Научно-методические аспекты разработки и использования гис для геоэкологической оценки территории (на примере ижевска)

Глава 4. ВЫЯВЛЕНИЕ пространственных связей МЕЖДУ социальнЫМИ и экологическИМИ характеристикАМИ ТЕРРИТОРИИ Исследование связей между характеристиками состояния компонентов природной среды и здоровьем населения показало, что произошедшее в 1990-е гг. снижение общего уровня загрязнения воздушного бассейна и изменение его структуры повлекло за собой как изменение территориального распределения величин интегральных показателей загрязнения, так и изменение характера зависимости между показателями экологической обстановки и состоянием здоровья населения. Уровень заболеваемости населения растет, но связь с показателями состояния окружающей среды становится менее выраженной. Предполагается, что это связано с социальной обусловленностью многих болезней, в связи с чем необходим учет социально-экономических условий. Определение характеристик оптимальной сетки исследования. Состояние здоровья жителей города зависит от множества пространственно неоднородных факторов. Определение корреляционных коэффициентов – это удобная модель, являющаяся необходимым элементом многомерного статистического анализа. Взаимосвязь двух признаков проверяется посредством расчета коэффициента парной корреляции r. Для этого формируются два ряда сопоставимых значений признаков, один из которых, в нашем случае, – уровень заболеваемости детского населения, другой – уровень той или иной социальной или экологической характеристики. Между значениями этих двух рядов устанавливается мера связи, а также ее достоверность (превышение значимости коэффициента корреляции над критическим значением распределения Стьюдента с P=0,95). Значения характеристик снимаются в узлах сетки исследования, накладываемой на оба сравниваемых слоя. При высокой неоднородности сравниваемых характеристик расположение узловых точек способно повлиять на результат. Поэтому одна из задач исследования заключается в определении характеристик оптимальной сетки. Задача была решена следующим образом. Исследовались четыре типа сеток: прямоугольная, треугольная, гексагональная и случайная, также варьировались размеры ячейки (один из многочисленных вариантов представлен на рис. 1). Ввиду большого объема картографических и вычислительных работ на языке программирования Avenue (ArcView) был создан блок программ, позволяющий проводить математико-статистический анализ картографических данных. Были получены коэффициенты корреляции по сеткам с разными параметрами ячеек. В атрибутивную информацию точки, соответствующей данному узлу, записывались характеристики объектов соответствующих слоев. В результате получался массив точек с двумя характеристиками. Затем определялся коэффициент корреляции и превышение значимости над критическим значением распределения Стьюдента (достоверность). Таким образом, получались тройки чисел: коэффициент корреляции r и параметры сетки a и b, а также достоверность d и параметры сетки a и b. В результате варьирования параметров сетки a и b в интервале от 100 до 1100 метров включительно была получена группа точек с координатами a, b, r(a,b). Для прямоугольных, треугольных и случайных сеток с помощью программы ArcView построены трехмерные поверхности функций r(a,b); для гексагональных сеток (где a – грань шестиугольника), используя программу MS Excel, построены графики функций r(a). На рис. 2 отображены вариации коэффициента корреляции между заболеваемостью детей и обеспеченностью объектами коммунального хозяйства. На построенных поверхностях и графиках четко видны экстремумы коэффициентов корреляции. Также для прямоугольных, треугольных и случайных сеток построены трехмерные поверхности (для гексагональных – графики) достоверности, на которых выделяются области, где коэффициенты корреляции достоверны. Использование ГИС-технологий позволило варьировать видами и параметрами сетки. В результате было выявлено, что коэффициент корреляции не зависит от вида сетки (прямоугольная, треугольная, гексагональная или случайная), но существенно зависит от размеров ячейки. Так был определен эффективный размер стороны ячейки – 500 (или 600) м. При этих значениях коэффициент корреляции претерпевает