www.gisinfo.ru     |    panorama@gisinfo.ru   |    рус | eng | блг   


ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, ГИС Ассоциация, № 2(54) 2006


Разработка автоматизированных геоинформационных аналитических систем сбора, обработки и визуализации данных мониторинга природных объектов

В.Б.Мокин ( Винницкий национальный технический университет, Украина)

 

Одним из наиболее эффективных и важных приложений геоинформационной технологии является создание автоматизированных информационно-справочных аналитических систем в разных отраслях, в частности в области мониторинга объектов окружающей среды и источников ее загрязнения.

Геоинформационные аналитические системы (ГИАС) государственного регионального мониторинга позволяют оптимальным образом совместить картографический материал региона с базами данных об объектах карт, реализовав это в удобной программной среде с разнообразным аналитическим инструментарием. После наполнения базы данных ГИАС ее внедрение во всех государственных службах становится вопросом довольно короткого времени, ввиду большого интереса к системе и удобства использования в повседневной работе при принятии разного рода решений.

Для создания таких ГИАС ГИС «Панорама» имеет ряд неоспоримых преимуществ:

  1. Инструментарий GisToolKit, интегрированный со средами разработчика Delphi или Visual C++, позволяет быстро и эффективно создать собственное приложение со всеми необходимыми аналитическими функциями.
  2. Использование моделей представления объектов, нетрадиционное для других ГИС-пакетов:
    - использование большего числа моделей картографических данных, чем традиционные векторные и растровые данные – векторные map-карты и sit-карты пользователя, растры и растры качеств, матрицы высот, матрицы качеств и матрицы слоев, 3D-модели данных и др. – все с уникальными функциями, предоставляющими широкие возможности для представления природных объектов с их характерными особенностями и свойствами;
    - «набор объектов» для построения информационно-топологически единой разветвленной речной сети в виде модели графа;
    - использование не только объектов и слоев, а и групп слоев, позволяющей производить операции сразу со всеми слоями групп «ГИДРОГРАФИЯ», «НАСЕЛЕННЫЕ ПУНКТЫ», «ДОРОЖНАЯ СЕТЬ» и др.
  3. Широчайший набор функций GisToolKit для работы с базами данных, определения расстояний на местности, картографическими проекциями и др. позволяет довольно просто и быстро разрабатывать автоматизированные системы заданного типа.
  4. Уникальное быстродействие операций в ГИС «Панорама» позволяет использовать созданные приложения на любой, даже весьма устаревшей компьютерной технике середины 90-х, главное чтобы работала ОС Windows 98.
  5. Сравнительная дешевизна ГИС «Панорама», которая является наиболее мощной из наиболее дешевых и наиболее дешевой из наиболее мощных универсальных ГИС-пакетов, позволяет строить оптимальные по цене полнофункциональные приложения — от использования профессиональной и настольной версий продукта для полноценных пользователей ГИАС до бесплатной демо-версии для широкого распространения упрощенной версии системы для населения и СМИ.
  6. Наличие инструментария и удобного интерфейса для импорта/экспорта карт в форматы популярных ГИС-пакетов ArcGIS, MapInfo и др. обусловливает перспективы использования ГИС «Панорама» в службах и организациях, которые требуют дублирования результатов в формате ArcGIS, MapInfo и др. для использования в других приложениях.

В научно-исследовательской лаборатории «ЕДЕМ» (с укр. – “Екологічних Досліджень та Екологічного Моніторингу”; http://edem.vstu.vinnica.ua) Винницкого национального технического университета (http://vntu.edu.ua) под руководством Мокина В.Б. с 2003 года разработано и внедрено ряд ГИАС для государственного мониторинга окружающей среды с использованием ГИС-инструментария “Панорама”, а именно:

Геоинформационная аналитическая система государственного мониторинга поверхностных вод Винницкой области (ГИАС ГМПВ ВО)

Разработанная ГИАС ГМПВ ВО обеспечивает автоматизированный сбор данных мониторинга поверхностных вод из ведомственных форматов в одну базу данных, обработку и анализ данных мониторинга, визуализацию данных и результатов обработки в виде построения разнородных тематических карт и диаграмм и др. Картографическая основа системы создана ГП «Подольегеодезкартография» в 2002 году в виде ГИС масштаба 1:100 000. На основе этой карты создана генерализованная упрощенная схема с основными объектами системы мониторинга, которая работает и на бесплатной демо-версии ГИС «Панорама». Основные преимущества разработанной системы, реализованные на инструментарии GisToolKit, такие:

1. ГИАС обеспечивает стандартные функции ГИС “Панорама” – открытие новой карты, подключение матрицы высот, сохранение проекта, навигацию по карте, поиск объектов по названию, а также, автоматическое нанесение (геокодирование) объектов на карту из списка, который формируется как результат запроса в базе данных. Система управления базой данных —MS Access 2000/XP.

