Обработка пространственной информации для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов: на примере зоны проведения Олимпиады Сочи-2014 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Гизатуллин, Артур Римович

• Гизатуллин, Артур Римович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гизатуллин, Артур Римович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ, СВЯЗАННЫХ С ОБРАБОТКОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ О ВОЗДЕЙСТВИИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ.

1.1 Анализ проблем оценки воздействия промышленности на водные объекты.

1.2 Сравнительный анализ информации и существующих информационных систем, используемых для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов в РФ.

1.3 Анализ методов для определения водосборных бассейнов постов мониторинга.

Результаты и выводы по 1-й главе.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОМЫШЛЕНННОСТИ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

2.1 Анализ схемы управления и охраны водных объектов от воздействия промышленности (на примере зоны проведения Олимпиады 2014 г.).

2.2 Схема использования, обработки и анализа пространственной информации о воздействии промышленности на водные объекты.

2.3 Разработка метода совместного описания и обработки пространственной информации для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов.

2.4 Разработка метода определения объектов промышленности, оказывающих негативное воздействие на качественные характеристики водных объектов.

2.5 Разработка метода визуализации информации, представленной в виде многомерных информационных объектов, о результатах мониторинга состояния водных объектов.

Результаты и выводы по 2-й главе.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ГИС ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ.

3.1 Разработка функциональной модели процесса обработки пространственной'информации для оценки о воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов'.

3.2 Разработка информационной модели процесса обработки пространственной информации для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов.

3.3 Разработка алгоритмов ввода, хранения и обработки пространственной информации и решение на их основе задач по оценке воздействия промышленности на водные объекты.

Результаты и выводы по 3-й главе.

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ1 И' ВНЕДРЕНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ1 ПРОЦЕССОВ ОЦЕНКИ И СНИЖЕНИЯ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ" ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА СОСТОЯНИЕ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В ЗОНЕ ПРОВЕДЕНИЯ ОЛИМПИАДЫ СОЧИ-2014 И АНАЛИЗ ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

4.1 Основные требования к геоинформационной системе Кубанского БВУ Л

4.2 Реализация геоинформационной системы «Олимп-Вода».

4.3 Основные результаты внедрения геоинформационной системы.

4.4 Анализ эффективности внедрения геоинформационной системы в

Кубанском бассейновом водном управлении.

Результаты и выводы по 4-й главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обработка пространственной информации для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов: на примере зоны проведения Олимпиады Сочи-2014»

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Водные- ресурсы как разновидность природных ресурсов играют существенную роль,в развитии экономики Российской«Федерации, поскольку без обеспечения населения* чистой питьевой водой и определенных запасов водных ресурсов" не может быть обеспечено высокое качество жизни и дальнейшее социально-экономическое- развитие общества. Водные объекты и ресурсы характеризуются значительной неравномерностью < распределения по-территории России. В европейской части РФ сосредоточено более 70 процентов населения и производственного потенциала, на которые приходится- около 10' процентов водных ресурсов. Таким образом, рациональное управление водными ресурсами, защита и охрана водных объектов* от негативного воздействия, промышленных предприятий является- одной из первостепенных задач по1 жизнеобеспечению государства [12, 112].

Вместе с тем, в Российской Федерации существуют отдельные территории, к экологической- обстановке в которых уделяется- повышенное внимание как со стороны правительства и населения страны,.так и международного-сообщества, в связи с политической значимостью и резонансными событиями, которые там будут происходить. Одним из таких значимых событий является- проведение XXII Олимпийских и XI Паралимпийских зимних игр на территории города Сочи в 2014 году (далее Олимпиада Сочи-2014).

В связи с тем, что окружающая среда является! третьим измерением олимпийского движения, наравне со спортом и культурой, комплексный мониторинг и оценка состояния водных и других природных объектов, позволяющие повысить их защищенность от отрицательного воздействия существующих и вновь строящихся промышленных и спортивных объектов, являются важными и необходимым задачами органов государственной власти различных уровней [71,76,95]. Поскольку строительство олимпийских объектов, дорог и других объектов инфраструктуры при подготовке и проведении Олимпиады Сочи-2014 может привести к дополнительному промышленному загрязнению и истощению природных и, в том числе, водных объектов. При.этом основным фактором, влияющим на качество принимаемых решений по защите водных объектов от вредного воздействия промышленности, является наличие у ответственных лиц актуальной, полной: и точной' пространственной и атрибутивной информации, описывающей водные объекты и их состояние, посты мониторинга и промышленность- (заводы, промышленные предприятия, и др.), характеризующиеся протяженностью и распределенностью по всей территории проведения- Олимпиады, Сочи-2014 [80,81]. В" связи с этим при организации информационного обеспечения процессов контроля и управления; для11 оценки воздействия промышленности на,качественные характеристики водных объектов, в качестве технологической основы предпочтительнее и наиболее перспективно использовать геоинформационные системы (ГИС) [80; 112].

Аспектам проектирования и создания систем информационного обеспечения- управления^ в различных отраслях, в том числе для управления водными ресурсами, посвящены работы отечественных и зарубежных авторов, в частности работы* Р. 3. Хамитова, Б. Г. Ильясова, В. Г. Крымского, В: И. Данилова-Данильяна, М; А. Шахраманьяна; Н. И. Юсуповой, В. Р. Иряжинской, М. В. Болгова, В. И. Васильева, Э. Кодда, Ш. Шекхара, Р. Томлинсона, М. Эгенхофера и др., однако, в них обработке пространственной информации для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов с применением геоинформационных технологий уделялось недостаточно внимания, поэтому данная задача является* актуальной как в теоретическом, так и в практическом плане.

