Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Индикаторы социальной и экологической обстановки и их пространственная локализация 8
1.1. Источники информации об экологической обстановке 9
1.2. Индикаторы экологической обстановки 16
1.3. Локализация показателей экологической обстановки 33
1.4. Способы картографических изображений 36
1.5. Индикаторы социальной обстановки 42
Глава 2. Программные средства геоинформационного картографирования и их применимость к решению экологических и социальных задач 44
2.1. Географические информационные системы и используемые программные продукты 44
2.2. Методика создания карт с использованием ГИС-технологий 46
2.3. Применение ГИС в социальных и экологических исследованиях 49
2.4. Структура пользования геоинформационными продуктами 72
2.5. Выбор программных средств для создания электронного социально-экологического атласа г. Ижевска 76
Глава 3. Содержание гис «Социально-экологический атлас г. Ижевска» 83
3.1. Социально-экономический раздел 86
3.2. Экологический раздел 99
Глава 4. Выявление пространственных связей между социальными и экологическими характеристиками территории 116
4.1. Методика выявления пространственных связей 116
4.2. Выявление связей между социальными и экологическими характеристиками для города в целом 135
4.3. Детализация пространственных связей при помощи карт изокоррелят... 140
Заключение 152
Библиографический список
- Источники информации об экологической обстановке
- Географические информационные системы и используемые программные продукты
- Социально-экономический раздел
- Методика выявления пространственных связей
Введение к работе
Актуальность темы исследования обусловлена важностью и сложностью экологических и социальных проблем в современных условиях экономического роста. Исследование выполняется на примере г. Ижевска, где длительное инерционное развитие на основе устаревших планировочных решений привело к чересполосному размещению жилых и производственных зон, и как следствие этого сформировало острые экологические проблемы, связанные с загрязнением атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв, ростом заболеваемости населения. Поиск путей решения существующих проблем и перехода к устойчивому, экологически сбалансированному развитию требует использования новейших методов научного анализа. В рамках исследования предполагалось обеспечить интеграцию технических возможностей ГИС-технологий с эколого-географической корректностью создаваемых и анализируемых картографических материалов.
Объектом исследования является Ижевск как типичный для современной России крупный промышленный город.
Предмет исследования - пространственные связи между характеристиками экологической и социальной обстановки в г. Ижевске.
Целью диссертационного исследования является отработка методики выявления значимых связей между характеристиками экологической и социальной обстановки посредством геоинформационных технологий. Эта цель достигается путем решения следующих задач:
анализ и оценка показателей экологической и социальной обстановки, с точки зрения возможностей их использования при экологическом картографировании с использованием геоинформационных технологий;
анализ и оценка программных средств геоинформационного картографирования с точки зрения их применимости для отображения
показателей экологической обстановки, социально-экономических характеристик и состояния здоровья населения;
создание с использованием выбранных показателей и программных средств серии цифровых карт экологической обстановки, социально-экономических характеристик и состояния здоровья населения;
выявление и количественная оценка пространственных связей между отображенными на цифровых картах социальными и экологическими характеристиками территории.
Исходные материалы и методика исследования. В работе использованы статистические данные органов управления городским хозяйством и здравоохранением, а также результаты ранее выполненных геоэкологических исследований. В процессе исследования применялись: тематическое картографирование, корреляционный метод анализа, ГИС-технологии.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
создана ГИС «Электронный социально-экологический атлас Ижевска», как система цифровых карт, увязанных между собой по использованным программным средствам и общегеографической основе, степени детальности и времени создания;
разработана общеприменимая методика выявления связей между показателями экологической обстановки, количественно характеризуемой уровнями загрязнения воздуха и почв, доступными для картографирования косвенными характеристиками социальной обстановки, и показателями состояния здоровья населения; выявлено, что при исследовании экологической и социальной обстановки в крупном промышленном городе при помощи серии электронных карт размеры используемых территориальных ячеек непосредственно влияют на тесноту выявляемых корреляционных связей, при этом наибольшая теснота и достоверность связей выявляется при размерах стороны ячеек
5 500-600 м, что близко к преобладающим размерам жилых кварталов и педиатрических участков при многоэтажной застройке; установлено, что пространственный анализ с использованием метода изокоррелят позволяет выявлять наличие или отсутствие объективного характера и причинной обусловленности статистических зависимостей, и сформулированы соответствующие признаки;
доказан объективный характер связей между загрязненностью компонентов окружающей среды (прямые связи), озелененностью (обратная связь) и детской заболеваемостью в крупном промышленном городе.
