Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Принципы создания справочных картографических систем по объектам радиационной опасности на примере России

ВАК РФ 11.00.12, Географическая картография и геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Принципы создания справочных картографических систем по объектам радиационной опасности на примере России"

На правах рукописи

МИРКОВ Вадим Эдуардович

Принципы создания справочных картографических систем по объектам радиационной опасности на примере России

11.00.12 - географическая картография и геоинформатика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в лаборатории автоматизации кафедры картографии и геоинформатики географического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и в Лаборатории проблем развития ядерной энергетики научно-технологического комплекса "Системный анализ" Российского научного центра "Курчатовский Институт"

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор географическох наук, профессор А.М.Бсрлянт

доктор технических наук, профессор

A.И.Мартынснко кандидат географических наук, старший научный сотрудник

B.Г.Лиш1НК

Ведущая организация:

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (г.Москва)

Защита диссертации сотоится " 27 " ноября_1997 г. в

15 часов на заседании специализированного совета по

геоморфологии, эволюционной географии, мерзлотоведению, и картографии (Д-053.05.06) при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Воробьевы Горы, МГУ, географический факультет, 21 этаж, аудитория 2109.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже

<

Автореферат разослан е^^/Сл 1997г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор географических наук, профессор

¿<Р , О Ю.Ф. Книжников

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. С начала использования ядерной энергии в мире проведено около 2000 испытаний ядерного оружия и более сотни подземных ядерных взрывов в мирных целях, построено несколько сотен энергетических реакторов, разрабатываются месторождения урановых руд, производится ядерное топливо и оружейный плутоний. Количество объектов, связанных с производством и использованием радиоактивных материалов в мире составляет более 1000, в странах бывшего СССР - более 200. Все это привело к накоплению значительного количества радиоактивных отходов, радиоактивному загрязнению территорий в результате аварий на подводных лодках, АЭС и иных объектах ядерного цикла. Даже на начальном этапе производства ядерного топлива возможно радиоактивное загрязнение территории. Поэтому важно иметь полную и достоверную информацию о каждом объекте, на котором производятся, хранятся или используются радиоактивные материалы для того, чтобы принимать обоснованные решения по предотвращению аварий, предупреждению радиоактивного загрязнения, мерам по его ликвидации с одной стороны и предупреждать различные спекуляции по этим вопросам с другой стороны. До недавнего времени в нашей стране, как и в других странах, информация по вопросам, связанным с производством, использованием и хранением радиоактивных веществ была закрытой. Сегодня часть материалов опубликована в открытой печати. Возникает вопрос о систематизации этих данных, представлении их в виде, удобном для использования. Одним из методов исследования данной проблемы может быть картографический метод. Развитие средств автоматизации и геоинформационных технологий позволяет оперативно создавать карты, как традиционные, так и электронные. Известны примеры геоинформационных систем для отдельных регионов России, созданных для изучения уровня радиоактивного загрязнения территорий. На наш взгляд, интерес представляет и изучение объектов, несущих потенциальную угрозу загрязнения. Справочные компьютерные картографические системы, охватывающие все множество подобных объектов, находящихся на территории России, до настоящего времени не создавались.

Целыо диссертационной работы является разработка, создание и практическое использование справочных компьютерных картографических систем по объектам потенциальной радиационной опасности на при-

мере ядерного комплекса России для оценки уровня риска объектов и обеспечения принятия решений по их размещению и защитным мероприятиям. В соответствии с целью исследования в настоящей работе решается ряд задач, среди которых как главные выделены следующие:

• изучение опыта мелкомасштабного картографирования объектов радиационной опасности;

• разработка и обоснование методик электронного картографирования объектов радиационной опасности;

• создание программных средств для составления и оформления электронных карт и справочных картографических систем;

• исследование вопросов применения и перспектив использования полученных справочных систем и электронных карт. Обоснованность научных положений. Основой для диссертации послужили собственные научные исследования и практические разработки автора в Лаборатории автоматизации кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ, в Лаборатории проблем развития ядерной энергетики НТК "Системный анализ" РНЦ "Курчатовский институт" (1993 - 1996 г.г.), результаты работы, проведенной автором во время работы по проект}' "Радиационная безопасность биосферы" Международного института прикладного системного анализа (IIASA) (г. Лак-сенбург, Австрия, июнь - август 1994 г.) и результаты работ, проведенных автором за время участия в проекте "Радиационное наследие - РАД-ЛЕГ" (проект №245 МНТЦ) (1995 - 1996 г.г.) Работа в своей теоретической части опирается на теоретические и практические исследования российских и зарубежных ученых картографов (A.M. Берлянга, К.А.Салищева, С.Н.Сербенюка, П.Барроу и др.) и на исследования отечественных и зарубежных специалистов в области ядерной энергетики и радиоэкологии.

Апробация и реализация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на кафедре картографии и геоинформатики географического факультета МГУ, на научно-технической конференции, посвященной 50-летию ГУГК (Москва, 1994), на международной конференция "Global Changes and Geography" (Москва, МГУ, 1995), на семинарах в Международном институте прикладного системного анализа (Лаксенбург, Австрия, 1994 г.) и на международной конференции "Глобальные изменения и география" (Москва, 1995 г.). По теме диссер-

тации опубликованы 4 работы.

