоприятных метеорологических условиях, то есть рассматривается не реальная ситуация, а наихудший случай для данной местности. 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. В качестве расчетного метода прогноза влияния сброса производственных, ливневых и хозяйственно-бытовых стоков и оценки процесса разбавления, а также для обоснования допустимых нормативов сброса сточных вод применен метод математического моделирования конвективно-диффузионного переноса загрязняющих веществ. Результатом работы модели также является поле концентраций, импортируемое в ГИС.

     Система реализует алгоритмы оценки качества окружающей природной среды. Возможность совмещения реальных значений фоновых концентраций, полученных в результате контрольных измерений, с результатами моделирования техногенных воздействий различных производств, работающих в штатном режиме и в случае аварийных выбросов и сбросов позволяет рассматривать ситуации при различных метеоусловиях и на основании этого осуществлять прогнозирование возможных последствий, проектирование хозяйственной структуры района. Географические карты при этом служат основным способом как отображения закономерностей изменения состояния экосистем, так и получения информации.

     Б. Рассмотрим использование  аппаратных, технических  и программных  средств в целях  проведения точечных проб, мониторинга  изменений экологических  факторов окружающей среды и осуществления экологического нормирования:

     Как правило, потребность измерения  экологических факторов связана  с необходимостью установления норм и правил природопользования. Экологическое  нормирование и стандартизация в  области охраны окружающей среды  и рационального природопользования приобретают сегодня особую важность. Это обстоятельство объясняется быстрым развитием экологического права в России, введением принципа платности природопользования, передачей объектов природопользования в частное управление, а также продолжающимся ухудшением экологической ситуации и необходимостью принятия адекватных превентивных мер.

     Практика  экологического нормирования позволяет  выделить три его основных направления: санитарно-гигиеническое, экосистемное и производственно-ресурсное.

     Основной  задачей санитарно-гигиенического нормирования является обеспечение  безопасности жизнедеятельности человека и сохранение генетического фонда. К основному объекту исследований относится толерантность человека к вредным воздействиям.

     Экосистемное нормирование включает оценку качества окружающей среды и ее компонентов через систему индексов и количественных оценок. В качестве инновационного направления можно выделить исследования в области нормирования индивидуального и группового риска при разного рода чрезвычайных ситуациях.

     Производственно-ресурсное  направление призвано решать целый  комплекс проблем. Это производственно-технологическое  обеспечение соблюдения экологических  норм и правил через экологизацию технологических процессов, нормирование качества выпускаемой продукции, ограничение прямого воздействия на природную среду предприятий, нормирование и стандартизация в области обращения с отходами производства и потребления.

     Экологическое нормирование тесно связано с  экологическим контролем, которому отводится одно из ведущих мест в системе обеспечения рационального природопользования и охраны окружающей среды. Основными формами экологического контроля выступают экологическая экспертиза, экологический мониторинг, экоаудит.

     Практика  создания экологических нормативов предполагает два основных этапа:

• Научная разработка и обоснование норм и правил;
• Придание им статуса норматива.

     Система стандартов в области охраны окружающей среды в настоящее время сохраняет  свое значение вплоть до принятия соответствующих технических регламентов. В российском классификаторе ГОСТов для природоохранных стандартов выделен раздел 17 «Охрана природы», который состоит из десяти (0-9) комплексов (в номенклатуре стандартов второе после 17 число):

     0 – организационно-методический;

     1 – охрана и рациональное использование  вод;

     2 – защита атмосферы;

     3 – охрана и рациональное использование  биологических ресурсов;

     4 - охрана и рациональное использование  почв;

     5 – улучшение использования земель;

     6 – охрана флоры;

     7 – охрана фауны;

     8 – охрана и преобразование ландшафтов;

     9 – охрана и рациональное использование  недр.

     Остановимся более подробно на стандарте 4 «Охрана  и рациональное использование почв».

     Земельные ресурсы относятся к универсальным  природным ресурсам, необходимым  для многих отраслей человеческой деятельности. Их следует оценивать с разных позиций:

1. Земля как почва для обеспечения человека продуктами питания;
2. Земля как территория для размещения различных объектов обеспечения человеческой деятельности.

     Земли относятся к природным компонентам, испытывающим наиболее значительные прямые и косвенные антропогенные воздействия, а также подверженным экзогенным геологическим опасностям.

     Рассматривая  земли как почвы и как территории, следует отразить следующий момент. В современном российском законодательстве установлен принцип регулирования земельных отношений, по которому использование земель осуществляется исходя из представления о земле как о природном объекте и одновременно как о недвижимом имуществе. При этом отмечается явная тенденция смещения трактовки понятия «земельные ресурсы» в сторону социально-экономических интересов в ущерб природно-ресурсным и экологическим. Такая тенденция должна быть компенсирована разработкой и принятием закона «Об охране почв». Однако до настоящего времени проект закона находится на стадии согласования.

     Почвы крупных мегаполисов испытывают особенно интенсивную антропогенную  нагрузку, которая часто приводит к их деградации и, соответственно, к нарушению нормального функционирования, что оказывает как прямое, так и косвенное негативное воздействие на живые организмы. Поэтому мониторингу состояния почв в крупных городах, в том числе таких мегаполисах, как Москва, уделяется со стороны государства особое внимание. Система мониторинга почв в г.Москве представляет собой систему непрерывных наблюдений за их состоянием, с целью оценки и прогноза изменений состояния городских почв под воздействием природных и антропогенных факторов.

     Система мониторинга почв в г.Москве начала функционировать в 2004 году; в настоящее  время сеть наблюдений за качеством почв включает в себя 1300 пунктов постоянного мониторинга (ППМ), равномерно распределённых по административным округам города на территориях различного функционального назначения. Планируется дальнейшее увеличение количество пунктов наблюдения. (В приложении к реферату приведены (а) Карта ЦАО г.Москвы, почвы, пункты экомониторинга; (б) Карта фактического материала по отбору проб почв в 2008 году.)