Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,252

ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ АКВАТОРИЙ И ПРИБРЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ: ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ РЕШЕНИЯ

Подольский А.Л. 1 Бобырев С.В. 1 Тихомирова Е.И. 1 Беляченко А.А. 1 Лобачёв Ю.Ю. 1 Угланов Н.А. 1 Михалёв С.Э. 1
1 Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина, Саратов
В условиях засушливого климата Саратовской области состояние водных и прибрежных экосистем является приоритетом региональной политики природопользования. Нами разработана система интегрированного экологического мониторинга водных объектов и околоводных экосистем. Система включает в себя мобильные станции, оснащённые измерительными приборами, подключёнными к переносным компьютерам с выходом в Интернет для передачи результатов измерений на стационарный сервер. На станциях измеряются физико-химические параметры воды и приземного слоя воздуха, а также подводных грунтов и почв в зоне затопления. Исследуются экологическое состояние биоресурсов (водная и околоводная растительность, рыба, зообентос, околоводный орнитокомплекс и др.). На сервере производится интегрированная обработка всей информации, поступающей со станций, и вырабатываются оценки текущего состояния экосистемы и прогноз её развития. Результаты анализа выкладывается на сайт в Интернете и становятся доступными для специалистов и широкой общественности. Ориентация на мобильные приборы, имеющиеся в широкой продаже, позволяет подключить к исследованиям население (студентов, волонтёров из числа натуралистов, рыбаков, охотников, членов природоохранных общественных организаций), резко увеличить объём измерений и обеспечить возможность сравнения результатов, полученных разными авторами.
экологический мониторинг
водные и прибрежные экосистемы
методы экологических исследований
ГИС
1. Акватория – Саратов: общественный научно-популярный сайт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://akv64.ru/ (дата обращения: 29.02.12).
2. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. – 3-е изд. – СПб.: Крисмас+, 2004. – 248 с.
3. Burden F.R. Environmental Monitoring Handbook. – New York: McGraw-Hill Professional, 2002. – 1100 p.
4. Seuront L., Strutton P.G. Handbook of Scaling Methods in Aquatic Ecology: Measurement, Analysis, Simulation. . – New York: CRC Press, 2003. – 624 p.
5. Ustin S. Manual of Remote Sensing: Remote Sensing for Natural Resource Management and Environmental Monitoring. – New York: John Wiley & Sons, 2004. – 768 p.

Экологический мониторинг, являясь средством получения информации для выработки решений по рациональному природопользованию [3], может рассматриваться как компонент обратной связи в системе управления экосистемами. В такой системе управления мы выделяем три контура управления: стабилизирующий, оперативного управления и стратегический (рис. 1).

Стратегический контур управления функционирует на основе многолетних исследований экосистем и при учёте характера и целей хозяйственной деятельности в регионе. Для функционирования стабилизирующего контура достаточно наблюдений, на основании которых можно сделать вывод о наличии изменений экосистем и о характере этих изменений. Контур оперативного управления реализуется при осуществлении природопользования. Для обеспечения компромисса между эффективностью и экологической безопасностью природопользования необходимо дополнительно проводить анализ причинно-следственных связей процессов, происходящих в экосистемах. Эти процессы могут иметь как естественный, так и антропогенный характер. Таким образом, для обеспечения управляемости природопользования необходимы специальные технологии мониторинга как средства получения исходной информации для выработки управленческих решений.

Территория Саратовской области лежит в пределах нескольких природных зон, что обусловливает разнообразие экосистем региона. Принимая во внимание относительно засушливый климат области, состояние водных экосистем требует особого внимания. Околоводные экосистемы, в свою очередь, обеспечивают барьерную функцию по отношению к водным объектам, вследствие чего мониторинг их состояния должен быть неотъемлемой частью общей интегрированной системы экологического мониторинга акваторий и прибрежных экосистем. Поэтому при разработке эффективных методов мониторинга требуется обеспечить возможность совместного анализа информации, получаемой из различных географически удаленных источников. Это требует специальных организационно-технических и программно-аппаратных решений, что и явилось целью настоящей работы.

Рис. 1. Трёхконтурная система управления экосистемой

Концепция создания системы интегрированного мониторинга (рис. 2) учитывает мировую [4] и отечественную [2] практику и основана на нижеследующих принципах.

  1. Первичная информация о текущем состоянии экосистемы собирается на подвижных станциях, базирующихся на автомобилях и маломерных судах. В настоящее время ведутся разработки по использованию беспилотных летательных аппаратов.
  2. Аппаратное обеспечение станций включает в себя датчики и сенсоры [5], подключаемые к мобильному компьютеру с беспроводным выходом в Интернет или мобильному телефону-коммуникатору, и GPS-устройство. На станциях измеряются физико-химические параметры воды и приземного слоя воздуха, а также подводных грунтов и почв в зоне затопления и исследуется экологическое состояние биоресурсов (водная и околоводная растительность, рыба, зообентос, околоводный орнитокомплекс и др.) с использованием общедоступных методов.
  3. Собранная информация передаётся на общий стационарный сервер, на котором производится полный анализ данных со всех источников, даётся заключение о состоянии экосистемы, которое затем выкладывается в интернет на специально созданный для этой цели сайт «Акватория-Саратов» [1], где становится доступным всем участникам проекта. В некоторых случаях используется промежуточный сервер, на котором производится первичная обработка результатов измерений. Ориентация на приборы, имеющиеся в широкой продаже, позволяет подключить к исследованиям население (студентов, волонтёров из числа натуралистов, рыбаков, членов природоохранных общественных организаций), резко увеличить объём измерений и облегчает сравнение результатов, полученных разными авторами.

Заключение

Разработанный комплекс удовлетворяет требованиям получения достоверной информации, которая может использоваться для выработки управленческих решений по рациональному природопользованию. Наиболее эффективными качествами комплекса оказываются:

  1. Обеспечение возможности совместного доступа к информации территориально удалённых пользователей.
  2. Обеспечение общения и совместной работы исследователей в реальном времени.
  3. Высокая скорость и относительно низкая стоимость вычислений за счёт использования эффективных алгоритмов.
  4. Высокая защищенность информации от помех, возникающих при передаче информации по каналам связи, от ошибок оператора при вводе информации в систему и от несанкционированного изменения данных другими пользователями.
  5. Развитые технологии искусственного интеллекта, позволяющие создавать эффективные экспертные системы оценки полученных результатов.

Рис. 2. Распределённая система интегрированного мониторинга, основанная на Web-технологиях

Рецензенты:

  • Опарин М.Л., д.б.н., директор Саратовского филиала Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, г. Саратов;
  • Сергеева И.В., д.б.н., профессор, зав. кафедрой ботаники и экологии Саратовского государственного университета имени Н.И. Вавилова, г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 03.04.2012.


Библиографическая ссылка

Подольский А.Л., Бобырев С.В., Тихомирова Е.И., Беляченко А.А., Лобачёв Ю.Ю., Угланов Н.А., Михалёв С.Э. ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ АКВАТОРИЙ И ПРИБРЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ: ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ РЕШЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 5-1. – С. 177-179;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29870 (дата обращения: 25.11.2017).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252