Разработка структуры информационно-аналитического обеспечения системы комплексного экологического мониторинга в районе размещения объектов по хранению и уничтожению химического оружия :

Краткое описание

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ... 5

Глава 1. ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА В СИСТЕМАХ

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА... 11

" Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ УРОВНИ ОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ХРАНЕНИЯ И УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ... 21

2.1. Методы оценки экологического риска... 21

2.1.1. Оценка риска для природной среды... 26

2.1.2. Этапы оценки экологического риска... 29

2.1.3. Оценки аварийного риска для природы, связанные с арсеналом хранения боевых отравляющих веществ... 30

2.1.4. Модель прогноза риска... 32

2.2. Определение площади зоны защитных мероприятий объекта уничтожения хими-

ческого химического оружия "Марадыковский"... 35

Глава 3. СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА И УПРАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОУХО... 42

3.1. Многоуровневая структура информационно-аналитической системы (ИАС) комплексного экологического мониторинга ОУХО... 42

3.2. Основные блоки информационно-аналитической системы комплексного экологического мониторинга ОУХО... 44

3.3. Основные функции информационно-аналитического комплекса в системе эколо- гического мониторинга ОУХО... 45

3.4. Программный комплекс информационно-аналитической системы комплексного экологического мониторинга ОУХО... 48

3.4.1. Базовые компоненты программного обеспечения информационно-аналитической системы КЭМ ОУХО... 48

3.4.2. Базы данных физико-химического анализа природных сред в системе экологического мониторинга ОУХО... 49

3.4.3. Программный комплекс информационно-аналитической системы мониторинга

растительности... 51

ЗАЛ. Программный комплекс информационно-аналитической системы мониторинга животного мира... 61

3.4.5. Разработка средств системной интеграции информационных ресурсов, используемых в информационно-аналитической системе экологического мониторинга

ОУХО... 62

3.4.6. Визуализируемая информация системы комплексного экологического мониторинга... 63

3.4.7. Модернизация настройки малогабаритного приемника GPS в целях картографического отображения объектов экологического мониторинга... 64

3.5. Блок моделирования, анализа и прогноза в информационно-аналитической системе экологического мониторинга... 69

3.6. Компьютерные экспертные оценки информационно-аналитического обеспечения системы экологического мониторинга ОУХО... 70

3.7. Управление информационными потоками в ИАС экологического контроля и мониторинга ОУХО... 73

Глава 4. ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ ОУХО "МАРАДЫКОВ-СКИЙ"... 75

4.1. Природно-климатические особенности территории района размещения объекта хранения и уничтожения химического оружия "Марадыковский" в Кировской области... 75

4.2. Обоснование системы точек пробоотбора для системы экологического мониторинга ОУХО и её топографическая привязка... 78

4.3. Создание базы данных системы экологического мониторинга ОУХО... 82

4.4.Использование программного комплекса ИАС в оценке состояния почв территории зоны защитных мероприятий объекта хранения химического оружия в Кировской области... 85

4.4.1.Характеристика почв на территории ЗЗМ ОУХО... 85

4.4.2.Использование программного комплекса ИАС в оценке состояния почв... 86

4.5.Использование программного комплекса ИАС в оценке состояния поверхност-

ных вод территории ЗЗМ объекта хранения и уничтожения химического оружия... 90

4.5.1 .Характеристика водных объектов на территории ЗЗМ... 90

4.5.2. Использование программного комплекса в оценке состояния поверхностных

вод на территории ЗЗМ объекта... 92

4.5.3. Оценка фонового состояния водных объектов по гидробиологическим показа-

телям... 97

4.5.4.Оценка состояния подземных вод в районе ЗЗМ объекта хранения химического оружия... 99

4.6. Использование программного комплекса ИАС в оценке состояния атмосферно-

го воздуха... 101

4.6.1.Характеристика источников загрязнения атмосферного воздуха на территории

ЗЗМ объекта... 101

4.6.2. Оценка состояния атмосферного воздуха по результатам фонового обследования... 101

4.6.3. Оценка состояния атмосферного воздуха методом лихеноиндикации... 107

4.6.4.Оценка состояния атмосферного воздуха по результатам химического анализа снега... 108

4.7. Использование программного комплекса ИАС в оценке состояния био-

ты... ПО

4.7.1. Характеристика флоры, фауны и растительных ассоциаций в зоне защитных мероприятий объекта хранения химического оружия... ПО

