Использование ГИС-технологий в процессе комплексного регулирования твердыми коммунальными отходами

Использование ГИС-технологий в процессе комплексного регулирования твердыми

коммунальными отходами Use of GIS technologies in the process of integrated management of solid municipal waste

Ь Л МОСКОВСКИЙ  p ЭКОНОМИЧЕСКИЙ

«УРНА/1

УДК 332.3 DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10098 Петров Сергей Алексеевич,

ФГБОУ ВО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Р. Филиппова», Улан-Удэ Республика Бурятия

Научный руководитель: Бешенцев Андрей Николаевич, преподаватель ИЗКиМ, доцент, д.г.н.

Petrov Sergey Alekseevich,

Of the "Buryat state agricultural Academy named after V. R Filippov", Ulan-Ude, Republic of Buryatia

Scientific Director: Beshencev Andrej Nikolaevich, teacher from Moscow, associate Professor, PhD

Аннотация. В статье рассматриваются особенности и перспективы использования ГИС-технологий в процессе комплексного регулирования твердыми коммунальными отходами. Для эффективного функционирования системы управления отходами необходимо оперировать очень большими объемами разнородной информации, часть из которой привязана к определенной точке в географическом пространстве и постоянно изменяется. Поэтому необходимы усовершенствование информационного обеспечения в данной сфере, а также возможность удобного представления информации для получателя. В статье предложена возможность применения географической информационной системы как инструмента (программного продукта), при создании электронной модели территориальной схемы обращения с твердыми коммунальными отходами, позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности, так и дополнительную информацию для предотвращения нецелесообразного использования земель сельскохозяйственного назначения. Потому что ГИС на сегодняшний день является

одной из самых сложных современных технологий сбора, анализа и отображения пространственных данных. Отдельное внимание уделено эффективности ГИС при обнаружении и слежении за несанкционированными свалками. Использование данной технологии в практике работы определения местонахождения полигонов твердых коммунальных отходов позволит автоматизировать и выполнить широкий ряд операций с пространственными данными. К ним можно отнести: мониторинг использования земельных участков, автоматизированное картографирование, включая оцифровку земельных участков, создание и уточнение базовых карт, создание электронных карт, ввод атрибутивной информации, а также широкие возможности оформления карт, координатную привязку данных и обработку данных геодезических съемок, пространственный анализ и поиск, включая логические и пространственные запросы, интеграцию различных видов данных - в виде отсканированных документов, чертежей и т. д., поддержку изображений в растровом формате, включая стандартные форматы изображений и данных дистанционного зондирования (аэрофотоснимки, тепловые снимки и т.п.) Все это позволит ГИС стать базовой технологией с целью функционирования земельной информационной системы и обеспечит накопление территориально-координированных (координатно-привязанных) данных района, их системный анализ, интерпретацию в виде картографических изображений средствами машинной графики. Summary. The article discusses the features and prospects of using GIS technology in the process of integrated management of municipal solid waste. For the effective functioning of the waste management system, it is necessary to operate with very large volumes of heterogeneous information, some of which are tied to a certain point in the geographical space and are constantly changing. Therefore, it is necessary to improve the information security of this information in this sphere, as well as the possibility of conveniently presenting information to receive information. The article suggests the possibility of using a geographic information system as a tool (software product) when creating an electronic model of a territorial scheme of solid municipal waste management, allowing users to search, analyze and edit both a digital map of the area and additional information to prevent inappropriate use of agricultural land . Because GIS today is one of the most sophisticated modern technologies of collecting, analyzing and selecting the same space of real data. Special attention is paid to the effectiveness of GIS in detecting and tracking unauthorized landfills. The use of this technology in the practical practice of determining the location of a site and the location of solid municipal waste landfills will allow automatic recycling and a wide range of operations. reality. These include: monitoring the use of land plots, as well as the automatic copying of charts, including the digitization of land plots, I created. the establishment

and refinement of basic cards, the creation of electronic cards, the entry of A. distributive information, as well as the wide possibilities for the design of cards, the coordination of data and processing of the given geodetic data, space, space and analysis, including logical and space requests, intera a variety of different species of data - in the form of a revised document of the document, black and white etc., supporting the image of the same in the first form, including the old standard form, of the image and the data of distant sounding (a . aerial photographs, thermal images, etc.) All this will allow the GIS to become the base technology for the purpose of functioning of the electronic information system and both reads the accumulation of territorial-coordinated data (coordinatively-linked) data of the district, their system is a lot of economic analysis, international in the form of a cartographic feature image of the same medium as a mechanical graphic.

Ключевые слова: геоинформационная система, твердые бытовые отходы, свалки, карта, слои, электронная модель территории, мониторинг.

Key words: geographic information system, municipal solid waste, landfills, map, layers, electronic model of the territory, monitoring.

