автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Научные основы и методы геоинформационного обеспечения защиты окружающей среды при комплексном природопользовании

На правах рукописи

Ом

Баденко Владимир Львович

Научные основы и методы геоинформационного обеспечения защиты окружающей

г

среды при комплексном природопользовании.

05.14.16, - "Технические средства и методы защиты окружающей среды"

(промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург 2000

Диссертационная работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете {СПбГТУ)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Добрынин С.Н. доктор технических наук, профессор, Шульман С. Г. доктор технических наук, профессор Юсупов P.M.

Ведущая организация: НИЦ "Природопользование"

Защита состоится " % t>" " X " 2000 года 8 ^ часов на засе-

дании диссертационного Совета Д.063.38.09 при Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, ПГК, ауд. 411.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТУ.

Автореферат разослан " »2000 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета

кандидат технических наук, профессор В.Т.Орлов

ч С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях возрастающей антропогенной нагрузки все более актуальной становится проблема охраны окружающей среды (ОС). До недавнего времени основные усилия ученых по совершенствованию управления состоянием ОС были направлены на решение задач, связанных с разработкой и внедрением экологически чистых технологий на отдельных предприятиях. Однако, как показывает практический опыт управления состоянием ОС в масштабах региона, локальное внедрение природоохранных технологий не дает желаемых результатов. Т.о. при управлении природопользованием актуальным является переход к комплексному рассмотрению состояния ОС и социально-экономического развития территорий с учетом пространственного распределения антропогенной нагрузки. Такой подход нашел свое отражение в Законе Российской Федерации "О защите окружающей природной среды". В качестве экономического механизма реализации Закона декларируется заключение договоров на комплексное природопользование, которое следует понимать как такое использование природно-ресурсного потенциала территории, при котором эксплуатация конкретного, вида природного ресурса наносит наименьший ущерб другим ресурсам, а хозяйственная или иная деятельность в целом оказывает минимально возможное воздействие на ОС. По нашему мнению основные причины недостаточно эффективного управления природопользованием связаны с отсутствием комплексного подхода и слабость информационно-аналитического обеспечения, а исследования по поиску решения этих проблем имеет важное народно-хозяйственное значение.

Появляющиеся новые задачи потребовали разработки новых адекватных информационно-аналитических систем (ИАС), что в современном мире приобретает особую значимость, т.к. в настоящее время из-за резкого повышения эффективности материального производства основная стоимость производится в сфере управления информационными .потоками. Круг пользователей ИАС значительно расширился, соответственно возросли требования к ИАС и их интерфейсу. Лица, принимающие решения (ЛПР), как основные пользователи ИАС, больше ориентируются на потребление знаний об ОС. Речь идет о необходимости создания для ЛПР виртуального мира, где можно было бы анализировать ситуации и принимать виртуальные решения, которые предполагается реализовывать на управляемой территории. Поэтому в настоящей работе основное внимание уделено актуальной проблеме создания на основе передовых компьютерных технологий ИАС для поддержки принятия управленческих решений по охране ОС при комплексном природопользовании.

Другими факторами, подтверждающими актуальность работы, являются быстро меняющаяся социально-экономическая ситуация в нашей стране и расширение самостоятельности субъектов РФ. Это, в совокупности с обострением экологических проблем, приводит к тому, что появилась потребность в разработке ИАС нового поколения с четкой территориальной привязкой. Так в Ленинградской области, впер-

вые в РФ, принят закон "О комплексном природопользовании", из основных положений которого следует, что новые ИАС предназначены прежде всего для решения следующих задач:

проведение комплексных оценок состояния окружающей природной среды; функционирование единой территориальной информационной системы по охране окружающей природной среды;

снижение ущерба одним природным ресурсам при использовании других; прогнозирование динамики экологического состояния территорий; закрепление экосистемных принципов в природопользовании. Отсутствие развитой методологической базы решения этих задач доказывает актуальность настоящей работы, т.к. современные тенденции экономического развития порождают значительные нагрузки на ОС, что при отсутствии соответствующих ИАС и интенсивном использовании природно-ресурсного потенциала территории приводит к ухудшению экологической обстановки. Важен социальный эффект разработки таких ИАС, которые призваны решить проблему обеспечения населения общедоступной информацией о состоянии ОС, что декларируется законодательством.

Задачи охраны ОС многообразны и могут решаться на разных уровнях: от микроуровня до глобального (сохранение биосферы в целом). В настоящей работе будут рассматриваться задачи локального, районного и регионального уровней. По нашему мнению именно на этих уровнях реализация принципов комплексного природопользования является наиболее актуальной задачей. При этом анализ показывает, что успешная разработка ИАС по охране ОС при комплексном природопользовании обуславливается двумя основными факторами. Во-первых, необходим учет пространственного распределения процессов и явлений ОС, т.е. их территориальная привязка. Во-вторых, эффективное решение большинства задач возможно только средствами математического моделирования, так как натурные эксперименты на системном уровне практически невозможны, а если возможны, то лишь с отдельными компонентами. Совместное и комплексное решение проблем, связанных с этими двумя факторами, стало возможным только на современном этапе развития компьютерных технологий. Речь идет в первую очередь о геоинформационных системах (ГИС), позволяющих манипулировать пространственно-распределенной информацией. Отсутствие развитого научно-методического обеспечения использования ГИС-технологий при решении задач охраны ОС делает настоящую работу актуальной.

Целью работы является разработка научных основ и методов создания на базе геоинформационных технологий информационно-аналитических систем по охране окружающей среды при комплексном природопользовании.

Идея работы заключается в использовании геоинформационных технологий для обоснования компромиссных решений по социально-экономическому развитию территорий и выбору стратегий природопользования.

В соответствии с целью работы были поставлены и рассмотрены следующие задачи: ^ -

> разработка научных основ создания геоинформационного обеспечения решения задач охраны окружающей среды;

> развитие принципов создания информационно-аналитических систем в области природопользования;

> обобщение подходов к организации, структурированию и представлению информации о территории для решения природоохранных задач;

> разработка теории и методов математического моделирования в геоинформационных системах процессов и явлений окружающей среды;

> разработка методов анализа и принятия решений в условиях неопределенности для информационно-аналитических систем по управлению природопользованием.

Достоверность научных результатов и основных выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается использованием в разработках научно-обоснованных и проверенных методов различных научных дисциплин, непротиворечивостью полученных результатов существующим научным представлениям и гипотезам, опытной проверкой функционирования созданных информационно-аналитических систем по управлению природопользованием.

Научная новизна и личный вклад автора заключаются в научном обобщении теоретических и экспериментальных исследований в области информатики, инженерной экологии, геоэкологии, математического моделирования и др. Автором осуществлено решение важной научной проблемы: разработаны научные основы и созданы методы построения на базе геоинформационных технологий ИАС по охране ОС при комплексном природопользовании. Предложенный автором подход к созданию ИАС позволил ставить и решать новые задачи, решение которых до разработки наших методов представляло значительные трудности, а в некоторых случаях было просто невозможно. Среди конкретных результатов следует выделить следующие:

> разработаны научные основы обеспечения функционирования создаваемых на базе ГИС информационно-аналитических систем по охране окружающей среды;

> подготовлены методические основы организации, структурирования и представления информации о территории для управления природопользованием на базе геосистемного подхода к дифференциации территории по бассейново-ландшафтному принципу;

> разработаны принципы создания на базе ГИС информационно-аналитических систем по охране окружающей среды для различных территориальных образований;

> проведено обобщение геоинформационных методов для решения задач охраны окружающей среды;

> создана методология интеграции в геоинформационные системы математических моделей и проведена их классификация;

> разработаны научные основы принятия решений в условиях неопределенности при управлении природопользованием на основе теории нечетких множеств;

> созданы информационно-аналитические системы на базе геоинформационных технологий для поддержки принятия управленческих решений по обоснованию природоохранных решений на локальном и региональном уровнях. Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

> научные основы обеспечения функционирования создаваемых на базе ГИС информационно-аналитических систем по охране окружающей среды;

> методические основы организации, структурирования и представления информации о территории для управления природопользованием на базе геосистемного подхода к дифференциации территории по бассейново-ландшафтному принципу;

> принципы создания на базе ГИС информационно-аналитических систем по охране окружающей среды;

> обобщение геоинформационных методов для решения задач охраны окружающей среды

' > методология' интеграции математических моделей в геоинформационные системы;

> научные основы принятия решений в условиях неопределенности при управлении природопользованием на основе теории нечетких множеств. Практическое значение и внедрение результатов диссертационной работы

состоит в создании на базе ГИС информационно-аналитических систем, которые внедрены в практику решения задач охраны ОС при комплексном природопользовании и развития территорий на различных уровнях. Результаты внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов на Инженерно-строительном факультете СПбГТУ и переданы на эксплуатацию в конфетные организации. Использование разработок автора в практике управления природопользованием позволяет повысить обоснованность принимаемых решений по управлению устойчивым развитием территории и состоянием ОС. Основные результаты работы на разных этапах были внедрены в Управлении по мелиорации и сельскохозяйственному водоснабжению Санкт-Петербурга и Ленинградской области при работах по созданию и эксплуатации "Информационно-справочной системы учета и контроля мелиоративных земель агропредприятий Ленинградской области"; Комитетом экономики и финансов администрации Санкт-Петербурга при работах по созданию и эксплуатации "Информационно-графической системы по расчету экономических характеристик сельскохозяйственных территорий на территории административно подчиненных г.Санкт-Петербургу"; Департаментом природопользования и экологической безопасности

Комитета по экономике и инвестициям правительства Ленинградской области при работах по созданию и эксплуатации "Системы стоимостной оценки отдельных видов природных ресурсов с учетом экологических факторов для интегральной оценки природно-ресурсного потенциала территории".

Апробация результатов диссертационных исследований на разных этапах проведена на региональных и международных конференциях и семинарах: Ежегодной конференции ТИС. Теория и практика" (Санкт-Петербург, 1994-1998 гг.), международной конференции "Проблемы космического и подспутникового мониторинга территории Казахстана" (Алмааты, 1993), международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России" (Санкт-Петербург, 1997), международной научно-практической конференции ТИС и устойчивое развитие региона" (Псков, 1997), Научно-технической конференции "Фундаментальные исследования в технических университетах" (Санкт-Петербург, 1997), Всероссийской конференции "Геоинформатика и образование" (Москва 1998, 1999), конференции "Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения" (Красноярск, 1998), научно-практическом семинаре "Информационные системы в управлении природопользованием и экономическим развитием территорий" (Санкт-Петербург, 1998), международной конференции "Modelling, Testing & Monitoring for Hydro Powerplants -III" (Aix-en-Provence, Франция, 1998), международной конференции "Flow and Deformation ¡n Biology and Environment" (Прага, Чехия, 1998), Всероссийском научно-методическом семинаре "Теория и практика экологического мониторинга в образовательных учреждениях" (Санкт-Петербург, 1998), международной конференции "21sl Urban Data Management Symposium" (Венеция, Италия, 1999), 28 международном конгрессе МАГИ (Грац, Австрия, 1999), международном симпозиуме "Географические системы и их применение в агрофизике и агроэкологии" (Санкт-Петербург, 1999), научных семинарах в СПбГТУ.

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации изложены в 31 работе.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 212 страницах, содержит 100 рисунков, 17 таблиц и состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 221 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Методические основы организации, структурирования и представления

информации о территории для управления природопользованием

Формулировка целей создания разрабатываемых нами территориальных ИАС как защита ОС, требует рассмотрения в первую очередь вопросов, которые связаны с оценкой влияния антропогенной деятельности на процессы и явления в ОС. Системный междисциплинарный подход к разрешению проблем гармоничного социаль-но-эколого-экономического развития территории требует рассмотрения последней

как системы Бт={5с, 5н, £э> Рс, Рп> где - социальная, при-

родная и экономическая подсистемы, а /'с, Рд, Рг- множество взаимодействий внутри каждой подсистемы и между подсистемами соответственно.

При разработке ИАС для управления Зр целесообразно выделить "главную" ("ведущую") подсистему, обеспечение нормального функционирования которой является определяющим фактором для остальных. В качестве такой подсистемы по нашему мнению следует выбрать природную подсистему. При рассмотрении Яц следует ориентироваться на методологические подходы, которые разработаны в географии - именно эта наука занимается комплексным изучением географической оболочки, а объектами исследования географии являются геосистемы различного иерархического уровня. На современном этапе развития общества, почти вся географическая оболочка вовлечена в хозяйственную деятельность. Поэтому подавляющее большинство геосистем по своему генезису и характеру является природно-техническими системами (ПТС). Геосистемный подход к решению задач охраны ОС реализуется на основе интегрального анализа компонентов географической оболочки на всех уровнях ее иерархической организации, а также изучения пространственных соотношений развивающихся территориальных объектов. Он предполагает три ступени рассмотрения - собственно геосистему, структуру взаимосвязи составляющих ее подсистем (геосистем более низкого иерархического уровня) и ее место в геосистеме более высокого уровня иерархии.

В качестве фундаментальных сущностей в пределах географической оболочки следует рассматривать природные тела {Т} и процессы {Р}. Благодаря непрерывным процессам переноса (потокам) вещества и энергии - {Р} между элементами {7'} возникают связи - {Р} (прямые и обратные). В результате чего образуются геосистемы 5 = {Т, Р, Р}. По нашему мнению использование геосистемного подхода при управлении природопользованием позволяет выработать конструктивный подход к выбору управляющих воздействий на геосистемы 5 = [Г, Р, Р}. Применение геосистемного подхода при создании ИАС для решения задач охраны ОС включает: установление пространственных границ Б, исследование {Т}, описание (создание математических моделей) {Р} и {Р}, выявление траекторий развития 5 и связей с геосистемами других иерархических порядков.

