Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Информационно-аналитическое обеспечение контроля аномалий радона на территории Московского региона

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Зарубин, Алексей Борисович

Введение.

Глава 1. Природа радиоактивных эманаций и методы и средства определения объемной активности радона.

1.1 Природа радиоактивных эманаций.

1.1.1 Радоновое поле на территории г. Москвы.

1.1.2 Радоновое поле на территории Подмосковья.

1.2 Механизмы появления радона на дневной поверхности.

1.3 Техногенные источники радона.

1.4 Влияние радона па живые организмы.

1.5 Измерение и идентификация радона, торона и продуктов их распада. Преимущества и недостатки различных способов измерения.

Глава 2. Системный анализ существующих геоинформационных систем управления ресурсами окружающей среды.

2.1 Общая структура ГИС и ее основные функции.

2.2 Системно-технический анализ современных геоинформационных систем.

2.1 Выбор геоинформационной системы.

2.1.1 Геоинформационная система GcoBuildcr Pro.

2.1.2 Система обработки растровой графики GcoBuildcr Mosaic.

2.1.3 Система пространственного моделировании Geo Builder Matrix.

2.2 Сервер внешней семантики.

2.3 Использование ГИС для картографирования радиационной обстановки.

Глава 3. Методика комплексного экологического мониторинга территорий Москвы и Московской области на радоноопасность.

3.1 Область исследования.

3.2 Структура базы радиоэкологических данных.

3.3 Методика обработки данных экологического мониторинга аномалий радона на основе ГИС-технологий.

Глава 4. Практическое применение современных ГИС-технологий для обработки данных пространственного распределения подпочвенных газов на примере радона

4.1 Проведение комплексных экологических исследований строительного участка но адресу: г. Москва, бульвар Маршала Рокоссовского, вл. 5-8.

4.2 Проведение радиационных и георадиолокационных исследований на участке застройки коттеджного поселка Третья охота у дер. Поздняково Красногорского района Московской области.

4.3 Схема пространственного распределения ППР по территории г. Москвы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Информационно-аналитическое обеспечение контроля аномалий радона на территории Московского региона"

Актуальность темы. Радиационная обстановка на Земле за последние несколько десятилетий в связи с проведенными в 20-ом веке ядерными испытаниями, авариями на АЭС, захоронениями радиоактивных отходов и т.д. серьезно ухудшилась. Значительную экологическую опасность для человека и других живых организмов представляет также и измененный под воздействием геологических и антропогенных факторов естественный радиационный фон территорий, в первую очередь обусловленный выходом радона.

Большая значимость проблемы радона привлекает огромное внимание к ней со стороны Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) и Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН). В России для оценки доз облучения населения от радона еще в 1994 году принята Федеральная целевая программа "Радон".

Пристальное внимание к радоновой проблеме обусловлено тем, что являясь коротко-живущим альфа-излучателем, он вносит значительный вклад во внутреннее облучение человека, вызывая рак легких, а также является признаком несанкционированных радиоактивных захоронений техногенного происхождения.

Особенно эта проблема актуальна в городах-мегаполисах, где развита промышленность, имеется большое число НИИ, работающих с источниками ионизирующего излучения на основе радия, таких как Москвы, Петербург, Екатеринбург и др.

Все это обусловливает актуальность проводимых на современном этапе широкомасштабных исследований по изучению пространственно-временных параметров распределения содержания радона, целью которых является оценка риска заболеваний населением и выбора определенных противорадоновых мероприятий, направленных на защиту населения от воздействия данного радиационного фактора.

Современный этап получения данных об экологических параметрах окружающей среды характеризуется большим объемом первичных данных, обработка, анализ и интерпретация которых представляет собой достаточно сложную задачу. Корректность решения этой задачи определяет в конечном итоге количество и ценность получаемой информации о пространственно-временном распределении проявляющихся динамических свойствах окружающей среды и ее влиянии на биосферу и человека.

Наиболее эффективным средством представления информации являются географические информационные системы (ГИС) различного предназначения. ГИС-технологии позволяют оперативно накапливать, анализировать, отображать на топографической основе данные различных экологических исследований.

Целью данной работы является разработка методики информационно-аналитическог о обеспечения обработки и картографического отображения данных, получаемых при экологическом контроле радоновых аномалий на территории Московского региона, и их интерпретация с привлечением результатов георадарной и газохимической съемки.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие взаимосвязанные задачи:

- анализ существующих, выбор и обоснование подходящей для данной цели ГИС;

- контроль полей радона из грунта, анализ и обобщение полученной информации;

- разработка и формирование базы данных по объемной активности радона в мегаполисе Москвы;

- построение карт пространственного распределения объемной активности радона по территории Москвы;

- выявление закономерностей появление повышенных значений концентрации радона в местах несанкционированных захоронений радиоактивных отходов и геологических аномалий.