Одной из актуальных проблем современных территорий населенных пунктов является причинение значительного ущерба окружающей среде в результате накопления отходов потребления и производства. Негативное воздействие отходов, поступающих в природную среду вредных химических и токсичных веществ, приводит к загрязнению атмосферного воздуха, почв, поверхностных и подземных вод. За последнее время количество образовавшихся отходов значительно увеличилось, и поэтому возросли проблемы их удаления, переработки, обезвреживания и захоронения [1].

Одним из наиболее существенных негативных воздействий человеческой жизнедеятельности на окружающую среду считается образование твердых коммунальных отходов (ТКО), места складирования которых (полигоны) окружают населенные пункты со всех сторон. Общая масса мирового потока бытовых отходов составляет ежегодно около 400 млн. тонн, из них 80% обезвреживается путем захоронения под землей, такое количество без преувеличения можно считать геологическим масштабом [2]. Практически незаметная до середины 19 века проблема с утилизацией мусора во второй половине 20 века приобрела признаки катастрофы.

Сегодня международная практика обращения с отходами ориентирована на их максимальную переработку. В государствах ЕС уровень переработки ТКО составляет 60%, а в странах постсоветского пространства на захоронение отходов приходится 95% от всего объема мусора и только около 5% проходит повторную обработку [3]. Очевидно, что в

данных обстоятельствах контроль и мониторинг полигонов требует огромных финансовых, временных и человеческих ресурсов. Именно эти обстоятельства приводят к тому, что у большинства государств СНГ до сих пор нет реальной и единой базы данных в сфере обращение с ТКО. При отсутствии достоверной и полной информации трудно оценивать сложность проблем, стоящих перед государством, и принимать эффективные управленческие решения, касающиеся уменьшения влияния ТКО на окружающую среду и население.

Принимая во внимание тот факт, что полигоны ТКО являются инженерными специализированными сооружениями, для эффективной эксплуатации и предупреждения экологических катастроф очень важно проводить комплекс работ, связанных с ведением геоинформационного мониторинга объектов размещения отходов. Одновременно с многофункциональными возможностями географических информационных систем (ГИС) это позволит интегрировать разного рода данные (топографические планы, карты, аэрофотоснимки, данные съемки с БПЛА, результаты инженерно-геодезических измерений) для построения цифровых моделей рельефа, визуализации, прогнозирования, моделирования и анализа параметров объектов размещения отходов.

Таким образом, актуальность проводимого исследования обусловлена значимостью и важностью задач усовершенствования систем мониторинга полигонов ТКО с использованием ГИС-технологий для обеспечения достоверной информацией, позволяющей принимать качественные управленческие решений в сфере обращения с ТКО.

Исследованием объектов размещения отходов в исторической ретроспективе с использованием аэрофотосъемки посвящены труды Pope P., Garofalo D., Brilis G., Erb T., Slonecker E.

Негативное влияние полигонов ТКО на компоненты природной среды исследовались такими авторами как: Доманская М., Греков Л., Бутенко А., Красовский Г. Основные принципы организации мониторинга ТКО изложены в работах Липилина Д., Рябова Ю., Бровкина А. Зайцева А.

Разработкой технологий и методик аэросъемки для оперативного картографирования полигонов ТКО с использованием различного типа беспилотных летательных аппаратов занимались Gasperini D., Mudura R., Nienow Z., Urbancic T., Mayr W., Mudura R.

При этом, отдавая должное наработкам отечественных и зарубежных авторов, следует отметить необходимость продолжения научных исследований данной проблематики, в частности, отдельного внимания заслуживают вопросы разработки методики

дистанционного обнаружения несанкционированных свалок, в том числе, с использованием многоаспектных космических снимков.

Таким образом, с учетом вышеизложенного, цель статьи заключается в раскрытии возможностей применения ГИС-технологий для комплексного регулирования ТКО.

ГИС являются важным функциональным инструментом, который позволяет сэкономить время и материальные средства в процессе планирования маршрутов, при транспортировке и размещении объектов складирования, а также во время переработки и захоронения отходов [4].

Основная задача мониторинга полигонов ТКО заключается в информационной поддержке решений по вопросам минимизации их негативных воздействий на окружающую среду и улучшению санитарно-экологических показателей прилегающих территорий. Для решения этой задачи необходимо:

- выполнить идентификацию топогеодезических параметров полигонов с целью определения их динамики в разрезе определенной ретроспективы;

- определить основные направления переноса продуктов горения мусора в приземном слое атмосферы и границы участков их оседания на земную поверхность;

- установить направления миграции продуктов деструкции накопленных отходов с водами первого водоносного горизонта и поверхностного стока [5].