ЦЕЛЬ ИЗАДАЧИ-ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью исследования является разработка методов и алгоритмов обработки пространственной информации и их применение для оценки воздействия-промышленности на качественные .характеристики водных объектов, для повышения эффективности информационной поддержки процессов- оценки и снижения вредного воздействия промышленности на состояние водных объектов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

1.На основе системного анализа процессов и информации, используемой для оценки воздействия промышленности на состояние водных объектов в Российской Федерации, сформулировать требования к составу и виду пространственной и атрибутивной информации.

2. Разработать метод совместного описания и обработки (геокодирования информации о водопользователях, в том числе, объектов промышленности, верификации номеров государственной регистрации водопользователей и др.) разнородной (по типу, способу описания и формату) пространственной информации из различных источников (бумажных и электронных документов Государственного водного реестра, статистической отчетности об использовании воды, протоколов результатов мониторинга состояния водных объектов и др.) для оценки воздействия! промышленности на качественные характеристики водных объектов для последующего определения объектов промышленности, оказывающих вредное воздействие на состояние водных объектов.

3. Разработать метод определения объектов промышленности, оказывающих негативное воздействие на качественные характеристики водных объектов, для оперативного установления потенциальных предприятий-загрязнителей.

4. Разработать метод визуализации пространственной информации, представленной в, виде многомерных информационных объектов, о результатах мониторинга состояния водных объектов для сокращения времени оценки воздействия промышленности на состояние водных объектов.

5. Разработать функциональную и информационную модели процесса обработки пространственной информации для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов.

6. Разработать алгоритмы и их программную реализацию для информационной поддержки процессов оценки и снижения вредного воздействия промышленности на состояние водных объектов (на примере зоны проведения Олимпиады Сочи-2014).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В' работе использовались методы системного анализа сложных систем, структурного анализа и проектирования (БАЙТ), унифицированный язык моделирования (иМЬ), математический аппарат теории множеств, методы геоинформационного моделирования,' концепция многомерных моделей данных, теория реляционных и объектно-ориентированных баз, данных.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Научная новизна работы содержится в следующих результатах:

1. Метод совместного описания и обработки пространственной информации для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов, основанный на теоретико-множественном описании с единых методических позиций разнородной пространственной информации из различных источников, позволяющий в последующем определить объекты промышленности, оказывающие вредное воздействие на состояние водных объектов.

2. Метод определения объектов промышленности, оказывающих негативное воздействие на качественные характеристики водных объектов, отличающийся построением границ водосборных бассейнов для любых точек забора воды (в частности, мобильных постов мониторинга), на которых было зарегистрировано превышение нормативного значения загрязняющего вещества, позволяющий определить перечень потенциальных предприятий-загрязнителей на основе информации об их местоположении и перечне сбрасываемых веществ.

3. Метод визуализации пространственной информации, представленной в виде многомерных информационных объектов, о результатах мониторинга состояния водных объектов, отличающийся использованием предложенного в работе объектно-полевого преобразования многомерных информационных объектов, позволяющий осуществить переход от объектной модели пространственных данных к полевой модели данных и, тем самым, сократить время для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Практическую значимость работы представляют следующие результаты:

1. Функциональная и информационная модели процесса оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов (на примере зоны проведения Олимпиады Сочи-2014), позволяющие разработать алгоритмы и базу пространственных данных геоинформационной системы органов государственной власти, осуществляющих контроль состояния водных объектов.

2. Алгоритмы и их программная реализация в составе ГИС для информационной поддержки процессов оценки и снижения вредного воздействия промышленности на состояние водных объектов (на примере зоны проведения Олимпиады Сочи-2014), позволяющие автоматизировать процессы ввода результатов мониторинга состояния водных объектов, определения предприятий, негативно воздействующих на водные объекты, верификации номеров государственной регистрации водопользователей (в том числе, промышленности), геокодирования промышленных предприятий на основе информации о водопользователях из Государственного водного реестра, построения,-водосборных бассейнов для любых точек забора воды.

Основные результаты работы внедрены в Кубанском бассейновом водном управлении Федерального агентства водных ресурсов (свид. об офиц. per. программы для ЭВМ: № 2009641665 от 1.09:2009 г. и № 2009614389 от 20.08.2009 г.), а также в учебном процессе УГАТУ.

СВЯЗЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ С НАУЧНЫМИ ПРОГРАММАМИ

Работа выполнена в период 2007-2010 гг. на кафедре геоинформационных систем Уфимского государственного авиационного технического университета в рамках государственных контрактов № И-07-04 «Развитие геоинформационной системы Росводресурсов» (2007), № И-08-08 «Наполнение базы атрибутивных данных ГИС Росводресурсов специализированной информацией и разработка дополнительных функций» (2008), № и-09-01 «Разработка информационной; системы представления сведений о состоянии водных объектов-в зоне проведения-олимпийских игр Сочи-2014 (ИС Олимп-Вода)» (2009), № И-10-14 «Разработка подсистемы- ввода, обработки*. хранения и формирования» отчетов о состоянии водных объектов в зоне проведения; олимпийских игр Сочи-2014 в составе ис Олимп-Вода» (2010) и договора* № ИФ-ГС-18-09-хк «Разработка геоинформационных компонентов- информационной' системы; представления сведению о« состоянии- водных объектов в зоне проведения^ олимпийских; игр Сочи-2014 (ИС Олимп-Вода)» (2009). НАаЗАЩИТУ выносятся? 1. Метод совместного описания и обработки? пространственной информацию для- оценки воздействия промышленности- на качественные характеристики водных объектов.