Основные положения, выносимые на защиту:
Созданная в результате выполненной работы ГИС «Электронный социально-экологический атлас Ижевска» пригоден для исследования влияния экологических и социально-экономических факторов на здоровье населения.
Теснота связей между показателями экологической и социальной обстановки существенно не зависит от вида сетки (прямоугольная, треугольная, гексагональная или случайная), но зависит от размеров ячеек.
Признаком объективного характера связи между пространственно распределенными характеристиками экологической и социальной обстановки является упорядоченная, причинно объяснимая приуроченность минимумов и максимумов изокоррелят к районам города с разным характером функционального использования, застройки, расположения по отношению к центру и окраинам, а также основным источникам загрязнения. Признаком случайного характера связи является отсутствие упорядоченности в расположении минимумов и максимумов изокоррелят.
Причинно обусловленные связи между загрязненностью компонентов окружающей среды (прямые связи), озелененностью (обратная связь) и
детской заболеваемостью даже при невысоких коэффициентах корреляции подтверждаются пространственным анализом с использованием метода изокоррелят, в отличие от не имеющих причинной основы связей с косвенными характеристиками социально-экономической обстановки.
Личный вклад автора в работу. Создан ряд карт, скомплектован и переведен в цифровую форму атлас, проведено математико-статистическое исследование картографических данных и анализ результатов.
Научно-практическая значимость работы. Результаты работы вносят вклад в разработку и реализацию стратегии устойчивого развития г. Ижевска, программы Европейского регионального бюро ВОЗ «Здоровые города», а также могут быть использованы в учебном процессе по специальностям «Природопользование» и «Картография».
Апробация работы. Научные положения и результаты исследования отражены в 12 публикациях (одна из них в издании из списка ВАК), докладывались на международных, российских и региональных конференциях: Всероссийская научная конференция, посвященная 200-летию Казанского университета «Современные глобальные и региональные изменения геосистем» (Казань, 2004); Молодежная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и преподавателей (в рамках Большого Географического Фестиваля, посвященного 80-летию факультета географии и геоэкологии СПбГУ) «География в меняющемся мире: взгляд молодых ученых» (Санкт-Петербург, 2005); XII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2005» (Москва, 2005); Седьмая научно-практическая конференция преподавателей и сотрудников УдГУ, посвященная 245-летию г. Ижевска (Ижевск, 2005) и др.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Общий объем составляет 166 страниц, в т.ч. 5 таблиц и 48 рисунков. Основной текст диссертации изложен на 154
7 страницах. Список литературы состоит из 246 наименования, из них 40 на иностранных языках.
Автор глубоко признателен и искренне благодарен научному руководителю - профессору, зав. кафедрой природопользования и экологического картографирования УдГУ В.И. Стурману за постоянное внимание и консультации по работе над диссертацией, а также сотрудникам географического факультета УдГУ за ряд ценных замечаний, высказанных в ходе обсуждения результатов исследования.
Диссертация выполнена при поддержке федеральной программы «Университеты России - фундаментальные исследования», проекты УР.08.01.033,УР.08.01.425.
Источники информации об экологической обстановке
Информация, привлекаемая для характеристики экологической обстановки, крайне многообразна как по происхождению, так и по содержанию. Вся информация делится на первичную, получаемую путем натурных наблюдений, измерений и съемок, и вторичную, или производную, которая является результатом обработки первичной информации, поступившей из разных источников и в различное время [165]. Она поступает из официальных и неофициальных источников, добывается в результате исследований с использованием различных методов. К ней относятся материалы дистанционного зондирования, качественные и количественные характеристики загрязняющих веществ и статистические данные об объемах и условиях их поступления в окружающую среду, пространственная и временная динамика фактически измеренных уровней и состава загрязнения, данные о состоянии здоровья населения, растительном покрове и животном мире и многое другое.
