В понятии «умный город» слово «город» до определенной степени условно. Прежде всего мы говорим о территориях, управление которыми требует решения порой специфически, но всегда комплексных задач, как правило требующих привлечения информационных технологий. В данном случае директор Керженского заповедника Елена Коршунова и научный сотрудник заповедника Лю дмила Новикова обсуждают с Intelligent Enterprise перспективы ГИС‑технологии.

Intelligent Enterprise: Какие задачи могут быть решены с помощью ГИС‑систем?

Людмила Новикова: Для начала еще раз определим, что такое ГИС. С формальной точки зрения ГИС — это технология, используемая для картографирования и анализа объектов реального мира, в том числе и в трехмерном измерении. ГИС-технологии широко применяются практически во всех сферах, использующих пространственную информацию, для решения задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением природной средой и территориальной организацией.

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде тематических слоев, соединяемых друг с другом с помощью привязки к географической системе координат. Благодаря пространственной привязке данных и наложению тематических слоев друг на друга ГИС позволяет визуально представлять информацию таким образом, чтобы становились очевидными пространственные взаимосвязи объектов, свойства и тенденции, которые нельзя заметить, пользуясь лишь текстовыми файлами или электронными таблицами.

Таким образом, ГИС — не просто разновидность пользовательского интерфейса. Это функциональный аналитический инструмент. Его применение тесно связано с возможностями анализа пространственного размещения объектов и выявления имеющихся взаимосвязей. На основе полученных отчетов можно создавать двух- и трехмерные изображения, графики и таблицы, отражающие состояние объектов и их влияние друг на друга. Кроме того, ГИС-технология позволяет создавать картографическую продукцию высокой степени достоверности.

Чего удалось достичь в Керженском заповеднике с помощью ГИС‑системы?

Людмила Новикова: ГИС‑системы применяются в Керженском заповеднике очень широко и используются в работе практически всех отделов. Основные направления применения ГИС в заповеднике:

  • создание и редактирование векторных электронных карт;
  • мониторинг изменения состояния природных комплексов;
  • выполнение пространственного и статистического анализа;
  • формирование тематических слоев и баз данных по учетам животных, картированию растений, нарушениям режима заповедника, хозяйственной деятельности на территории и мероприятиям по охране заповедника.

Что касается научной работы, то по этому направлению ГИС используется для выявления различных тенденций в экосистемах, например:

  • анализ изменений русла р. Керженец;
  • дешифрование и анализ космических снимков для оценки состояния природных комплексов после пожаров 2010 г.;
  • подготовка карты растительности и ландшафтной карты территории заповедника и биосферного резервата «Нижегородское Заволжье»;
  • пространственный анализ размещения животных.

При разработке экскурсионных маршрутов отдел экологического просвещения также использует ГИС‑системы. Для охраны территории заповедника составляются базы данных по нарушениям режима заповедника. С помощью GPS-навигаторов инспекторы, проводя рейды, отмечают точки, на которых были выявлены нарушения; записывается маршрут патрулирования, а затем через ГИС‑системы проводится контроль и анализ результатов.

В отделе обеспечения основной деятельности GPS-навигаторы используются при передвижении транспортных средств, а с помощью ГИС можно контролировать их перемещение, что повышает уровень дисциплины. Кроме того, ГИС способствует планированию хозяйственной деятельности на территории и размещения объектов инфраструктуры заповедника.

Иными словами, эффективность применения ГИС‑системы возрастает, когда мы имеем возможность сопрягать с ГИС другие технологии. В данном случае имеется в виду интеграция с системой GPS-навигации.

Если проанализировать ситуацию в целом, то мы придем к выводу, что использование ГИС-технологии значительно повышает скорость принятия решений и эффективность оперативной работы, способствует принятию оптимальных управленческих решений и обеспечивает необходимый контроль.

Как происходит взаимодействие между ГИС и спутниковыми системами?

Людмила Новикова: Вся научная работа, а также многие виды деятельности Керженского заповедника ведутся с применением GPS-навигаторов. Например, такая аппаратура ис­пользуется при ежегодных зимних маршрутных учетах охотничье-промысловых зверей. Для этого каждый учетчик получает навигатор и проходит с ним маршруты, записывая в память навигатора не только трек маршрута, но и все точки, где встречаются следы учитываемых зверей. По окончании учетов вся информация с навигаторов переписывается в компьютер, а потом интегрируется в ГИС и базы данных и там уже обрабатывается.

