Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Региональное геологическое изучение территории России с использованием информационных технологий
ВАК РФ 25.00.01, Общая и региональная геология
Автореферат диссертации по теме "Региональное геологическое изучение территории России с использованием информационных технологий"
На правах рукописи
ж.....-л
КЛОПОТОВ ВЛАДИМИР ИГОРЕВИЧ
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ РЕГИОНАЛЬНОМ ГЕОЛОГИЧЕСКОМ ИЗУЧЕНИИ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ (на примере Приволжского Федерального округа)
Специальность 25.00.01 - Общая и региональная геология
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
1 2 МАЙ 2011
Москва 2011г.
4845320
Работа выполнена на кафедре месторождений полезных ископаемых и их разведки им. В.М.Крейтера инженерного факультета Российского Университета Дружбы Народов. Министерство природопользования и экологии Рязанской области
Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук Дьяконов Виктор Васильевич
Официальные оппоненты: кандидат геолого-минералогических наук,
Карпузова Александр Федорович (МПР России)
Доктор геолого-минералогических наук, профессор Рассказов Андрей Андреевич (ИМГРЭ).
Ведущая организация: Общество с ограниченной ответственностью «Геоцентр Москва»
Защита состоится 21 апреля 2011 года на заседании диссертационного совета Д 212.203.25 при Российском Университете Дружбы Народов по адресу 115419, Москва, ул. Орджоникидзе, д.З, ауд. 440 (5 этаж).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Университета Дружбы Народов по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6.
Отзыв на автореферат просим направлять по адресу: 115419, Москва, ул. Орджоникидзе, д.З, ауд. 440 (5 этаж)
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук, доцент
Актуальность работы. Актуальность работы обусловливается необходимостью создания не только государственных геологических карт, но и разработанных на их основе информационно-картографических моделей (ИКМ) геологического строения территории, как для специалистов разных областей народного хозяйства, так и для широкого круга населения регионов. Работа является результатом обобщения авторских идей п разработок, направленных на создание и обоснование построения ИКМ. На основании разработанных методик возникает возможность создавать многомерные ИКМ.
Еще на VI Всероссийском совещании-семинаре (1999г., г, Красноярск) была выдвинута идея создания информационной геолого-картографнческой системы страны, организованной по субъектам федерации, где указывалось на необходимость не только создания таких ГИС-Атласов, но и проведения их мониторинга с периодическим переизданием электронным или другим способом. Создание ГИС-Атласов явилось отправной точкой для начала создания ИКМ.
Государственные геологические карты не могут па прямую использоваться для решения вопросов управления территорией, так как не предназначены для этого. Предлагаемые автором информационно-компьютерные модели , являются более широким объектом, включают в себя не только геологическую, но и другую информацию природополь-зовательского характера. Это их принципиальное отличие позволяет быть основой информационных компьютерных систем управления территориями. Такая система, в настоящее время, разрабатывается в Рязанской области под руководством автором. В основу этой системы положены принципы построения информационно-компьютерных моделей геологического строения территорий (ИКМ) разработанных автором на примере Приволжского федерального округа (Приволжский ФО).
Цель работы. Цель работы - разработка методологической и научной основы создания информационно-картографических моделей (ИКМ) геологического строения территории, как нового самостоятельного элемента геологического картографирования территорий. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:
1. На примере ГИС-Атласа геологической информации с набором специализированных карт, как в целом по Приволжскому ФО, так и по отдельным субъектам Российской Федерации в его составе, показать методику построения ИКМ;
2. Разработать структуру, приемы наполнения ания баз данных геологической информацией для ее применения в выработке управленческих решений для рационального недропользования.
3. Обосновать необходимость создания ИКМ различного иерархического уровня и возможность их практического применения.
В работе исследованы теоретические и практические аспекты построения ИКМ и связанных с ними баз данных, что дает возможность рассматривать их как основу единого информационного пространства для недро - и природопользования в целом. Рассмотрены аспекты отличия ИКМ от Государственной геологической карты нового поколения и их место в общем ряду электронных геологических карт.
Научная новизна. На примере Приволжского ФО модифицирована методика создания ИКМ. Приведены методические приемы формирования ГИС-пакетов геологической информации и БД к ним как для округа в целом, так и для субъектов Российской Федерации в его составе.
Описанная методика дает возможность применить к географическим информационным системам принципы формирования баз данных. Такой подход упрощает для пользователей понимание принципов работы с ГИС, позволяет проводить рациональную структуризацию геологических данных и создавать реляционные базы данных.
ИКМ должны стать неотъемлемой частью структу ры рационального управления недрами. Они расширяют и углубляют геологическую информацию и позволяют проводить ее анализ при построении различных тематических карт геологического содержания. Предложенная методика не зависит от программных продуктов, в которых она создава-
лась, и может легко трансформироваться при изменении задач, программных и аппаратных средств.
Построенные ИКМ отличаются от Госгеолкарты и ни в коем случае не подменяют ее. Он являются самостоятельным, новым видом регионального изучения недр земли и должны постоянно пополняться и обновляться в режиме мониторинга.
ИКМ дают возможность расширить круг пользователей геологической информацией. При этом нет необходимости ее упрощать, генерализировать и видоизменять в зависимости от уровня пользователя. Электронная основа делает ее удобной для применения в различных государственных, учебных, коммерчески и других учреждениях.
Материалы, положенные в основу исследований и методики исследований. Основой для выполнения работы послужили материалы, собранные в процессе разработки ГИС-Атласа Приволжского ФО и ГИС-пакетов геологической информации субъектов федерации, входящих в него, в рамках работ по объекту «Геологическое изучение и оценка минерально-сырьевых ресурсов недр территории Российской Федерации и ее континентального шельфа (Составление ГИС - Атласа карт геологического содержания масштаба 1:1 ООО ООО Приволжского Федерального округа)». Цифровые модели большинства карт и баз данных к ним подготовлены автором лично или под его руководством в процессе разработки и апробации методических и технологических особенностей создания ИКМ.
Практическая значимость работы обусловлена созданием многоуровневой ИКМ Приволжского ФО, а также применением ГИС технологий при создании под руководством автора: «Электронного атласа карт геологического содержания по Нижегородской области (1999 г.)»; «Подготовка базы данных структурных и нефтепоисковых скважин по Нижегородской области» (2000 г.); Составление ЦМ тематической карты особо охраняемых территории Нижегородской области (2001 г.): Создание банка данных и карты размещение крупных месторождений торфа Нижегородской области (1999 г.): «Составление комплекта карт геологического содержания м-ба 1:200 000 по территории Республики Мари Эл» (2000-2001 г.), «Совершенствование легенды Средневолжской серии Госгеол-карты-200» (2000-2001 г.); «Создание цифровых карт эколого-геологическоп съемки масштаба 1:200 000 Юго-востока Республики Татарстан» (2002 г.); «Прогнозирование месторождений твердых полезных ископаемых по Нижегородской области» (2000-2004); «Инженерно-геологического районирование для обоснования опорных наблюдательных сетей за экзогенными геологическими процессами на территории Кировской области» (20032004 г.); а также создание и защита в НРС цифровых моделей по 10 листов ГГК-200; создание и защита в НРС цифровых моделей по 2 листам гидрогеологических карт в комплекте ГГК-200 и создания ГИС-атласа Приволжского федерального округа и субъектов в его составе (2001-2003 г.).
Защищаемые положения.
1. Предложенная методика построения информационно-картографических моделей геологического строения территории, имеющих блочно-модулъиую архитектуру, использующих единые программно-технологические средства ведения фактографических и картографических баз и банков данных, унифицированных классификаторов, позволяет создавать качественно новый тип картографических материалов, несущих геологическую информацию
2. Созданные автором ИКМ позволяют оперативно обновлять и оценивать большой объем геологической информации, необходимой при выработке управленческих решений для рационального недропользования и разработки планов социально-экономического развития регионов.
Апробация работы н публикации проводились на НТС ФГУГП «Волгагеология», НТС ФГУП ВСЕГЕИ, на многочисленных семинарах (2000-2003 г.г.), выставках (20002004 г.г.) и конференциях (2000-2004 г.г.). ГИС-Атлас по Приволжскому ФО и ГИС-пакеты оперативной геологической информации по субъектам в его составе переданы для использования Представителю Президента по ПФО и во все ГУПРы МПР в пределах
ПФО, создана и функционирует ИКМ геологической информации Рязанской области но общераспространенным полезным ископаемым.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ. Автор является ответственным редактором цифровой модели Государственной геологической карты масштаба 1:1000 ООО листа N-(38),39 (Самара) новой серии, автором электронных моделей 8 листов Государственной геологической карты масштаба 1:200000 средне-волжской серии.
С труктура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 120 страниц текста, 23 рисунка, 32 таблицы и список литературы из 28 наименований.
Благодарности. Автор выражает благодарность генеральному директору ФГУГП «Волгагеология» A.M. Коломийцу за благословение на эту работу. Автор глубоко признателен к.г.-м.н. В.П.Кирикову и д.г.-м.н. Б.В.Петрову за поддержку, помощь и внимание на всех стадиях написания работы. Автор благодарен главному геологу ФГУГП «Волгагеология» О.С. Богатыреву за предоставление материалов, которые помогли в написании работы, а также сотрудникам ДПР и ГУПРа по Нижегородской области в обсуждении с которыми автор отшлифовал свою точку зрения. Благодарю всех сотрудников ЦГИС ФГУГП «Волгагеология» которые помогли в написании работы.
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели, показаны научная новизна и практическая значимость исследований.
В первой главе проведен исторический анализ ГИС технологий [2.3,8,12], освещено их появление на рынке компьютерных программных продуктов и внедрение их в геологическую отрасль России. Особенности этих программных продуктов состоят в том, что они позволили не только создавать базы данных (БД) объектов, имеющих двумерную координатную привязку, но и отобразить их в привычном для глаза геолога и географа картографическом виде. Очевидным преимуществом компьютерной картографии является возможность оперативной модификации любых карт и связанных с ними БД при появлении новой информации по любому элементу. Кроме этого возникла возможность многократно использовать географические объекты в различных построениях, проводить их классификацию по нескольким признакам, делать различные пространственные и расчетные операции, автоматизировать расчет поверхностей (площадей и периметров), строить тематические результирующие карты. Данные программные комплексы нашли широкое применение в различных областях науки и народного хозяйства, таких как география, землепользование, в маркетинговых исследованиях территории городов и областей и т.д.
В 1994 году коллегией Роскомиедра (Постановление №4) была принята «Концепция регионального геологического изучения недр Российской Федерации», где поставлена задача «создания и функционирования государственной геологической информационной системы, включающей базы и банки первичной и систематизированной геологической информации». Вся работа по внедрению новых компьютерных технологий проводилась под руководством Департамента геологии и использования недр Роскомнедра и его руководителя А.Ф. Морозова.
