A experiência de pesquisa geográfica integrada e mapeamento temático sistemático permitiu que o mapeamento geoinformado assumisse uma posição de liderança no desenvolvimento da ciência e produção cartográfica.
A comparação de mapas multitemporais e multitemáticos permite proceder a previsões com base nas relações e tendências identificadas na evolução dos fenómenos e processos. A previsão por mapas permite prever fenômenos modernos, mas ainda não conhecidos, como previsões do tempo ou minerais desconhecidos.
A previsão assenta em extrapolações cartográficas, interpretadas como a distribuição dos padrões obtidos no decurso da análise cartográfica de um fenómeno, para uma parte inexplorada desse fenómeno, para outro território ou para o futuro. As extrapolações cartográficas, como quaisquer outras (matemáticas, lógicas), não são universais. Sua vantagem é que eles são adequados para prever padrões espaciais e temporais. Na prática de previsão usando mapas, métodos de analogias, indicações, avaliações de especialistas, cálculo de regressões estatísticas, etc., bem conhecidos na geografia, também são amplamente utilizados.
Literatura:
1. Trifonova T.A., Mishchenko N.V., Krasnoshchekov A.N. Sistemas de geoinformação e sensoriamento remoto em estudos ambientais: Tutorial para universidades. - M., 2005. - 352 p.
2. Sturman V.I. Mapeamento ecológico: livro didático. - Moscou, 2003.
1. Mapeamento de problemas atmosféricos.
2. Mapeamento da poluição das águas terrestres.
3. Qualidade e estimativas quantitativas situações ambientais.
A atmosfera, como o ambiente mais dinâmico, é caracterizada por uma complexa dinâmica espaço-temporal dos níveis de conteúdo de impurezas. Em qualquer momento, o nível de poluição atmosférica em um determinado território ou em um ponto ou outro é determinado pelo equilíbrio de poluentes individuais e sua combinação. Na parte do resultado do balanço estão:
♦ ingestão de poluentes de uma combinação de fontes artificiais e naturais dentro do território em consideração;
♦ captação de poluentes de fontes fora do território considerado, inclusive remotas (transporte de longa distância);
♦ formação de poluentes como resultado de processos químicos secundários ocorridos na própria atmosfera.
No lado das despesas do balanço estão:
♦ remoção de poluentes fora do território considerado;
♦ deposição de poluentes na superfície terrestre;
♦ destruição de poluentes por processos de autodepuração.
Intensidade de sedimentação e fatores de autolimpeza para substâncias diferentes coincidem em grande parte. Portanto, as concentrações de diferentes substâncias costumam mudar de maneira relativamente consistente, obedecendo aos mesmos padrões temporais e espaciais.
A ingestão de poluentes de fontes poeirentas naturais e artificiais aumenta com a intensificação do vento (em combinação com a presença de superfícies soltas), durante os processos vulcânicos.
Assim, o mapeamento da poluição atmosférica consiste em:
♦ mapear o potencial de poluição do ar;
♦ mapeamento das fontes de poluição;
♦ mapear os níveis de poluição.
No curso de observação ambiental (monitoramento), eles coletam e processam em conjunto dados relacionados a vários ambientes naturais, modelam e analisam processos ambientais e suas tendências de desenvolvimento e usam dados para tomar decisões de gerenciamento de qualidade. meio Ambiente. O resultado de um estudo ambiental apresenta três tipos de dados operacionais: averiguar(parâmetros medidos do estado da situação ecológica no momento da pesquisa), avaliação(resultados do processamento das medições e obtenção nesta base de estimativas situação ambiental), previsão(prever o desenvolvimento da situação por um determinado período de tempo). A combinação desses tipos de dados forma a base do monitoramento ambiental. Uma característica da apresentação de dados em sistemas de monitoramento ambiental é que os mapas ambientais apresentam geoobjetos de área em maior extensão do que os lineares.
