Географиялық ақпараттық жүйе – кеңістіктегі объектілерді сипаттайтын мәліметтерді сақтауға және пайдалануға (көрсетуге, талдауға, басқаруға) қабілетті, арнайы қызметкерлер басқаратын бағдарламалық-аппараттық кешен. ГАЖ ақпараттың ерекше түрін – кеңістіктік (географиялық) және байланысты мәліметтер қорын пайдаланады, бұл ақпарат әлеуметтік, саяси, экологиялық немесе демографиялық болуы мүмкін, яғни картада көрсетуге болатын кез келген ақпарат. ГАЖ құрлық немесе теңіз туралы ақпаратты сақтаудың ең жақсы тәсілі болып табылады. ГАЖ басқаруды тиімдірек етуге, ғылыми жұмысты алға жылжытуға және аумақты қорғауға көмектесе алады, бұл олардың аумағына қарамастан барлық ерекше қорғалатын табиғи аумақтарда (ЕҚТА) жүзеге асырылады.

ГАЖ принциптері мен функциялары

Анықтамадан көрінетіндей, ГАЖ күрделілігі (жүйелілігі), екеуі де ГАЖ маңызды бөлігі болғанымен, тек деректер ғана емес және бағдарламалық қамтамасыз ету ғана емес.

ГАЖ – арнайы персонал басқаратын бағдарламалық, аппараттық, ақпараттық қамтамасыз ету кешені.

ГАЖ кеңістігі-бұл кеңістіктегі кез-келген мәліметтермен жұмыс істейтін және микроорганизмдердің колонияларынан бастап, бүкіл Жер планетасына дейін өзінің координаттар жүйесі бар құрал. ГАЖ сонымен қатар кеңістіктік байланысы жоқ деректермен операцияларды жүргізуге мүмкіндік береді, бірақ ГАЖ-нің негізгі функционалдығы кеңістіктік мәліметтермен жұмыс істеуге бағытталған.

Байланыстылық – кеңістіктік және атрибутивтік ақпарат арасында тығыз байланыстың болуы. ГАЖ аясында алғаш рет ақпараттың осы екі түрі тығыз біріктірілді, бұл көп жағдайда ГАЖ-нің бағдарламалық қамтамасыз етудің жеке саласы ретінде пайда болуын анықтады. ГАЖ жиі карталарды немесе кеңейтілген деректер базасын қолдауы бар цифрлық картографиялық жүйені құру мүмкіндігі бар деректер қорын басқару жүйесі (бұдан әрі – ДҚБЖ) деп аталады.

Функциялар.

ГАЖ визуализациясы деректерді ұсынудың қуатты құралы болып табылады. ГАЖ-нің бұл сапасы әдетте алдымен пайдаланылады, ГАЖ көмегімен көрнекі иллюстрациялық карталар мен диаграммалар жасалады. Қазіргі ГАЖ осы нақты функцияның жеңілдігі мен орындалуына көп көңіл бөледі, сондықтан ол көбінесе карталарды жасау құралы ретінде ғана қарастырылады. ГАЖ-ның бұл қызметі картографиядан мұраланған, оны ГАЖ-нің бастаушысы деп санауға болады және ол әлі де ГАЖ-ның негізгі функциясы болып табылады.

Ұйымдастыру – ГАЖ негізгі функцияларының бірі ақпаратты ұйымдастыру және басқару болып табылады. Қазіргі заманғы ГАЖ кеңістіктік принципті пайдалана отырып ақпаратты басқаруға көмектесетін ыңғайлы құрал болып табылады.

Өңдеу және талдау – бұл дайын деректермен жұмыс істеу құралынан (визуализатор) олардың негізінде жаңа мәліметтер құру, модельдеу және болжау құралына айналдыратын ГАЖ функциялары.

Геоақпараттық жүйелерді пайдаланудың дәстүрлі бағыттарының арасында оның экологиялық жаңа саласы айтарлықтай басым. Географиялық ақпараттық жүйелерді пайдалану сұраныс бойынша ақпаратты жылдам алуға және оны карта негізінде көрсетуге, экожүйенің жағдайын бағалауға және оның дамуын болжауға мүмкіндік береді.

Экологияда қолданылатын ГАЖ мүмкіндіктері:

- цифрлық картографиялық және экологиялық ақпаратты енгізу, жинақтау, сақтау және өңдеу;

- алынған мәліметтер негізінде экожүйенің ағымдағы жағдайын көрсететін тақырыптық карталарды құру;

- кеңістіктегі және уақыттағы экологиялық жағдайдың өзгеру динамикасын зерттеу, графиктер, кестелер, диаграммалар құру;

- әртүрлі ортадағы экологиялық жағдайдың дамуын модельдеу және экожүйе жағдайының ауа райы жағдайларына, ластану көздерінің сипаттамаларына, фондық концентрацияларға тәуелділігін зерттеу;

- гетерогенді деректер негізінде қоршаған орта объектілерінің жай-күйіне кешенді баға беру.