Важнейшими показателями, характеризующими благополучное состояние геосистем - 5", следует считать геоэкологические ситуации, при которых обеспечивается интенсивность и сбалансированность {Р}. Поэтому для изучения Б' следует использовать бассейновый подход к дифференциации территории. В соответствующих ИАС для оценки и прогноза геоэкологических ситуаций на территории геосистем, т.е. описания {Р}, следует использовать пространственно-распределенные модели процессов и явлений ОС. Реализация таких моделей требует представления территории геосистемы в виде набора однородных участков я,, для чего нами предлагается использовать геосистемный подход - в качестве следует использовать ландшафт-

ные выделы различного иерархического уровня (фации, группы фаций, урочища и т.д.). Поэтому для оценки и прогноза состояния геосистем и соответсвенно для организации, структурирования и представления информации о ЛУ при создании ИАС нами предлагается использовать интегрированный подход, который будем называть, бассейново-ландшафтным. По нашему мнению, при создании ИАС следует использовать следующие основополагающие принципы этого подхода: 1) географическая оболочка обладает бассейновой и ландшафтной иерархией; 2) бассейновые системы характеризуются ландшафтной "организованностью", 3) в пределах бассейново-ландшафтных систем тесно взаимосвязаны природные условия и хозяйственная деятельность; 4) бассейново-ландшафтные системы - оптимальные территориальные единицы управления природопользованием; 5) сопряженное использование картографического и имитационного математического моделирования бассейново-ландшафтных систем - основа прогнозирования и оптимизации природной среды.

Принципы создания ИАС по охране окружающей среды.

Структурно-функциональный анализ различных территориальных образований позволяет сделать вывод о том, что при решении задач охраны ОС при комплексном природопользовании следует рассматривать административно-

хозяйственные и природно-ресурсные образования, имеющие конкретную территориальную привязку, для которых нами предлагается использовать классификацию, представленную в таблице 1.

Таблица 1. Классификация территориальных образований.

Таксономический уровень Территориальные образования

Административно-хозяйственные Природно-ресурсные (геосистемные)

Глобальный Российская Федерация Бассейны крупных рек (географические зоны, провинции)

Региональный Субъекты Российской Федерации Бассейны средних рек (ландшафты)

Субрегиональный (районный) Муниципальные образования Бассейны малых рек (местности, урочища)

Локальный Территориально-хозяйственные единицы Природно-технические системы

Предложенная классификация, которая отражает взаимосвязь и пространственную организацию управляемой территории, закладывается в основу разрабатываемых нами ИАС. При этом учитывается, что долговременное устойчивое развитие общественного производства, планируемое в рамках административно-хозяйственных территориальных образований, возможно только в том случае, если

оно не вызывает деградации ОС, развитие которой происходит в рамках геосистемных (природно-ресурсных) территориальных образований. Предлагаемый нами подход позволяет согласовывать в создаваемых ИАС управленческие решения в области природопользования как по вертикали, так и по горизонтали, а также обеспечивать учет в ИАС взаимосвязи между административно-хозяйственными и природно-рёсурсными объектами на основе территориальной привязки.

Предложенная классификация демонстрирует иерархию и пространственную структуру территориальных образований и соответствующие ей объекты комплексного природопользования. Например, на региональном уровне согласование природопользования в бассейнах крупных и средних рек должно осуществляться на основе соглашений между регионами. На районном уровне, где комплексное природопользование следует организовывать в пределах бассейнов малых рек, согласование развития локальных территориально-хозяйственных единиц и ПТС, расположенных на территории каждого бассейна, осуществляется между органами управления муниципального уровня. В соответствии с классификацией представленной в таблице 1 нами формулируется следующий принцип: территориальные ИАС следует создавать в виде иерархии ИАС, имеющей структурно-функциональное соответствие реальным объектам природопользования.

Эффективная работа иерархической структуры ИАС возможна только при четко налаженных связях между всеми уровнями. По нашему мнению, это возможно только на основе пространственной привязки информации, используемой для принятия управленческих решений по природопользованию. Реализация этого принципа создания ИАС определяет ведущую роль обеспечения решения пространственных задач. Одна из основных методологических трудностей использования предлагаемых принципов связана с тем, что пространственные границы геосистем, выделяемые по бассейново-ландшафтному принципу, не совпадают с административно-хозяйственными границами. Для разрешения этого противоречия нами предлагается использовать следующий подход - в ИАС при оценке последствий принятия управленческих решений следует использовать геосистемный подход к дифференциации территории, а административные границы следует принимать во внимание при конкретизации и реализации управленческих решений.

Научные основы обеспечения функционирования ИАС по охране окружающей среды, создаваемых на базе ГИС

По нашему мнению, самой подходящей системой для сбора, хранения, анализа и обработки (моделирования) пространственно-распределенной информации является географическая информационная система (ГИС). ГИС следует рассматривать как организованный набор программных и аппаратных средств, позволяющих вводить, хранить, визуализировать, анализировать, обрабатывать (моделировать) и представлять в удобном для ЛПР виде пространственно-распределенную (геогра-

фически привязанную) информацию, которую следует рассматривать как неотъемлемую часть ГИС. Поэтому именно ГИС-технологии и соответствующее геоинформационное обеспечение позволяют эффективно реализовывать сформулированные нами принципы создания ИАС. Проблемы комбинирования и анализа пространственно-распределенной информации о процессах и явлениях на управляемой территории, а также построение на этой основе различных прогнозов, являются важнейшими при создании таких ИАС, что определяет ведущую роль ГИС-технологий при проектировании и реализации ИАС. Геоинформационное обеспечение разрабатываемых нами ИАС позволяет охватить все пространственные уровни, интегрируя всевозможную информацию, поступающую из самых различных источников, о процессах и явлениях, происходящих на Земле. ГИС-технологии следует рассматривать как инструмент для практической реализации и развития в области управления комплексным природопользованием системных подходов. В основе деятельности по созданию и использованию ИАС лежит понятие жизненного цикла. Жизненный цикл отражает различные состояния ИАС, начиная с момента возникновения необходимости в ней и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления. Эта последовательность этапов жизненного цикла ИАС строится в соответствии с принципами нисходящего проектирования и носит итерационный характер: реализованные этапы, начиная с самых ранних, циклически повторяются в связи с изменениями требований, внешних условий, введением ограничений и т.п.

Главное преимущество разрабатываемых нами на базе ГИС ИАС является то, что они позволяют в одной информационной среде и на основе единой базы данных (БД) решать различные задачи территориального развития. Нами сформулирована классификация задач геоинформационного обеспечения ИАС по решению задач охраны ОС при комплексном природопользовании, которая представлена в виде схемы на рис.1. Эта схема отражает сложность решения и его стоимость, которые возрастают слева направо. При этом базовое программное обеспечение (ПО) ГИС позволяет решать в основном информационно-справочные задачи.

Информационно- Пространственный Моделирование Анализ и принятие

справочные ► анализ * процессов и решении

явлений

Рис.1. Структура геоинформационного обеспечения ИАС (типы задач, решаемых в ГИС).

Организация данных в ГИС является ключевой проблемой для решения всех остальных. Реальные пространственные данные об ОС должны быть описаны в терминах модели данных. Для этого должна быть выбрана структура данных, чтобы представить модель данных, и отобран тот формат файла, который является подходящим для этой структуры данных. Одним из базовых принципов организации в ГИС

моделей пространственных данных является послойная организация информации. При этом слои объединяют пространственно и тематически однородные объекты, которые образуют некоторую логически (а часто и физически) отдельную единицу данных. ПО ГИС предоставляет возможности путем комбинирования тематических слоев, создавать разные модели реального мира. Главной и принципиальной отличительной характеристикой данных в ГИС является возможность учитывать и анализировать пространственное местоположение объектов.

При использовании любой модели данных в БД ГИС о пространственных объектах реальных ПТС хранится информация по крайней мере трех видов: идентификатор - id, информация о положении объекта (графическая) - pos и тематическая информация (атрибутивная или неграфическая) - att, т.е. объекты ПТС моделируются в БД ГИС объектами 0={id, pos, ait}. При формировании БД ГИС для объектов 0={id, pos, att} в ПО ГИС используется три подхода к организации связи pos <-> att. геореляционный, интегрированный и объектный, и соответствующие им модели взаимодействия. Наиболее распространенная модель - геореляционная. В этом случае id позволяют однозначно выделять объекты и служат для связи pos о att. компонент pos организован по-своему, a att - по-своему, и между ними поддерживаются связи через id. В ГИС для 0={id, pos, att} используются две основные модели данных - растровая (7й) и векторная {1У). В 7й территория представляется в виде совокупности регулярно организованных площадных объектов, типа квадратного пиксела. Основной тип J* известен как модель "спагетти". Ключевое различие между Ia и 1У состоит в том, как они представляют пространство - Ia использует регулярные искусственные пространственные объекты, в то время как Т4' использует нерегулярные пространственные объекты. Для представления 0=fid, pos, att} 7й использует плоскостное или объемное перечисление, а Г - изображение границ объектов. Иными словами 7й описывает реальные объекты ПТС непосредственно, а Т4'хранит информацию только о границах объектов.

Формирование БД ГИС обеспечивается наличием в составе программно-аппаратного комплекса ГИС специализированных средств ввода-вывода информации. При реализации ГИС много усилий тратится на сбор данных в цифровой форме и создание пространственной БД, в которой все цифровые карты, изображения, а также атрибутивные таблицы должным образом организованы и пространственно привязаны. Источники информации для БД ГИС могут быть разделены согласно тому, являются ли они первичными или вторичными, а также цифровыми или нецифровыми. В основном, используются вторичные данные, которые уже были ранее получены, обработаны и сохранены. Карты на твердых носителях (в основном бумажных), преобразовываются в цифровые данные путем дигитализации (оцифровки). При этом наш опыт показывает, что наиболее подходящей является технология цифрования "по растровой подложке". Множество первичных данных поступает как данные дистанционного зондирования. Эти данные регистрируют информацию об

определенной характеристике поверхности Земли - температуре, возвышении, типе растительного покрова и т.д. в равномерно распределенных точках, например, в узлах сетки 1км х 1км. - -- - --- ---------

Геоинформационнонные методы для решения природоохранных задач.

В соответствии с предложенной нами классификацией (рис. 1) рассмотрим сначала методические подходы к решению информационно-справочных задач. В И АС, создаваемых на базе ГИС, визуализация служит основным средством отображения пространственно-распределенной информации об ОС либо на экране компьютера, либо в виде твердой копии. Визуализация позволяет наиболее полно использовать при принятии управленческих решений уникальные способности человека к выявлению и пониманию пространственных соотношений при визуальном анализе картографических изображений, которые пока не могут быть полностью алгоритмизированы. Для решения задач охраны ОС успешно внедряется и используется информационно-справочная функция ГИС, обеспечивающая, например, интерактивную реализацию следующих запросов пользователя: Какая информация есть в ГИС об отображаемом объекте? Где находятся объекты с определенными характеристиками? Информация о каких объектах, расположенных в данной точке пространства, есть в БД ГИС?

Картографическая и семантическая информация, заложенная в основу ГИС, а также логическая структура БД определяют для этой информации те виды графического представления, которые могут быть использованы ЛПР при решении управленческих задач. Для тога, чтобы на тематических картах отобразить изучаемые процессы или явления, нами предлагается использовать следующие способы картографирования: ареалов, точечный, изолиний, значков, локализованных диаграмм, картограмм, линейных знаков, знаков движения. Способ качественного фона использовался нами при анализе ветроэнергетического потенциала Ленинградской области (рис. 2 А). Способ локализованных картодиаграмм применяется нами для отображения суммарных размеров какого-либо явления в пределах определенных единиц территориального деления, например, структуры землепользования на участках мелиорации (рис.2 Б) и расходов в контрольных створах при управлении водными ресурсами (рис.2 В).

ИАС на базе ГИС позволяют легко и естественно получать ответы на информационные запросы. Раньше информацию приходилось отыскивать в огромном количестве документов, причем по крайней мере двух типов - графических (карты) и неграфических - таблицы, отчеты и т.д. В ГИС запросы по формированию множества интересующих ЛПР объектов реализуются либо с помощью некоторого подмножества языка SQL, либо интерактивно. Отбирать объекты, например, рекомендуется по признаку их удаленности от других объектов, соседства, совпадения и другим.

Рис.2. Примеры реализации информационно-справочной функции в ИАС на базе ГИС.

Пространственный анализ в ГИС охватывает те методы, которые позволяют выявлять и анализировать пространственные структуры и связи процессов и явлений ОС. К наиболее важным методам пространственного анализа, необходимым для обеспечения функционирования создаваемых на базе ГИС ИАС, относятся алгоритмы и модели трансформации данных. Простейшими трансформациями являются геометрические преобразования из одной системы координат в другие. Другой класс трансформаций относится к преобразованиям данных внутри и между основными типами пространственных объектов: точек, линий и площадных объектов (полигонов). Эти преобразования включают как геометрические построения с созданием новых объектов, так и вычисление атрибутов вновь построенных объектов. При этом чаще других требуется проводить пространственные преобразования "точка-область" и 'Чсчка-точка".

При использовании не интерполяционных методов "точка-область" решается задача о построении полигонов Р^ (¡=1,Ме) с которыми связывается один или несколько атрибутов ¿¡(гь гг> ••• , исходных точечных объектов Т-, с координатами (х\, у^. Если Р] строится по нескольким Т¡. то для определения атрибутов Р] используются подходящие операции осреднения, которые зависят от шкалы, по которой заданы В большинстве случаев используются алгоритмы автоматического по-

строения Р] по 7), хотя в некоторых случаях используются методы, в которых Р)

строятся вручную на основе субъективных мнений специалистов.

В простейшем случае представляют собой регулярно расположенные ячейки некоторой сетки: ¡\е квадратных полигонов и каждый Г,- связывается с такой ячейкой. Если в ячейку Р) не попадает ни один Г;, то ячейке Pj назначается либо пустой атрибут, либо атрибут, вычисляемый как некоторая функция от атрибутов соседних Ру Другой метод состоит в построении Pj в виде правильного вписанного многоугольника или круга радиуса Я вокруг Г;. Применение метода, основанного на использовании полигонов Тиссена (Вороного), позволяет исключить проблему полигонов либо не имеющих точек, либо содержащих несколько точек. Недостатком этого метода является то, что размер Р) обратно пропорционален плотности Г, и отдельный Г; может иметь очень большое влияние (соответствующий Pj имеет большую площадь), несоразмерное смыслу задачи. Один из возможных выходов из этой ситуации состоит в комбинировании полигонов Тиссена с предыдущим методом.

