Реферат: Принцип построения и опыт практической реализации экологических информационных систем

Принцип построения и опыт практическойреализации экологических информационных систем.

ВВЕДЕНИЕ

Проблемаохраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов рассматривается во всем мире как одна из важнейших. Научные и практические разработкипо этой глобальной проблеме в виду ее комплексности и междисциплинарногохарактера требуют привлечения огромного числа различных данных, передовогоотечественного и зарубежного опыта, широкого международного сотрудничества, использованиямировых информационных ресурсов.

В настоящее время какв нашей стране так и за рубежом широко развертываются работы по комплексному изучению процессов, происходящих в биосфере, в том числе и под влияниемантропогенных факторов. Исследования по охране окружающей среды ведутся практически во всех областях науки и техники. Их результаты публикуются в тысячах разных изданий, многие из которых труднодоступны, или накапливаются в фондах различных учреждений.В мире выходит свыше 10 тысяч различных периодических изданий, отражающихэкологическую тематику. Число организаций занимающихся этими проблемами также велико. Здесь достаточно упомянуть формируемые в последнее время программу «экологической безопасности России» и Международную геосферно-биосфернуюпрограмму. Однако практическое использование результатов этих исследований для решения экологических проблем сдерживается недостаточным развитием теории и практики построенияэкологических информационных систем, представляющих собой один из новых видов автоматизированных информационных систем(АИС) и предназначенных для сбора ианализа разнородной информации о состоянии биосистемы для задач рационального природопользования. Понятие АИС используется обычно как обобщающее длявсех систем, выполняющих функции сбора,обработки и выдачи информации в автоматизированном режиме [8]. Говоря о функции сбора информации надо упомянуть о экологическом мониторинге, который играет большую роль в сборе информации.Мониторинг представляет собой постоянное наблюдение за действиями и событиями вопределенных местах в рамках конкретного временного интервала. Мониторинг можно определить как «процесс постоянно повторяющихся замеров одного или более элементовили характеристик окружающей среды». Замеры производятся с точно определенными целями и в точно определенные моменты времени сиспользованием сравнимых и воспроизводимых приемов, которые характеризуют элементы окружающей среды или индикаторы. И для решения таких многоцелевых экологических задач и нужны экологические информационные системы, которые могут быть как глобального, так ирегионального масштаба.

Одна из самых развитых информационных систем мир — ИНФОТЕРРА, создана на основе решений Стокгольмской конференции ООН по окружающей человека среде1972 г. В настоящее время ИНФОТЕРРА -одна из самых широко известных глобальныхинформационных систем. Ее тематика охватывает все аспекты охраны окружающейсреды [8].

Автоматизированные системы, предназначенные для интеграции разнородной информации, называются информационно-моделирующимисистемами. Они представляют собой информационное «ядро» географических информационных систем, создаются в идеологии, объединяющей концепции банковданных и знаний (экспертных систем) и систем моделирования. Благодаря этому ИМСне только сохраняет преимущества объединяемых видов систем, но и приобретает новые качества, связанные с возможностью интегрирования разнородной информации, накапливаемой в моделях и базах знаний. ИМС рассматриваются как перспективный инструмент для решения региональных экологических проблем и повышения качестваокружающей среды.

1.ПОТРЕБНОСТЬ, КАК ФАКТОР ПОЯВЛЕНИЯ НОВЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Современный уровень сложности задач, решаемых с помощью информационных систем, постоянно растет. Именно поэтому с позицийдаже самого сдержанного оптимизма вполне логично ожидать дальнейшую оптимизацию уже существующих информационных систем исоздание новых, многоцелевых систем глобального масштаба,функционально обеспечивающих решение вопросов от банального справочного общения с компьютеромдо автоматизированного сбора и интерпретации информации, управления, проектирования, моделирования ипрогнозирования различных процессов.