Кроме того, применяется «обратный процесс» — загрузка в навигатор точек и треков. Это требуется, например, при планировании научных исследований, когда точки или маршруты, которые необходимо найти на местности, сначала отмечаются на космических снимках, а затем загружаются в GPS.

В каких ситуациях, по вашему мнению, потенциал ГИС‑систем используется наиболее полно? Можете ли вы привести примеры из личного опыта?

Людмила Новикова: Я полагаю, что весь потенциал ГИС‑систем (как чисто технический, так и организационный) был максимально реализован при организации работ по тушению пожаров в 2010 г.

При тушении крупных лесных пожаров в Нижегородском Заволжье в оперативном порядке создавались рабочие схемы с текущими данными о пожарах. На схемах отображались снимки из космоса с указанными на них действующими очагами пожаров, получаемые от «Сканекс», векторные слои создаваемых минерализованных полос и линий отжигов, полученные с помощью прохождения их с GPS-навигаторами. Для дополнительной ориентировки отображались различные топографические слои (дороги, реки, квартальная сеть) и градусная сетка. Люди, находясь на местности, могли по GPS определить координаты, на схеме с помощью градусной сетки найти свое местонахождение и передать оперативные данные о пожарной обстановке.

Таким образом, ситуация лета прошлого года хорошо показала, что современные технологии работы с пространственными объектами, применяемые в комплексе, позволяют одновременно резко повысить оперативность и качество управления. А тогда это, без всякого преувеличения, было самым актуальным вопросом.

Насколько ГИС-технологии способствуют лучшему привлечению к решению задач внешних ресурсов (населения или внешних специалистов)?

Елена Коршунова: Благодаря ГИС-технологии к решению задач удается активнее привлекать другие сторонние ор­ганизации. Так, например, к оценке размеров ущерба после пожаров 2010 г. путем дешифрирования космических снимков было подключено НП «Прозрачный мир», а для составления ландшафтной карты — специалисты географического факультета МГУ.

Людмила Новикова: Население также может подключиться к решению различных задач заповедника «Кержен­ский» и биосферного резервата «Нижегородское Заволжье». Оно может содействовать охране территорий, например, сообщая координаты мест нарушений природоохранного законодательства. Возможна и другая помощь — в изучении состава и состояния животного и растительного мира, а именно сбор информации о местах встреч редких видов животных и растений.

Насколько в этом отношении важны распространенные технологические инструменты, внешние по отношению к предприятию? Например, возможности Интернета в виде социальных сетей, форумов, открытых картографических ресурсов (Google, Яндекс и пр.), смартфонов и иных мобильных устройств?

Елена Коршунова: Возможности Интернета в виде открытых ресурсов космической съемки Google были использованы при анализе данных «Сканекс» по мониторингу пожаров, а также при обсуждении функционального зонирования пос. Рустай совместно со специалистами администрации городского округа г. Бор.

Людмила Новикова: Интересные перспективы открывает создание ГИС-портала заповедника в Интернете. Основная цель таких порталов заключается в создании свободного доступа органов государственной власти, организаций и граждан к пространственным данным, их эффективное использование, а также обмен геоинформационными ресурсами и информацией. Web-порталы по геоинформационным ресурсам существуют в некоторых странах. В США, например, создан государственный правительственный портал. В России развиваются ГИС-порталы компаний, работающих с пространственной информацией, ГИС-порталы городов и регионов.

Важная для заповедника задача — составление баз данных по биоразнообразию. Каким образом в Керженском заповеднике реализуется этот проект? Какова роль ГИС в составлении БД?

Людмила Новикова: Практически для всех направлений научных исследований заповедника разработаны специфические формы баз данных. Первоначально в полевых условиях происходит описание природных объектов. Записываются свойства этих объектов по всем пунктам соответствующей формы БД. При этом с помощью GPS-навигаторов фиксируются географические координаты природных объектов.

