Роль электронных карт для бассейнового управления водными ресурсами

Для обеспечения необходимой оперативной информацией всех существующих на сегодняшний день уровней управления водными ресурсами: государственного, бассейнового и территориального, избегая дублирования представленных данных, для создания единого целостного наглядного территориального отображения состояния водоемов, интенсивности использования водных ресурсов, источников их загрязнения, прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций возникает необходимость в применении электронных карт для внедрения высокоэффективной трехуровневой геоинформационной (ГИС ) системы мониторинга и прогнозирования состояния водных ресурсов с учетом их взаимодействия с природной и антропогенной средой.

Электронные карты должны стать основой для применения геоинформационных систем с целью осуществления эффективного управления водными ресурсами по бассейновому принципу, поскольку картографическому материалу в ГИС отводится важная роль в пространственной ориентации.

Геоинформационные технологии появились достаточно недавно, но уже получили широкое практическое применение во многих сферах жизнедеятельности человечества: геодезия и картография, навигационные системы, муниципальные системы, мониторинг окружающей среды в целом и отдельных природных ресурсов в частности, военное дело, сельское хозяйство, связь, энергетика, управление бизнесом и т.д.

В национальной программе информатизации ГИС рассматривается как современная компьютерная технология, которая дает возможность соединить модельное изображение территории (электронное отображение карт, схем, космо-и аероизображений земной поверхности) с информацией табличного типа (разнообразные статистические данные, списки, экономические показатели и т.д.) [3].

Современная профессиональная ГИС – это универсальная «клиент-серверная» система, имеющая средства создания и редактирования электронных карт, выполнения различных измерений и расчетов, оверлейных операций, построения трехмерных моделей, обработки растровых данных, средства подготовки графических документов, а также удобные инструментальные средства для работы с базами данных. Имеются развитые средства редактирования векторных и растровых карт местности и нанесения прикладной графической информации на карту, поддержка нескольких десятков различных проекций карт и систем координат [2, с. 128].

Геоинформиционная система выступает действенным инструментом в управлении, в частности, водными ресурсами как в масштабах всей страны, так и отдельных территорий или бассейнов рек. Геоинформационная система управления водными ресурсами основной целью имеет наблюдение, обработку, хранение в единой информационной базе данных мониторинга водоемов с привязкой к территории и учетом ее природно-климатических особенностей и хозяйственной деятельности человека.

Основные задачи картографирования в ГИС управления водными ресурсами заключаются в сборе данных об интенсивности использования водных ресурсов, естественной и антропогенной среде, потенциальных и реальных источниках загрязнения воды, их масштабах и качественных характеристиках, источниках происхождения, степени угрозы, направлении распространения загрязняющих веществ; наблюдении за качеством воды по установленным показателям, территориям водозабора и периодам времени; определении риска подтопления отдельных территорий и выделение сооружений, которым угрожает подтопление; анализе и контроле использования мелиорированных земель; оценке величины экономического ущерба от подтопления; прогнозировании состояния водных ресурсов, возможности возникновения стихийных водных бедствий и их предупреждении; создании банка данных и автоматическом его обновлении; наглядной территориальной визуализации собранных данных в виде электронных карт.

Средством визуализации (наглядного отображения) информации в ГИС являются электронные карты, которые с помощью выделений и символов отражают в пространстве и времени в любом масштабе необходимую информацию, которая оперативно обновляется и представляется в электронном виде или на бумаге (рис. 1).

Использование электронных карт обеспечивает легкое и быстрое копирование данных и распространение их по локальным и глобальным информационным сетям.

Для построения электронных карт применяют специальную систему условных знаков, которые имеют свои особенности и отличаются от традиционных бумажных карт рядом признаков: у современных устройств видеоотображения разрешение ниже, чем в технологии печати на твердой подложке, и шире графические возможности в области анимации.

Рис. 1. Приклад тривимірної моделі місцевості.