No SIG ambiental, são utilizados principalmente modelos dinâmicos, nos quais as tecnologias de criação de mapas eletrônicos desempenham um papel importante.
Quanto à modelagem digital, o uso de modelos digitais do tipo modelo digital do fenômeno, campo etc.
Ao nível da recolha de informação, a par das características topográficas, determinam-se adicionalmente parâmetros caracterizadores da situação ecológica. Isso aumenta a quantidade de dados de atributos no GIS ambiental em comparação com o GIS típico; conseqüentemente, o papel da modelagem semântica aumenta.
Ao nível da modelação, são utilizados métodos especiais para calcular parâmetros que caracterizam o estado ecológico do ambiente e determinam a forma de apresentação dos mapas digitais.
No nível da apresentação, os estudos ambientais emitem não um, mas uma série de mapas, principalmente quando se trata de prever fenômenos. Em alguns casos, os mapas são emitidos utilizando técnicas de visualização dinâmica, como pode ser verificado nas previsões meteorológicas veiculadas na televisão.
Por exemplo, os objetos de monitoramento da cidade são ar atmosférico, águas superficiais e subterrâneas, solo, espaços verdes, situação de radiação, habitat e estado de saúde da população.
Um grande número de organizações (federais, municipais, departamentais) está envolvida de forma independente na coleta de dados sobre o estado dos parâmetros dos objetos ambientais. A composição é controlada ar atmosférico, a quantidade de emissões empresas industriais e veículos, qualidade das águas superficiais e subterrâneas, etc. Essas obras são realizadas por diversos órgãos - desde a polícia de trânsito até as delegacias sanitárias e epidemiológicas. As desvantagens do procedimento existente para coleta de dados ambientais são falta de sistema, fragmentação, desunião de organizações ambientais e a falta de avaliações e previsões abrangentes para o desenvolvimento da situação ambiental.
A principal tarefa do monitoramento ambiental urbano é obter uma avaliação abrangente da situação ambiental da cidade com base na integração de todos os tipos de dados provenientes de várias organizações. A base de integração de um conjunto de dados é um mapa. Consequentemente, resolver os problemas de monitoramento ambiental urbano inevitavelmente leva ao uso de GIS. Para isso, combinam as redes existentes de diversas medições e monitoramento especializado de serviços ambientais. A criação do sistema é baseada na implementação meios modernos controle com base em um único espaço de informação.
Os sistemas de geoinformação são a melhor ferramenta para apresentar e analisar dados ambientais espacialmente distribuídos, porque eles podem fornecer uso eficaz dados acumulados, seu processamento complexo e métodos perfeitos de modelagem e apresentação. A estrutura de tal sistema pode incluir dois níveis.
O nível inferior do sistema de monitoramento ambiental:
§ federal, municipal, subsistemas departamentais de monitoramento especializado (atmosfera, águas superficiais, saúde pública, monitoramento radiológico, monitoramento da limpeza sanitária da cidade, subsolo e lençol freático, solo, espaços verdes, monitoramento acústico e urbano);
§ centros territoriais de coleta e processamento de dados.
Esses subsistemas garantem a coleta de informações completas e, se possível, de alta qualidade sobre o estado do meio ambiente em toda a cidade. Nos centros locais, as informações também são analisadas e selecionadas para transmissão ao nível superior. Os centros territoriais coletam informações sobre as fontes de poluição antropogênica no território dos distritos administrativos.
O nível superior do sistema de monitoramento ambiental constitui um centro de informação e análise, cujas funções incluem:
§ pronta avaliação da situação ambiental da cidade;
§ cálculo de avaliações integrais da situação ambiental;
§ previsão da evolução da situação ecológica;
§ elaboração de projetos de ações de controle e avaliação das consequências das decisões tomadas.
A integração de dados em um único sistema ocorre de duas maneiras:
1. baseado na conversão de formatos de dados em um único formato para todo o sistema;
2. com base na escolha de um único Programas SIG.