Представляемая методика продиктована существующим состоянием в геологической отрасли и не является догмой, она демократична п достаточно просто поддается перестройке. ИКМ, как цифровой продукт, охватывающий многоаспектные геологические проблемы (геологическое строение, минерагению, полезные ископаемые, геоэкологию, геоэкономику и т.д.), с одной стороны, является продуктом синтетическим, находящимся на стыке геологии и информатики, с другой стороны, является современной формой представления накопленных обширных геологических данных. Разработанная блочио-модульная последовательность процесса создания электронных карт обусловлена теоретической и практической подготовкой персонала, охватывающего все этапы технологического процесса: от операторов, находящихся иа начальных стадиях ввода информации, до
специалистов (изготовителей и потребителей), владеющих одновременно как фундаментальными знаниями геологической науки, так и компьютерной подготовкой, включающей в себя программные знания (с практическими навыками). На сегодняшний день технологическая цепочка создания ИКМ выстроена по принципу последовательных блоков. При предложенной схеме допускается меньше ошибок и проще проводить проверку качества ввода и анализа информации, что является главным для обеспечения корректности и достоверности накапливаемых геологических материалов. Для создания конечного продукта в виде оформленных ИКМ и масштабированных аналоговых вариантов карт большое значение приобретает четкая и корректная постановка задачи, как по её содержательной части, так и по оформительской. Создание крупных региональных ИКМ - это командная работа, при которой технология её создания и управления администратором БД отталкивается от среднего профессионального уровня, как изготовителя, так и потребителя. Меняется команда, повышается ее уровень, меняются задачи - технологическая цепочка видоизменяется, но изменяться она будет, прежде всего, в сторону реорганизации баз данных со строгими иерархическими допусками к ним исполнителей.
В дальнейшем в главе рассматриваются основные терминологические понятия, на которых основана предлагаемая методика, и лежащие в основе дальнейшего изложения материала. Часто непонимание возникает не по принципиальным вопросам, а в том, что одна из сторон некорректно владеет терминологическими понятиями.
Основой всей вычислительной системы любой предметной области является хранилище информации, называемое базой данных. Она представляет собой совокупность связанных между собой данных конкретной предметной области. Определения и отношения между данными в БД отделены от процедурных предложений программы, которая ее обрабатывает.
Автор рассматривает ИКМ геологического строения территории как специфическую БД, в которую входят геологические тела, месторождения, населенные пункты и другие элементы топографии, геологические границы, т.е. предмет, место, событие или понятие, по которым записаны информационные данные. Каждый объект характеризуется рядом основных атрибутов. Атрибут часто называют элементом данных, полем данных или просто полем.
Во второй главе описаны технологические приемы построения ИКМ, примененные в диссертации. Создание ИКМ явилось следствием развития геоинформационных систем в России и их широким внедрением в государственные и коммерческие структуры общества. «ГИС для управления недрами является тем же, чем наукоемкие технологии для промышленного производства» [12]. Рациональное применение ИКМ позволит многосторонне и углубленно подготавливать управленческие решения в тесной связи с геологическими проблемами минерально-сырьевой базы территорий. На современный период нет нормативных документов, в которых бы оговаривались условия построения ИКМ (стандарты, классификаторы, условные специализированные знаки, правила цифрового описания объектов и т.п.), что приводит к невозможности применять ранее созданные пакеты без существенной их переработки или (нередко) после полной их переделки. Предложенные в работе технологические приемы помогут в дальнейшем в составлении таких документов, а также при создании единого информационного пространства геологической отрасли.
В основу технологии создания ИКМ положено обязательное условие, чтобы с ней могли работать пользователи различной квалификации и получать при ее использовании необходимую для принятия решения графическую и семантическую информацию.
Для построения ИКМ используется дифференциальный принцип реляционных БД, который детально описан в специальной литературе [1]. Такой подход обеспечивает единый технологический фундамент при сборе, анализе, структурировании, форматизации н вводе информации независимо от ее типа. Исследователь на начальном этапе проектирования БД должен полностью представлять решаемую задачу, понимать исходные геологи-
ческие материалы, вид конечного продукта и, по возможности, максимально полно процедуры его последующего использования (в нашем случае создаваемый ИКМ).
Технологические особенности предлагаемой методики формируются на следующих принципах:
1. Все карты ИКМ составляются на цифровой топографической основе. Для проектирования ИКМ под задачи недропользования наиболее эффективно использовать топографическую основу ГИС-Атласа Российской Федерации, как имеющую статус официальных документов Роспедра.
2. Для всех картографических объектов вводятся атрибуты, отражающие их свойства. Создается система различных классификаторов, которые будут применяться при формировании различных запросов, автоматических построений легенд и проверок, ускорения процедуры поиска и детализации объектов ИКМ.
3. Уважительное отношение к исходной авторской информации. Все геологические границы, элементы, скважины, разломы и т.д. не могут быть исправлены и уточнены на этапе ввода информации.
4. Структуризация и формализация геологической информации должна соответствовать дифференциальным принципам создания реляционной базы данных и традиционным методическим подходам геологического картирования и создания серийных легенд.
Данная формулировка позволяет создавать ИКМ, удовлетворяющую следующим требованиям:
> возможность тематического анализа в автоматизированном режиме данных ИКМ:
> визуализация построенной ИКМ в любом виде по желанию пользователя;
У построение различных тематических (новых) карт геологического содержания, диаграмм, графиков, используя данные находящиеся в БД ИКМ. Основными технологическими этапами построения ИКМ, как и в случае проектирования и построения региональных ГИС-Атласов, остаются:
1. анализ, структурирование, формализация информации;
2. ввод информации в БД;
3. проверка и редактирование геологических элементов ИКМ относительно цифровой топоосновы;
4. сшивка и сбивка листов цифровой основы между собой пли по границам субъектов федерации;
5. построение частных ИКМ по границам субъектов федерации либо любых других границ территорий;
6. создание компоновок из частных ИКМ;
7. подготовка ИКМ! для дальнейшего использования конечными пользователями. Основные технологические этапы построения региональной ИКМ в дальнейшем
будут проиллюстрированы на примере ИКМ Приволжского федерального округа. Выбор данного федерального округа в качестве объекта для проектирования и создания региональной ИКМ объясняется тем, что автор руководил и принимал самое активное участие при создании ГИС-Атласа по Приволжскому ФО и базы данных к нему. В связи с этим часть информационных материалов и наработанных методических приемов были использованы при проектировании ИКМ Приволжского ФО.
Анализ, структурирование, формализация информации и организации БД начинается с выбора картографической, математической, в которой вводится и хранится картографическая информация. Выбор географической проекции Гаусса-Крюгера объясняется тем, что территория Приволжского федерального округа располагается в пределах трех зон разграфки карт миллионного масштаба. Ввод информации в данной проекции позволяет в дальнейшем пересчитывать графическую информацию в любую из существующих мировых проекций для более наглядного и привычного географического представления территорий конечному пользователю в электронном виде
Анализировать необходимо не только полотна карт и их легенды, но и все зара-мочное оформление, текст объяснительных записок к ним.
В результате проведенного анализа удалось установить, что цифровой картографической основой для проектирования ИКМ, как и для построения ГИС-Атласа могут служить Государственные геологические карты масштаба 1:1 ООО ООО новой серии, которые издавались (для территории округа) в течение 17 лет (табл. 1). Территория Приволжского ФО располагается на 10 номенклатурных листах этой серии и включает 15 административных субъектов федерации. При этом можно либо пересмотреть и дополнить классификаторы кодов для формализации информации всего перечня карт, разработанные для ГИС-Атласа, либо разработать новые специально для построения ИКМ. Формализация данных заключается в том, чтобы разные формы описательных характеристик объекта перевести в табличный вид, где однородная (единообразная) информация помещается в свою ячейку. Таким образом, при разработке принципов кодирования приходится учитывать многофакторность геологических систем.
Кодирование и внесение атрибутивных данных начинается уже на стадии ввода графических данных (оцифровки). Для этого вся информация подразделяется на: 1 - вводимую совместно с графическими элементами полотна кар™ и 2 - вводимую отдельно от карты, но с организацией отдельных файлов и частных БД таким образом, чтобы на последующих этапах было возможно соединение их с графическими материалами.
При создании ИКМ необходимо учитывать тот фактор, что у геологических тел разные участки протяженной геологической границы могут обладать разными свойствами (например граница может быть: достоверной и предполагаемой), а также согласным и несогласным залеганием пород. Поэтому для полной характеристики одного и того же геологического тела создаются на принципах однородности информации как площадные, так н линейные тематические слои. Каждый вид ИКМ геологического содержания имеет свои индивидуальные особенности анализа и структуризации специализированной информации.
Ввод информации в компьютер осуществляется по ранее организованной общей структуре директорий. Предлагаемая технология создания ИКМ не зависит от технических средств ввода графической информации, который можно осуществлять как с помощью сканера, так и дигитайзера.
Проверка и редактирование геологических элементов ИКМ относительно цифровой топоосновы занимает важное место в процедуре создания ИКМ. В окончательной БД должна оставаться только достоверная и проверенная информация. Все выявленные при формировании БД ошибки условно можно разбить на две группы. К ошибкам первого рода относятся ошибки, допущенные при издании карт. Обнаружение и исправление такого рода ошибок проводится высококвалифицированным специалистом - геологом, который участвует непосредственно в создании ИКМ. К ошибкам второго рода следует относить субъективные ошибки ввода информации и ее корректировки при создании ИКМ. Ошибки обоих типов исправляются на разных этапах проверки и редактирования ИКМ, главным элементом которой выступает создание дублированных полей одноименной информации на разных этапах технологической цепочки для разных операторов, а также экспертные проверки. Большая часть ошибок выявляется на этапе соединения разных видов информации (включая и дублированные поля) в единое целое: графическое н семантическое, характеризующее один и тот же объект.
Сшивка и сбивка листов цифровых основ между собой ияи по границам субъектов федерации является обязательным компонентом в технологии создания ИКМ территории. Как правило, на региональном этапе объекты моделирования занимают площади, охватывающие несколько номенклатурных листов, поэтому вопросы стыковки границ листов, геологических границ и тел, информационных слоев и потоков при создании единой ИКМ являются обязательным элементом технологии. Можно привести многочисленные примеры несогласованности геологических и других границ (крупных месторождений, минера-
генических зон, тектонических структур и т.д.) при переходе с одного листа карты на другой. Опыт работы по созданию И КМ Приволжского ФО показал, что нельзя заниматься сшивкой и сбивкой листов под будущую геологическую модель территории на первых этапах работы. Вначале создается единая на всю территорию Приволжского ФО ИКМ со всеми неувязками и несоответствиями, и только после этого можно проводить смысловое и тематическое редактирование границ и площадей. Это отдельная сложная работа и она должна выполняться в рамках отдельно поставленной задачи. Меньше всего проблем возникает с полистной сшивкой при создании ИКМ карты месторождений полезных ископаемых, выставленных в системе условных знаков, и вообще со всеми объектами, которые выставляются на карты в виде символов, а точность их привязки определяются только ошибкой масштаба исходной карты.
Построение частных ИКМ по границам субъектов федерации либо другим границам особенно актуатьно при создании модели на большие территории, как это имело место при построении ИКМ на территорию Приволжского ФО. Большое количество субъектов федерации в составе ФО, большие различия в объемах информации по каждому из них, а главное, разнообразие задач, решаемых с использованием цифровых моделей, привели к необходимости создания частных ИКМ по каждому из субъектов федерации. Данная задача решалась по разному. В одних случаях по принципу «от общего к частному», когда в БД не хватало информационного ресурса для построения ИКМ большей детальности. В этом случае из сводной ИКМ просто «вырезался» информационный массив в границах требуемого субъекта федерации. В случае если в БД хватало информации для построения более детальной модели субъекта федерации, она строилась на тех же принципах, что и сводная ИКМ. а далее масштабировалась и вкладывалась в нее.
Создание компоновок из частных ИКМ и подготовка ИКМ в требуемых форматах для дальнейшего использования конечными пользователями модели соответствует операции «макетирования» в традиционной картографии. Перед созданием компоновок моделей карт проводится оформление всех тематических слоев ИКМ путем подбора легенд к каждому слою в том виде, в каком элементы модели могут быть представлены на бумаге как картографические элементы. Затем по необходимым слоям проставляются надгшеи для частичного пояснения элементов модели. На завершающем этапе в программном блоке компоновок ИКМ (как частных, так и сводных) проводится их оформление перед выводом на печать или запись на электронном носителе в том виде, как того требует поставленная задача или требования к ИКМ.