4.7.2. Использование программного комплекса ИАС для интегральной оценки благополучия флоры по флуктурирующей асимметрии... 113

4.7.3. Использование программного комплекса ИАС для оценки состояния орнитофауны и фауны некоторых позвоночных... 114

4.7.4. Показатель стабильности развития (ассиметрии) некоторых видов рыб и мелких млекопитающих... 115

ВЫВОДЫ... 118

ЛИТЕРАТУРА... 119
Введение

5 ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Разработка информационно-аналитических систем экологического мониторинга разнообразных природных и техногенных объектов различного масштаба (от детального и локального до глобального) является актуальным направлением современных экологических исследований и практической деятельности по охране окружающей природной среды и здоровья населения.

После подписания Международной конвенции о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении (1993 г.) необходимость информационного обеспечения всех работ, связанных с химиче-

f ским разоружением резко возросла.

Основное назначение информационных систем по реализации федеральной целевой программы "Уничтожение запасов химического оружия в РФ" заключается в информационной поддержке принимаемых решений органами управления всех уровней от федерального до муниципального. Возрастает значение информационных систем и в проведении информационно-разъяснительных мероприятий, направлен-* ных на формирование позитивного отношения общественности к процессу химиче-

ского разоружения.

В информационной поддержке нуждается в целом вся система экологической безопасности объектов уничтожения химического оружия. Одной из важнейших составляющих такой поддержки является информационно-аналитическое обеспечение системы комплексного экологического мониторинга объектов хранения и уничтоже-

# ния химического оружия. Однако, традиционные методы сбора и обработки всего

массива базы данных при эксплуатации систем экологического контроля и мониторинга, не позволят без применения современных компьютерных информационных технологий получать достоверную оперативную информацию, проводить моделирование уровня техногенных нагрузок на различные компоненты природной среды, делать экспертные и прогнозные оценки для принятия оптимальных управленческих

ф решений. Поэтому создание эффективной информационно-аналитической системы

комплексного экологического контроля и мониторинга таких высоко опасных объектов, как объекты хранения и уничтожения химического оружия - задача актуальная. Решение её, и внедрение в практику системы экологического мониторинга позволит оперативно и достоверно оценить степень влияния воздействия объекта хранения и

,* уничтожения химического оружия на окружающую природную среду, спрогнозиро-

вать изменения природных экосистем под воздействием данного источника загрязнения, и принять превентивные меры по экологической безопасности действующего объекта.

Все это обусловливает актуальность данного исследования, необходимость создания новых и интеграции имеющихся баз данных, экспертных систем и других программных продуктов, разработки и практической реализации современной геоинформационной системы (ГИС) — важнейшей составляющей обеспечения системы комплексного экологического мониторинга объекта хранения и уничтожения химического оружия.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы являлась разработка информационно-аналитического обеспечения системы комплексного экологического мониторинга в зоне защитных мероприятий объектов хранения и уничтожения химического оружия, расположенных на территории Оричевского района Кировской области.

Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:

определение общей структуры разрабатываемого информационно-аналитического блока системы комплексного экологического мониторинга зоны защитных мероприятий объектов по хранению и уничтожению химического оружия;

- разработка структуры баз данных для ведения мониторинга состояния различных компонентов окружающей природной среды;

- разработка новых и модернизация известных алгоритмов обработки данных для использования в информационно-аналитическом блоке;

- разработка и апробация методов комплексной оценки экологического состоя- ния окружающей среды в районе размещения объектов хранения и уничтожения химического оружия с использованием средств геоинформационных систем;

- оценка текущего состояния компонентов природной среды и экосистем на территории зоны защитных мероприятий объекта хранения химического оружия в Кировской области с использованием разработанных методов и программного обеспечения.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования является информационно-аналитическая система комплексного экологического мониторинга на территории зоны защитных мероприятий объектов хранения и уничтожения химического оружия в Оричевском районе Кировской области.

7

Предметом исследования является разработка информационно-аналитического комплекса системы экологического мониторинга окружающей природной среды и здоровья населения в районе размещения объектов по хранению и уничтожению химического оружия.

Методы исследования

Для достижения поставленной цели исследования применены следующие методы:

1. Анализ и обобщение материалов научной и специальной литературы по теории и практике экологического мониторинга источников антропогенного воздействия на окружающую природную среду и здоровье населения, по методам математической обработки и анализа данных, вычислительным алгоритмам и их программным реализациям.

