Интерактивные ГИС-карты базируются на технологии ГИС и интегрированы с базами данных по наземным объектам различных видов. Основное их назначение - предоставление картографической информации, которая зачастую дополняется иными географически привязанными данными. Поэтому они могут оказаться полезными при поиске того или иного пункта на местности, а также для получения сведений о климатических условиях в этом пункте, национальных и религиозных особенностях, расписании движения транспорта, информации о расположении на предполагаемом маршруте заправочных станций, ресторанов, отелей и т.п.
Интерактивные ГИС-карты с визуализацией
Еще интереснее интерактивные карты, в которых в той или иной степени заложена возможность визуализации рассматриваемого фрагмента. Такая карта представляет собой некий виртуальный глобус (или фрагмент глобуса), благодаря чему можно окинуть взглядом любое место земной поверхности и увидеть находящиеся там горы и реки, города и поля, леса и озера, причем не в виде условных обозначений, а настоящие фотоснимки. Такие карты могут стать уникальным образовательным инструментом, ведь изучать географию по ним куда интереснее и результативнее, нежели по скучным учебникам, пусть и дополненным картами, снимками и т.п. Полезными они окажутся и для ученых, занимающихся разнообразными исследованиями, пригодятся и при любом ином изучении местности, например, планировании строительства каких-либо сооружений и пр. Представляют такие карты интерес и для широкого пользователя, ведь на них, как и на обычных картографических порталах, также легко найти на карте любую интересующую точку, а зачастую и сформировать маршрут предполагаемого путешествия. Наибольшую известность и признание среди онлайновых проектов данного типа получили сервисы Google Maps, Google Earth и NASAWorldWind, содержащие информацию по всей земной поверхности. Предоставляемые ими интерактивные онлайн-карты также базируются на ГИС, так как работают с пространственными данными и позволяют найти любую точку на местности. Однако в отличие от обычных интерактивных ГИС-карт, они отображают не только привычную картографическую информацию, но и космические снимки, взятые из базы данных дистанционного зондирования и идеально "сшитые" между собой в панорамы и топографические карты, а в случае Google Earth и NASA WorldWind - даже с детальной трехмерной визуализацией. Основное отличие Google Earth и NASA WorldWind от Google Maps - наличие трехмерности, благодаря которой объемной оказывается как вся поверхность Земли, так и отдельные объекты, например, здания. Правда, на практике объемное воспроизведение возможно только для некоторых городов. Теоретически, для путешествия вокруг Земли с помощью сервисов Google Earth и NASA WorldWind достаточно скачать бесплатные программы-навигаторы. Однако на практике нормальная работа предполагает обязательное наличие высокоскоростного доступа к интернету и значительных системных ресурсов.
Сервис Google Maps
Известный поисковый сервер Google открыл свой картографический ресурс Google Maps в 2005 году. Несмотря на относительно малые сроки существования можно уверенно говорить о том, что ресурс произвел революцию в средствах визуализации и управления картографической информацией в интернет и завоевал массовую популярность у рядовых пользователей со всего мира [18].
Выход Google на рынок представления картографической информации связан, помимо планирования развития комании в этом направлении, конечно, с покупкой компании Keyhole, занимавшейся разработкой системы доставки картографической информации массовому пользователю.
Данный картографический ресурс состоит из базы данных дистанционного зондирования и топографических карт (Satellite и Map). Для доступа к данным предлагается два сервиса - Google Maps и Google Earth.
Google Maps - сервис работающий в режиме web. Доступ к данным несколько ограничен навигацией и максимально упрощен. Для просмотра данных никакого специального программного обеспечения не требуется. Удобство навигации обусловлено использованием технологии AJAX, позволяющей обновлять содержимое страницы без ее перезагрузки, таким образом, осуществляется изменение масштаба и перемещение по карте без каких-либо задержек. Для работы с сервисом необходим только один из перечисленных веб-браузеров:
· IE 5.5 и выше;
· Firefox 0.8 и выше;
· Safari 1.2.4 и выше;
· Netscape 7.1 и выше;
· Mozilla 1.4 и выше;
· Opera 7 и выше.
Характерные отличия Google Maps от других ресурсов:
1) Простота и доступность. Пользователь сразу попадает на мировую карту и, имея элементарные географические знания, может найти нужное ему место, либо, сместив и увеличив нужный фрагмент, либо введя в строку поиска название города, штата или страны. В настоящий момент доступны версии карт на нескольких языках, включая русский. Возможно переключение от карты к космическому снимку на любом увеличении (Рис.7).
