Дипломная работа на тему: Географические информационные системы. История создания ГИС

Введение

На сегодняшний день особую тревогу вызывает антропогенное загрязнение атмосферы городов в результате постоянно увеличивающихся объемов выбросов автотранспорта и деятельности промышленных предприятий. Для эффективного управления качеством воздушной среды города необходима разработка муниципального ГИС-приложения, предназначенного обеспечить полную информационную поддержку принятия решений в области управления качеством атмосферы города и отдельных промышленных зон.

Информатизация коснулась сегодня всех сторон жизни общества, и трудно, пожалуй, назвать какую-либо сферу человеческой деятельности - от начального школьного образования до высокой государственной политики, - где не ощущалось бы ее мощное воздействие. Информатика дышит в затылок всем наукам, догоняя и увлекая их за собой, преобразуя, а порой и порабощая в стремлении к бесконечному компьютерному совершенству.[23]

В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС), причем слово "географические" обозначает в данном случае не столько "пространственность" или "территориальность", а скорее комплексность и системность исследовательского похода.

Первые ГИС были созданы в Канаде и США в середине 60-х годов, а сейчас в промышленно развитых странах существуют тысячи ГИС, используемых в экономике, политике, экологии, управлении ресурсами и охране природы, кадастре, науке и образовании. ГИС охватывают все пространственные уровни: глобальный, региональный, национальный, локальный, муниципальный, интегрируя разнообразную информацию о нашей планете: картографическую, данные дистанционного зондирования, статистику и переписи, кадастровые сведения, гидрометеорологические данные, материалы полевых экспедиционных наблюдений, результаты бурения и подводного зондирования.

В создании ГИС участвуют международные организаций (Организация объединенных наций, Программа по окружающей среде, Продовольственная программа), правительственные учреждения, министерства и ведомства, картографические, геологические и земельные службы, статистические управления, частные фирмы, научно-исследовательские институты и университеты. На разработку ГИС ассигнуют значительные финансовые средства, в деле участвуют целые отрасли промышленности, создается разветвленная геоинформационная инфраструктура, сопряженная с телекоммуникационными сетями.

Во многих странах образованы национальные и региональные органы, в задачи которых входит развитие ГИС и автоматизированного картографирования, формирование государственной политики в области геоинформатики, национального планирования, сбора и распространения информации, включая и исследование правовых проблем, связанных с владением и передачей географической информации, с ее защитой.

Сущность ГИС состоит в том, что она позволяет так или иначе собирать данные, создавать базы данных, вводить их в компьютерные системы, хранить, обрабатывать, преобразовывать и выдавать по запросу пользователя чаще всего в картографической форме, а также в виде таблиц, графиков, текстов.

Повсеместность использования ГИС привела к многообразию толкований самого понятия. В научной литературе бытуют десятки определений ГИС, в них отмечается, что ГИС - это аппаратно- программный и одновременно человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества. Такая несколько тяжеловесная дефиниция верно отражает многие свойства ГИС, используемых в географии, геологии, экологии и других отраслях знания, но все же не является исчерпывающей. Попытка охватить в определении все функциональные, технологические и прикладные свойства ГИС неизбежно оборачивается неполнотой. Можно предложить несколько других толкований, характеризующих разные аспекты ГИС.

С научной точки зрения ГИС - это средство моделирования и познания природных и социально-экономических систем. ГИС применяется для исследования всех тех природных, общественных и природно-общественных объектов и явлений, которые изучают науки о Земле и смежные с ними социально-экономические науки, а также картография, дистанционное зондирование. В технологическом аспекте ГИС (ГИС-технология) предстает как средство сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной географической (геологической, экологической) информации. И наконец, с производственной точки зрения ГИС является комплексом аппаратных устройств и программных продуктов (ГИС-оболочек), предназначенных для обеспечения управления и принятия решений, причем важнейший элемент этого комплекса - автоматические картографические системы. Таким образом, ГИС может одновременно рассматриваться как инструмент научного исследования, технология и продукт ГИС-индустрии. Это достаточно типичная ситуация на современном уровне научно-технического прогресса, характеризующегося интеграцией науки и производства [13].