устойчивый максимум. Такие же размеры имеют большинство педиатри- Рис. 1. Узлы прямоугольной сетки (размер ячейки 500х500). Рис. 2. Зависимость коэффициента корреляции между заболеваемостью и обеспеченностью коммунальными удобствами от размеров гексагональной сетки. ческих участков и/или кварталов застройки, которые являются минимальными территориальными единицами, имеющими индивидуальные атрибутивные данные. Выявление связей между социальными и экологическими характеристиками. Полученные результаты определения параметров оптимальной сетки были использованы при выявлении связей между социальными и экологическими характеристиками. При этом предполагается, что характеристики социальной обстановки (например, обеспеченность предприятиями торговли), не влияя или слабо влияя на здоровье непосредственно, могут играть роль косвенных индикаторов, отражая трудно поддающиеся непосредственному изучению различия в уровнях и образе жизни. Наиболее сильная и достоверная связь обнаруживается между показателями детской заболеваемости за 2001 г. и ИЗАнму (r=0,64), что близко к ранее выявлявшимся подобным показателям (r=0,54, по состоянию на 1990 г.). При этом рост тесноты связи может быть связан с использованием оптимальной сетки исследования, в отличие от ранее использовавшейся случайной. Однако теснота связи показателей детской заболеваемости за 2001 г. с социально-экономическими характеристиками (r=0,59 для обеспеченности объектами коммунального хозяйства и r=0,48 для обеспеченности предприятиями торговли) лишь немногим меньше. При этом важно отметить, что парадоксальная прямая зависимость между заболеваемостью и социально-экономическими характеристиками выявляется не только на уровне педиатрических участков и территорий обслуживания поликлиник, но и для районов и городов Удмуртии и регионов России. Из других выявленных значимых связей следует отметить отрицательную связь между детской заболеваемостью и озелененностью микрорайонов (r=-0,37), что отражает как оздоровливающее влияние зеленых насаждений, так и ограниченные возможности реализации этого влияния в крупном промышленном городе. Границы участков обслуживания медицинских учреждений, к которым относятся элементарные показатели заболеваемости, чужеродны по отношению к потокам и ореолам загрязнения и силу этого неоднородны. Распределение показателей создает видимость однородности показателей внутри участков и контрастов на их границах. В целях минимизации влияния искажающих факторов на результаты исследования при помощи геоинформационных методов выполнен ряд операций по преобразованию картографических изображений. Континуализация карт экономических и социальных характеристик. В целях минимизации влияния контуров территориальных единиц на результаты исследования и приведения информации к более удобному для сопоставления виду, выполнена континуализация в форме замены дискретного картографического изображения способом картограмм на непрерывное, способом псевдоизолиний. При этом использована следующая методика. На языке программирования Avenue (ArcView) была создана программа, генерирующая слой точек. Каждая точка является центроидом определенного полигона (территориальной единицы). В атрибутивную информацию точки записывается соответствующая атрибутивная информация полигона (заболеваемость, озелененность и т.д.). В MAGSURFе по этим точкам строятся псевдоизолинии соответствующей характеристики. Один из результатов представлен на рис. 3. Территориальный анализ связей между социальными и экологическими характеристиками. В крайне неоднородной городской среде следует ожидать неоднородности также и по характеру связей между изучаемыми параметрами. Исследование пространственной неоднородности тесноты связей между рассматриваемыми характеристиками выполнено при помощи метода изокоррелят. При этом за коэффициенты корреляции принимались косинусы углов между градиентами к изолиниям сопоставляемых характеристик в точках их пересечения. Методика создания карт изокоррелят включает: наложение двух слоев, содержащих изолинии (псевдоизолинии) соответствующих характеристик; поиск точек пересечения (x,y) изолиний одного слоя с изолиниями другого; определение градиентов в этих точках для изолинии одного слоя и другого; вычисление Cos , где  – угол между градиентами; генерация слоя точек пересечения с координатами (x, y, Cos); построение изолиний (изокоррелят) по точкам (x, y, Cos). Связь между загрязненностью воздуха при неблагоприятных метеоусловиях (ИЗАнму) и детской заболеваемостью. Для города в целом r=0,64, т.