Қоршаған ортаны қорғау шараларындағы ГАЖ рөлі мен орны.

Тіршілік ортасының нашарлауы ГАЖ негізгі қоршаған орта параметрлерінің карталарын жасау үшін сәтті қолданылды. Болашақта жаңа деректер алынған кезде бұл карталар флора мен фаунаның тозуының масштабы мен жылдамдығын анықтау үшін қолданылады. Қашықтан, атап айтқанда спутниктен және кәдімгі далалық бақылаулардан деректерді енгізу кезінде олар жергілікті және ауқымды антропогендік әсерлерді бақылау үшін пайдаланылуы мүмкін. Экологиялық тұрғыдан ерекше қызығушылық тудыратын таңдалған учаскелермен, мысалы, саябақтар, қорықтар мен жануарлар дүниесі қорықшалары бар аумақты аймақтарға бөлу карталарында антропогендік қысым туралы мәліметтерді қабаттастыру орынды. Табиғи ортаның жай-күйі мен тозу жылдамдығын бағалауды картаның барлық қабаттарында анықталған сынақ алаңдары арқылы да жүргізуге болады.

Ластану.

ГАЖ пайдалана отырып, жердегі, атмосферадағы және гидрологиялық желі бойындағы нүктелік және нүктелік емес (кеңістіктік) көздерден ластанудың әсері мен таралуын модельдеу ыңғайлы. Модельдік есептеулердің нәтижелерін табиғи карталарға, мысалы, өсімдіктер картасына немесе белгілі бір аумақтағы тұрғын аудандардың карталарына қоюға болады. Нәтижесінде мұнайдың төгілуі және басқа да зиянды заттар сияқты төтенше жағдайлардың тікелей және болашақтағы салдарын, сондай-ақ тұрақты нүктелік және аумақтық ластаушы заттардың әсерін жылдам бағалауға болады.

Қорғалатын аумақтар.

ГАЖ қолданудың тағы бір кең тараған саласы – қорық жерлер, қорықтар және ұлттық саябақтар сияқты ерекше қорғалатын аумақтар туралы деректерді жинау және басқару. Ерекше қорғалатын табиғи аумақтар шегінде жануарлардың бағалы және сирек түрлерінің өсімдіктер бірлестігіне толыққанды кеңістіктік мониторинг жүргізуге, туризм, жолдарды немесе электр желілерін тарту сияқты антропогендік әсерлердің әсерін анықтауға, қоршаған ортаны қорғауды жоспарлауға және іске асыруға болады. Сондай-ақ мал жаюын реттеу және жер өнімділігін болжау сияқты көп пайдаланушы тапсырмаларын орындауға болады. ГАЖ мұндай мәселелерді ғылыми негізде шешеді, яғни, әсіресе туристер жиі келетін аймақтарда ауаның, судың және топырақтың тазалығын қажетті деңгейде сақтай отырып, жануарлар әлеміне әсер етудің минималды деңгейін қамтамасыз ететін шешімдер таңдалады.