Целью моей работы было изучение возможностей ГИС- технологий при оценке уровня загрязнения городских территорий. Для решения данной цели были поставлены следующие задачи;

) Дать общую характеристику геоинформационным системам;

) Выявить загрязнения атмосферного воздуха города Ялты, от стационарных источников;

) Разработать карту-схему загрязнения атмосферного воздуха города Ялты, от стационарных источников при помощи геоинформационной Системы ArcView 9

Оглавление

- Введение

- Географические информационные системы

- История создания ГИС

- Понятие географических информационных систем

- Классификация и функции ГИС

- Карты и атласы

- Источники данных для ГИС

- ГИС Черное море

- Картографирование техногенных аномалий

- Сущность геохимической оценки аномалий

- Карты для геохимической оценки территорий

- Геоинформационное картографирование

- Эколого-практическое применение геоинформационной системы ArcView 9 создание карты-схемы загрязнения атмосферного воздуха города Ялты, от стационарных источников

- Краткая характеристика населенного пункта

- Влияние загрязнения тяжелыми металлами на организм человека

- Загрязнение территории города Ялты тяжелыми металлами

- Применение геоинформационной системы ArcView 9 для оценки загрязнения тяжелыми металлами города Ялта Выводы

- Заключение

- Список литературы

Заключение

В настоящее время геоинформационные системы приобретают все более широкое распространение в области охраны окружающей среды.

С помощью ГИС удобно моделировать влияние и распространение загрязнения от точечных и неточечных (пространственных) источников на местности, в атмосфере и по гидрологической сети. Результаты модельных расчетов можно наложить на природные карты, например карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. В результате можно оперативно оценить ближайшие и будущие последствия таких экстремальных ситуаций, как разлив нефти и других вредных веществ, а также влияние постоянно действующих точечных и площадных загрязнителей (в нашем конкретном примере - загрязнения территории города тяжелыми металлами).

В процессе написания данной работы нами было выяснено, что основным источником загрязнения территории города Ялты тяжелыми металлами является автотранспорт. Наиболее распространенный загрязнитель - свинец. Он поступает в окружающую среду с выхлопными газами в форме мелких твердых частиц оксидов, хлоридов, сульфатов и др. Наиболее загрязненные участки города Ялта - оживленные автодороги (такие как улицы Московская и Киевская). Также следует отметить, что свою роль в загрязнении этих дорог и прилегающих к ним территорий играют и постоянные автомобильные пробки, в которых автомобили простаивают с включенным двигателем значительное время. Помимо загрязнения свинцом, химический анализ показывает также аномальные содержания таких элементов как цинк, медь, барий, вольфрам, кобальт, молибден, хром, сурьма.

При помощи геоинформационной системы ArcGis 9 нами была построена карта-схема, отображающая загрязнение территории города Ялта тяжелыми металлами. На ней при помощи цветового отображения выделены районы с минимальным, значительным и максимальным загрязнением территорий. Данная схема позволяет выявить направление движения загрязняющего воздействия от автотрассы на основе наложения климатических данных.

Заключение

В 70-х годах нашего столетия люди впервые смогли увидеть Землю из космоса, что привело к возникновению нового обобщенного взгляда на нашу планету. Однако в то время еще не было адекватных средств анализа получаемых дистанционных данных для их полноценного использования в повседневной жизни. Только с появлением ГИС возможность решения такой задачи стала реальностью, так как эта технология позволяет собрать воедино и проанализировать различную, на первый взгляд мало связанную между собой информацию, получить основанный на массовом фактическом материале обобщенный взгляд на него, количественно и качественно проанализировать взаимные связи между характеризующими его параметрами и происходящими в нем процессами.

Роль ГИС в природоохранным мероприятиях очень важна. ГИС с успехом используется для создания карт основных параметров окружающей среды. В дальнейшем, при получении новых данных, эти карты используются для выявления масштабов и темпов деградации флоры и фауны. При вводе данных дистанционных, в частности спутниковых, и обычных полевых наблюдений с их помощью можно осуществлять мониторинг местных и широкомасштабных антропогенных воздействий. Данные об антропогенных нагрузках целесообразно наложить на карты зонирования территории с выделенными областями, представляющими особый интерес с природоохранной точки зрения, например парками, заповедниками и заказниками. Оценку состояния и темпов деградации природной среды можно проводить и по выделенным на всех слоях карты тестовым участкам.