К настоящему времени практикой накоплен обширныйопыт построения многоуровневых информационных систем, решающих те или иные узко специфичные или,.напротив, многоцелевые задачи. Часть из них хорошо исследованатеоретически, другая часть стой или инойдолей достижимого эффекта осуществлена на практике. В области экологии попыткисоздания многоцелевой информационной системы и перехода от идей к ихпрактическому воплощению не реализованы. И по сути даже сама мысль о подобной разработке, за отсутствием приемлемых концепций итеоретических выкладок, в известной меребыло и остается фантомом. В числе объективных причин, определивших ситуацию, была отсутствие до последнего времени основного потребителя - государственной структуры, контролирующей экологическую ситуацию, координирующей разрозненные действия различных природоохранительных органов, определяющей и лимитирующей те или иные виды природопользования. С момента создания Минприроды РФ и началадеятельности его территориальных органов ситуация изменилась. Сформировавшаяся специфика задач, решаемых региональными комитетами охраны природы, вынуждаетпоследние к систематической интерпретации лавинообразно нарастающей информации. Приэтом становится все более ясным, чтолокальное использование мощных средств вычислительной техники для оптимизации отдельных процессов (восновном расчетных) не приносит желаемого эффекта и что нужна целостная взаимосвязанная и взаимозависимая информационная система, осуществляющая поддержку

деятельностиподразделений комитетов на всехуровнях и по всем проблемным вопросам.

Основываясьна этой реальной необходимости. Кировским областным комитетом охраны природы, на который возложены координирующие функциивсех специально уполномоченных органов в области охраны окружающей природной среды, предпринята попытка создания экологической информационной системы, комплексно характеризующей аспекты природопользованияи состояния окружающей природной среды региона [14].

Последовательно излагая результаты предпринятой работы, остановимся на постановке основныхзадач, рассмотрим способы их решения,процесс построения алгоритма и его перевода в машинную программу.

2. ЗАДАЧИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Еще на этапе пред проектных исследований самой возможности создания региональной информационной системы были определены концептуальныеположения, конкретизированы ее основные задачи: [15]

• централизованное объединение информации, комплекснохарактеризующей состояние и использование природных ресурсов региона;

• максимальноеинформационное обеспечивание природоохранных службрегиона в выполнении функций общего экологического контроля за состояниемокружающей природной среды;

• оперативноеиспользование информации для оценки

экологическойситуации и принятия управленческих решений;

• обеспечениеорганов государственного управления, научных, проектных и общественныхорганизаций, населения необходимой достоверной информацией о состоянииприродной среды;

• развитие исовершенствование системы обмена научно-технической информацией, внедрениетехнических и организационно-экономических решений в области охраны окружающейприродной среды;

• обеспечениеисходными данными ряда прикладных задач по экономике природопользования,нормированию вредных воздействий на окружающую среду.

Повсем указанным общим и более частным вопросам информационная системаосуществляет: упорядоченный сбор и хранение информации по единой методике с использованием современных информационных технологий; быстрый доступ к полной экологическойинформации для всех уровней управления охраной природы в области, а также для других организаций и т.д. С учетомпоставленных целей и перечня решаемых задач она получила условное наименование - единая региональная информационная система природопользования(ЕРИСП)[15].

3. СТРУКТУРАЕРИСП

Специфика работы комитета и перспективные задачи наближайшее будущее предопределяют конфигурацию ЕРИСП, в которую входят самостоятельные и взаимосвязанные подсистемы: «Административно -управленческой», представленная аппаратом Облкомприроды;

«Райгоркоми - теты», включающая периферийные структурныеподразделения комитета; «Справочная информационная система» (СИС);

«Банкиданных природоохранных и природоресурсных организаций и служб»; «Экологическаяпаспортизация»; «Экологический мониторинг», а также самостоятельные блоки -программные комплексыгосударственной экологической экспертизы, инспекции аналитическогоконтроля, инспекции экологического контроля, и регионального информационногоаналитического центра (РИАЦ) Облкомприроды [13].

Такая структура позволяет осуществлять оперативныйконтроль за состоянием, использованием иохраной земель, недр, подземных и поверхностных вод, атмосферы, растительного и животногомира, а также а источниками, объектами загрязнений, за использованием, хранением и захоронением отходов, а кроме того, предоставляет возможность прогнозированияэкологической обстановки, нормирования потребления природных ресурсов иобъемов выбросов загрязнений,выявления зон экологического бедствия и чрезвычайных экологических ситуаций,сертификации охраняемых территорий и объектов региона и т. д. Естественно, что при таком объеме разнородной информации основу информационного обеспечения ЕРИСП могут составлять существующие и перспективныеведомственные системы наблюдения и контроля за состоянием природной среды, официальные формы отчетности по охране окружающейсреды (ООС), кадастры природных ресурсов. По отношению кним ЕРИСП является интегрирующей системой межмашинного обмена информацией в электроннойформе.

