Интеграция географической информационной системы ФАО с биокадастром (Буханевич И.Б., ВНИРО) (УДК 341.16:339.002.66)

Новое мышление, парижская хартия государств Европы, США и Канады 1990 г. сделали возможным широкий обмен научными идеями, проектами между нашей страной, ее научными учреждениями и другими странами Европы и мира, а также международными организациями. Еще в 1988 г. в ФАО (ООН) была разработана специальная географическая система (ГИС) - Geographic Information Systems in FAO. FAO, Rome, 1988, основные аспекты которой излагаются в публикуемой ниже статье. В свою очередь, в нашей стране еще в 70-е годы профессором В. В. Ивченко (АтлантНИРО) и его научной школой были начаты биокадастровые исследования.

Взаимному обогащению этих крупномасштабных работ и посвящается данная статья.

Как известно, основной задачей ФАО является (в соответствии с ее уставом) сбор, обработка, анализ и передача информации в области рыбного хозяйства, а также сельского и лесного.

В течение почти полувекового существования этой организации она стала депозитарием и распространителем гигантских объемов информации не только в виде статистических выборок, но и в виде географических карт с введением в них разнообразных сведений по природным ресурсам нашей планеты.

Вполне понятно, что это вызвало необходимость использовать новые подходы к организации интегрированной базы географических сведений в виде специальной географической информационной системы (ГИС), которая была разработана в ФАО с 1984 по 1988 г.

В настоящее время ГИС представляет собой глобальную компьютерную систему сбора, хранения, обработки и выдачи информации о земном шаре, получаемой с помощью средств дистанционного сбора данных. По существу, ГИС является системой управления базой данных (СУБД), созданной для обработки пространственных данных. СУБД содержит также методики для проверки точности собранных данных.

Главная задача ГИС - обеспечение средств получения большого количества информации разного типа, создание на ее основе совместных серий данных, объединение данных и выдача результатов на карту. Некоторые стандартные возможности ГИС:

• составление интегрированных карт в различных масштабах, разных проекциях или с разными обозначениями;
• наложение разных типов карт данного района для составления новой карты, объединяющей сведения разных карт. Например, карту растительности можно наложить на карту почв;
• нанесение границ буферных, или сходных, зон или полигонов на карты; эта методика используется для обнаружения районов в пределах определенного расстояния от дорог, рек и т. д. или районов со сходными условиями; такие буферные зоны могут, в свою очередь, использоваться для дальнейшего наложения;
• изменение масштаба, проекции, обозначений и т. д. на картах.

Ввод данных включает преобразование данных карт, полевых наблюдений, обработанных спутниковых изображений и аэрофотоснимков в соответствующую цифровую форму. Для этого существует несколько способов.

В настоящее время в большинстве ГИС используется ручное преобразование вводимых карт. Это означает, что карту надо разложить на большом плоском координатном столе и с помощью небольшой визирной линейки проследить тысячи мелких линий, составляющих карту. Причем линии не должны преобразовываться в цифры дважды или пропускаться, все пересечения следует отмечать и не допускать пробелов на линиях.

Хранение данных и управление базой данных является функцией системы ГИС. Благодаря этому осуществляется обработка и структурная организация данных в компьютере и доступ пользователя к системе.

Обработка данных включает два типа операций. Первый - подготовка данных путем устранения погрешностей, уточнения или подгонки к другим данным, второй - анализ данных для обеспечения ответов на вопросы пользователей. Обработка может затрагивать как пространственные, так и непространственные данные, или те и другие. Типичные операции включают наложение различных карт, вычисление площади и расстояния, накопление статистической информации о характеристиках, изменение обозначений, масштаба, проекции карт, графическое изображение и составление трехмерных объемных чертежей с использованием соответствующих данных.

ГИС решает проблему графической презентации карты двумя способами: в виде растра или в векторной форме.

В виде растра карта изображается геометрическим рядом прямоугольных или квадратных клеток, каждая из которых имеет свою величину. В векторной системе используется серия прямолинейных отрезков, называемых векторами. Координаты X и У на конце каждого вектора преобразуются в цифровую форму и накапливаются, а соединение их передается посредством точек на базе данных.