ГИС широко применяются для составления и ведения разнообразных, в том числе земельных, кадастров. С их помощью удобно создавать базы данных и карты по земельной собственности, объединять их с базами данных по любым природным и социально- экономическим показателям, накладывать соответствующие карты друг на друга и создавать комплексные (например ресурсные) карты, строить графики и разного вида диаграммы

Еще одна распространенная сфера применения ГИС - сбор и управление данными по охраняемым территориям, таким как заказники, заповедники и национальные парки. В пределах охраняемых районов можно проводить полноценный пространственный мониторинг растительных сообществ ценных и редких видов животных, определять влияние антропогенных вмешательств, таких как туризм, прокладка дорог или ЛЭП, планировать и доводить до реализации природоохранные мероприятия. Возможно выполнение и многопользовательских задач, таких как регулирование выпаса скота и прогнозирование продуктивности земельных угодий. Такие задачи ГИС решает на научной основе, то есть выбираются решения, обеспечивающие минимальный уровень воздействия на дикую природу, сохранение на требуемом уровне чистоты воздуха, водных объектов и почв, особенно в часто посещаемых туристами районах.

Региональные и местные руководящие структуры широко применяют возможности ГИС для получения оптимальных решений проблем, связанных с распределением и контролируемым использованием земельных ресурсов, улаживанием конфликтных ситуаций между владельцем и арендаторами земель. Полезным и зачастую необходимым бывает сравнение текущих границ участков землепользования с зонированием земель и перспективными планами их использования. ГИС обеспечивает также возможность сопоставления границ землепользования с требованиями дикой природы. Например, в ряде случаев бывает необходимым зарезервировать коридоры миграции диких животных через освоенные территории между заповедниками или национальными парками. Постоянный сбор и обновление данных о границах землепользования может оказать большую помощь при разработке природоохранных, в том числе административных и законодательных мер, отслеживать их исполнение, своевременно вносить изменения и дополнения в имеющиеся законы и постановления на основе базовых научных экологических принципов и концепций.

ГИС является эффективным средство для изучения среды обитания в целом, отдельных видов растительного и животного мира в пространственном и временном аспектах. Если установлены конкретные параметры окружающей среды, необходимые, например, для существования какого-либо вида животных, включая наличие пастбищ и мест для размножения, соответствующие типы и запасы кормовых ресурсов, источники воды, требования к чистоте природной среды, то ГИС поможет быстро подыскать районы с подходящей комбинацией параметров, в пределах которых условия существования или восстановления численности данного вида будут близки к оптимальным. На стадии адаптации переселенного вида к новой местности ГИС эффективна для мониторинга ближайших и отдаленных последствий предпринятых мероприятий, оценки их успешности, выявления проблем и поиска путей по их преодолению.

Интегральные функциональные возможности ГИС в наиболее явном виде проявляются и благоприятствуют успешному проведению совместных междисциплинарных исследований. Они обеспечивают объединение и наложение друг на друга любых типов данных, лишь бы их можно было отобразить на карте. К подобным исследованиям относятся, например, такие: анализ взаимосвязей между здоровьем населения и разнообразными (природными, демографическими, экономическими) факторами; количественная оценка влияния параметров окружающей среды на состояние локальных и региональных экосистем и их составляющих; определение доходов землевладельцев в зависимости от преобладающих типов почв, климатических условий, удаленности от городов и др.; выявление численности и плотности ареалов распространения редких и исчезающих видов растений в зависимости от высоты местности, угла наклона и экспозиции склонов.

ГИС значительно упрощает процедуру публикации любых видов картографической продукции. С помощью встроенного языка программирования программного обеспечения ARC/INFO ARC Macro Language (AML) можно написать программы автоматического создания любых типов печатных карт, графиков, диаграмм и таблиц. Кроме того простые программные продукты типа ArcView GIS позволяют просматривать и напрямую оперировать с данными, содержащимися в базе данных ГИС любому, даже малоопытному, пользователю. При помощи таких простых и легко доступных программ любой пользователь имеет возможность считывать и распечатывать карты, записанные, например, на СD-ROM в формате ГИС ARC/INFO.

Поскольку создание бумажных карт с помощью ГИС значительно упрощается и удешевляется, появляется возможность получения большого количества разнообразных природных карт, что расширяет возможности и широту охвата программ и курсов экологического образования. Ввиду простоты копирования и производства картографической продукции ее может использовать практически любой ученый, преподаватель или студент. Более того, стандартизация формата и компоновки базовых карт служит основой для сбора и демонстрации данных, получаемых учащимися и студентами, обмена данными между учебными заведениями и создания единой базы по регионам и в национальном масштабе. Можно подготовить специальные карты для землевладельцев с целью ознакомления их с планируемыми природоохранными мероприятиями, схемами буферных зон и экологических коридоров, которые создаются в данном районе и могут затронуть их земельные участки.