Научная новизна и защищаемые положения:

- разработана методика информационно-аналитического обеспечения экологического контроля аномалий радона на основе комплексирования методов измерения плотности потока радона (ППР), методов георадиолокаций и обработки полученных результатов с применением ГИС-технологий;

- разработаны структура и алгоритм обработки результатов измерений полей плотности потока радона на основе ГИС-технологий;

- методика построения пространственного распределения ППР на территории Московского региона;

- алгоритм определения природы источников радона по выявленным радиационным и другим геофизическим аномалиям.

Практическая значимость работы:

- разработана методика, позволяющая оперативно отслеживать изменения в радоновом поле на урбанизированных территориях по результатам проводимых радиационных исследований;

- разработана методика построения тематических карт по результатам радиоэкологического мониторинга;

- построена карта пространственного распределения плотности потока радона из грунта на территории г. Москвы;

- разработана методика интерпретации аномалий плотности потока радона с использованием георадарпых измерений;

- основные результаты работы могут быть использованы для экологического мониторинга урбанизированных территорий.

Личный вклад. Автор принимал активное участие в проведении полевых экспериментов, участвовал в разработке базы данных, адаптировал ГИС GeoBuilder к решаемым задачам, разработал Сервер внешней семантики для ГИС, строил гипсометрические модели данных ППР по Московскому региону.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались на 4-ой Всероссийской Научной конференции «Экологическая физика», Москва, 22-24 июня 2004 г. и на 1-ой Научно-практической конференции «Экология мегаполиса», Москва, 21 апреля 2006 г. и обсуждались на семинаре в Госприродоохранном центре Департамента природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы.

Основные теоретические и практические результаты исследований по теме диссертации изложены в 6 работах.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из 4 глав, введения и заключения. Объем работы составляет 108 страниц, включая 30 рисунков, 10 таблиц. Библиография содержит 58 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Зарубин, Алексей Борисович

Выход

Рисунок 2.3. Векторные слои карты

4) ввод данных методом визуального цифрования, прямого задания координат и посредством внешних приложений;

5) набор объектно-ориентированных инструментальных средств создания и редактирования цифрового картографического фона;

6) возможность символизации объектов пользовательскими векторными стилями, значками и заливками, что обеспечивает изготовление цифровых карт в соответствии ГОСТом. Создание библиотек векторных стилей обеспечивает' специализированный редактор GeoBuilder Vector Editor (рисунок 2.4), входящий в поставку ГИС GeoBuilder Pro;

7) создание, поддержание и ведение семантических таблиц и классификаторов как средствами ГИС GeoBuilder, так и обеспечением связи с внешними базами данных;

8) создание и ведение информационно-поисковой системы;

9) создание тематических запросов, учитывающих как семантические (атрибутивные), так и топологические (площадь, длина, взаимное расположение) параметры объектов;

10) отображение запросов на карте с возможностью настройки параметров отображения; f^fWfiiPtHAfl дороге 111 - EteK горный редактор глпга файл Оравкв 0ид изображение Леинитувы ^струнеиты Параметры помощь

ВИ 'Л ,- +- дорога И (sro* g

Новое

Рисунок 2.4 Редактор GeoBuilder Vector Editor с векторной линией «железная дорога» 1) экспорт и импорт данных в различные графические форматы. Выполняются посредством серверов пользователя (открытый программный интерфейс) или серверов импорта-экспорта, входящих в поставку ГИС GeoBuilder Pro (mif/mid - Maplnfo, dgn - Micro-Station, dwg - AutoCad, gbs - GeoBuilder, bmp - Bitmap, emf- Мечафайл);

12) печать информации с автоматической разбивкой на листы и зарамочным оформлением (надписи, рисунки, таблицы, разрез рельефа и т.д.) с возможностью редактирования состава отображаемых данных непосредственно в режиме печати - GeoBuilder Print, входящий в поставку ГИС GeoBuilder Pro;

13) разработка прикладных (пользовательских) приложений для управления векторными и семан тическими данными.

2.1.2 Система обработки растровой графики GeoBuilder Mosaic

Система GeoBuilder Mosaic (рисунок 2.5) предназначена для геопривязки, трансформирования и сшивки исходных изображений топоосповы, таких как топографических планшетов, листов фотоплана, снимков, полученных в результате аэро- и ко ем о ф ото с ъе м к и и др.

Рисунок 2.5 GeoBuilder Mosaic с открытым комплексом для оцифровки

GeoBuilder Mosaic оптимизирует процесс отображения и управления растровой информацией при укладке (сшивке) исходных растров в единую ортомозаику, позволяет проводить геопривязку и трансформирование исходных растров как по опорным точкам, так и по векторной информации, а также позволяет производить сшивку исходной растровой информации в единую ортомозаику по произвольной границе укладки с коррекцией цвета вдоль границы.

2.1.3 Система пространственного моделировании Geo Builder Matrix

Система GeoBuilder Matrix необходима для построения цифровой модели местности и ее графической интерпретации (рисунок 2.6).

Построение цифровой модели местности осуществляется на основе атрибутивных данных векторных объектов ГИС GeoBuilder Pro. GeoBuilder Matrix имеет систему создания непрерывной цветовой палитры для построения гипсометрической модели данных, характерных для данной местности (цветовая интерпретация цифровой модели местности) с возможностью задания соответствия диапазонам числовых значений их цветовой интерпретации.