2. Метод определения объектов промышленности, оказывающих вредное воздействие на качественные характеристики, водных объектов.

3; Метод визуализации пространственной информации представленной- в виде многомерных информационных объектов; о результатах мониторинга состояния водных объектов.

4. Функциональная и информационная, модели процесса обработки: пространственной информации для; оценки воздействия промышленности- на качественные характеристики водных объектов;

5. Алгоритмы и их программная- реализация? для информационною поддержки процессов оценки и снижения вредного воздействия промышленности на состояние водных объектов (на примере зоны проведения Олимпиады Сочи-2014).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные теоретические и практические результаты работьъ были представлены на. следующих научно-технических конференциях и семинарах: Международной научно-практическая конференции «Computer Science and Informational Technologies» (CSIT'2008-2010); Всероссийской зимней школесеминаре аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2008-2010); Семинаре «Проблемы совершенствования подготовки IT-специалистов в высшей школе на основе требований рынка» (Уфа, 2007); Всероссийской конференции «Использование ГИС-технологий ESRI и ERDAS в нефтегазовой отрасли» (Тюмень, 2008); Межрегиональной конференции, посвящённой международному дню воды (Уфа, 2010); Конференции пользователей ESRI в России и странах СНГ (Москва, 20082009).

ПУБЛИКАЦИИ

Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 15 источниках, включающих 9 статей, из них 2 в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ, 2 материала конференций и семинаров, 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ, 2 учебно-методические работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Работа включает введение, 4 главы основного материала, заключение, библиографический список и приложения. Работа без библиографического списка и приложений изложена на 151 странице машинописного текста, включает в себя 64 рисунка, 3 таблицы, 65 формул. Библиографический список включает 156 наименований.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Гизатуллин, Артур Римович

4.3 Основные результаты внедрения геоинформационной системы

В результате реализации и внедрения геоинформационной системы для информационной поддержки процесса оценки негативного воздействия промышленности на водные объекты на примере зоны подготовки и проведения Олимпиады Сочи-2014, руководство и специалисты Росводресурсов и Кубанского БВУ обеспечены полной- и достоверной пространственной информацией (справочной» и> аналитической) для отслеживания изменения состояния водных объектов в зоне проведения Олимпиады Сочи-2014, в рамках задач:

1. Ввода, систематизации, хранения, обеспечения актуальности и достоверности картографической, атрибутивной и дополнительной информации о водных объектах в зоне проведения Олимпиады реализованы функции интерактивного ввода операторами ИС «Олимп-Вода» сведений об измерениях гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показателей («карточки измерений») на соответствующих постах, а также информации о гидротехнических сооружениях, объектах, оказывающих негативное влияние, местах возникновения ЧС и других дополнительных объектах. Реализована функция ведения справочников системы (просмотр и пополнение).

2. В рамках задачи поиска, извлечения и отображения информации из баз данных по запросам пользователей в виде, удобном для содержательного анализа реализованы следующие функции: 1) отображение пространственных и атрибутивных данных с возможностью выполнения стандартных функций работы с картой: перемещение карты; изменение масштаба, и перечня отображаемых слоев; отображение: атрибутивных данных общегеографических; и специальных объектов;- вывод на печать текущего' представления? карты;, поиск объектов по фрагменту названия; измерение расстояний. 2) Отображение: растровых данных,, в: том, числе: данных дистанционного' зондирования, привязанных к цифровой электронной карте в< следующих режимах: отображения; только растровых, данных; отображения поверх топографической основы; наложения топографической-основы поверх растровых данных. 3) Формирование схемы; размещения дополнительных. (специальных), точечных объектов; на основе цифровой; электронной; карты, и заполнение характеристик (атрибутов) объектов следующих типов: гидрологические посты; пункты гидрохимических наблюдений; пункты; гидробиологических наблюдений; станции наблюдений за гидрохимическими показателями: морских вод; гидротехнические, сооружения; предприятия; оказывающие негативное влияние на поверхностные водные: объекты; (строящиеся/ объекты); места возникновения^ чрезвычайных ситуаций (ЧС); местах угрозы, возникновения аварийных или чрезвычайных ситуаций, а также опасных явлений на водных объектах; места. забора; воды; места сброса сточных и загрязненных- вод; места забора воды из поверхностных водных объектов; места проведения природоохранных мероприятий; места: проведения;, экспедиционно-инспекторских мероприятий.

3. Реализована функция прикрепления информации, в файлах произвольного формата к объектам тематических слоев.

4. Реализована функция поиска;объектов по атрибутивным значениям, отображение дополнительной информации о выбранных обще географических и специальных; объектах. Поиск производится по всем специальным объектам, а, также; населенным пунктам, водным объектам и т.д.