2. Разработка цифровых моделей природной и социальной среды в районе размещения объектов хранения и уничтожения химического оружия по данным фондовых материалов, государственной и медицинской статистики, специальных полевых исследований.

3. Математическое моделирование процессов миграции загрязняющих веществ с атмосферным воздухом, поверхностнми и подземными водами, процессов химической и биологической трансформации поллютантов в природной среде при нормальной работе объекта по уничтожению химического оружия и гипотетических аварийных ситуациях.

4. Моделирование и прогнозирование влияния производственной деятельности объекта по уничтожению химического оружия на состояние природных экосистем и здоровье населения территории зоны защитных мероприятий.

Научная новизна исследований

Научная новизна исследований состоит в разработке комплексной методики интегральной оценки экологического состояния социально-природного комплекса в зоне влияния техногенного источника загрязнения окружающей среды с применением геоинформационных технологий и соответствующих технических решений. Основные из них:

1. Разработана структура информационо-аналитического блока системы комплексного экологического мониторинга объекта по уничтожению химического ору-

жия с привязкой к конкретным природным и социальным условиям зоны защитных мероприятий на территории Оричевского района Кировской области.

2. Предложен ряд новых вычислительных алгоритмов для использования в геоинформационных системах различного назначения.

3. Разработана база данных и геоинформационная система по результатам полевых исследований, выполненных на территории ЗЗМ в 2004 г.

4. Выполнена комплексная оценка исходного состояния окружающей природной среды зоны защитных мероприятий объектов хранения и уничтожения химического оружия в Кировской области на начальной стадии реализации программы уничтожения химического оружия.

Практическое значение работы

Практическое значение работы определяется тем, что разработанные в ней методы исследований, алгоритмы, программные продукты и подходы к построению распределенной информационно-аналитической системы могут быть использованы при развертывании системы локального комплексного экологического мониторинга объекта по уничтожению химического оружия в Оричевском районе Кировской области, а также для проектирования систем экологического мониторинга других техногенных объектов.

Расчетно-аналитические и методические материалы могут использоваться в научно-исследовательской работе по проблемам охраны окружающей природной среды, при разработке геоинформационных систем различного назначения, для проведения оценки воздействия на окружающую среду при проектировании строительства и реконструкции промышленных объектов, в профессиональном образовании при преподавании дисциплин по темам "Методы экологических исследований", "Экологический мониторинг", "Геоинформационные системы", "Техногенные системы и экологический риск".

Апробация работы

Результаты проведенных исследований по проблемам организации информационного обеспечения системы комплексного экологического мониторинга докладывались и обсуждались на ряде научных и научно-практических конференций регионального и всероссийского уровня: 5-я межрег. научно-практич. конф. "Региональные и муниципальные проблемы природопользования" - г. Кирово-Чепецк Кировской обл., 1998; Междунар. конф. "220 лет геодезическому образованию в России"

9

- Москва, 1999; 6-я межрег. научно-практич. конф. "Актуальные проблемы природопользования" - г. Кирово-Чепецк Кировской обл., 2000; 1-я межрег. науч. конф. "Проблемы уничтожения химического оружия" - Киров, 2000; 1-я Всерос. конф. "Региональные и муниципальные проблемы экологической безопасности" - г. Бронницы Московской обл., 2001; Всерос. ежег. науч.-тех. конф. "Наука - производство - технологии - экология" - Киров, 2001; 4-я межрег. научно-практич. конф. "Российские регионы: проблемы, суждения, поиск путей развития" - Киров, 2001; науч. сессия Кировского филиала Академии естествознания РФ и Вятского регионального отделения РАЕН - Киров, 2001, 2004; Всероссийская школа "Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга" — Киров, 2002, 2003, 2004; Региональная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Московской области — М., 2003, 2004.

Внедрение

Основные результаты выполненных исследований и разработок были использованы в следующих научно-исследовательских, административно-хозяйственных работах и проектной документации:

1. Информационная система контроля загрязнения поверхностных водных объектов Кировской области на базе ГИС Maplnfo в 1997 г. введена в эксплуатацию в Кировском областном комитете по охране окружающей среды.

2. Материалы по оценке экологического состояния окружающей природной среды в районе размещения проектируемого объекта по уничтожению химического оружия (ОУХО) в Оричевском районе Кировской области использованы в разделе ОВОС технико-экономического обоснования проекта ОУХО (2000 г.).