Практическая значимость. Созданные справочные мелкомасштабные картографические системы позволяют оперативно получать электронные карты объектов радиационной опасности, находящихся на территории России и сопредельных стран. Изучение размещения объектов, радиационной обстановки вокруг них - важная задача, так как во многих случаях имеются серьезные проблемы, связанные с утечкой радиации. Иногда отсутствие достоверной информации либо нежелание ее обнародовать приводит к социальному напряжению в местах нахождения подобных объектов, отрицательному отношению к любому использованию атомной энергии. Созданные справочные картографические системы могут быть использованы при определении регионов, в которых наблюдается высокая плотность радиационно опасных объектов, определении наиболее опасных объектов, принятии решений по ликвидации последствий радиационного загрязнения. Системы могут быть использованы в учебном процессе. Разработанные в процессе создания справочных систем методики, алгоритмы и программы можно применить для создания справочных систем, содержащих информацию по иным объектам повышенной опасности.

Научная новизна в решении поставленных задач:

• проанализирован ряд опубликованных карт объектов радиационной опасности, выявлены особенности этих карт;

• апробирована система алгоритмов и программ для создания справочных мелкомасштабных картографических систем по объектам повышенной опасности;

• создана экспериментальная картографическая база данных по объектам радиационной опасности на основе информации из открытых публикаций;

• созданы мелкомасштабные карты объектов радиационной опасности на территорию России и проведен анализ полученных карт.

Структура и объем работы. Дисертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 122 страницы машинописного текста и включает 47 рисунков и 9 таблиц. Список использованной литературы состоит из 75 наименований (42 русских и 31 иностранных). Работа выполнена на кафедре картографии и геоинформатики географического факультета Московского государственного уни-

всрситета имени М.В. Ломоносова.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору А.М.Берлянту и благодарит за помощь в работе доцента П.В.Петрова и старшего научного сотрудника РНЦ "Курчатовский институт" О.Г.Лебедева, а так же преподавателей и сотрудников кафедры картографии и геоинформатики и лаборатории автоматизации географического факультета МГУ, принимавших участие в обсуждении и сделавших критические замечания на разных стадиях подготовки данной работы.

Краткое содержание работы.

Объектами, несущими потенциакльную угрозу радиоактивного загрязнения, могут быть АЭС, исследовательские ядерные реакторы, предприятия по добыче и переработке урана, предприятия урановой .досталлур-гии, предприятия по производству высокообогащенного урана и оружейного плутония, строительные и ремонтные заводы и базы судов атомного флота, места временного хранения облученного ядерного топлива и предприятия по его переработке, промышленные накопители и региональные хранилища (могильники) РАО, места отстоя и утилизации выведенных из эксплуатации судов с ядерными энергетическими установками, необъявленные районы сброса жидких и затопления твердых радиоактивных отходов, ядерные полигоны и т.п.

Множество объектов потенциальной радиационной опасности можно разбить на пять типов по назначению и по принадлежности к той или иной стадии ядерного топливного цикла:

1. Военные (военные предприятия, сооружения и объекты, на которых производится или используется оружейный плутоний или ядерное топливо, морские и береговые хранилища радиоактивных отходов (РАО) флота, полигоны для испытания ядерного оружия).

2. Гражданские (атомные электростанции, исследовательские реакторы, места подземных ядерных взрывов в мирных целях).

3. Предприятия головной части ядерного топливного цикла (добыча, первичной переработка и обогащение урана, предприятия по производству тетра- и гексафторида урана, предприятия по разделению изотопов, металлургические предприятия и предприятия по производству реакторного топлива).

4. Предприятия заключительной части топливного цикла (.хранилища отработанного горючего, предприятия по его переработке, хранилища радио-активных отходов (РАО) и геологические могильники).

5. Места хранения нереакторных радиоактивных отходов.

Эта классификация принята за основу в техническом задании проекта РАДЛЕГ (Проект №245 Международного научного и технологического центра МНТЦ - ISTC), участником которого является автор.

Картографирование объектов радиационной опасности и территорий, загрязненных радиоактивными веществами, а также другие виды картографирования, связанные с радиационными проблемами (дозиметрическое, прогнозное и т.п.) имеют специфические особенности. Прежде всего, это частичная или полная закрытость информации.

В диссертационной работе анализируются более 40 карт атомных объектов, опубликованных у нас в стране и за рубежом. Большинство карт -текстовые и расчитаны на людей, которые не являются специалистами-картографами. На картах, как правило, отсутствует картографическая сетка, масштаб обычно не указывается. Географическая основа таких карт сильно упрощена. Легенда обычно отсутствует. Зато само явление (например, расположение АЭС) показывается с явным преувеличением. Наиболее часто картографируются АЭС, месторождения и первичная обработка урановых руд. Эти карты включаются в разделы социально-экономических карт и карт природы атласов. Существует множество текстовых карт, особенно в зарубежных источниках, предприятий по производству и переработке ядерного топлива и могильников РАО, а также некоторых военных объектов. Наконец, существуют карты радиоактивного загрязнения территорий и уровня радиоактивного фона, также текстовые.

В России публикуются мелкомасштабные карты объектов потенциальной радиационной опасности, но зачастую невысокого качества. Общими недостатками данных карт являются:

• малая достоверность источников информации, и, как следствие, ошибки в локализации объектов;

• перегруженность географической основы (иногда в качестве основы берется общегеографическая карга и уменьшается до требуемого масштаба без генерализации) либо сильное упрощение основы, неоправданное для данного масштаба; некоторые карты вообще не имеют reo-

графической основы.