Интерполяционные методы подходят в том случае, когда в Г; определяются величины гъ 12> •••> Zs, представляющие собой значения непрерывных характеристик (геополей). Эти методы, обычно, применяются для какого-либо одного атрибута 1т, т = 1, к,. В триангуляционном методе 7} соединяются линиями для образования мозаики треугольников Ру при этом нами рекомендуется использовать триангуляцию Делоне. Для данных, имеющих неравномерное распределение и ошибки, следует использовать методы подвижного среднего с зонами влияния круглой и эллиптической формы. Одним из них является метод, основанный на весах, обратно пропорциональных расстояниям (метод Шепарда). В методе кригинга считается, что функция Дх,у) является стационарной случайной функцией, т.е. измерение г в точке Т(х,у) есть реализация случайной переменной 2. При сравнении этих интерполяционных методов ни одному из них нельзя отдать предпочтение, т.к. при определенном задании параметров все они имеют одинаковый порядок сходимости.

При решении задач охраны ОС часто бывает необходимо проанализировать структуру и совместное распределение в пространстве двух и более явлений. Для этого нами рекомендуется использовать в ГИС операции совмещения (оверлея), которые применяются к полигональным объектам. Особенности послойной организации информации в ГИС позволяют рассматривать операции оверлея для Лл полигонов Ра из слоя ¿4 (Ра еЬл) и Л^ полигонов из слоя Ьв (Рв Лв) как операции оверлея двух (Ьл и 1д), а может бьггь и более слоев. Нами предлагается различать следующие виды оверлейных операций: с выделением уникальных полигонов; "ограничительный" оверлей (полигоны из первого слоя навязывают ограничения на второй), оверлей типа "след" (полигоны из первого слоя накладывается сверху на второй); "соединительный" оверлей (полигоны с одинаковыми атрибутами объединяются); "сравнительный" оверлей (результирующие полигоны формируются только при совпадении атрибутов).

В операциях оверлея, кроме чисто графических операций по генерации новых полигональных объектов 0={id, pos, att}, необходимо адекватное определение значений att, которое должно соответствовать смыслу решаемой задачи. В случае, когда att измеряются по количественным шкалам, то операции оверлея для оценки значений att полигона по att полигонов, содержащих интересующую информацию, следует применять с использованием различных операций осреднения типа средневзвешенного по площадям.

Другой операцией, играющей важную роль в ИАС по комплексному природопользованию, является операция построения буферной зоны. Суть этой операции состоит в том, что вокруг объекта строится полигон, границы которого отстоят на заданном расстоянии от исходного объекта.

Выявление пространственной автокорреляции обычно проводится для площадных пространственных объектов Op=fid, pos, att}. Распознавание существования и определение силы автокорреляции позволяет проанализировать количественно пространственные структуры, которые образуют Ор и понять степень их кластеризации. Рассмотрим сначала статистику для Ор, у которых att измеряются по индивидуальной шкале. Для определенности пусть это будет некоторый бинарный атрибут -в БД ГИС существуют полигоны типа А и типа В - Ра и Рв- В этом случае нами рекомендуется использовать статистику, основанную на подсчете типа и количества контактов между полигонами РА и Рв - АА, ВВ и АВ. При этом сравниваются реально наблюдаемое число и ожидаемые значения частот контактов в случае случайного пространственного расположения полигонов, т.е. отсутствия автокорреляции.

Если полигоны имеют атрибуты, измеряемые по интервальной или относительной шкалам, нами рекомендуется использовать индексы Гери (С) или Морана (Г), при вычислении которых следует использовать матрицу смежности W\

£ ZM*,-*,)1 fj±wij{zi-z){zj-z) G --Ч-М- 1 = -S-

2Ê ±чЬ*,-ъгп»-1) XIXI(1)

/=1 y-i /=1 j=\ ¡=1

Здесь z¡ - значение атрибута на полигоне i, a Z - среднее значение атрибута для всех анализируемых полигонов. Для проверки гипотезы об отсутствии автокорреляции следует пользоваться следующими выражениями для ожидаемых значений I и G: E(I)=-l/(n-l), E(G)=1. Например, G>1, если в пространственной структуре имеет место отрицательная автокорреляция, a 0<G<1, если в пространственной структуре имеет место положительная автокорреляция.

Методология интеграции математических моделей в ГИС

Повышение эффективности применения ИАС на базе ГИС для решения задач охраны ОС при комплексном природопользовании может быть достигнуто путем интеграции в ГИС математических моделей. Такие модели нами предлагается классифицировать по соответствию их структуры требованиям ГИС, т.е. по их предрасположенности к интеграции'в ГИС, следующим образом: 1. Модели, для которых возможна полная интеграция в ГИС.

2 Модели, для которых возможна связь с ГИС через входные/выходные параметры. 3. Модели, для которых возможна лишь слабая ассоциация с ГИС, устанавливаемая с помощью специально разрабатываемых интерфейсов и методик.

Рис. 3. Схема, иллюстрирующая интеграцию модели в ГИС посредством связи через входные и выходные параметры.

Эту же классификацию следует рассматривать как способы интеграции моделей в ГИС: полностью интегрированные, связанные через входные/выходные параметры и слабо ассоциированные с ГИС. Первый класс включает модели, которые реализованы на языке программирования ПО ГИС. В этом случае входные и выходные переменные модели являются элементами внутренней БД ГИС. Модели первого класса будем называть ГИС моделями. Второй класс объединяет модели, которые могут быть интегрированы в ГИС через свои входные и выходные параметры. Эти модели предлагается классифицировать на следующие подклассы: модели в кото-

рых связь организована через компоненту pos, модели в которых связь организована через компоненту att, модели в которых связь организована через обе компоненты pos и ait. Отношения между такими моделями и ГИС через компоненту ait следует устанавливать при помощи последовательных процедур, которые на рис. 3 представлены в виде схемы. Третий класс объединяет те модели, для которых может быть организована лишь слабая ассоциация с ГИС. Это, как правило, те из уже существующих моделей, которые обладают очень сложной структурой и полностью закрыты для модификации. Блок ввода и вывода этих моделей не может быть настроен для обеспечения автоматической связи с ГИС.

Методологию интеграции моделей в ГИС следует согласовывать с основными этапами жизненного цикла ИАС, создаваемых на базе ГИС. Модели, которые предполагается интегрировать в ГИС, должны быть выбраны уже на первом этапе жизненного цикла ИАС - этапе анализа требований пользователя. Поэтому методология предусматривает предварительный анализ информации о представляющих изучаемую территорию объектах БД ГИС 0=fid, pos, att} и предположений модели, интегрируемой в ГИС. При этом рассматриваются свойства и особенности модели и объектов 0={id,pos, att} БД ГИС для согласования структуры БД ГИС со спецификациями входных и выходных данных модели, интегрируемой в ГИС. Также необходимо принимать во внимание те исходные предпосылки (физические, химические и др.), на которых основана формулировка модели, например, ограничения на диапазон значений для параметров модели и проч. По нашему мнению процесс такого сравнительного анализа включает следующие процедуры:

> Сравнение структуры и состава имеющейся в БД ГИС информации о параметрах территории со спецификациями входных данных, необходимых для выполнения расчетов по модели, а также выходных данных модели.

> Соответствующая адаптация и согласование структуры и состава объектов 0=fid, pos, att} БД ГИС с входными и выходными данными модели.

> Снижение размерности модели.

> Выбор метода интеграции модели в среду ГИС.

Целью сравнительного анализа объектов 0~{id, pos, att} БД ГИС и требований к данным интегрируемых моделей является, в первую очередь, выявление соответствия состава {att} в БД ГИС тем данным, которые необходимы для работы модели, а также соответствия требований модели к свойствам 0=ßd, pos, att} из БД ГИС. В общем случае перед применением модели в ГИС необходима трансформация существующих (исходных) объектов 0¡={id, pos, att} БД ГИС для исследуемой территории в объекты 0}f={id, pos, att}, подходящие для работы модели: 0]=fid, pos, att} Ou=Çid, pos, att} (2)

Трансформация (2) заключается в том, чтобы вся изучаемая территория была разделена на однородные в некотором смысле участки - O^fid, pos, att}. Модели основаны на условии, что объекты моделирования Ом, являются однородными, и

трансформация (2) проводится для выполнения этого условия. По нашему мнению при создании на базе ГИС ИАС по комплексному природопользованию выделение

Ом должно быть основано на геосистемном подходе, который предусматривает вычленение геосистем из природной среды и имитацию происходящих в. них процессов. При этом в настоящей работе отдается предпочтение басейново-ландшафтному способу дифференциации территории. Для построения в БД ГИС объектов Os¡={id, pos, att} в пределах речных бассейнов нами также рекомендуется использовать методы пространственного анализа и, в частности, операции оверлея. При этом для каждого фактора - элемента {att} - выделяется специальный тематический слой.

Научные основы принятия решений в условиях неопределенности при управлении природопользованием.

Во многих задачах охраны ОС имеет место ситуация, когда объекты исследования, условия задачи, цели, ограничения и последствия решений не могут быть описаны точно. Следует выделить два аспекта неопределенности окружающего мира. Первый возникает при построении математических моделей реальных явлений, второй - нечеткость, присущую человеческому мышлению и восприятию. В математических моделях неопределенность традиционно учитывается тремя основными методами. В теории устойчивости сначала находят точные решения, а затем оценивают их вариацию при колебаниях исходных данных в границах допустимых ошибок. В стохастических методах в качестве экспликации исходных понятий, соответствующих реальным объектам и явлениям, рассматриваются случайные величины, а затем вероятностные соображения используют на всех этапах получения принимаемого решения, которое тоже носит случайный характер. Третий метод - описание исходных понятий с помощью теории нечетких множеств и прослеживание такой нечеткости вплоть до окончательного решения. Третий из перечисленных математических методов на наш взгляд удобно применять при решении задач охраны ОС, когда имеющихся в распоряжении данных недостаточно, чтобы использовать стандартные статистические характеристики - среднее, дисперсия, тип распределения и т.д.

Центральной концепцией теории нечетких множеств является функция принадлежности (ФП), которая в числовой форме представляет отношение элемента к множеству. С практической точки зрения при решении задач охраны ОС наиболее важным является вопрос о методах построения ФП, которые часто строятся по результатам опросов экспертов. Теория нечетких множеств является аксиоматической. В этой теории основными объектами являются нечеткие множества, которые определяются через ФП. Для этих объектов разработан достаточно мощный формальный аппарат, позволяющий успешно проводить операции над ними и выводить различные утверждения. Методология применения аксиоматической теории основывается на том, что сначала строятся формальные образы объектов реального мира, с

которыми проводятся различные манипуляции по правилам этой теории, а затем проводится интерпретация результатов таких манипуляций для реальных объектов.

При применении теории нечетких множеств в ИАС на базе ГИС первой задачей является представление данных о некотором понятии ОС в виде значений ФП. Для этого необходимо сформулировать какую именно управленческую задачу в области охраны ОС предстоит решить и определить ее в виде нечеткого множества. Следующий этап состоит в выборе подходящего выражения для преобразования фактических значений att для объектов O={id,pos, att} БД ГИС в значения ФП. В том случае, если элементы att измеряются по количественным шкалам, для вычисления значения ФП следует использовать аналитические выражения, вид которых определяется на основе мнений экспертов. В случае качественных шкал мнение экспертов следует сразу использовать для получения значений ФП. Определенные таким образом значения ФП, которые сохраняются в БД ГИС как новые атрибуты объектов 0={id, pos, att}, нами рекомендуется использовать для построения тематических карт. Последние, при соответствующем выборе оценочных интервалов, служат эффективным средством информационной поддержки принятия решений по охране ОС в условиях неопределенности.

В-создаваемых на базе ГИС ИАС для решения задач по охране ОС приходится сравнивать объекты 0=fid, pos, att} БД ГИС. При этом чаще всего выбор альтернатив определяется несколькими частными критериями r¿, и возникает задача о построении комплексной оценки R для 0={id, pos, att}. Следуя развиваемой нами методологии, г, следует определять как значения ФП для множества, выражающего искомое решение. Для получения R нами рекомендуется использовать операции пересечения (á) и объединения (v) г,. Применять операцию А следует в тех случаях, когда для принятия решения необходимо одновременно лучшее значение для всех r¿, и в этом случае R определяется самым минимальным значением г,-. В случае же, когда R определяется каким либо резко выделяющимся уникальным значением r¡, следует использовать операцию v. Образно говоря,, операция л соответствует позиции ЛПР - "пессимиста", а операция v - "оптимиста". Однако, при этом в обоих случаях предполагается, что г,- аддитивные и не имеют совместного влияния на R. В противном случае, вместо л следует использовать алгебраическое произведение, а вместо v - алгебраическую сумму. Возможен и более тонкий учет совместного влияния г, путем применения операций возведения в степень.

Предположим, что есть в БД ГИС множество А из m объектов, которое следует рассматривать как множество альтернатив A={ai, ai, ... а„}. Для некоторого г может быть рассмотрено нечеткое множество r={jjr(a¡)/ai, /J,(a¿)/a2, ..., ^rfanj/am}, где ц,(а¡)/a¡ - оценка a¡ по критерию г - ФП, которая характеризует степень соответствия a¡ понятию, определяемому г. Если имеется и критериев r¡, г2,..., г„, то лучшим считается a¡, удовлетворяющий и r¡, и г2, и... и г„. Поэтому правило для выбора наилучшего a¡ следует записать в виде пересечения соответствующих нечетких

множеств: Д=г;пгу>... гг„. В качестве наилучшего выбирается элемент а*еЛ, который имеет наибольшее значение ФП. В случае, если г,- имеют различную важность, каждому из них приписывается число «/>О (чем важней критерий, тем больше а,), и правило выбора принимает вид:

Я =7-«. п Г? ГЛ ...П С , где > о, / = и ; -Та, = 1 (3)

" „1

Коэффициенты относительной важности а,- следует вычислять на основе процедуры парного сравнения критериев. При этом вначале формируется матрица попарного сравнения В. Элементы Ъу матрицы В определяются в таблице 2. После составления матрицы Л для конкретного набора критериев находится н> - собственный вектор матрицы В, соответствующий максимальному собственному значению Л^: Вы = Яи^ж Искомые значения коэффициентов aгlnw¡.