В третьей главе описывается ИКМ Приволжского федерального округа. Приволжский федеральный округ (ПФО) занимает восточную часть Восточно-Европейской платформы и западный склон Уральской складчатой системы, на юго-востоке Оренбургской области захватывает и южную часть восточного склона Уральской складчатой системы, чем определяется минерально-сырьевая направленность его экономики. Окрут занимает второе место в России по производству и разведанным запасам углеводородов, ведущее место по добыче калийных солей, хрома, марганца и других металлических и неметаллических полезных ископаемых.
К одной из важных проблем воспроизводства и использования минерально-сырьевой базы ПФО следует отнести недостаточную обеспеченность геологических служб всех уровней и органов управленческого государственного аппарата необходимыми обзорными материалами для подготовки управленческих решений в процессе планирования производственно-хозяйственной деятельности и разработки программ социально-экономического развития на регионатьном и окружном уровнях. ИКМ может стать тем инструментом, который поможет решать эту проблему.
Территория ПФО расположена в пределах 13 номенклатурных листов: Р-38, 39, 40; 0-38, 39,40: N-37, 38, 39,40; 41; М-38, 39, 40, 41.
На начато работ по проекту не существовало карт, составленных в целом на округу, поэтому при проектировании ИКМ необходимо было определить источники_получе-
ния цифровой тематической информации, ее детальность и необходимую достаточность для решения поставленных целей.
Все карты в ИКМ выполняются в векторном виде и сопровождаются атрибутивными БД. Пространственные данные хранятся в десятичных градусах. Все цифровые модели карт в ИКМ были созданы в проекции «Поперечная Меркатора, эллипсоид Красовского», зона 9 (центральный меридиан 51) в формате Arc View. Такое размещение ее минимизирует искажение всех свойств в пределах региона. Данная проекция аналогична проекции Га-усса-Кргагера (Пулково 1942 г., 9 зона), используемой в российской картографии при составлении карт масштаба 1:1 ООО ООО и крупнее.
В состав карт ИКМ Приволжского федерального округа вошли следующие электронные модели:
1. геологического строения (четвертичных и дочетвертнчных образований);
2. размещения полезных ископаемых;
3. минерагеническая;
4. распределенного и нераспределенного фонда недр;
5. эколого-геологическая;
6. геолого-экономическая;
7. геофизической и геологической изученности;
Описание построения отдельных моделей карт ИКМ показывает не только методические приемы применения дифференциального принципа реляционных баз данных, но и показывают новые возможности применения, информации о геологическом строении крупного региона.
ИКМ дочетвертнчных образований
ИКМ создавалась на основе 11 листов Государственной геолопгческой карты (ГГК-1000/2). Во второй главе указывалось, что эти карты имеют широкий временной диапазон составления и поэтому значительная часть информации на них устарела. Исходными материалами для издания карт масштаба 1:1 ООО ООО явились ГГК-200, составленные по разным серийным легендам: Средне-Волжской, Мезенской, Московской, Воронежской, Пермской, Среднеуральской и Южно-Уральской, стратиграфические подразделения которых не имеют четкой корреляции как по временному диапазону, так и по вещественному составу.
Создание ИКМ дочетвертнчных и четвертичных образований в границах Приволжского ФО проводится в следующей последовательности:
• полистная векторизация геологических границ с изданных карт;
• полистная корректировка геологических границ относительно цифровой топографической основы (где это возможно без искажения авторских идей);
• образование геологических тел, .как площадных объектов;
• возрастная идентификация каждого геологического тела в авторском варианте;
• полистная форматизация геологических легенд изданных карт (создание таблиц иерархического вида);
• соединение графических (пространственных) объектов с описательной частью геологического тела и проверка введенной информации;
• формирование и оформление (выставление надписей) ИКМ для вывода на бумагу модели ПФО в целом;
• формирование возрастных геологических легенд (с подбором цветовых палитр);
• формирование компоновок на всю территорию округа.
На стадии ввода (векторизации) геологические границы разделяются (кодируются) в соответствии с геологической классификацией и графическими типами границ, принятыми в геокартографии: достоверные, предполагаемые, несогласные достоверные, несогласные предполагаемые, границы по условиям картографирования и фациальные.
При пространственной привязке растров изданных карт и векторизации исходног о материала стала очевидной необходимость последующей корректировки геологических границ относительно цифровой топоосновы, т.к. изданные карты создавались на бланковых основах в поликонической проекции и со значительной генерализацией речной сети. Исходя из этого, топография исходных авторских геологических карт не соответствует электронной топооснове, положенной в основу ИКМ.
После проведенного редактирования геологических границ относительно цифровых водотоков в платформенной части ПФО были построены геологические тела, как площадные объекты. Таким образом, в ИКМ дочетвертичных образований внесено 6410 геологических тел.
Для соблюдения уникальности каждого геологического тела проведена разработка классификатора для всех геологических тел - объектов, выполненная по принципу объединения номенклатуры листа и возрастного геологического индекса, например: Ы3738К2кт, Ы3738Р2яс1+л1: СШЗШо+кт и т.д.
При создании БД ИКМ в соответствии с легендами изданных полистных карт масштаба 1:1 ООО ООО проведен анализ геологической информации о страфицированных, магматических и интрузивных образованиях (их формализация) по каждому листу вводимой карты, и в основу структуры БД положена принятая хронологическая шкала геологического времени.
При проведении соединения графической информации в ИКМ с информацией, занесенной в БД, проводится проверка введенной информации.
В результате ИКМ позволяет определять приуроченность кавдого из стратифицированных и интрузивных образований к системе, отделу, ярусу, подъярусу, регноярусу, надгоризонту, горизонту, серии, подсерии, свите (толще), комплексу, литологии (вещественному составу) и тектонической принадлежности.
На следующем этапе формирования ИКМ, отображающей геолог ическое строение ПФО, решается задача формирования геохронологических легенд в виде цветовой шкалы для стратиграфических и магматических подразделений, подобранной в соответствии с «Инструкцией -200» (1995). Подбор цветовой шкалы для стратифицированных подразделений систематизирован на уровне отделов и их ярусов, а интрузивных образований - на уровне системы, комплекса и их состава. Введенная информация по геологическому строению региона формируется по слоям согласно авторским вариантам геологических карт с описанием стратиграфических и интрузивных подразделений полистных легенд. В результате ИКМ дочетвертичных образований ПФО содержит следующие специализированные слои: геологические границы (12 слоев); тектонические нарушения - разломы (9 слоев); площадные геологические тела - стратиграфические (11 слоев), магматические (3 слоя); интрузивные (внемасштабные 2 слоя).
Принцип построения и создания ИКМ четвертичных образований абсолютно аналогичен вышеописанному, отличие заключается лишь в структуре таблицы, отражающей геологическую легенду четвертичных отложений.
ИКМ размещения полезных ископаемых
Особенность пространственного расположения ПФО обусловливает минерально-сырьевую направленность его промышленности. По многим видам полезных ископаемых округ занимает одно из ведущих мест в стране. Территориально округ расположен в пределах двух нефтегазоносных провинций (НГП) - Вол го-Уральской и Прикаспийской. Вол-го-Уральская НГП охватывает большую часть Волго-Уральской антеклизы Русской плиты и часть Предуральского краевого прогиба, а Прикаспийская НГП - лишь северную, небольшую часть Прикаспийской впадины в границах РФ.
В процессе формирования ИКМ размещения полезных ископаемых и минерагенн-ческого районирования проанализированы и систематизированы материалы по всему ПФО, разработана структура и классификаторы атрибутивных БД для ввода информации как картографической, так и семантической.
Использование в структуре атрибутивных таблиц дублирования отдельных полей (номер месторождения, полезное ископаемое, размер и освоенность месторождения) позволило на этапе соединений, при 8рЬ-запросах, проводить проверку введенной операторами информации, а также выявлять ошибки и неточности данных. Пространственная привязка месторождения проводится при вводе графической информации с изданных карт, а его описание из записок к картам помешается в электронные таблицы. Для обеспеченности быстроты и качества ввода исходные данные вводятся разными операторами. Такой подход позволил оперативно выявлять и исправлять ошибки первого рода.
Информация по месторождениям в БД ИКМ представлена по видам сырья: нефти и газа, твердым горючим ископаемым, битумам, металлическим и неметаллическим ископаемым, подземным водам, согласно «Инструкции-200». Основным ядром структуры БД является: идентификатор объекта, полезное ископаемое, размерность, освоенность и название месторождения, номенклатурный лист, с которого вынесена информация. Данная структура может пополняться и видоизменяться, но ядро в виде полей для определенного вида информации остается неизменным.
При небольшой доработке построенные ИКМ может выполнять производственные, геологоразведочные и научные задачи. Для решения этих задач следует остановиться на очень важных моментах.
1. О неоднородности внесенной информации. Сведенные в единую БД сведения по месторождениям полезных ископаемых округа представлены на разные сроки состояния информации, в зависимости от времени построения авторской карты, момента утверждения в НРС и издания листов, которые составляют от 5 до 15 лет. Традиционная практика составления ГГК не может существенно сократить эту разницу во времени, ИКМ дает возможность оперативно изменить это положение и вывести информацию на один конкретный год по такому крупному и важному горнодобывающему региону, как ПФО.
2.0 принципах кодирования месторождений. Любая ГИС-технология предусматривает возможность автоматизированной процедуры поиска объекта по его свойствам или значениям, выборки и комбинации его с другими объектами. Принципы построения реляционных БД определяют, что каждый объект в базе данных ИКМ должен быть уникальным, т.е. должен иметь хотя бы одно уникальное свойство или значение. Автором предлагается каждому месторождению присваивать идентификатор, который складывается из номенклатуры листа ГГК-1000/2 и номера месторождения в указателе, например код 03839_П-7-4 состоит из 03839 - номенклатуры листа ГГК-1000/2,11-7 - квадрата на карте, 4 - номера месторождения внутри квадрата разграфки масштаба 1:200000, либо в указателе 11-7-4 - номер месторождения. Добавление номенклатуры листа к каждому из объектов гарантирует неповторяемость ввода и, вместе с тем, простоту проверки по карте и записке.
Кроме этого, в ИКМ месторождения разделяются по субъектам федерации, и внутри них проводится нумерация с соблюдением правил, принятых в геологической картографии. На конечном этапе месторождения субъектов объединялись в единую для ПФО И КМ по пяти группам полезных ископаемых согласно «Инструкции-200».
3.0 принципах кодирования видов полезных ископаемых. При создании ИКМ размещения месторождений полезных ископаемых возникла проблема создания информационных кодов в классификаторах, которые решали бы несколько задач. С одной стороны, давали возможность использования автоматического построения легенд для визуализации размеров месторождений и видов полезных ископаемых на карте, с другой - возможность работать в режиме запросов, выборок и комбинаций при анализе ИКМ. Опираясь на собственный опыт применения ГИС - технологиям для создания различных карт месторождений полезных ископаемых в системе АгсУ1е\у, автором разработан собственный классификатор кодов, который строго согласуется с «Инструкцией -200». В данной работе автор придерживается системы условных знаков к картам полезных ископаемых и законо-
мерностей их размещения, согласно приложению 30. Предложенный классификатор ни в коей мере не заменяет ЭБИС, которая призвана решать другие задачи.
Принцип кодирования полезных ископаемых заключается в следующем. Структура код разработанная автора: ХУ22, где X - номер группы (тип) месторождений; У - помер подгруппы месторождений; ЪЪ — вид полезного ископаемого, где номера групп, подгрупп соответствуют классификационной систематике полезных ископаемых [4].
