Научно-методические аспекты разработки и использования гис для геоэкологической оценки территории (на примере ижевска)
Скачать 275.72 Kb.
|
На правах рукописи ГАБДУЛЛИНА Любовь Александровна НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИС ДЛЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ТЕРРИТОРИИ (НА ПРИМЕРЕ Ижевска) 25.00.36 – Геоэкология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Пермь, 2007 Р  абота выполнена на кафедре природопользования и экологического картографирования Удмуртского государственного университета.НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ – доктор географических наук, профессор Стурман Владимир Ицхакович ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ – доктор географических наук, профессор Воронов Георгий Анатольевич; доктор физ.-мат. наук, профессор Тененев Валентин Алексеевич ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ – ГОУ ВПО Казанский государственный университет. Защита диссертации состоится 31 мая 2007 г. в 1400 на заседании диссертационного Совета Д.212.189.05 в Пермском государственном университете по адресу: г. Пермь, ул. Букирева, 15, зал заседаний ученого совета. С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Пермского государственного университета. Автореферат разослан 27 апреля 2007 г. Отзывы на реферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим отправлять по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, ПГУ, служба аттестации научных кадров. Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук Старков И.А. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования обусловлена важностью и сложностью экологических и социальных проблем в современных условиях экономического роста. Исследование выполняется на примере г. Ижевска, где длительное инерционное развитие на основе устаревших планировочных решений привело к чересполосному размещению жилых и производственных зон, и как следствие этого сформировало острые экологические проблемы, связанные с загрязнением атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв, ростом заболеваемости населения. Поиск путей решения существующих проблем и перехода к устойчивому, экологически сбалансированному развитию требует использования новейших методов научного анализа. В рамках исследования предполагалось обеспечить интеграцию технических возможностей ГИС-технологий с эколого-географической корректностью создаваемых и анализируемых картографических материалов. Объектом исследования является Ижевск как типичный для современной России крупный промышленный город. Предмет исследования – пространственные связи между характеристиками экологической и социальной обстановки в г. Ижевске. Целью диссертационного исследования является отработка методики выявления значимых связей между характеристиками экологической и социальной обстановки посредством геоинформационных технологий. Эта цель достигается путем решения следующих задач: - анализ и оценка показателей экологической и социальной обстановки, с точки зрения возможностей их использования при экологическом картографировании с использованием геоинформационных технологий; - анализ и оценка программных средств геоинформационного картографирования с точки зрения их применимости для отображения показателей экологической обстановки, социально-экономических характеристик и состояния здоровья населения; - создание с использованием выбранных показателей и программных средств серии цифровых карт экологической обстановки, социально-экономических характеристик и состояния здоровья населения; - выявление и количественная оценка пространственных связей между отображенными на цифровых картах социальными и экологическими характеристиками территории. Исходные материалы и методика исследования. В работе использованы статистические данные органов управления городским хозяйством и здравоохранением, а также результаты ранее выполненных геоэкологических исследований. В процессе исследования применялись: тематическое картографирование, корреляционный метод анализа, ГИС-технологии. Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем: - создана ГИС «Электронный социально-экологический атлас Ижевска», как система цифровых карт, увязанных между собой по использованным программным средствам и общегеографической основе, степени детальности и времени создания; - разработана общеприменимая методика выявления связей между показателями экологической обстановки, количественно характеризуемой уровнями загрязнения воздуха и почв, доступными для картографирования косвенными характеристиками социальной обстановки, и показателями состояния здоровья населения; - выявлено, что при исследовании экологической и социальной обстановки в крупном промышленном городе при помощи серии электронных карт размеры используемых территориальных ячеек непосредственно влияют на тесноту выявляемых корреляционных связей, при этом наибольшая теснота и достоверность связей выявляется при размерах стороны ячеек 500-600 м, что близко к преобладающим размерам жилых кварталов и педиатрических участков при многоэтажной застройке; - установлено, что пространственный анализ с использованием метода изокоррелят позволяет выявлять наличие или отсутствие объективного характера и причинной обусловленности статистических зависимостей, и сформулированы соответствующие признаки; - доказан объективный характер связей между загрязненностью компонентов окружающей среды (прямые связи), озелененностью (обратная связь) и детской заболеваемостью в крупном промышленном городе. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Созданная в результате выполненной работы ГИС «Электронный социально-экологический атлас Ижевска» пригоден для исследования влияния экологических и социально-экономических факторов на здоровье населения. 2. Теснота связей между показателями экологической и социальной обстановки существенно не зависит от вида сетки (прямоугольная, треугольная, гексагональная или случайная), но зависит от размеров ячеек. 