Таблица 2. Значения элементов В для определения коэффициентов а

Относительная важность критериев Г, и Г/ Элемент Ьц

Равная важность 1

Немного важнее 3

Важнее 5

Заметно важнее 7

Намного важнее 9

Промежуточные значения 2, 4, 6, 8

Наш опыт показал, что перспективным направлением является также использование представление значений из {аП} в виде нечетких чисел (НЧ) и выполнение операций над ними на основе принципа расширения. Для представление характеристик ОС в БД ГИС нами рекомендуется использовать треугольные НЧ. Это дает хорошие результаты в случае, когда приходится решать задачу, связанную со сравнением характеристик ОС с некоторыми пороговыми значениями. В реальных задачах эти величины имеют некоторую долю неопределенности, поэтому их представление в виде НЧ является целесообразным Пороговое значение будем называть нагрузкой Ь, а текущее значение параметра - сопротивлением Л. Тогда можно вычислить разность этих НЧ ^ = Л -Ь. Полученное НЧ ¿Г рекомендуется использовать для вычисления показателя соответствия значения характеристики ОС К пороговому значению Ь. Для этого нами предлагается вычислять следующую величину:

Со= | ¿/Дг)^/

Применение геоинформационных методов при решении задач охраны ОС.

Разработанные нами научные основы и методы геоинформационного обеспечения защиты ОС при комплексном природопользовании были успешно применены при разработке ряда ИАС. Ниже рассмотрены примеры использования нами геоин-

формационных методов при решении конкретных задач - согласно классификации (рис. 1) это примеры реализации трех последних блоков.

Анализ территории на основе пространственного моделирования. Нами была рассмотрена достаточно типичная задача по управлению ПТС, связанная с выбором территории под строительство. В представленном примере эта территория должна удовлетворять следующим условиям: 1) находиться на агрохимическом контуре; 2) почва должна быть тяжело-суглинистой; 3) расстояние от основных дорог должно быть не меньше 50 метров и не более 200 метров; 4) расстояние от водного объекта не менее 30 метров; 5) расстояние от населенного пункта не меньше 300 метров и не больше 600 метров. При решении этой задачи использовались методы пространственного анализа: построения буферной зоны и операции оверлея с выделением уникальных полигонов (см. рис. 4). Данная задача была решена в рамках разработанной нами ИАС для управления аграрным предприятием.

" Примеры интеграции в ГИС математических моделей для решения задач охраны ОС. В связи с тем, что геосистемы 5 = {Г, Р, 7*7 образуются благодаря непрерывным потокам вещества и энергии, основное внимание нами было уделено именно моделям этих процессов в воздушной и водной среде, а также в почве. Рассмотрена интеграция в ГИС моделей, которые описывают диффузию тяжелых аэрозолей в воздухе, перенос тепла в почве и движение жидкости.

В частности при анализе процессов переноса и диффузии тяжелых аэрозолей - предполагается, что распространяясь в атмосфере, тяжелые аэрозоли диффундируют и под действием силы тяжести опускаются на землю. В данной задаче скорость такого опускания я^ предварительно вычисляется из задачи Стокса и является величиной постоянной, направленной как сила тяжести. Если рассмотреть двумерную задачу о разовом выбросе мощностью в момент времени ^ в точке с координатами (хе, у о), то имеем следующую модель:

дер дх с?у д х 8 у

* ' + (XV

<р=ч) при *=0; <р-н) при (х, у) °о, о =—-.

Н

Здесь и, V - компоненты'вектора скорости воздушного потока; <р - концентрация загрязняющей аэрозоли; а - коэффициент распада аэрозоли; V- коэффициент вертикальной диффузии, а ц - горизонтальной; Н - высота цилиндрической расчетной области, а определяет взаимодействие аэрозоля с поверхностью земли.

Модель (4) была реализована ПО ГИС МарШо, является примером ГИС модели и составной частью созданной нами на базе ГИС ИАС для управления аграрным предприятием. При этом точечные объекты, в которых ЛПР интересовали значения концентрации, создавались в специальном слое, путем интерактивного указания ЛПР этих точек на экране компьютера ("звездочки" на рис.5).

Рис.4. Геоинформационное обеспечение последовательности шагов при принятии решения по выбору места для строительства. А - буферная зона шириной в 150 метров вокруг основных дорог; Б - буферная зона вокруг водных объектов; В -буферная зона вокруг населенного пункта, Г результат оверлея.

На рис.5 А представлены результаты расчета для выброса мощностью 2=5 т, ¿¿=2000 м2/с, у= -10 м/с, и= -5 м/с, изолинии - через 0,05 г/м3, а на рис.5 Б - при ()=5 т, /я500 м2/с, v=-10 м/с, и-2 м/с, изолинии - через 0,5 г/м3. На рис. 5 В, Г -распределения концентрации аэрозоля вдоль штрих-пунктирной линии, показывающей направление ветра (рис.5.5 А), в моменты времени 200, 400, 600, 800,1000 и 1200 секунд после выброса.

Рис.5. Результаты моделирования в ГИС "залпового" выброса тяжелого аэрозоля.

Анализ и принятие решений в условиях неопределенности, при управлении территориями, на основе алгоритмов теории нечетких множеств. В процессе

принятия управленческих решений по комплексному природопользованию часто появляется потребность сравнивать по различным критериям земельные участки. В некоторых случаях значения таких критериев бывает трудно выразить в виде чисел (критерии качественные). Нами было предложено новое решение проблемы, которое основано на теории нечетких множеств.

Рис.6. Пространственное распределение частных оценок участков мелиорации.

При создании геоинформационного обеспечения системы учета и контроля объектов мелиорации агропредприятий Ленинградской области нами была рассмотрена следующая задача. Как известно многие мелиоративные системы в Ленинградской области нуждаются в ремонте. Однако, в связи с дефицитом ресурсов, необходимо выбрать для реконструкции именно те, вложение средств в реконструкцию которых даст наибольший социально-эколого-экономический эффект. При такой оценке необходимо принимать во внимание следующие факторы: 1) экологические ОЭЛФ), 2) экономические (ЭНФ), 3) технологические (ГФ); 4) социальные {СФ), которые оценивались в виде ФП.

Рис.7. Пространственное распределение комплексных оценок участков мелиорации.

БД ГИС была модифицирована путем добавления соответствующих полей для площадных объектов - участков мелиорации. На рис. 6 представлены соответствующие тематические карты для САОЗТ "Детскосельский". Важность критериев определялась ЛПР, а точнее лицом - распорядителем кредитов. Результаты парного сравнения относительной важности критериев (на основе таблицы 2) для двух задач - с приоритетами экологии и экономики соответственно, представлены в таблице 3.

Таблица 3. Данные для определения важности критериев.

задача 1 ЭЛФ ЭНФ ТФ СФ задача 2 ЭНФ ЭЛФ СФ ТФ

ЭЛФ 1 5 6 7 ЭНФ 1 4 6 7

ЭНФ 1/5 1 4 6 ЭЛФ 1/4 1 3 6

ГФ 1/6 1/4 1 4 СФ 1/6 1/3 1 2

СФ 1/7 1/6 1/4 1 ТФ 1/7 1/4 1/2 1

Пространственное распределение комплексных оценок представлено на рис.7. Видно, что для задачи 1 наиболее подходящий - участок "Центральное отделение", а для задачи 2 - "Прифермский".

Примеры практической реализации на базе ГИС-технологий ИАС по охране ОС при комплексном природопользовании В диссертационной работе представлены результаты по разработке ИАС для

управления комплексным природопользованием на территории аграрного предприятия (иллюстрации по работе этой ИАС представлены на рис.4 и рис.5) и геоинформационного обеспечения системы учета и контроля объектов мелиорации агропредприятий Ленинградской области (иллюстрации по работе этой ИАС представлены на рис.2 Б, рис.6 и рис.7).

Управление устойчивым развитием территории невозможно без достоверной информации о состоянии и стоимостной оценке природных ресурсов. Для разработки методологических основ решения подобных проблем нами был осуществлен проект по созданию ИАС "Природопользование" на базе ГИС для территории кадастровой зоны в бассейне реки Хаболовка (Муниципальное образование Кингисеппский цайон, Ленинградская область). Базовая картографическая и семантическая информация создавалась в НИЦ "Природопользование".

Eile Edit Qb]eets Query Table Ogbgng M;p Window Help Земельные ресурсы Апминистратор

Информация с земельных участках Расчет стоимости неиспопозуе^со учаскь Возмещение потерь при изъятии с-хучастка Расчет выкупной иены земельного участка Печать акта □ нормативной цене участке Изменение санных по эемэпьным участком

Показать землепользователей Возврат к выбору рееурса

jjiii

'фэдм&гвм^В

^рЩропово

у

■ vdiAfiAAAAAAA/düvulAAA/VV

WL'Vi <V <JV< A r»AlV>AAAA/<AAArtAfuV\/Vi <V »WWW'

tn(\/\nf\(\nM\j

АЛЛАМ XI J« v WWW vv v w v.'-O

Qj и ./UV LA^AOIVvW^V^^jWy^^iA' W

rwwvvyvyyyvywuw

............ . • ч n лля AAftArwwwwwv jj iK^,

---—-------—

земельный участок № 746

Тип использования земли: Пашня немелиорированная Площадь участка : 39.2 па Оценочная зона: 2

классы земли:

5 класс: 27 процентов 7 класс: 73 процентов Ближайший населенный пункт: Хаболово Ближайший город (поселок городскопо типа): Солее Коэффициент по местоположению: 1.9 Площадь, подлежащая рекультивации: Нет Нормативная стоимость: 126101 рублей Стоимость 1 гектара: 3217 руб/га_

Рис.8. Определение нормативной стоимости земельного участка.

1а.1а1г?|дк|1п|

Коско

Информация "о иыбрпннмх вйпел<м ' '•,

Коэффициенты: на рельеф (болота): Х.1 на крутизну рельефа: 1 на тип вырубки: 1 (Сплошная)

Объем поврежденной древесины (куб.м):0 Объем усыхающей древесины (куб.м): О

Запас

В том числе:

(куС.м > Крупная Средняя Мелкая Дровяная (руб.

Сосна 21 0 4 0 16 0 3 0 2 0 515 0

Ель 0 0 1 а г 0 4 0 1 0 105 0

Пихта 0 о 0 0 0 а 0 0 0 0 С 0

Береза 4 0 0 0 1 0 1 0 2 0 16 а

Сшьха ч. 0 0 0 0 0 с 0 0 0 0 0 0

Ольха б. 0 0 с 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Липа 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Ссина 0 0 а 0 0 0 0 С 0 а 0 а

Всего: 39 0 5 а 19 0 в 0 5 0 636 0

Рис.9. Фрагмент интерфейса подсистемы "Лесные ресурсы" (информация о выделах).

Рис.10. Фрагмент интерфейса пользователя перед выбором пункта меню "Расчет комплексной оценки".

Реализация ИАС была начата с разработки подсистем, относящихся к лесным и земельным ресурсам, нормативно-правовая база для стоимостной оценки которых

наиболее разработана. Функционирование ИАС обеспечивается стандартными базовыми средствами ПО ГИС - в данном случае Мар1Мо. Они дополнены специфическими процедурами, которые реализованы на языке программирования ПО ГИС -МарВаз'/с. На рис.8 представлен фрагмент диалога ЛПР, при работе в подсистеме "Земельные ресурсы". В окне в правой части рисунка показана информация о стоимости земельного участка (на рис.8 он заштрихован) и параметры определяющие стоимость.

Расчет общей стоимости ресурсов на выбранном учас

1. Общие данные:

Полная площадь выбранного участка территории: В том числе:

- зешги лесного фонда.; 0,46 га

- земельный фонд: 6,62 га

-используемые земли 1,89 га -неиспользуемые земли 4,73 га

- дороги:

2. Текущая стоимость ресурсов

2.1. Лесные ресурсы:

Стоимость товарной древесины: 30,4 тыс.руб.

2.2. Земельные ресурсы:

Вид

использования Пашня немелиорированная Сенокосы естественные Личное подсобное хозяйство

Итого стоимость земельных ресурсов Итого всех ресурсов:

территории

7.1 га.

0,02 га

(по нормативным документам) :

Площадь (га) 0,91 0,9 0,03

Стоимость (тыс.руб) 13025,9 9682,4 13170,6

35878,9 тыс.руб. 35909,3 тыс.руб.

Рис.12. Фрагмент протокола расчета комплексной оценки.

Ценность по

экологической устойчивости

Рис.13. Тематические карты по оценке экологического состояния.

На рис.9 показан фрагмент диалога при работе подсистемы "Лесные ресурсы" после выбора пункта меню "Информация о выбранных выделах", предназначенного

для получения информации, хранящейся в БД ГИС, о запасах и стоимости товарной древесины (по породам) в выбранных выделах. В случае, если выбрано несколько выделов, информацию можно получить в двух видах: по каждому выделу отдельно и сводную ведомость по всем выбранным выделам или только сводную ведомость.

После заполнения БД ГИС по лесным и земельным ресурсам появилась возможность рассчитывать комплексную оценку стоимости природных ресурсов (лесных и земельных) для произвольного участка территории. Для этого в состав ИАС "Природопользование" включена подсистема "Комплексная оценка" (рис.10)

Протокол расчета комплексной оценки, который можно также вывести на печать с использованием стандартной программы "Блокнот". Он носит название "Расчет общей стоимости ресурсов на выбранном участке территории". Для контура, показанного на рис.10, фрагмент результатов расчетов представлен на рис.11.

Для учета экологического фактора в ИАС при комплексной оценке природных ресурсов необходимо учитывать особенности функционирование геосистем на изучаемой территории (на этом этапе работа проводилась совместно с СПбГУ). На территории были выделены урочища, Экологическая ценность урочищ характеризуется определенным набором экологических факторов, которые представлены в виде отдельных групп: 1-состояние почвенного покрова; 2-состояние фитоценоза; 3-состояние зооценоза; 4-состояние водной экосистемы; 5-состояние урочища в целом; 6-механическая устойчивость; 7-геохимическая устойчивость. Специальные команды подсистемы "Экологическая оценка" выводят на экран тематические карты, на которых отдельные типы урочищ раскрашены в различные цвета (рис. 13).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны принципы создания на базе ГИС информационно-аналитических систем для поддержки принятия управленческих решений по охране ОС для различных территориальных образований. Для территориальных образований проведена классификация, на основе которой рекомендовано создавать ИАС по управлению природопользованием. Предложенная классификация позволяет организовать согласование социально-экономическое развитие общества, управление которым происходит в рамках административно-хозяйственных единиц, и саморазвитие природной среды, происходящей в рамках геосистемных границ, на основе территориальной привязки.