Рисунок 2.6 Гипсометрическая модель, созданная в GeoBuilder Matrix

ГИС "GeoBuilder" поддерживает сетевую работу. Для совместного доступа достаточно открыть одну базу данных с разных рабочих мест. При этом программой предусмотрен набор возможностей, позволяющих администратору базы данных разграничить доступ пользователей.

Используемая цифровая карта г. Москвы, работа с которой осуществляется в ГИС GeoBuilder, в точечные слои которой заносятся точки отбора проб и точки измерения ППР, не может дать сведения о количественных характеристиках измеряемых параметров.

Поэтому был создан Сервер внешней семантики, позволяющий использовать информационные БД распространенных форматов в качестве характеристик объектов электронной карты.

2.2 Сервер внешней семантики

Сервер работает под управлением ГИС GeoBuilder Pro. Связь векторных объектов карты (рис. 2.7) с внешней информацией об этих объектах создается пользователем путем выбора конкретного объекта карты и назначения ему в соответствие некоторой информации из базы данных (связывания объекта и записи внешнего источника). После процесса создания связей возможны различные варианты использования данных пользователя; па-пример, для поиска объекта па карте, создания запроса на отбор объектов по значениям семантики и др.

Векторная карта

Обьеиы слове

Сервер внешней семантики V

Внешний источник данных

Заключение

В результате проведенных исследований выполнены поставленные цель и задачи:

- Разработана методика определения радоноопасности территорий комплексом методов, включающим радоновую и георадарную съемки, с применением ГИС-технологий. Методика апробирована на реальных объектах, когда интерпретация аномалий позволила дать заключение о природе их возникновения.

- Апробирована ГИС и создана база данных для решения задач по обработке данных радиоэкологического мониторинга. Разработана система связи результатов мониторинга из базы данных и электронных карт, позволяющая оперативно отслеживать изменения пространственного распределения плотности потока радона на электронной карте после добавления в базу данных новой информации.

- Разработай алгоритм обработки результатов экологического мониторинга на основе ГИС GeoBuilder. Используя данный алгоритм можно строить карты пространственного распределения, как плотности потока радона, так и любого другого загрязняющего вещества, и не только на локальных участках, но и на больших территориях, например, для г. Москвы.

- Анализ полученных результатов экологического мониторинга, построенных карт пространственного распределения и результатов георадарных исследований дал возможность заключить, что аномалии плотности потока радона из грунта могут быть обусловлены геологическими аномалиями на данном участке и наличием несанкционированных захоронений радиоактивных отходов.

Разработанная методика и алгоритм могут применяться для решения экологических задач, связанных с построением гипсометрических моделей данных и пространственного отображения данных измерений при минимальной первичной обработке. ч

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Зарубин, Алексей Борисович, Москва

1. Абросимов, В.В Современный кадастр. Интеграция данных - распределенность пользователей / В.В. Абросимов и др.. // Геодезия и картография, -2000, №2. - с. 42-48.

2. Аверкина, Н.А. Проблема канцерогенного влияния радона на организм человека / Н.А. Аверкина, М., 1999.

3. Белоусова, И.М. Естественная радиоактивность / И.М. Белоусова, Ю.М. Штуккенберг // Медгиз. М., 1961.

4. Берляит, A.M. Картография. Геоинформационные системы / A.M. Берлянт, В.Е. Тикунова // Геоиздат, 1994.

5. Булдаков, J1.A. Радиоактивные вещества и человек / JT.A. Булдаков, М.: Энергоатомиздат, 1990.

6. Воробьев, И.Б. Метод и аппаратура для измерения объемной активности радона в воздухе радоновых измерений и лечебниц / И.Б. Воробьев, А.С. Кри-вохатский, Е.В. Некрасов и др. // Гигиена и санитария, М., 1990.

7. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества / под ред. J1.A. Ильина, М., Химия, 1990.

8. Гангрский, Ю.П. Регистрация и спектрометрия осколков деления / Ю.П. Гангрский, Б.Н. Марков, В.П. Перелыгин // Энергоиздат, М., 1981.

9. Гладкий, В.И. Городской кадастр и его картографо-геодезическое обеспечение / В.И. Гладкий, В.А. Спиридонов // Недра. М.,1992.

10. Гусев, Н.Г. Справочник по радиоактивным излучениям / Н.Г. Гусев, М.: Медгиз, 1956

11. Жуковский, М.В. Радон: Измерение, дозы, оценка риска / М.В. Жуковский, И.В. Ярмошенко // Институт промышленной экологии и НИСО УрО РАН. -Екатеринбург, 1997.

12. Инженерно-экологические изыскания для строительства : Свод правил СП 11-102-97.

13. Ионизирующее излучение: источники и биологические эффекты / Доклад за 1982 г. Генеральной Ассамблеи. Нью-Йорк, ООН, 1982.

14. Карты цифровые топографические : ГОСТ Р 51606-2000.15