е. имеет место прямая связь средней силы. Как видно из карты изокоррелят (фрагмент на рис. 4), теснота связи в пределах города изменяется от 0,1 до 0,7, достигая максимумов на относительно благополучных окраинах и в центре города, где уровень загрязнения максимален. Минимумы тесноты связи выявились при средних для города уровнях загрязнения, в окрестностях предприятий и транспортных магистралей, при высокой контрастности уровней загрязнения, превосходящей обусловленную сеткой врачебных участков меньшую контрастность показателей заболеваемости. Во всех 5 контурах минимальных значений корреляции жилая застройка отсутствует полностью, либо занимает их незначительную часть, и показатели заболеваемости являются условными, фактически отражая их значения в пределах соседних жилых зон. Т.о., объективный характер связи нашел подтверждение при пространственном анализе с использованием метода изокоррелят. Связь между суммарным показателем загрязнения почв (Zc) и детской заболеваемостью. Для города в целом r=0,17. Теснота связи достигает максимальных значений (0,9) в районах частной застройки с садово-огородными участками, что указывает на пищевой механизм воздействия загрязненных городских почв на здоровье. Низкие значения выявились в районах многоэтажной застройки, в пределах промышленных зон (где псевдоизолинии заболеваемости условны) и на слабо загрязненных окраинах. Т.о, метод изокоррелят позволил выявить закономерную связь и в том случае, когда для города в целом эта связь проявляется слабо. Связь между суммарным показателем антропогенной нагрузки (СПАН) и детской заболеваемостью. Для города в целом коэффициент r=0,43. Теснота связи максимальна в окрестностях основных промышленных зон и минимальна в относительно благополучных кварталах частной застройки, на окраинах. Т.о., объективный характер связи в данном случае также нашел подтверждение. Рис. 3. Карта псевдоизолиний детской заболеваемости 2001 г. Рис. 4. Карта изокоррелят между загрязненностью воздуха при неблагоприятных метеоусловиях (ИЗАнму) и детской заболеваемостью. Связь между степенью озелененности и детской заболеваемостью. Для города в целом r= –0,37. Как и в предыдущем случае, теснота связи достигает максимумов по модулю (–0,9) вблизи предприятий, а также на окраинах города, очень контрастных по озелененности и другим характеристикам экологической обстановки. Низкие значения тесноты связи приурочены к районам с неоднородным характером застройки. Т.о., объективный характер обратной связи между озелененностью и детской заболеваемостью также нашел подтверждение при пространственном анализе с использованием метода изокоррелят. Связь между обеспеченностью объектами коммунального хозяйства и детской заболеваемостью. Для города в целом r=0,59. В расположении максимумов и минимумов тесноты связи не прослеживается определенной закономерности. И максимумы беспорядочно сменяют друг друга, в т.ч. на коротких расстояниях, центре и на окраинах, в районах многоэтажной и частной застройки, а также и в промышленных и рекреационных зонах. Т.е., данная связь, не имеющая в своей основе причинного характера, при пространственном анализе с использованием метода изокоррелят подтверждения не нашла. Связь между обеспеченностью предприятиями торговли и детской заболеваемостью. Для города в целом r=0,48. Как и в предыдущем случае в расположении максимумов и минимумов тесноты связи между данной парой характеристик не прослеживается определенной закономерности. Т.е., данная связь, не имеющая в своей основе причинного характера, при пространственном анализе с использованием метода изокоррелят подтверждения также не нашла. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Главный результат диссертационной работы заключается в методической и практической (на примере г. Ижевска) разработке научной проблемы геоэкологической оценки территорий, на основе географически корректного использования возможностей геоинформационных технологий. Этот результат складывается из следующих составных частей. 