3. Информационно-аналитическая система мониторинга растительности, аналогичная разработанной для системы экологического мониторинга ОУХО, с 2002 г. эксплуатируется также в научно-информационном отделе Государственного природного заповедника "Нургуш" (Кировская область).

4. Результаты расчетов возможных последствий аварийных ситуаций на объекте хранения химического оружия в Оричевском районе Кировской области были использованы при подготовке постановления Правительства Российской Федерации от 29 декабря 2004 г. № 867 «Об утверждении площади зоны защитных мероприятий, устанавливаемой вокруг объекта по хранению химического оружия (пос. Марадыков-ский, Кировская область), и перечня населенных пунктов, включаемых в указанную зону».

10

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Обоснована целесообразность построения информационно-аналитического обеспечения системы локального комплексного экологического мониторинга объекта по уничтожению химического оружия на основе распределенной (сетевой) информационной системы с применением технологий распределенных баз данных, геоинформационных и экспертных систем, максимальным использованием имеющихся прикладных программ, баз данных, геоинформационных систем и других информационных ресурсов.

2. Предложены новые алгоритмы обработки данных для создания цифровых карт и моделей местности.

3. Разработан комплекс программных средств, обеспечивающих интеграцию различных информационных ресурсов в единую информационно-аналитическую систему экологического мониторинга ОУХО в Кировской области и оценку экологического состояния окружающей среды в зоне размещения объекта.

4. Предложены многоуровневая иерархическая структура информационно-аналитического блока системы комплексного экологического мониторинга и принципы управления данной системой.

Публикации

Материалы исследования опубликованы в 15 основных печатных работах.

Структура и объем работы

Диссертационная работа включает введение, 4 главы, заключение, список используемой литературы. Основной текст изложен на 128 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц, 37 рисунков. Список литературы включает 144 наименования.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю диссертационной работы профессору МИИГАиК В.А. Малинникову, профессору кафедры прикладной экологии МИИГАиК А.В. Садову, заведующей лабораторией биомониторинга Вятского государственного гуманитарного университета профессору Т.Я. Ашихминой и коллективу лаборатории биомониторинга, на базе которой выполнялась данная работа.

11

Глава 1. Информационно-аналитическая поддержка в системах экологического мониторинга

В соответствии с действующими в России законами и ведомственными нормами любая производственная деятельность, оказывающая влияние на состояние окружающей природной среды, должна сопровождаться экологическим контролем и мониторингом, т.е. систематическими наблюдениями за источниками антропогенного воздействия, уровнем загрязнения компонентов окружающей среды, влиянием загрязнения на состояние биологических объектов. Для решения этих задач в 1992 году группой авторов была разработана Концепция экологического мониторинга [1], в 1993 году Правительством Российской Федерации принято Постановление «О создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ)» [2], созданию системы государственного экологического контроля и мониторинга посвящены статьи № 63-69 Федерального закона РФ «Об охране окружающей среды» [3].

Главной целевой функцией ЕГСЭМ определено информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью России. В соответствии с концепцией [1] по созданию единой государственной системы экологического мониторинга России (ЕГСЭМ) в систему экологического мониторинга на информационном уровне должны войти некоторые ведомственные сети наблюдения и контроля, выполняющие свои специфические задачи и одновременно вырабатывающие информацию, которая необходима в системе экологического мониторинга. Автоматизированные системы ЕГСЭМ должны совмещать функции автоматизированного измерения основных параметров, характеризующих экологическую обстановку, а также автоматизированного сбора, передачи, переработки, хранения и доведения до пользователей информации.

В нашей стране имеется определенный опыт создания систем экологического мониторинга различного уровня (от локального до глобального) и их информационно-аналитического обеспечения [4-12]. В данных работах система экологического мониторинга рассматривается как сложная организационно-техническая система, включающая: весь комплекс технических средств, используемых в качестве источников первичной информации и их носителей, систем сбора, обработки, анализа, хранения, выдачи информации и управления информационными потоками; систему выбранных метрологических методов и средств; управленческие и иные структуры, обеспечивающие функционирование и развитие системы в целом и ее звеньев.