Большинство явлений имеет точечную локализация, поэтому основной способ изображения на картах - значковый. Встречаются буквенные и наглядные значки, особенно в текстовых картах. На картах АЭС иногда применяются структурные значки, которые сконструированы по следующему принципу, для каждого реакторного блока выделяется отдельный знак, причем знаки могут различаться и по внутренней структуре, а затем из этих знаков составляется значок АЭС. Часто в подобных картах применяются легенды-матрицы: по одной оси располагаются типы реактор-

ЭНЕРГОБЛООТ

строя щиеоа .""шчирувмыв

Я

□ в1Ж5Ж5Я"1у|' Рамтор с «одой под да&лвниеи

и ох/й*де*ил РмгторнвтажвтюНаодв

РВЯ Реактор на быстрых нейтронах

Рис. 1. Фрагмент (а) и легенда (Ъ) карты "ФранцузскиеАЭС" ных блоков, а по другой - состояние реакторных блоков: действующий, строящийся, планируемый, закрытый (рис.1). Для показа явлений непрерывного распространения или рассеянных по площади применяются способы изолиний и псевдоизолиний, картограмм и картодиаграмм.

Использование геоинформационных технологии для картографирования объектов радиационной опасности. В настоящее время ГИС рассматриваются как группа технологий, базовая технология для многих компьютерных методов и программ, относящихся к работе с пространственными данными. [Королев, 1994] Под ГИС-технологией понимается сбор, хранение, преобразование, отображение и распространение про-странственно-координириованной информации. В то же время, ГИС можно определить как средство моделирования и познания природных и социально-экономических геосистем. [Берлянт, Жалковский, 1996] Выделяется ряд условий, которые должны выполняться для многоцелевого использования ГИС-технологий [Зпнгпеду, 1990]: 1) обеспечение непрерывного географического покрытия территории; 2) создание системы управления пространственно-реляционной базой данных; 3) порождение новой информации на основе имеющейся; 4) использование топологических структур; 5) развитие принципов распределенной обработки данных; 6) управление содержанием ГИС; 7) способность к обновлению данных;

□

о

■

8) открытость программного и аппаратного обеспечения системы.

Процесс проектирования ГИС выделяется несколько стадий [Tomlison, 1989]: 1) исследование функциональных требований к системе; 2) детальное планирование реализации проекта; 3) оценка и выбор систем, удовлетворяющих сформулированным требованиям; 4) системная интеграция. Критерии эффективности использования ГИС [Guptill, 1989]: 1) правильность получения необходимой пользователю информации в указанный срок (надежность); 2) минимизация информационных ресурсов для получения требуемого результата (эффективность и экономичность); 3) обеспечение надлежащего контроля над вводом, обработкой, хранением, коммуникацией данных; 4) защита аппаратуры, программного обеспечения данных и персонала от загрязнения, потерь, постороннего использования и/или мошенничества; 5) соблюдение правил, норм, законов;

Существует большое количество коммерческих программных продуктов, реализующих ГИС-технологии, которые различаются по предоставляемым возможностям, по назначению, по стоимости и т.д: 1) профессиональные ГИС (Arc/Info, Intergraph и др.) охватывают весь процесс составления карт, обычно используются на рабочих станциях; 2) настольные ГИС (Arcview, Mapinfo, AtlasGIS, MapViewer и др.), к которым можно отнести также ГИС-вьюеры и справочные картографические системы, используются на персональных компьютерах; 3) ГИС уровня предприятия (под предприятием понимаются пользователи баз данных, число которых может быть от тысяч до сотен тысяч, а объемы баз данных - от Гигабайт до Терабайт); 4) программное обеспечение поддержки ГИС. К последней категории относятся векторизаторы для работы со сканером, дигитайзером, растеризаторы и т.п. Сюда же можно отнести библиотеки для создания приложений с использованием языков визуального программирования.

Базовое картографическое обеспечение ГИС. Под базовым картографическим обеспечением геоинформационной системы понимается определенный комплекс взаимосогласованных базовых карт, подлежащих обязательном)' и долговременному хранению в банке данных и используемых как источники исходной фактической информации. База данных оцифрованной карты включает два типа информации: пространственную и тематическую. Первая представляет метрические характеристики того или иного объекта земной поверхности и его пространственные

взаимосвязи с другими объектами. Картографические объекты логически организуются в наборы информационных слоев. Пространственные связи описываются топологически. Топология храктеризует связи между объектами, устанавливает соседство полигонов и может представлять один объект, типа ареала, в виде набора других объектов (линий). Топология является формой структурирования информации о географических объектах. Тематическая информация о каждом объекте, представленном точкой, дугой или полигоном хранится в таблице атрибутов соответствующего класса объектов. Каждый объект имеет свой уникальный номер, по которому осуществляется поиск его атрибутов.

Разнообразные наборы данных, включаемые в ГИС, позволяют комбинировать их, вычленять необходимые сведения или формировать новые производные данные. Эти операции описываются специализированными языками СУБД, либо свяаны с прикладным использованием данных с помощью проблемных программных средств: библиотек программ и пакетов прикладных программ. Все эти операции реализуются блоком математико-картографического моделирования, который входит в состав ГИС и предназначен для решения типовых задач, выявления динамики, структуры и взаимосвязей компонентов геосистем. [Сербенюк, Тикунов, 1984]

Алгоритмизация основных математико-картографических операций должна включать традиционные методы пространственного анализа и нестандартные приемы, основанные либо на синтезе элементарных методов, либо на разработке новых в рамках структурно-функционального моделирования. На каждом этапе производится анализ и интерпретация результатов моделировалия, что определяет его дальнейшую стратегию [Берлянт, 1986, 1987]. Программное обеспечение ГИС состоит из набора функциональных модулей: ввода информации, поддержки многооконного интерфейса, системного, отображения и обработки векторной и растровой информации, обработки табличной информации, преобразования информации, вывода информации. (Мартыненко, 1988; 1995) Финальная операция - автоматизированное построение картографических изображений: карт, серий карт, электронных атласов, справочных картографических систем и др.