3. Признаком объективного характера связи между пространственно распределенными характеристиками экологической и социальной обстановки является упорядоченная, причинно объяснимая приуроченность минимумов и максимумов изокоррелят к районам города с разным характером функционального использования, застройки, расположения по отношению к центру и окраинам, а также основным источникам загрязнения. Признаком случайного характера связи является отсутствие упорядоченности в расположении минимумов и максимумов изокоррелят. 4. Причинно обусловленные связи между загрязненностью компонентов окружающей среды (прямые связи), озелененностью (обратная связь) и детской заболеваемостью даже при невысоких коэффициентах корреляции подтверждаются пространственным анализом с использованием метода изокоррелят, в отличие от не имеющих причинной основы связей с косвенными характеристиками социально-экономической обстановки. Личный вклад автора в работу. Создан ряд карт, скомплектован и переведен в цифровую форму атлас, проведено математико-статистическое исследование картографических данных и анализ результатов. Научно-практическая значимость работы. Результаты работы вносят вклад в разработку и реализацию стратегии устойчивого развития г. Ижевска, программы Европейского регионального бюро ВОЗ «Здоровые города», а также могут быть использованы в учебном процессе по специальностям «Природопользование» и «Картография». Апробация работы. Научные положения и результаты исследования отражены в 12 публикациях (одна из них в издании из списка ВАК), докладывались на международных, российских и региональных конференциях: Всероссийская научная конференция, посвященная 200-летию Казанского университета «Современные глобальные и региональные изменения геосистем» (Казань, 2004); Молодежная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и преподавателей (в рамках Большого Географического Фестиваля, посвященного 80-летию факультета географии и геоэкологии СПбГУ) «География в меняющемся мире: взгляд молодых ученых» (Санкт-Петербург, 2005); XII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2005» (Москва, 2005); Седьмая научно-практическая конференция преподавателей и сотрудников УдГУ, посвященная 245-летию г. Ижевска (Ижевск, 2005) и др. Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Общий объем составляет 166 страниц, в т.ч. 5 таблиц и 48 рисунков. Основной текст диссертации изложен на 154 страницах. Список литературы состоит из 246 наименования, из них 40 на иностранных языках. Автор глубоко признателен и искренне благодарен научному руководителю – профессору, зав. кафедрой природопользования и экологического картографирования УдГУ В.И. Стурману за постоянное внимание и консультации по работе над диссертацией, а также сотрудникам географического факультета УдГУ за ряд ценных замечаний, высказанных в ходе обсуждения результатов исследования. Диссертация выполнена при поддержке федеральной программы «Университеты России – фундаментальные исследования», проекты УР.08.01.033, УР.08.01.425. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Индикаторы социальной и экологической обстановки и их пространственная локализация При большой сложности изучения социальных и экологических проблем необходимы корректные и адекватные критерии представления соответствующей информации. Наиболее яркий и всеобъемлющий показатель условий жизни – здоровье человека. Здоровье в первую очередь реагирует на изменение среды обитания человека. Источники информации об экологической обстановке. Под экологической обстановкой понимается конкретное состояние окружающей человека среды, обусловленное взаимодействием природы и хозяйственной деятельности человека. Информация, привлекаемая для характеристики экологической обстановки, крайне многообразна как по происхождению, так и по содержанию. Вся информация делится на первичную, получаемую путем натурных наблюдений, измерений и съемок, и вторичную, или производную, которая является результатом обработки первичной информации, поступившей из разных источников и в различное время. В общей сложности может быть выделено четыре источника информации об экологической обстановке: сведения об источниках и объемах техногенных нагрузок (официальная статистика); материалы экспедиционных и стационарных исследований состояния компонентов природной среды; данные изучения состояния биоиндикаторов; материалы дистанционного зондирования. Индикаторы экологической обстановки. В качестве индикаторов экологической обстановки могут выступать характеристики состояния компонентов экосистем различного иерархического уровня: почва, атмосфера, водоемы, древесный и травяно-кустарничковый ярусы, лесная подстилка, почвенные ферменты, населения почвенной мезофауны, птиц, мелких млекопитающих, муравьев, сообщества эпифитных лишайников. Таким образом, индикаторы экологической обстановки могут быть геохимическими и биологическими. Техногенное загрязнение, его прямые и косвенные последствия разрушают не только природные системы, но и здоровье населения. Загрязнение воздушного и водного бассейнов, шум, электромагнитное и радиационное загрязнение увеличивают заболеваемость и смертность горожан. Состояние здоровья населения выступает своеобразным индикатором экологического состояния территории. Индикаторы социальной обстановки. Под социальной обстановкой понимается конкретное состояние особенностей жизнедеятельности общества, в частности уровень социального благополучия (бюджеты семей, обеспеченность жильем, использование сферы услуг, учеба детей, состояние здоровья, качество медицинского обслуживания и социального обеспечения и т.