4. О кодировании размерности месторождений. Дополнительно кодируется характер месторождения, где 1 - соответствует малому месторождению, 2 - среднему, 3 -крупному, 0 - проявлению. В результате комбинация из кодов вида и ранга месторождения дает возможность автоматического построения легенды любого размера, сложности и комбинаций. На этапе анализа имеющиеся в ИКМ сведения путем многоступенчатых се-лекций позволяют решать всевозможные задачи касающиеся как развития минерально-сырьевой базы региона, так и геологических проблем в целом.
5. О комплексных месторождениях. В этой ситуации важно не потерять ценную информацию, и в то же время, не утяжелить код, избежав информационного шума. Предлагается каждый попутный полезный компонент вводить как отдельное месторождение, добавляя в конец кода латинскую букву. В этом случае учитывается каждый полезный компонент, по которому в дальнейшем можно добавить всю имеющую информацию (процент содержания, запасы, и т.д.). При таком подходе соблюдается как уникальность объекта, так и минерально-сырьевой потенциал месторождения, а также учитывается для анализа ИКМ основной металл и сопутствующие ему элементы.
6. О контурах месторождений. Крупные месторождения, имеющие границы (нефти и газа, а также торфов) и показанные в ИКМ как линейные объекты, формировались в отдельных слоях, а для отражения спецификации контуров месторождений полезных ископаемых на картах проведено дублирование месторождений в тематических слоях ИКМ, отображающих внемасштабные объекты. Это вызвано необходимостью сохранить целостность БД ИКМ, которая привязывается в основном к точечным объектам, и в то же время вводить контуры месторождения любой площади. Границы площадных месторождений, попадающие на площади разных листов, как правило, не состыкованы и внесены в ИКМ в соответствии с авторскими построениями. Уточнения и правки (сбивки) границ месторождений в данной ИКМ не проводились, поскольку ИКМ носит констатационный характер и отображает информацию изданных карг. Как показал анализ, по разным источникам информации границы месторождений различны, что зависит от множества причин, поэтому при необходимости ИКМ может быть доработана.
7. О пространственной привязке месторождений. По вопросу качества и достоверности пространственной привязки внемасштабных месторождений хорошим примером является Суринское месторождение стекольных песков, которое на листе 0-37,(38) Нижний Новгород - выставлено под .N"2 1У-9-2 , а также на листе 0-(38),39 Киров - выставлено под № IV-1-3, т.е. одно и тоже месторождение показано на обоих листах. Эта проблема возникает и при совмещении информации местоположения месторождений полезных ископаемых с ГГК-1000/2 с картами распределенного фонда недр, построенными в разные годы по отдельным субъектам федерации.
8. Об отображении информации в БД. Часто одноименные месторождения значительно не совпадают по местоположению в разных источниках. В этой ситуации приходится решать по какому источнику необходимо брать положение месторождения: из отчета по подсчету его запасов или по лицензии, оформленной в органах управления недрами, а возможен и третий вариант. Поскольку в настоящее время в регионах (субъектах) идет формирование крупных ИКМ, то необходимо формировать ИКМ по конкретным источникам информации.
В базу ИКМ размещения полезных ископаемых ПФО включено следующее количество месторождений и проявлений: нефти и газа - 1166, твердых горючих - 42, металлических - 530, неметаллических - 2143, подземных вод - 285, россыпей - 77, дополни-
тельно по Оренбургской области 536 месторождений, что составило 35-40% от общего количества месторождений, открытых в недрах Приволжского ФО.
ИКМ минерагенического районирования ПФО
ИКМ минерагенического районирования Приволжского ФО построена на основе разработанных схем минерагенического районирования масштаба 1:5000000, а также элементов регионального минерагенического районирования на картах полезных ископаемых государственных геологических карт. Также использована металлогеническая карта Урала масштаба 1:2 500 ООО (ред. Мареичев A.M., 1986 г.). Вся информация (прежде всего легенды к листам) по районированию ранжирована по минерагеническим таксонам (мега-зоны, области, зоны, бассейны, рудные районы) структурирована и введена в ИКМ с атрибутивными данными, содержащими название провинции, возраст, название мегазои, областей, зон, систем, бассейнов, рудных районов и номенклатуру исходного листа.
После того, как все элементы минерагенического районирования по всей ИКМ ПФО были собраны воедино, проведена правка и состыковка струкгурно-минерагенических мегазон и зон по границам листов в соответствии с геологической ситуацией, характером тектонической обстановки, магматизма, метаморфизма и особенностям минерагении региона в целом.
На территории Приволжского ФО по неопубликованным данным Кирикова В.П. проведено мннерагеническое районирование, в результате которого выделено три минера-генические провинции: Русская плита, Тимаио-Печорская и Уратьская, а внутри них важнейшие мннерагенические субпровинции, мегазоны и зоны.
При прогнозировании территории на выделение площадей, перспективных для обнаружения месторождений углеводородов, нефтяники пользуются иными, чем по твердым полезным ископаемым, категориями в системе районирования. Нефтегазогеологическое районирование, приведенное в ИКМ, дано по материалам «Карты нефтеносности» (по плотности текущих суммарных извлекаемых ресурсов нефти, газа и конденсата) масштаба 1:5 000 000, выполненной в ВНИГРИ в 1995 году. В соответствии с данной картой на территории ПФО проведено нефтегазогеологическое районирование с выделением провинций, областей и районов, а также выделены площади по категориям текущих суммарных извлекаемых ресурсов (по нефти, газу, газокондеисату)- Па территории ПФО выделено три нефтегазоносные провинции: Тнмано-Печорская, Волго-Ур&тьская и Прикаспийская. В пределах округа выделены нефтяные, газовые, нефтегазовые области (17), из которых 13 находятся в Волго-Уральской, и по две в Тимано-Печорской и Прикаспийской НГТТ.
ИКМ распределенного фонда недр
Особое значение для управления фондом недр, имеет информация о состоянии лицензионной деятельности на данной территории. Так как лицензионные соглашения на использование недр выдают органы управления недрами в субъектах федерации, то эта информация разрознена и подается в вышестоящие организации в виде таблиц и карт к отчетам.
Впервые построена регистрационная карта распределенного фонда недр и создана ИКМ на всю территорию ПФО по данным субъектов федерации, предоставившим свои материалы. Информация по территории округа в целом неоднородна по своему содержанию, наполненности и срокам выдачи лицензионных соглашений в субъектах.
По одним субъектам информация, введенная в ИКМ полная (Чувашская Республика, Коми-Пермяцкий национальный округ, Нижегородская, Самарская и Пермская области), по другим - представлен только распределенный фонд и объекты, находящиеся в разведке (республики: Удмуртская, Татарстан, Башкортостан, Пензенская и Оренбургская области), по остальным - только по распределенному фонд)' недр.
ИКМ распределенного и нераспределенного фонда недр построена, прежде всего, на основе ИКМ размещения полезных ископаемых субъектов федерации, входящих в состав округа. Используя списки действующих лицензий, в структуру атрибутивных таблиц
полезных ископаемых добавлены поля с данными по ним, это - номер лицензии (включающий серию, номер и вид), дата регистрации, дата окончания лицензии, пользователь недр.
В результате обобщения всего имеющегося фактического материала и создания частных И КМ по субъектам федерации, разработаны классификаторы и легенды, использующие следующий общин перечень стадий геолого-разведочных работ отраженных в ИКМ по субъектам: разрабатываемые, подготавливаемые к освоению, госрезерв, планируемые к разработке, нераспределенный фонд, законсервированные, затопленные, неразрабатываемые, выработанные, неразведанные, находящиеся в разведке.
Система кодов строилась так, что позволяла в дальнейшем при необходимости, каждый выделенный масс разбивать на более мелкие, либо более крупные таксоны. Внесение полной разнообразной информации по степени изученности месторождений поможет детально анализировать состояние минерально-сырьевой базы, а такие категории как ликвидированные, выработанные, затопленные могут быть полезными при минергеническом районировании, поисково-оценочном анализе и прогнозе.
В ИКМ распределенный и нераспределенный фонд недр формировался по субъектам федерации каждый в отдельном слое, нередко с разными структурами атрибутивных таблиц. В работе применен принцип формирования общего ядра (единой структуры БД для всех субъектов), к нем)1 подключались дополнительные поля, отражающие специфику информации субъекта. Ядро структуры содержит: полезное ископаемое, название месторождения, наименования пользователя недр, номер лицензии (комбинированный), дату выдачи, дату окончания лицензии либо срок ее действия.
Необходимо отметить несколько важных моментов, встреченных в материалах на местах в органах государственного управления недрами, из-за которых, с одной стороны, усложнялось создание БД распределенного фонда недр, а с другой, возннката неоднозначность в наполнении атрибутивных таблиц этой БД.
• По названиям участков недр, которые приводятся в таблицах списков действующих лицензий по субъектам (форма 15а), порою довольно сложно определить к какому месторождению относится данный участок, поскольку нередко отсутствуют точные определения названий месторождений.
• Терминология полезного ископаемого (особенно общераспространенного сырья) в списках действующих лицензий допускается порою очень вольная.
• Большое количество лицензий выдано на использование подземных вод в качестве питьевых источников, а также для технического водоснабжения предприятий -это, как правило, водозаборы и скважины, которые идут под номерами и в описании не приурочиваются к какому либо из месторождений.
• В списках действующих лицензий отмечаются нередко несоответствия вида лицензии с целью выдачи и стадией работ, как правило, это характерно для лицензий на нефть.
Эколого-геологическая ИКМ округа
Актуальность построения (создания) эколого-геологической ИКМ на всю территорию округа заключается, прежде всего, в попытке использования ее в целях выявления наиболее неблагоприятных площадей по естественным и техногенным критериям экологического состояния окружающей среды, а также общей оценке состояния конкретных сред в региональном плане. Территория округа отличается разнообразием физико-географических, геологических, экономических условий и обладает своими особенностями промышленного и сельскохозяйственного развития. Север площади работ менее освоен, это связано преимущественно с залесённостью и заболоченностью территории. Так, на площади Кировской, Пермской областей и Удмуртской Республики леса занимают 50% и более территории, в центре - в Мордовии п Республике Татарстан - 16-25%, а на юге - в Саратовской и Оренбургской области - площадь леса составляет лишь 5-10%. Территория округа обладает широкой сетью автомобильных и железных дорог, нефте - и газопрово-
дов, наличием крупных объектов добывающей и обрабатывающей промышленности, развитым сельскохозяйственным производством.
В округе проживает 32,2 млн. чел. (22% населения России). Каждый субъект округа характеризуется как общим сходством хозяйственной деятельности, так и индивидуальными особенностями влияния на геологическую среду. Основные промышленные производства сосредоточены в крупных городах - черная и цветная металлургия, машиностроение, металлообработка, химическая, нефте-газодобывающая, нефтеперерабатывающая и другие. В более мелких городах, находящихся в лесной зоне, чаще расположены предприятия легкой, деревообрабатывающей, лесохимической и целлюлозно-бумажной промышленности. На юго-востоке ПФО сформировался крупный нефтедобывающий район с целым комплексом производств по добыче, переработке и транспортировке нефти и газа.
На территории работ по различным источникам информации выделено порядка 700 техногенных объектов (промышленности и сельского хозяйства). Так, модуль техногенной нагрузки максимальных и средних значений достигает вблизи крупных индустриальных центров и административных районов с развитым производством и в районах добычи и переработки полезных ископаемых. Три самых крупных реки европейской территории России не только обеспечивают питьевой водой основное населения ПФО, но из-за не регулирования стока, активизируют гипергенные геологические процессы.
