Биологические методы оценки экологического состояния природной среды

Заключение
В результате обобщения литературных данных, изучено понятие экологического мониторинга, его основных компонентов и методов, позволяющих собрать основные сведения о состоянии окружающей среды. Изучены геоинформационная система и геоинформационные технологии, применяемые в совокупности для изучения, составления, редактирования карт данных, основная цель создания которых сводится к необходимости анализа, доступного контроля и воссоздания целостной картины происходящих процессов и связанных с ними изменений в состоянии окружающей природной среды.
ГИС обладает характеристиками, позволяют считать эту технологию основной для целей обработки и управления информацией. С появлением ГИС возможность решения такой задачи как анализ дистанционных данных для их полноценного использования в пов ...

Содержание
Введение 3
1 Экологический мониторинг 5
1.1 Накопление информации о состоянии природной среды 7
2 Геоинформационная система 11
2.1 Классификация ГИС 13
2.2 Структура ГИС 15
2.3 Роль и место ГИС в экологическом мониторинге 18
2.4 Области применения ГИС 20
2.5 Применение ГИС в нефтегазовой отрасли 23
Заключение 25
Список используемой литературы 26

Введение
Изменение окружающей среды под влиянием антропогенной нагрузки на сегодняшний день одна из обсуждаемых проблем на всех уровнях и во всех точках планеты. Экология представляет собой понятие многогранное, в основе которого лежат взаимосвязи всего живого на планете, однако население Земли, истощая природные ресурсы, забыло о прямом влиянии своей деятельности на будущее благосостояние окружающей среды, которая, собственно, является фундаментом для их нормальной жизнедеятельности.
Фактически нормальная жизнедеятельность человека подразумевает ежесекундное взаимодействие с окружающей средой, ежесекундное взаимовлияние. Тем не менее, в процессе становления человечества происходило постепенное смещение акцентов в ряде взаимосвязей между окружающей природной средой и человеком, постоянно стремящимся улучшить условия среды, полностью видоизменяя их, что способствовало возникновению новой среды, рукотворной, искусственно созданной человеком.
На сегодняшний день практически вся территория Земли видоизменена и преобразована человеком, однако искусственно созданная среда требует постоянного контроля со стороны человека и не способна самостоятельно подстраиваться под новые условия, как природная среда, что несет ряд отрицательных последствий для всего живого на планете.
В начале двадцатого столетия человечество начало масштабное промышленное развитие, именуемое научно-техническим прогрессом, который, стремительно развиваясь, привел к тому, что уже в начале нового столетия, в двадцать первом веке, человечество стоит перед необходимостью расставить приоритеты в обращении с имеющимися в его распоряжении природными ресурсами.
Действительно, несмотря на создание искусственной среды и покорения природных ресурсов, человек остается зависимым от таких понятий, как чистый воздух, питьевая вода, почва. Человек напрямую зависит от показателей качества данных показателей благоприятной окружающей среды. Однако многолетнее использование ресурсов не осталось незамеченным, так как любое вмешательство человека связано с отходами его жизнедеятельности, которые в результате развития различных научных областей являются также искусственно созданными, а, следовательно, чуждыми для природной среды.
Постоянное воздействие человеческой деятельности на окружающую природную среду ведет к истощению и разрушению устойчивой структуры экологии. Мониторинг окружающей природной среды в данных условиях необходим для понимания процессов, которые происходят в результате взаимодействия природной среды и деятельности человека.
На сегодняшний день мониторинг осуществляется практически всех компонентов природной среды таких, как вода, почва, воздух, включает различные методы, характер и особенности которых зависят от специфичности объекта и задач, связанных с его мониторингом. В результате реализации мероприятий, связанных с мониторингом окружающей среды, накоплен большой пласт различных сведений, необходимость соединить которые в целостную картину помогла создать и применить в широком диапазоне областей изучения и исследования геоинформационные системы, получившие название ГИС.
Основная цель данной работы заключается в изучении роли и место ГИС в экологическом мониторинге, в связи с чем выделены следующие задачи:
1. Изучение экологического мониторинга.
2. Изучение методов, которые применяются в экологическом мониторинге.
3. Выделить основные компоненты ГИС.
4. Изучить области применения ГИС, оценив возможные перспективы данных систем для экологического мониторинга.