Любая экологическая информация, оказывается в большей или меньшей степени косвенной и, в силу сложности взаимосвязей в природных системах, неполной. Каждый из компонентов окружающей среды - это предмет изучения соответствующей науки (метеорологии, гидрологии, почвоведения и т. д.), в то же время методы их исследования (физические, химические, экономико-статистические и др.) в значительной степени заимствуются из иных областей знания [172].
Экологическая обстановка, отображаемая с помощью экологических карт, является синтетическим, обобщающим понятием и не может быть непосредственно измерена [172] Карты, отображающие пространственно-временные аспекты взаимодействия природы и общества (экологические карты), носят сугубо субъект-объектный характер.
В общей сложности может быть выделено четыре источника информации об экологической обстановке [172]: - сведения об источниках и объемах техногенных нагрузок (официальная статистика); - материалы экспедиционных и стационарных исследований состояния компонентов природной среды; - данные изучения состояния биоиндикаторов; - материалы дистанционного зондирования.
Сведения об источниках и объемах техногенных нагрузок. Методы мониторинга и картографирования подразумевают в качестве понятия источника загрязнения окружающей среды точку выброса (трубу, вентиляционный фонарь) или региональную единицу (промышленную зону, город, регион).
Объемы выбросов и сбросов определяют расчетным путем на основе отраслевых нормативов, с учетом продолжительности работы единиц оборудования и удельных выбросов от них, и лабораторно-инструментальным путем, на основе отбора и анализа проб отходящих газов и жидкостей, применительно к каждой точке выброса и сброса. Далее в статистических формах 2-ТП (воздух), 2-ТП (водхоз), 2-ТП (токсичные отходы) данные обобщаются для предприятий; в Государственных докладах и Ежегодниках - на местном, региональном и общегосударственном уровнях [172]. Т. о. характеристики источников и объемов техногенных нагрузок определяются массовостью и доступностью, с одной стороны, и относительно невысокой надежностью и объективностью - с другой. Данные об объемах загрязнений представляются организациями, объективно не заинтересованными в их полноте, на основе далеких от совершенства расчетных методик. Особенно далек от полноты учет выбросов и сбросов специфических веществ [133].
В силу недостаточной достоверности исходных данных картографирование на основе характеристик источников загрязнения должно рассматриваться как не столько научная, сколько прикладная задача по приведению статистической отчетности к удобному для проверки картографическому виду [172].
Экспедиционные и стационарные исследования состояния компонентов природной среды включают: отбор проб, анализ проб с помощью методов количественного химического анализа, камеральную обработку результатов.
Методы отбора, анализа проб и статистической обработки результатов подробно регламентируются в ГОСТах [59, 60, 61, 62, 63]. Важнейшая задача, менее поддающаяся регламентации и обычно решаемая географами, - выбор мест отбора проб. Задачи опробования по-разному решаются для динамичных (транспортирующих загрязнения) и депонирующих (накапливающих загрязнения) компонентов природной среды [172].
Физико-химические методы анализа, применяемые для определения концентраций поллютантов, по точности, разработанности методик выполнения заведомо несопоставимы со всеми иными способами контроля природной среды. Сопоставимость результатов, получаемых разными лабораториями, в настоящее время обеспечивается системой их государственной аккредитации. Для выявления грубых и систематических ошибок предусмотрены процедуры статистической обработки результатов. Все это обеспечивает наибольшую, по сравнению с другими источниками, объективность и достоверность информации [172].