Одним из главных применений ГИС является моделирование, т. е. создание моделей реального мира по цифровой базе данных и использование этих моделей для воспроизведения влияния специфических процессов в течение определенного периода времени при данном сценарии. Моделирование представляет собой мощный механизм при анализе тенденций и определении факторов, влияющих на них, или для выявления возможных последствий определенных решений и проектов по планированию для ресурсов и управления.

На национальном и локальном уровнях возможности применения ГИС практически не ограничены. Например, для того чтобы выявить наилучшие потенциальные районы для выращивания конкретных сельскохозяйственных культур, осуществляющая планирование организация может использовать базы географических данных, которые объединяют сведения о почвах, топографии, атмосферных осадках для определения размеров и местоположения биологически подходящих районов. Путем наложения этой карты на карты земельных угодий и транспортных инфраструктур (наличие трудовых ресурсов и расстояние от центров сбыта) могут быть даны более точные рекомендации. Кроме того, пользователь может изменить характеристики различных атрибутов по времени и определить возможные последствия изменений обстоятельств, например, влияние засухи, повышение или падение цен на местном и мировом рынках, появление новых дорог.

Планирование рыболовства также может осуществляться с помощью объединенных географических и статистических баз данных, позволяющих составлять карты динамики популяции важных промысловых видов или прогнозировать долговременные последствия программ восстановления запасов, или проследить экономические и экологические последствия выпадения кислотных дождей для рыбных ресурсов (Geographic Information Systems in FAO, Rome, Italy, 1988).

В перспективе ГИС может трансформироваться в Географическую информационную систему всего земного шара. Для решения этой важнейшей задачи может оказаться полезным включение в ГИС советской программы "Государственного кадастра и учета рыб и других промысловых гидробионтов" (биокадастр).

Государственный учет и кадастр рыб и других промысловых гидробионтов ведется как раздел Государственного кадастра животного мира СССР в соответствии с Законом СССР "Об охране и использовании животного мира" и постановлением Совета Министров СССР "О порядке ведения государственного учета животных и их использования и государственного кадастра животного мира" для обеспечения охраны и организации рационального использования животного мира. Ведение кадастра по рыбам, промысловым водным беспозвоночным и промысловым морским млекопитающим возложено на ВНИРО в качестве головной организации, научно-производственное объединение по рыбоводству, бассейновые рыбохозяйственные институты Минрыбхоза СССР, республиканские институты рыбного хозяйства.

Кадастровая информация предназначена для работников рыбохозяйственных учреждений, организаций, объединений и предприятий, разрабатывающих и принимающих управленческие решения в области охраны и воспроизводства рыбных запасов и регулирования рыболовства.

Характер и структура кадастров рыб и других промысловых гидробионтов определяют следующие основные принципы его формирования:

• целенаправленность - ориентация на решение конкретных природоохранных и рыбохозяйственных задач;
• избирательность - ограничение объема и характера собираемой и обрабатываемой информации данными, необходимыми для решения указанных задач в настоящее время и в ближайшей перспективе;
• обобщенность - хранение и исследование сведений проверенной, обобщенной информации, за достоверность которой несут ответственность предоставившие эту информацию учреждения и организации.

Задача кадастра рыб и других промысловых гидробионтов, характер и объем информации предполагают ведение кадастра с использованием ЭВМ в виде базы данных на машинных носителях информации.

База данных и программное обеспечение кадастра рыб и других промысловых гидробионтов должны удовлетворять следующим основным требованиям: доступность широкому кругу пользователей, в том числе не имеющим квалификации программиста и опыта использования ЭВМ; возможность избирательного использования информации; возможность математической (статистической) обработки информации; компактность хранения; быстродействие.

Последние два требования имеют особенно большое значение при работе как на вычислительном центре коллективного пользования, так и на персональных компьютерах. До настоящего времени обработка кадастровой информации на ЭВМ ЕС-1046 производилась с помощью пакета прикладных программ "Record". Начиная с 1991 г. планируется постепенный перевод ведения баз данных с машин серии ЕС на IBM - совместимые персональные компьютеры.