2. Подготовлены методические основы реализации на базе геоинформационных технологий геосистемного подхода к дифференциации территории по бассейно-во-ландшафтному принципу для обоснования принятия решений по управлению природопользованием. Это позволяет обеспечить учет в разрабатываемых нами ИАС экосистемных принципов.

3. Разработаны научные основы обеспечения функционирования создаваемых на базе ГИС ИАС по охране ОС. Проведено обобщение подходов к организации, структурирования и представлению информации о природно-технических системах в ИАС, создаваемых на базе ГИС-технологий.

4. Проведено обобщение геоинформационных методов для решения задач охраны ОС при комплексном природопользовании. При этом выделяются следующие типы задач: информационно-справочные, пространственного анализа, моделирования, анализа пространственной ситуации и принятия решений. Сформулированы основные методологические подходы по формированию БД ГИС и решения конкретных задач природопользования.

5. Разработаны теория и методы интеграции математических моделей в ГИС. Предложены соответствующая классификация для моделей процессов и явлений ОС, а также методы отбора моделей и согласования требований модели и ГИС. Проведена апробация предложенных методов для решения конкретных задач ОС.

6. Разработаны научные основы создания геоинформационного обеспечения для принятия решений в условиях неопределенности при управлении природопользованием на основе теории нечетких множеств. Предложены методы формирования комплексных показателей на основе частных, выраженных средствами нечетных множеств. Сформулирована методология применения аппарата теории нечетких множеств в ИАС, разрабатываемых на базе ГИС.

7. Разработаны и внедрены в практику управления территориями созданные на базе ГИС ИАС по обоснованию природоохранных решений на локальном и региональном уровнях. Для локального уровня разработана ИАС для управления природопользованием на территории ПТС аграрного типа. Для районного уровня разработана ИАС для комплексной стоимостной оценки природных ресурсов на территории кадастровой зоны. Для регионального уровня создано геоинформационное обеспечение системы учета и контроля мелиорированных угодий агропредприятий Ленинградской области. Успешное внедрение разработанных ИАС доказывает работоспособность предлагаемых методов и верность сформулированных научных положений. Новые ИАС на базе ГИС позволили решать новые задачи и принимать обоснованные природопользовательские решения и рационально использовать имеющиеся на территории природные ресурсы, что показывает действенность разработанных методов защиты ОС.

8. Положительные результаты, полученные в работе, дают предпосылки для дальнейшего развития данного направления. Далее развивать созданные ИАС предполагается путем расширения территориального охвата и увеличения аналитических функций. Перспективным является дальнейшее развитие бассейново-ландшафтного подхода к природопользованию. Его практическая реализация в виде ИАС возможно только на основе создания соответствующего геоинформационного обеспечения. Кроме того, предполагается развитие ИАС на базе ГИС путем расширения использования данных дистанционного зондирования и связи с другими системами через Интернет.

В целом цели диссертационной работы достигнуты, что позволяет квалифицировать работу как решение крупной научной проблемы в области методов защиты окружающей среды, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

Содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Баденко В.Л., Калашников A.A., Кузнецов Д.Д., Ленский В.В Совместное проектирование и обучение как основа методологии создания геоинформационной

системы «Экомониторинг Казахстана» II Тезисы докладов конференции «Проблемы космического и подспутникового мониторинга территории Казахстана» 1993, Алмаа-ты - С. 93-94.

2. Артемьев Ю.М., Баденко В.Л. Как применяются ГИС-технологий для изготовления карт в АО "Карта" II ГИС-обозрение, N 2,1994. - С. 14-15

3. Баденко В.Л. Уличный файл как основа создания ГИС для управления городским хозяйством II Материалы конференции «ГИС. Теория и практика» СПб, 1995. - С. 19-20.

4. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Кудряшева И.Г., Осипов Г.К. Обоснование экологически безопасных решений по транспортировке нефти и газа на основе ГИС-технологий II "Освоение шельфа арктических морей России". Матер. Конференции, Санкт-Петербург, 1997, т.2. - С.529-532.

5. Арефьев Н.В., Федоров М.П., Баденко В.Л., Осипов Г.К. Методика экологического мониторинга городских территорий с применением ГИС-технологий II Научно-технические ведомости СПбГТУ, № 1-2 (7-8), 1997. - С. 115-117.

6. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Осипов Г.К. ГИС в управлении природопользованием. // Материалы научно-технической конференции "Фундаментальные исследования в технических университетах", СПб, 1997. - С. 142-143.

7. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Осипов Г.К. Эколого-экономические основы управления природно-аграрными системами в среде ГИС II ГИС-обозрение, 1997, №4. - С. 19-20.

8. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Осипов Г.К. Основы управления земельными ресурсами в среде ГИС // Материалы международной научно-практической конференции "ГИС и устойчивое развитие региона", Псков, 1997. - С. 8-11.

9. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Осипов Г.К. Оценка природно-ресурсного потенциала территории с использованием ГИС-технологий // Региональная экология, № 1,1998.-С. 17-23.

: 10. Арефьев Н.В., Баденко В.Л, Якушев В., Куртенер Д.А., Сиппола Дж, Информационное обеспечение процессов управления сельскохозяйственными территориями II Сельскохозяйственные вести, № 3-4,1998. - С. 15

11. Арефьев Н.В., Баденко В.Л, Ленский В.В, Осипов Г.К. Концептуальные основы социально-экономической оценки природно-ресурсного потенциала территории с учетом экологических факторов II Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, №4(16), 1998.-С. 87-89

12. Арефьев Н.В., Баденко В.Л, Осипов Г.К. ГИС-технологии в принятии решений по развитию территорий. // "Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения" Мат. Конф. Красноярск, 1998. - С. 9-10.

13. Баденко В.Л, Осипов Г.К., Черненькая Л.В Опыт преподавания геоинформатики в технических вузах Санкт-Петербурга II "Геоинформатика и образование". Сб.статей. - М.:ГИС-Ассоциация, 1998. - С. 125

14. Арефьев Н.В., Баденко В.Л, Ленский В.В, Осипов Г.К., Трунтаев С.Н Комплексная оценка природно-ресурсного потенциала территории на базе информационных технологий. // "Информационные системы в управлении природопользованием и экономическим развитием территорий". Мат. Научно-практ. семинара, СПб, 1998. -С.38-39

15. Arefiev N.V, Badenko V.L., Kudrysheva I.G., Osipov G.K. Basin-landscape approach to monitoring organisation of hydroelectric station in GIS environment // Modelling, Testing & Monitoring for Hydro Powerplants - III Aix-en-Provence, France, 5-7 October 1998, Proceeding. -127-133 pp.

16 Арефьев H.B., Баденко В.Л, Осипов Г.К. Бассейново-ландшафтный подход к организации экологического мониторинга гидроэнергокомплексов на основе геоинформационных технологий II Гидротехническое строительство, 1998, № 11. - С. 25-27.

17. Арефьев Н.В., Баденко В.Л, Криулин К.Н., Осипов Г.К., Черняк М.Б. Мониторинг мелиорируемых земель на основе геоинформационных технологий // Мелиорация и водное хозяйство, № 5, 1998. - С. 41-43.

18. Badenko V., Kurtener D. Use of Geographical Information Systems (GIS) in Agrophysics II Proceedings of the International Conference "Flow and Deformation in Biology and Environment", Prague (Czech Republic), Sept. 14-16,1998. -p.34-39.

19. Баденко В.Л. Методология использования эколого-экономических моделей в среде ГИС при управлении территориями// Научно-технические ведомости СПбГТУ, №4(14), 1998. - С. 107-111.

20. Баденко В.Л., Леонтьев Д.Ю., Михалев М.А. Гидрологический режим и загрязнение вод рек, питающих фонтаны Петродворца II Современные научные школы: Перспективы развития. Материалы конференции, СПбГТУ декабрь 1997 г. -СПб: Изд-во СПбГТУ, 1998. - С. 12-13.

21. Баденко В.Л., Осипов Г.К. Моделирование природно-аграрных систем // Научно-технические ведомости СПбГТУ, № 4(14), 1998. - С. 32-35.

22. Баденко В.Л., Куртенер Д.А., Ришар Г. Теоретическое описание теплового и водного обмена в почве с учетом почвенных обработок II Агрофизические и экологические проблемы развития сельского хозяйства в 21 веке. - СПб.: СПб филиал международной исследовательской организации по обработке почв, 1998. - С. 31- 56.

23. Баденко В.Л. Теория нечетких множеств и обеспечение информационной поддержки принятия решений по управлению территориями в среде геоинформационных систем//НЭЖ "Проблемы недвижимостью", 1999, №1-С. 112-119.

24. Баденко В.Л., Осипов Г.К. Экологический мониторинг городских территорий в среде ГИС. // Тезисы докладов Всероссийского научно-методического семинара "Теория и практика экологического мониторинга в образовательных учреждениях" 29.03.-02.04 1999 г., СПб. - СПб:НПО "Кристмас+", 1999. - С. 23-25.

25. Kurtener D.A., Badenko V.L. Questions of integration of some ecological models into geoinformation system. Proceeding of 21st Urban Data Management

Symposium, Venice, Italy, 21-23 April 1999. Theme V, Environmental Information in an Urban Context II. -11.1-11.8 pp.

26. Якушев В.П., Куртенер Д.А., Арефьев H.B., Баденко B.J1., Химии Н.М., Прокофьева Т.И., Швецова Л.К. Применение геоинформационных систем в агрофизике // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, № 2,1999. - С. 52-54.

27. Badenko V., Bardossy A., Kurtener D. A fuzzy logic approach for study of soil properties in GIS-environment II Proceedings of SPBISTRO'99 "Application of Geographical Information Systems in Agrophysics and Agroecology", СПб, 1999. - С. 13.

28. Badenko V., Dexter A., Kurtener D., Minin V. The study of residual effects of addition of calcium compounds on soil structure and strength with use of GIS II Proceedings of SPBISTRO'99 "Application of Geographical Information Systems in Agrophysics and Agroecology", СПб, 19S9. - С. 9.

29. Badenko V., Kurtener D., Pourabbas E., Yakushev V. Development of methodology of multiple assessment of landscape parcels on the base fuzzy models integrated into GIS environment - SPb:St, Petersburg Branch Of International Soil Tillage Research Organisation - July 1999, First Issue. -14 pp.

30. Баденко В.Л. Геоинформационное обеспечение задач по управлению инвестициями // НЭЖ "Проблемы недвижимостью", №4,1999. - С.70-76.

31. Vasilyev Y.S., Arefiev N.V., Badenko V.L., Osipov G.К. Application of GIS-technologies for decision of spatial-distribute problems of water engineering system management // Proceedings of XXVIIIIAHR Congress, 22-27 August, 1999, Graz, Austria, CD-ROM. - 8 pp.

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ

ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ

ЗАДАЧ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ.

1.1. Проблемы управления природопользованием и основные направления его совершенствования.

1.2. Современные информационные технологии и методы математического моделирования, используемые при описании природно-технических систем.

1.3. Принципы разработки информационно-аналитических систем для решения задач охраны окружающей среды.

1.4. Геоинформационные технологии »обеспечение решения природоохранных задач.

2. МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ НА БАЗЕ ГИС ИНФОРМАЦИОННОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ.

2.1. Моделирование в ГИС объектов природно-технических систем

2.2. Методы наполнения базы данных ГИС информацией о территории

2.3. Методические подходы к обеспечению решения информационно-справочных задач комплексного природопользования.

3. ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННО

АНАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРИРОДООХРАННЫХ

ЗАДАЧ

3.1. Основные положения применения методов пространственного анализа в ГИС.

3.2. Преобразование данных об окружающей среде при пространственном анализе в ГИС.

3.3. Анализ экологического состояния территории на основе комбинирования пространственных объектов в ГИС.

3.4. Выявление пространственной автокорреляции

3.5. Теория и методы интеграции прогнозных моделей в ГИС.

3.6. Методические аспекты интеграции моделей в ГИС.

4. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ

НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ

4.1. Методологические подходы к учету неопределенности при описании процессов и явлений окружающей среды.

4.2. Основы использования теории нечетких множеств при принятии решений в условиях неопределенности.

4.3. Методология применения аппарата теории нечетких множеств в информационно-аналитических системах на базе ГИС.

5. ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ПРИ РЕШЕНИИ

ЗАДАЧ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

5.1. Анализ территории на основе пространственного моделирования.

5.2. Примеры интеграции в ГИС математических моделей процессов и явлений окружающей природной среды.

5.3. Анализ и принятие решений в условиях неопределенности при управлении территориями на основе алгоритмов теории нечетких множеств.

6. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ НА БАЗЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПО ОХРАНЕ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ

6.1. Информационно-аналитическая система для комплексной стоимостной оценки природных ресурсов на территории кадастровой зоны.

6.2. Информационно-аналитическая система для управления природопользованием на территории аграрного предприятия.

6.3. Геоинформационное обеспечение системы учета и контроля объектов мелиорации агропредприятий Ленинградской области.

В условиях возрастающей антропогенной нагрузки все более актуальной становится проблема охраны окружающей среды (ОС). До недавнего времени основные усилия ученых по совершенствованию управления состоянием ОС были направлены на решение задач, связанных с разработкой и внедрением экологически чистых технологий на отдельных предприятиях. Однако, как показывает практический опыт управления состоянием ОС в масштабах региона, локальное внедрение природоохранных технологий не дает желаемых результатов. Т.о, при управлении природопользованием актуальным является переход к комплексному рассмотрению состояния ОС и социально-экономического развития территорий с учетом пространственного распределения антропогенной нагрузки. Такой подход нашел свое отражение в Законе Российской Федерации "О защите окружающей природной среды". В качестве экономического механизма реализации Закона декларируется заключение договоров на комплексное природопользование/ которое следует понимать как такое использование природно-ресурсного потенциала территории, при котором эксплуатация конкретного вида природного ресурса наносит наименьший ущерб другим ресурсам, а хозяйственная или иная деятельность в целом оказывает минимально возможное воздействие на ОС. По нашему мнению, основные причины недостаточно эффективного управления природопользованием связаны с отсутствием комплексного подхода и слабостью информационно-аналитического обеспечения, а исследования по поиску решения этих проблем имеют важное народно-хозяйственное значение.