Além de manter bancos de dados, é possível modelar e obter mapas temáticos. O sistema pode calcular pagamentos pelo uso recursos naturais, cálculo de campos de concentração de poluentes na atmosfera, água, solo.
O sistema de monitoramento ambiental prevê a troca de dados entre seus participantes, portanto, um dos principais requisitos para o software de todos os subsistemas é a capacidade de converter arquivos de dados em formatos padrão (DBF para arquivos de banco de dados e DXF para arquivos gráficos).
O que é SIG? SIG (Sistema de Informação Geográfica) - sistema
coleção, armazenamento, análise e gráfico
visualização do espaço (geográfico)
dados e informações relacionadas sobre
objetos necessários. Num sentido mais restrito -
GIS como uma ferramenta (produto de software),
permitindo que os usuários pesquisem, analisem
e editar mapas digitais, bem como
informações adicionais sobre objetos
por exemplo, altura do edifício, endereço, quantidade
inquilinos.
O monitoramento, como um sistema de observação, avaliação e previsão do estado do meio ambiente, inclui duas áreas:
A combinação dessas áreas e gestão é baseada em decisões baseadas em informações obtidas por meio aeroespacial e terrestre serviços de informação. O processamento dos resultados dos levantamentos ambientais dos territórios deve ser realizado de forma a garantir a facilidade de uso dos dados, a possibilidade de reabastecer um único banco de dados e os resultados finais devem refletir objetivamente o estado do meio ambiente. organização eficaz e a análise da informação utilizada são possíveis dentro dos sistemas de informação geográfica (GIS).
O desenvolvimento da interpretação visual de dados multidimensionais e tecnologias GIS está relacionado, em particular, com o fato de que é difícil e, na maioria dos casos, impossível para uma pessoa com sua imaginação espacial tridimensional limitada, analisar e fornecer estimativas generalizadas de dados multidimensionais. objetos.
A tecnologia de processamento da informação em SIG é muito mais ampla do que apenas trabalhar com um banco de dados. Também é projetado para avaliações de especialistas, ou seja, O GIS deve incluir um sistema especialista. Os dados armazenados e processados em um SIG não possuem apenas uma característica espacial, mas também temporal.
Os SIG sugerem a possibilidade de processamento integrado de dados digitais que tenham tipos diferentes representações e obtidas de várias fontes: cartográficas, resultados estatísticos pesquisa de campo, materiais de filmagem remota. As vantagens de organizar e armazenar informações em um SIG são a capacidade de apresentar informações rapidamente em um mapa eletrônico, enquanto o usuário pode trabalhar simultaneamente com informações cartográficas e com um banco de dados (informações temáticas).
O uso de GIS permite prever mudanças no estado do ambiente quando a carga tecnogênica muda com base em determinados modelos de impacto.
o mais racional e método eficaz o armazenamento e processamento de dados de monitoramento de sistemas territoriais naturais é considerado um método de mapeamento geoinformativo. Este método é baseado no uso de software especial - sistemas de informações geográficas (GIS), projetado para coletar, armazenar, processar e visualizar dados coordenados espacialmente, ou seja, dados com uma referência territorial específica. Portanto, o método de mapeamento de geoinformação foi inicialmente, por sua própria ideia, adaptado para processar dados relacionados a ecossistemas, que são sistemas territoriais Tsvetkov V.Ya. Sistemas e tecnologias de geoinformação. M., 1998, 230s. .
A principal característica dos sistemas de geoinformação adaptados para a análise de dados coletados por métodos de sistema é que eles permitem não apenas otimizar o armazenamento e processamento de resultados de pesquisa, mas também aumentar significativamente o significado informativo e científico de dados primários. Isto é conseguido devido ao facto de os resultados das observações de campo, por vezes recolhidos sem ter em conta a interação dos vários componentes do ecossistema, serem organizados e analisados no próprio sistema de geoinformação de uma determinada forma, o que permite identificar os estrutura das relações cenóticas dos organismos no ecossistema.