5. Реализована функция просмотра сведений об измерениях гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показателей на выбранном посту за выбранный пользователем промежуток времени и по выбранным пользователем показателям в виде отчета, сохранение этих сведений в виде файла Excel, вывод их на печать.

6: Реализована функция подключения администратором- ссылок на дополнительные источники информации в виде ссылок на URL.

7. Реализована функция формирования списка всех измерений показателей на выбранном посту и функция измерения и просмотра «карточки измерения».

8. Реализована- функция формирования и отображения графиков изменения состояния показателей- водных объектов- за заданный' пользователем период по выбранному посту, пункту или станции наблюдения и показателю. Сохранение графиков в файл и вывод на печать.

9. Реализована функция моделирования аварийных разливов1 загрязняющих веществ на реках и при угрозе попадания в реки. Также реализована функция формирования карты распространения загрязняющих веществ.

10. Реализована функция расчета и отображения на карте зон возможного затопления.

11. В рамках задачи формирования и отображения схемы постов контроля загрязнения поверхностных водных объектов реализованы следующие функции: функция формирования карты с изображением объектов, по которым вносились сведения за период определенный пользователем. При этом объекты, по которым за выбранный период времени» наблюдался выход какого-либо показателя за пределы нормы, выделяются цветом. Функция просмотра списка объектов отображенных на карте с возможностью выбора из списка интересующего объекта и открытия сведений об измерениях («карточка измерения»), которые выявили выход показателя за пределы норматива. Функция формирования отчетов об измерениях гидрологических, гидрохимических или гидробиологических показателей на соответствующих постах за заданный пользователем период.

12. Реализована функция анализа изменения в течение времени зон застройки и лесной растительности с формированием карты, позволяющей оценить изменение во времени зон застройки и лесной растительности.

13. В рамках задачи передачи данных в Единую информационно-аналитическую систему Минприроды России по контролю за подготовкой и проведением XXII Олимпийских зимних игр и XI Паралимпийских зимних игр 2014 года в г. Сочи» (ЕИАС «Сочи-2014») в формате XML реализованы функции: настройки расписания формирования данных, режима формирования и путей передачи данных; сбора данных для передачи в другую систему по расписанию; в зависимости от настройки размещения запись файла XML на диск или отправка по электронной почте на указанный адрес; систему подготовки и передачи данных.

14. Реализована функция разграничения доступа к данным ГИС «Олимп-Вода» на основе принадлежности пользователя к определенной группе; назначения пользователю имени и пароля; назначения прав пользователю, включением в одну из групп: администраторы (все права), операторы (возможность ввода информации, просмотр, формирование отчетов), пользователи (просмотр, формирование отчетов).

Функциональные возможности доступные для различных групп специалистов (пользователи, операторы, администраторы), осуществляющих промышленную эксплуатацию геоинформационной «Олимп-Вода», приведены в Приложении Г.

4.4 Анализ эффективности внедрения геоинформационной системы в Кубанском бассейновом водном управлении

Эффективность использования предложенных методов для оценки воздействия промышленности на водные объекты (рис. 4.20), используемых

Кубанским бассейновым водным управлением, определяется следующими факторами:

1. Снижением затрат (трудовых, временных и финансовых), необходимых для определения предприятий, негативно воздействующих на водные объекты, и верификации регистрационных номеров объектов промышленности, осуществляющих использование водных объектов и зарегистрированных в Государственном водном реестре.

2. Адекватностью разработанных моделей, методов и алгоритмов требованиям специалистов БВУ.

3. Возможностью ввода, хранения и обработки большого объема пространственной и описательной информации для оценки воздействия промышленности на качественные показатели водных объектов.

Рисунок 4.20 - Эффективность реализации разработанных методов и алгоритмов

Кроме того, эффективность и адекватность разработанных методов и алгоритмов определяется фактором реализуемости и успешностью их внедрения в деятельность государственных органов власти (Кубанское бассейновое водное управление Федерального агентства водных ресурсов).

Использование аппаратных и программных средств, на которых функционирует ГИС Росводресурсов, для внедрения геоинформационной системы «Олимп-Вода» в Центральном аппарате Федерального агентства водных; ресурсов? РФ (в городе Москве);, позволило минимизировать, финансовые издержки на данные статьи:; расходов^ поскольку потребовалась незначительная«; сумма, для усовершенствования; аппаратной частщ при этом: доступ к ГИС имеют все: авторизованные пользователи, подключенные к глобальной сети Интернет.

Таким образом, удалось добиться; существенного; сокращения затрат, на программное и аппаратное: обеспечение и; последующее техническое сопровождение и поддержку. Создание распределенной» системы^ с централизованным, принципом- хранения; пространственной и атрибутивной; информации, позволяет поддерживать информацию; необходимую всем пользователям ГИС «Олимп-Вода», в актуальном состоянии. Информация,, описывающая состояние водных объектов и промышленности, поступает из разнородных и распределенных-источников^ и характеризуется отсутствием пространственной привязки, поэтому без? предварительной' обработки и верификации; не пригодна для использования в процессе оценки; вредного: воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов.