Рис. 7. Различия в способах отображения территорий «карта» и «спутник» на картах Google Maps
2) Полнота и актуальность данных. Основу данных представляют спутниковые снимки Landsat, SPOT, Quickbird и топографические карты. Любая точка мира отображается с точностью до 1:25000 на основе данных, полученных после 1999 года. Эти снимки предоставлены компанией EarthSat и сделаны со спутника Landsat-7, разрешение на местности – 15 м, спектрозональные изображения получены с помощью специальной дополнительной обработки т.н. pansharpening, то есть комбинирования исходных 30-ти метровых спектрозональных, цветных изображений с 15-ти метровыми панхроматическими данными, получаемыми одновременно со спектрозональными.
Для городов, где доступна подробная информация можно также просматривать так называемую "гибридную" карту, представляющую космический снимок высокого разрешения с наложенной топографией, для этого нажав на кнопку Satellite (Спутник), необходимо включить режим Show labels (Показывать ярлыки) (Рис. 8).
| 
| 
|
| Топографическая карта (Map) | Космический снимок (Satellite) | Космический снимок с наложенной атрибутивной информацией. |
Рис. 8. Способы отображения одной и той же местности разными способами с помощью карт Google
3) Популярность. Количество пользователей традиционного поискового сервиса Google около полумиллиарда. Можно быть уверенным, что не менее половины из них воспользуются и новыми картографическими возможностями. Все это открывает большие возможности, как для самого Google, так и для разработчиков умеющих работать с этой технологией.
4) Разработка и использование Google Maps на своих страницах. Для разработчиков и дизайнеров web страниц после несложной процедуры регистрации предоставляется возможность размещать окно Google Maps непосредственно на своих страницах. При этом все страницы ссылаются на одни и те же данные, находящиеся в базе данных Google. Это хорошо с точки зрения централизованности данных, но плохо с точки зрения возможных ошибок в централизованной базе данных.
5) Тематические данные. Авторы и клиенты могут локально дополнять карту своими данными. Несложные команды позволяют добавить на карту собственные контуры, маркеры, интерактивные подсказки и всплывающие окна. Данные для отображения могут находиться как непосредственно в коде web страниц, так и во внешних файлах. В систему управления поведением карты включены стандартные возможности навигации и анимации. Имеется возможность создавать тематические слои непосредственно в режиме просмотра web страницы, подобно заполнению формы.
3.2. Создание информационного слоя на цифровой карте о загрязнении колодцев
Чтобы выявить актуальные с точки зрения жителей Минской области проблемы, связанные с обустройством нецентрализованных систем питьевого водоснабжения и хозяйственно-бытовой канализации, а также возможные пути их решения, было проведено социологическое исследование.
В основу данной работы легло определение содержание нитратов в источниках питьевого водоснабжения с использованием экспресс-метода, основанного на применении тест-полосок Merckoquant®Nitrate Test. Объект исследования (целевая группа) – жители населенных пунктов Вилейского, Пуховичского, Несвижского, Клецкого и Копыльского районов Минской области, а также Осиповичского района Могилевской области, в которых снабжение населения питьевой водой осуществляется преимущественно из нецентрализованных источников.
Количество источников, протестированных на содержание нитритов и нитратов, составило 784, в том числе по районам Минской области: Вилейский – 242, Клецкий – 246, Пуховичский – 247, Копыльский – 12, Несвижский – 15, а также Осиповичский район Могилевской области – 22.
В ходе проводимого исследования респондентам были предоставлены инструкции для проведения тест-проб воды, также им были розданы информационные буклеты и лифлеты по проблемам воды и нитратного загрязнения. Все опрошенные заполняли анкеты и проходили небольшое интервью, проводимые волонтерами проекта. В результате было собрано более 700 анкет, данные из которых были занесены в Excel документ для упрощенной работы с ними.
Таблица данных включает в себя следующие графы:
· № протокола (каждой анкете в соответствие поставлен протокол для учета данных);
· Тип источника (возможные варианты – шахтный колодец, криница, скважина глубиной до 20 м, скважина глубиной более 20 м, водоразборная колонка);
· Результат – концентрация нитратов в пробах воды в мг/л (возможные варианты – 0, 10, 20, 25, 40, 50, 100, 150, 200, 250, 500);
· Область;
· Район;
· Адрес;
· ФИО интервьюера.
Затем данные из полученной таблицы были использованы в процессе создания слоя «колодцев» на карте Google Maps, размещенной на сайте www.watercontrol.by (Рис. 9).