Экономическая освоенность во многом определяется разведанностью и эксплуатацией месторождений полезных ископаемых. На территории округа находятся крупные месторождения нефти в Республиках Татарстан, Удмуртия, Башкортостан, Оренбургской области. Вятко - Камское месторождение фосфоритов расположено в Кировской области. Месторождения строительных материалов имеются почти во всех административно-территориальных районах. Необходимо отметить, что добыча полезных ископаемых является одним из факторов, приводящих к изменению геолопиеской среды.
Существенную роль в хозяйстве региона играет топливно-энергетический комплекс, включающий как добычу и использование горючих полезных ископаемых, так и использование гидроэнергии. Тепловые электростанции расположены преимущественно в крупных городах и работают на различном сырье. В Кировской области тепловые станции работают на торфе, в Татарстане - преимущественно на газе, в Нижегородской области, республиках Удмуртия, Чувашия, Мордовия - на смешанном сырье: газе и мазуте. На крупных реках построен ряд ГЭС. На геоэкологическую обстановку оказывают влияние такие факторы, как повышенное содержание тяжелых металлов в горных породах и грунтовых водах, что характерно для Оренбургской области и Республики Башкортостан.
В результате анализа и систематизации материалов по территории округа создана геоэкологическая ИКМ, содержащая комплекс следующей информации.
1. Проведена типизация природно-техногенных систем (ПТС) и разработан единый классификатор для ввода, кодирования и идентификации техногенных объектов. В работе приведен перечень техногенных объектов, непосредственно присутствующих на территории округа и внесенных в БД.
В ИКМ техногенные объекты разделены в отдельные тематические слои по источникам информации, каждый со своей структурой, содержащей единое для всех поле «ТУРЕ», что позволило создавать легенды для карты в единой системе условных знаков. Всего в БД внесено 480 техногенных объектов (без селитебных образований). Селитебные конгломераты, которых в базе - 214 показаны в ИКМ, объединенные в единый слой из всех источников информации.
2. Показаны территории с различной интенсивностью проявления экзогенных геологических процессов (дефляция, овражная и речная эрозия, суффозия, карст, просадки в лессовых породах, заболачивание, засоление, плоскостной смыв, обвалы и осыпи, оползни, курумы, коррозия). По степени пораженное™ территория округа делится на три группы: высокую (>25%), среднюю (3-25%) и низкую (<3%) и представлена в БД в одном слое
3. Выделены территории с различным интегральным показателем степени воздействия техногенных компонентов на природную среду, который подразделяется (в баллах) на: сильный, средний и слабый и находится в ИКМ в одном слое. Территория ПФО испытывает сильные антропогенные нагрузки, в результате которых геолог ическая среда изменяется динамично и неравномерно. Горно-добывающая отрасль является одним из важнейших факторов, приводящих к изменению геологической среды. Так, наиболее мощным техногенным фактором является эксплуатация нефтяных и газовых месторождений, а также подземных хранилищ нефти и газа, разработка подземных вод, дренажные работы и т.д.
4. В ИКМ введена информация по интегральной оценке естественного экологического состояния геологической среды. По оценочным критериям естественного состояния в пределах региона практически отсутствуют благоприятные природные условия, за исключением небольших участков в Кировской, Пензенской и Оренбургской областях. На большей части территории округа выделяются площади: условно благоприятные и условно неблагоприятные, количество которых практически находятся в равных соотношениях.
5. Введены границы ландшафтов (морфоструктуры в пределах геоморфологических областей) и участков с различной неотектонической активностью и предрасположенностью геологической среды к интенсификации ЭГП;
Использование источников информации, где принципы экологической оценки и ландшафтного районирования существенно различаются, становясь по своим оценочным критериям несовместимыми между собой, заставило отказаться от совмещения (компиляции) информации в целом по округу. Построение ИКМ геолого-экологической информации по разным исходным данным и на разных территориях округа проведено по нескольким легендам. Поэтому информация в ИКМ разделена по разным тематическим слоям в месте с исходными данными первоисточника.
В заключение следует отметить, что построение эколого-геологическои ИКМ на территорию ПФО в единых оценочных параметрах и принципах, с учетом оценки состояния, устойчивости, степени риска и обеспечения безопасности (геодинамических, техногенных и геохимических факторов), с целью рационального природопользования и освоения минерально-сырьевой базы, а также разработки стратегий развития регионов, является предметом специальной тематической работы по систематизации и мониторингу геологической среды в целом по ПФО.
Геолого-экономическая ИКМ
ПФО занимает площадь 1038,1 тыс. км2 (6,1% территории Российской Федерации) и объединяет 15 субъектов РФ. Это один из наиболее развитых промышленных и сельскохозяйственных регионов России. Хотя минерально-сырьевая база округа имеет четко выраженную топливно-энергетическую направленность, на его территории расположены крупные месторождения медных, хромовых, никелевых руд, фосфоритов, уникальный бассейн калийных солей, месторождения серы, редких металлов. На базе сырья для строительной индустрии (мергель, мел, известняк и др.) функционируют крупные цементные заводы и строительная индустрия.
Проблема рационального использования природных ресурсов всегда была и остается важной, как в целом по округу, так и для входящих в него субъектов, и является составной частью решения социально-экономических задач ПФО. Актуальность детальной инвентаризации и комплексной оценки ресурсов полезных ископаемых субъектов ПФО, а также выяснение перспектив развития перерабатывающих отраслей, побудила органы управления и геологических служб в субъектах федерации приступить к постановкам научно-исследовательских работ по тематике геолого-экономических оценок местных минерально-сырьевых ресурсов. Большие исследования по оценке минерально - производственных комплексов неметаллических полезных ископаемых опубликование в 1992 - 2002 годы, выполнены ЦНИИгеолнеруд, по следующим субъектам Приволжского ФО: республик и Татарстан, Удмуртия, Чувашия, Башкортостан, Марий Эл, а также по Нижегород-
ской, Кировской, Самарской, Ульяновской областям, а по Оренбургской и Пензенской областям и по металлическим полезным ископаемым. Цель таких работ заключаюсь в комплексной оценке состояния, размещения, использования МСБ, определении наиболее эффективных направлений ее воспроизводства, развития, а также перспектив горнодобывающей промышленности и горноперерабатывающих отраслей. Расширение сферы применения освоенных и вовлечение в промышленный оборот новых видов минерального сырья способствует более мягкому и быстрому выходу регионов из кризисной ситуации. Полнота, детальность, объективность геолого-экономической и стоимостной оценки МСБ, выбор наиболее перспективных направлений ее воспроизводства и развития приобретает важнейшее значение для товарообмена всеми видами минерально-сырьевой продукции.
Общепринятой идеологии построения геолого-экономической ИКМ по всем видам МСБ на сегодня не выработано, поэтому было выбрано для отражения в ней следующее:
элементы хозяйственной инфраструктуры территории ПФО, включающие объекта хозяйственной деятельности: горнодобывающие и перерабатывающие предприятия, пути сообщения и населенные пункты (всего 1067 объектов), электростанции, а также линии электропередач и трубопроводы;
крупные месторождения твердых полезных ископаемых, нефти и газа;
горнопромышленные зоны в субъектах федерации, выделенные на основе анализа различий природных условий, хозяйственной специализации, демографической ситуации, исторических и социальных факторов, с учетом обеспеченности минерально-сырьевыми ресурсами;
горнопромышленные районы по 11 субъектам;
информация по населенности и плотности населения в субъектах федерации (степени освоенности территории), приведенная на 2001 год.
Общепринятый подход к районированию территории на промышленно - экономические зоны в субъектах также отсутствует. Горнопромышленные зоны (с одноименными названиями) выделены по субъектам, где районирование территории субъекта проводили специалисты ЦНИИгеолнеруд. Горнопромышленное районирование проведено в 11 субъектах, количество выделяемых горнопромышленных зон в субъектах варьирует от 2 до 7.
В силу отсутствия на сегодняшний день полной информации о наличию сельскохозяйственных угодий, территорий с ограничениями хозяйственной деятельности (заповедники, заказники, рекреационные и водоохранные зоны и т.д.), районирования по степени благоприятности различных частей территории для проведения геологоразведочных работ и освоения месторождений полезных ископаемых не проводилось, тем более, что значительная доля природных ресурсов приходится на общераспространенные полезные ископаемые.
Проведенное районирование можно частично отнести к районированию по степени благоприятности различных частей территории для проведения геологоразведочных работ и освоения месторождений полезных ископаемых по комплексу природных и техногенных условий, только без четкой оценки на благоприятные и неблагоприятные площади.
В четвертой главе описаны возможные пути использования ИКМ геологического строения. Графическое изображение на бумаге различных фигур и участков территории всегда являлось предварительным этапом познания. Пространственные взаимоотношения позволяют нам получать общую картину реальности, помогают упорядочить имеющиеся данные, привести их к виду, удобному для осмысления и анализа. Ввиду своей универсальной природы и интеграционной способности, географическая (пространственно привязанная) информация является ключевым элементом для принятия решения в широкой области природопользовательской деятельности человека. Так, даже для принятия таких решений как: предотвращение опасности возгорания торфяных месторождений; проведение эвакуации жителей из поселка при угрозе оползня или селя; описывается наиболее вероятные центры их зарождения; выявление территорий с высоким уровнем урбанизации и интенсивностью взаимодействия между населенными пунктами - во всех этих и других
случаях для принятия решения обязательно используется информация о местоположении - пространственная информация. Она настолько интегрируется в процесс накопления, рассмотрения, осмысливания и анализа всей доступной информации, что люди даже и не задумываются о том, что в основе их рассуждения лежит гео1рафический подход.
Геологические кар™ различного масштаба являются основой не только для поисков полезных ископаемых и связанных с ними вопросов природопользования, но и необходимы для решения природоохранных, инженерно-геологических, экологических и других важных народнохозяйственных вопросов рационального использования природных ресурсов. Предлагаемая технология позволяет накапливать знания об окружающем мире для рационального управления территориями.
Технология создания Государственных геологических карт (ГГК) предусматривает применение инструкций и системы контроля, как авторских материалов, так и всей картографической продукции. Эта система, с одной стороны, не дает возможность пропустить слабый, бездоказательный геологический материал, по в то же время ограничивает авторов требованиями к набору карт и схем, которые должны присутствовать в комплекте, а также технологий подготовки материалов. Только в последние годы появилась возможность применения компьютерной технологии при составлении ГГК, но и здесь появились инструкции по формату данных, их подготовке к передаче на картфабрику и в архивы. Таким образом, применение ГИС-технологий при производстве ГГК не способствовало более широкому ее использованию в других отраслях народного хозяйства, а направлено только на технологию издания материалов. Необходимость проведения обязательных полевых работ и сбор нового фактического материала растягивает сроки обновления ГГК на годы и не дает возможность ее быстрому изменению при появлении новых материалов. Затрудняет использование ГГК и ее составление в рамках листов картографической разграфки территории без учета административных границ, из-за чего все ГГК имеют ограниченный круг пользователей, которые работают в основном в областях, тесно связанных с геологией.
Технология, которая позволяет сделать геологические карты, более востребованными в народном хозяйстве - это ГИС-технология. Она дает возможность в современной цифровой форме наглядно отображать их в виде динамических электронных карт, быстро интегрировать информацию по любому месту или региону и распространять ее в режиме реального времени и места. С применением ГИС-технологий геологические пространственные данные могут легко применяться для решения множества задач, хотя сама информация, а также методы ее обобщения и анализа остаются практически теми же самыми (традиционно-классическими).
