Ключевые слова: философия информации, познание, информация, геоинформатика, мониторинг, геоинформационный мониторинг, перенос знаний.
Первоначально термин мониторинг применялся для обозначения системы повторных целенаправленных наблюдений за одним или более элементами окружающей природной среды в пространстве и времени. Термин «мониторинг» (от англ. monitor – следящий, слежение) появился незадолго перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (5-16 июня 1972 г.). На первом межправительственном совещании по мониторингу (Кения, 1974 г.), созванном Советом Программы ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП), были определены основные цели глобальной системы мониторинга окружающей среды [1].
Существует несколько определений термина «мониторинг. Но всех их связывает общее значение – «наблюдение за кем-либо или чемлибо». Новый словарь русского языка [2] дает следующие толкования мониторинга:
- Постоянное наблюдение за каким-либо процессом с целью выявления его соответствия желаемому результату или первоначальным предположениям.
- Наблюдение, оценка и прогноз состояния окружающей среды в связи с хозяйственной деятельностью.
Мониторинг в узком смысле включает функцию постоянного наблюдения за каким-либо объектом, процессом, явлением с целью выявления его состояния и тенденций изменения этого состояния, с целью выявления соответствия модели или исходному положению.
Таким образом, можно говорить о геомониторинге как общем мониторинге процессов и явлений на земной поверхности. Геоинформационный мониторинг [3] возник исторически позже других видов мониторинга. Это обусловлено тем, что геоинформатика как наука стала формироваться с 90-х годов прошлого столетия.
Дифференциация мониторинга
Мониторинг как наблюдение является инструментом познания и может рассматриваться с обобщенных философских позиций. К сожалению, в настоящее время, преобладает концепция технологического рассмотрения мониторинга. Это обусловлено технологической дифференциацией мониторинга. Рассмотрим некоторые виды мониторинга.
Геодезический мониторинг – это мониторинг, который осуществляют с помощью геодезических средств измерений, используют геодезические технологии и окончательный результат получают в рамках методик обработки геодезической информации [4, 5]. При этом следует отметить, что довольно долго термин мониторинг не использовался при геодезических наблюдениях за деформациями. По существу имела места технология мониторинга, которая стала так называться только последние 20 лет.
Мониторинг среды – это, прежде всего, технология для обнаружения изменений окружающей среды на фоне ее естественных колебаний. В задачи такой системы мониторинга входят, во-первых, слежение за факторами воздействия на среду, ее состоянием и изменениями, вовторых, оценка изменений этого состояния и его тенденций [6]
Геотехнический мониторинг – это комплексный мониторинг геотехнических систем, включающей наблюдение и анализ пространственных отношений, среды и объектов геотехнический мониторинг – это комплексный мониторинг геотехнических систем, включающей наблюдение и анализ пространственных отношений, среды и объектов [7]
Мониторинг геологической среды проводится особым конструкторским бюро ОИФЗ РАН с 1989 года. Он включает: геодезический мониторинг движения земной коры; сейсмический мониторинг; мониторинг оползневых склонов. Система геодезического мониторинга земной коры состоит из 250 постоянных пунктов и также включает специализированную сеть по геодинамическим наблюдениям современных движений земной коры и деформаций геологической среды. Геологический мониторинг учитывает геологические и пространственные факторы
Мониторинг оползневых склонов обеспечивает получение информации о характере и активности оползневых процессов, происходящих в оползнеопасных зонах [8]. Следует отметить большую вариабельность ситуаций при мониторинге оползней. Эта вариабельность создает информационный барьер для решения задачи мониторинга при помощи известных технологий. Поэтому разработчики мониторинга оползней применили методы искусственного интеллекта как инструмента преодоления информационного барьера.
Мониторинг деформаций и осадок инженерных сооружений [4, 5, 8] включает комплекс задач, из которых следует отметить. Оценивание вертикальных перемещений сооружений. Уравнивание геодезических сетей, которые создаются для наблюдений за осадками. Учет специфики движения объектов между циклами наблюдений при определении деформаций. Обработка наблюдений повторных измерений и разработка для этого рекуррентных алгоритмов, которые предусматривали бы хранение и цикличность информации. Математическая оценка деформаций на исследуемых объектах и их анализ. Разработка методики оптимального проектирования геодезических сетей для наблюдений за осадками. Этот комплекс показывает необходимость всестороннего подхода к мониторингу. Включая проектирование работ и измерений.