п.); правовая защищенность; занятость и удовлетворенность своей работой (характером и сферой занятости, взаимоотношениями на работе, транспортной или пешеходной доступностью места работы и т. п.); наличие условий для полноценного отдыха и восстановления сил; степень полноты информационного обеспечения и существование условий для преемственности культурных традиций, и многое другое. В качестве индикаторов социальной обстановки могут рассматриваться те или иные виды обеспеченности населения с его материальным и культурно-общественным статусом. Глава 2. Программные средства геоинформационного картографирования и их применимость к решению экологических и социальных задач Последние десятилетия ознаменовались взрывным развитием компьютерных технологий и увеличением их воздействием на все аспекты жизни. Решение сложных экологических и социальных проблем и необходимость учета при их исследовании многих пространственно неоднородных факторов обусловливает необходимость и целесообразность широкого использования геоинформационных методов. При этом важно обеспечить интеграцию технических возможностей ГИС-технологий, которые дают возможность сводить все доступные материалы в единую систему и обладают большой наглядностью, с географической корректностью создаваемых и анализируемых картографических материалов. Применение ГИС в социальных и экологических исследованиях. Применение геоинформационных технологий не только значительно облегчает составление карт, но и позволяет в дальнейшем оперативно в интерактивном режиме решать на их основе прикладные задачи. Цифровые и электронные карты служат источником создания, функционирования и развития ГИС различной тематики, включая экологические и социальные информационные системы, в которых в данное время ощущается острейшая необходимость. Согласно положениям Конвенции единого мирового информационного сообщества (информационной цивилизации), принятой в 1992 г. на 1-ом Международном форуме информатизации, существует необходимость объединения информации об окружающей среде и социальном прогрессе в единое информационное пространство в целях комплексного подхода к решению проблем экологической безопасности. Для этого рекомендуется развивать и использовать ГИС, экспертные системы, модели различного уровня и масштаба. Более четверти всех публикаций в международном журнале «GIS Europe» касаются применения ГИС при экологическом мониторинге и управлении природными ресурсами. Современные ГИС позволяют успешно решить практически любую пространственную задачу. Выбор программных средств для создания электронного социально-экологического атласа г. Ижевска. Картографирование на базе ГИС предполагает создание базовых цифровых картографических основ. При цифровании исходных материалов нами отдано предпочтение растровому устройству (сканеру), что позволяет точно и корректно создавать графические характеристики. Векторизация растрового картографического изображения производилась с помощью картографической системы MapInfo, используя ручную обводку контуров. Необходимы развитые программные средства для решения картографических задач, таких как создание банка картографических условных обозначений, возможность редактирование карты, изменение системы координат, геометрическая стыковка разномасштабных материалов и др. Самые популярные и распространенные программные продукты для создания электронных карт, атласов и других картографических произведений: ARC/INFO, WinMAP, WinGIS, ArcView, MapInfo, ATLAS GIS и др. В качестве основы системы можно выбирать распространенные ГИС-пакеты, которые обладают максимумом необходимых в данном случае возможностей. С помощью встроенных или дополнительных средств ГИС-пакет может быть адаптирован под конкретное исследование. Либо можно отказаться от полной адаптации ГИС-пакета, сохранив за ним основу, и применять дополнительные специализированные программы для манипуляций данными, создав возможность обмена данными между программными средствами. Чем больше различных программных средств используется при создании продукта, тем сложнее технологический процесс. Пакеты настольной картографии MapInfo и ArcView выбраны в качестве основы при формировании картографических и атрибутивных баз данных и создании карт, так как они обладают в достаточной степени развитыми возможностями для этого. Данные программные продукты имеют возможности создания тематических карт с использованием нескольких способов изображения, редактирования, зарамочного оформления карт. MapInfo имеет встроенную среду разработки с языком программирования MapBasic, ArcView – Avenue для создания оригинальных приложений, обработки различных пространственных запросов и др.; Universal Translator для перевода данных из одного формата в другой и пр. Основные причины, позволившие перенести технологические операции по работе с цифровыми картами на системы MapInfo и ArcView, следующие: наличие необходимого набора функций и хорошо продуманные структуры продуктов; возможность наращивания системы подключением дополнительных модулей (MapBasic, Universal Translator и др.); простота создания приложений; дружественный (русский) интерфейс; поддержка многих форматов; наличие смежного программного обеспечения (ARC/INFO, MapObjects, ArcCAD и пр.). Это делает MapInfo и ArcView развитыми и уникальными программными продуктами. Далеко не все ГИС-пакеты общего назначения имеют в своем составе развитые модули подготовки профессионально оформленных картографических продуктов. Для решения этих задач в мире используются специализированные программные продукты. Оформление картографических изображений можно осуществлять с помощью современных программных продуктов иллюстративной графики: Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand, Corel Draw и др. Возможности данных программных продуктов позволяют качественно, эффективно и стабильно решать задачи по созданию и оформлению, как на промежуточных этапах, так и на конечном этапе. Применение каждого из предложенных пакетов приемлемо для решения задач по оформлению картографических изображений. В результате на основе новейших баз исходных данных, используя программные средства геоинформационного картографирования MapInfo и ArcView, встроенные языки программирования MapBasic и Avenue, продукт иллюстративной графики Adobe Photoshop, охватывающие весь спектр задач по созданию цифровых тематических карт, автором создан электронный атлас экологических и социальных карт (ГИС) г. Ижевска. Созданная система позволяет решать следующие задачи:
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
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... |