Состояние биоиндикаторов, т. е. организмов, чутко реагирующих на изменения внешней среды, - это своеобразный результирующий показатель экологической обстановки. К числу их достоинств относится непрерывность восприятия внешних воздействий и объективность реакций на эти воздействия. В принципе биоиндикационной является всякая реакция организма на состояние среды. Однако информация о содержании такого воздействия может быть получена только при изучении специфической реакции, т.е. такой, при которой происходящие изменения могут быть связаны с определенным фактором [25].
Географические информационные системы и используемые программные продукты
Традиционные карты создавались в бумажном виде на протяжении веков. Но последние десятилетия принесли беспрецедентные изменения в технологию и в среду, в которой функционирует картография, что обусловлено главным образом взрывным ростом компьютерных технологий и их увеличивающимся воздействием на все аспекты жизни. Решение сложных экологических и социальных проблем и необходимость учета при их исследовании многих пространственно неоднородных факторов обуславливает необходимость и целесообразность широкого использования картографических методов. При этом важно обеспечить интеграцию технических возможностей ГИС-технологий, которые дают возможность сводить все доступные материалы в единую систему и обладают большой наглядностью, с географической корректностью создаваемых и анализируемых картографических материалов.
Географическая информационная система (ГИС) представляет собой автоматизированную систему сбора, хранения, анализа, интерпретации и представления информации по географической оболочке. В тоже время, ГИС можно определить как средство моделирования и познания природных и социально-экономических геосистем [21].
Структура ГИС, как правило, включает четыре обязательные подсистемы: ввода данных, обеспечивающую ввод и/или обработку пространственных данных, полученных с карт, материалов ДЗЗ и т.д.; - хранения и поиска, позволяющую оперативно получать данные для соответствующего анализа, актуализировать и корректировать их; - обработки и анализа, которая дает возможность оценивать параметры, решать расчетно-аналитические задачи; - представления (выдачи) данных в различном виде (карты, таблицы, изображения, блок-диаграммы, цифровые модели местности и т. д.).
На основе использования ГИС в картографии развилось отдельное направление - геоинформационное картографиривание. [20]. Геоинформационное картографирование предусматривает создание и целенаправленный анализ картографических изображений на базе ГИС.
Сегодня, как считает A.M. Берлянт [22] автоматизированное создание и использование карт на основе ГИС и баз картографических данных должно рассматриваться, во-первых, как компонент общенаучной информационной инфраструктуры, и во-вторых, как фрагмент реализации национальной политики в области информатизации. Наличие точной и достоверной пространственной картографической информации обеспечивает преимущества во многих сферах, в том числе и в сфере экологии и природопользования.
С практической точки зрения, автоматизированное картографирование -это системный технологический процесс, объединяющий сбор и обработку цифровых данных о территориальных объектах, формирование на ЭВМ цифровой модели местности, ее дополнение и обновление с использованием банка картографических, аэрокосмических и других данных и получение по этой модели различных аналитических, графических и картографических материалов для конкретного потребителя [132].
В настоящее время существует большое количество коммерческих программных продуктов, реализующих ГИС-технологии, которые различаются по предоставляемым возможностям, по назначению, по стоимости и т.д.: - профессиональные ГИС (ARC/INFO, Intergraph и др.), которые охватывают весь процесс составления карт и используются обычно на рабочих станциях; - настольные ГИС (ArcView, AtlasGIS, Maplnfo, MapViewer и др.), к которым можно отнести также ГИС-вьюеры и справочные картографические системы, используются на персональных компьютерах; - 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); - программное обеспечение поддержки ГИС, включающее векторизаторы для работы со сканером, дигитайзеры, растеризаторы, библиотеки для создания приложений с использованием языков визуального программирования и т. п.
В России в настоящее время в основном используются геоинформационные программные оболочки, разработанные за рубежом: Maplnfo, WinGIS, ArcView, WinMAP и др. Меньшую роль играют отечественные программные средства: GeoDraw/GeoGraph, MAGSurf, DIGITMAP, MAGMAP, Пангея, Панорама и др.