ИКМ, как интеграционные пакеты, могут быть использованы в разработки планов социально-экономического развития регионов, службами быстрого реагирования и дорожными ремонтниками, планировщиками - градостроителями и бизнесменами, правоведами и транспортными организациями. Являясь официальным документом, она может удовлетворить их потребность в географической, геолопгческой и другой информации о данной территории, помочь созданию и визуализации карт, проводить адресный поиск, измерять расстояние и площади, накладывать друг на друта слои с различной информацией, анализировать свойства близости и соседства.
Применение ГИС-технологий не только расширяет возможности и сферу использования карт геологической информации, но и помогает выявлять новые нерешенные вопросы по исследованию регионов, которые ранее либо не были видны, либо требовали для своего решения больших ресурсных затрат. Технология ИКМ позволяет преодолеть неестественный разрыв между пространственными и иепространственными данными, т.е. она позволяет вести такие системы с БД по принципу мониторинга соответствующих геологических материалов. Это может выразиться в издании элеиронным, или традиционным способом принципиально новых информационных продуктов - многокрасочных атласов регионов необходимого геологического и природопользовательского содержания. С при-
мененпем ИКМ появляется возможность полностью использовать накопившиеся за многие годы ретроматерпалы.
Основные направления, расширяющие использование материалов, накопленных при создании ИКМ:
♦> Дальнейшее геологическое изучение территорий;
❖ Использование ИКМ для управления различными вопросами развития регионов;
❖ Принятие решений при прогнозировании и разрешения кризисных, чрезвычайных ситуаций;
❖ Использование материалов в учебном процессе, краеведческой деятельности и т.д.;
Дальнейшее геологическое изучения территорий. Автор показывает, как с помощью ИКМ дочетвертичных отложений возможно выявить нерешенные вопросы в геологическом строении Приволжского федерального округа. При геологическом картировании необходимо заниматься не только корреляцией стратиграфических подразделений, но и сбивкой границ и картирования геологических тел на картах различной детальности. При создании ГГК применяется комбинированная технология, способствующая быстрому изданию карт типографским способом в ущерб цифровым ГИС-тсхнологиям. Это уменьшает ценность применения компьютерных технологий. При построении ИКМ, когда применяются одни ГИС-технологии, возникает возможность анализировать карты всего масштабного ряда.
На примере сравнения геологического строения, отображенного на карте листа О-37,(38) ((Нижний Новгород) масштаба 1:1 ООО ООО, изданного в 2000 году[16] и геологического строения на картах листов 0-38-XXVI (Пучеж), 0-38-XXV11 (Семенов)[30], 0-38-XXXII (Нижний Новгород), 0-38-XXXIII (Бор)[29] масштаба 1:200 000, представленных к изданию в 2001 и 2003 годах, показаны существенные несоответствия в стратификации геологических образований практически на всей площади листов масштаба 1:200 000. Так, границы распространения отложений практически всех возрастов не совпадают. На картах дочетвертичных образований масштаба 1:200 000 отмечается существенное сокращение площадей развития неогеновых отложений и увеличение площадей развития меловых, юрских, триасовых и пермских образований, что заставляет пересмотреть ресурсный потенциал данной территории и уточнить границы перспективных участков.
Пользуясь информацией, заложенной в ИКМ дочетвертичных образований, можно быстро и просто построить палеосрезы на любой требуемый возрастной период. Такие построения помогут составить структурно-фациальные карты, уточнить границы минераге-нических зон и перспективных площадей.
Таким образом, используя материалы геолопгческих работ более крупных масштабов, в оперативных условиях, используя технологии ГИС можно:
• проводить правку геологических тел в ИКМ по мере поступления новых данных, при этом участки и площади, подвергаемые корректировке, зависят только от объемов дополнительной исходной информации;
• намечать участки и площади для геологического доизучения территорий;
• строить лнтолого-фациальные карты - возрастные палеосрезы на разные периоды, значимые для поисков полезных ископаемых, а также для реконструкции геологических событий на разные тектонические эпохи (периоды, фазы);
• обосновано проводить границы минерагенических зон, бассейнов, районов и областей, с учетом изменений, полученных по геологическому строению территорий на основе рудоконтролирующих факторов (литостратиграфических, формациоииых, минерагенических);
• на основе построенных литостратиграфических, формациоииых и других карт проводить ресурсную оценку территории. Выявлять новые перспективные участей для постановки поисковых и поисково-разведочных работ крупного масштаба.
ИКМ по Приволжскому ФО содержит только те месторождения полезных ископаемых, которые имеются в объяснительных записках к соответствующих листам карт ГТК-1000/2, что составило 35-40% от всего количества месторождений, известных в округе. Поэтому возникает необходимость предусмотреть возможность расширения и «углубления» информации по месторождениям.
Управление недропользованием в настоящее время приобретает первостепенное место в стратегическом развитии территорий. Используя ИКМ, можно решать различные вопросы рационального управления минерально сырьевой базой и другими природными ресурсами в органах управления государственным фондом недр. ИКМ позволяет провести районирование регионов по инвестиционной привлекательности. Данные об инфраструктуре, административному делению и месторожденях ПИ в ИКМ, помогут определить наличие подъездных путей к месторождениям и близость источников электроснабжения, что необходимо при создании бизнес-планов по вовлечению месторождений в промышленную эксплуатацию. Особенно это актуально для освоения месторождений общераспространенных полезных ископаемых.
Информация по геолого-экологическому районированию в ИКМ поможет определить те территории, на которые необходимо обратить особое внимание в связи с их экологическим состоянием и определении необходимости обеспечения безопасного проживания населения на этой территории.
Обеспечение населения высококачественной питьевой водой является задачей федерального уровня, а базой для поисков источников водоснабжения должны служить среднемасштабные гидрогеологические съемки. Расширение карт изученности совместно с эколого-геолошческой картой дает необходимую информацию для формирования плана работ и в этом направлении. Значение этих задач подтверждает и тот факт, что все органы управления государственным фондом недр в субъектах федерации ПФО высказались за необходимость включение в ИКМ гидрогеологическую информацию.
Принятие решений по прогнозированию, предотвращению и минимизации ущерба при чрезвычайных ситуациях. Наличие цифровой топографической, эколого-геологической информации предоставляет большую возможность анализа рельефа при определении возможных зон подтопления населенных пунктов, расположенных в поймах рек. Приведенная на них дорожная сеть помогает составить схемы подвода техники и эвакуацию населения и пути вывода скота с опасных территорий. Привлечение карг четвертичных отложений и полезных ископаемых показывает возможные места для подвозки строительных материалов при возведении дамб и укреплении берегов.
События последних лет показали на необходимость наличия информации по торфяным месторождениям, которые могут служить своеобразной пороховой бочкой и быть причиной катастрофических пожаров с немалыми материальными и людскими потерями. На территории ПФО сосредоточены большие запасы этого не только ценного, но и пожароопасного сырья. На приведенной карте показаны данные месторождения в Нижегородской области. Такие карты очень важны для других областей ПФО, обладающих крупными запасами торфа.
Применение ИКМ в учебной и краеведческой деятельности. Одной из важных сторон использования ИКМ может быть его применение в учебном процессе как при обучении студентов различных специальностей, связанных с геологией, а также не связанных с ней, например, «инженер по ГИС системам». ИКМ могут стать необходимым материалом при изучении геологического строения родного края. Построенные по строгому, единому геологическому принципу и на основе ГГК-1000/2 ,они смогут воспитывать у школьников строгий научный подход в изучении геологических паук и своего края. Наличие карты особо охраняемых территорий, карты полезных ископаемых, наличие на геологических картах информации о палеонтологических находках поможет планировать и осуществлять интересные походы по сбору каменных коллекций. Топографическая карта и карта административного деления подмажет выбор правильных маршрутов до интересных мест. От-
крытая архитектура ИКМ позволит создать свои карты и вынести на нее всю интересующую информацию, походные зарисовки и вести фотолетопись походов.
Заключение
Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержатся решения актуальных народо-хозяйствеиных задач.
Основные результаты работ сводятся к следующему:
- разработанная методика структурирования, формализации геологических материалов и выработки единого технологического процесса позволила в короткие сроки создать ИКМ геологического содержания для ПФО и субъектов Российской Федерации, в него входящих. Используя интеграционные свойства ГИС-технологии и систему управления реляционными базами данных, создана понятная для любого пользователя открытая информационная система;
- предложенная методика построения ИКМ на примере Приволжского федерального округа показывает возможность создания таких информационных объектов в различных программных комплексах.
ИКМ геологического строения территории являются новым этапом в региональном изучении недр России, позволяющим оперативно обновлять и оценивать большой объем геологической информации.
Новые методические и технологические решения при построении ИКМ значительно расширяют сферу применения информации о геологическом строении крупных регионов и позволяют принимать управленческие решения в сфере недропользования.
Оценивая практическую значимость ИКМ, следует подчеркнуть, что как интегрирующая информационная система, не имеющая ограничения (в объеме) накопления материала, она может быть использована в широчайшем диапазоне. Собранная в электронной форме по единой методике (технологической основе), ИКМ позволяет использовать ее для:
• принятия управленческих решений в сфере недропользования и формировании программ изучения территорий на текущий год и на перспективу;
• разработки планов социально-экономического развития субъектов федерации;
• обеспечения справочным материалом геологической службы МПР России и исполнительных органов государственной власти субъектов Российской Федерации;
• разработки предложений к представителям бизнеса разного уровня по Программе лицензирования и инвестирования на основе анализа нераспределенного фонда недр;
• удовлетворения спроса в картографической продукции ВУЗ-ов, техникумов, школ и населения;
• выявления и анализа основных проблем по геологии и полезным ископаемым субъектов федерации, и возможные пути их решения;
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
Клопотов В.И., Е.Г. Сидоров. Г.А. Жукова Региональные геологосъемочные работы в Ульяновской области, издание листов госгеолкарты - 200 и создание их цифровой модели. Ульяновск, 1999.
Клопотов В.И. Марамчин С.А. «ГИС системы при проведении региональных геологосъемочных работ», Нижний Новгород, 2000.
Клопотов В.И. «Ресурсы Нижегородской области как составная часть комплексной схемы градостроительного планирования развития области», Нижний Новгород, 2000.
Клопотов В.И., Марамчин С.А., Карпузов А.Ф. «Геоинформационные технологии», Нижний Новгород,2003.
Кпопотов В.И., Клопотова Л.В. «ГИС-проект - как основа для анализа и прогноза», Мирный, 2003.
Клопотов В.И., Клопотова Л.В. «Информационно-картографнческие модели геологического строения территории как основа рационального недропользования», «Разведка и охрана недр», № 3,2011 (в печати).
Фондовые материалы в которых диссертант является соавтором или работы были выполнены под его руководством:
«Подготовка геологических материалов и создание электронного банка данных изученности недр Нижегородской области», 1999 г.
«Государственная геологическая карта РФ масштаба 1:200 ООО листов М-38-ХУ1П (Майна) и М-39-ХШ (Ульяновск)» Издание второе, 2000 г.
«Государственная геологическая карта РФ масштаба 1:200 ООО листов Ы-39-Х1 (Альметьевск) и Ы-39-Х (Новошахтинск)» Издание второе, 2000 г.
«Государственная геологическая карта РФ масштаба 1:1 000 000 лист N-(38),39 (Самара), Издание второе, 2000 г.
«Подготовка базы данных структурных и нефтепоисковых скважин по Нижегородской области», 2000г.
«Составление комплекта карт геологического содержания масштаба 1:500 000 по территории Кировской и Нижегородской областей», 2001 г.
«Государственная геологическая карта РФ масштаба 1:200 000 листов 0-38-ХХУ1 (Пучеж),0-38-ХХУП (Семенов)» Издание второе, 2001 г.
Создание ЦМ тематической карты "Особо охраняемые территории Нижегородской области", выполненной в 2000-2001 г.
