Геоинформационное обеспечение экономической оценки природно-ресурсного потенциала территорий Пермского края

ПРИРОДНО-РЕСУРСНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ РЕГИОНА

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПРИРОДНО-РЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА ТЕРРИТОРИЙ ПЕРМСКОГО КРАЯ

П.А. Красильников, A.B. Кономев, В.В. Хронусов, М.Г. Барский

В статье рассматривается вопрос рационального природопользования и экономической оценки природного ресурсного потенциала. Объясняются актуальность и перспективы использования геоинформационных технологий. На основе ГИС-систем показан новый подход к комплексной оценке природного богатства территории. Создана геоинформа-ционно-аналитическая система природных ресурсов территории. Предложена и апробирована геоинформационно-экономическая модель оценки природно-ресурсного потенциала.

Пермский край обладает мощным при-родно-ресурсным потенциалом (ПРП), который является в настоящий момент основой экономики региона. На территории выявлено и разведано более 1000 месторождений почти по 50 видам полезных ископаемых, из них — около 850 месторождений твердых полезных ископаемых, более 200 месторождений нефти и газа, более 90 — подземных вод.

Наиболее развитой является добыча нефти и газа, калийно-магниевых солей, алмазов, золота, металлургического и цементного сырья, хромовых руд, стройматериалов и пресных подземных вод.

Однако, как подчеркнуто в работе «Богатство недр России» (ВСЕГЕИ, 2007), не все, что открыто и изучено геологами, есть богатство недр. Минеральное сырье становится богатством только в том случае, если его освоение и извлечение на-гора, во-первых, рентабельно, во-вторых, ликвидно.

Озабоченность проблемой рационального и комплексного освоения природных ресурсов Пермского края вызвала появление в областной (краевой) целевой программе «Развитие и использование мине-

рально-сырьевой базы Пермской области на 2003-2005 годы и на перспективу до 2010 г.» научно-исследовательской работы «Разработка концепции и технико-эконо-мических соображений комплексного освоения природно-ресурсного потенциала промышленно-экономических районов Пермской области (Пермского края)». В результате открытого конкурса, проводимого Департаментом промышленности и природопользования Пермской области (ныне министерство природных ресурсов Пермского края), победителем был признан Естественнонаучный институт Пермского госуниверситета (ЕНИ ПГУ, госконтракт № 3 от 15.02.2006 г., научный руководитель A.B. Коноплев, ответственный исполнитель П.А. Красильников).

Целью работы было создание научно обоснованной концепции комплексного и рационального освоения природно-ресур-сного потенциала края с выдачей технико-экономических соображений по промыш-ленно-экономическим районам.

В связи с тем, что приходилось работать с большим объемом разнородной пространственной информации, основным инструментом для решения поставленных задач были выбраны геоинформационные технологии. Природно-ресурсный потенциал территорий анализировался в тесной связи с развитием инфраструктуры и социально-экономических условий. Главной задачей авторов было создание постоянно действующей геоинформационно-аналитической системы, на основе которой можно дать реальную оценку ПРП территории и смоделировать различные сценарии освоения имеющегося природного богатства.

Весь цикл работ состоял из трех основных стадий:

1. Создание (актуализация) кадастров природных ресурсов.

2. Создание единой геоинформационно-аналитической системы.

3. Создание постоянно действующей модели геоинформационной модели ПРП (оценка и освоение).

Электронные кадастры сырьевых ресурсов

Проблема регистрации в электронном виде и поддержка в актуальном состоянии минерально-сырьевой базы Пермского края с 1996 года решается в Пермском государственном геологосъемочном предри-ятии «Геокарта» (ФГУП «Геокарта-Пермь») в рамках создания ГИС-Атласа «Геолого-экономическая карта Пермской области» как комплексной отраслевой геоинформационной системы по геологическому строению, минерально-сырьевой и топливно-энер-гетической базе территории края. Состав и содержание этих материалов охватывают геологическое строение, геофизические и геохимические характеристики, минеральные ресурсы, объекты недропользования, геологическую изученность, гидрогеологию, геоэкологию, природоохранные объекты и геолого-экономическую характеристику по территории Пермского края.