Геотехнический мониторинг в процессе строительства осуществляется по заявкам заказчиков на всех этапах производства земляных работ [9].
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
По результатам геотехнического контроля устанавливается соответствие (или не соответствие) фактических инженерно-геологических условий принятым в проекте, в части состава, состояния и свойств грунтов вскрытых строительными выработками. Решение задач геотехнического мониторинга требует использования системного подхода, обеспечивающего:
- учет структуры, состава, динамики и эволюции природной, хозяйственной, демографической составляющих окружающей среды;
- анализ временных (исторических) характеристик изучаемых объектов, процессов и явлений в системе «природа-человек-производство»;
- выявление и исследование причинно-следственных отношений [11] в геосистеме и ее отдельных блоках.
По аспекту размера наблюдаемых территорий выделяют следующую иерархию: глобальный, региональный и локальный уровни мониторинга. В совокупности они могут образовывать единую сложную систему мониторинга. Региональный мониторинг является подуровнем глобального, а локальный подуровнем регионального. В тоже время они могут функционировать независимо.
Локальный мониторинг (мониторинг объектов) применяют к отдельным объектам и районам, подверженным антропогенным воздействиям. К ним относятся отдельные водоемы, лесные и горные массивы, городские районы, отдельные представители растительного и животного мира. Основными объектами наблюдения локального мониторинга являются: приземной слой воздуха, поверхностные и грунтовые воды, промышленные и бытовые стоки, атмосферные выбросы, радиоактивные излучения.
Региональный мониторинг (мониторинг экосистем) применяют для обследования больших территориальных зон, которые образуют отдельные городские, природные, лесные и водные экосистемы [12, 13]. Целью регионального мониторинга является контроль за параметрами экосистем. Он включает оценку отличия наблюдаемых значений параметров от фоновых, установление влияния на наблюдаемые параметры имеющихся в регионах источников антропогенного воздействия. В ходе его проведения исследуют происходящие биологические круговороты и их нарушения, следят за популяциями представителей животного мира, возможностями природных ресурсов по обеспечению жизнедеятельности конкретных регионов. Региональные изменения параметров атмосферы, гидросферы и литосферы. В региональном мониторинге следует выделить экологический мониторинг, связанный с контролем загрязнения окружающей среды. Он основан на спутниковых наблюдениях. Применение космических технологий дает основание говорить о спутниковом мониторинге [14, 15] и о глобальном космическом мониторинге [16].
Технологии спутникового радиолокационного мониторинга нефтяных загрязнений широко применяются во многих странах в составе систем оперативного реагирования. В Норвегии, США и Канаде и др. созданы национальные системы оперативного контроля нефтяных загрязнений прибрежных акваторий и территориальных вод, также существуют региональные системы по отдельным морям в рамках международных соглашений и научных программ. Мировой опыт показывает, что в системах мониторинга ключевая роль обнаружения нефтяного разлива принадлежит спутниковой радиолокационной информации, однако подтверждение факта разлива и выявление виновника устанавливается на основании авиационных, морских, береговых наблюдений. При этом для обработки и интерпретации РЛИ, как правило, используются автоматизированные технологии обнаружения нефтяного загрязнения, результаты которых оперативно доводятся до органов контроля и надзора за состоянием морской среды посредством веб-картографических сервисов (в частности, сервис CleanSeaNet обеспечивает представление результатов через 30-40 минут после проведения спутниковой съемки). Страны Европы с 2007 г. в связи с участившимися случаями несанкционированных сбросов нефтесодержащих вод с судов специальной директивой ЕС ввели штрафные санкции за загрязнение акваторий судовыми сбросами. О результативности мониторинга судовых нефтяных разливов в морях Европы можно судить по сообщениям прессы, речь в которых идёт о задержании и наложении внушительных штрафов на суда, загрязняющие территориальные воды.
Глобальный мониторинг (мониторинг глобальных процессов [17]) применяют для изучения процессов, протекающих шире, чем региональные процессы, например изучение информации о всей биосфере. Он изучает планетарные изменения, осуществляет наблюдения за состоянием морей [18] и океанов, а также за состоянием почвы, растительного и животного мира в целом всей планеты. Вопросами организации глобального мониторинга окружающей природной среды осуществляется в рамках программ ООН и Всемирной метеорологической организации.