"Составление комплекта карт геологического содержания м-ба 1:200 000 по территории Республики Марий Эл", выполненных в 2000-2001 г.г.
«Инвентаризация, сбор, сертификация и накопление в ГБЦГИ ГГ информации ресурсов по Нижегородской области», 2001 г.
«Совершенствование легенды Средневолжской серии Госгеолкарты-200», проведенной в 2000-2001г. Второе издание.
«Создание цифровых карт эколого-геологической съемки масштаба 1:200000 Юго-Востока Республики Татарстан», 2002 г.
"Создание геофизической, геохимической и дистационной основы для составления и подготовки к изданию листа 0-39(Киров) Госгеолкартьг РФ масштаба 1:1000 000" (третье поколение), 2002г.
«Государственная геологическая карта РФ масштаба 1:200 000 Лист 0-38-ХХХЩНижний Новгород), 0-38-ХХХШ (Бор)», Издание второе. Серия Средневолжская, 2002-2003г.г.
«Государственная геологическая карта РФ масштаба 1:200 000 Лист N-39-1 (Зеле-нодольск), N-39-11 (Казань)».Издание второе. Серия Средневолжская, 2002-2003г.г.
"Составление ГИС-Атласа карт геологического содержания масштаба 1:1000 000 Приволжского ФО", 2003г.
«Прогнозирование месторождений твердых полезных ископаемых по Нижегородской области», выполненной в 2000-2005гг.
«Инженерно-геологическое районирование для обоснования опорных наблюдательных сетей за экзогенными геологическими процессами на территории Кировской области», выполненной в 2003-2004гг.
Примечание: жирным шрифтом выделена публикация в издании, входящем в пере' чень ВАК.
Подписано в печать 21.03.11 Формат 60x84/16. Тираж 100 экз. Усл. печ. л. 1,25. Заказ 373
Типография Издательства РУДН 117923, ГСП-1, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д.З
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Региональное геологическое изучение территории России с использованием информационных технологий"
Картосоставительские геологические работы конца XX века ознаменовались активным внедрением компьютерных технологий. Все уменьшающиеся ассигнования на геологическое картирование вынудили искать наиболее рациональные пути в составлении среднемасштабных геологических карт с максимальным использованием материалов предшественников. Развитие рыночных отношений в обществе вызвало необходимость увеличивать конкурентоспособность геологических карт как специфичного товара, расширить зону их применения. Карты стали необходимы не только геологам специалистам, но и управленцам, менеджерам занимающиеся вопросами рационального использования природных ресурсов, в том числе их недрами.
Кроме этого накопившийся огромный фактический материал по геологическому строению России, бурное развитие компьютерных технологий, вызвало необходимость применения их для более полного и скорейшего осмысления полученной информации, комплексной прогнозной оценки территорий и выявления участков для поиска новых месторождений.
Эти процессы начались в 90-х годах прошлого столетия. Разрабатывались целевые программы о едином информационном пространстве, которые в силу объективных и субъективных причин не реализованы до сегодняшнего времени.
Министерство геологии (в дальнейшем природных ресурсов) проводило обучение геологов приемам работы с новыми компьютерными технологиями, оснащала отрасль современной техникой и программными продуктами, проводила семинары, совещания по применению компьютерных технологий в геологосъемочных работах в основном среднего и мелкого масштабов. В 1994 году постановлением коллегии Роскомнедра №4 была принята «Концепция регионального геологического изучения недр Российской Федерации», где поставлена задача «создания и функционирования государственной геологической информационной системы, включающей базы и банки первичной и систематизированной геологической информации». В 1995 году была издана «Инструкция по составлению и подготовке к изданию листов государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:2000 ООО» (М.,1995), где определен переход составления и издания Госгеолкарты-200 на компьютерные технологии, рекомендовано использовать ГИС-технологии, даже включена глава «компьютерное сопровождение подготовки к изданию Госгеолкарты-200».
Требования инструкции резко активизировали применение ГИС-технологий в картосоставительской работе, что заставило (для обмена накопленного опыта) проводить совещания семинары по компьютерному обеспечению работ по созданию Государственной геологической карты Российской Федерации.
На 7 Всероссийском семинаре «Компьютерное обеспечение государственной программы Госгеолкарта-200» (г. Ессентуки, 2000 г.) отмечалось, что ключевыми проблемами при переводе процесса картографирования и прогноза полезных ископаемых на компьютерные технологии остается проблемы иерархии, структурирования и формализации геологической информации, которые могут решаться через составление единой распределенной цифровой модели геологического строения участка недр. Комплект Госгеолкарты нового поколения должен являться компонентом цифровой модели геологического строения России.
В 2001 году закончилось издание Госгеолкарт масштаба 1:1000 000 «новой серии» на всю территорию России. Этот факт поставил перед специалистами отрасли вопросы, какими они видят карты нового, третьего поколения. Какое место в этих картах займут компьютерные технологии? В чем отличие Госгеолкарт от других цифровых карт и ГИС-Атласов геологического содержания?
Актуальность работы. Актуальность работы обуславливается необходимостью создания не только государственных геологических карт, но и разработанных на их основе, информационно-картографических моделей (ИКМ) геологического строения территории, как для специалистов разных областей народного хозяйства, так и для широкого круга населения регионов. Работа является результатом обобщения авторских идей и разработок, направленных на создание и обоснование построения ИКМ. На основании разработанных методик возникает возможность создавать многомерные ИКМ.
Еще на VI Всероссийском совещании-семинаре (1999г., г. Красноярск) была выдвинута идея создания информационной геолого-картографической системы страны, организованной по субъектам федерации {ссылка), где указывалось на необходимость не только создания таких ГИС-Атласов, но и проведения их мониторинга с периодическим переизданием электронным или другим способом. Создание ГИС-Атласов явилось отправной точкой для начало создания ИКМ.
Цель работы. Цель работы - разработка методологической и научной основы создания информационно-картографических моделей (ИКМ) геологического строения территории, как нового самостоятельного элемента геологического картографирования территорий. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:
1. На примере ГИС-Атласа геологической информации с набором специализированных карт, как в целом по Приволжскому ФО, так и по отдельным субъектам в его составе, показать методику построения ИКМ;
2. Разработать структуру, приемы наполнения ания баз данных геологической информацией для ее применения в выработке управленческих решений для рационального недропользования.
3. Обосновать необходимость создания ИКМ различного иерархического уровня и возможность их практического применения.
В работе исследованы теоретические и практические аспекты построения ИКМ и связанными с ними базами данных, что дает возможность рассматривать их как основу единого информационного пространства для недро - и природопользования в целом. Рассмотрены аспекты отличия ИКМ от Государственной геологической карты нового поколения и их место в общем ряду электронных геологических карт.
Научная новизна. На примере Приволжского ФО модифицирована методика создания ИКМ. Приведены методические приемы формирования ГИСпакетов геологической информации и БД к ним как для округа в целом, так и для субъектов федерации в его составе.
Описанная методика дает возможность применить к географическим информационным системам принципы формирования баз данных. Такой подход упрощает для пользователей понимание принципов работы с ГИС, позволяет проводить рациональную структуризацию геологических данных и создавать реляционные базы данных.
ИКМ должны стать неотъемлемой частью структуры рационального управления недрами. Они расширяют и углубляют информацию геологического содержания и позволяют проводить ее анализ при построении различных тематических карт геологического содержания. Предложенная методика не зависит от программных продуктов данного класса, в которой она создавалась, и может легко трансформироваться при изменении задач, программных и аппаратных средств.
Построенные ИКМ отличаются от Госгеолкарты и ни в коем случае не подменяют ее. Он является самостоятельным, новым видом регионального изучения недр земли и должен постоянно пополняться и обновляться в режиме мониторинга.
ИКМ дают возможность расширить круг пользователей геологической информацией. При этом ~ нет необходимости ее упрощать, генерализировать и видоизменять в зависимости от уровня пользователя. Электронная основа делает ее удобной для применения в различных государственных, учебных, коммерческих и других учреждениях.
Материалы, положенные в основу исследований и методики исследований. Материалом для выполнения работы послужили материалы, собранные в процессе разработки ГИС-Атласа Приволжского ФО и ГИС-пакетов геологической информации субъектов федерации, входящих в него в рамках работ по объекту «Геологическое изучение и оценка минерально-сырьевых ресурсов недр территории Российской Федерации и ее континентального шельфа (Составление ГИС - Атласа карт геологического содержания масштаба 1:1 ООО ООО Приволжского Федерального округа)». Цифровые модели большинства карт и баз данных к ним подготовлены автором лично или под его руководством в процессе разработки и апробации методических и технологических особенностей создания ИКМ.
Практическая значимость работы обусловлена созданием многоуровневого ИКМ Приволжского федерального округа, а также применением ГИС технологий при создании под руководством автора: «Электронного атласа карт геологического содержания по Нижегородской области (1999 г.)»; «Подготовка базы данных структурных и нефтепоисковых скважин по Нижегородской области» (2000 г.); Составление ЦМ тематической карты особо охраняемых территории Нижегородской области (2001 г.); Создание банка данных и карты размещение крупных месторождений торфа Нижегородской области (1999 г.); «Составление комплекта карт геологического содержания м-ба 1:200 000 по территории Республики Мари Эл» (2000-2001 г.), «Совершенствование легенды Средневолжской серии Госгеолкарты-200» (2000-2001 г.); «Создание цифровых карт эколого-геологической съемки масштаба 1:200 000 Юго-востока Республики Татарстан» (2002 г.); «Прогнозирование месторождений твердых полезных ископаемых по Нижегородской области» (2000-2004); «Инженерно-геологического районирование для обоснования опорных наблюдательных сетей за экзогенными геологическими процессами на территории Кировской области» (2003-2004 г.);, а также создание и защита в НРС цифровых моделей по 10 листов ГТК-200; создание и защита в НРС цифровых моделей по 2 листам гидрогеологических карт в комплекте ГГК-200 и создания ГИС-атласа Приволжского федерального округа и субъектов в его составе (2001-2003 г.).
Защищаемые положения.
1. Предложенная методика построения информационно-картографических моделей (ИКМ) геологического строения территории, имеющих блочно-модульную архитектуру, использующие единые программнотехнологические средства ведения фактографических и картографических баз и банков данных, унифицированных классификаторов, позволяет создавать качественно новый тип картографических материалов несущих геологическую информацию
2. Созданные автором ИКМ позволяют оперативно обновлять и оценивать большой объем геологической информации, необходимой при выработке управленческих решений для рационального недропользования и разработки планов социально-экономического развития регионов.
Апробация работы и публикации проводилась на НТС ФГУГП «Волга-геология», НТС ФГУП ВСЕГЕИ, на многочисленных семинарах (2000-2003 г.г.), выставках (2000-2004 г.г.) и конференциях (2000-2004 г.г.). ГИС-Атлас по Приволжскому ФО и ГИС-пакеты оперативной геологической информации по субъектам в его составе переданы для использования Представителю Президента по ПФО и во все ГУПРы МПР в пределах ПФО, создана и функционирует ИКМ геологической информации Рязанской области по общераспространенным полезным ископаемым.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ. Автор является ответственным редактором цифровой модели Государственной геологической карты масштаба 1:1000 000 листа N-(38),39 (Самара) новой серии, автором электронных моделей 8 листов Государственной геологической карты масштаба 1:200000 средне-волжской серии.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 120 страниц текста, 23 рисунков, 33 таблиц и список литературы из 28 наименований.
Заключение Диссертация по теме "Общая и региональная геология", Клопотов, Владимир Игоревич
заводы и л ю
100 Г" 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
74,3
73,6 72^
39,9
-92,2 97'5
У |Ц в18 п Т
40,6
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 добыча И прирост
Рисунок 3.7. Динамика добычи и прироста запасов нефти в Приволжском округе по состоянию на 01.01.03 г.
