Применение математических возможностей и средств визуализации в учебном процессе на примере ГИС «SURFER»

Рассматриваются некоторые практические вопросы использования возможностей ГИС SURFER в учебном процессе.

Визуализация пространственных данных (на примере обработки данных по радиактивному заражению тульской области)

Исходными данными является таблица следующего вида

№	Координата Х	Координата У	Уровень (Дата 1)	Уровень (Дата 2)	…	Уровень (Дата N1)
1
2
…
N

Информация, представленная в табличной форме, не наглядна и затруднена для восприятия и анализа

Визуализация данных подобного рода выполняется в два этапа:

• Создание равномерной сетки;
  
• Вывод на основе этой сетки пространственной информации в виде изолиний, заливки или поверхностей (рис. 1).
  

Построенные карты-схемы радиоактивного загрязнения территории Тульской области позволяют получить информацию об изменении во времени и пространстве этого важного экологического фактора.

Кроме непосредственной визуализации табличных данных, средствами ГИС возможно решение ряда прикладных задач. Например, используя данные о радиоактивном загрязнении, маршруте движения и средней скорости (времени в пути), можно попытаться оценить (ретроспективно) дозу облучения (рис.2).

Рис. 2 – Пример решения прогнозных задач - сечение и получение ретроспективной дозы по определенному маршруту

Математико-картографическое моделирование

Мощный математический аппарат современных ГИС-пакетов в сочетании с развитыми графическими средствами позволяет выполнять анализ и визуализацию многомерной экологической информации с использованием картографических моделей - математико-картографическое моделирование в экологии

Методы многомерного анализа данных оказались наиболее адекватным средством для перехода от набора разрозненных показателей загрязнения к обобщенным экологическим индексам и их картографическому представлению.

Изолинейное моделирование корреляционных зависимостей и их визуализация проводится в среде программного пакета Surfer фирмы Golden SoftWare.

В качестве примера реализации математико-картографической модели на основе многоуровневого алгоритма визуализации представлены экологические риски проживания в Тульской области с помощью многомерных интегральных индексов загрязнения (рис. 3-в) (с учетом основных токсикантов (рис. 3-а) и радионуклидов рис. 3-б)). Для построения интегральных индексов загрязнения окружающей среды использовались следующие показатели (учтено 380 точек замеров):

• Содержание в почве Цезия-137 Ku/кв. км.
  
• Кратность превышения содержания свинца над фоном в относительных единицах (по данным ТулНИГП)
  
• Кратность превышения содержания меди над фоном в относительных единицах (по данным ТулНИГП)
  
• Кратность превышения содержания цинка над фоном в относительных единицах (по данным ТулНИГП)
  
• Кратность превышения содержания марганца над фоном в относительных единицах (по данным ТулНИГП)
  
• Кратность превышения содержания олова над фоном в относительных единицах (по данным ТулНИГП)
  
• Выпадение на почву из атмосферного воздуха (по данным МФОЭ). Кратность превышения содержания серы в выпадениях относительно критического уровня
  
• Выпадение на почву из атмосферного воздуха (по данным МФОЭ). Кратность превышения содержания азота в выпадениях относительно критического уровня
  
• Кратность превышения содержания бензапирена относительно ПДК=10г/кв.км
  

Для построения интегральных индексов качества проживания использовались следующие показатели (учтено 120 точек замеров):

• Рождаемость
  
• Общая заболеваемость, взрослые
  
• Новообразования, взрослые
  
• Болезни эндокринной системы, взрослые
  
• Болезни крови и кроветворных органов, взрослые
  
• Болезни органов дыхания, взрослые
  
• Болезни органов пищеварения, взрослые
  
• Болезни мочеполовой системы, взрослые
  
• Общая заболеваемость, дети
  
• Новообразования, дети
  
• Болезни эндокринной системы, дети
  
• Болезни крови и кроветворных органов, дети
  
• Болезни органов дыхания, дети
  
• Болезни органов пищеварения, дети, дети
  
• Болезни мочеполовой системы, дети
  
• Врождённые аномалии, дети
  
• Смертность общая
  

1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
   
2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
   
3. Комплексное использование природных ресурсов
   
4. Современные вопросы геологии
   
5. Физика горных пород
   
6. Новые технологии в природопользовании
   
7. Применение современных информационных технологий
   
8. Экономические аспекты недвижимости
   
9. Мониторинг использования объектов недвижимости