Реализация и внедрение: разработанных методов и алгоритмов обработки и анализа пространственной: информации, с использованием геоинформационных технологий, позволит повысить качество информационной; поддержки процессов оценки и снижения вредного воздействия промышленности на водные объекты, за счет уменьшения затрачиваемого времени на верификацию регистрационных номеров промышленных. предприятий (зарегистрированных в разделе водопользования: Государственного7 водного: реестра)1 и их геокодирования; Задача построения «зон ответственности» постов мониторинга была не решаема: без реализации и внедрения разработанных методов в соответствующее программное обеспечение ГИС, следовательно, процесс идентификация, объектов промышленности, негативно воздействующих на качественные показатели водных объектов, также прежде был нереализуем.

Процесс ручного ввода объектов и верификации регистрационных номеров слоя промышленных предприятий (водопользователей) стандартными* средствами настольных геоинформационных систем состоит из 12 этапов, для каждого из которых были рассчитаны усредненные временные характеристики выполнения определенной операции (табл. 4.1).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена актуальная задача информационной поддержки информационной поддержки процессов оценки и снижения вредного воздействия промышленности на состояние водных объектов. Актуальность была выражена в разработке схем и методов обработки и анализа пространственной информации о промышленных предприятиях, постах мониторинга, водных объектах и результатах контроля их состояния.

В результате работы получены следующие научные и практические результаты:

1. На основе системного анализа процессов и информации, используемой для оценки воздействия промышленности на водные объекты в Российской Федерации были сформулированы требования к составу и виду пространственной и атрибутивной информации о воздействии промышленности на качественные характеристики водных объектов.

2. Разработан метод совместного описания и обработки пространственной информации для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов, позволяющий совместно описать разнородную (по типу, способу описания и формату) информацию из различных источников (Государственный водный реестр, документы статистической отчетности и др.), геокодировать информацию о водопользователях (в том числе, объектов промышленности), верифицировать номера государственной регистрации водопользователей, таким образом, получить актуальную, достоверную и полную пространственную информацию о воздействии промышленности на состояние водных объектов, для последующего определения объектов промышленности, оказывающих негативное воздействие на качественные характеристики водных объектов.

3. Разработан метод определения объектов промышленности, оказывающих негативное воздействие на качественные характеристики водных объектов, отличающийся построением границ водосборных бассейнов для любых точек забора воды, на которых было зарегистрировано превышение нормативного значения загрязняющего вещества, и определении потенциальных предприятий-загрязнителей, сбрасывающих данное вещество и входящих в границы соответствующего водосборного бассейна.

4. Разработан метод визуализации пространственной информации, представленной в виде многомерных информационных объектов, о результатах мониторинга состояния водных объектов, основанный на использовании предложенного в работе- объектно-полевого преобразования многомерных информационных объектов, позволяющий сократить время для оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов.

5. Разработаны функциональная и информационная модели процесса оценки воздействия промышленности на качественные характеристики водных объектов (на примере зоны проведения Олимпиады Сочи-2014), позволяющие разработать алгоритмы и базу пространственных данных геоинформационной* системы органов государственной власти, осуществляющих контроль состояния водных объектов.

6. Разработаны алгоритмы т их программная реализация в составе геоинформационной системы для Кубанского бассейнового водного управления Федерального агентства водных ресурсов для информационной поддержки процессов оценки и снижения вредного воздействия промышленности на состояние водных объектов (на примере зоны проведения Олимпиады Сочи-2014). Анализ эффективности внедрения разработанных алгоритмов и методов в составе геоинформационной системы «Олимп-Вода» показал, что время решения задач по обработке пространственной информации и определении объектов промышленности, негативно воздействующих на качественные характеристики водных объектов, сократилось на 50-60 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гизатуллин, Артур Римович, 2010 год

1. Автоматизированное проектирование информационно-управляющих систем. Системное моделирование предметной области: Учебное пособие/ Г.Г.Куликов, А.Н.Набатов, А.В.Речкалов.; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа, 1998. - 204 с.

2. Алексеев В.В., Куракина Н.И., Орлова Н.В. Геоинформационная система мониторинга водных объектов и нормирования экологической нагрузки // ArcReview. -2006. №1 (36). СС. 9-10.

3. Андрианов, В. Тенденции развития ПО ГИС на примере продуктов ESRI // ArcReview.- 2006. №2(37). - СС. 2-4.

4. Анфилатов B.C. и др. системный анализ в управлении. Финансы и статистика, 2002 368с.н. ун-т. - Уфа, 1999. - 223 с.

5. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Высшая.школа, 1982. - 231с.

6. Берлянт A.M. Картографический метод исследования. М.: МГУ, 1988. - 252 с.

7. Берлянт A.M., Мусин О.Р., Свентэк Ю.В. Геоинформационные технологии и их использование в эколого-географических исследованиях // География. М.: Изд-во МГУ, 1993. - 47 с.

8. Берлянт A.M., Мусин О.Р., Собчук Т.В. Картографическая генерализация и теория фракталов. -М.: 1998. -136 с.

9. Введение в системы баз данных. 8-е издание. / К. Дж. Дейт // ISBN 5-8459-0788-8, Вильяме, 2005.

10. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. — М.: Финансы и статистика, 1998. — 176 с.

11. Водная Стратегия Российской Федерации на период до 2020 года. Утверждена Распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 августа 2009 г. № 1235-р.

12. Водное богатство России Кратко о водах России на рус. и англ. языках. Екатеринбург: Издательство РосНИИВХ, 2006. - 110 стр.

13. Водный кодекс РФ от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ (Собрание законодательства Российской^Федерации, 2006, № 23, ст. 2381).