2. При нажатии на любой водный объект (реку, водохранилище, ставок, пруд) выводится окно со всей справочной информацией об этом объекте, которая есть в Винницком облводхозе. Для рек можно в этом же окне сделать запрос и получить график изменения значений одного из 80 показателей качества воды за заданный период по данным государственного мониторинга области по 88 створам наблюдений. Также можно просмотреть фотографии отдельных участков реки с обозначением этих мест на карте.

3. Автоматическое нанесение сбросов сточных вод и водозаборов на карту по базе данных 2-ТП «Водхоз». После нанесения объектов на карту, Вы можете нажать мышкой на любой из них и получить информацию о динамике сброса или забора вод за заданный квартал заданного года, степени очистки и т.д. – обо всем, что есть в базе данных Госводхоза Украины об этом предприятии.

4. Удобный инструмент для построения тематических карт, который позволяет строить карту сразу по нескольким показателям качества воды, отнесенным к их гранично-допустимым значениям, находящимся в базе данных, что позволяет их удобно анализировать.

5. ГИАС имеет инструмент, использующий оригинальную технологию трехмерной визуализации параметров речных сетей (есть отдельная программная реализация в программе NetGL для визуализации и других сетей, например транспортных). Аналог этой технологии используется в пакете программ ArcGIS 3D Analyst, но имеет ряд недостатков по сравнению с разработанным обеспечением. В нем можно строить, например диаграмму формирования воды в бассейне реки или значения концентрации загрязняющего вещества в воде реки наряду с отображением поверхности, соответствующей ее гранично-допустимому значению. Главной особенностью инструментария есть возможность динамического изменения вида диаграммы и масштаба ее отображения, управляемая движениями мышки, благодаря использованию технологии OpenGL. Для работы программы необходима карта речной сети в формате ГИС «Панорама», созданной как «набор объектов», т.е. как граф, а также информация о параметрах объектов набора в базе данных MS Access 2000/XP.

ГИАС ГМПВ ВО внедрена и с 2004 г. активно используется во всех субъектах системы мониторинга вод Винницкой области: Государственное управление экологии и природных ресурсов (заказчик системы), Управление по чрезвычайным ситуациям, облводхоз, облсанэпидемстанция, гидрометеоцентр, Южно-Бужское бассейновое управление водных ресурсов. В течение 2005–2006 гг. проводится внедрение системы в органах власти и районных экоинспекциях, для чего разработана сетевая версия системы для оперативного обновления базы данных мониторинга через Internet.

Приложения, использующие данные ГИАС ГМПВ ВО

Разработан уникальный информационный интерактивный Internet-ресурс, позволяющий в графическом виде анализировать качество поверхностных вод Винницкой области: http://edem.vstu.vinnica.ua/monitoring/
Ресурс демонстрировался Мокиным В.Б. в ноябре 2005 года в г. Будапешт (Венгрия) на форуме, организованном ООН и посвященном управлению и представлению региональной экологической информации, с участием делегаций стран-соседей Евросоюза с учетом его перспективного расширения. Ресурс заслужил высокую оценку представителей ООН и стран Евросоюза. Картографическое обеспечение ресурса разработано в ГИС «Панорама», база данных импортируется из ГИАС ГМПВ ВО.

Совместно с Научно-исследовательским институтом водохозяйственно-экологических проблем (г. Киев) разработан пакет программ SWaterClass, позволяющий автоматически проводить оценивание качества вод региона (пока только Винницкой области) по шкале из 5 классов и 7 категорий, являющейся в Украине стандартом Минприроды. Исходными данными является шаблон карты в формате ГИС «Панорама» и база данных наблюдений качества воды региона. Программа определяет класс и категорию по каждому показателю, по группам показателей, по створу, по реке, по водоемам и в стандартном виде отображает на карте. Класс реки и водоемов отображается соответствующим цветом.

 

 

Использование ГИС-технологий в системе учета химскладов и мест удаления отходов Винницкой области (СУ ХСиО ВО)

Основой разработанной в НИЛ «ЕДЕМ» ВНТУ СУ ХСиО ВО является база данных, содержащая всю имеющуюся в Государственном управлении экологии и природных ресурсов Винницкой области (заказчик системы) информацию о химскладах и местах удаления отходов (свалках). Для повышения эффективности принятия решений в области управления отходами все химсклады и места удаления отходов были нанесены на карту области. На базе программного обеспечения ГИАС для поверхностных вод области разработано обеспечение, позволяющее получать информацию об этих объектах нажатием на них мышкой, а также удобно строить тематические карты. Но главным преимуществом разработанной системы, которая отмечалась на коллегии Минприроды Украины в 2004 году, является дополнение базы данных о местах удаления отходов трехмерными моделями рельефа с окружающими объектами, сгенерированными приложением «Формирование трехмерной карты местности» ГИС «Панорама 7».