Информация о компонентах биоразнообразия, собранная в полевых условиях, в дальнейшем интегрируется в ГИС. БД составляются в форме географически привязанных векторных слоев трех типов — точечных, линейных и полигональных в зависимости от типа данных. Например, БД с результатами учета каких‑либо животных будет иметь точечный формат (точки — места встреч животных), БД по маршрутам учета — линейный, а по учетным площадкам — полигональный. Таким образом, ГИС связывает объекты на карте с информацией об этих объектах, называемой атрибутами. С векторным слоем в ГИС связана так называемая атрибутивная таблица, где каждому объекту, например каждой точке, соответствует строка в таблице. Каждый столбец таблицы служит для описания какого‑либо свойства объекта, где кратко и стандартными формулировками отмечаются признаки данного объекта. Например, в поле «Тип встречи животного» указывается «Визуальная встреча», «Следы животного» либо «Голос животного». Таким образом, база данных состоит из самих объектов, отображаемых на карте (позиционная часть БД), и связанной с ними атрибутивной таблицы (семантическая часть БД).

Разумеется, работа со всем объемом этой информации в форме одной огромной таблицы не всегда бывает удобна. В таком случае слишком громоздкие БД можно хранить во внешних базах, а в ГИС — только векторный слой объектов с координатной привязкой и уникальными идентификационными номерами для каждого объекта, соответствующими номерам во внешней БД. При необходимости внешнюю БД всегда можно присоединить к векторному слою либо целиком, либо лишь необходимую ее часть, либо даже несколько внеш­них БД. Атрибутивную информацию о географических объектах может дополнять сопровождающая информация. Например, полные тексты паспортов на памятники природы привязаны к соответствующим объектам векторного слоя границ ООПТ.

Векторные слои в ГИС можно накладывать друг на друга и сравнивать данные, например, по одной теме за разные годы.

Каким образом создается слой «Особо охраняемые природные территории»? Как граждане оповещаются об их существовании и географическом месторасположении?

Людмила Новикова: ООПТ — участки, на которых располагаются природные комплексы и объекты, имеющие особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение. ООПТ создаются специальными решениями органов власти, на этих территориях устанавливается особый режим охраны и использования природных ресурсов.

На первом этапе границы ООПТ оцифровываются в ГИС на фоне предварительно привязанных планов лесонасаждений. Затем происходит совмещение: векторный слой накладывается на космоснимки и корректируется по видимым на снимках естественным границам. Так мы компенсируем неточность планов лесонасаждений.

Что же касается мониторинга и охраны ООПТ, то ГИС и спутниковые навигаторы существенно расширяют наши возможности в этой сфере. Стоит отметить, что современные технологии используются не только в работе сотрудников природоохранных организаций, но и для профилактики нарушений режима ООПТ.

С какими проблемами пришлось столкнуться при реализации проекта?

Елена Коршунова: Особенно серьезной проблемой для нас стало использование партнерами разного программного обеспечения для работы с ГИС‑системой.

Другая трудность при реализации программы была связана с имущественным авторским правом на продукты различных государственных учреждений. На наш взгляд, все продукты, созданные на средства бюджетов всех уровней государственными учреждениями, за исключением имеющих гриф «секретно» или представляющих коммерческую тайну, должны находиться в общегосударственной собственности и быть доступны пользователям бесплатно. Однако пока это не так.

Насколько широкое применение находят аналогичные системы в других российских заповедниках? Используются ли такие решения в других государствах?

Людмила Новикова: Потребность в управлении географической информацией привела к широкому распространению ГИС-технологий во всем мире. Сегодня ГИС‑системы находят широкое применение в большом спектре задач. Это картография, геология, метеорология, землеустройство, экология, муниципальное управление, транспорт, экономика и оборона.

Во многих государствах созданы национальные и региональные организации, в задачи которых входит развитие исследований, связанных с ГИС и автоматизированной картографией. Для этих целей разрабатывается правовая база, производится мощное аппаратное и программное обеспечение, налажена подготовка специалистов.

ГИС‑системы также активно применяются во многих российских заповедниках. Например, активное развитие ГИС-тех­нологии получили в таких заповедни­ках, как Центрально-Лесной, Ал­тайский, Денежкин Камень и др.

Помогают пользоваться ГИС‑системами и свободно распространяемые программ­ные продукты. Например, в Керженском заповеднике для работы с пространственными данными помимо лицензионного приложения ArcView применяется бесплатное ПО Quantum GIS.