Стержневым структурным элементом любой системы экологического мониторинга является базовая сеть мониторинга как объединяющее организационно-техническое начало всей системы [1]. В базовой сети должны осуществляться наблюдение, оценка и прогнозирование уровней загрязнения атмосферного воздуха, почв, поверхностных и

12

подземных вод. Кроме этого, на информационном уровне в систему экологического мониторинга должны войти некоторые ведомственные сети наблюдения и контроля, выполняющие свои специфические задачи и одновременно вырабатывающие информацию, которая необходима в системе государственного экологического мониторинга.

В соответствии с принципом иерархической организации системы экологического мониторинга при ее построении выделяют три уровня — локальный (местный), региональный и федеральный. При этом локальному уровню отводится роль основного системообразующего элемента, поскольку именно на этом уровне происходит объединение и согласование по функциональным задачам и деятельности структурных элементов (блоков) системы, принадлежащих различным ведомствам. На этом уровне должно осуществляться информационное обеспечение оперативного управления качеством природной среды.

Основными структурными элементами автоматизированной информационно-управленческой системы ЕГСЭМ предлагается [9] считать: экспертно-управляющую систему МПР России; федеральный информационно-аналитический центр, предназначенный для информационной и интеллектуальной поддержки функционирования экс-пертно-управляющей подсистемы, а также информационной поддержки деятельности региональных информационно-аналитических центров в режимах запроса и оперативного обмена данными, интеграции информации территориальных органов и структур мониторинга; региональные информационно-аналитические центры (РИАЦ), предназначенные для решения задач информационной и интеллектуальной поддержки деятельности территориальных органов по субъектам РФ, органов Правительства субъекта РФ и законодательной власти, а также управленческих структур МЧС России.

С опорой на информационную базу Единой государственной системы экологического мониторинга, руководствуясь положением о Российской системе предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях, утвержденным Постановлением Правительства РФ от 18 апреля 1992 г., № 261 рекомендуется выстраивать систему предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях [10, 13].

В научной практике разработаны теория и практика управления социально-экономическими системами. Существенный вклад в развитие теории управления социально-экономическими системами применительно к чрезвычайным ситуациям внесен российскими учеными [14, 15]. Управление такими системами рекомендуется осуществлять с использованием методов общей теории управления, теории неантагонистических игр и информационной теории иерархических систем [16, 17]. В иерархических системах обычно рассматриваются задачи централизованного и децентрализованного управления, когда учитываются интересы управленческих структур нижних уровней.

Информационно-аналитическая система комплексного экологического мониторинга является основным инструментом сбора, обработки и анализа данных о происхо-

13

дящих изменениях в природном комплексе исследуемой территории. Организационно она является одним из важнейших элементов системы комплексного экологического контроля и мониторинга и играет важную роль в решении задач информационного обеспечения на всех её уровнях.

Информационно-аналитическое обеспечение системы экологического мониторинга должно включать в себя совокупность методов, способов и приемов сбора, передачи, переработки, хранения и доведения до пользователей экологической информации с применением современного информационного оборудования, техники и вычислительных средств. Развитие информационных технологий неразрывно связано с применением вычислительной техники и информационно-измерительных систем, заменой традиционных носителей информации на современные компьютерные носители.

В настоящее время для решения этой задачи активно используются методы и средства формирования и применения баз данных и баз знаний, языки высокого уровня, непроцедурные языки манипулирования данными, видеотерминальная техника, специализированные процессоры, а также качественно новые формы информационной поддержки и оперативного принятия управленческих решений. Базовым, фундаментальным компонентом современного информационного обеспечения системы экологического мониторинга является аналитическая деятельность с максимально возможным использованием оператором программных средств и машинных процедур [11].

Основу современной информационно-аналитической технологии составляют информационный блок, объединяющий базы знаний, распределенная компьютерная техника, программное обеспечение и развитые коммуникации, позволяющие оператору повысить эффективность управления за счет увеличения объема, надежности и скорости выполнения операций, машинной аналитической обработки полученной информации.

По мнению авторов [18, 19], база знаний автоматизированной информационно-аналитической системы, представляющая собой функциональный компонент информационного обеспечения системы ИАС, состоит из трех взамосвязанных частей: концептуальной, или модели предметной области; фактуальной, включающей базы данных; алгоритмической, или прикладного программного обеспечения. В базах данных предусматривается хранение не только текущей информации, но также всех необходимых данных для расчетов по имитационным моделям и некоторых статистических параметров, в частности средних значений тех или иных случайных величин и их дисперсий.