Указанные задачи достаточно эффективно можно реализовать именно на основе технологий ГИС в сочетании с современными методами тематического дешифрования космических снимков. Использование ГИС и векторных электронных карт позволяет проанализировать индивидуальные особенности размещения полигонов ТКО относительно населенных пунктов и природно-техногенных систем. Эти особенности определяют условия, в которых происходит складирование отходов и их взаимодействие с окружающей средой, а именно условия миграции загрязняющих веществ, которые образуются в процессе эксплуатации свалок.

ГИС позволяют учесть весь комплекс имеющейся информации и эффективно анализировать ее. Построение результирующей карты осуществляется в программной среде ГИС путем наложения соответствующей таблицы среды (слоя). Необходимо подготовить электронную картографическую основу в виде слоев ГИС, таких как населенные пункты (территории и центры), объекты гидрографии (реки, озера и водохранилища), дорожная сеть. Далее следует выполнить работу по созданию слоя с существующими площадками складирования и захоронения ТКО. Это позволит в будущем вносить нужные коррективы по выбору ме.ста для вновь создаваемых площадок ТКО.

Можно добавить слои с информацией о геологическом строении почв, гидрологическом режиме и т.п. для оценки экологического состояния природной среды в районах размещения отходов, для подбора мест расположения будущих мусороперерабатывающих заводов и т.д. Необходимо иметь слои с информацией об источниках образования отходов производства и потребления и базы данных по предприятиям, осуществляющим их переработку и захоронение. Она может быть представлена слоем объектов с указанием их местоположения на карте региона. Атрибутивная таблица данных, связанная с каждым объектом системы обращения с отходами, может содержать слееующую информацию: наименование предприятия, его адрес и регистрационный номер; серия и номер лицензии; виды отходов, образующихся на данном предприятии; разрешенные виды деятельности (захоронение, сжигание, переработка и т.д.); техническое оснащение предприятия и т.п [6].

Далее в процессе поступления новых снимков они в автоматическом режиме накладываются новыми слоями, размещаясь друг над другом. В результате системного анализа формируется комплексная картографическая модель в ГИС-среде, которая отражает влияние на абиотические, биотические, социальные и техногенные факторы. Полученная модель включает все компоненты окружающей среды и автоматически учитывает их изменения под влиянием природных и техногенных факторов.

С целью установления фактов сокращения или увеличения площади свалок и для контроля выполнения мероприятий по их рекультивации целесообразно сравнивать разновременные снимки одной и той же самой территории, что гарантирует безошибочный и малозатратный мониторинг.

При выборе места для вновь создаваемых полигонов захоронения ТБО следует учесть расположение тех населенных пунктов, которые в будущем станут эксплуатировать данный полигон. Средние координаты таких населенных пунктов, а также информация о численности населения в них позволяет вычислить средневзвешенные координаты возможных мест размещения вновь создаваемых (проектируемых) полигонов ТКО. Рассчитать указанные координаты можно, используя табличный процессор Microsoft Excel. Далее, используя возможность ArcView GIS по экспорту данных из документов формата Microsoft Excel (.xlsx) и рассчитанные координаты расположения проектных полигонов, следует нанести их, пока в виде точек, на отдельный слой ГИС, и произвести дальнейшее уточнение их координат с учетом расстояний до ближайших водных объектов, территорий населенных пунктов, дорог, по которым возможна транспортировка ТКО к полигону и некоторых других важных условий, которые должны быть соблюдены при проектировании полигонов ТКО [7].

Отдельным блоком в ГИС должны быть отражены данные о предприятиях, занимающихся переработкой отходов. Учитывая, что эти предприятия обладают своей особой спецификой, информацию о них следует выводить отдельно для каждого. Структура атрибутивных данных может включать следующую информацию: наименование предприятия и его адрес; мощность, технологическое оборудование; сведения о процессах переработки; виды перерабатываемых отходов и предприятия, поставляющие их; виды получаемого продукта; стоимость закупки отходов и цена готовых изделий; отрасли реализации готового продукта и т.д [8].

Использование ГИС в практике работы определения местонахождения полигонов ТКО позволит автоматизировать и выполнить широкий ряд операций с пространственными данными. К ним можно отнести: мониторинг использования земельных участков, автоматизированное картографирование, включая оцифровку земельных участков, создание и уточнение базовых карт, создание электронных карт, ввод атрибутивной информации, а также широкие возможности оформления карт, координатную привязку данных и обработку данных геодезических съемок, пространственный анализ и поиск, включая логические и пространственные запросы, интеграцию различных видов данных - в виде отсканированных документов, чертежей и т. д., поддержку изображений в растровом формате, включая стандартные форматы изображений и данных дистанционного зондирования (аэрофотоснимки, тепловые снимки и т.п.) [9].