3.1.ДОКУМЕНТАЦИЯ, КАК ОСНОВА ЕРИСП

При этом информация ЕРИСП дополняется следующими видами и формамидокументации: государственнаястатистическая отчетность, оперативная и первичная отчетность предприятий, проектыпредельно допустимых выбросов и сбросов, разработанные на предприятиях, материалы местных органов управления об образовании и использовании экологических фондов и страховых фондов охраны природы, о выдачеразрешений на природопользование и др.

Исходя из . того, мы полагаем, что ЕРИСП следует считать совокупностью интегрированных подсистемных образований, объединенных техническими программными средствами, общей целью, назначением, перечнем решаемыхзадач и определяющих поступление, хранение и интерпретацию информации.

3.2. ПОДСИСТЕМАБАНКОВ ДАННЫХ

Основой и одним из составных звеньев ЕРИСП являетсяподсистема банков данных региональных природоохранных и природоресурсныхведомств и служб. В их число, помимо Облкомприроды,вошли: Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, комитеты поземельным ресурсам и землеустройству, по геологии и использованию недр, водномухозяйству, по экономике и прогнозированию развития территории области. Департамент сельского хозяйства. Областной центр Госсанэпиднадзора, Станция защиты растений, Проектно-изыскательныйцентр агрохимслужбы. Инспекция рыбоохраны.

Всистеме ЕРИСП банки данных вышеперечисленных ведомств и служб, являющихся главными источниками информации объединенных банков данных социально-гигиенического мониторинга, кадастров природных ресурсов и т. д.,технически связаны с центральным банком данных РИАЦ Облкомприроды модемной связью, которая обеспечивает бесперебойное функционированиесети, систематическое поступление,обновление и архивирование внутри системы поступающих данных. Централизация и концентрирование информации ведомств и служб основывается на принципах добровольного обмена и частичного объединения информационныхматериалов, что оговорено в специально разработанном документе - «Положение о единой региональной информационной системе природопользования (ЕРИСП) Кировской области». Практическая реализация этого принципа позволяет исключить возможности многократного дублирования ведомственной информации, циркулирующей по сетям ЕРИСП, свести еепогрешности и неточности к минимальному значению, обеспечить методологическое единство и репрезентативность используемой информации. В результате этого информация, получаемая на всех иерархических уровнях ЕРИСП, является приоритетной по отношению кинформации из других источников при подготовке и принятии решений в областиохраны окружающей природной среды и экологической безопасности для всех органовгосударственного управления, а также при определенииадминистративно-правовых отношений между юридическими и физическими лицами, осуществляемых органами представительной, исполнительной и судебнойвласти па территории области.

3.3. ОСНОВНАЯЦЕЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПАСПОРТИЗАЦИИ

В подсистемном блоке экопаспортизации в рамках ЕРИСП обобщаются данныепредприятия по всем видам природопользования, в том числе:

сведения об оснащенности, техническом состоянии очистного оборудования предприятия; данных по выбросам, сбросам иразмещению отходов по региону, о наличии разрешений о природопользовании; поавтоматизированному составлению отчетов предприятий по охране природы; по обмену информации повопросам природопользования на машинных носителях; внедрению компьютерных программ на предприятиях для обобщения данных, по автоматизации работ службыохраны природы [5].

Основная цель и назначение экопаспорта — создание информационной базы данных рационального природопользования, сети регулярной отчетной информации, формирование и упорядочение первичныхэкологических данных предприятий, получение информации для определения экономичности используемых технологий с целью дальнейшей сертификации, обязательного экострахования,регулирования налогооблажения и т. д. Схематически подсистемный блок экопаспортизации организован четырьмя иерархическимиуровнями, связанными потоками информации: банк первичных экологических данных предприятий (экопаспорт природопользователей); банк городов, административных районов, промзон (экопаспорт производственных и административно-производственных конгломератов) и банк первичных экологических данных областей (экопаспортобласти). Промежуточную и связующую рольвыполняет банк первичных экологических данных паспортизации (сертификации)природопользования Облкомприроды.

Экопаспорт

как таковойпостроен на принципах, включая единый системныйподход к проблеме охраны окружающей среды. Он является первичной базой данныхпо воздуху, воде, почве, отходам и т. д. и обязателен для всех природопользователей.