Методика создания справочных картографических систем и мелкомасштабных электронных карт объектов потенциальной падиаци-

оннон опасности. В процессе создания мелкомасштабных электронных карт можно выделить ряд направлений: создание цифровых картографических основ; формирование базы тематических данных; выбор способов изображения, создание условных знаков; создание программного обеспечения. Подготовка цифровых картографических основ. Подготовку цифровых картографических основ можно разбить на такие этапы: 1) подбор подходящего картографического источника; 2) создание программных средств или использование готовых для цифрования источника; 4) подготовка источника для цифрования; 5) цифрование источника по слоям; 6) создание программных средств или использование уже существующих для составления требуемой картографической основы; 7) определение формата - растрового или векторного - в котором будет храниться подготовленная о- перевод основы в требуемый формат; 9) вклю-

чение основы в с. ,ных создаваемой ГИС; 10) создание программных средств, обеспечивающих операции с созданой основой и включение их как блока в создаваемую ГИС.

Создание базы тематических данных. Процесс создания баз тематических данных • ¡ег в себя: 1) поиск данных в литературных источниках; 2) определение логической структуры базы данных; 3) определение физической структуры базы данных; 4) наполнение базы данных; 5) создание программных средств, обеспечивающих управление базой данных. После того, как массив данных определен, необходимо определить логическую структуру базы данных. На этом этапе данные формализуются и определяется количество позиций, которые могут быть заполнены для каждого объекта. Физическая структура базы данных - это способ хранения данных во внешней памяти компьютера, то есть количество полей, их тип, длина в байтах и т.п.

Выбор способов изображения, конструирование условных знаков. Все электронные карты, которые созданы в процессе работы, являются аналитическими. Применялись способы значков, локализованных диаграмм и ареалов. Значки на экран можно выводить двумя способами. Во-первых, с использованием графических примитивов - точек, линий, прямоугольников и т.п. Это неудобно в том случае, когда существует необходимость изменения значка, поэтому целесообразно вынести описание каждого значка, например, в текстовой файл и создать отдельный модуль для работы с этим файлом. Во-вторых, можно использовать растровое

представление значков

Создание программного обеспечения. Для создания программных модулей используются языки программирования, такие как Pascal, Fortran, С и другие. В стандартное окружение многих языков входят библиотеки графических функций, реализующие операции с точечной графикой. В библиотеках имеются функции для построения графических примитивов, таких как линия, прямоугольник, окружность, круг, эллипс, сектор, функции установки цвета линий, заливок, типа и цвета штриховок Эти функции удобно применять для построения простых геометрических, символических и натуралистических условных знаков. Следует учесть, что линия, вычерченная с помощью растра, в общем случае будет разбита на большее или меньшее количество отдельных частей, то есть приобретет дефекты, поскольку растровое изображение дискретно. Поэтому при выводе графического изображения на экран компьютера информация неизбежно искажается. Распространенными средствми пользовательского интерфейса являются меню, а так же разнообразные диалоговые окна, "кнопки" и т.п. Комбинация всех этих средств позволяет создавать различные программные оболочки - от самых простых до весьма сложных.

Справочная компьютерная картографическая система "Атомные обьекты России и стран бывшего СССР". Система предназначена для работы на компьютерах типа IBM PC в операционной системе MS DOS. Система состоит из пяти блоков: базы данных, редактирования, поиска, построения оригиналов карт и системы помощи пользователю. Блок базы данных состоит из двух частей: 1) цифровой модели картографической основы, представленной в растровом формате и хранящейся в отдельном файле; 2) метрической (координаты) и тематической (тип, класс, государственная принадлежность и справка) информации об объектах, также хранящейся в отдельном файле. Блок редактирования позволяет: 1) вносить в базу данных новые объекты; 2) изменять метрическую и/или тематическую информацию для нужного объекта; 3) удалять объект. Таким образом, пользователь имеет возможность по мере надобности обновлять хранящуюся в базе данных информацию. Блок построения оригиналов карт обеспечивает: 1) вывод на дисплей картографическую основу; 2) построение легенды; 3) нанесение на основу условных знаков. Блок поиска объектов выполняет функции. 1) поиска объектов, наименее удаленных от данной точки; 2) поиска всех объектов, находящихся в

окрестностях данной точки; 3) выдачи информации о найденных объектах; 4) выбора (в интерактивном режиме) объекта из числа найденных, информация о котором подлежит редактированию.

Цифровое представление исходных данных. Цифровая картографическая основа системы хранится в растровом формате. Источник - электронная карта СССР масштаба 1:20 ООО ООО, в которой содержатся следующие слои: государственные границы СССР, республик СССР и сопредельных государств; административные границы в пределах республик СССР; береговая линия; гидрографическая сеть; железные дороги; столицы, административные центры и крупные города. Источником тематической информации послужил сборник "Атом без грифа секретно: точки зрения", из которого взяты данные по объектам ядерного комплекса бывшего СССР и по местам ядерных взрывов в мирных целях. Координатами объектов считались координаты ближайших населенных пунктов, на которые имелись указания в источниках.