Қорғалмайтын аумақтар

Аймақтық және жергілікті басқару құрылымдары жер ресурстарын бөлу және бақыланатын пайдалану мәселелеріне оңтайлы шешімдерді алу, жердің меншік иесі мен жалға алушылар арасындағы жанжалды жағдайларды шешу үшін ГАЖ мүмкіндіктерін кеңінен пайдаланады. Жер пайдалану учаскелерінің қазіргі шекараларын жерді аймақтарға бөлу және оларды пайдаланудың перспективалық жоспарларымен салыстыру пайдалы және қажет. ГАЖ сонымен қатар жерді пайдалану шекараларын шөл дала талаптарымен сәйкестендіру мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Мысалы, кейбір жағдайларда қорықтар немесе ұлттық парктер арасындағы дамыған аумақтар арқылы жабайы жануарлардың қоныс аударуы үшін дәліздерді резервтеу қажет болуы мүмкін. Жерді пайдалану шекаралары туралы мәліметтерді үздіксіз жинау және жаңарту экологиялық, соның ішінде әкімшілік және заңнамалық шараларды әзірлеуге, олардың орындалуын бақылауға, негізгі ғылыми экологиялық қағидалар мен тұжырымдамаларға негізделген қолданыстағы заңдар мен нормативтік құқықтық актілерге уақытылы өзгерістер мен толықтырулар енгізуге үлкен көмек бола алады. ГАЖ тіршілік ету ортасын қалпына келтіру кеңістіктік және уақытша аспектілерде өсімдіктер мен жануарлар әлемінің жекелеген түрлерінің тіршілік ету ортасын зерттеудің тиімді құралы болып табылады. Егер белгілі бір қоршаған орта параметрлері белгіленсе, мысалы, жануарлардың кез-келген түрінің өмір сүруі үшін, оның ішінде жайылымдар мен асыл тұқымды жерлердің болуы, жемшөп ресурстарының тиісті түрлері мен қорлары, су көздері, табиғи ортаның тазалығына қойылатын талаптар қажет болса, онда ГАЖ өмір сүру немесе өсіру жағдайлары бар параметрлердің қолайлы үйлесімі бар аудандарды тез табуға көмектеседі. Қоныс аударған түрді жаңа жерге бейімдеу кезеңінде ГАЖ қабылданған іс-шаралардың жақын және алыс салдарын мониторингілеу, олардың табыстылығын бағалау, проблемаларды анықтау және олар бойынша жолдарды іздеу үшін тиімді.

Ғылыми зерттеулер мен техникалық қамтамасыз ету.

ГАЖ-дың функционалдық интегралдық мүмкіндіктері барынша айқын түрде көрінеді және бірлескен пәнаралық зерттеулердің сәтті жүргізілуіне ықпал етеді. Олар картада көрсетуге болатын деректердің кез келген түрінің комбинациясын және қабаттасуын қамтамасыз етеді. Мұндай зерттеулерге, мысалы, мыналар жатады: халық денсаулығы мен әртүрлі (табиғи, демографиялық, экономикалық) факторлардың өзара байланысын талдау; жергілікті және аймақтық экожүйелер мен олардың құрамдас бөліктерінің жағдайына қоршаған орта параметрлерінің әсерін сандық бағалау; жер иелерінің табысын басым топырақ түрлеріне, климаттық жағдайларға, қалалардан қашықтығына және т.б. байланысты анықтау; аумақтың биіктігіне, көлбеу бұрышына және беткейлердің экспозициясына байланысты сирек кездесетін және жойылып бара жатқан өсімдік түрлерінің таралу аймақтарының көптігі мен тығыздығын анықтау. Деректер жинақтары мен жарияланымдар ГАЖ картографиялық өнімдердің кез келген түрін басып шығару процедурасын айтарлықтай жеңілдетеді. Кірістірілген бағдарламалық құрал тілін (мысалы, ARC/INFO ARC Macro Language (AML)) пайдалану арқылы басып шығарылатын карталардың, графиктердің, диаграммалардың және кестелердің кез келген түрін автоматты түрде жасау үшін бағдарламалар жазуға болады.

Сонымен қатар, қарапайым бағдарламалық өнімдер (мысалы, ArcView GIS) кез келген, тіпті тәжірибесіз пайдаланушыға ГАЖ дерекқорындағы деректерді көруге және олармен тікелей жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Осындай қарапайым және оңай қол жетімді бағдарламалардың көмегімен кез келген пайдаланушы карталарды (мысалы, CD-ROM дискісінде ARC/INFO ГАЖ форматында жазылған) оқи және басып шығара алады.

Экологиялық тәрбие.

ГАЖ көмегімен қағаз карталарды жасау әлдеқайда қарапайым және арзанырақ болғандықтан, экологиялық білім беру бағдарламалары мен курстарының мүмкіндіктері мен қамту ауқымын кеңейтетін әртүрлі табиғи карталардың үлкен санын алуға болады. Картографиялық өнімдерді көшіру және шығарудың қарапайымдылығына байланысты оны кез келген ғалым, оқытушы немесе студент дерлік пайдалана алады. Сонымен қатар, базалық карталардың форматы мен орналасуын стандарттау мен студенттер алған деректерді жинау және көрсету, оқу орындары арасында деректер алмасу және өңірлер бойынша және ұлттық ауқымда бірыңғай деректер базасын құру үшін негіз болады. Жер учаскелерiнiң иелерiне аумақта жасалып жатқан және олардың жерiне әсер ететiн жоспарлы табиғат қорғау шараларымен, буферлік аймақтар схемаларымен және экологиялық дәлiздермен таныстыру үшiн арнайы карталар дайындалуы мүмкiн.

Бақылау.