Os sistemas de informação que possam efetivamente acumular e processar os resultados dos estudos ecossistêmicos, além do banco de dados, devem incluir:
Mapas de computador com imagens em camadas. Os mapas devem refletir as características da história geológica e tectônica da área, sua geomorfologia, estrutura do solo e cobertura vegetal, composição das espécies, abundância e distribuição dos animais. Como base para a criação de mapas eletrônicos, os resultados de estudos geológicos, de solo, botânicos e geobotânicos, bem como pesquisa zoológica mantidas na reserva e territórios adjacentes. No futuro, é necessário realizar pesquisas de campo para esclarecer a legenda dos mapas, determinar a relação entre vários componentes ambiente natural, inclusão nas legendas dos mapas dos principais parâmetros que determinam a estrutura e o funcionamento dos ecossistemas da reserva. O refinamento e o detalhamento dos mapas são realizados à medida que os dados reais sobre vários componentes de natureza inanimada e animada são acumulados.
Bancos de dados e programas analíticos. Você precisa procurar por existente ou criar próprios programas bases de dados e análise matemática de resultados de pesquisas, fornecendo cálculos estatísticos complexos e determinação de indicadores que caracterizam a estrutura e funcionamento dos ecossistemas da reserva.
Modelo gráfico quantitativo que caracteriza a estrutura das relações biocenóticas dos organismos nos ecossistemas da reserva. O refinamento e o refinamento do modelo são realizados como dados sobre o relacionamento vários elementos comunidades naturais. O programa deve fornecer a possibilidade de modelagem preditiva de processos e fenômenos que ocorrem nos ecossistemas da reserva e análise comparativa dados recebidos em outras comunidades.
Os princípios de organização do SIG permitem, até certo ponto, revelar a estrutura das comunidades naturais com base em dados díspares sobre diferentes componentes dos ecossistemas. No entanto, a fim de estudar efetivamente as relações do ecossistema e desenvolver métodos adequados para coletar, armazenar e processar informações usando programas de computadoré necessário usar os métodos do sistema de coleta de dados primários descritos acima. A acumulação gradual de dados sobre vários componentes dos ecossistemas das reservas permitirá compreender melhor a estrutura e o funcionamento das comunidades naturais, identificar as principais relações cenóticas dos organismos e desenvolver métodos cientificamente fundamentados para a proteção e gestão de recursos naturais.
Tecnologia para a criação de sistemas de informação geográfica
O conjunto de produtos de software modernos para mapeamento GIS é muito diversificado.
NO visão geral tais sistemas são projetados, como já observado, para armazenar dados espacialmente coordenados, seu processamento elementar e apresentação visual na forma de mapas. Resolver problemas mais complexos, como construir modelos preditivos, requer o uso de software adicional.
A maioria princípios gerais as construções para a maioria dos sistemas de informação geográfica diferem ligeiramente e são geralmente bastante simples.
Qualquer objeto mostrado em mapa geográfico, tem duas "componentes": caracteriza-se, em primeiro lugar, pela sua localização geográfica em um determinado sistema de coordenadas e, consequentemente, propriedades geométricas e, em segundo lugar, um conjunto de propriedades temáticas, ou seja, contente.
Os principais tipos gráficos são ponto, linha e área (objeto de área).
As características temáticas podem ser de vários tipos. Os principais tipos mais usados são string, número (inteiro ou decimal), data; Objetos gráficos e tipos que possuem sua própria estrutura interna também podem ser usados.
Na prática do mapeamento de geoinformação, costuma-se dividir o conteúdo dos mapas nos chamados. "camadas temáticas" (não análogas às camadas de cores dos mapas tradicionais). A camada temática combina objetos da mesma natureza (por exemplo, linhas de contorno, rede fluvial, lagos, estradas, áreas florestais, encontros com animais, etc.).
A "boa forma" no desenvolvimento do GIS é considerada não combinar objetos de diferentes tipos gráficos em uma camada - linear (rios), areal (lagos) e ponto (nascentes), mas formar uma camada separada para cada um deles.
