Геоинформационная система (ГИС) - это многофункциональная информационная система, предназначенная для сбора, обработки, моделирования и анализа пространственных данных, их отображения и использования при решении расчетных задач, подготовке и принятии решений. Основное назначение ГИС заключается в формировании знаний о Земле, отдельных территориях, местности, а также своевременном доведении необходимых и достаточных пространственных данных до пользователей с целью достижения наибольшей эффективности их работы.

Основной особенностью ГИС, определяющей ее преимущества в сравнении с другими АИС, является наличие геоинформационной основы, т.е. цифровых карт (ЦК), дающих необходимую информацию о земной поверхности. При этом ЦК должны обеспечивать:
• точную привязку, систематизацию, отбор и интеграцию всей поступающей и хранимой информации (единое адресное пространство);
• комплексность и наглядность информации для принятия решений;
• возможность динамического моделирования процессов и явлений;
• возможность автоматизированного решения задач, связанных с анализом особенностей территории;

Структура ГИС, как правило, включает четыре обязательные подсистемы:

1) Ввода данных, обеспечивающую ввод и/или обработку пространственных данных, полученных с карт, материалов дистанционного зондирования и т.д.;

2) Хранения и поиска, позволяющую оперативно получать данные для соответствующего анализа, актуализировать и корректировать их;

3) Обработки и анализа, которая дает возможность оценивать параметры, решать расчетно-аналитические задачи;

4) Представления (выдачи) данных в различном виде (карты, таблицы, изображения, блок-диаграммы, цифровые модели местности и т.д.) [21]

Геоинформационные системы (ГИС) применяемые при проведении биологического мониторинга: ArcView, MapInfo, WinGIS, ArcGIS.

Рис.1 Гис ArcView.

Рис.2 Гис MapInfo

Рис.3 Гис WinGIS

Рис.4 Гис ArcGIS

Лесной мониторинг в России ведется с 1862 г, когда А.Р.Варгасде- Бедемар заложил постоянные пробные площади в Лесной опытной даче, бывшей Петровской земледельческой и лесной академии (г. Санкт- Петербург). Мониторинг означает систему регулярных наблюдений за состоянием леса, он предусматривает оценку воздействия техногенных факторов, учет влияния пожаров, ущерб от неправильной лесохозяйственной деятельности, повышенной рекреационной нагрузки и.т.д. Растительный покров растения, их отдельные органы признаны надёжными индикаторами состояния окружающей среды, что нашло отражение в развитии различных направлений фитоиндикации. Но наиболее подходящим объектом мониторинга в лесных биогеоценозах на популяционном уровне является древесная порода-эдификатор.  [22]

Основой мониторинга лесных экосистем является классический метод исследования – это наблюдения на стационарных (постоянных) пробных площадях (СПП), образующих в совокупности систему, которая обеспечивает репрезентативность получаемой информации. Необходима значительная длительность и преемственность наблюдений, что даст возможность получать надежные данные и обоснованно интерпретировать изменения во времени. Методология организации и ведения биологического мониторинга в районе техногенных объектов включает следующие разделы. Задачи:

- сбор, обобщение и анализ имеющейся информации (фондовой, ведомственной, литературной и иной);

- оценка состава и состояния природных экосистем по совокупности критериев; оценка эффективности природопользования; выявление угроз состоянию экосистем;

- прогноз динамики состояния экосистем;

- разрабатывает комплексное ведение мониторинга и анализа полученных данных;

- репрезентативность системы мониторинга; прикладная направленность в принятии управленческих решений;

-  оценка характера и степени проявления угроз экосистемам; приоритет доступных, недорогих методов мониторинга; использование GIS-технологий и применение GPS-навигаторов. [6]

Категории экосистем (в зависимости от доминирующих типов растительности и характерных условий): лесные и кустарниковые; болотные, луговые, пустоши; нарушенные экосистемы с нарушенным почвенным и трансформированным растительным покровом, лишенные растительности (карьеры и.т.д.); прочие участки, занятые объектами хозяйственной инфраструктуры (дороги, ЛЭП, газопроводы и др.).

Компоненты системы мониторинга:

- стационарные пробные площадки (СПП) мониторинга лесных и кустарниковых экосистем фиксированных размеров и формы, закрепленные в натуре, заложенные в репрезентативных, однородных по составу растительности участках, в соответствии с программой регулярно проводится комплекс наблюдений;

- учётные площадки (УП) мониторинга пустошей, луговых, болотных, водных экосистем;

- постоянные маршруты ходы поливинилхлорида (ПМХ) прокладываются через различные экосистемы для оценки характера, степени и масштаба угроз им и их компонентам;

- СПП, УП, ПМХ проектируются и размещаются в соответствии с их целевым назначением, с учётом особенностей территории, структуры растительного покрова, размеров сообществ и популяций мониторинга или обладающих индикаторными свойствами, их репрезентативности, степени угрозы их существования, транспортной доступности. Периодичность оценки:

- на СПП и УП каждые 5 лет;

- для отдельных компонентов – 1 раз в 2-5 лет;

- на ПМХ – 1-2 раза в год (в зависимости от интенсивности эксплуатации объекта).