Данные на карту может вносить любой пользователь, для этого необходимо зарегистрироваться на сайте. Все внесенные и сохраненные данные автоматически заносятся в общую БД по колодцам – каждому колодцу присваивается персональный номер, а также заполняется информация о содержании нитратов в воде и местоположение источника, где была взята проба воды.
Рис. 9. Карта Республики Беларусь с нанесенными на нее колодцами
Для добавления нового колодца на карту необходимо пройти несколько этапов. Для начала при нажатии кнопки «Добавить колодец» пользователю необходимо заполнить соответствующие поля для охарактеризования источника воды (Рис. 10).
Рис. 10. Меню для заполнения информации о колодце
Маркер колодца на карту можно поставить 2-мя способами – оцифровкой карты либо вводом географических координат. В данной работе был использован 2-ой способ установки маркера для большей точность и достоверности, т.к. в одном населенном пункте может располагаться большое количество источников, каждый из которых имеет свое местоположение (Рис. 11). Широта и долгота населенных пунктов были взяты из Интернет источника www.belaruscity.net, который предоставляет информацию о городах и населенных пунктах РБ. Для верного нанесения колодцев на территории каждого из населенных пунктов, после введения географических координат, маркер приходилось доустанавливать вручную, чтобы каждый из них соответствовал местоположению своего колодца.
Рис. 11. Нанесение маркера колодца на карту с помощью непосредственного указания координат
Все созданные «колодцы» автоматически заносятся в БД сайта (сайт написан на CMS Drupal с использованием БД MySQL), что упрощает работу и поиск источников по определенным критериям (район, где расположен источник, и концентрация нитратов) (Рис. 12). Все данные, введенные пользователем, помещаются в таблицу «колодцев» с атрибутами, соответствующими заполненным полям. Поиск по концентрации нитратов в воде можно провести двумя путями – либо искать по конкретному содержанию (0, 10, 20 мг/л и т.д.), либо разделить все результаты на 2 большие группы – менее 45 мг/л и более 45 мг/л, т.о. определяя количество источников в определенном районе, удовлетворяющих нормам содержания нитратов в воде (Рис. 13).
Рис. 12. Структура базы данных нанесенных на карту колодцев и критерии выборки колодцев
Рис. 13. Колодцы, удовлетворяющие критериям выборки – Клецкому району Минской области и уровню концентрации нитратов менее 45 мг/л
3.3. Анализ полученных результатов
Исходной статистической информацией при построении выборки являются данные Национального статистического комитета Республики Беларусь о численности, составе и размещении населения Минской области [19; 20].
Количество источников, протестированных на содержание нитратов, составило 784, в том числе по районам Минской области: Вилейский – 242, Клецкий – 246, Пуховичский – 247, Копыльский – 12, Несвижский – 15, а также Осиповичский район Могилевской области – 22.
В ходе работы были получены результаты, представленные на Рис. 14.
Рис. 14. Распределение концентраций нитратов по районам, в %
На данной диаграмме видно, что максимум загрязнения по всем районам приходится на концентрацию порядка 25-50 мг/л (ПДК составляет 45 мг/л), однако если рассматривать районы по отдельности, то можно заметить, что в Клецком, Несвижском и Пуховичском районах максимальный процент по концентрации превышает ПДК. Это подтверждает тот факт, что большое влияние на содержание нитратов в воде оказывает сельское хозяйство, а точнее внесение больших доз удобрений в почву. К тому же, судя по социологическому опросу, в этих районах владельцы колодцев очень редко проводят их чистку, не занимаются этим и ЖКХ.
Основным источником питьевого водоснабжения для жителей частных домов являются индивидуальные шахтные колодцы (72,2 %). Воду из централизованной системы водоснабжения используют для этих целей 12,0 % жителей частных домов, а для 9,1 % представителей этой группы основным источником питьевой воды являются шахтные колодцы общего пользования, расположенные на улице. Такие источники питьевой воды как скважина индивидуального пользования, расположенная на частном подворье, и водоразборная колонка общего пользования, расположенная на улице, используются жителями частных домов нечасто (соответственно 4,0 % и 2,4 %).
Данные о том, какие источники используются для питьевого водоснабжения, представлены на Рис.15.
Рис. 15. Типы источников воды, которые используются для питья и приготовления пищи жителями частных домов обследованных населенных пунктов, в %
Считается, что скважина – это один из самых чистых источников водозабора. Однако качество воды, добытой из самых недр земли, может существенно различаться, в зависимости от глубины расположения водоносного горизонта.