Справочная компьютерная картографическая система "Ядерные испытания". В июне - августе 1994 года автор проходил стажировку в Международном институте прикладного системного анализа (ИАБА), Лаксенбург, Австрия и принимал участие в работе по проекту "Ради-ационая безопасность биосферы", в задачу которого входила разработка прототипа компьютерной справочной картографической системы для изучения доступной информации по ядерным испытаниям и возможностей ее использования. Результатом работы стало создание прототипа компьютерной справочной картографической системы "Ядерные испыта-ния"("ВотЫе5Г').

Система имеет блочное строение, каждый из блоков может быть изменен без переделки системы в целом. Основные блоки системы таковы: 1) база данных, 2) блок управления базой данных, 3) блок вывода информации и 4) блок интерфейса с пользователем. База данных содержит 1) цифровые модели картографических основ и 2) тематическую информацию о ядерных полигонах и местах подземных ядерных взрывов в мирных целях. Существует возможность дополнения базы данных, как путем добавления новых основ, так и путем добавления новой информации в базу тематических данных. Блок управления базой данных обеспечивает поиск данных по запросу пользователя и формирование списка объектов, удовлетворяющих запросу. Блок вывода информации обеспечивает по-

строение и вывод на экран основ, картографической сетки, аналитических карт подземных мирных ядерных взрывов и ядерных полигонов, информации о текущих координатах курсора, информационных диалоговых окон, диаграмм; общей информации о ядерных испытаниях в целом по миру, справочной информации о системе. Блок интерфейса с пдльзова-телем обеспечивает работу с мышью, вывод на экран системы иерархических меню и работу с ней, вывод окон диалога, вывод курсора и управление курсором.

Цифровые модели картографических основ представляют собой хранящиеся в растровом формате мелкомасштабные общегеографические карты регионов, в которых производились либо производятся ядерные взрывы. Это карты Европейской чаети России, Азии, Северной Африки, США без Аляски, Аляски с Алеутскими островами, Австралии и Океании и отдельно Австралии и карта мира. Каждая основа хранится в отдельном файле, где помимо картографической информации содержится название карты, код региона, масштаб и координаты углов основы. Все картографические основы составлены в проекции Голла, но отличаются параметрами проекции.

Тематическая и метрическая информация о ядерных взрывах хранится в отдельном текстовом файле. Многие подземные взрывы в мирных целях проводились в одних и тех же местах, где образовалось что-то вроде мини-полигонов. Поэтому сложился определенный формат записи информации. Данные по месту взрыва и его техническим характеристикам выделены в различные группы. Запись информации по взрыву состоит, по меньшей мере, из одной строки, в которой содержится количество и цели испытаний, географические координаты, название страны, проводивей испытание, название региона и ближайшего к месту испытания населенного пункта или название полигона. Следующие строки содержат данные по каждому испытанию. Каждая строка содержит порядковый номер испытания, его название, дату проведения, мощность и глубину/высоту взрыва, условия проведения испытания: сброс устройства с самолета, подъем посредством воздушного шара или ракеты, выстрел из орудия, подрыв в туннеле, скважине, неглубоко под землей или непосредственно на поверхности. Предусмотрена специальная кодировка для взрывов небольшой мощности и так называемых "безопасных взрывов". В случае отсутствия каких-либо данных на их место в строке ставится специаль-

ный код. В базе содержится так же информация о количестве атмосферных и подземных ядерных взрывов, произведенных основными ядерными державами в период с с 1945 по 1994 год.

Аппаратно-программное обеспечение системы. Система предназначена для работы на компьютере типа ШМ РС в операционной системе МБ БОБ. Как и в предыдущей системе, программное обеспечение системы "Ядерные испытания" построено по модульному принципу. Условно все множество подпрограмм можно разделить на несколько блоков по общности выполняемых действий: 1) главная подпрограмма; 2) вывод картографических основ и построение географической сетки; 3) построение условных знаков; 4) расчет координат; 5) работа с базой данных; 6) вывод информации; 7) построение диаграмм; 8) управление курсором; 9) вывод текущих координат курсора; 10) интерфейс с мышью; 11) пользовательский интерфейс.

Создание карты "Места наибольшего накоплення "Бг, шС8 и изотопов плутония" К настоящему времени в странах бывшего СССР накопилось определенное количество ядерного топлива для АЭС, реакторов АЛЛ и атомных судов, отработанного ядерного топлива, оружейного плутония и продуктов распада ядерных материалов. Точные данные по данной тематике отсутствуют. Однако, можно сделать оценку активности стронция и цезия в накопленных ядерных материалах и количество наработанного плутония, зная мощность реакторов, их тип и время работы. Оценка была сделана сотрудником РНЦ "Курчатовский институт" к.т.н. О.Г. Лебедевым для доклада на международной конференции и для использования в международном проекте "РАДЛЕР', участником которого является автор. Перед автором была поставлена задача составить по расчетным данным оценочную карту для использования ее в качестве иллюстрации к докладу по проекту. Карта была составлена автоматизированным способом. Цифровая картографическая основа создана в интерактивном режиме на основе имевшейся оцифрованной карты СССР, которая использовалась также в справочной системе "Атомные объекты России и стран бывшего СССР". В программу вносились параметры проекции, затем на экране строилась основа, рамка и координатная сетка. В основу были включены следующие элементы: государственные границы, береговая линия и гидрографическая сеть.

жхорвс, >9

5г-90апа си 37 яаму, ю'а

а-й сз-13г ри

Рис. 2. Локализованная диаграмма, применяемая для показа накопления стронция, цезия

и изотопов плутония..