14. Воды России (состояние, использование, охрана). 2004. -Екатеринбург: Издательство РосНИИВХ, 2006.

15. Вон К. Технология объектно-ориентированных баз данных. // Открытые системы. 1994. Вып. 4 (8). Осень. Р. 14.

16. Гвоздев В.Е., Павлов С.В, Ямалов И.У. Информационное обеспечение контроля и управления состоянием природно-технических систем: Учеб. пособие/ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа, 2002. - 138 с.

17. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. — М.: ГИС-Ассоциация, 1999.-204 с.

18. Гиг Дж. Ван. Прикладная общая теория систем. М.: Мир, 1981. - Кн. 1.-341 е., Кн. 2-730 с.

19. Гизатуллин^ А.Р., Усов» Т.М*. Разработка интернет-приложений ГИС (лабораторный практикум, учебное электронное* издание локального доступа) / Электронное издание на 1 CD-R // Регистрационное свидетельство №19933 от 6 августа 2010 г.

20. Голубков Е.П. Системный анализ как методологическая основа принятия решений // Менеджмент в России и за рубежом. Б.м - 2003. - N3. -С.95-115.

21. ГОСТ 17.1.1.01-77 Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения.

22. ГОСТ 28441-99 Картография цифровая. Термины и определения.

23. ГОСТ Р 1.11.394-1.003.07 Данные пространственные базовые, общие требования.

24. ГОСТ Р 51608-2000 Карты цифровые топографические. Требования к качеству.

25. ГОСТ Р 52438-2005 Географические информационные системы. Термины и определения.

26. ГОСТ Р 52571-2006 Географические информационные системы. Совместимость пространственных данных. Общие требования.

27. ГОСТ Р 52573-2006 Географическая информация. Метаданные.

28. ГОСТ Р ИСО 19113-2003 Географическая информация. Принципы оценки качества.

29. Губанов В.А., Захаров В.В., Коваленко А.Н., Введение в системный анализ. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988. - 232 с

30. Данджермонд Дж. Перспективы Национальной геоинформационной системы / http://www.dataplus.r^Info/MapNET.html.

31. Данилов-Данильян В.И., Лосева К.С. Потребление воды: экологический, экономический, социальный и политический аспекты. -М.:2006.

32. Евланов Л. Г. Теория и практика принятия решений. М.: Экономика, 1984. - 176 с.

33. Евланов Л.Г., Кутузов В.А. Экспертные оценки в управлении. М.: Экономика, 1978. -133 с.

34. Жуков В.Т., Сербенюк С. Н., Тикунов В. С. Математико-картографическое моделирование в географии. М.: Мысль, 1980. - 223 с.

35. Замулин A.B. Типы данных в языках программирования и базах данных // Отв. ред. В.Е. Котов. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-е, 1987. -147с.

36. Иванов А.Н., Неговская Т.А. Гидрология и регулирование стока.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1979. - 384 с.

37. Ильясов Б.Г., Исмагилова JI.A. и др. Методология моделирования и анализа устойчивости функционирования региональных систем // Проблемы управления в сложных системах. М:, 2000. - С. 310.

38. Каталог научно-технической и информационной продукции предприятий и организаций МПР России. ФГУП «ВИЭМС». Интернет-ресурс: http://www.viems.ru

39. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь., 1990. 280 с.

40. Колоденкова А.Е. Прогнозирование состояния сложных систем на основе обработки ретроспективных и текущих данных (на примере паводковой ситуации). Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. — Уфа, Изд-во УГАТУ, 2007. 15 с.

41. Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации, одобренная распоряжением Правительства Российской Федерации от 21 августа 2006 г. № 1157-р.

42. Кошкарев A.B., Каракин В.П. Региональные геоинформационные системы. М.: Наука, 1987. - 126 с.

43. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978.-432 с.

44. Крымский В.Г., Павлов C.B., Хамитов Р.З. Построение системы стратегического управления безопасностью населения субъекта Российской Федерации (опыт Республики Башкортостан). Уфа: Экология, 1999. - 109 с.

45. Лебедева, Н. ГИС-портал «единое окно» в пространственные данные // ArcReview «Современные геоинформационные технологии». -2006.-№2(37).-С.2.

46. Лебедева, Н. Единая модель данных для цифровых топографических карт и планов, или как нам обустроить ЦММ // ArcReview «Современные геоинформационные технологии». — 2006. — №2(37).

47. Липаев В.В. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем. ~М.: СИНТЕГ, 1999.

48. Марка Д.А., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования: Пер. с англ. М.: МетаТехнология, 1993. - 240 е.: ил.

49. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1980. - 662с.

50. Мейер Д. Теория реляционных баз данных. М.: Мир, 1987.-608с.

51. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем / Пер. с англ. — М.: Мир, 1973. — 316 с.

52. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа, М.: Наука, 1981.

53. Нагао М., Катаяма Т.,Уэмура С. Структура и базы данных. М.: Мир, 1986. - 198с.

54. Норенков И.П. Автоматизированное проектирование. — М.: Мир, 2000. 126 с.

55. Олимпийская хартия. Международный олимпийский комитет. Лозанна, Швейцария 2007г.