По убеждению сотрудников эпидемиологических служб, даже вода из артезианской скважины (глубиной свыше 100 метров) не может считаться пригодной для употребления из-за повышенного содержания железа и сероводорода. Еще более удручающие результаты показываются при анализе воды из скважины до 30 метров. Причина тому – увеличение концентрации загрязнителей с приближением водоносного горизонта к поверхности земли (Рис. 16).
Рис. 16. Классификация источников подземных вод по глубине залегания
1) Подпочвенные воды (первый водоносный горизонт) – основной источник питания для колодцев глубиной до 20 метров. Верхний водоносный горизонт является наиболее уязвимым для различных загрязнителей. Чаще всего анализ подпочвенной воды подтверждает высокую концентрацию химических соединений (пестициды, удобрения, соли тяжелых металлов, ПАВ, нитраты и нитриты). Подпочвенная вода мутная из-за высокого содержания взвешенных частиц. Кроме того, как правило, водозаборный колодец проходит через слой глинистых и песчаных почв. Именно поэтому поверхностная вода насыщена органическими веществами, частицами ила и песка.
2) до 30 метров (второй водоносный горизонт). Скважина глубиной до 30 метров проходит через аллювиальный слой. Частицы грунта, расположенного в поймах рек, могут переноситься с подземными водами на большие расстояния. Высокая концентрация хлоридов, сульфатов железа, азотистых соединений – главные отличительные черты водоносного слоя, глубиной 20-30 метров.
3) 30-70 метров (третий водоносный горизонт). С увеличением глубины расположения водозаборного слоя снижается температура воды и увеличивается давление углекислого газа. Именно в таких условиях может существовать один из самых редких загрязнителей – угольная кислота. На воздухе подобное соединение легко распадается на обычную воду и углекислый газ, поэтому не является опасным для здоровья человека. Однако именно карбонаты и гидрокарбонаты являются главной причиной увеличения концентрации солей кальция и магния (солей жесткости). Как правило, вода скважины глубиной 30-70 метров характеризуется повышенной минерализацией и окисляемостью.
4) 100 метров и более (анализ воды из артезианской скважины). Артезианская скважина глубиной 100 (и более) метров – самый экологически чистый источник водозабора. Вода, отфильтрованная несколькими слоями песка, глины и гравия, практически не содержит соединения азота, фосфора и биологических загрязнений.
В ходе анализа исходных данных были выявлены некоторые зависимости между величиной концентрации и типом источника воды, из которых были взяты пробы (Рис. 17).
Рис. 17. Распределение концентраций нитратов в зависимости от типа источника воды, в %
По диаграмме видно, что пробы воды, взятые из водоразборных колонок и домов с центральной системой водоснабжения, удовлетворяют нормам (<45 мг/л). Шахтные колодцы, как частного, так и общего пользованию в большинстве своем не соответствуют нормам, а в некоторых случаях концентрация в них превышает ПДК в 10-ки раз. Довольно неоднозначная ситуация просматривается в результатах по скважинам и криницам, в которых процентные соотношения результатов распределились почти равномерно между малыми и большими концентрациями. Это можно связать с неточностью полученной информации либо с малым количеством наблюдений на этих типах источников вод.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения дипломной работы была проведена обработка данных социологического исследования для получения результатов о сложившейся ситуации качества подземных вод в сельской местности РБ.
С использованием возможностей картографического ресурса Google Maps на цифровой карте РБ был создан слой, который демонстрирует характер размещения колодцев, а также отражает степень их загрязнения. В качестве дополнения к уже существующим возможностям отображения результатов на карте была реализована возможность фильтрации колодцев по их типу.
Данная карта доступна для просмотра всем пользователям сети Интернет на сайте www.watercontrol.by, она постоянно дополняется новыми данными (как колодцами, так и источниками загрязнений), которые могут быть использованы для проведения статистических исследований.
Проведенный в данной работе анализ позволяет наглядно отразить информацию, полученную при проведении социологического исследования, а также выявить некоторые зависимости между величиной концентрации вод и типом источника воды (глубиной залегания вод).
Проект по учету данных, собранных при помощи социологического опроса населения, стартовал не так давно, поэтому получение новых данных от респондентов покажет, в каком направлении стоит совершенствовать текущую систему. Планируется проведение дальнейших исследований с привлечением большего числа волонтеров и заинтересованных лиц, а также расширение БД сайта для цифровой карты и ее возможностей.
Работа была представлена в виде доклада на Сахаровских чтениях в секции «Информационные системы и технологии в экологии».