Процесс оценки состояния полигонов мусора с использованием ГИС завершается составлением эколого-геохимической модели в виде комплекса электронных карт как в отношении отдельных компонентов окружающей среды и отдельных элементов загрязнения, так и созданием синтетической (интегральной) карты, на которой определяются зоны экологической опасности разной степени [10]

Проблемной ориентацией т.е. решаемым прикладным задачам данной ГИС будет инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений, геомаркетинг. Основной её задачей будет поиск информации в базе данных и предоставление ее конкретным пользователям [11].

Очевидно, что о полученных результатах необходимо информировать заинтересованных лиц и предоставить им возможность удобной работы с ними.

Предложенная в статье возможность использования географической информационной системы как инструмента (программного продукта), при создании электронной модели территориальной схемы обращения с твердыми коммунальными отходами, позволит

данной категории пользователей искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности, так и дополнительную информацию для предотвращения нецелесообразного использования земель сельскохозяйственного назначения. Ведь только с помощью ГИС можно совместить данные из различных источников в единую базу данных, проследить динамику использования земель по архивным данным, рассмотреть земельный фонд на разных иерархических уровнях, быстро внедрить технологию автоматизации большого количества карт и произвести их уточнение при помощи дополнительной геодезической съемки и данных спутниковой привязки (GPS).

Наиболее современным вариантом решения данной задачи, по мнению автора, является создание геопространственного распределенного информационного ресурса - геопортала. Он может сочетать в себе геоинформационные и веб-технологии, которые позволят пользователям получить удаленный доступ к актуальной пространственной и описательной информации, с возможностями редактирования и анализа данных. Также при организации многопользовательского доступа к такому сервису с добавлением инструмента принятия заявок, данный ресурс может обеспечить оперативный сбор полученной от жителей региона актуальной информации о возникновении несанкционированных свалок.

Таким образом, использование ГИС-технологий, космических снимков и цифровых карт позволяет выявить и проанализировать размещение несанкционированных мест скопления отходов по населенным пунктам, учитывая особенности природно-техногенных систем в зонах их расположения. Поэтому ГИС-технология должна стать базовой технологией с целью функционирования земельной информационной системы и обеспечивать накопление территориально-координированных (координатно-привязанных) данных района, их системный анализ, интерпретацию в виде картографических изображений средствами машинной графики.

Список литературы

1. Фе.де.ра.льный за.кон Российской Фе.де.ра.ции «Об отхода.х производства и потре.бле.ния» № 89-ФЗ от 24 июня 1998 г. [Эле.ктронный ре.сурс] / Официа.льный инте.рне.т-порта.л пра.вовой информа.ции. - Ре.жим доступа: http://pravo.gov.ru. (Да.та обра.ще.ния: 19.09.2019).

2. Сафрончук М.В., Кандауров С.В. Стимулирование «мусорного» рынка снижает накопление отходов (опыт регулирования в США) // Экономика и управление: проблемы, решения. 2019. Т. 8. №1. С. 4-15.

3. Чемодин Ю.А. Анализ особенностей управления твёрдыми бытовыми отходами на современном этапе в Российской Федерации и за рубежом // Московский экономический журнал. 2018. №5. С. 40.

4. Щербакова К.Э. Мониторинг полигонов твердых бытовых отходов по спутниковым снимкам // Студенческий вестник. 2019. №42-3(92). С. 17-19.

5. Байдулова М.К. Результаты биотестирования почвы при проведении мониторинга полигонов твердых бытовых отходов // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2016. №4(18). С. 44-48.

6. ArcView GIS. Руководство пользователя. - New York: ArcGIS. Troy, 2002. [Электронный ресурс]: - Режим доступа: - 786 с. http://elar.uspu.ru/bitstream/uspu/380/1/uch00011.pdf (Дата обращения: 18.02.2019).

7. Капустин В.Г. ГИС-технологии в географии и экологии: ArcView GIS в учебной и научной работе (практическое руководство для студентов и преподавателей географо-биологического факультета). Учебное пособие. Издание второе / Урал.гос.пед.ун-т. Екатеринбург, 2012, 202 с.

8. Матросов А.С. Управление отходами. - М.: Гардарики, 1999. - 480 с.

9. Варламов, А. А. Земельный кадастр. Т. 6. Географические и земельные информационные системы: учеб. пособие / А.А. Варламов, С.А. Гальченко. - Москва: КолосС, 2005. - 400 с.

10. Щербакова К.Э. Мониторинг полигонов твердых бытовых отходов г. Казани по спутниковым снимкам // Научному прогрессу - творчество молодых. 2019. №3. С. 167-169.

11. Тесаловский А.А. Методика кадастровой оценки земель, резервируемых в целях строительства комплексного назначения // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2011. № 23. С. 337-341.

12. Щербакова К.Э. Мониторинг полигонов твердых бытовых отходов г. Казани по спутниковым снимкам // Научному прогрессу - творчество молодых. 2019. №3. С. 167-169.