Қоршаған ортаны қорғау шараларын кеңейту және тереңдету кезінде ГАЖ қолданудың негізгі бағыттарының бірі жергілікті және аймақтық деңгейде қабылданатын әрекеттердің салдарын бақылау болып табылады. Жаңартылған ақпарат көздері жердегі зерттеулердің немесе әуе көлігінен және ғарыштан қашықтықтан бақылаулардың нәтижелері болуы мүмкін. ГАЖ-ны қолдану жергілікті және интродукцияланған түрлердің өмір сүру жағдайларын бақылау, себеп-салдарлық тізбектер мен байланыстарды анықтау, жалпы экожүйеге және оның жекелеген құрамдас бөліктеріне қабылданған қоршаған ортаны қорғау шараларының қолайлы және қолайсыз әсерін бағалау, өзгеретін сыртқы жағдайларға байланысты оларды түзету бойынша жедел шешімдер қабылдау .

Бұл ретте ӘКК 40-тан 503-ке дейін өзгереді (10.2-сурет).

10.2-сурет – Антропогендік карбонатты түзілімдердегі зерттелетін химиялық элементтердің жалпы концентрациясының картасы

Павлодар облысының мысалында ArcGis геоақпараттық бағдарламалық өнімі арқылы антропогендік карбонатты түзілімдердегі химиялық элементтердің кеңістікте таралу карталары жасалды. Мәндерді жіктеу кезінде өзіміздің сынып интервалдарын толтыру үшін «Қолмен» әдісі қолданылды. Класс диапазондарының шекаралары 2-3 стандартты қателерді қосу арқылы бізге бұрыннан белгілі арифметикалық ортаның негізінде құрылды. Орташа арифметикалық мәнге дейінгі мәндер аралықтары жасыл түске боялған, оған қоса 2–3 стандартты қателер сары түспен және одан жоғары диапазондар қызыл түске боялған.

Формула бойынша есептелген антропогендік карбонатты түзілімдердегі ластаушы заттардың шоғырлануының жалпы көрсеткішінің деңгейіне сәйкес Павлодар облысының аудандарын кему ретімен келесідей орналастыруға болады:

Ертіс (503) → Ақтоғай (186) → Ақсу (156) → Павлодар (143) → Качир (99) → Успен (90) → Шарбақта (81) → Екібастұз (76) → Железин (72) → Баянауыл (62) Лебяженский (41) →Май (40) аудандары.

Табиғи тұщы сулардағы масштабтағы сирек жер элементтері негізінен Ертіс, Качир, Железин, Ақтоғай аудандарында, Ақсу (Пограничное ауылы), алғашқы екеуі нормадан тыс жоғары мазмұндағы элементтердің максималды санымен ерекшеленеді (10.3-сурет).

10.3-сурет – Павлодар облысы бойынша қақтағы сирек жер элементтерінің мөлшерінің таралу схемасы, мг/кг

ArcGIS – географиялық ақпаратты жинауға, ұйымдастыруға, басқаруға, талдауға, бөлісуге және таратуға мүмкіндік беретін толық жүйе. ГАЖ құру және пайдалану бойынша әлемдегі жетекші платформа ретінде ArcGIS-ті дүние жүзіндегі адамдар географиялық білімді үкіметке, бизнеске, академияға, білім беруге және бұқаралық ақпарат құралдарына қолдану үшін пайдаланады. ArcGIS платформасы кез келген адамға қол жеткізу және пайдалану үшін географиялық ақпаратты жариялауға мүмкіндік береді. Жүйеге веб-браузерлерді, смартфондар сияқты мобильді құрылғыларды және жұмыс үстелі компьютерлерін пайдалануға болатын кез келген жерден қол жеткізуге болады.

Карталар ақпараттың үлкен көлемін әмбебап түрде ұйымдастырудың, түсінудің және жеткізудің тиімді әдісін ұсынады.

 ArcGIS карталардың кең ауқымын жасауға мүмкіндік береді, соның ішінде: веб-браузерлерде және мобильді құрылғыларда қолжетімді карталар, үлкен басып шығару карталары, есептер мен презентациялардағы карталар, атластар, жинақтар, қолданбаларда пайдаланылатын карталар және т.б.

Жариялау әдісіне қарамастан, ArcGIS картасы – әртүрлі көздерден алынған географиялық және сипаттамалық ақпараттың маңызды қабаттарын көрсететін, біріктіретін және синтездейтін интерактивті карта.

Бақылау сұрақтары

1. ГАЖ анықтамасы және қолдану аясы?
2. Экологияда ГАЖ қолдану мүмкіндіктері?
3. ГАЖ принциптері мен функциялары?