Картографирование на базе ГИС предполагает создание и использование базовых цифровых картографических слоев. Цифровая карта - это цифровая модель местности, созданная на соответствующей математической основе, в выбранной проекции и номенклатурной разграфке, принятых для карт определенного назначения и тематического содержания, и удовлетворяющая требованиям по содержанию, точности и надежности [186]. Создание цифровых моделей карт выполняется различными способами [15]. Цифрование исходных материалов может проводиться с использованием векторного устройства ввода (дигитайзера) или растрового (сканера). Выбор устройства определяется, прежде всего, типом исходной информации. Если же необходим ввод в компьютер большой массив информации, оптимальным средством будет сканер, позволяющий увеличить точность и качество ввода. Если же объем вводимой информации невелик, оптимальным будет выбор векторного устройства - дигитайзера (цифрователя). Создание цифровых моделей требует значительных временных и материальных затрат, связанных с вводом нагрузки исходных топографических карт в ЭВМ. Кроме того, при создании базовой цифровой основы необходимо ориентироваться на ее дальнейшее применение не только в качестве «подложки» под основную тематическую информацию. Базовая цифровая карта - это источник информации для создания многих производных тематических карт. Создание цифрового представления топографических карт во многом предопределяет успех дальнейших экологических, социальных и других исследований и картографирования.
Управляемые электронные карты получают путем преобразования цифровых с помощью современных средств машинной графики и визуализации закодированных цифровых картографических данных, включая и семантику, на экране монитора. Современные компьютерные технологии позволяют создавать электронные карты, работая в диалоге с которыми, можно увеличивать отдельные участки изображения для детального анализа, совмещать их для получения интегрированной информации, масштабировать изображения, отражать статику, развитие и регрессию изучаемых явлений путем сопоставления различных объектов в пространственно-временном аспекте, что необходимо для проведения экологических экспертиз. Наличие редакторского режима предоставляет возможность оперативно вносить изменения и моделировать существующую или прогнозируемую обстановку.
Социально-экономический раздел
Открывают атлас карты первого раздела, отражающие социальную структуру города Ижевска. На карте Административное деление и планировочная структура представлены слои административных районов, жилых районов и жилых микрорайонов (рис. 3.1). Город делится на пять административных районов. Территория Октябрьского района располагается в северной, Индустриального района в северо-восточной, Устиновского района в восточной, Первомайского района в юго-восточной и Ленинского района в юго-западной частях города.
На карте функционального зонирования городской территории выделены следующие компоненты: многоэтажная застройка, индивидуальная застройка, садоводческие объединения, промышленные зоны, леса и рекреация (рис. 3.2). На территории города Ижевска практически не существует обустроенных должным образом санитарно-защитных зон, промышленные предприятия «соседствуют» с жилыми зонами, как с многоэтажной застройкой, так и с индивидуальной застройкой.
Своеобразие г. Ижевска выражается во взаимосвязи плотно застроенного городского ядра с окружающими его лесами, землями сельскохозяйственного использования и отдельными населенными пунктами сельского типа и коттеджной застройки, садоводческими и дачными участками.
В пределах территории Октябрьского и Индустриального районов отсутствуют крупные промышленные и коммунально-складские зоны. По характеру современного использования земель в рассматриваемых районах выделяются средние и небольшие предприятия (Радиозавод, НИТИ «Прогресс», АО «Редуктор», «Купол», «Аксион» и др.), районы многоэтажной застройки, районы частной усадебной застройки, городские леса (территории, сравнительно недавно включенные в городскую черту и не несущие значительной техногенной нагрузки).
Территория Устиновского района включает участки, существенно различающиеся по характеру современного и прошлого землепользования. Территория района подразделяется на промышленные (Автозавод, завод «Пластмасс», АО «Буммаш», ТЭЦ-2, Ижевский Литейный завод, завод «Метеор», «300»-е производство Механического завода, коммунально складские, транспортные, жилые и рекреационные зоны.