Возможность быстрого создания привлекательных, красочных и, в то же время, качественных профессионально составленных карт делает ГИС идеальным средством создания рекламных и обзорных материалов для вовлечения публики в быстро развивающуюся сферу экотуризма. Характерной чертой так называемых "экотуристов" является глубокая заинтересованность в подробной информации о природных особенностях данной местности или страны, о происходящих в природе процессах, связанных с экологией в широком смысле. Среди этой достаточно многочисленной группы людей большой популярностью пользуются созданные с помощью ГИС научно-образовательные карты, отображающие распространение растительных сообществ, отдельных видов животных и птиц, области эндемиков и т.д. Подобная информация может оказаться полезной для целей экологического образования или для туристских агентств, для получения дополнительных средств из фондов проектов и национальных программ, поощряющих развитие путешествий и экскурсий [21].

По мере расширения и углубления природоохранных мероприятий одной из основных сфер применения ГИС становится слежение за последствиями предпринимаемых действий на локальном и региональном уровнях. Источниками обновляемой информации могут быть результаты наземных съемок или дистанционных наблюдений с воздушного транспорта и из космоса. Использование ГИС эффективно и для мониторинга условий жизнедеятельности местных и привнесенных видов, выявления причинно-следственных цепочек и взаимосвязей, оценки благоприятных и неблагоприятных последствий предпринимаемых природоохранных мероприятий на экосистему в целом и отдельные ее компоненты, принятия оперативных решений по их корректировке в зависимости от меняющихся внешних условий.

Список литературы

1) Беспамятное Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник.- JL: "Химия", 1985.

) Витюк А.. Каря кип Е., Шемет В. Инструментальная геоинформационная система "МАПАв" для Windows.- Материалы конференции "Теория, технология, внедрение ГИС", ГИС-Форум-97, К.: ГИС-ассоциация Украины, с. 74-75.

) Волосович А.Э. Тенденции развития ГИС.- Материалы конференции "Теория, технология, внедрение ГИС", ГИС-Форум-97, К.:ГИС-ассоциация Украины, с. 14-15.

) Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ, изд./ Под ред. В.А. Филова и др. - Д.: "Химия", 1988

) Вредные химические вещества. Неорганические соединения V- VIII групп: Справ, изд./ Под ред. В.А. Филова и др. - Л: "Химия", 1989

) Гармаш Г.А. Накопление тяжелых металлов в почвах и растениях вокруг металлургических предприятий. - Новосибирск, 1985.

) Геоинформатика: Учебник для ВУЗов/ Под ред. В.С. Тикунова. - М.: Издательский центр "Академия", 2005. Я 480 с.

) Ильин В.Б., Степанова М.Д. Некоторые аспекты загрязнения среды: тяжелые металлы в системе почва-растение// Изв. СО АН СССР. - 1980. - Вып 3. - с.89-94

) Исаченко Г.А. Отечественное экологическое картографирование: первые итоги// Изв. РГО. - 1992.

) Королев Ю.К. Общая геоинформатика - М: "Академия", 2001 - 450 с.

) Королев Ю.К Теоретическая геоинформатика - М.: "Академия", 2002-380 с.

) Кошкарев А.В. Теоретические и методические аспекты развития географических информационных систем// География и природные ресурсы.

) Марченко П.Б., Волосович А.Е., Косецкий П.И. Особенности внедрения ГИС - технологий. - Материалы НТК "Приборостроение- 96", Винница-Судак:, 1996, часть 1, с. И 7.

) Майкл Н. ДеМерс Географические информационные системы. Основы. - Нью-Йорк, 1995 - 254 с.

) Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. - М.. "Мир", 1987.

) Роджер Томлинсон. Думая о ГИС. Планирование географических информационных систем - Нью-Йорк, 1996 - 186 с.

) Синяков В.Н. Картографирование природных и техногенных аномалий - М., 1986 г - 266 с.

) Смиронов Л.Е. Геоэкологическое картографирование. - СПб., - 1994-55с.

) Сорокина Е.П. Картографирование техногенных аномалий в целях геохимической оценки урбанизированных территорий // Вопросы географии. М., 1983. № 120. С. 55-67.

) Трофимов А.М. Геоинформационные системы и проблемы управления окружающей средой. - Казань: Изд-во Каз. Ун-та, 1984. - 142 с.

) Цемко В.П., Паламарчук И.К. Процессы рассеяния микроэлементов в почвах// Микроэлементы в окружающей среде. - Киев, 1980

) Чоговадзе Г.А. Информация, общество, человек - М.: "Знание", 2000 -112 с.