56. Опыт создания и перспективы развития корпоративных геоинформационных систем на предприятиях нефтегазовой отрасли / Павлов С.В., Саубанов О.С., Гизатуллин А.Р., Усов Т.М. // ArcReview 2009 №2 (49) СС. 13—14.

57. Орлов В.Г., Трушевский В.Л. Экологические аспекты водопользования /Научно-методическое пособие. СПб.: Ун-та, — 1999. - 183 с.

58. Официальный сайт оргкомитета XX олимпийских зимних игр в Турине 2006 года. Интернет-ресурс: http://www.torino2006.it.

59. Официальный сайт оргкомитета XXII Олимпийских и XI Паралимпийских зимних игр 2014 года в городе Сочи. Интернет-ресурс: http://www.sochi2014.com.

60. Павлов C.B., Плеханов C.B., Бахтизин Р. Н. Интеграция геоинформационных систем с информационными системами трубопроводного предприятия на основе многомерных моделей данных. // Вестник УГАТУ, Том 8, № 1 (17), 2006.- С.39-42.

61. Павлов C.B., Хамитов Р.З., Никитин А.Б. Создание геоинформационной системы Федерального агентства водных ресурсов // ArcReview «Современные геоинформационные технологии». М. 2005. - С. 6-7.

62. Павлов C.B., Хамитов Р.З., Никитин А.Б. Структура разнородной территориально-распределенной пространственной информации при создании единой геоинформационной системы Росводресурсов // Вестник УГАТУ, 2007. Т. 9, №4(22). - С. 3-10.

63. Павлов C.B., Христодуло О.И. Методология создания многомерных баз данных на основе тензорных структур //Проблемы создания национальной академической системы баз данных и баз данных: Тезисы докладов Всероссийского совещания. — Уфа, 1995. — С. 20-21.

64. Перегудов Ф.И., Трасенко Ф.П. Введение в системный анализ: Учебное пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1989. - 367 с.

65. Перспективы внедрения OLAP в ГИС Росводресурсов / Павлов C.B., Гизатуллин А.Р., Касимов И.И., Христодуло О.И. // Proceedings of the

66. Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT 2009), Crete, Greece, October 5-8, 2009. V. 1. С. 244-247 (Статья на англ. языке).

67. Подсистема построения1 осей рек для геоинформационной системы // свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ-№2009614466 от 21 августа 2009 г., авторы: Павлов C.B., Гизатуллин А.Р., Плеханов C.B., Акопян Д.А*.

68. Положение о Кубанском бассейновом водном управлении Федерального агентства водных ресурсов. Утверждено Приказом № 21 Федерального агентства водных ресурсовют 02.02.2007г.

69. Постановление Правительства Российской Федерации от 10 апреля 2007г. № 219.

70. Постановление Правительства Российской Федерации от 16 июня 2004 г. № 282 «Положение о Федеральном агентстве водных ресурсов» (в ред. Постановлений Правительства РФ от 30.07.2004 N 401, от 06.06.2006 N 354).

71. Постановление Правительства Российской Федерации от 28 апреля 2007г. №253 «О порядке ведения государственного водного реестра».

72. Постановление Правительства Российской Федерации^ от 29.12.2007 г. N991 (ред. от 26.02.2009) «О программе строительства олимпийских объектов и развития города Сочи как горноклиматического курорта».

73. Приказ МПР РФ от 29 мая 2007 г. N 138 «Об утверждении формы государственного водного реестра».

74. Принятие решений в условиях неопределенности: межвузовский научный сборник: вып.2. Часть 2 / под ред. Н.И. Юсуповой; УГАТУ. Уфа: УГАТУ, 2005.-219 с.

75. Пряжинская В.Г., Хранович И.Л., Ярошевский Д.М. Гидроэкология: системный подход к управлению водными ресурсами. // Инженерная экология, №1, 2002 г. СС. 2-19.

76. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13.10.2008 г. N 1485-р «О программе • мероприятий по экологическомусопровождению подготовки и проведения XXII Олимпийских зимних игр и XI Паралимпийских зимних игр 2014 года в г. Сочи».

77. Свами М., Тхуласираман К. Графы, сети и алгоритмы. М.: Мир, 1984-444 с.

78. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981. - 720 с.

79. Томлинсон, Роджер Ф. Думая о ГИС. Планирование географических информационных систем: руководство для менеджеров. Пер. с англ. М. Дата+, 2004. - 325 с.

80. Управление водными ресурсами России (под общ. редакциейд.т.н. Хамитова Р.З.). М.: АМА-Пресс, 2008 г. - 288 с.

81. Федеральный закон от 21 июля 1997 г. N 117-ФЗ "О безопасности гидротехнических сооружений" (с изменениями от 18 декабря 2006 г.).

82. Хамитов Р.З., Павлов C.B., Гвоздев В.Е., Васильев А.Н., Иванов И;Г. Создание геоинформационной модели Республики Башкортостан-//Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес: Всероссийский форум. —Москва, 1995. — С. 26-27.

83. Хомяков. Д.М:, Хомяков П.М: Основы системного анализа М.: МРУ. 1996 108 с.

84. Христодуло О.И., Павлов C.B., Галямов С.Р., Рингвальд Ф. Геоинформационные технологии в помощь экологам // Табигат 2006. - №6. -С. 13-15. ,

85. Что такое, ArcGIS: описание программных: продуктов семейства ArcGIS:// Copyright 2001-2002 ESRI. 45 с.