За последние годы появилась целая серия научных работ по созданию современных целевых геоинформационных систем. ГИС-электронные карты с автоматически подключенными к ним базами данных позволяют быстро извлекать информацию на нужный контур или точку на карте, а также сортировать, обрабатывать и анализировать эту информацию. Выполнена уникальная работа по ГИС-картографированию многолетней мерзлоты европейского северо-востока России по состоянию на период потепления 1970-1995 годы [20]. Создана почвенная ГИС на бассейн р. Уса [21]. Авторами данной рабо-

14

ты смоделирована структура почвенной ГИС. Помимо карт, в составе ГИС предлагается использовать серию таблиц, связанных с картами и между собой по типу реляционной базы данных для создания файл атрибутов полигонов. Разработана программа для автоматического расчета запасов почвенного углерода, создается почвенная ГИС на всю республику Коми. В работах [22, 23] авторами разработана ГИС- технология ARC/INFO и представлены пути использования геоинформационных систем в задачах экологического картирования, хранения, организации доступа и представления разнообразной информации, имеющей территориальную привязку.

Качественные и количественные требования к информационной поддержке определяются многими факторами. Но главный фактор - точность полученных результатов и достоверность прогнозирования. Чем выше точность, тем более высокие требования предъявляются к информационной поддержке.

Возможности использования в анализе экологических систем данных, получаемых с помощью различных средств наблюдений, обусловливают необходимость оптимального комплексирования получаемой информации [24-28]. Кроме того, при планировании системы мониторинга параметров окружающей среды обычно располагают определенным статистическим набором данных за прошлый период наблюдений. Это позволяет получить матрицу вторых моментов и далее использовать известный математический аппарат планирования эксперимента [29]. В этом случае задача сводится к определению подмножества (строк) матричного оператора, реализующего максимум информативности результатов измерений о совокупности параметров набора данных [30].

За последние годы необходимость получения и анализа баз данных в биологических исследованиях активно возрастает. Тщательно продуманная, хорошо структурированная, с понятным и удобным интерфейсом база данных позволяет эффективно дополнять и корректировать полученные результаты и обеспечивает возможность быстрого многоаспектного поиска данных, а также их обработки сложными математическими методами. Дополнение базы знаний технологией ГИС дает мощный инструмент для анализа географического распределения животных и растений. В настоящее время разработаны различные способы хранения биологической информации с учетом многоаспектной иерархии таксонов. Наиболее признанным среди российских биологов является способ, разработанный А.Л. Лобановым (Зоологический институт РАН), стандарт ZOOCOD [31, 32]. Данный стандарт подразумевает использование отдельного классификатора таксонов, каждому из которых присваивается индивидуальный цифровой код, который и используется в базе данных вместо их названий.

Отработан эксперимент [33] по созданию структуры хранения и редактирования информации о классификации растений по базе данных «Вторичные метаболиты растений» и «Описание ценопопуляций». Показано, что на основе хранящейся в базе данных информации можно построить хемотаксономический прогноз обнаружения определен-

15

ной группы веществ в заданной группе видов растений. На примере представленных баз данных показано, что стандарт ZOOCOD позволяет эффективно оперировать с таксономической информацией и сопоставлять с ней любые другие характеристики биологических объектов.

На примере лесных экосистем разработана [34] автоматизированная система сбора данных с целью проведения комплексных эколого-физиологических исследований биогеоценоза леса. Предложенная система обеспечивает проведение наблюдений за распределением влажности воздуха, температуры почвы, воздуха и органов растений, интенсивностью тепловых потоков, солнечной радиации. Автоматизированная система сбора данных представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих сопряжение самых разнообразных датчиков и устройств с персональным компьютером IBM PC AT. Система апробирована для сбора данных по микроклимату в со-сново-еловом древостое. Установлено, что автоматизированная система сбора данных повышает эффективность и точность сбора данных, значительно ускоряет их обработку и получение конечных результатов. Созданная система может быть использована для регистрации углекислого газа газообмена растений и почвы.