Сейсмический мониторинг осуществляется на основе использования сети наблюдений, получаемой информации с 8 постоянных пунктов. Аналогичные наблюдения выполняет Центр региональных геофизических и геоэкологических исследований «Геон», который использует с 1996 года также 8 пунктов наблюдений. В ходе сейсмического мониторинга изучается воздействия на объекты города сейсмических колебаний от естественных и искусственных источников.
По аспекту выбора станций наблюдения различают: космический, воздушный и наземный мониторинг. В этом аспекте иерархии нет. Эти виды мониторинга дополняют друг друга. Геодезический мониторинг относится к наземному. По аспекту направленности мониторинга различают внутренний (земной) и внешний (внеземной) виды геоинформационного мониторинга. Внутренний направлен на поверхность Земли и процессы, происходящие на ней. Внешний мониторинг направлен на объекты, влияющие на биосферу Земли и протекающие процессы на ее поверхности. Это Луна, планеты Солнечной системы и особо опасные космические объекты. При этом не надо отождествлять внешний мониторинг с изучением этих объектов. Внешний мониторинг выполняет индикационные функции в первую очередь. То есть, в какой степени изменение состояния внешних объектов негативно влияет или может повлиять на состояние земной цивилизации.
Примером системы внешнего мониторинга является МАКСМ (Международноя Аэрокосмическоя Система Мониторинга глобальных явлений) – глобальная система прогнозирования природных и техногенных катастроф [19]. Назначение МАКСМ ё глобальный мониторинг из космического пространства земной поверхности, атмосферы и околоземного пространства с передачей данных наблюдений в наземные ситуационные центры прогнозирования и оповещения в квазиреальном времени в интересах решения задач прогнозирования и предупреждения о стихийных бедствиях, а также организация координатно-временного обеспечения [20].
По аспекту периодичности различают оперативный [21, 22] и периодический мониторинг. Задачей оперативного мониторинга является наблюдение за ситуационными изменениями и оперативная оценка ситуации. При организации оперативного спутникового мониторинга нефтяных загрязнений эффективным решением является привлечение данных с нескольких радиолокационных спутников для обеспечения высокой частоты наблюдений (1 съемку за 2 суток для спутников Radarsat-1 и Envisat; несколько раз в сутки с привлечением данных большего количества спутников), а также использование в качестве основных режимов съемки узкообзорный спутника Radarsat-1 и обзорный спутника Envisat с чередованием в наиболее важные периоды мониторинга со стандартными и детальными режимами съемки (например, во время проведения бурения на шельфе или дноуглубительных работ в портовой зоне и т.д.).
Таким образом, можно констатировать, что частные виды мониторинга связаны либо со спецификой объекта наблюдения, либо с инструментальными средствами наблюдения.
Современный геоинформационный мониторинг, в отличие от других видов мониторинга, является интегрированной технологией, которая объединяет разные технологии. Напомним, что современный геоинформационный мониторинг [3, 7, 23, 24] включает в общем случае четыре основные функции: наблюдение; анализ, прогнозирование, управление. Не всегда эти функции используют в полном объеме, но принципиальная возможность их реализации имеется. Таким образом, первой особенностью геоинформационного мониторинга является интеграция разных технологий в единую технологию. Второй особенностью геоинформационного мониторинга является возможность комплексной обработки данных получаемых из разных источников и от разных технологий.
Геоинформатика интегрирует науки о Земле. Поэтому геоинформационный мониторинг является более широким понятием. Геоинформационный мониторинг включает большее число технологий наблюдения, решает большее число задач и позволяет обрабатывать более разнообразные данные, чем те которые получают в рамках геодезических технологий.
Дискуссия
Можно сделать некоторые обобщения. Современный мониторинг как метод познания развивался по принципу дифференциации и интеграции. Частные виды мониторинга представляют пример дифференциации. Геоинформационный мониторинг является примером интеграции. Он позволяет осуществлять междисциплинарный перенос знаний, что также характерно для современных наук и методов познания.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Как инструмент познания геоинформационный мониторинг характеризуется расширением области исследования в соответствии с расширением сферы человеческой деятельности. Характерным примером является освоение космического пространства. С выходом человека в космос появилась потребность в методах познания этой области. Ответом на эту потребность стал космический мониторинг околоземного пространства [25].