Анализ существующей практики природопользования показывает, что одной из основных причин принятия недостаточно эффективных решений, вследствие чего состояние окружающей среды продолжает ухудшаться, является отсутствие комплексного подхода и слабость информационно-аналитического обеспечения управления природопользованием. При этом последний фактор в настоящее время приобретает особую значимость, т.к. в современном мире из-за резкого повышения эффективности материального производства и возросшей конкуренции основная стоимость производится в сфере управления информационными потоками. Поэтому в настоящей работе основное внимание уделено проблеме создания информационно-аналитических систем (ИАС) для обеспечения принятия управленческих решений в области охраны окружающей среды при комплексном природопользовании на основе передовых компьютерных технологий.

Для создания организационно-правовых предпосылок эффективного управления природопользованием при переходе к устойчивому развитию территорий и реализации конституционного права граждан на благоприятную окружающую среду разработан ряд законодательных актов федерального и регионального уровней. В частности, в Ленинградской области, впервые в Российской Федерации, принят закон "О комплексном природопользовании". По нашему мнению, практическая реализация этого закона невозможна без разработки соответствующих ИАС с четкой территориальной привязкой. Из положений закона следует, что такие ИАС прежде всего предназначены для решения следующих задач:

• проведения комплексных оценок состояния окружающей природной среды;

• функционирования единой территориальной информационной системы по охране окружающей природной среды;

• снижения ущерба одним природным ресурсам при использовании других;

• прогнозирования динамики экологического состояния территорий;

• закрепления экосистемных принципов в природопользовании.

Отсутствие развитой методологической базы для решения этих задач определяет актуальность настоящей работы, т.к. современные тенденции экономического развития порождают значительные нагрузки на окружающую природную среду, что при отсутствии эффективных ИАС для поддержки принятия управленческих решений и интенсивном использовании природно-ресурсного потенциала территории приводит к ухудшению экологической обстановки. Кроме того, не менее важен социальный эффект разработки таких систем, которые призваны решить проблему обеспечения населения общедоступней информацией о состоянии окружающей среды, что гарантируется законодательством Российской Федерации.

Анализ перечисленных выше задач показывает, что успешная разработка ИАС по охране окружающей среды при комплексном природопользовании обуславливается двумя основными факторами, во-первых, необходим учет пространственного распределения процессов и явлений, т.е. их территориальная привязка. Во-вторых, эффективное решение большинства задач возможно только средствами математического моделирования, так как натурные эксперименты на системном уровне практически невозможны, а если возможны, то лишь с отдельными компонентами. Совместное и комплексное решение проблем, связанных с этими двумя факторами ,стало возможным только на современном этапе развития компьютерных технологий. Речь, в первую очередь, идет о геоинформационных системах (ГИС), позволяющих манипулировать пространственно-распределенной информацией. При этом в создаваемые на базе ГИС ИАС для обоснования различных вариантов природопользовательских решений следует включать блок математических моделей.

Диссертационная работа выполнена на кафедре "Инженерных мелиораций, гидрологии и охраны окружающей среды" Санкт-Петербургского государственного технического университета (СПбГТУ).

Целью диссертационной работы является разработка научных основ и методов создания на базе геоинформационных технологий информационно-аналитических систем по охране окружающей среды при комплексном природопользовании.

В соответствии с целью работы были поставлены и рассмотрены следующие задачи: разработка научных основ создания геоинформационного обеспечения решения задач охраны окружающей среды; развитие принципов создания информационно-аналитических систем в области природопользования; обобщение подходов к организации, структурированию и представлению информации о территории для решения природоохранных задач; разработка теории и методов математического моделирования в геоинформационных системах процессов и явлений окружающей среды; разработка методов анализа и принятия решений в условиях неопределенности для информационно-аналитических систем по управлению природопользованием.

Научная новизна и личный вклад автора заключаются в научном обобщении теоретических и экспериментальных исследований в области информатики, инженерной экологии, геоэкологии, математического моделирования и др. Автором осуществлено решение важной научной проблемы: разработаны научные основы и созданы методы построения на базе геоинформационных технологий ИАС по охране ОС при комплексном природопользовании. Предложенный автором подход к созданию ИАС позволил ставить и решать новые задачи, решение которых до разработки наших методов представляло значительные трудности, а в некоторых случаях было просто невозможно. Среди конкретных результатов следует выделить следующие: разработаны научные основы обеспечения функционирования создаваемых на базе ГИС информационно-аналитических систем по охране окружающей среды; подготовлены методические основы организации, структурирования и представления информации о территории для управления природопользованием на базе геосистемного подхода к дифференциации территории по бас-сейново-ландшафтному принципу; разработаны принципы создания на базе ГИС информационно-аналитических систем по охране окружающей среды для различных территориальных образований; проведено обобщение геоинформационных методов для решения задач охраны окружающей среды; создана методология интеграции в геоинформационные системы математических моделей и проведена их классификация; разработаны научные основы принятия решений в условиях неопределенности при управлении природопользованием на основе теории нечетких множеств; созданы информационно-аналитические системы на базе геоинформационных технологий для поддержки принятия управленческих решений по обоснованию природоохранных решений на локальном и региональном уровнях.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту: научные основы обеспечения функционирования создаваемых на базе ГИС информационно-аналитических систем по охране окружающей среды; методические основы организации, структурирования и представления информации о территории для управления природопользованием на базе геосистемного подхода к дифференциации территории по бассейно-во-ландшафтному принципу; принципы создания на базе ГИС информационно-аналитических систем по охране окружающей среды; обобщение геоинформационных методов для решения задач охраны окружающей среды методология интеграции математических моделей в геоинформационные системы; научные основы принятия решений в условиях неопределенности при управлении природопользованием на основе теории нечетких множеств.

Достоверность научных результатов и основных выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается использованием в разработках научно-обоснованных и проверенных методов различных научных дисциплин, непротиворечивостью полученных результатов существующим научным представлениям и гипотезам, опытной проверкой функционирования созданных информационно-аналитических систем по управлению природопользованием.

Практическое значение и внедрение результатов диссертационной работы состоит в создании на базе ГИС информационно-аналитических систем, которые внедрены в практику решения задач охраны ОС при комплексном природопользовании и развития территорий на различных уровнях. Результаты внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов на Инженерно-строительном факультете СПбГТУ и переданы на эксплуатацию в конкретные организации. Использование разработок автора в практике управления природопользованием позволяет повысить обоснованность принимаемых решений по управлению устойчивым развитием территории и состоянием ОС. Основные результаты работы на разных этапах были внедрены в Управлении по мелиорации и сельскохозяйственному водоснабжению Санкт-Петербурга и Ленинградской области при работах по созданию и эксплуатации "Информационно-справочной системы учета и контроля мелиоративных земель агропредприятий Ленинградской области"; Комитетом экономики и финансов администрации Санкт-Петербурга при работах по созданию и эксплуатации "Информационно-графической системы по расчету экономических характеристик сельскохозяйственных территорий на территории административно подчиненных г.Санкт-Петербургу"; Департаментом природопользования и экологической безопасности Комитета по экономике и инвестициям правительства Ленинградской области при работах по созданию и эксплуатации "Системы стоимостной оценки отдельных видов природных ресурсов с учетом экологических факторов для интегральной оценки природно-ресурсного потенциала территории". Кроме того разработанное нами методическое обеспечение было использовано ОАО "ВНИИГ им. Веденеева" при работах по созданию ИАС для РАО "ЕЭС России".

Апробация результатов диссертационных исследований на разных этапах проведена на региональных и международных конференциях и семинарах: Ежегодной конференции "ГИС. Теория и практика" (Санкт-Петербург, 1994-1998 гг.), международной конференции "Проблемы космического и подспутникового мониторинга территории Казахстана" (Алмааты, 1993), международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России" (Санкт-Петербург, 1997), международной научно-практической конференции ТИС и устойчивое развитие региона" (Псков, 1997), Научно-технической конференции "Фундаментальные исследования в технических университетах" (Санкт-Петербург, 1997), Всероссийской конференции "Геоинформатика и образование" (Москва 1998, 1999), конференции "Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения" (Красноярск, 1998), научно-практическом семинаре "Информационные системы в управлении природопользованием и экономическим развитием территорий" (Санкт-Петербург, 1998), международной конференции "Modelling, Testing & Monitoring for Hydro Powerplants - III" (Aix-en-Provence, Франция, 1998), международной конференции "Flow and Deformation in Biology and Environment" (Прага, Чехия, 1998), Всероссийском научно-методическом семинаре 'Теория и практика экологического мониторинга в образовательных учреждениях" (Санкт-Петербург,

1998), международной конференции "21st Urban Data Management Symposium" (Венеция, Италия, 1999), 28 международном конгрессе МАГИ (Грац, Австрия,

1999), международном симпозиуме "Географические системы и их применение в агрофизике и агроэкологии" (Санкт-Петербург, 1999), научных семинарах в СПбГТУ.

Результаты исследований по теме диссертации изложены в 31 работе.

Автор выражает глубокую признательность заведующему кафедрой "Инженерных мелиораций, гидрологии и охраны окружающей среды" д.т.н. профессору Н.В.Арефьеву за неизменную поддержку в проведении и обобщении диссертационных исследований, д.г.н. профессору Г.К.Осипову, д.т.н. профессору Д.А.Куртенеру, к.т.н. доценту В.В.Ленскому за поддержку и деловые дисскуссии по освещаемым в диссертации вопросам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны принципы создания на базе ГИС информационно-аналитических систем для поддержки принятия управленческих решений по охране ОС. Для территориальных образований проведена классификация, на основе которой рекомендовано создавать ИАС по управлению природопользованием. Предложенная классификация позволяет организовать согласование социально-экономического развития общества, управление которым происходит в рамках административно-хозяйственных единиц, и саморазвития природной среды, происходящего в рамках геосистемных границ, на основе территориальной привязки.

2. Подготовлены методические основы реализации на базе геоинформационных технологий геосистемного подхода к дифференциации территории по бассейново-ландшафтному принципу для обоснования принятия решений по управлению природопользованием. Это позволяет обеспечить учет в разрабатываемых нами ИАС экосистемных принципов.

3. Разработаны научные основы обеспечения функционирования создаваемых на базе ГИС ИАС по охране ОС. Проведено обобщение подходов к организации, структурированию и представлению информации о природно-технических системах в ИАС, создаваемых на базе ГИС-технологий.

4. Проведено обобщение геоинформационных методов для решения задач охраны ОС при комплексном природопользовании. При этом выделяются следующие типы задач: информационно-справочные, пространственного анализа, моделирования, анализа пространственной ситуации и принятия решений. Сформулированы основные методологические подходы по формированию БД ГИС и решения конкретных задач природопользования.

5. Разработаны теория и методы интеграции математических моделей в ГИС. Предложена: соответствующая классификация для моделей процессов и явлений ОС, а также методы отбора моделей и согласования требований модели и ГИС. Проведена апробация предложенных методов для решения конкретных задач ОС.

6. Разработаны научные основы создания геоинформационного обеспечения для принятия решений в условиях неопределенности при управлении природопользованием на основе теории нечетких множеств. Предложены методы формирования комплексных показателей на основе частных, выраженных средствами нечетких множеств. Сформулирована методология применения аппарата теории нечетких множеств в ИАС, разрабатываемых на базе ГИС.

7. Разработаны и внедрены в практику управления территориями созданные на базе ГИС ИАС по обоснованию природоохранных решений на локальном и региональном уровнях. Для локального уровня разработана ИАС для управления природопользованием на территории ПТС аграрного типа. Для районного уровня разработана ИАС для комплексной стоимостной оценки природных ресурсов на территории кадастровой зоны. Для регионального уровня создано геоинформационное обеспечение системы учета и контроля мелиорированных угодий агропредприятий Ленинградской области. Успешное внедрение разработанных ИАС доказывает работоспособность предлагаемых методов и верность сформулированных научных положений. Новые ИАС на базе ГИС позволили решать новые задачи, принимать обоснованные природо-пользовательские решения и рационально использовать имеющиеся на территории природные ресурсы, что показывает действенность разработанных методов защиты ОС.

8. Положительные результаты, полученные в работе, дают предпосылки для дальнейшего развития данного направления. Далее развивать созданные ИАС предполагается путем расширения территориального охвата и увеличения аналитических функций. Перспективным является дальнейшее развитие бассейново-ландшафтного подхода к природопользованию. Его практическая реализация в виде ИАС возможна только на основе создания соответствующего геоинформационного обеспечения. Кроме того, предполагается развитие ИАС на базе ГИС путем расширения использования данных дистанционного зондирования и связи с другими системами через Интернет.

В целом цели диссертационной работы достигнуты, что позволяет квалифицировать работу как решение крупной научной проблемы в области методов защиты окружающей среды, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

1. Закон Российской Федерации от 19.12.91 N 2060-1 "Об охране окружающей природной среды" (с изменениями на 2 июня 1993 года) // Российская газета №51,03.03.92.

2. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.-637 с.

3. Экологические проблемы Северо-Запада России и пути их решения / Под ред. С.Г.Инге-Вечтомова, К.Я.Кондратьева, А.К.Фролова. СПб.: ЗАО "Виктория -Специальная литература", 1997. - 528 с.

4. Пределы роста. Доклад по проекту Римского клуба "Сложное положение человечества" / Д.Х.Медоуз, Д.Л.Медоуз, О.Рендерс, В.В.Беренс. М.: Изд-во МГУ, 1991.-208 с.

5. Проблемы экологии России / К.С.Лосев, В.Г.Горшков, К.Я.Кондратьев и др. М.:Наука, 1993. - 348 с.

6. Экодинамика и экологический мониторинг Санкт-Петербургского региона в контексте глобальных проблем / Под ред. К.Я.Кондратьева, А.Н.Фролова СПб.: Наука, 1996. - 442 с.

7. Рюмина Е.В. Концепция устойчивого развития применительно к макроэкономическому уровню // Экономика и математические методы, 1995, т.31, вып.З. -С. 125-135.

8. Коптюг В.А. Концепция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, июнь 1992): информационный обзор. Новосибирск, 1992. - 24 с.

9. Моисеев H.H. Восхождение к Разуму: Лекции по универсальному эволюционизму и его приложениям. М.: ИздАТ, 1993. -175 с.

10. Областной закон "О комплексном природопользовании в Ленинградской области" (Принят законодательным собранием Ленинградской области 27 декабря 1996 года). СПб, 1998. - 35 с.

11. И.Израэль Ю.А., Семенов С.М., Кунина И.М. Экологическое нормирование: методология и практика // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, т. 13. - С. 10 - 24.

