Курсовая работа: Применение цифровых приборов при экологических исследованиях

Данные среднего пространственного разрешения (~ 250-500 м), к числу которых относятся наблюдения, проводимые спутниковыми системами Terra/Aqua-MODIS и Envisat-MERIS. Эти системы, как правило, способны обеспечить глобальное покрытие в течение 1-3 дней и также проводят измерения в широком диапазоне длин волн.

Данные высокого пространственного разрешения (~ 20-50 м), обеспечивающие, как правило, частоту наблюдений одной территории не чаще чем один раз в две недели. К спутниковым системам этого класса, в частности относятся Landsat-TM/ETM+, SPOT-HRV/HRVIR, Terra-ASTER, Метеор-3М/МСУ-Э.

Данные сверхвысокого пространственного разрешения (~ 1-3 м), применяемые, как правило, для выборочных наблюдений на нерегулярной основе. К их числу, в частности, относятся спутниковые системы IKОNOS, Quick Bird и SPOT-HRG.

Комбинированное использование спутниковых данных указанных выше групп, в совокупности с наличием соответствующих алгоритмов анализа данных и методов пространственного моделирования, позволяет спроектировать систему мониторинга наземных экосистем Северной Евразии, обеспечивающую квазинепрерывность наблюдений при субконтинентальном охвате территории и получении в ряде случаев детальных характеристик ключевых объектов и явлений.

В настоящее время спутниковые данные и результаты их обработки поступают в систему из центра приема ИКИ РАН и центров сбора и обработки данных различных российских институтов (ИСЗФ СО РАН, ИОА СО РАН, ИКФИА СО РАН и др.). В систему также поступают данные из специализированных Российских и международных центров приема, обработки и распространения спутниковых данных. При этом комплекс работ по созданию TerraNorte не предусматривает разработки новых технических и программных средств сбора и предварительной обработки спутниковых данных, а реализация соответствующей подсистемы основывается на тесной интеграции TerraNorte с комплексом разработанных в ИКИ РАН автоматических технологий обработки различных типов спутниковых данных.

Подсистема анализа данных и моделирования процессов в наземных экосистемах предназначена для создания производных информационных продуктов высокого уровня на основе банка данных TerraNorte с использованием специализированных алгоритмов тематического анализа и математических моделей и включает в себя, в частности, следующие типы моделей:

1. модели продукционных процессов в наземных экосистемах;

2. модели сукцессонной динамики растительности;

3. модели взаимодействия наземных экосистем и климата;

4. модели оценки компонентов цикла углерода и других биогеохимических циклов;

5. модели циклов энергии и воды.

Структура информационной системы TerraNorte включает в себя ряд рассмотренных ниже компонентов, а именно:

1. Банк данных

2. Геоинформационная система

3. Подсистема удаленного доступа к данным

Банк данных является ядром информационной системы TerraNorte. Геоинформационная система предназначена для осуществления двух основных функций, а именно для обеспечения доступа локальных пользователей к банку данных TerraNorte, а также для проведения пространственного анализа и моделирования с целью получения производных информационных продуктов второго и более высокого уровней на основе различных пространственных данных. Подсистема удаленного доступа к данным на основе Интернет-технологий обеспечивает пользователям возможность получения как собственно информационных продуктов из банка данных, так и данных в виде табличных и графических документов, синтезируемых в соответствии с запросами пользователей. В настоящее время пользователи могут получить доступ к информационной системе TerraNorte через web-сайт по адресу http://terranorte.iki.rssi.ru.

Особенности программно-аппаратной реализации системы TerraNorte

Техническая реализация информационной системы TerraNorte основана на объединенном использовании нескольких файл-серверов, обеспечивающих хранение содержимого банка данных. При этом данные распределены между серверами в соответствии с их статусом (входные, промежуточные, выходные), типом (спутниковые, картографические, табличные) и форматом хранения (СУБД, бинарные файлы, файлы в формате ГИС-пакетов и др.)

Доступ конечных пользователей к данным системы обеспечивается web-сервером.

Разработка информационной системы поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (проект № 04-07-90263-в).

II. Система АРМ ЭКОМ (автоматизированное рабочее место экологического мониторинга).

Программная система АРМ ЭКОМ является многофункциональной информационной системой, построенной на базе ГИС МарInfo. Назначение системы состоит в хранении, обработке и представлении цифровой картографической, экологической и других видов информации. Система позволяет:

- осуществлять сбор, классификацию и упорядочивание экологической информации;

- исследовать динамику изменения состояния экосистемы в пространстве и времени;

- по результатам анализа строить тематические карты;

- моделировать природные процессы в различных средах;

- оценивать ситуацию и прогнозировать развитие экологической обстановки.

На ГИС-основе создана база моделей природных и техногенных объектов, база данных контрольных измерений, справочники вредных веществ, содержащие значения предельно допустимых концентраций и группы лимитирующих признаков вредности. Оцифровка осуществлена послойно, т.е. каждая группа однотипных элементов (реки, озера, дороги, города, предприятия) заносятся в отдельный слой. База данных цифровой карты включает два типа картографической информации: пространственную и описательную. Преимущества ГИС состоит в связывании этих двух типов данных и поддержании пространственных связей между объектами. Описательная часть БД хранится в формате DBF, что позволяет независимо заполнять ее в других программных оболочках, например FoxPro. Это особенно актуально для результатов контрольных измерений, имеющих большой объем.

На основании базы контрольных измерений создана система мониторинга состояния окружающей среды, позволяющая оперативно оценивать экологическую ситуацию в заданном районе и представлять ее на карте.