В форму экопаспорта как нормативно-технического документа заложены технологические планировки природопользователя, операционные карты, технологические инструкции, ГОСТы, ТУ на основные и вспомогательные материалы. При заполнении форм составляютсябалансовые схемы материальных потоков, рассчитываются расходы энерго — и материальных ресурсов на единицу выпускаемойпродукции, эффективность производства [16].

Индивидуальный экопаспорт природопользователя реализован по блочному принципу — обобщенные сведения, база данных по воде, воздуху, отходам, по состоянию окружающей среды. При этом стратегия экопаспортарассчитана на любого природопользователя, независимоот формы собственности, любую специфику производства -химическую, сельскохозяйственную, оборонную, лесоперерабатывающую и др. Использованные принципы объектно-ориентированного программирования позволили состыковать базы данных ресурсных природопользователей, периодически их обновлять, выявлять «узкие места», грязные производства, вводить экономические методы управления, связывать кадастры природных ресурсов с влиянием технологии переработки конкретного материала у природопользователя, создавать банк данных по природоохранным иресурсосберегающим технологиям. Заполненный экопаспорт дает возможность разработать формы госотчетности для любого уровня управления, а также тома ПДВ, ПДС предприятия,города, территории, иметь информацию по полигонам, отходам производства идинамики их влияния на окружающую среду. Кроме того, предлагаемая схемапостроения экологического паспорта позволяет прогнозироватьсоздание аварийных ситуаций, рассчитывать зоны поражения.

3.4. МЕСТО СИСДВ ЕРИСП

В общей схеме ЕРИСП нетрадиционное место занимаетсправочная информационная система данных (СИСД). В ней отсутствуют стереотипные данные по всевозможным нормативам, ГОСТам,правовым актам и т. д. и осуществляется обобщение, экспертная оценка, систематизацияи доведение до потребителя справочно-информационных материалов по:

• инновационнымтехнологиям, процессам, направленным на совершенствование природопользования ипроизводственных процессов;

• разработчикамсовременного оборудования и технологий, рекомендаций по рациональномуиспользованию различных видов природных ресурсов;

• ведущим специалистамрегиона и страны, занимающимся разработкой проблем природоохранного значения;

• организациям,основными направлениями деятельности которых являются вопросыприродопользования; промышленной экологии, их экономические и юридические;аспекты.

Справочная информационная система данных формируется на добровольных началах - организациями-учредителями. В качестве первичных материалов используются: информационные и рекламные письма организаций и авторов-разработчиков; информационныесообщения министерств и ведомств, носящие рекомендательный и обязательный характер в части внедрения описываемых процессов, приборов иоборудования; информационные карточки обинновациях, методиках, технологиях и т. п., заполненные на основе материаловконференций, совещаний и других научно-практических форумов; информационные сведения, поступившие по ведомственным системам телекоммуникационных и модемных сетей, разрешение на использованиекоторых для формирования баз и банков данных имеется. Первичные информационные материалы проходят экспертную технологическую экспертизу, после чего интерпретируются в уникальные информационные карты, обеспечивающие жестко заданный сценарий ввода данных вкомпьютер, и далее непосредственнозаносятся в соответствующие базы данных. Поддержание баз данных в актуальном состоянии осуществляет региональный информационно-аналитическийцентр Облкомприроды.

Материалы, содержащиеся в справочной информационной системе, предоставляются пользователям:(17.).

• в видераспечатки на ПУ ЭВМ тематической подборки информации на дискете,представляемой заказчиком;

• программы(системы управления базами данных) и

наполненных базданных с последующим информационным сопровождением;

• программы сописанием принципов работы и технических возможностей программы.

Подсистемакомплексного экологического мониторинга организует и объединяет собственноэкологический мониторинг и мониторинг биоты как его составную часть, социально гигиенический мониторинг,мониторинг источников и объектов антропогенного воздействия. Функционально практически все перечисленные виды мониторинга осуществляются региональными службами специально уполномоченныхорганов в области охраны окружающей природной среды, а региональная информационная система в данном случае выполняет синтез и необходимую интерпретацию информации.