12. Bâtie, S. S. Sustainable development: challenges to the profession of agricultural economics // Am. Journ. Of Agrie. Economics, 1989, Vol.71, №5. p. 10831099.

13. Исаков Ю.А., Казанская H.С., Панифилов Д.В. Классификация, география и антропогенная трансформация экосистем. М.: Наука, 1980. - 228 с.

14. Учет и социально-экономическая оценка природных ресурсов /

15. A.В.Шевчук, А.Маркандия, Б.В.Поярков и др. М.: МПР РФ, 1996. - 284 с.

16. Хрисанов Н.И., Осипов Г.К. Управление эвтрофированием водоемов. -СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 278 с.

17. Природопользование в системе управление: Планирование с использованием экономико-математических методов / Г.М.Мкртчян, Л.А.Бондаренко, И.И.Думова и др. Новосибирск: Наука, 1991. - 246 с.

18. Эколого-экономические системы: модели, информация, эксперимент /

19. B.И.Гурман, В.Л.Дыхта, И.Ф.Кашина и др. Новосибирск: Наука, 1987. - 220 с.

20. Природа моделей и модели природы / Под ред. Д.М.Гвишиани, И.Б.Новика, САПегова М.: Мысль, 1986. - 270 с.

21. Территориально-производственные комплексы: новые условия формирования / Под ред. Г.М.Мкртчяна Новосибирск: ИЭОПП, 1991. -148 с.

22. Системные исследования взаимодействия природы и хозяйства региона / Под ред. В.И.Гурмана. Новосибирск: Наука, 1986. -184 с.

23. Мильков Ф.Н., Бережной A.B., Михно В.Б. Терминологический словарь по физической географии. М.: Высшая шк., 1993. - 288 с.

24. Жекулин B.C. Введение в географию. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. - 272 с.

25. Мильков Ф.Н. Общее землеведение. М.: Высшая шк., 1990. - 335 с.

26. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука, 1978.-320 с.

27. Принципы и методы геосистемного мониторинга / А.М.Грин, Н.Н.Клюев,

28. B.Д.Утехин и др. М.: Наука, 1989. -168 с.

29. Преображенский B.C., Мухина Л.И. Современные ландшафты как при-родно-антропогенные геосистемы // Изв. АН СССР. Сер. географич., 1984, №1.1. C. 19-27.

30. Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. М.: Высшая шк., 1991. - 366 с.

31. Мамай И.И. Динамика ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1992. -112 с.

32. Крауклис A.A. Взаимодействие процессов и структур в геосистемах // География и природные ресурсы. 1989, № 4. С. 18-33.

33. Арманд А.Д. Самоорганизация и саморегулирование географических систем. М.: Наука, 1988. - 264 с.

34. Капица А.П., Симонов Ю.Г. Проблемы регионального географического прогноза. М.: Наука, 1982. - 264 с.

35. Солнцев В.Н. Системная организация ландшафтов. М.: Наука, 1981.239 с.

36. Фриш В.А. Ландшафтный прогноз и динамика ландшафтов // Известия Всесоюзного географического общества. 1972, т.104, вып.1. С. 436-441.

37. Беручашвили Н.Л. Четыре измерения ландшафта. М.: Мысль, 1986.182 с.

38. Типы ландшафтных территориальных структур / Г.И.Швебс, П.Г.Шищенко, М.Д.Гроздинский и др. // Физическая география и геоморфология. 1986, вып.З.-С. 110-114.

39. Гроздинский М.Д. Критерии допустимости и анормальности изменений ландшафтных территориальных структур // Физическая география и геоморфология. 1990, вып.37. С. 51-57.

40. Исаченко Г.А., Резников А.И. Динамика ландшафтов тайги Северо-Запада России. СПб.: Изд-во Русского Географ, об-ва, 1996. -166 с.

41. Коронкевич Н.И., Кочуров Б.И., Малик Л.К. Основные проблемы прогнозирования региональных геоситуаций // Новые концепции в географии. М.: Наука, 1993. - С. 75-85.

42. Экологические системы. Адаптивная оценка и управление / Под ред. К.С.Холинга М.: Мир, 1981. - 396 с.

43. Корытный Л.М. Бассейновый подход в географии // География и природные ресурсы, 1991, №1. С. 161-166.

44. Зотов С.И. Бассейново-ландшафтная концепция природопользования // Изв. РАН, Сер. геогр., 1992, №6. С. 55-56.

45. Арефьев Н.В., Баденко В.Л, Осипов Г.К. Бассейново-ландшафтный подход к организации экологического мониторинга гидроэнергокомплексов на основе геоинформационных технологий. // Гидротехническое строительство, 1998, № 11. С. 25-27.

46. Антипов А.Н., Корытный Л.М. Географический аспект гидрологических исследований. Новосибирск.: Наука, 1981. -177 с.

47. Гарцман И.Н. Топология речных систем и гидрографические индикационные исследования // Водные ресурсы, 1973, №3. С. 109-124.

48. Зотов С.И. Имитационное моделирование геосистем. Калининград: Изд-во Калининградского ун-та, 1993. - 85 с.

49. Коронкевич Н.И. Водный баланс Русской равнины и его антропогенные изменения. М.: Наука, 1990. - 203 с.

50. Ковда В.А., Керженцев A.C. Экологический мониторинг: концепция, принципы организации // Региональный экологический мониторинг. М.: Наука, 1983.-С. 7-14.

51. Хрисанов Н.И., Арефьев Н.В. Экологическое обоснование гидроэнергетического строительства. СПб.: Изд-во. СПбГУ, 1992. -168 с.

52. География и современность. Вып. 6: Межвуз. сб. / Под ред. А.И.Чистобаева. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1992. -160 с.

53. Исаченко А.Г. Оптимизация природной среды (географический аспект). -М.: Мысль, 1980.-264 с.

54. Пегов С.А., Хомяков П.М. Моделирование развития экологических систем. Л.: Гидрометеоиздат, 1991 - 222 с.

55. Приоритетные направления исследований в области рационального природопользования. Цели, задачи, решения / Под ред. О.П.Литовки, СПб: Изд-во СПбГТУ, 1999.-183 с.

56. Мухина Л.И., Рунова Т.Г. Система показателей для изучения и оценки воздействия человека на природу // Изучение и оценка воздействия человека на природу. М.: Наука, 1980. С. 7-16.

57. Устойчивость геосистем. / Под ред. А.Д.Арманда, И.Ю.Долгушина М.: Наука, 1983.-90 с.

58. Моисеев H.H. Алгоритмы развития. М.: Наука, 1987. - 304 с.

59. Чистобаев А.И., Рафиков С.А., Флоринская Т.М. Методологические основы разработки экологической программы Санкт-Петербурга и Северо-Запада России. СПб: СПб Научный Центр РАН, 1996. -112 с.

60. Касти Дж. Большие системы. Связанность, сложность и катастрофы. -М.: Мир, 1982.-216 с.

61. Львов A.B., Федоров М.П., Шульман С.Г. Надежность и экологическая безопасность гидроэнергетических установок. СПб: Изд-во СПбГТУ, 1999. - 440 с.

62. Бусленко H.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. - 400с.

63. Калашников В.В., Немчинов Б.В., Симонов В.М. Нить Ариадны в лабиринте моделирования. М.: Наука, 1993. -192 с.

64. Ляпунов A.A. Проблемы теоретической и прикладной кибернетики. М.: Наука, 1980.-335 с.

65. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.

66. Марчук Г.И., Кондратьев К .Я. Проблемы глобальной экологии. -М.:Наука, 1992. 264 с.

67. Моисеев H.H., Александров В.В., Тарко A.M. Коэволюция человека и биосферы, модели и эксперименты с моделями. М.: Наука, 1985. - 271 с.

68. Рациональное использование водных ресурсов бассейна Азовского моря: Математические модели / Под ред. И.И.Воровича. М.: Наука, 1981. - 360 с.

69. Полуэктов P.A. Динамические модели агроэкосистемы. Л.: Гидроме-теоиздат, 1991. - 312 с.

70. Горстко А.Б., Угольницкий Г.А. Введение в моделирование эколого-экономических систем. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1990. -112 с.

71. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: Наука, 1997. - 320 с.

72. Беляев В.И., Худошина М.Ю. Основы логико-информационного моделирования сложных геосистем. Киев: Наукова думка, 1989. -160 с.

73. Моделирование геосистем. Вопросы географии. - Вып. 127. - М.: Мысль, 1987.-203 с.

74. Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 312 с.

75. Баденко В.Л. Методология использования эколого-экономических моделей в среде ГИС при управлении территориями// Научно-технические ведомости СПбГТУ, №4(14), 1998.-С. 107-111.

76. Catalog "Environmental Software&Publications". Washington: Scientific Software Group, 1998. - 78 p.

77. Нерпин C.B., Чудновский А.Ф. Энерго- и массообмен в системе растение-почва-воздух. -Л.: Гидрометеоиздат, 1975. -358с.

78. Сиротенко О.Д. Математическое моделирование водно-теплового режима и продуктивности агроэкосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. -168 с.

79. Куртенер Д.А., Усков И.Б. Управление микроклиматом сельскохозяйственных полей. П.: Гидрометеоиздат, 1988. - 264 с.

80. Любищев А.А. Проблемы формы, систематики и эволюции организмов. -М.: Наука, 1982.-278 с.

81. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д.А.Поспелова. М.: Наука, 1986. - 312 с.

82. Литвак Б.Г. Экспертные оценки и принятие решений. М.: Патент, 1996. - 271 с.

83. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. Вербальный анализ решений. М.: Наука, 1996. - 208 с.

84. Розенвассер Е.Н., Юсупов P.M. Чувствительность систем управления. -М.: Наука, 1981.-464 с.

85. Пуанкаре А. О науке. М.: Наука, 1983. 559 с.

86. Вул Е.Б., Синай Я.Г., Ханин К.М. Универсальность Фейгенбаума и термодинамический формализм //Успехи мат. наук, 1984, №3. С. 3-35.

87. Аношко B.C., Трофимов A.M., Широков В.М. Основы географического прогнозирования. Минск: Вышэйш шк., 1985. - 239 с.

88. Берлянт A.M. Образ пространства: карта и информация. М.: Мысль, 1986.-240 с.

89. Unwin D. Introductory Spatial Analysis. London - New York: Methuen, 1981. -212 p.

90. Израэль Ю.А. Экология и контроль окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с.

91. Экоинформатика. Теория. Практика. Методы и системы / Под ред. В.Е.Соколова. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 519 с.

92. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Осипов Г.К. Эколого-экономические основы управления природно-аграрными системами в среде ГИС // ГИС-обозрение, 1997, №4.-С. 19-20.

93. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика. М.: Картгеоцентр-Геоиздат, 1993. 214 с.

94. HydroGIS'96: Application of Geographic Information Systems in Hydrology and Water Resources Management (Proceedings of the Vienna Conference, April 1996). IAHS Publ. no. 235, 1996. 638 p.

95. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. M.: Изд-во ООО СП "Дата+", 1998. -118 с.

96. Tomlin C.D. Geographic Information System and Cartographic Modeling. -New York: Prince Hall, 1990. 249 p.

97. Тикунов C.B. Географические информационные системы: сущность, структура, перспективы // Итоги науки и техники, сер. Картография. М.: ВИНИТИ, 1991. - С. 6-80.

98. Берлянт A.M., Жалковский Е,А. К концепции развития ГИС в России // ГИС-обозрение, 1996, №1(7). С. 7-11.

99. Картография с основами топографии / Г.Ю.Грюнберг, Н.А.Лапкина, Н.В.Малахов, Е.С.Фельдман. М.: Просвещение, 1991. - 368 с.

100. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1990. - 544 с.

101. Barr R. Data, information and knowledge in GIS // GIS Europe, 1996, v.5, №3. p. 14-15.

102. Коновалова H.B., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. М: ГИС-Ассоциация, 1997.-155 с.

103. Картография. Вып. 4. Геоинформационные системы М.: Картгеоцентр - Геодезиздат, 1994. - 350 с.

104. Берлянт A.M. Геоиконика. М.: Астрея, 1996. -208 с.

105. Goodchild M.F., Bradley К., Parks В.О., Steyaert I.T. (Eds) Environmental modelling with GIS. N.Y.: Oxford University Press, 1994. - 512 p.

106. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. - 288 с.105. ван дер Сханс Р. Различие и сходство ГИС и CAD // ГИС-обозрение, 1996, №3-4(9). С. 52-54.

107. Somers R. GIS Development Alternatives: 10 Years vs. 10 Days // Geo. Inf. Systems, 1994, v.4, №8. 20-24 p.

108. Королев Ю.К. Модели данных геоинформационных систем // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, 1998, №2(14). С. 70-73.

109. Тикунов B.C. Классификации в географии: ренессанс или увядание? (Опыт формальных классификаций). Москва-Смоленск: Изд-во Смоленского унта, 1997.-368 с.

110. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Осипов Г.К. ГИС в управлении природопользованием // Материалы научно-технической конференции "Фундаментальные исследования в технических университетах", 16-17 июня 1997 г., СПб. С. 142-143.

111. Хрупов C.B. Организация данных в ГИС // ГИС-обозрение, 1997, №2. -С. 38-41.

112. Samet H. The Design and Analysis of Spatial Data Structures. New-York-Amsterdam: Addison-Wesley, 1990. -493 p.

113. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1980.-662 с.

114. Баранов Ю.Б., Королев Ю.К., Миллер С.А. Программное обеспечение для обработки данных дистанционного зондирования // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, 1997, №2(9). С. 42-45.

115. Barrett Е.С., Curtis L.F. Introduction to Environmental Remote Sensing. -London: Chapman&Hall, 1992.

116. Bonham-Carter G.F. Geographic Information Systems for Geoscientists: Modeling with GIS. New York: Elsevier Science, 1994, - 398 p.

117. Нормативно-правовая база, программно-аппаратное обеспечение, пространственные данные и услуги на рынке геоинформатики России. Ежегодный обзор. Вып.4(1998). М.: ГИС-Ассоциация, 1999, - 250 с.

118. Гайсинский В.М. Топология или что каждый молодой специалист ГИС должен был бы знать // ГИС-обозрение, 1996, №2(8). С. 20-24.

119. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983.-472 с.

120. Орлов А.И. Устойчивость в социально-экономических моделях. М.: Наука, 1979.-296 с.

121. Пфанцагель И. Теория измерений. М.: Мир, 1976. 248 с.