Территория Первомайского района также в значительной степени неоднородна по характеру современного и прошлого использования. Выделяются: промышленные (Механический завод, АО «Нефтемаш»), небольшие промышленные и ремонтные предприятия (завод «Металлист», «Рембыттехника»), коммунально-складские, транспортные, жилые (многоэтажная и индивидуальная застройка), рекреационные зоны, и недавно включенные в черту города леса и бывшие сельскохозяйственные земли, ныне частично застроенные. Особенностью Первомайского района являются его расположение между двумя крупными источниками загрязнения: Центральной промышленной зоной (АО «Ижсталь», «Ижмаш»), и комплексом объектов утилизации и захоронения бытовых и промышленных отходов (отстойник сточных вод АО «Ижсталь», Медведевские очистные сооружения, илопровод, иловые площадки, свалка ТБО, ныне закрытая).
Территория Ленинского района включает участки, существенно различающиеся по характеру современного и прошлого использования. Выделяются: промышленные (АО «Ижсталь», «Ижмаш», комплекс предприятий стройиндустрии), коммунально-складские, транспортные, жилые (преимущественно индивидуальная застройка, в т.ч. ветхая), рекреационные, садоводческие и недавно включенные в черту города бывшие сельскохозяйственные зоны. Особенностью Ленинского района является наличие здесь значительных по размерам занимаемых площадей скоплений твердых и жидких отходов (шлако- и шламоотвалы, отстойник, территория, отведенная под строительство электросталеплавильного цеха АО «Ижсталь» и фактически превращенная в свалку). В связи с программой оздоровления Ижевского водохранилища планируются мероприятия, предполагающие изменение территориальной структуры: благоустройство отвалов, засыпка мелководий и болот и т.д.
В последнее время на всей территории города все более проявляются современные тенденции: смена собственников предприятий, влекущая за собой закрытие или перепрофилирование предприятий, а также строительство коттеджных поселков и др. Все это приводит к существенному изменению как экологической, так и социальной обстановок. На карте обеспеченность объектами коммунального хозяйства представлены слои (рис. 3.3): пруды и другие водные объекты, обеспеченность удобствами коммунального хозяйства жилой застройки (а) водо-, газо-, теплоснабжением, канализацией; Ь) водо-, теплоснабжением, канализацией; с) водоснабжением (частично), газоснабжением, канализацией (частично); d) водоснабжением (частично), газоснабжением; е) водоснабжением (частично), канализацией (частично); f) водоснабжением (частично), газоснабжением (частично); g) газоснабжением; h) водоснабжением (частично); к) газоснабжением (частично)). Обеспечена водо-, газо-, теплоснабжением, канализацией многоэтажная застройка г. Ижевска. Индивидуальная застройка Индустриального и Первомайского районов обеспечена лишь частично водоснабжением. В основном, индивидуальная застройка Ленинского района обеспечена газоснабжением и частично водоснабжением, незначительные по размерам площади обеспечены только водоснабжением (частично).
Обеспеченность территории г. Ижевска (рис. 3.4) предприятиями торговли по градациям: очень низкая, низкая, средняя, высокая, очень высокая представлена на карте обеспеченность объектами торговли. Опираясь на карту легко увидеть, что очень высокая и высокая обеспеченность предприятиями торговли в центральной части города и в районах многоэтажной застройки. В пределах частной застройки Индустриального и Первомайского районов в основном низкая обеспеченность, также присутствуют незначительные по размерам территории с средней обеспеченностью предприятиями торговли. На территории Ленинского района обеспеченность предприятиями торговли высокая, средняя и низкая; незначительные по размерам площади имеют очень низкую обеспеченность. На окраинах города существуют территории с очень низкой обеспеченностью предприятиями торговли.
Методика выявления пространственных связей
Общие вопросы выявления пространственных связей. При исследовании экологической обстановки в городе состояние здоровья детского населения рассматривается как итоговый показатель, степень воздействия на который позволяет определять весовые коэффициенты характеристик состояния компонентов природной среды и интегрировать их в суммарный показатель антропогенной нагрузки.