Значительные работы по созданию электронных баз данных и ГИС-систем минерального и углеводородного сырья ведут ФГУП СНИБ «Эльбрус», ОАО «ПермНИПИнефть, КамНИИКИГС, ПГУ и др.

Информация по лесным ресурсам Пермского края наиболее полно отражена в региональной геоинформационной системе, разработанной ГИС-центром ПГУ в рамках краевой целевой программы «Развитие лесопромышленного комплекса Пермской области на 2004-2010 гг.». Актуальность ее создания связана с тем, что в соответствии с новым Лесным кодексом ряд полномочий в области лесных отношений с федерального уровня передано на уровень субъекта РФ. Это поставило хозяйствование лесными ресурсами РФ в принципиально новые условия. Прежде всего, это связано с изменением структуры

управления, пересмотром и инвентаризацией объектов и границ собственности.

В настоящее время описанные выше электронные кадастры используются органами государственной власти. В нашей работе впервые сведены вместе все кадастры и ГИС-системы ресурсной тематики в виде геоинформационно-аналитической системы, что позволило выявить ряд неточностей противоречий и ошибок.

Геоинформационно-аналитическая система природных ресурсов Пермского края

Геоинформационно-аналитическая система (ГИАС) по природным ресурсам Пермского края предназначена решать задачи оптимизации комплексного освоения природно-ресурсного потенциала. Информационные ресурсы ГИАС объединены в четыре тематических блока (рис. 1): Инфраструктурный (блок административно-хозяйственной и инфраструктурной информации); Минерально-сырьевой (блок информации о геологическом строении и минерально-сырьевой базе); Лесосырьевой (блок информации о лесосырьевой базе); Дополнительный (блок дополнительной информации: экологические факторы, ликвидность ресурса, социально-экономические условия и пр.).

Геоинформационная модель природно-

ресурсного потенциала Пермского края

Для корректной организации процесса оперативной оценки и переоценки природ-но-ресурсного потенциала была создана ге-оинформационно-экономическая модель (рис. 2).

Процесс оперативной оценки и переоценки природно-ресурсного потенциала в формализованном виде представлен на рис. 3. Математически задача заключалась в геостатистическом многофакторном анализе пространственно распределенных природных ресурсов, выраженных в точечных, линейных и площадных объектах. Кроме этого, проводился расчет на различных масштабных уровнях, что потребовало интерактивного сервиса, внедренного непосредственно в ГИС-проект.

Минерально-сырьевой блок

Металлические полезные ископаемые

Неметаллические полезные ископаемые

Общераспространенные полезные ископаемые

Углеводородное сырье

Запасы по видам древесины

Категории лесов

Инфраструктурный блок

ГЕОИНФОРМАЦИОННО АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Лесные ресурсы

f Дорожная сеть: N

Автодороги

Железные дороги

ч Водные пути J

/ Инженерная сеть: у

Электроснабжение

Водоснабжение,

ч водоотведение У

Дополнительный

Экологические ограничения

Трудовые ресурсы

Рис. 1. Структура ГИАС

Ликвидность ресурса

Рис. 2. Блок-схема геоинформационно-экономической модели

Таким сервисом явилась разработка ГИ С - приложения под руководством В.В. Хронусова — Slide Analist. В своем исполнении он отличается от классических средств ArcGIS тем, что в качестве первичной структурной единицы данных вы-

ступает не единичныи пространственный объект, а база данных, между которыми требуется провести сопоставление.

База геоданных может содержать несколько шаблонов, различных по форме и по правилам преобразования исходных

Рис. 3. Блок-схема модели оценки природно-ресурсного потенциала

пространственных объектов. За счет этого возможна дополнительная внутренняя нормализация расчетных данных и естественным образом обеспечивается их непротиворечивость. Наиболее интересным оказывается использование иерархии шаблонов. Возможность построения иерархии связана с масштабным фактором, типом шаблона и

Первичные Муниципальные данные поселения

выполняемыми операциями. В этот момент содержание исходных пространственных объектов уже неважно. Бизнес-правила на уровне базы данных позволят работать с иерархией любого порядка при условии взаимной корректности шаблонов. Классический пример многошаблонной иерархии — это административное деление (рис. 4).