122. Джини К. Средние величины. М.: Статистика, 1970. 448 с.

123. Прикладная статистика: Классификация и снижение размерности / С.А.Айвазян, Буштабер В.М., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. М.: Финансы и статистика, 1989. - 607 с.

124. Собчук Т.В. Сигментация линейных объектов для автоматизированной генерализации // ГИС-Обозрение, №3-4(9), 1996. С.50-51.

125. Сорокин А., Мерзлякова И. Проблемы обмена пространственной информацией: зарубежный и отечественный опыт // ГИС-обозрение, 1996, №2(8). -С. 32-38.

126. Диггелен Ф. GPS для ГИС. Аналитический обзор // ГИС-Обозрение, 1995, №3-4. С. 72-79.

127. Фролов А. Задачи, решаемые с помощью GPS-технологий в ГИС // ГИС-обозрение, 1996, №3-4(9). С. 40-41.

128. Салищев К.А. Картоведение. М.: Изд-во МГУ, 1982. - 408 с.

129. Берлянт A.M., Сербенюк С.И., Тикунов B.C. Принципы и методика использования географических карт для формирования банков данных. // Банки географических данных для тематического картографирования. М.: Изд-во МГУ, 1987. -С. 38-47.

130. Кошкарев А.В. Метаданные // ГИС-Обозрение, №2(5), 1995. С. 52-55.

131. Артемьев Ю.М., Баденко В.Л. Применение ГИС-технологий в процессе подготовки карт к изданию // ГИС-обозрение, 1995, N 2, С. 14-15.

132. Кириллов С.А. Создание качественных цифровых карт II Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, №2(14), 1998. С. 24-25.

133. Королев Ю.К., Тихонова Н.М. Данные дистанционного зондирования Земли на российском рынке // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, 1998, №3(15). -С.60-64.

134. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. М.: "ООО Дата+", 1997. - 295 с.

135. Антонов А. Земля в иллюминаторе видна // ГИС-Обозрение, №1, 1998. -С. 16-21.

136. Григорьев А.А. Антропогенное воздействие на природную среду по наблюдениям из космоса. Л.: Наука, 1985. - 238 с.

137. Кондратьев К.Я., Козодеров В.В., Федченко П.П. Аэрокосмические исследования почв и растительности. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

138. Mather P.M. Computer Processing of Remotely-Sensed Images. New York: John Wiley & Sons, 1987. - 352 p.

139. Заблоцкий В. P. Применение дистанционных методов в сельском хозяйстве // ГИС-обозрение №2(8), 1996. С. 44-50.

140. Cooleman T.L., Agbu Р.А., Montgomery O.L. Spectral differentiation of surface soils and soil properties: is it possible from space platforms? // Soil Science, 1993, vol.155, № 4. pp. 283-292.

141. Thenkabail P.S, Ward A.D., Lyon J.G. Impacts of agricultural management practices on soybean and crop evident on groundtruth data and thematic mapper vegetation indices // Transaction of the ASAE, 1994, vol. 37, № 3. pp. 989-995.

142. Кондратьев К.Я., Федченко П.П. К методике определения площадей с погибшими посевами озимых культур // ДАН СССР, 1981, т.256, №6. С. 15151524.

143. Gallo К.Р., Flesh Т.К. Large-are crop monitoring with NOAA AVHRR // Remote Sensing Environment., 1989, vol. 27. pp.73-80.

144. Ashcroft P.M., Catt J.A., Curran P.J. The relation between reflected radiation and yield on the Broadbalk winter wheat experiment // Int. J. Remote Sensing,1990, vol.11, №10.-pp.1821-1836.

145. Заблоцкий В.П. Применение космических радиолокационных изображений РСА КА "Алмаз-1" для исследования сельскохозяйственных культур // Исследования Земли из космоса, 1990, № 2. С. 106-110.

146. Robert P. Characterization of soil conditions at the field level for soil specific management//Geoderma, 1993, vol. 60, pp. 57-72.

147. Заблоцкий В.П. GPS на комбайне: высокие технологии в новой концепции земледелия // ГИС-обозрение, №1, 1997. С.35-37.

148. Precision farming: an overview // Agricultural research, 1.994 vol. 49, №3, pp. 86-88.

149. Mangold G.D. Entrapped or empowered by technology? The implementation and implications of computer technologies for agriculture // Resource, 1995, vol. 2, №5, pp. 9-11.

150. Laurini P., Tompson D. Fundamentals of Spatial Information Systems. -London: Academic Press, 1991. 704 p.

151. Тикунов B.C. Моделирование в картографии. M.: Изд-во МГУ, 1997.405 с.

152. Блинкова О. 30 лет ГИС: История, достойная того, чтобы ее рассказать // ГИС-обозрение, 1997, №2. С. 10-11.

153. Мусин О. Р. Цифровые модели для ГИС // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, 1998, №4(16). С. 30-32.

154. Cressie N.A.C. Statistics for spatial data. New York: John Wiley & Sons,1991.-900 p.

155. Isaaks E.H., Srivastava R.M. Applied Geostatistics. New York-Oxford: Oxford University Press, 1989. - 561 p.

156. Watson D.F. Conturing: A Guide to the Analysis and Display of Spatial Data. Oxford: Pergamon Press, 1992. - 321 p.

157. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. М.: Мир, 1968. - 452 с.

158. Walford N. Geographical Data Analysis. N.Y.: John Wiley & Sons, 1995

159. Griffith D.A., Amrhein C.G. Statistical Analysis for Geographers. New York: Printice Hall, 1991. -478 p.

160. Horton R. Cannopy shading effects on soil heat and water flow // Soil Sci. Am. J., 1989, v.53. pp. 669-679.

161. Арефьев H.B., Баденко В.Л., Осипов Г.К. Основы управления земельными ресурсами в среде ГИС // Материалы международ, научно-практической конференции ТИС и устойчивое развитие региона", Псков, 1997. С. 8-11.

162. Беляев В.И., Кондуфорова Н.В. Математическое моделирование экологических систем шельфа. Киев: Наукова думка, 1990. - 240 с.

163. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирование. М.: Наука, 1984. -197 с.

164. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассопереноса. М.: Высшая школа, 1974. - 254 с.

165. Баденко В.Л. Теория нечетких множеств и обеспечение информационной поддержки принятия решений по управлению территориями в среде геоинформационных систем // Вопр. управл. недвижимостью, 1999, №1. С. 112-119.

166. Беллман P., Заде Л. Принятие решений в расплывчатых условиях // Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, 1976, - С.172-215.

167. Тюрин Ю.Н. Что такое математическая статистика. М.: Знание, 1975. -56 с. (Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Математика, кибернетика"; 1975, № 5).

168. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976. -166 с.

169. Орлов А.И. Задами оптимизации и нечеткие переменные. М.: Знание, 1980. - 64 с. (Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Математика, кибернетика"; 1980, № 8).

170. Тюрин Ю.Н. Непараметрические методы статистики. М.: Знание, 1978. - 68 с. (Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Математика, кибернетика"; 1978, №4)

171. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975. - 648 с.

172. Тутубалин В.Н. Границы применимости (вероятностно-статистические методы и их возможности) М.: Знание, 1977. - 72 с. (Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Математика, кибернетика"; 1977, № 1).

173. Модели принятия решений на основе лингвистической переменной. / А.Н.Борисов, А.В.Алексеев, О.А.Крумберг и др. Рига: Зинатне, 1982. -256 с.

174. Кравец A.C. Природа вероятности. М.: Мысль, 1976. -174 с.

175. Кайберг Г. Вероятность и индуктивная логика. М.: Прогресс, 1978.376 с.

176. Колмогоров А.Н. Основные понятия теории вероятностей. М.: Наука, 1974.-120 с.

177. Заде Л. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений. В кн.: Математика сегодня. - - М.: Знание, 1974. - с. 5 - 49. (Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Математика, кибернетика"; 1974, № 7).

178. Zadeh LA. Fuzzy sets // Inform. Control, 1965, v.8, № 3, p. 338-353.

179. Логинов В.И. О вероятностной трактовке функций принадлежности Заде и их применении в распознавании образов // Изв. АН СССР, сер. "Техн. кибернетика", 1966, № 2. С. 72-73.

180. Поспелов Д.А. Большие системы: Ситуационное управление. М.: Знание, 1975.-64 с.

181. Борисов А.Н., Осис Я.Я. Методика оценки функции принадлежности элементов размытого множества // Методы и системы принятия решений. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1979. - с. 30-36.

182. Ежкова И.В., Поспелов Д.А. Принятие решений при нечетких основаниях: 1. Универсальная шкала. Изв. АН СССР. Сер. "Техн. кибернетика", 1977, №6. -с. 3-11.

183. Saaty T.L. Measuring the fuzziness of sets // J. Cybernetics, 1974, v.4, № 4. p. 53-61.

184. Zadeh L.A. A fuzzy-algorithmic approach to the definition of complex or imprecise concepts // Intern. J. Man-Machine Studies, 1976, v.8, №3. p. 249-291.

185. Заде Л. Размытые множества и их применение в распознавании образов и кластер анализе. В кн.: Классификация и кластер. - М.: Мир, 1980. - с. 208 -247.

186. Zimmerman H.J. Fuzzy set theory and its applications. Kluwer-Nijhoff Publ., Hingham, MA, 1985. 363 с

187. Kaufmann A., Gupta M. Fuzzy mathematical models in engineering and management science. Elsevier Science, Amsterdam, 1988. 338 c.

188. Борисов A.H., Крумберг O.A., Федоров И.П. Принятие решений на основе нечетких моделей. Примеры использования. Рига: Зинатне, 1990. - 184 с.

189. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений / А.Н. Борисов, А.В. Алексеев, Г.В. Меркурьева и др. М.: Радио и связь, 1989. - 304 с.

190. Баденко В.Л. Геоинформационное обеспечение задач по управлению инвестициями // Вопросы недвижимости, №4, 1999. С.70-77.

191. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. -320 с.

192. Куртенер Д.А., Чудновский А.Ф. Агрометеорологические основы тепловой мелиорации почв. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. -256 с.

193. Куртенер Д. А. Усков И. Б. Климатические факторы и тепловой режим в открытом и защищенном грунте. Л.: Гидрометеоиздат, 1982,- 232 с.

194. Применение геоинформационных систем в агрофизике / Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Якушев В.П. и др. // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, № 2, 1999. С. 52-54.

195. Регистр СССР. Ветер и волны в океанах и морях. Справочные данные. Транспорт. Л., 1974.

196. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1-6, выпуск 3. Л., Гидрометеоиздат, 1988.

197. Характеристики ветроволнового режима Финского залива. Л., Гидрометеоиздат, 1974.

198. Земледелие / С.А.Воробьев, А.Н.Каштанов, А.М.Лыков, И.П.Макаров. -М.: Агропромиздат, 1991. 527 с.

199. Арефьев H.В., Баденко В.Л, Ленский В.В, Осипов Г.К. Концептуальные основы социально-экономической оценки природно-ресурсного потенциала территории с учетом экологических факторов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, № 4(16), 1998. С. 87-89.

200. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Осипов Г.К. Оценка природно-ресурсного потенциала территории с использованием ГИС-технологий // Региональная экология, № 1,1998. С. 17-23.

201. Анохин В.Н., Костин Ю.М., Шумахер Д.А. Автоматизированная информационная система "Природопользование и экологическая безопасность" // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, №2(9). С. 64.

202. Анохин В.Н., Шумахер Д.А. Опыт создания цифровых карт // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, № 4(16), 1998. С. 73-74.

203. Постановление Правительства РФ от 28 января 1993 г. №77 "Об утверждении Положения о порядке возмещения убытков собственникам земли" (с изменениями и дополнениями на 1 июля 1996 года)

204. Постановление Правительства Ленинградской области «О нормативной и выкупной цене земли Ленинградской области в 1998 году».

205. Постановление Правительства РФ от 19 сентября 1997 г. №1199 «О минимальных ставках платы за древесину, отпускаемую на корню».

206. Постановление Губернатора Ленинградской области от 16 февраля 1998 г. №46-пг «Об установлении ставок лесных податей за лесопользование в лесах Ленинградской области»

207. Оценка состояния и устойчивости экосистем. М. 1992.

208. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем. Екатеринбург. 1994.

209. Хованов Н.В. Анализ и синтез показателей при информационном дефиците. СПб: Изд-во СПбГУ, 1996. -196 с.

210. Баденко В.Л., Осипов Г.К. Моделирование природно-аграрных систем // Научно-технические ведомости СПбГТУ, № 4(14), 1998. С. 32-35.212

211. Методические указания по расчету поступления биогенных элементов в водоемы от рассредоточенных нагрузок и установлению водоохранных мероприятий. М. В/О Союзводпроект ОТДиПИ. 1988. 52 с.

212. Рекомендации. Расчет поступления биогенных элементов в водоемы для прогноза их эвтрофирования и выбора водоохранных мероприятий. М.: Рос-агропромиздат. 1989. 48 с.

213. Химии Н.М. Вычисление поливных норм для сельскохозяйственных полях с учетом потенциала почвенной влаги // Мелиорация и водное хозяйство, 1988, №12.-С. 40-48.

214. Химин Н.М. Метод вычисления водного обмена между корнеобитае-мым слоем и грунтовыми водами на орошаемых полях // Метеорология и гидрология, 1989, №8.-С. 104-111.

215. Лисовский И.В., Прокофьева Н.М., Химин Н.М. Универсальный метод для вычисления испарения от орошаемых полей // Мелиорация и водное хозяйство, 1988, № 4. С. 31-34.

216. Прокофьева Т.И. Использование информации относительно гидрологических характеристиках почвы при вычислении гидрофизических функций // Метеорология и гидрология, 1988, № 6. С. 121-125.

217. УТВЕРЖДАЮ» Зам. председателя Комитетаэкономики и инвестиций ва Ленинградской области1. А. В. Ксенофонтов)1999 г.1. АКТо внедрении результатов диссертационной работы Баденко Владимира Львовича

218. Научные основы и методы геоинформационного обеспечения защиты окружающей среды при комплексном природопользовании"

219. В 1998-1999 гг методы и результаты диссертационной работы Баденко В.Л. были внедрены в практику управления комплексным природопользованием на территории кадастровой зоны Усть-Луга Кингисепского района Ленинградской области.

220. Нач. отдела развития /7 ^ 0природно-ресурсного потенциала ^г*Баранов Б.М.