Для анализа примесей, содержащихся в атмосферном воздухе, применяются приборы, называемые газоанализаторами, позволяющие получать непрерывные по времени характеристики загрязнения воздуха и выявлять максимальные концентрации примесей. Важность подобных исследований заключается в невозможности фиксация подобных сведений о состоянии природной среды при периодическом отборе проб воздуха несколько раз в сутки.Перечисленные системы и методы мониторинга окружающей среды позволяют накопить и проанализировать информацию о состоянии природной среды, представляя собой основной массив данных для моделирования процессов в окружающей среде, составления научных прогнозов, на основе которых разрабатываются практические рекомендации по совершенствованию охраны природы.Встраивая подобные модели в государственную систему управления природоохранной деятельностью, можно получить единую систему экологического мониторинга, которая была реализована, например, в Российской Федерации. Государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ) ставит перед собой следующие задачи: мониторинг источников антропогенного воздействия на окружающую среду;мониторинг загрязнения абиотического компонента окружающей природной среды;мониторинг биотической компоненты окружающей природной среды;социально-гигиенический мониторинг;обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем.2 Геоинформационная системаСистема сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информации о необходимых объектах составляет совокупно геоинформационную систему (ГИС), понятие которой используется и в менее широком смысле, как инструмент, который обеспечивает поиск, анализ и возможность редактирования данных, предоставляя собранную информацию в виде цифровой карты местности. Гис, как программный продукт, содержит ряд возможностей:Системы управления базами данных;Редакторы растровой и векторной графики;Аналитические средства.Разнообразие функциональных возможностей позволяет применять ГИС в различных областях: в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике и даже обороне.   Информационные системы, в том числе программы по созданию и редактированию электронных карт, включая создание топографических планов, представляют собой ГИС. Программы для обработки результатов инженерно-геологических изысканий, подготовки и формирования чертежей инженерно-геологических колонок и разрезов, расчета объемов и создания планов земляных работ, для обработки данных топографо-геодезических изысканий в камеральных условиях, нанесения результатов вычислений на электронную карту и формирования отчетных документов [4].Принято различать:ГИС (геоинформационная система);ГИТ (геоинформационные технологии).ГИТ представляет собой совокупность информационных технологий, с помощью которых можно обрабатывать географически организованную информацию. Сущность ГИТ заключается в возможности ее связи картографических (или графических) объектов с описательной (или атрибутивной) информацией (в частности, это алфавитно-цифровая, графическая, звуковая или видеоинформация). Практически ГИТ является некоторым расширением технологии организации баз данных для координатно-привязанной информации.2.1 Классификация ГИССпецифика объектов исследования определелила направление разработок программных продуктов, так, на сегодняшний день, различают ГИС:По территориальному охвату (к ним относят глобальные (global GIS), субконтинентальные, национальные, зачастую имеющие статус государственных, региональные (regional GIS), субрегиональные, локальные, или местные (local GIS);По предметной области информационного моделирования (городские (муниципальные) (urban GIS), ГИС недропользователя, горно-геологические ГИС, природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространённые, получили земельные информационные системы);По проблемной ориентации (определяются решаемыми задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде);Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS), которые основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением [5];Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование [6].2.2 Структура ГИСВ результате широкого развития и применения ГИС возникла наука геоинформатика, которая находится на стыке ряда научных направлений. Основные задачи связаны с изучением научных, технических, технологических, прикладных аспектов проектирования, создания и использования ГИС.Данные, занесенные в ГИС, описывают реальные объекты, такие как дороги, здания, водоемы, лесные массивы. Реальные объекты можно разделить на две абстрактные категории: дискретные (дома, территориальные зоны) и непрерывные (рельеф, уровень осадков, среднегодовая температура). Для представления этих двух категорий объектов используются векторные и растровые данные [1, 7].Для ввода исходной информации используются растровые сканирующие устройства, дигитайзеры, полутоновые сканеры аэрофотонегативов. Полученные цифровые массивы данных поступают в комплекс технических средств обработки растровых и векторных данных, построенный на базе рабочих станций и персональных профессиональных ЭВМ. На этой же инструментальной базе осуществляются все этапы проектирования, преобразования исходной информации и создания цифровой тематической карты.Сформированная цифровая картографическая модель поступает в комплекс технических средств формирования выходной картографической продукции, включающей в себя плоттеры, принтеры, специализированные устройства вывода на фотоноситель и т.д.