Desta forma, é possível, combinando diferentes camadas, obter mapas de diferentes conteúdos. Algumas camadas, como limites, hidro-rede, geralmente estão sempre presentes; outros (relevo, vegetação, rede viária) são mostrados apenas em alguns casos.
Cada camada temática inclui um conjunto de objetos gráficos e, via de regra, propriedades temáticas desses objetos. No caso mais simples, os dados temáticos podem estar na forma de uma tabela bidimensional. Cada coluna contém dados do mesmo tipo, caracterizando uma das propriedades; cada linha representa um conjunto de dados relacionados a um objeto gráfico comum.
Sistemas de análise de dados e construção de modelos preditivos
A maioria dos GIS modernos são sistemas universais projetados para resolver quaisquer problemas, mas não focados em resolver nenhum problema específico. Eles contêm o potencial para analisar dados de qualquer conteúdo. No entanto, blocos analíticos temáticos especiais devem ser desenvolvidos "para uma tarefa específica" por um programador ou usuário qualificado.
Para isso, o GIS fornece ferramentas especiais de dois níveis de complexidade - o sistema de consulta SQL e linguagens de programação especiais (Avenue no ArcView, Map Basic no MapInfo, etc.). O sistema de consulta realiza cálculos elementares e seleções do banco de dados. Inclui:
º conjunto de operadores: =,<>, >, <, >=, <=, +, - , /и т.д.
o conjunto de funções: Abs (módulo), Area (área do objeto), Perimetr (perímetro do objeto), Sin, Cos, Min, Max, Sum, etc.
ь um conjunto de funções que permitem determinar a comunidade territorial de objetos pertencentes a diferentes camadas temáticas.
Modelos mais complexos e precisos utilizando os métodos de cálculo diferencial e integral, que permitem a análise das relações biocenóticas dos organismos, devem ser desenvolvidos em ambientes de software especiais - MapBasic, Avenue, etc.
Assim, com base na análise do tamanho da população em biogeocenoses de diferentes idades, pode-se compilar um modelo prognóstico da abundância e distribuição territorial das espécies. A base para isso serão duas camadas temáticas: um mapa de tipos de biogeocenoses (com indicação de idade) e um mapa do número de indivíduos encontrados.
Com base nos resultados da análise, pode-se obter uma tabela resumo da densidade de indivíduos por tipos de biogeocenoses ou um gráfico da dependência da densidade populacional com a idade (tanto para o caso de regeneração natural quanto para o caso de plantações artificiais). . No futuro, usando o modelo construído, é possível prever o impacto dos impactos antrópicos nos ecossistemas (por exemplo, derrubada ou plantio de animais jovens) na abundância de uma determinada espécie, bem como mudanças na abundância ao longo do tempo como resultado de mudanças sucessionais no ecossistema.
Características específicas do GIS para reservas naturais
Na prática da conservação da natureza, parte significativa das informações recebidas, em princípio, refere-se justamente ao tipo de dados coordenados espacialmente - são dados sobre encontros com animais, dados sobre registros de percursos, e outros, sem contar a própria cartografia materiais.
No entanto, uma nova ferramenta técnica que surgiu deve ser utilizada no trabalho das reservas naturais não simplesmente porque existe. Nas reservas naturais russas, durante décadas, uma quantidade enorme e valiosa de informações foi coletada, que hoje é um peso morto e praticamente inacessível para uso. A criação de uma base de dados informática nesta base, nomeadamente um sistema cartográfico, é uma forma de disponibilizar os dados recolhidos para análise científica.
monitoramento ambiental informações geográficas
De fato, até o momento, a coleta de dados nas reservas tem sido de natureza "informal" - o sistema de contabilidade muitas vezes não possui uma estrutura clara, a referência temporal e espacial dos dados pode ser dada qualitativamente, o que dificulta muito seu processamento automatizado.
