ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ И ГЕОМОДЕЛИРОВАНИЕ
В ИЗУЧЕНИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД По определению, географическая информационная система (ГИС) — это система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных [1]. ГИС можно рассматривать как модель изучаемого объекта и промежуточное звено между объектом и исследователем. Соответственно ГИС располагает значительным количеством приемов анализа пространственных объектов, с помощью которых исследуют структуру и морфологию явлений с их количественной оценкой. Изучают динамику и развитие явлений, выполняют прогнозные исследования и др. По территориальному охвату различают глобальные, региональные, локальные, или местные ГИС. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них — инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Базовым компонентом любой ГИС являются географические или пространственные данные, представленные в виде цифровых данных о пространственных объектах и включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах. Полное описание прстранственных данных складывается из взаимосвязанных описаний топологии, геометрии и атрибутики объектов. В изучении поверхностных вод большая роль отводится математической модели местности — цифровому представлению пространственных объектов, соответствующих объектовому составу топографической карты. Рельеф земной поверхности в цифровой модели отображен в виде трехмерных данных как совокупности высотных отметок и записей горизонталей. Функциональные особенности ГИС позволяют обрабатывать цифровую модель для получения ряда производных морфометрических или иных данных, включая вычисление углов наклона и экспозиции склонов, профилей поперечного сечения, генерацию линий водоразделов и др. ГИС "Водные ресурсы Республики Коми (РК)", создаваемая в Отделе экосистемного анализа и ГИС- технологий Института биологии, представляет собой региональную геоинформационную систему, предназначенную для решения широкого круга научных и прикладных задач. Эти задачи связаны как непосредственно с изучением водных ресурсов и гидрологического режима территории, так и информационным обеспечением смежных дисциплин. Разработка ГИС "Водные ресурсы РК" началась с создания цифровой пространственной модели территории, основанной на топографической карте масштаба 1:1000000. На этой карте представлена гидрографическая сеть, включающая водотоки длиной более 10 км и рельеф земной поверхности с сечением горизонталей от 25 до 200 м (в зависимости от высотной зоны). Учитывая крайне редкую сеть гидрометеорологических станций и постов на территории республики, выбранного масштаба вполне достаточно для решения целого ряда задач с использованием всех возможностей геоинформационных технологий. Естественно, в дальнейшем развитие ГИС предполагает создание цифровых моделей более крупного масштаба. Водоемы и водотоки, области формирования стока и пункты гидрологических наблюдений представлены в цифровой модели тремя основными типами пространственных объектов: точечными (гидрометрические створы, пункты отбора проб), линейными (реки) и полигональными (озера, крупные реки и водосборы). Полный набор однотипных объектов одного класса в пределах данной территории образует слой. Тематические слои в геоинформационной системе сопровождаются атрибутивными базами данных (БД), содержащими необходимую для исследований информацию: цифровую, описательную, графическую и т.д. Эта информация связывается с пространственными объектами через систему идентификаторов. Каждый пространственный объект геоинформационной системы имеет уникальный внутренний идентификатор, который придается ему при создании топологии, и внешние пользовательские идентификаторы (рис. 1), которых может быть несколько в зависимости от структуры баз данных и поставленных задач. Курсивом обозначены упорядоченные идентификаторы сегментов рек, возрастающие от истока к устью, а в рамках — идентификаторы, соответствующие номерам рек по справочнику "Гидрологическая изученность". Отдельными объектами в этом слое являются сегменты рек от истока до впадения первого притока или между двумя притоками. Всего таких объектов в пределах региона насчитывается около 8000. При необходимости сегменты можно расчленить на более мелкие отрезки. Так, например, ихтиологи выделяют нерестовые участки рек. Атрибутивные БД ГИС "Водные ресурсы" включают данные учета вод по количественным и качественным показателям, данные учета использования вод и сведения о гидролого-экологическом состоянии водных объектов. Основным источником информации о ресурсах поверхностных вод республики и районов являются сведения Государственного водного кадастра, подготавливаемые ежегодно центром Республики Коми по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. На сети гидрометеорологических станций и гидрологических постов ежесуточно собирается следующая информация: основные гидрографические характеристики водосборов рек; характерные уровни воды; средние и характерные расходы воды рек; температура воды рек; ледовые явления на реках; расходы и сток взвешенных наносов; химический состав воды рек в основные фазы их режима; основные гидрологические характеристики озер. Контроль и сбор материалов по использованию водных ресурсов предприятиями (водопотребителями) республики ведет Департамент водного хозяйства Минприроды Республики Коми. Отчетные материалы, представляемые ежегодно предприятиями, занимающимися водохозяйственной деятельностью, содержат следующую информацию: информация о предприятии; водозабор из природных источников; водоотведение. Состав и структура единой оболочки БД ориентированы на синтез существующих потоков информации о состоянии водных объектов и водохозяйственных систем, собираемых и накапливаемых различными ведомствами. Структура потоков информации и ее изученность предопределяет необходимость на первом этапе разработать единую БД. Субъекты (подсубъекты) и объекты сопровождаются базами данных, связанными между собой (рис. 2). БД субъектов, субъектов водопользования и их подсубъектов содержат адресные части, характеризующие их местоположение (географические координаты, адреса), ведомственную принадлежность и др., а также материалы по водопользованию (для субъектов водопользования). Адресные части используются для построения оптимальной системы обработки информации, оптимизации и ускорения поиска данных, а также используются в пространственных моделях. БД объектов включают постоянные гидрографические характеристики (координаты, длина, площадь водосбора и т.д.), средние многолетние гидрологические характеристики, данные ежегодных наблюдений и результаты химических анализов проб воды. БД субъектов водопользования содержат информацию об использовании воды на предприятиях и сбросе сточных вод, а также о химическом составе сточных вод. В настоящее время атрибутивная БД ГИС "Водные ресурсы РК" находится в стадии разработки. Процесс заполнения баз данных из-за большого объема информации потребует времени. Текущая работа с БД будет связана с периодическим обновлением данных. Как уже отмечалось, спектр задач, решаемых с помощью ГИС, весьма широк. В частности, это построение и анализ математических моделей по данным, снятым с картографических слоев и графических композиций нескольких слоев, и создание новых производных карт на основе математических моделей. Комплексный анализ факторов формирования поверхностных вод и гидрологического режима (климат, рельеф, почвы, растительный покров и т.д.) с помощью пространственных моделей даст возможность произвести детальную оценку речного стока и водных ресурсов в пределах частных водосборов в разные по водности периоды. Это позволит построить более детальные гидрологические карты и разработать модели для оценки качества воды при разных сценариях водохозяйственной деятельности и техногенных авариях. ГИС "Водные ресурсы РК" может использоваться и как информационно-справочная система, в наглядном виде представляя нужную пользователю информацию. Литература Ю.Б. Баранов и др. Толковый словарь по геоинформатике. М., 1997.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3966 посещений с 31.01.2001 |