Основными источниками кадастровой информации являются бассейновые управления Главрыбвода Минрыбхоза СССР, бассейновые и республиканские рыбохозяйственные институты.

Кадастр рыб и других промысловых гидробионтов реализован в настоящее время в виде двух баз данных: "Состояние рыбных запасов" и "Воспроизводство рыбных запасов".

База данных "Состояние рыбных запасов" содержит информацию об уловах рыб и других объектах промысла по видам в 412 водоемах и рыболовных зонах внутренних водоемов и окраинных морей СССР за 1974-1989 гг., данные о биологическом состоянии популяций основных промысловых рыб за 1983-1989 гг. по материалам бассейновых управлений Главрыбвода и за 1981-1989 гг. по материалам рыбохозяйственных институтов. База данных "Воспроизводство рыбных запасов" включает информацию о производстве и выпуске молоди рыб в водоемы за 1979-1989 гг. и комплексную информацию о результатах работы рыбоводных предприятий в 1986-1989 гг.

Результаты работ по ведению кадастра были доложены на первом и втором всесоюзных совещаниях по кадастру животного мира (Буханевич, Эрман, 1986, 1989; Буханевич и др., 1989) и опубликованы в этом и других изданиях (Ивченко, 1986, 1989, 1990).

В настоящее время производится расширение и углубление рыбохозяйственной кадастровой информации, создание биоэкономических кадастров Мирового океана и внутренних водоемов СССР.

Государственный учет и кадастр рыб осуществляются на тех водоемах, где регулярно ведутся рыбохозяйственные исследования, и охватывают основные промысловые виды рыб, составляющие в сумме не менее 80 % уловов, а также особо ценные виды (осетровые, лососевые) независимо от объема добычи.

Для учета и кадастра рыб используются данные по сырьевым запасам, условиям воспроизводства и нагула основных промысловых видов, гидрологической, гидрохимической и другим характеристикам водоема, полученным исследователями при выполнении плановой тематики института.

Для ведения кадастра разработаны единая программа и стандартные табличные формы, предусматривающие ежегодный учет исходной и расчетной информации:

• видового состава улова;
• абсолютной численности ихтиомассы;
• коэффициентов годовой убыли от естественной и промысловой смертности по возрастным группам; численности молоди;
• биомассы кормовых организмов для отдельных видов рыб;
• состояния промысловых стад и возможных резервов вылова;
• показателей среды обитания рыбы, максимальных концентраций загрязняющих веществ;
• работ по воспроизводству рыбных запасов.

Кроме того, разработана текстовая форма, включающая краткие рефераты (не более 800 символов) следующих характеристик:

• состояние водоема на год исследования (изменения гидрологического, гидрохимического, гидробиологического режима, антропогенное влияние);
• состояние популяций основных видов (отдельная таблица по каждому виду);
• рекомендации.

Ведение кадастра рыб предусматривает на основе собираемой информации подготовить раздел в Книге животных СССР, которая будет представлять книжную форму хранения краткой кадастровой информации о систематическом положении, численности, распространении экологических особенностях, хозяйственном использовании, необходимых мерах по охране, воспроизводству и рациональному использованию всех видов животного мира СССР. Книга послужит информационной базой для дальнейших научных исследований по ряду направлений зоологии, охране и рациональному использованию природных ресурсов. Общее научно-методическое руководство по составлению и ведению Книги животных СССР осуществляет Секция кадастра и учета животного мира Научного совета АН СССР по проблеме "Биологические основы освоения, реконструкции и охраны животного мира". В связи с подготовкой раздела "Рыбы" в Книге животных СССР планируется ввести две табличные формы, характеризующие полный видовой состав ихтиофауны водоемов, систематическое положение, русское и латинское названия вида, а также объемы зарыбления по видам, возрастам, промысловый возврат.

В заключение следует подчеркнуть, что по мнению ФАО, данные по биокадастру обрабатываются в СССР на требуемом ФАО научном уровне и без затруднений могут быть введены в ГИС по рыболовству.

С этой целью ФАО рассматривает возможность предоставления ВНИРО программного обеспечения и компьютерного оборудования. Таким образом, проект биокадастра постепенно приобретает не только всесоюзное, но и мировое значение.