Сравнивая мониторинг как метод познания с лингвистикой можно отметить сходство между ними. Лингвистика занимается изучением языков и языковых единиц. Современные принципы организации геоинформационного мониторинга включают использование: семантических информационных единиц [26], как элементов некого технического языка. Здесь имеет полная аналогия, поскольку существует и ни кем не отрицается язык карт [27]. Результаты мониторинга часто имеют картографическое представление [28], что дает основание говорить об информационном языке мониторинга. Применение информационных единиц позволяет проводить смысловую оценку информационных конструкций и дает выход в область логического анализа. В частности, информационные единицы создают возможность предикативного анализа.
Рассматривая геоинформационный мониторинг как метод эмпирического познания, необходимо отметить, что обработка результатов геоинформационного мониторинга включает: оценку надежности результатов, устранение погрешностей и неопределенности.
С позиций исследования развития и саморазвития следует отметить, что базовым понятием геоинформационного мониторинга является информационная модель ситуации [29]. Именно она, на основе специальных информационных моделей, позволяет оценить состояние объекта мониторинга, его информационную позицию и его информационное преимущество и т.д.
Как инструмент решения прикладных задач геоинформационный мониторинг распространяется на более широкий класс задач в сравнении с другими видами мониторинга. Например, на его основе проводят: мониторинг городских территорий, мониторинг пожароопасных зон, мониторинг чрезвычайных ситуаций, мониторинг подвижных объектов, экологический мониторинг, мониторинг земель, мониторинг транспортных объектов.
Как инструмент, использующий информационные коллекции, геоинформационный мониторинг имеет различие по типу применяемых данных. Например, геодезический мониторинг использует только геодезические данные, а геоинформационный мониторинг использует более широкий класс данных, которые называют геоданные [30]. Геоданные обобщенно представляют собой все данные, которые включают информацию об объектах и явлениях земной поверхности. В отличие от других данных геоданные классифицированы по трем классам: «место», «время», «тема».
Социальный аспект мониторинга. В Норвегии, США и Канаде и др. созданы национальные системы оперативного мониторинга нефтяных загрязнений прибрежных акваторий и территориальных вод. В рамках международных соглашений (специальная директива стран Европы, Боннское соглашение о взаимной помощи по борьбе с загрязнением Северного моря, Бухарестская конвенция по Черному морю, Хельсинская конвенция по Балтийскому морю и д.р.) созданы региональные системы по отдельным морям. В рамках научных программы наибольшее количество проектов проводится по программе GMESS глобальный мониторинг окружающей среды для целей экологии и безопасности, организованной по совместной инициативе Европейского космического агенства и Евросоюза.
Мировой опыт показывает, что в системах мониторинга ключевая роль обнаружения критической ситуации принадлежит спутниковой радиолокационной информации, однако подтверждение факта экологического нарушения и выявление виновника устанавливается на основании авиационных, морских, береговых наблюдений. В России постоянный мониторинг загрязнений проводится только по некоторым морям или в рамках отдельных проектов.
Таким образом, современный геоинформационный мониторинг – это не технология, а комплекс методов познания окружающего мира, позволяющих решать широкий круг социальных, прикладных и теоретических задач.
Список использованных источников
1. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.
2. Новый словарь русского языка под редакцией Т.Ф.Ефремовой.
3. Цветков В.Я. Геоинформационный мониторинг // Геодезия и аэрофотосъемка. 2005. № 5. С. 151 -155.
4. Пискунов М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооружений. М.: Недра, 1980.
5. Руководство по натурным наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений и их оснований геодезическими методами. М.: Энергия, 1980.
6. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. М.: МГУ, 1995. 270 с.
7. Цветков В. Я., Максимова М.В. Современный геоинформационный мониторинг // Геодезия и картография. 2013. № 8. С. 57-59.
8. Скнарина Н.А. Решение задач расстановки сети датчиков при организации геоинформационной системы мониторинга оползнеопасных склонов // Кибернетика. 2011. № 6. С. 34-37.