Согласно расчетным данным, наибольшее накопление радиоактивных материалов наблюдается в ряде мест бывшего СССР. Прежде всего, это промплощадки промышленных реакторов, затем промплощадки АЭС, далее следуют подводный атомный флот, гражданский атомный флот и исследовательские реакторы.

Применялись три способа изображения: значки, ареалы и локализованные диаграммы. Значками на карте показаны энергетические, промышленные и исследовательские реакторы. Названия АЭС на карте даны в той редакции, которая применяется в западной литературе. Ареалами показана активность, накопленная гражданским и подводным атомными флотами. Локализованными диаграммами показано накопление цезия, стронция и изотопов плутония на промплощадках энергетических и промышленных реакторов. Диаграммы располагаются на карге рядом со значком объекта и отражают три характеристики (рис. 2): активность стронция-90, активность цезия-137 в 107 Ки и количество накопленных изотопов плутония в кг. Диаграммы расчитывались и наносились на карту отдельной подпрограммой.

Рис. 3. Карта "Ядерные испытательные полигоны мира "

Анализ созданных карт. Испытания ядерного оружия в мире в целом. Как видно из карты "Ядерные испытательные полигоны мира" (рис. 3), в России имеется один испытательный полигон на архипелаге Новая Земля. В непосредственной близости к границам России расположены еще три полигона - Семипалатинский в Казахстане (закрыт), Лоб Нор (Китай) и на о. Амчитка (Алеутские острова) (проведено три испытания в 60-е годы). Можно отметить следующие особенности в размещении полигонов. Полигоны размещаются на окраинах государств либо за пределами их границ, иногда в других странах, обычно в колониях. Предпочтительными считаются безлюдные, пустынные территории (Невадский полигон, Регган). Иногда местное население полностью выселяется (Новая Земля), но часто его интересы практически не учитываются (Бикини, Маралинга, Семипалатинск). Никогда не проводились ядерные испытания в Южной Америке и в Антарктиде. Половина от общего числа полигонов находится в Тихом океане и Австралии.

Рис. 4. Ядерные испытания в период 1947-199-4

Распределение ядерных взрывов по странам и по годам показано на рис 4. Как видно из диаграмм, наибольшее количество испытаний провели США, затем следует СССР, Франция, Китай и Великобритания. Атмосферные испитания проводились в основном до 1962 года. На диаграммах, относящихся к СССР и США, заметен период, в который испытания

этими странами не проводились - 1960 год. Период соответствует временному мораторию на испытания в трех сферах. Следующие два года -1961 и 1962 отмечаются всплеском атмосферных испытаний. Это связано с тем, что до полного запрещения испытаний в атмосфере в 1962 году США и СССР стремились выполнить свои ядерные программы. Остальные страны присоединились к договору о запрещении испытаний позднее, что также видно из диаграмм. После 1962 года основное место занимают подземные испытания. Максимумы испытаний приходятся на 1959, 1962, 1968,1980 и 1989 годы. Наблюдается общая тенденция снижения количества испытаний для всех стран. В бывшем СССР максимумы приходятся на 1962, 1968 и 1980 год. С 1990 года в СССР объявлен мораторий на ядерные испытания.

Следующая серия карт получена с помощью справочной системы "Атомные объекты...". (рис. 5 - 7).

Предреакторная часть ЯТЦ и производство оружейного плутония. На рис. 5 представлена карта объектов предреакторной части ядерного топливного цикла и предприятий по производству оружейного плутония. Из карты видно, что в России имеется несколько месторождений

Рис. 5. Предприятия предреакторной частиЯГЦи поредприятия по производству оружейногогауто-

ния^умешиено)

урановых руд, которые в основном располагаются в горных районах страны. Большинство месторождений находится в азиатской части cipa-

ны и на Урале. Наиболее крупные рудные районы - Енисейская и Витим-ская ураноносные провинции, Стрельцовский рудный район в Забайкалье. Отдельные месторождения урана находятся на Центральном Урале (Вишневогорск, Новогорный), в Иркутской (Вихоревка, Слюдянка) и в Читинской (Краснокаменск, Борек). В Европейской России месторождения урана имеются в районе Онежского озера и в Мурманской области (Ловозеро). Месторождение около г.Лермонгов Ставропольского края в настоящее время выработано. Как правило, рядом с урановыми месторождениями находятся и предприятия по первичной обработке руды и горнохимические комбинаты. Связано это с тем, что, во первых, процентное содержание урана в руде невелико, а, во-вторых, часто урановые руды добываются совместно с другими полезными ископаемыми - золотом, рудами редких металлов и т.п. В России предприятия по первичной обработке и обогащению руды находятся в Лермонтове (ПО "Алмаз"), на Урале, в Читинской области (Первомайский, Забайкальский горнообогатительный комбинат). Особорежимные города ядерного ВПК сосредоточены в основном на среднем Урале рядом с Челябинском. Еще два таких города находятся под Красноярском. Известно, что в этих городах находятся предприятия по производству реакторного топлива для АЛЛ и по производству оружейного плутония (промышленные реакторы). Можно отметить то, что особорежимные города ядерного ВПК располагаются во внутренних районах страны.