1. На основе анализа опыта разработки ГИС муниципального уровня и возможностей современных технологий, а также с учетом исторически сложившихся географо-экологических особенностей г. Ижевска как достаточно типичного для России крупного промышленного центра и изученности экологической обстановки на его территории, определен рациональный комплекс программных средств для количественного картографирования экологических и социально-экономических факторов, влияющих на состояние здоровья населения. 2. Создана ГИС «Электронный социально-экологический атлас Ижевска», как система цифровых карт, увязанных между собой по использованным программным средствам, общегеографической основе, степени детальности и времени создания. 3. Выполнено исследование связей между показателями экологической и социальной обстановки, в результате чего: - выяснено, что при изучении экологической и социальной обстановки теснота связей существенно не зависит от вида сетки (прямоугольная, треугольная, гексагональная или случайная), но зависит от размеров ячеек. Наибольшая достоверность связей выявляется при размерах ячеек 500х500 или 600х600 м, что близко к преобладающим размерам городских кварталов и педиатрических участков при многоэтажной застройке; - выявлены статистически достоверные связи между большинством сравниваемых характеристик (загрязнение атмосферного воздуха, почв, суммарная антропогенная нагрузка, озелененность, обеспеченность объектами коммунального хозяйства и предприятиями торговли, состояние здоровья детского населения); - установлено, что пространственный анализ с использованием метода изокоррелят позволяет выявлять наличие или отсутствие объективного характера статистических зависимостей, и сформулированы соответствующие признаки. Признаки объективного характера связи - упорядоченная, причинно объяснимая приуроченность минимумов и максимумов изокоррелят к районам города с разным характером функционального использования, застройки, расположения по отношению к центру и окраинам города, основным источникам загрязнения. Признак случайного характера связи - отсутствие упорядоченности в расположении минимумов и максимумов изокоррелят. 4. Предлагаемая методика картографирования и определения корреляционных коэффициентов между состоянием здоровья детского населения и различными социальными и экологическими показателями, позволяет повысить объективность принятия управленческих решений и эффективность мероприятий по поддержанию и улучшению состояния окружающей среды. Основные работы, опубликованные по теме диссертации 1. Габдуллин В.М., Габдуллина Л.А. Использование статистических методов анализа для выявления зон влияния предприятий крупного промышленного города // Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды. Тезисы Межд. школы. НИИ Геохимии биосферы РГУ. Новороссийск, 2003. 2. Габдуллин В.М., Габдуллина Л.А. Картографическое исследование экологической обстановки в условиях промышленного города с помощью ГИС // Материалы II Межд. научно-практ. конф. "Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов: теория, методы, практика". Нижневартовск, 2003. с.70-71. 3. Стурман В.И., Малькова И.Л., Посадов А.Л., Сидоров В.П., Гагарина О.В., Габдуллина Л.А. Динамика экологической обстановки в г. Ижевске и ее влияния на здоровье детского населения // Вестник Удмуртского университета. Науки о Земле. 2003. С. 31-44. 4. Габдуллина Л.А. Использование ГИС-технологий при исследовании социально-экологической обстановки // Проблемы землепользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах. Материалы межд. науч. конф. Белгород, 2004. С. 91-93. 5. Габдуллин В.М., Габдуллина Л.А. Математико-статистическая обработка результатов ГИС-моделирования социальной и экологической информации. // Сб. тез. докл. XII Межд. конф. «Ломоносов 2005», М.: Изд. МГУ, 2005. с.23. 6. Габдуллин В.М., Габдуллина Л.А. Использование ГИС для исследования связи между заболеваемостью детского населения и различными социальными факторами // География в меняющемся мире: взгляд молодых ученых. Мат. Молодежной научно-практ. конф. студентов, аспирантов и преподавателей (в рамках Большого Географического Фестиваля, посвященного 80-летию факультета географии и геоэкологии СПбГУ). СПб., 2005, с.283-285. 