Семинар ГИС. Семинар Использование гис в географии гис в географических исследованиях. Общая характеристика
 Скачать 153.98 Kb.
|
|
12. ГИС в сельского хозяйства Сельское хозяйство в нашей стране — одна из важнейших отраслей материального производства. Огромная площадь полей, большое количество транспортных средств, многочисленность людей, занятых в сельском хозяйстве РФ определили потребность в разработке качественно новых методов управления земельными ресурсами и сельскохозяйственным производством. Одним из наиболее перспективных направлений повышения эффективности управления сельскохозяйственным производством является использование информационных систем на базе геоинформационных технологий. Подобные системы позволяют решать многочисленные задачи, в числе которых информационная поддержка принятия решений, планирование агротехнических операций, мониторинг агротехнических операций и состояния посевов. Для обеспечения руководителей комплексом необходимой для принятия управленческих решений информации на платформе ГИС создается база данных, содержащая: цифровую модель местности, на которой осуществляются агротехнические операции; сведения о дистанционном зондировании; информацию о свойствах и характеристиках почв; карты посевов по годам; историю обработки полей и т.д. Для более эффективного использования, агрономическая ГИС должна содержать многослойную электронную карту хозяйства и атрибутивную базу данных истории полей с информацией о всех агротехнических мероприятиях. Обязательно должны быть включены слои мезорельефа, сведения о крутизне склонов, и их экспозиции, микроклимате, уровне грунтовых вод, содержании гумуса в почве и т.д. Атрибутивная база данных, содержащая данные различного характера, связана со слоями электронной карты. Привязку начинают с гидрографической сети, овражно-балочного комплекса, в большинстве случаев дополняют дорожной сетью и другими объектами. К конкретным объектам цифровой карты также привязывают пользовательские базы данных, включающие информацию о посевных площадях, данные о состоянии почв и др. Для решения задач комплексного анализа в сельском хозяйстве используются электронные карты с результатами спутниковых геодезических измерений. Использование таких методов позволяет получать детализированную информацию об обширных территориях (сельскохозяйственное предприятие, административный район и т.д.). Возможность определения конфигурации полей, их ориентировки, площади, направления вспашки, состояния полей на момент съемки и способствует оперативной оценке сельскохозяйственных угодий. Информационные системы управления на базе геоинформационных технологий играют немаловажную роль и в планировании агротехнических операций. Агротехническое планирование включает в себя следующие виды работ: расчет потенциала и эффективности кадров и земельных ресурсов; обмер полей (например, путем объезда по контуру с высокоточным GPS-оборудованием с максимальной точностью 1–3 см.); составление структуры посевных площадей и севооборотов в формате векторной электронной карты; анализ потребности в технике и оборудовании; расчет необходимого количества удобрений; формирование очередности операций обработки почвы, внесения удобрений и средств защиты. На основе вышеперечисленных данных ежедневно для сотрудников сельскохозяйственных предприятий составляются плановые задания на следующий рабочий день и при необходимости в них вносятся изменения. Планирование, осуществляемое на основе данных ГИС, позволяет сократить (или полностью исключить) простои в работе в случае нехватки кадров или техники, снизить стоимость агротехнических операций на единицу обрабатываемой площади и улучшить показатели урожайности. В ходе решения задачи по мониторингу агротехнических операций и состояния посевов осуществляется регистрация всех агротехнических операций, затрат на их проведение, фиксация состояния посевов посредством наземных измерений, экспертных оценок агрономов и данных дистанционного зондирования Земли (аэро- и космических снимков). Для мониторинга также важны данные агрохимического анализа почв по каждому рабочему участку поля. С помощью ГИС удобно проводить анализ всех проведенных агротехнических операций и отображение этой информации в виде карт, таблиц, графиков. Учитывается поступление продукции с полей, реализация зерна с поля и с тока. При этом данные могут собираться как с диспетчерского центра, так и сниматься с электронных весов установленных на складах или токах. Принимается во внимание расходование пестицидов и удобрений. Изучается объем расходования семян при посеве. Таким образом, обобщая наш краткий экскурс в создание системы информационной поддержки процессов принятия решений на основе ГИС-технологий, можно с уверенностью прогнозировать, что это позволяет повысить общую эффективность сельскохозяйственного производства за счет предоставления актуальной аналитической информации по всему комплексу необходимых параметров для принятия оптимальных и своевременных управленческих решений. 