3.5. ПОДСИСТЕМАКОМПЛЕКСНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЕРИСП

Учитывая, что экологический мониторинг — система наблюдений,оценки и прогноза состояния окружающей природной среды для изучения природных (в том числе связанных с антропогенными воздействиями) процессов и явлений для обоснованияуправленческих решений в сфере природопользования, целями подсистемы комплексногоэкологического мониторинга ЕРИСП являются: комплексная оценка качества окружающей среды области; установление антропогенных факторов, отрицательновлияющих на состояние природной среды и требующих принятия управленческих мер; прогноз изменений при реализации проектов хозяйственной деятельности; обоснование взаиморасчетов за загрязнение окружающей среды со смежными территориями. Помимо этого, с учетом требований социально -гигиенического мониторинга сюда входят: расширение объемов и номенклатуры показателей состояния среды обитания человека (качество питьевой воды, продуктов питания, атмосферного воздуха селитебных зон, санитарного состояния поднадзорных объектов и т.д.), сбор данных и углубленный анализ показателей,характеризующих состояние здоровья и заболеваемости населения области; комплексная оценкапоказателей состояния среды обитания и их влияние на здоровье и заболеваемостьнаселения.

Сбор и анализ информации осуществляется по следующим показателям: состояние и изменение воздушной среды, водных объектов, ресурсов вод и деградации водных экосистем, почв, геологической среды, наземных экосистем, а также параметрыбиогеохимической оценки территории. Кроме того, в рамках реализации программы социально-гигиенического мониторинга идентифицируются показатели: медико-географические, загрязнения атмосферного воздуха селитебных зон, загрязнения питьевойводы и водоисточников рекреационного назначения,экологического состояния почв и радиационной безопасности (2).

3.6 ДОЛЯВЛИЯНИЯ НИР НА ЕРИСП

Для функционирования подсистемы комплексного экологического мониторинга в рамках ЕРИСП будут служить такие перспективные научно-исследовательские работы, организованные и финансируемые Облкомприродой. Например, это разработанная Санкт-Петербургским НИИ градостроительства территориальная комплексная схема охраны природы Кировскойобласти, в которой приведены достаточно полные данные практически по всем объектам мониторинга ресурсов на начало 90-х годов(«точка отсчета» при слежении с периодичностью в5-10 лет), а также эколого-геохимическое картографирование территории Кировской области, выполненное НИГЕП(г. Санкт-Петербург) и некоторые другие (11).

3.7.САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ БЛОКИ И ИХ СОСТАВ

Комплексом программ общего назначения объединены такие самостоятельные блоки ЕРИСП, как административно-управленческий, райогоркомитеты, экологическая экспертиза и инспекция аналитического контроля. Это по сути структурированные попрофилю работы подразделений комитета внутренние, ведомственные потоки информации, ориентированные на интеллектуальную поддержку деятельностиспециалистов Облкомприроды и аппарата его управления.Организацию потоков информации и реальное функционирование указанных подсистем обеспечивает локальная компьютерная сеть Облкомприроды, обслуживаемая его региональным информационно-аналитическимцентром (РИАЦ) Посколькупрограммные средства всех уровней ЕРИСП замыкаются на региональном информационно-аналитическом центре Облкомприроды, РИАЦ является узловым звеном, обеспечивающимпоступление, прохождение информации, ее накопление, хранение и вариантнуюинтеллектуальную обработку. В соответствии с этим РИАЦ осуществляет :(1).

• координациюсоздания и ведения банков данных

природоресурсного

и природоохранного направления;

• организациюинформационного взаимодействия и координацию действий между ведомственнымицентрами по обработке и обмену информацией экологического характера;

• выполнениерасчетных задач моделирования,

картографирования,обработки данных дистанционного и лабораторного зондирования;

• обеспечениевычислительного процесса;

• передачуданных для вычислительного процесса.

4. СТРУКТУРАИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ

Механизмпоступления и прохождения информации по сетям ЕРИСП достаточно сложен. При этом техническая сторона организации и создания потоков информациипринесла значительно меньше сложностей и сюрпризов, чем организационная. Тем неменее, после минимизации ведомственных разногласий общая структураинформационных потоков определилась следующим образом.

Источникивходной информации, которыми являются сформированные и формирующиеся банки, профильные базы данных учреждений, организаций и ведомств природно-ресурсного, эксплуатационно-ресурсного блока и существующей системы постоянногослежения за состоянием и загрязнением среды, представляют ЕРИСП необходимую информацию по заранее оговоренным формам,параметрам, показателям. Полученная информация систематически, регулярнопоступает в РИАЦ Облкомприроды и индексируется в зависимости от присвоенного статусаоперативной или архивной информации в банках данных РИАЦ в соответствии </s