7. Габдуллина Л.А. Исследование социально-экологической обстановки урбанизированной территории с использованием ГИС // Экология: проблемы и пути решения. Мат. XIII Всероссийской научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, Пермь, 28-30 апреля 2005 г., Ч. I, с. 49-51. 8. Габдуллина Л.А. Выявление с помощью ГИС социальных и экологических факторов, влияющих на рост заболеваемости детского населения // 7-я науч.-практ. конф. преподавателей и сотрудников УдГУ. Материалы конференции. Часть 1. Ижевск, 2005. с. 225-230. 9. Стурман В.И., Габдуллина Л.А. Подходы к пространственному анализу состояния окружающей среды в экологическом картографировании // Университетская география. Материалы юбилейной научной конференции. М.: Географический факультет, 2005. С. 255-263. 10. Габдуллина Л.А. Геоинформационное исследование связи между заболеваемостью детского населения и различными социальными и экологическими факторами // Вестник Удмуртского университета, №11, 2005. С. 183-190. 11. Габдуллина Л.А. Применение ГИС и средств статистики для исследования связи между различными социальными и экологическими факторами // 75 лет высшему образованию в Удмуртии. Межд. науч. конф., Ч. 2 Естественные науки, Ижевск, 2006. с. 116-117. 12. Стурман В.И., Малькова И.Л., Габдуллина Л.А., Посадов А.Л. Количественные показатели экологической обстановки на разных пространственных уровнях // Известия РАН. Серия географическая, 2006, № 3. С. 84-93.

Похожие:

	Методические разработки по «Правилам благоустройства города Ижевска»... Уо №802 от 29. 12. 2012 года на Экспертном совете при Управлении образования Администрации города Ижевска		Анализ геоинформационных систем для целей использования в задача Ний гис разработали основные требования к гис крупной организации, интересы которой распространяются на большую территорию. Данный...
	Данный проект направлен на решение фундаментальной проблемы, заключающейся... Конкретная фундаментальная задача в рамках проблемы, на решение которой направлен проект		Отчет о научно-исследовательской работе Анализ возможности использования международных стандартов оценки при разработке российских федеральных стандартов оценки
	Постановление от 27 января 2012 г. N 75 об утверждении административного... Администрации города Ижевска от 30. 06. 2011 n 273 "о порядке разработки и утверждения административных регламентов предоставления...		Научное обоснование и практические аспекты разработки и оценки потребительских... Специальность 05. 18. 15 – товароведение пищевых продуктов и технология продуктов общественного питания
	Тема Методические аспекты использования компьютерных технологий в учебном процессе обж		Методические разработки и доклады Методические разработки и доклады... Уткина Г. А. «Инновационные технологии в управлении образовательным учреждением» (материалы межрегиональной научно- практической...
	Пояснительная записка 3 Теоретические основы внеурочной деятельности... «Методические рекомендации по содержательно-методическому обеспечению внеурочной деятельности сельских школьников духовно-нравственной...		"Ковалентная связь" ...
	Ббк я Я дидактические и методические аспекты использования мультимедийных средств в учебном процессе: метод пособие / А. Б. Яковлев. Омск:...		Методические рекомендации для преподавателей колледжей Технология отбора и использования профильных дидактических единиц по дисциплине «История» (на примере специальностей: «Техническое...
	Проекта или факультативного занятия ...		Методические аспекты Издание второе, переработанное Содержание Значение... Изучение характера желудочной секреции имеет особое значение при заболеваниях пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки, в частности...
	* “ Использование генетически модифицированных организмов (гмо) в... Данный доклад рассматривает вопросы, связанные с гмо в общих чертах, проблемы использования гмо, аргументы за и против, а также содержит...		"Трошевец" учебно-методический иллюстрированный журнал. В журнале... Трошевец учебно-методический иллюстрированный журнал. В журнале публикуются учебные материалы для использования на уроках общеобразовательных...