13. ГИС в геоурбанистике, географии населения и демографии Демографический анализ является основой для принятия решений во многих бизнес задачах: предоставление услуг клиентам, подбор мест для строительства, следование местных постановлениям, маркетинговые исследования и рекламные компании. Знание ваших клиентов, их нужд и возможностей критически важно для успеха в бизнесе. Понимание пространственной демографии населения важно также для составления списков прямой рассылки рекламы по почте, составления подходящих рекламных брошюр, проведения рекламных компаний в средствах массовой информации. За основу здесь берутся привязанные к карте данные об образе жизни, предпочтениях при покупках, душевых доходах и других важных критериях. ГИС позволяет создать демографические шаблоны и соответствующие карты на основе информации, получаемой при опросах и анкетировании покупателей в магазинах, по телефону и т.д., и последующей привязки собранных данных к адресам. При этом можно выявить примеры и тенденции, не очевидные при простом просмотре электронных таблиц, содержащих эти данных. Эти данные, или их часть, как правило, уже хранятся в корпоративной базе данных. Помощь в проведении демографического анализа могут также оказать специализирующиеся на подобных исследованиях компании. 14. ГИС и рациональное использование природных ресурсов Проблемам экологического характера во всем мире уделяется повышенное внимание. Развитие хозяйственной деятельности людей создает все предпосылки реальной возможности экологического кризиса. Большое значение приобретает направление, связанное с количественной оценкой антропогенных воздействий, созданием систем комплексной оценки состояния экологической обстановки, а также моделированием и прогнозированием развития ситуации. По некоторым оценкам около 80% всей информации, связанной с деятельностью человека, имеет пространственную привязку, поэтому создание подобных систем в настоящее время невозможно без использования современных компьютерных инструментов, одним из которых являются ГИС-технологии. Технология по созданию систем для организации и хранения пространственных данных ГИС стала развиваться с конца 70-х годов нашего столетия. С развитием ГИС стала развиваться и область ее использования. Учитывая многообразие применения – от высококачественной картографии до планирования землеустройства, экологического мониторинга и т.д. можно говорить, что именно географическая информационная система становится одной из наиболее востребованных информационных технологий для решения задач экологии. Экологические проблемы требуют быстрых и правильных действий, эффективность которых напрямую связана с оперативностью обработки и представления информации. При комплексном подходе, который характерен для экологии, приходится опираться на обобщающие характеристики окружающей среды, из-за чего, объемы даже минимально достаточной исходной информации должны быть большими, легкодоступными, а также систематизированы в соответствии с потребностями. Эту информацию можно получать в результате мониторинга. В ходе экологического наблюдения (мониторинга) осуществляется сбор и совместная обработка данных, которые относятся к различным природным средам, моделирование и анализ экологических процессов и тенденций их развития, а также использование данных при принятии решений по управлению качеством окружающей среды. Таким образом, одной из сфер применения ГИС в экологии является сбор и управление данными по охраняемым территориям, таким как национальные парки, заповедники и заказники. В пределах природоохранных территорий можно проводить полноценный пространственный мониторинг сообществ растений, ценных видов животных, определять влияние антропогенных вмешательств (туризм, прокладка дорог или ЛЭП), планировать и реализовать природоохранные мероприятия. Использование ГИС эффективно также для мониторинга условий жизнедеятельности местных видов, выявления взаимосвязей, оценки последствий природоохранных мероприятий на экологическую систему в целом, а также на отдельные компоненты, принятия оперативных решений по их корректировке в зависимости от меняющихся внешних условий. Геоинформационная система позволяет визуализировать экологические данные, которые имеют географическую привязку, проводить процедуры выделения и периодически корректировать ареалы экологических проблем, охарактеризованных