Проблема рационального использования природных ресурсов всегда была и остается важной, как в целом по округу, так и для входящих в него субъектов и является составной частью решения социально-экономических задач ПФО. Актуальность детальной инвентаризации и комплексной оценки ресурсов полезных ископаемых субъектов ПФО, а также выяснения перспектив развития перерабатывающих отраслей, побудила органы управления и геологических служб в субъектах федерации приступить к постановкам научно-исследовательских работ по тематике геолого-экономических оценок местных минерально-сырьевых ресурсов. Цель таких работ заключалось в комплексной оценке состояния, размещения, использования минерально-сырьевой базы (МСБ), определении наиболее эффективных направлений ее воспроизводства и развития, а также перспектив горнодобывающей промышленности и горноперерабатывающих отраслей. Расширение сферы применения освоенных и вовлечение в промышленный оборот новых видов минерального сырья способствует созданию новых рабочих мест и улучшению социальной ситуации в регионе. Полнота, детальность, объективность геолого-экономической и стоимостной оценки МСБ, выбор наиболее перспективных направлений ее воспроизводства и развития приобретает важнейшее значение для товарообмена всеми видами минерально-сырьевой продукции (табл. 3.28).
Большие исследования по оценке минерально-производственных комплексов неметаллических полезных ископаемых выполнены ЦНИИгеолнеру-дом и опубликованы в 1992 - 2002гг. по следующим субъектам Приволжского ФО: республик Татарстана, Удмуртской, Чувашской, Башкортостан, Марий Эл, а также Нижегородской, Кировской, Самарской, Ульяновской областям, по Оренбургской и Пензенской областям и по металлическим ископаемым, а также ПФО.
Из всего выше изложенного, важность и необходимость построения для территории округа геолого-экономической карты, создание единых понятийной базы и базы данных для нее очевидна. Это подчеркивается еще тем, что она включена, как обязательная схема, в состав комплекта Госгеолкар-ты-1000 третьего поколения (ГГК-1000/3).
Согласно инструкции по составлению и подготовке к изданию листов ГТК-1000/3, геолого-экономическая схема должна отображать геолого-экономические условия проведения работ и освоения месторождений полезных ископаемых, а также давать интегральную качественную характеристику степени благоприятности различных частей района для планирования геологоразведочных работ и освоения месторождений. На геолого-экономической карте должны быть показаны: 1- элементы хозяйственной инфраструктуры; 2 -районирование по степени хозяйственной освоенности различных частей территории; 3 - районирование по степени благоприятности различных частей территории для проведения геологоразведочных работ.
Заключение
Проведенные работы помогли разработать методику составления ГИС-Атласов карт геологического содержания. Используя интеграционные свойства ГИС-технологии и систему управления реляционными базами данных предложена понятная для любого пользователя открытая информационная система. Она позволяет не только накапливать геологическую информацию, но и анализировать ее, получая новую ее модель. Количество итоговых тематических карт будет зависеть только от количества накопленных данных и фантазии исследователя.
Использованы принципы разработки баз данных, которые детально разработаны и описаны в специальной литературе, несмотря на то, что в эти базы добавляются графические данные, как одна из составных частей. Такой подход обеспечивает единый технологический фундамент при сборе, анализе, структурировании, формализации и вводе информации независимо графическая она или семантическая. Исследователь на начальном этапе проектирования БД должен четко представлять решаемую задачу, характер исходных материалов, вид конечного продукта и его последующее использование (в нашем случае создаваемый ГИС-проект).
Приведенные авторам в работе методические приемы и схемы призваны показать геологу возможность самому построить подобную информационную систему по любой территории и с любой насыщенностью информации. Гибкая структура баз данных позволяет сделать систему открытой для дальнейшего пополнения и дополнения, что может в настоящий момент сократить трудозатраты за счет многоэтапности реализации ГИС-проектов. Подобный подход помогает постепенно структурировать и использовать информационное пространство природопользовательской и охранной деятельности.
Применение ГИС-технологий не только расширяет возможности и сферу использования карт геологической информации, но и помогает выявлять но
113 вые нерешенные вопросы по исследованию территорий, которые ранее либо не были видны, либо требовали для своего решения больших ресурсных затрат. Технология ГИС позволяет преодолеть неестественный разрыв между пространственными и непространственными данными, т.е. она позволяет вести такие системы с БД по принципу мониторинга соответствующих геологических материалов. Это может выразиться в издании электронным, или традиционным способом принципиально новых информационных продуктов - многокрасочных атласов регионов необходимого геологического и приро-допользовательского содержания. С применением ГИС технологий появляется возможность полностью использовать накопившиеся за многие годы ре-троматериалы.
Представленная методика продиктована существующим состоянием в геологической отрасли и не является догмой, она демократична и достаточно просто поддается перестройке. ГИС - атлас, как цифровой продукт, охватывающий многоаспектные геологические проблемы (геологического строения, минерагении, полезных ископаемых, экологические и т.д.), по — сути, является продуктом синтетическим, находящимся на стыке геологии и информатики, является современной формой представления накопленных геологических данных. Разработанная процедурная последовательность процесса создания электронных карт обусловлена теоретической и практической подготовленностью персонала охватывающего все этапы технологического процесса: от операторов находящихся на начальных этапах ввода информации до специалистов (как изготовителей, так и потребителей) владеющих одновременно как фундаментальными знаниями геологической науки, так и компьютерной подготовкой включающей в себя программные знания с практическими навыками. На сегодняшний день технологическая цепочка создания цифровых моделей тематических карт геологического содержания выстроена по принципу последовательных арифметических действий. При предложенной схеме меньше допускается ошибок и проще проводить поверку ввода и анализа информации, что является главным для корректности и достоверности вносимых геологических материалов. Для создания конечного продукта в виде оформленных ГИС-атласов и масштабированных аналоговых вариантов карт большое значение приобретает четкая и корректная постановка задачи заказчиками, как по его содержательной части, так и по оформительской (формы представления аналоговых вариантов карт). Создание крупных региональных ГИС - атласов — это командная работа, при котором технология его создания отталкивается от среднего профессионального уровня, как изготовителя, так и потребителя. Меняется команда, повышается его уровень, меняются задачи - технологическая цепочка видоизменяется, но изменяться она будет, прежде всего, в сторону реорганизации баз данных со строгими иерархическими допусками к ним исполнителей. Излагаемые в работе технологическая схема и научно-методические подходы при создании электронных карт будут видоизменяться с развитием программно-технологических комплексов, хотя основные принципы сохраняться без изменения.
Трудоемкость построений карт не уменьшилась, а приобрела новые более профессиональные, в том числе широкие требования.
Облегчился процесс проверки введенной информации, да и только в том случае, когда исполнитель понимает с каким аспектом специальной информации он имеет дело — это с одной стороны, с другой он должен владеть знаниями нескольких специальных программных продуктов, как инструмента управления БД.
Создание ГИС-Атласов знаменует собой некий обязательный этап формирования в России единого информационного пространства. Дальнейшее развитие этого направления, включая объемное информационно-картографическое моделирование, развитие экспертно-аналитических систем и баз знаний, призвано обеспечить переход российской экономики на новый инновационный технологический уклад.
Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Клопотов, Владимир Игоревич, Москва
1. Александров В.Н. «Цифровая картографирование и геоинформационные системы», «Геодезия и картография», 1994,3,49-51.
2. Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных// Финансы и Статистика, М, 1983.317 с.
3. Блинкова О. «30 лет ГИС: история, достойная того, чтоб ее рассказать». М, Гис-обозрение,1997,№2,10-11.
4. Геоинформационное картографирование. Метаданные электронных карт. Состав и содержание.» (ГОСТ Р 51353-99). Государственный стандарт Российской Федерации, ИПК Издательство стандартов,2000.
5. Геоинформационное картографирование. Пространственные данные цифровые и электронные карты. Общие требования» (ГОСТ Р 50828-95). Государственный стандарт Российской Федерации, ИПК Издательство стандартов, 1996.
6. Геологическая карта России, масштаб 1:2 500 000. Гл. редактор Б. Ф. Яцкевич. Санкт-Петербург, 2000.
7. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:1 000 000 (новая серия). Р-40,41-Североуральск. Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 1995.
8. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:1 000 000 (новая серия). 0-40,(41)-Екатеринбург. Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 1997.
9. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:1 000 000 (новая серия). Р-38,39-Сыктывкар. Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 1999.
10. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:1 ООО ООО (новая серия). Серия Центрально-Европейская. О-(38), 39-Киров. Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 1999.
11. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:1 ООО ООО (новая серия). Серия Центрально-Европейская. Т<Г-37, (38)-Москва. Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 1999.
12. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:1 ООО ООО (новая серия). Серия Центрально-Европейская. 14-(38), 39-Самара. Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 2000.
13. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:1 ООО ООО (новая серия). Серия Центрально-Европейская. О-37, (38)-Нижний Новгород. Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 2000.
14. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:1 000 000 (новая серия). М-37, (38)-Воронеж. Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 2001.
15. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:1 000 000 (новая серия). N-40, (41)-Уфа. Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 2002.
16. Государственная геологическая карта Российской Федерации, масштаб 1:200 000 Издание второе. Серия средневолжская, Листы О-38-ХХУ1 (Пучеж), О-38-ХХУП (Семенов). Санкт-Петербург: Картфабрика ВСЕГЕИ, 2000.
17. Карпузова Н.У., Карпузов А.Ф. и др. Технология автоматизированного построения серийных легенд и корреляционных схем. Методические рекомендации. Санкт-Петербург: Из-во ВСЕГЕИ, 2003.20. «Концепция ГИС-Атласа Российской Федерации.» МПР РФ. ВСЕГЕИ, 2001.
18. Клопотов В.И., Механошин A.C., Глазунова А.Д., Фролова Л.П. «Особенности геохимии ильменитов основных-ультроосновных пород», Новосибирск, «Геология и геофизика», 1983,№4.
19. Клопотов В.И., Егоров К.Н. «Внутреннее строение и особенности формирования кимберлитовой трубки «Таежная», «Геология и геофизика», 1988, №11.
20. Мейер Д. «Теория реляционных баз данных», М, Мир, 1987,608 с.
21. Морозов А.Ф., Карпузов А.Ф. «Геологические картирование и географические информационные системы»,Отечественная геоло-гияД 995, №11,3-7.
22. Немынов М., Хлебников Б., «ГИС в Министерстве природных ресурсов РФ», ARCREVIEW,2002,№1,с.2-3.28. «Первая конференция пользователей АКС/1№0»Голицино, 18-21 октября 1994г.,материалы конференции, 150 с.
23. Платон. Сочинения. Т.З. Ч. 1 M., 1970.
24. Руководство пользователя. Arc View GIS. ESRI USA, 1998.
25. Руководство пользователя. Maplnfo Professional. Maplnfo Corporation, Troy, New York, 2000.
26. Трофимов B.T., Зилинг Д.Г. Систематика эколого-геологических карт. «Геоэкология», М.: Наука, 2001, С. 66-73.
-
Клопотов, Владимир Игоревич
-
кандидата геолого-минералогических наук
-
Москва, 2011
-
ВАК 25.00.01
- Информационные ресурсы геологических коллекций в системе недропользования России
- Методологические основы построения информационной системы геологической среды урбанизированных территорий
- Теория и практика создания геоинформационной системы в инженерной геологии
- Анализ и оценка риска ущерба от последствий опасных геологических процессов на территории крупного города
- Оценка и прогнозирование устойчивости геологической среды к природным и техногенным воздействиям территории города Улан-Батор