9. Цветков В.Я., Павлов А.И., Потапов А.С. Геомониторинг деформаций. М.: Госинформобр, 2006. 88 с.
10. СНиП 3.01.03-84 «Геодезические работы в строительстве»
11. Ozhereleva T. A. Impact Analysis of Education Quality Factors // European Journal of Economic Studies, 2013, Vol. (5), № 3. pр. 172-176.
12. Затягалова В.В., Иванов А.Ю., Гершензон О.Н. Мониторинг шельфовых зон с использованием космической радиолокационной съемки и географических информационных систем // Тез. докл. Black sea forum 14-15 декабря 2007.
13. Кучейко А.А., Затягалова В.В., Запорожец Н.А. Радиолокационный мониторинг разливов нефти и нефтепродуктов в акваториях // Бурение и нефть, 2008. № 11. С. 13
14. Затягалова В.В. Спутниковый мониторинг загрязнения акваторий нефтью и нефтепродуктами // Инженерные изыскания. 2009. № 6. C. 28-31.
15. Кучейко А.А., Затягалова В.В., Филимонова Н.А. Отечественные технологии оперативного спутникового мониторинга морских акваторий // Земля из космоса – наиболее эффективные решения. 2009. № 2. C. 22-29.
16. Бармин И.В., Лящук Б.А., Савиных В.П., Цветков В.Я. Принципы глобального космического мониторинга // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2013. № 4. С. 30-36
17. Tsvetkov V. Ya. Global Monitoring // European Researcher, 2012, Vol.(33), № 11-1, p.1843-1851.
18. Затягалова В.В. Филимонова Н.А. Оперативный спутниковый мониторинг морских акваторий // Экология. 2008. № 5. С. 42-45.
19. Перминов А.Н. МАКСМ – проект общечеловеческой значимости http://igmass.com/index.php?option=com_
pnojournal.wordpress.com content&view=article&id=241:2012-06-20-07-43-49&catid=13:2011-03-10-14-16-11&Itemid=48 (дата обращения: 9.02.2015).
20. Егоров В.М., Цветков В.Я. Координатное обеспечение международной аэрокосмической системы глобального мониторинга // Полет. 2012. № 4. С. 34-37.
21. Кучейко А.А., Затягалова В.В. Российские космические технологии: новые возможности оперативного мониторинга и контроля // Т-comm. 2010. № 2. C. 18-21.
22. Затягалова В.В. Веб-геоинформационный подход для задачи оперативного мониторинга морей с использованием космических радиолокационных снимков» // Сборник научных статей по итогам международной научно-технической конференции, посвященной 230-летию основания МИИГАиК, 2009, Ч. 2, С. 182-187.
23. Цветков В.Я., Решетнева Т.Г., Булгакова Т.В., Т.Г. Мазина А.С. Основы геоинформационного мониторинга // Вестник Амурского государственного университета/ серия: Естественные и экономические науки. 2003. № 21. С. 75-78.
24. Затягалова В.В. Применение космической радиолокации и геоинформационных систем для комплексного анализа естественных выходов нефти в восточной части Азово-Черноморского бассейна // Тез. докл.
«Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН 14-18 ноября 2011 г.
25. I.V. Barmin, V.P. Kulagin, V.P. Savinykh, V.Ya. Tsvetkov. Near_Earth Space as an Object of Global Monitoring // Solar System Research, 2014, Vol. 48, No. 7, pp. 531–535
26. Tsvetkov V.Ya. Information Units as the Elements of Complex Models // Nanotechnology Research and Practice, 2014, Vol.(1), № 1. р57-64.
27. Лютый А.А. Язык карты: сущность, система, функции. М.: ГЕОС, 2002. 327 с.
28. Иванов А.Ю., Затягалова В.В. Картографирование пленочных загрязнений моря с использованием космической радиолокации и географических информационных систем // Исследование Земли из космоса. 2007. № 6. C. 46-63.
29. Соловьев И.В. Применение модели информационной ситуации в геоинформатике // Науки о Земле. 2012. № 1. С. 54-58.
30. Геодезия, картография, геоинформатика, кадастр: Энциклопедия. В 2 х т. М.: ООО «Геодезкартиздат», 2008. Т. I. 496 с.