рядом зафиксированных параметров. Значительная антропогенная нагрузка на окружающую среду в городах, большая концентрация производственных и транспортных сфер, ограниченность представляемых ресурсов вызывает необходимость учета экологического фактора при развитии населенных пунктов. Применение ГИС в экологическом мониторинге состояния окружающей среды населенных пунктов помогает обеспечивать системный подход к анализу уровня загрязнения урбанизированных территорий, многовариантность картографирования, возможность создания новых видов электронных карт для принятия конкретных хозяйственных решений. Базой для оценки экологического качества и уровня загрязненности территорий, создания мероприятий по развитию территорий является экологический мониторинг окружающей среды, данные государственного градостроительного кадастра, кадастра недвижимости и эколого-географического картографирования с использованием геоинформационных систем. В сельском хозяйстве ГИС используют при агроэкологической оценки земель, что позволяет перевести на новую качественную основу решение этой проблемы, особенно при проектировании интенсивных систем земледелия и агротехнологий. Создание земельно-оценочной основы для точных систем земледелия практически невозможно без ГИС-технологий. Система позволяет реализовать комплексный подход по оценке загрязнения и выявлению наиболее опасных загрязняющих веществ с позиций экологического нормирования, в основе которого лежат нормативы предельно-допустимых вредных воздействий на природные объекты и человека. Разработанная система базируется на современных информационных технологиях, оперирует результатами измерений, нормативными справочниками, содержащими значения класса опасности и предельно допустимые концентрации вредных веществ. Результаты модельных расчетов накладываются на природные карты, например, карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. Результат экологического исследования представляет оперативные данные трех типов - измеренные параметры состояния экологической обстановки в момент обследования, результаты обработки измерений и получение на этой основе оценок экологической ситуации, прогнозирующие развитие обстановки на заданный период времени. Совокупность всех перечисленных трех типов данных составляет основу экологического мониторинга. На основе ГИС при создании системы экомониторинга используется единая система координат для всех подразделений экомониторинга. Наибольшее распространение в России имеют следующие геосистемы, такие как программный продукт ArcGIS, семейство продуктов Intergraph и MapInfo Professional. Из отечественных продуктов широкое распространение получила программа ГИС Карта 2008. Используются также и другие программные продукты: ГИС ИНТЕГРО, MGE, IndorGIS, STAR-APIC, ДубльГИС, Mappl, ГеоГраф ГИС, 4geo и пр. Таким образом, материалы, составляемые при экологических исследованиях, представляют собой интегрированную картографическую оценку природных (геоэкологических геологических, инженерно-геологический, ландшафтно-геохимических, геоботанических и др.) условий в определенный временной отрезок в условиях сложившейся (или планируемой) системы хозяйствования. Формируется класс экологических приложений ГИС, представляющий собой одну из областей предметного приложения геоинформационных систем с характерными именно для нее задачами. 15. ГИС в медицинской географии Развитие многих наук, связанных с пространственно-временным анализом, предполагает не только совершенствование способов отображения распределения признаков по территории, но и показ их отношений и связей с другими особенностями исследуемого объекта, главным образом в тех случаях, когда их анализируют как сложные системы. Возникает необходимость исследовать варьирующиеся как в пространстве, так и по времени характеристики сразу нескольких явлений. Выполнить такой анализ можно только на основе причинно-следственных соотношений рассматриваемых систем признаков. В примерах медицинской географии подобные задачи составляют основу данного направления: например частоты и распространенность редких моногенных наследственных заболеваний в популяциях, эпидемиология частых мультифакториальных заболеваний в различных регионах. Причинами различной степени распространенности и их динамики являются как современные экологические факторы, так и исторически сложившаяся брачно-миграционная структура населения в регионах. Для выявления пространственно-временных закономерностей распространенности различных заболеваний в популяциях необходим учет самых разнообразных факторов, обусловливающих возникновение и распространенность этих болезней. Для решения подобных задач на сегодняшний день