Поскольку разрешение дисплеев иногда имеет определенные ограничения, то возникает необходимость в упрощении условных знаков, то есть использовать графические образы с меньшим количеством деталей. Также статическое изображение бумажных карт уже не удовлетворяет потребности исследователей, поэтому начали применять анимацию для обозначения отдельных объектов анализа (результатов поиска).

К преимуществам современных электронных карт следует отнести их большую детализацию по сравнению с бумажными, возможность масштабирования, быстрого поиска необходимых данных, их обновления, обмена информацией между разными звеньями управления. Такие карты легко распространять, тиражировать, они не изнашиваются.

На современных электронных картах отражают пространственную и атрибутивную информацию. Для этого используются две модели данных: векторные и растровые.

Растровые изображения строят с помощью точек разных цветов или пикселей (т.е. минимальных участков изображения, каждый из которых имеет собственное положение и цвет), которые размещены на правильной сетке.

Качество растрового изображения зависит от размера изображения (количества пикселей по горизонтали и вертикали) и количества цветов, которые можно задать для каждого пикселя. Растровые, изображения очень чувствительны к изменению масштаба. При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек объединяются в одну, так происходит неучет мелких деталей изображения. При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и имеет место ступенчатый эффект, который можно увидеть, не присматриваясь. Важной характеристикой растра является его разрешение, то есть количество точек на единицу длины [1].

При векторном построении электронных карт отображение информации осуществляется через совокупность геометрических примитивов (точек, линий, кривых, полигонов), точек, которые можно описать с помощью математических уравнений. Электронные карты строятся как набор кординат, векторов и других чисел, характеризующих примитивы, из которых они состоят. Примитивы, в свою очередь, изображаются на основе ключевых точек, определяемых в виде набора чисел, а уже программа воспроизводит изображение путем соединения ключевых точек [1]. Векторные модели построения электронных карт предоставляют большие возможности для их редактирования: масштабирования, поворота, деформирования.

Каждая из указанных моделей имеет свои преимущества и недостатки, а также назначение. Поэтому в зависимости от потребности и типа данных используют одну из них.

Основой построения электронных карт и эффективной работы ГИС является формирование и управление базами данных. «Базой данных в ГИС называют совокупность пространственных и семантических (содержательных) данных, организованных в соответствии с общими принципами описания, хранения и манипулирования данными, независимо от тематического направления приложений» [4].

Современные системы управления базами данных (СУБД) способствуют сохранению, структурированию и управлению большими объемами информации с целью принятия определенных управленческих решений. Они обеспечивают пользователю простое и доступное использование необходимой информации и не требуют от него глубоких знаний организации баз данных. В короткие сроки они предоставляют пользователям соответствующих уровней необходимую информацию, при необходимости сгруппированную определенным образом, которая отражает взаимосвязи между различными параметрами (почва, рельеф, водные ресурсы, степень загрязнения окружающей среды, объемы промышленного производства на определенной территории и т.д.).

Современный опыт применения геоинформационных технологий для управления водными ресурсами, их положительные и отрицательные характеристики утверждают, что для повышения эффективности их использования необходимо сотрудничество экономистов, программистов, физиков, химиков, биологов и т.п. Таким образом, применение эффективной геоинформационной системы обеспечит все уровни управления водными ресурсами необходимой доступной полной оперативной аналитической наглядно отраженной информации о реальном и прогнозном состоянии водных ресурсов и позволит принимать своевременные решения по его улучшению и предупреждению загрязнения водоемов и возникновению стихийных бедствий.

Где бы и когда ни появились первые ГИС, они уже получили широкое практическое применение во многих сферах жизнедеятельности человека. Одной из них является управление водными ресурсами, которое осуществляется по трехуровневом принципе, и имеет свои особенности. Поэтому ГИС для управления водными ресурсами отмечается собственной целью, задачами, особенностями, а также имеет как положительные, так и отрицательные черты, требует их совершенствования на основе сотрудничества специалистов всех заинтересованных специалистов и изучения передового отечественного и мирового опыта.