Реакторная часть ядерного топливного цикла. К этой группе отнесены атомные электростанции, исследовательские реакторы, судостроительные и судоремонтные заводы атомного флота и базы атомных подводных лодок, (рис. 6) Атомные электростанции размещаются в основном в европейской части России. В азиатской части России находятся три АЭС: Белоярская, Билибинская и Сибирская АЭС. Последняя находится неподалеку от Томска и ранее не наносилась ни на одну карту, так как обеспечивает преимущественно ВПК. На Сибирской АЭС находятся промышленные реакторы и основное назначения этой АЭС - производство плутония и высокообогащенного урана, а не производство электроэнергии, которая в данном случае является попутным продуктом. На размещение энергетических реакторов влияет ряд факторов. АЭС может быть теоретически построена в любом месте, главные условия - наличие источника воды и крупного потребителя электроэнергии. Немаловажным

факгором является также наличие квалифицированной рабочей силы. Именно поэтому почти все АЭС находятся в европейской части России, так как расположенные там ГЭС и ТЭС уже не обеспечивают потребностей народного хозяйства в электроэнерги. ТЭС к тому же требуют больших объемов перевозки топлива - каменного угля и мазута, затраты на которые несопоставимы с затратами на перевозку ядерного горючего. Наконец, в европейской части России сосредоточено большинство населения страны, и проблема квалифицированных кадров также решаема. Планируется строительство новых АЭС и пуск дополнительных энергоблоков на уже имеющихся в европейской части России. В некоторых случаях АЭС строятся в тех районах, где строительство ГЭС или ТЭС невозможно или связано с большими затратами, однако имеется необходимость в источнике электроэнергии. Именно по этой причине была построена Билибинская АЭС на Чукотке.

Исследовательские реакторы располагаются в тех районах страны, где имеются квалифицированные научные кадры. Именно поэтому подавляющее большинство исследователских реакторов располагается в научных центрах - Москве или рядом с Москвой, Санкт-Петербурге, Ме-лекесе (бывшем Димитровграде) и в Новосибирске.

Рис 6. Карта объектов реакторной частиЯЩ (уменьшено)

Судостроительные и судоремонтные заводы атомного флота отнесены к объектам реакторной части ЯТЦ по той причине, что на этих заво-

дах строятся и ремонтируются суда с ядерными энергетическими установками, а, следовательно, имеются периодически работающие атомные реакторы. Заводы по производству АЛЛ расположены в Комсомольске-на-Амуре, в Северодвинске, в Санкт-Петербурге и в Нижнем Новгороде (завод "Красное Сормово"). Специфика данных предприятий состоит в том, что, с одной стороны, они должны быть удалены от границ России, а с другой стороны, должны иметь выход к морю. Все эти предприятия располагаются на крупных реках и имеют выход к морю, но наиболее отвечают требованиям только два предприятия - в Нижнем Новгороде и Северодвинске. На судостроительных заводах, производится также текущий и капитальный ремонт АЛЛ. Судоремонтные заводы тяготеют к районам базирования судов атомного флота. В России эти предприятия расположены в районе Мурманска и во Владивостоке. Первое предприятие обеспечивает потребности Северного флота, а второе - Тихоокеанского. С данными объектами связаны места накопления радиоактивных отходов и отработанного топлива, а также хранения демонтированных реакторных отсеков. Базы АЛЛ в бывшем СССР располагались только на территории Российской Федерации. Все базы АЛЛ Северного флота находятся на севере Кольского полуострова. Базы АЛЛ Тихоокеанского флота располагаются главным образом во Владивостоке и Находке. Кроме того, пункты обеспечения АЛЛ находятся в Корсакове и Магадане.

Испытания ядерного оружия и ядерные взрывы в мирных целях.

На рис. 7 представлена карта, на которой показаны места подземных ядерных взрывов в мирных целях и ядерный испытательный полигон Северный на Новой Земле. Вследствие северо-западного переноса, радиоактивные осадки после проведения атмосферных испытаний выпадали на севере Республики Коми, Тюменской области и даже Красноярского края. Вследствие того, что в настоящее время север Тюменской области активно осваивается, неодходимо изучение последствий радиоактивного загрязнения данного региона. Ядерные взрывы в мирных целях в СССР в подавляющем большинстве проводились на территории России, причем в основном в ее азиатской части и на Урале. В европейской части территории России большинство взрывов было произведено на севере - в Мурманской, Архангельской, Пермской областях и в Республике Коми. Наибольшее количество взрывов было произведено в целях сейсмозондирования земной коры и мантии. Два взрыва для измельчения скальных по-

род и грунта бьии сделаны на Кольском полуострове. Взрывы для ликвидации газовых фонтанов производились в Ненецком автономном округе. За пределами России подобные взрывы проводились под Харьковом, в Узбекистане и Туркменистане. Взрывы на выброс грунта производились в Пермской области, в Якутии. Цель проведения серии из трех взрывов в Пермской области было создание канала для переброски вод северных рек в Аральское море. Взрывы с целью интенсификации притока нефти и газа производились все на территории России - в Пермской, Тюменской, областях, в Башкирии и в Ставропольском крае. Взрывы для интенсификации разведки и промышленного освоения месторождений производились в Тюменской области и в Якутии. Для создания подземных емкостей из 17 взрывов три были произведены на территории Казахстана, остальные - на территории России в Тюменской, Оренбуржской областях и на востоке Астраханской области.

Рис. 7. Карта ядерных, взрывов (уменьшено). Цифрами в легенде обозначены подземные мирные взрывы: 1. для измельчения пород и добычи руды; 2. в цепях сейсмозондирования; 3. для ликвидации газовых фонтанов; 4. в эскавационных целях; 5. для интенсификации добычи руды; б. для интенсификации добычи неф тиигсва; 7. для создания подземных емкостей; 8. олязахороненш отходов.

