Визуализация и анализ экологической информации средствами MapInfo-GIS

Экологические проблемы на сегодняшний день актуальны в любых сферах жизни. Политика многих стран уже делает акцент на сохранении окружающей среды.

Целью     работы являлось     исследование возможностей геоинформационной системы MapInfo для обработки и анализа экологической информации. Обработаны данные по загрязнению атмосферного воздуха стран членов Евросоюза окисями серы за десятилетний период 2001-2010 гг.

В качестве исследуемого загрязняющего вещества выбраны окиси серы, так как они являются одними из наиболее вредных загрязнителей, и вредны они как для деревьев, так как приводят к хлорозу и карликовости, так и для человека: сернистый газ раздражает верхние дыхательные пути, так как легко растворяется в слизи гортани и трахеи.

Первым этапом работы являлась оцифровка и привязка растровой основы к определенной географической проекции. MapInfo позволяет это сделать, зная координаты 4-х крайних точек и используя инструменты геокодирования. Далее были созданы 27 векторных слоев с полигональной темой, каждый слой обозначал контур определенной страны. Основным этапом работы являлось создание Grid-темы с интерполированными данными по загрязнению. Для интерполяции выбран метод обратных взвешенных расстояний (IDW),который однозначно предполагает, что объекты, которые находятся поблизости, более подобны, чем объекты, удаленные друг от друга. Чтобы проинтерполировать значение для неизмеренного положения, IDW использует измеренные значения вокруг интерполируемого местоположения и    предполагает, что каждая измеренная точка оказывает локальное влияние, которое уменьшается с увеличением расстояния [1]. Последним этапом являлось добавление на карту табличных данных по численности населения и столицам государств и создание по ним тематических слоев. Для более наглядного представления полученных результатов на косметический слой была наложена координатная сетка, линейка с масштабом и стрелка с обозначением сторон света (рис.1).

Рис. 1. Распределение загрязнения 2001 год.

Для всех полученных карт построены диаграммы, позволившие еще более наглядно увидеть произошедшие за десять лет изменения по загрязнению атмосферного воздуха двуокисью серы.

По итогам за 2001 год наибольшие очаги загрязнения наблюдаются в Польше, Испании, Турции и Великобритании. Минимальное же количество рассматриваемого загрязняющего вещества - в Швейцарии и княжестве Лихтенштейн.

По итогам анализа за 2010 год, максимумы и минимумы оксида серы в атмосфере остались в тех же странах, но концентрации значительно уменьшились. Из диаграммы (рис.2) видно, что в период с 2001 года до 2010 года уменьшение выбросов в Польше составило около 38%, а в Испании - около 60%.

Минимальный процент изменения выбросов в странах Прибалтики. В среднем по странам Евросоюза изменение составило 30-40%. Если посмотреть на график изменения в Турции загрязнение не только не уменьшилось, а даже на 16 % увеличилось.

Сначала, результаты анализа показались несколько неожиданными, но анализ документов по политике Евросоюза в сфере экологии, показал, что итог вполне закономерен. Диоксиды серы в больших количествах поступают в воздух от предприятий угольной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, черной металлургии, заводов стройиндустрии, а также выбрасывается в атмосферу через различные дымовые трубы.

Рис. 2. Содержание оксида серы в воздухе (тонны) за 2001 и 2010 гг.

Большое содержание серы в атмосфере Польши можно объяснить развитым производством черной металлургии, а также развитой угольной и химической промышленностью. Свыше десятка предприятий Польши работают на рынке металлов. Множество горнопромышленных объединений, имеющих статус предприятий, осуществляют добычу угля, так как уголь является главным топливом Польши. Химическая промышленность Польши занимается производством серной кислоты.

Испания богата заводами, перерабатывающими нефть, что также объясняет избыток серы в атмосферном воздухе. Всё большее развитие получает нефтехимия, тесно связанная с нефтепереработкой. Важная отрасль испанской промышленности — черная металлургия.

В Великобритании черная металлургия — одна из самых давних отраслей. Компания «Бритиш стол Корпорэйшн» контролирует 90% металлургической промышленности страны. Около 1/3 продукции основной химии составляют неорганические химикаты — серная кислота, оксиды металлов и неметаллов.

По итогам 2001-2010 гг., в Турции загрязнение не уменьшилось, а наоборот увеличилось. Это связано с тем, что страна не входит в Евросоюз, поэтому санкции в области экологии применены быть не могут. В стране активно развивается нефтеперерабатывающая промышленность. Общая мощность по переработке нефти турецких предприятий на сегодняшний момент составляет 23,8 млн. т/год.

В настоящее время в ЕС проводится совершенствование правового регулирования охраны окружающей среды. Главным инструментом воздействия на промышленные предприятия являются финансовые рычаги давления, например, введение экологических взносов, экологические субсидии и льготы, созданные для стимулирования развития новых технологий. Ярким примером служат директивы ЕС по изменению нормативов для выбросов на топливосжигающих установках для Восточной Европы (табл 1.).

Таблица 1.

Согласно табл. 1 нормы выбросов окисей серы по различным видам топлива уменьшены практически в два раза. Для достижения такого результата предприятия топливной энергетики вынуждены использовать мокрые и полусухие методы, связывание so2 в топке сорбентом при низкотемпературном сжигании, а также выбирать малозатратные сухие и полусухие методы технологий очистки дымовых газов для существующих котлов с эффективностью 40-70 % и выбором дешевого сорбента.

В целом экологическая политика остается важнейшим направлениям деятельности Евросоюза. В этой области сформирована обширная система экологического законодательства, нормы которой, как мы видим, успешно реализуются на практике.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование MapInfo в экологии позволяет обрабатывать и анализировать огромные объемы данных. Математические алгоритмы интерполяции пространственных характеристик делают возможным создание экологических проектов с одновременным представлением данных в виде таблиц, электронных карт и графиков. Визуализация табличных данных в виде тематических карт сразу выявляет очаги загрязнения, а диаграммы и графики показывают тренд изменения загрязняющих веществ. Созданные электронные карты автоматически изменяются при внесении новых данных, существует возможность добавления новых слоев по другим загрязняющим веществам, т.е. готовый ГИС-проект является визуализированной базой данных, которую можно использовать не только в экологии, но и в различных областях хозяйственной деятельности.

геоинформационные системы, электронные карты, загрязнение атмосферного воздуха, программные средства, пространственный анализ geographic information systems, electronic maps, air pollution, software, spatial analysis