При разработке методологии мониторинга нами был использован максимально возможный объём компонентов, который включал:

почву: морфологическая характеристика почвенных генетических горизонтов, тип лесорастительных условий, формы рельефа по данным нивелирной съемки; древесные растения: биоразнообразие; продуктивность (запас древесины м3/га, класс бонитета), относительная полнота и средние биометрические показатели древостоя; тип леса; радиальный прирост древесины хвойных и кольцесосудистых лиственных растений; санитарно-патологическое состояние насаждений; состояние подроста и подлеска, направленность сукцессионных процессов; показатели стабильности развития березы повислой, рассчитанные по величине флуктуирующей асимметрии листовых пластинок с целью оценки состояния природной среды; размещение растений на учетных площадках; травянистые растения: биоразнообразие; обилие по шкале Браун- Бланке;

1. наличие редких и охраняемых видов;

2. лишайники (лихеноиндикация): биоразнообразие; плотность поселения;

3. орнитофауна: биоразнообразие; наличие редких и охраняемых видов;

4. почвенная мезофауна: биоразнообразие; плотность поселения;

5. палинологические исследования: жизнеспособность пыльцы, аномалии развития пыльцевых трубок.

Опираясь на собственный опыт создания системы экологического мониторинга в районе объектов хранения и уничтожения ХО, мы пришли к следующим решениям. Привлечение достаточно широкого круга специалистов к разнообразным ежегодным натурным и камеральным исследованиям требуют большого объёма времени, рост цен на ГСМ и значительно увеличивают стоимость работ. Кроме того, не все используемые для экологического (биологического) мониторинга компоненты природных экосистем требуют ежегодного обследования или переобмеров. Был выполнен отбор наиболее информативных показателей в условиях нестабильного финансирования работ по обеспечению системы экологического мониторинга техногенно опасных объектов и предприятий. К таким можно отнести генеративную сферу сосны обыкновенной – пыльцу (палинологические исследования), шишки и семена (исследование по 27-и параметрам); показатели стабильности развития березы повислой, рассчитанные по величине флуктуирующей асимметрии листовых пластинок с целью оценки состояния природной среды. Информацию об этих показателях можно анализировать ежегодно, т.к. сбор полевого материала проводится в разное время года: пыльца – в мае, шишки - с ноября по март (будущего года), листья – вторая половина июня – июль. Набор оценочных показателей биоты экологического мониторинга (в частности фитоценозов), предложенный нами, можно использовать один раз в 5 лет, и лишь при интенсивной эксплуатации предприятия один раз в 2-3 года. Сюда можно отнести: почву (морфологическая характеристика почвенных генетических горизонтов); древесные растения (биоразнообразие; продуктивность - запас древесины м3/га, класс бонитета, относительная полнота и средние биометрические показатели древостоя; радиальный прирост древесины хвойных и кольцесосудистых лиственных растений; санитарно- патологическое состояние насаждений; состояние подроста и подлеска, направленность сукцессионных процессов; размещение растений на стационарных пробных площадях (СПП) и учетных площадях (УП); травянистые растения (биоразнообразие; обилие по шкале Браун-Бланке; наличие редких и охраняемых видов); лишайники (биоразнообразие; плотность поселения). Одним из важных требований при разработке методологии, организации и ведения экологического (биологического) мониторинга является формирование коллектива учёных-лесоводов соответствующего профиля: таксаторов, лесо- и фитопатологов, почвоведов, ботаников, орнитологов, энтомологов, специалистов по лихеноиндикации, мезофауне, дендрохронологии, палинологии, сукцессионным процессам, оценке состояния природной среды по показателю флуктуирующей асимметрии листьев и.т.д. Результаты мониторинга служат основой для обеспечения достоверной и своевременной информацией соответствующих структур о состоянии биоты в районе техногенных объектов для принятия оперативных управленческих решений, разработки научно-обоснованных рекомендаций и целей государственного контроля состояния объектов растительного мира.

Использование геоинформационных систем не только видоизменяет наши представления о способах познания действительности, но и вносит существенные коррективы в теоретические основы картографирования. Как образно пишет А.М. Берлянт: «электронные карты уже не пахнут типографской краской, а подмигивают с экрана яркими огоньками значков и хамелионисто меняют окраску в зависимости от нашего желания и настроения». Синтез геоинформационных технологий и Интернет-пространства дает основание говорить об особом геоинформационном пространстве.

В принципе основные этапы компьютерного картографирования совпадают с этапами обычного исторического исследования, однако следует подчеркнуть и некоторые специфические моменты. Прежде всего, они связаны с поиском источников и подготовкой их для анализа. Пространственный анализ требует помимо создания уже привычных для историка баз данных (преимущественно, статистических) подбора картографических источников, а это, в свою очередь, невозможно без понимания традиционных методов изготовления карт, знания истории картографии, представления о проекциях и т.д. Принципиально новым для компьютерного источниковедения является процесс создания источника для анализа, поскольку он предполагает. [7]