Районы Управленческие1

округа

Рис. 4. Технологическая схема последовательного анализа для разных уровней

1 Выделены согласно программе социально-экономического развития Пермского края.

Стоим=С хК хК хК „ хК

эталон диет типа района качества

Тип древесины

Удаленность

Распределение стоимости по кварталам

Рис. 6. Стоимостная карта природных ресурсов9 реализована для различных типов исходных данных

Рис. 5. Расчет стоимости лесных ресурсов в пределах кварталов

При анализе первичных данных наиболее трудоемкой оказалась подготовка данных о лесном фонде. Анализ нормативных документов позволил оптимизи-ровить формулу расчета стоимости лесных ресурсов для каждого типа древесины с учетом районного фактора, качества и удаленности от транспортных магистралей (рис. 5). Применение формулы, сохранен-

ной в скриптовой форме, обеспечивает нас богатым аналитическим материалом по типам древесины и ее пространственному распределению.

Для полезных ископаемых формирование модели оказалось значительно более простым, поскольку мы в большинстве случаев имеем дело с мономинеральным сырьем (рис. 6). Дополнительным фактором

Стоимость

Объекты: Точечные Линейные Полигональные

Стоимость

Стоимость

А С ...

1

2

3

...

Т

Шаблон

Данные

Рис. 7. Процедура анализа

оказалось геометрическое разнообразие типов исходных данных. Это точечные, линейные и площадные тематические слои.

В качестве базового шаблона трансформации был выбран уровень административных поселений, обладающий дополнительными топологическими преимуществами — полнота покрытия, неперекрываемость границ, отсутствие внутренних и граничных артефактов. Процедура анализа представляет собой процесс трансформации составного пространства признака системы, в качестве которого для геосистем выступает поток исходных пространственных данных произвольной природы, единственным требованием к которым является топологическая корректность (рис. 7). Результирующий объект (8Ис1е8е1;) представляет собой реляцию между первичной геометрией шаблона и матрицей, строки которой являются ссылками на геометрические объекты, а столбцы являются результатом работы плотностного преобразования с полным набором топологических операций. В АгсС18 это выглядит как обычный слой. Внутренние механизмы и информация о структуре также обеспечены метаданными.

Комплексная оценка природно-ресурсного

потенциала Пермского края на основе информационно-аналитической системы

В процессе комплексной оценки ПРП территории возникают трудности приведения огромного разнообразия натуральных показателей к единому знаменателю. В качестве такого знаменателя можно использовать оценку потенциала в баллах или в денежном выражении. Балльная оценка допускает существенный субъективизм на этапе соизмерения в баллах значимости различных видов природных ресурсов. Оценка ПРП в денежном выражении исключает ошибки, присущие балльной оценке, и признается пока единственно реальной для решения поставленных задач. При расчетах стоимости валового годового продукта (проектного, планового и фактического) по разным видам ресурсов применяются цены, существующие на внутреннем и мировом рынках.

Денежная оценка ПРП должна учитывать экологические последствия использования расположенных на этих территориях природных ресурсов. При стоимостной оценке возможного ущерба окружающей среде в результате освоения природных ресурсов сначала надо определить возможные виды

воздействия на окружающую среду: виды и объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух; виды сбросов неочищенных или недоочищенных сточных вод в поверхностные водные источники; виды нарушений и загрязнений земель; наличие приемников промышленных и твердых бытовых отходов. Затем определяются затраты на рекультивацию нарушенных и загрязненных земель, восстановление лесных насаждений, плановые объемы платежей за выбросы загрязняющих веществ в воздух и сбросы их в поверхностные воды. Также должны быть учтены потери от изъятия земель сельскохозяйственного назначения и лесов под водохранилища, различные про-

изводства и другие площадные объекты. Стоимостная оценка потенциала по каждому из видов ресурсов должна быть уменьшена на сумму вероятных экологических затрат и потерь.