ЛИТЕРАТУРА
1) Позиция экоНГО по воде и здоровью // Форум экологических организаций Беларуси – Минск, 20 октября 2013 г.
2) Конвенция по охране и использованию трансграничных водотоков и международных озер (Хельсинки, 17 марта 1992 г.) // Доклад ЕЭС ООН по трансграничным водам и подземным водам. – 6 октября 1996 г.
3) Протокол по проблемам воды и здоровья (Лондон, 17 марта 1999г.) // Совещание сторон конвенции по охране и использованию трансграничных водотоков и международных озер. – 23-25 марта 2000 г., Гаага, Нидерладны.
4) Русая Е.И. Требования международных природоохранных конвенций в области управления водными ресурсами, действующих в Республике Беларусь (из материалов круглого стола круглого стола «Управление водными ресурсами и оценка качества поверхностных вод в Республике Беларусь и в Европейском союзе») / Е.И. Русая // Отчет заместителя начальника Государственного учреждения «Республиканский центр радиационного контроля и мониторинга окружающей среды». – 27 марта 2012 г.
5) Отчет о пятом совещании Целевой группы по установлению целевых показателей и отчетности // Доклад ЕЭС ООН – Братислава, Словакия, 10-11 мая 2012 г.
6) Дроздова Е.В. Перечень целевых показателей для реализации Протокола по проблемам воды и здоровья к Конвенции по охране и использованию трансграничных водотоков и международных озер / Е.В. Дроздова // Материалы О Протоколе ВОЗ по проблемам воды и здоровья. Мн., 2009. С. 2.
7) Государственная программа по водоснабжению и водоотведению «Чистая вода» // Постановление Совета Министров Республики Беларусь от 15.09.2011 N 1234 "О Государственной программе по водоснабжению и водоотведению "Чистая вода" на 2011 - 2015 годы".
8) Любушкина С.Г. Общее землеведение: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М.: Просвещение, 2004. - 288 с.
9) Водная стратегия Республики Беларусь на период до 2020 года. – Минск, БелНИЦ «Экология», 2011, 77с.
10) Хоружик Л.И. Состояние поверхностных и подземных вод Республики Беларусь / Л.И. Хоружик, А.Н. Апацкий, В.Н. Счисленок, М.Ю. Калинин // Материалы Международного Водного форума. Мн., 2006. С. 6-12.
Амвросьева Т.В. Актуальные проблемы загрязнения питьевой воды патогенными вирусами // Материалы Международного Водного форума «Современное состояние, проблемы и перспективы использования трансграничных водных объектов». Мн., 2006. С. 90.
11) СНБ 4.01.01 – 03 «Водоснабжение питьевое. Общие положения и требования». Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь. Мн. 2004.
12) Кудельский А.В. Качество пресных подземных вод Беларуси и стратегия водопользования / А.В. Кудельский, Пашкевич В.И. // Инновационное развитие геологической науки – путь к эффективному комплексному освоению ресурсов недр. Мн., 2007. С. 180-185.
13) Солонович, А. Из деревенских колодцев лучше не пить / А.Солонович // БелПАН. – 2013. – 15 декабря. – С. 10.
14) Иевлева О.С. Методы удаления нитратов из природных и питьевых вод / О.С. Иевлева, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. – 2006, №3, С.28.
15) Солнцев Л.А. Геоинформационные системы как эффективный инструмент поддержки экологических исследований / Л.А. Солнцев– Нижний Новгород, 2012. – С. 54.
16) Костикова А. Классификация картографических веб-сервисов OGC. 2012.[Электронный ресурс] / А. Костикова. – Режим доступа: https://gis-lab.info/qa/ogc-intro.html.
17) Шляхтина С. Обзор онлайновых картографических сервисов. 2010. [Электронный ресурс] / С. Шляхтина. – Режим доступа: https://www.3dnews.ru/587095
18) Дубинин М. Общая информация про картографический сервис Google Maps. 2010.[Электронный ресурс] / М. Дубинин. – Режим доступа: https://gis-lab.info/qa/google-gen.html.
19) Регионы Республики Беларусь в цифрах. 2005-2012 гг.[Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://belstat.gov.by/homep/ru/indicators/regions_annual_data/regions_annual_data.php.
20) Население Республики Беларусь: его численность и состав: статистический сборник по результатам переписи населения Республики Беларусь 2009 года. Том 2 // редкол.: В.И. Зиновский [и др.]. – Национальный статистический комитет Республики Беларусь, Минск, 2010. – 414 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://belstat.gov.by/homep/ru/perepic/2009/itogi1.php.
ПРИЛОЖЕНИЕ А