можно применить бурно развивающиеся перспективные направления геоинформационных технологий. После длительного анализа возможностей систем для решения наших задач в качестве базовой была выбрана линейка программных продуктов компании Autodesk. Ставка была сделана на технологии, реализованные в AutoCAD Map, Autodesk World и Autodesk MapGuide. В течение последних 10 лет в Медико-генетическом научном центре (МГНЦ) РАМН при спонсорской и методической поддержке АО "Русская Промышленная Компания" создана и апробирована уникальная ГИС-технология изучения генетических процессов, происходящих в генофонде народов России. Суть технологии заключается в следующем: информация об интересующем нас объекте накапливается в специальной базе данных; источниками информации являются как результаты экспедиционных исследований, так и литературные источники, различные статистические отчеты организаций РАМН . Затем, с помощью специально разработанной математической модели, указанные частоты трансформируются в цифровую модель (ЦМ) распространенности данного фактора в исследуемом регионе. Факторами могут быть частоты интересующего нас гена, болезни в популяциях и др. В случае исследования экологических факторов это, как правило, стандартные экологические параметры, такие как уровни минерализации подземных вод, размах колебания температур в регионах и пр. После построения ЦМ она визуализируется для дальнейшего принятия решения или анализа информации. Все картографо-статистические и картографо-математические действия проводятся именно с ЦМ. Таким образом, исследователи получают практически неограниченные возможности моделирования с помощью как детерминических, так и стохастических подходов. Так как большинство задач медицинской эпидемиологии основано на величинах, имеющих случайную природу, то наиболее "продвинутой" для данной технологии является стохастическая модель, основанная на одно- и многомерных методах математической статистики. Основное и главное отличие российской технологии от остальных ведущих мировых разработок состоит в том, что разработана методология оценки надежности таких ЦМ в моделировании эпидемиологических задач медицинской географии с использованием подходов теории надежности. В качестве примера приведена карта риска возникновения гемолитической болезни новорожденных при учете совместимости матери и ребенка по двум системам: резус-фактора и группы крови у населения Восточной Европы. Строятся карты частот генов группы крови (А, В, О) и карты частот генов резус-факторов (Rh+, Rh-). После этого вычисляется искомая вероятность риска по специальному математико-генетическому алгоритму с использованием ЦМ частот исходных пяти генов. В результате мы получаем карту генетического риска возникновения резус-конфликта матери и плода при одновременном учете их принадлежности к двум системам, выраженную в числе случаев на 100 000 населения. Разумеется, не составляет особого труда провести другие генетико-математические анализы, основанные на иных гипотезах и моделях. В настоящее время продолжается дальнейшая интеграция программного комплекса для платформы AutoCAD Map . Планируется в течение этого года завершить в виде самостоятельного приложения пакет программного обеспечения, позволяющий провести картографо-статистический анализ ЦМ с учетом фактора его надежности в среде AutoCAD Map. Предполагается, что данное приложение будет востребовано в среде пользователей ГИС, работающих с любыми цифровыми картами. Другим направлением является совместное создание МГНЦ и Институтом ревматологии РАМН на основе уже разработанных ГИС-технологий регистра для исследования эпидемиологии ревматоидных заболеваний по всей России. Данный проект поддержан Минздравом России и Международным исследовательским центром SMNF. Планируется, что в качестве соисполнителя и одного из спонсоров этого проекта будет выступать АО "Русская Промышленная Компания". Кроме того, ведутся переговоры с Минздравом и Миннауки Казахстана о совместном медико-генетическом и эколого-генетическом обследовании населения, проживающего в зоне Семипалатинского испытательного полигона с использованием разработанной ГИС-технологии. Вся полученная информация будет обрабатываться, анализироваться и отображаться с помощью инструментария программного комплекса на базе AutoCAD Map компании Autodesk с использованием компьютеров Silicon Graphics и собственных программных разработок МГНЦ. Предполагается получение уникальных данных, не имеющих аналогов в мировой науке, о длительном воздействии радиации на организм человека. На основе этих данных будут даны практические рекомендации по реабилитации населения, подвергшегося длительному радиационному воздействию. |