В России выделяется несколько районов, где отмечается высокая плотность атомных объектов. Это Кольский полуостров, где на небольшой территории располагаются базы АЛЛ и судоремонтные предприятия, имеется АЭС, находятся месторождения урановых руд и производились

подземные ядерные взрывы; Южный и Средний Урал, где расположена половина особорежимных городов ядерного ВПК, имеется АЭС и месторождения урановых руд и производились подземные взрывы. Кроме того, это Московская область, города Санкт-Петербург, Нижний Новгород Красноярск и Владивосток. Сюда же можно отнести и Астраханскую область, где было произведено 25 подземных взрывов.

8Ке$ оГ Ше Ассшпи1аОо1И оГ 5г-90, Сз-137 ап<1 Ри 15о1оре5

Рис. 8. Карта "Места наибольшего накопления О, 5'г и изотопов гщтошя (уменьшено)

Карта "Места наибольшего накопления Сб, Бг и изотопов плутония" представлена на рис. 8. Как видно из карты, наибольшее количество радиоактивных материалов сосредоточено в трех местах - в Кыпгтыме, около Томска (Сибирская АЭС и Томский горнохимический комбинат) и около Красноярска. Значительное количество радиоактивных материалов находится на промплощадках АЭС. Наибольшее количество изотопов плутония находится около Томска. Некоторое количество радиоактивных материалов находится в районе Мурманска и Находки, а также рассредоточено в Баренцевом, Карском и Японском морях.

Результаты исследования

Главный результат исследования - теоретически разработана и практически обоснована методика проектирования и использования справочных картографических систем по объектам радиационной опасности, включая обоснование и выбор программных средств, аппаратного обеспечения, картографических источников, создание цифровых картографических основ, баз данных, составление тематических электронных карт идр..

В ходе работы получены и другие результаты, имеющие теоретическое, методическое и практическое значение.

1. Впервые созданы 2 справочные картографические системы ("Атомные объекты России и стран бывшего СССР" и "Ядерные испытания") и мелкомасштабные электронные карты объектов радиационной опасности на территорию России. ("Места наибольшего накопления стронция, цезия и изотопов плутония", "Объекты предреакторной части топливного цикла" идр.)

2. Разработано оригинальное программное обеспечение, необходимое для создания справочных картографических систем и электронных карт, особенность которого состоит в том, что оно представляет собой набор законченных модулей - библиотек подпрограмм для пересчета координат, построения условных знаков, оформления пользовательского интерфейса и др., на основе которых мохно оперативно создавать справочные при небольших затратах труда и времени, причем не только по объектам радиационной опасности, но и по иным.

3.Сбор и систематизация опубликованной в открытой печати информации (данных по объектам ядерного топливного цикла, ядерного ВПК России, испытательным полигонам, местам подземных мирных ядерных взрывов и др.) позволили создать базу данных по объектам радиационной опасности и составить список периодических изданий, публикующих информации по объектам радиационной опасности. В настоящее время публикуются главным образом качественные характеристики, а количественная информация по большинству объектов засекречена. На основе анализа более 40 карт (большая часть которых -текстовые), опубликованных в России и за рубежом, установлено, что чаще всего картографируются АЭС, месторождения и первичная обра-

ботка урановых руд. Легенды карг нередко составляются в матричной форме. Основной способ картографического изображения - значковый, а так же ареалы, псевдоизолинии, картограммы и картодиаграммы. 4. Анализ серии электронных карт, полученных с помощью справочных картографических систем, позволил выявить районы, в которых наблюдается высокая плотность объектов радиационной опасности (Кольский полуостров, средний Урал и др), установить ряд особенностей географического распространения отдельных групп объектов: 1) сосредоточе-ность АЭС в европейской части России, а мирных ядерных взрывов главным образом в азиатской части России и на севере европейской части страны, 2) расположение ядерных испытательных полигонов на окраинах государств или в малонаселенных районах либо в колониях, 3) сосредоточение стронция, цезия и изотопов плутония в трех крупных центрах - Кыштыме, Томске, и Красноярске и т.п, 4) проследить динамику проведения ядерных испытаний в целом по миру и в США и СССР в частности в период с 1947 по 1990 г. и др.

Результаты диссертационной работы - справочн ые картографические системы и электронные карты - используются в проекте "Радиационная безопасность биосферы" в Институте прикладного системного анализа и в проекте № 245 МНТЦ "РАДЛЕГ" в РНЦ "Курчатовский Институт".

Публикации:

1. Петров П. В., Чирков В. Э. Создание ГИС "Атомные объекты России и стран СНГ". - "Актуальные проблемы геоэкологии и геоинформатики" - Науч. конф., Москва, МГУ, 30-31 янв. 1996, тезисы докладов. - Москва, МГУ, 1996, с. 3637.

2. Петров П.В, Чирков В.Э. Проект ГИС "Атомные объекты России и стран СНГ"// В кн..'"Sustainable development: environmental pollution and ecological safety". First Practical Conference (Dnipropetrovsk, December 4-8,1995). Vol.1. Dnipropetrovsk, 1995.

3. Petrov, P. V., Chirkov, V. E. The Reference GIS "Nuclear Power Objects" -"Global Changes ahd Geography". The IGU Conf., Moscow, Russia, Aug. 14 - 18, 1995. Abstracts, c. 277. - Moscow, 1995

A.A.Iskra, Al.Sobolev, O.G.Lebedev, V.E.Chirkov и др. Geoinformatical Systems in Nuclear Waste Management: Demonstration Examples Being Made in the Framework of International Project RADLEG - The Intern. Conf. "WM'96", Tuscon, AZ, USA, 26 Feb. - 3 Mar. 1996. Abstracts, c. 314 -317. - Tuscon, 1996.