A transição para o uso de tecnologias GIS não requer praticamente nenhuma mudança no conteúdo das observações, mas a forma de seu registro deve se tornar qualitativamente diferente, muito mais rígida.
O uso de estruturas tabulares é organizacionalmente muito benéfico, porque. evita que o observador deixe "espaços em branco" na tabela. Assim, o requisito de integridade dos dados coletados é satisfeito. Por outro lado, com tal método de contabilidade, forma-se um sistema de dados de estrutura unificada, que permite inserir dados em um computador e permite não apenas armazenar, mas também processar algoritmicamente os dados coletados.
Uma estrutura de dados semelhante, adaptada para processamento de computador, pode ser definida para os resultados das contagens de rota. Nesse caso, também podem ser desenvolvidos algoritmos para extrapolação desses dados para todo o território com posterior visualização no mapa.
Os problemas ambientais muitas vezes requerem uma ação imediata e adequada, cuja eficácia está diretamente relacionada à eficiência do processamento e apresentação da informação. Com uma abordagem integrada característica da ecologia, geralmente é preciso confiar nas características generalizantes do ambiente, como resultado, os volumes de informações iniciais, mesmo minimamente suficientes, devem ser grandes. Caso contrário, a validade das ações e decisões dificilmente pode ser alcançada. No entanto, o simples acúmulo de dados também, infelizmente, não é suficiente. Esses dados devem ser de fácil acesso, sistematizados de acordo com as necessidades. É bom se for possível vincular dados heterogêneos, comparar, analisar, simplesmente visualizá-los de forma conveniente e visual, por exemplo, criando a tabela, diagrama, desenho, mapa, diagrama necessários com base neles. O agrupamento de dados na forma correta, sua apresentação, comparação e análise adequadas dependem inteiramente das qualificações e erudição do pesquisador, da abordagem que ele escolheu para interpretar as informações acumuladas. Na fase de processamento e análise dos dados coletados, um lugar essencial, mas não o primeiro, é ocupado pelo equipamento técnico do pesquisador, que inclui hardware e software adequados para a solução do problema. Como o último, a moderna e poderosa tecnologia de sistemas de informações geográficas está sendo cada vez mais usada em todo o mundo.
O SIG possui certas características que justamente nos permitem considerar esta tecnologia como a principal para fins de processamento e gestão da informação. As ferramentas GIS excedem em muito as capacidades dos sistemas cartográficos convencionais, embora, é claro, incluam todas as funções básicas para a obtenção de mapas e plantas de alta qualidade. O próprio conceito de GIS contém possibilidades abrangentes para coletar, integrar e analisar quaisquer dados distribuídos no espaço ou vinculados a um local específico. Se for necessário visualizar a informação disponível em forma de mapa, gráfico ou diagrama, criar, complementar ou modificar uma base de dados, integrá-la com outras bases de dados - o único caminho certo é recorrer ao GIS. Na visão tradicional, os possíveis limites de integração de dados heterogêneos são artificialmente limitados. Perto do ideal é, por exemplo, a possibilidade de criar um mapa de rendimentos de campo combinando dados de solo, clima e vegetação. GIS permite ir muito mais longe. Informações demográficas, dados sobre propriedade da terra, riqueza e renda da população, volumes de investimentos e investimentos de capital, zoneamento do território, estado do mercado de grãos, etc. podem ser adicionados ao conjunto de dados acima. Como resultado, torna-se possível determinar diretamente a eficácia das atividades de conservação planejadas ou em andamento, seu impacto na vida das pessoas e na economia agrícola. Você pode ir ainda mais longe e, ao agregar dados sobre a propagação de doenças e epidemias, estabelecer se existe relação entre o ritmo de degradação da natureza e a saúde humana, além de determinar a possibilidade de surgimento e disseminação de novas doenças. Em última análise, é possível avaliar com precisão todos os aspectos socioeconômicos de qualquer processo, como a redução da área florestal ou a degradação do solo.