Автоматизированная система контроля выбросов, сбросов и отходов в Украине (АСУ «Экоинспектор»)

С 2005 года в ВНТУ под руководством Мокина В.Б. разрабатывается Единая автоматизированная система Государственной экологической инспекции и подразделений аналитического контроля территориальных органов Минприроды Украины с получением результатов измерений состояния загрязнения окружающей среды, выбросов, сбросов и отходов, их накопления, обработки и анализа. Для визуализации результатов анализа данных контроля на общегосударственном уровне при помощи инструментария GisToolKit разработано программное обеспечение, позволяющее строить тематические карты прямо в формах системы управления базами данных MS Access XP/2003, на которой реализована АСУ «Экоинспектор». В данное время проводится отладка системы и ее внедрение во всех областях Украины.

Разработка системы принятия решений руководителями водохозяйственных организаций для бассейна реки Южный Буг с использованием геоинформационных технологий

Система разрабатывается на заказ Госводхоза Украины в течение 2005–2006 гг. под руководством Мокина В.Б. Целью проекта является адаптация и усовершенствование обеспечения, разработанного для ГИАС ГМПВ Винницкой области, для всего бассейна одной из крупных рек Украины (протекает по 7 областям), а в будущем — и для других крупных рек. В ГИС «Панорама» разработана геоинформационная карта-схема бассейна реки, на которой нанесены все 380 водотоков, которые являются объектами водохозяйствования. Объекты собраны в наборы для обеспечения выполнения операций с речными системами разного уровня. Карта может работать на бесплатной демо-версии системы.

Для создания карты использовался оцифрованный бумажный картматериал разного масштаба. После создания карты возникла проблема согласования карты с базами данных Госводхоза. Для этого по оригинальным алгоритмам студентами ВНТУ с использованием инструментария GisToolKit разработан пакет программ, позволяющий автоматически выполнять такие операции:

  1. Вычислять паспортные параметры всех рек и заполнять поля базы данных (длина реки, число притоков, является левым или правым притоком более крупной реки, средний коэффициент извилистости и др.).
  2. Сверять данные в базе и на карте (например, для водоемов — площадь, для рек — длина и т.п.) и в случае расхождения выше заданного — сообщать об этом и, если надо, исправлять данные в базе данных.

Среди других разработок специалистов НИЛ «ЕДЕМ» ВНТУ:

  1. Автоматизированный гидрологический бюллетень (2003 г.), который формирует информационный листок с картой и таблицей, отображающей информацию об изменении уровня воды в створах рек Винницкой области в течение паводкового периода — используется Винницким областным гидрометцентром для информирования органов власти и МЧС. Система работает на демо-версии ГИС «Панорама 7».
  2. ГИС государственного мониторинга состояния окружающей среды г. Винницы.
  3. Карта Винницкого национального технического университета с рельефом в масштабе 1:500 (площадь территории – 25 га). Ведутся работы по созданию 3D-варианта карты.
  4. 3D-карта лагеря отдыха Винницкого национального технического университета.

В разработках систем под руководством директора Института МАД, зав. каф. ММСС, зав. НИЛ «ЕДЕМ» ВНТУ Мокина В.Б. принимают участие более 100 преподавателей, аспирантов и студентов ВНТУ специальностей «Экология и охрана окружающей среды» (специализация «Компьютеризированные системы мониторинга окружающей среды»), «Компьютерные системы и сети», «Интелектуальные системы», «Программное обеспечение автоматизированных систем», «Защита информации», «Системы управления и автоматики», в т.ч. 11 призеров Всеукраинских и Международных студенческих олимпиад по программированию, а также Всеукраинских олимпиад по системам управления и автоматики, информатике и Web-дизайну.
Мокин В.Б. является членом Межведомственной рабочей группы по разработке системы государственного мониторинга окружающей среды Украины.

Авторские права на разработанные программные системы зарегистрированы в Государственном департаменте интеллектуальной собственности Украины. Результаты разработок опубликованы более, чем в 50 научных работах, в т.ч. 2-х монографиях, как в Украине, так и за рубежом.

Более подробную информацию о разработках можно найти на сайтах ВНТУ:
- сайт кафедры моделирования и мониторинга сложных систем (ММСС) ВНТУ http://www.vstu.vinnica.ua/ua/kaf/mmss/
- сайт НИЛ «ЕДЕМ» кафедры ММСС ВНТУ http://edem.vstu.vinnica.ua

 

 

Продукты | Технологии | Классификаторы | Проекты | Скачать | Цены | Форум | Статьи | Обучение | Контакты
В начало Написать разработчикам Поиск на сайте