В результате расчета необходимых повышающих и понижающих коэффициентов все данные были сведены к единому рублевому эквиваленту. Система исходных данных сформировалась как набор площадных и точечных объектов со своими стоимостными атрибутами (рис. 8а). Также на основе данных о муниципальных образованиях был создан слой шаблона для слайд-анализа (рис. 86). Этот шаблон является основным для всех последующих операций.

ЕЕЯЯЬ5£ Г: -ди*. - ~ Г

Рис. 86. Шаблон первичных расчетов

Рис. 9. Нижний уровень. Муниципальные поселения. Стоимостная и структурная карта природных ресурсов

; I ....../'"Л

^ц I

I

к

Рис. 10. Последовательный анализ

^lSJJSJi

File Edit View Insert Selection Ipols Window Help

D^Si Ш ф ¡кэёётта

Edrtm -

гл • ' Проект

Ш Layers j

ГЗ 0 Структура природных ресурсов по адм. районе:

Г

О опм

Металлы ЕЗ Неметаллы

Нефть

Торф

О Лес, госрезерв В 0 ас1глро1 00  вИе_14 1+1  1ег$Ые   1ЕК

II  ро!_а11е5_р_местор 03 О глазка

а  Месторождения ОПИ (млн.руб.) Ш  Металлические полезные ископаемые (млн.руб^ [+1  Неметаллические полезные ископаемые (млн.р^ Ш О Нефтяные месторождения (млн.руб) В 0 Стоимость ресурсов по поселениям, млн.руб 5итгп_т1п Я: 0-20 20 - 400 401 - 800 801 - 1 000

1 001 - 2 000 ' 2 001 - 4 000 '4 001 -8 000 10 001 -20 000 20 001 -41 000 В  гоас!_Ыд_1 Ш  железные дороги +  Ьс1гНп

ВЗ П границы административных районов 1+]  дагро!

03  Месторождения торфа (млн.руб) [+1  Стоимость кругляка (руб) В  р51_200?_гиЬ И  д№ _ктаг1_та_2007 Ш  рз1_к\'.эгЬ_та1_2007 ;+]  Ис!гро! '+,  рорро! В  рорро! В  roadJ Ей  admpoLoí<шga Ш О розе1еп

Display 1 Source I Selection J I Drawing  ^

I ф m о I it? ;

"Z3

i« ' . ' \ f1;' Isoliner Convert

—: . J ' Georeferencmg * |

аа у rn -

rf

) >

/ .-----

ill

I \ ; )

»

'' N КМИНО-йМ'

iL

--^ /

rH ¡^У

Юрли^ий V""-" -.г-' п Александрове«

' К v

< 1 (-- ; СЧ

V ' *6ктябрьский

VrJ

1 «Jj

i DM А -

Jjjw Times New Roman

Z3 F~3 B 1 ö А* A ж JL* jl,r

6848277.267 Meters

Рис. 11. Взаимосвязь уровней структурных диаграмм и значений стоимости.

d

Далее непосредственно проводились вычисления с помощью модуля расширения, созданного нами для программы АгсС18. Выбирались требуемые слои, рассчитываемые параметры (стоимость, удельная стоимость, стоимость максимально дорогого объекта, количество объектов интереса).

В качестве первого шага был проведен расчет на уровне муниципальных поселений (рис. 7). Проведен также первый уровень расчета для структурных диаграмм. Построены стоимостная и структурная карта природных ресурсов.

На втором шаге были проведены расчеты для районов и управленческих округов (рис. 10).

При переходах были использованы уже не первичные данные, а результаты с предыдущих уровней расчетов. Диалог при выполнении расчетов при переходе на следующий уровень масштаба.

Возможны также обратные переходы при расчетах, когда рассчитанные данные шаблона становятся региональными поправочными коэффициентами и могут быть использованы при пространственных операциях с первичными данными (рис. 11).

Результаты расчетов позволяют проводить визуальную оценку природно-ресур-сного потенциала Пермского края. Для принятия решений о строительстве промышленных или транспортных объектов созданный подход позволяет проводить оперативную переоценку изменения стоимости ПРП на всех стадиях проектирования и строительства и решать оптимизационные задачи. В настоящее время результаты работы широко используются при разработке схем территориального планирования муниципальных районов Пермского края.