Исходные и обработанные цифровые данные хранятся в подсистеме архивного хранения данных, базирующейся в настоящее время на стримерах или на оптических дисках.Наборы величин, которые упорядочены в форме прямоугольной сетки, представляют растровые данные. Способы получения растровых данных связаны во многом с работой спутников, которые осуществляют дистанционное зондирование. Растровые данные принято хранить в графическом формате, чаще всего применяется расширение TIF или JPEG, или в бинарном виде (базы данных) [8].Векторные данные бывают представлены в форме следующих объектов:Точки (применение: обозначение географических объектов, для которых не существенно указать на форму или размеры, но важно местоположение);Полилинии (применение: изображение линейных объектов);Многоугольники (применение: обозначение площадных объектов с четкими границами).Используя совокупность представленных объектов, составляется карта местности, на которой указываются особенности ее состояния, изменения, которые могли произойти за тот или иной период времени. Возможности программы позволяют привязать к графическим объектам семантические данные. Структура и тип данных определяется пользователем, который, основываясь на полученных в ходе мониторинга состояния окружающей среды, наносит данные на карту, формируя новую, тематическую карту. Векторные данные позволяют пользователю описать непрерывные поля величин, которые при этом изображаются изолиниями или контурными линиями. Векторные данные обычно имеют намного меньший размер, чем растровые. Их легко трансформировать и проводить над ними бинарные операции. Векторные данные позволяют проводить различные типы пространственного анализа, например, поиск кратчайшего пути в дорожной сети.Геоинформационная система комплексной оценки, моделирования и прогнозирования состояния окружающей природной среды (ОПС) базируется на топографической основе с единой системой координат, на базах данных, имеющих единую организацию и структуру и являющихся хранилищем всей информации об анализируемых объектах, на наборе программных модулей для получения оценок по ранее разработанным алгоритмам [9, 10].Основной информационной единицей топоосновы являются листы цифровых карт масштаба 1:200 000. Топографическая основа представляет собой набор структурированных в виде отдельных слоев данных о местности: реки, озера, дороги, леса, посты контроля и т.д.База данных системы комплексной оценки включает:базу результатов контрольных измерений;базу характеристик природных объектов;базу характеристик источников загрязнения;нормативную базу.2.3 Роль и место ГИС в экологическом мониторингеКарты основных параметров окружающей природной среды, которые являются результатом творчества ГИС, помогают выявить масштабы, темпы деградации флоры и фауны, позволяют свести воедино ряд данных, полученных спутником и путем полевых наблюдений, как результат мониторинг проводится более широкомасштабно, анализ антропогенного воздействия становится более глобальным. С помощью ГИС удобно моделировать влияние и распространение загрязнения от точечных и неточечных (пространственных) источников на местности, в атмосфере и по гидрологической сети. Результаты модельных расчетов можно наложить на природные карты, например карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. В результате можно оперативно оценить ближайшие и будущие последствия таких экстремальных ситуаций, как разлив нефти и других вредных веществ, а также влияние постоянно действующих точечных и площадных загрязнителей. Сбор и управление данными по охраняемым территориям, таким как заказники, заповедники и национальные парки, стал еще одной сферой применения ГИС. Удобство использования и моделирования карт обуславливает такое широкое распространение геоинформационных систем. Проведение пространственного мониторинга в пределах охраняемых территорий состоит из совмещения ряда параметров, которые обладают сложными взаимосвязями. Работая на стыке мониторинга растительных сообществ ценных и редких видов животных, существует необходимость определения антропогенного влияния (туризм, прокладка дорог, линий электропередач). Наглядность карт данных помогает планировать и реализовывать природоохранные мероприятия. Основные задачи, которые существуют при мониторинге охраняемых объектов природы, ГИС решает на научной основе, выбирая решения с минимальным уровнем воздействия, что помогает обеспечить сохранность природной среды [2, 4, 10].Тем не менее, неохраняемые территории также нуждаются в проведении мониторинга состояния среды, что обуславливает применение возможностей ГИС и для получения оптимальных решений проблем, связанных с распределением и контролируемым использованием земельных ресурсов, улаживанием конфликтных ситуаций между владельцем и арендаторами земель. Практически ГИС позволяет создать карту местности в упрощенном виде, обозначив важные аспекты контроля, дополнив сведениями о состоянии окружающей среды. Достоинство ГИС состоит в возможности постоянно пополнять данные, в результате чего карта не теряет актуальности данных, становясь эффективным средством изучения среды, ее составляющих компонентов в пространстве и во времени. Выявление проблем и поиск путей решения становится более эффективным. По мере расширения и углубления природоохранных мероприятий одной из основных сфер применения ГИС становится слежение за последствиями предпринимаемых действий на локальном и региональном уровнях. Источниками обновляемой информации могут быть результаты наземных съемок или дистанционных наблюдений с воздушного транспорта и из космоса.