Глава 3. Геоинформационные системы – интегрирующее ядро мониторинговой системы биоразнообразия

Цель формирования и ведения мониторинговой системы, как это определяется в документе «Национальная стратегия и План действий по сохранению биоразнообразия России, 2001», прежде всего связана с инвентаризацией биоразнообразия на популяционном, видовом и экосистемном уровнях, инвентаризацией почв, а также с выявлением и оценкой состояния особо ценных, редких и находящихся под угрозой исчезновения объектов биоразнообразия, и в первую очередь в регионах с высокой степенью деградации экосистем для последующих управленческих воздействий на природные, политические, социальные и экономические механизмы, позволяющие обеспечить сохранение биоразнообразия на Земле. Система мониторинга не должна ограничиваться только собственно вопросами биоразнообразия (это не изолированная система). Более того, можно говорить о том, что мониторинговая система сможет дать основу для научного и практического воплощения концепции «устойчивого развития» территорий и, в ее рамках, обеспечения сохранения биоразнообразия [Тикунов, Цапук, 1999].

Вначале обратимся к определению географических информационных систем (ГИС). Согласно одному из них, это «интерактивные системы, способные реализовать сбор, систематизацию, хранение, обработку, оценку, отображение и распространение данных, а также получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях» [Тикунов, 1989]. Легко заметить, что геоинформационные системы по своим функциям могут служить основой для создания систем мониторинга биоразнообразия. В задачи информационного обеспечения на основе ГИС должно входить: определение и оценка биоразнообразия; разработка рекомендаций по социально-экономическому развитию территорий с учетом экологических возможностей территории, в частности сохранения биоразнообразия; разработка рекомендаций по сохранению биоразнобразия и др.

Информационное обеспечение сохранения биоразнообразия предполагает следующее:

• анализ существующих источников информации и создание на их основе оптимальной, с точки зрения ее пользователей, мониторинговой структуры;

• анализ и интегрирование различных типов данных – литературных, статистических, картографических, аэро-, космических и др;

• сбор данных на локальном, региональном, федеральном и глобальном уровне по всем направлениям, имеющим отношение к биоразнообразию и их упорядочение в виде гипермедийной структуры;

• аккумулирование сведений отраслевых подсистем биоресурсов (земельных, лесных, водных и др.);

• систематизацию, хранение и защиту данных от несанкционированных доступов;

• поддержание данных на современном уровне (их актуализацию) и организацию системы информационного мониторинга;

• решение организационных задач по оптимизации информационных потоков по вертикали (с глобального и федерального уровней на региональный и локальный и наоборот) и горизонтали (обмен данными между субрегионами);

• контроль за функционированием информационных потоков;

• математическую обработку данных и моделирование на их основе;

• получение интегральных оценочных характеристик территории и прогнозов по сохранению биоразнообразия;

• визуализацию исходных данных, результатов их обработки и пространственного представления с использованием всего современного спектра средств;

• создание баз знаний и экспертных систем, ориентированных на сохранение биоразнообразия;

• нахождение зависимостей между различными экологическими, экономическими, социальными и другими переменными, помогающих формировать политику устойчивого развития региона;

• создание систем по поддержке принятия решений;

• подключение к национальным и международным компьютерным сетям;

• поддержание технического, программного и организационного обеспечения на современном уровне;

• открытость системы для ее дополнений и модификаций;

• составление всевозможных докладов, сводок, отчетов и графической документации для специалистов, руководящих работников и представителей общественности;

• организацию обучения практическому использованию системы информационного обеспечения лиц, принимающих решения;

• подготовку и переподготовку специалистов по биоразнообразию в рассматриваемой области.

Мониторинговую систему целесообразно создавать как иерархически организованную, гипермедийную, представляющую комплексную информацию об экологических проблемах сохранения биологического разнообразия и о самом биоразнообразии разных уровней (разнообразие видов, разнообразие сообществ и экосистем), отнесенную к планетарному, субпланетарному, федеральному, региональному, районному и локальному уровням. Основные блоки системы представлены на рис. 3.1.

Рис. 3.1.

Таким образом, основными блоками мониторинговой системы должны быть прежде всего банк данных и знаний. Банк данных и знаний может включать в себя целый набор разнообразных баз, находящийся под управлением системы управления базами данных (СУБД).

Блок сбора данных призван обеспечить получение содержательных сведений (литературных, статистических, картографических, аэро-, космических и др.) с их пространственно-временной привязкой и выходными характеристиками. Здесь важно отметить, что территориальная упорядоченность сведений важна не только с точки зрения унификации их сбора, но и установления оптимального соответствия размерам исследуемых систем. Это же справедливо и для временного аспекта. С целью изучения пространственно-временных аспектов развития географических систем важна организация данных с показом ретроспективы и прогноза развития этих систем. В специальной базе данных должны быть упорядочены сведения о временных рядах, их согласованности между собой. При этом не везде требуется одинаковая периодичность и единовременность сбора сведений, поскольку известно, что одни показатели по сравнению с другими могут быть намного более динамичными. С нашей точки зрения следует использовать опыт GRID UNEP по сведению разнородных по территориальному охвату, достоверности, точности, содержательной ориентации и т. д. данных в единую систему. Основой такой интеграции может стать картографическая инвентаризация материалов и создание специальной серии карт или атласа тематических электронных карт на территорию региона и его частей. Особое внимание следует уделять возможности получения ранее накопленных сведений и знаний о биоразнообразии и налаживании системы их регулярного пополнения.

Блок обработки, пространственно-временного анализа и моделирования. В пределах данного блока могут реализоваться все методы пространственно-временных исследований: описательные, картографические, математические, дистанционные, ландшафтно-геохимические, геофизические и др., причем в разных их сочетаниях [Дьяконов, Касимов, Тикунов, 1996]. В геоинформационном плане это могут быть как простые перекодировки данных с целью обеспечения функционирования техники, или приведения данных к сопоставимому виду, восстановления пропущенных значений во временных рядах и др., так и синтезирование различных показателей, например для получения интегральных оценок состояния природной среды, типов и степени антропогенного воздействия на природу и др. (более подробно см.: [Тикунов, 1997]. В этих случаях блок моделирования становится далеко не тривиальным и требующим привлечения различных видов моделирования, например, математико-статистического, имитационного, оптимизационного, математико-картографического и т. д. [Жуков, Сербенюк, Тикунов, 1980; Тикунов, 1997]. Расчет по соответствующим программам предполагает содержательную оценку получаемых результатов, то есть специальных географических знаний.