Важным компонентом экологического мониторинга является наблюдательная сеть. Оптимизация постов и точек контроля позволит реально оценить вклад техногенного источника на природный комплекс и минимизировать расходы на обеспечение системы экологического мониторинга. Корректная задача оптимизации наблюдательной системы может быть сведена к математической проблеме нахождения максимума заданного функционала, конкретный вид которого определяется избранным критерием или системой критериев. В зависимости от этого задача оптимизации может быть одно- или многокритериальной. В практике экологического мониторинга однокритериальные задачи ставятся редко, хотя бы потому, что на любой наблюдательной сети предполагается осуществление исследований за несколькими параметрами одновременно. Поэтому в практике мониторинга приходится иметь дело чаще с многокритериальной оптимизацией. Для реализации многокритериальной оптимизации рекомендуется использовать подход, основанный на формулировке задачи булевского программирования [35, 36].

Предложенный количественный подход к оценке информативности систем наблюдения первоначально был применен [35, 37] для решения задачи обоснования требований к спектрометрическим системам дистанционного зондирования. Эти требования касались выбора спектральных каналов измерительной аппаратуры, пространственного разрешения, геометрии измерений. При этом основой для исследований служил анализ оптических свойств изучаемых объектов окружающей среды [36]. Многообразие этих данных диктовало постановку соответствующей многокритериальной оптимизационной задачи, решение которой предлагается на основе модели информационного канала системы оптического дистанционного зондирования. Постановка и методы решения задачи

16

оптимального планирования систем дистанционного зондирования многоцелевого назначения описаны в работе [38].

Для решения задачи отбора наиболее (наименее) информативных станций сети за основу может быть взят метод оптимальной интерполяции, который имеет весьма широкое распространение в метеорологической практике [39]. Наименее информативной следует считать ту станцию сети, в которой указанное восстановление методом оптимальной интерполяции оказалось наиболее успешным (минимальная погрешность восстановления). Эта станция и должна сокращаться в первую очередь. При расширении сети предпочтение должно быть отдано той точке, в которой погрешность восстановления поля (по данным имеющихся станций) максимальна [40].

Очень важно не только количественно оценить информацию, поступающую от пространственной сети наблюдательных станций, но проанализировать ее в сочетании с другими данными, например, с результатами дистанционного зондирования. Данный подход рассматривается в работах [30, 41, 42]. Наличие обширных архивов данных наблюдений и возможности современной вычислительной техники по их обработке позволяют осуществлять объективное районирование территории с выделением информативно-однородных зон, в пределах которых пространственные распределения изучаемых параметров обладают свойствами однородности, но, как правило, имеют анизотропную структуру [42,43].

Концептуальной основой необходимости адекватного реагирования на возможные изменения окружающей природной среды под воздействием опасного источника техногенного воздействия, предотвращения сверхдопустимых техногенных воздействий является блок моделирования, анализа и прогноза.

Моделированию процессов распространения тех или иных субстанций, загрязняющих веществ в различных средах посвящено довольно большое число фундаментальных работ. Например, вопросы, раскрывающие закономерности турбулентной диффузии примесей в атмосфере и водных средах, нашли отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых М.Е. Берлянда [44], Н.Л. Бызовой, В.Н. Иванова, Е.К. Гаргера [45, 46], А.С. Монина [47], И.О. Хинце [48].

Вопросам картографического моделирования результатов техногенного воздействия промышленных источников на атмосферу, гидросферу и верхний горизонт литосферы крупной городской промышленной агломерации (г. Саратов) посвящена работа [49].

Разработана сопряженная модель распространения аэрозолей в атмосфере, в которой учтены основные процессы, ответственные за формирование полей аэрозоля, исследованы основные закономерности эволюции полей аэрозоля для случаев непрерывных и импульсных источников [50]. Вопросы моделирования освещены в экологическом программном комплексе для персональных ЭВМ [51]. В работе [52] рассмотрено поведение загрязняющих веществ промышленного происхождения в окружающей среде, дана мо-

17

дель выпадения загрязняющих веществ на почву и схема расчета соответствующих потоков.

Вопросам прогнозирования и оценки антропогенных воздействий посвящено значительное количество научных публикаций, а также руководящих указаний [53-59].

Информационную поддержку прогнозирования составляет разнообразная информация источников опасности, относительно сред, передающих опасность, относительно реципиентов риска. Например, при проведении экологического мониторинга источников техногенного воздействия информационную поддержку при прогнозировании будут составлять: климатические характеристики, индивидуальные свойства опасных веществ, геоинформационная система района размещения техногенного объекта. Прогноз последствий антропогенных аварий и катастроф строится с учетом множес