86. Шахов И.С. Водные ресурсы и их рациональное использование. — Екатеринбург: Изд-во "АКВА-ПРЕСС" 2000; - 289 с:

87. Шахраманьян М.А. ГИС для прогнозирования чрезвычайных ситуаций // Компьютера М.: Новые технологии, 2001. - №47. - С. 23-26.

88. Шахраманьян М.А. Новые информационные технологии в задачах обеспечения национальной- безопасности России (природно-техногенные аспекты). -М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2003. 398 с.

89. Шекхар Ш., Чаула С. Основы пространственных баз данных. /Пер. с англ. М. КУДИЦ-ОБРАЗ, 2004. - 336 с.

90. Arc View GIS.The Geographic Information System for Everyone. ESRI, Inc. USA, 1996. 350 p.

91. ArcGIS, . правила топологии базы геоданных // Copyright 2004;1. ESRI.

92. Arctur D., Zeiler M. Designing Geodatabases: Case Studies in GIS Data Modeling. ESRI, Inc., 2004. 250p.

93. Brekotkin V.E., Efremova O.A., Gvozdev V.E., Pavlov S.V, Nikitin A.B. Creating the functional and information models of Computer-Aided1.formation-Communication System for Control of Water Resources (CAICS CWR) // USATU, CSIT'2005, v.2, p. 248-252

94. Chen Y. GIS and Remote Sensing in Hydrology, Water Resources and Environment. IAHS, 2004. 432p.

95. Childs C. Interpolating surfaces in ArcGIS Spatial Analyst. // ArcUser, July September 2004, p. 32-35.

96. Crosier S. Getting Started With Arcgis: ArcGIS 9. ESRI, 2004. 265p.

97. David W. S. Wong, Jay Lee. Statistical Analysis of Geographic Information with ArcView GIS and ArcGIS. John Wiley & Sons, 2005. 464 p.

98. DeBarry P.A., Quimpo R.G. Gis Modules and Distributed Models of the Watershed: Report. ASCE Publications, 1999. 120p.

99. Egenhofer, J. M. & Franzosa, R. D. (1991), Point-set topological spatial relations. International Journal of Geographical Information Systems, Vol. 5, No. 2, pp. 161-174.

100. Gvozdev V.E., Krymsky V.G., Pavlov S.V., Khamitov R.Z., Nikitin A.B. Computer-Aided Information-Communication System for Control of Water Resources // USATU, CSIT'2005, v.2, p. 230-234

101. Halpin T. Using object Role Modeling to Design Relational Databases. Interview. // DBMS, 1995. V.8, № 9 (September). P.38

102. Hutchinson, M. F. 1993. Development of a continent-wide DEM with applications to terrain and climate analysis. In Environmental Modeling with GIS, ed. M. F. Goodchild et al., 392-399. New York: Oxford University Press.

103. Hutchinson, M. F. and Dowling, T. I. 1991. A continental hydrological assessment of a new grid-based digital elevation model of Australia. Hydrological Processes 5: 45-58.

104. Hutchinson, M.F. 1988. Calculation of hydrologically sound digital elevation models. Paper presented at Third International Symposium on Spatial Data Handling at Sydney, Australia.

105. Hutchinson, M.F. 1989. A new procedure for gridding elevation and stream line data with automatic removal of spurious pits. Journal of Hydrology 106:211-232.

106. Inmon, W.H., 2002. Building the Data Warehouse, 3rd edition. Wiley. KHEOPS Technologies, 2005. JMap Spatial OLAP Extension.

107. JohnL. Kelley. General Topology. Springer-Verlag, New York, 1955.

108. K. Bennis et al. GeoGraph: A topological storage model for extensible GIS. In Auto-Carto 10, pages 349-367, March 1991.

109. Kang-Tsung Chang. Introduction to Geographic Information Systems. McGraw-Hill Higher Education, 2006. 450 p.

110. Kovar K., Nachtnebel H. P. Application of Geographic Information Systems in Hydrology and Water Resources Management. International Association of Hydrological Sciences, 1996. 724p.

111. LGS Group, 2000. Analysis of health surveillance business intelligence tools & applications. Final report for Health Canada.

112. Lyon J G. GIS for Water Resources and Watershed Management. CRC Press, 2003.

113. Maidment D.R. Arc Hydro: GIS for Water Resources. ESRI, Inc, 2002. 220p.

114. Ormsby T. Getting to Know ArcGIS Desktop: Basics of ArcView, ArcEditor, and Arclnfo. ESRI, 2004. 588p.

115. Peng Z-R. Tsou M-H. Internet GIS: Distributed Geographic Information Services for the Internet and Wireless Networks. John Wiley and Sons, 2003. 720p.

116. Price M.H. Mastering Arcgis. McGraw-Hill, 2006.

117. Raza, A., Object-oriented temporal GIS for urban applications. PhD Thesis, ITC Publication Number 79, 2001.

118. Singh Vijay P., Fiorentino M. Geographical Information Systems in Hydrology. Springer, 1996. 443p.

119. Understanding ArcSDE: ArcGIS 9. ESRI Press, 2004. -60 p.

120. Ward Andrew D., Elliot William J. Environmental hydrology. Boca Raton, Fla. : Lewis Publishers, 1995.

121. Zeiler, M., Modelling our world. USA: Environmental Systems Research Institute, Inc., 1999