Исследование связей между характеристиками состояния компонентов природной среды и здоровьем населения показало, что произошедшее в 1990-е гг. снижение общего уровня загрязнения воздушного бассейна (рис. 3.15) и изменение его структуры (рис. 3.17) повлекло за собой как изменение территориального распределения величин интегральных показателей загрязнения (рис. 3.18), так и изменение характера зависимости между показателями экологической обстановки и состоянием здоровья населения [174]. Уровень заболеваемости населения [176] растет (рис. 4.1.), но связь с показателями состояния окружающей среды оказывается менее выраженной. Прямая зависимость между загрязнением компонентов природной среды и состоянием здоровья населения наблюдается лишь при существенных превышениях гигиенических нормативов. Например, коэффициент корреляции между уровнем заболеваемости детей (рис. 3.8) и уровнем суммарного загрязнения почв Zc (рис. 3.14) составил г = 0,17.
Данная картина, вероятно, объясняется преимущественно социальной обусловленностью многих болезней. Следовательно, необходим учет наряду с экологической обстановкой так же социально-экономических условий, влияющих на здоровье населения.
Показатели медицинской статистики и их обработка при помощи средств геоинформационного картографирования. Показатели медицинской статистики не всегда вполне достоверным образом отражают территориальные различия в уровнях и структуре заболеваемости. Медицинские учреждения и органы управления ими, организуя сбор, обработку и анализ медико-статистических данных, могут вместе с тем вольно или невольно вносить определенные искажения. Так, известно [33], что на показатели медицинской статистики могут влиять оснащенность и доступность медицинских учреждений, квалификация медперсонала, и даже от своего рода «моды» на диагнозы.
Границы участков обслуживания медицинских учреждений, к которым относятся элементарные показатели заболеваемости, чужеродны по отношению к объективно существующим потокам и ореолам загрязнения и силу этого неизбежно неоднородны. Распределение показателей по врачебным участкам создает видимость однородности показателей внутри участков и контрастов на их границах. При этом границы участков год от года пересматриваются.
Попытки решения проблем путем использования индивидуального адресного учета, с возможностью гибкого выбора территориальных единиц, предпринимались, но оказались малоэффективными как из-за организационно-технических сложностей, так и вследствие нерепрезентативности малых выборок. Так, оказалось, что показатели по многоэтажным жилым домам в значительной степени формируются отдельными часто болеющими людьми.
В целях минимизации влияния искажающих факторов на результаты исследования при помощи геоинформационных методов был выполнен ряд операций по преобразованию картографических изображений: - определение характеристик оптимальной сетки исследования; - континуализация карт экономических и социальных характеристик; - построение карт изокоррелят.
Определение характеристик оптимальной сетки исследования. Состояние здоровья жителей города зависит от множества показателей: экологических, социальных, экономических, санитарно-гигиенических и т.п. Все они пространственно изменяются и взаимодействуют. Отсюда вытекает задача учета всех показателей влияющих на здоровье горожан, определение корреляционных отношений между ними и состоянием здоровья и поиска значимых связей между детской заболеваемостью и различными факторами.
Коэффициент корреляции - это мера связи между значениями двух рядов характеристик. Значения характеристик снимаются в узлах сетки исследования, накладываемой на оба слоя (рис. 4.2), содержащих их пространственное распределение. При высокой неоднородности сравниваемых характеристик расположение узловых точек способно повлиять на результат. Поэтому одна из задач исследования заключается в определении характеристик оптимальной сетки.
Задача была решена следующим образом. Исследовались четыре типа сеток: прямоугольная, треугольная, гексагональная и случайная, также варьировались размеры ячейки (рис. 4.3 - 4.7). Ввиду большого объема картографических и вычислительных работ на языке программирования Avenue (ArcView) был создан блок программ, позволяющий проводить математико-статистический анализ картографических данных. Были получены коэффициенты корреляции по сеткам с разными параметрами ячеек [48]
В атрибутивную информацию точки, соответствующей данному узлу, записывались характеристики объектов соответствующих слоев. В результате получался массив точек с двумя характеристиками. Затем определялся коэффициент корреляции и превышение значимости над критическим значением распределения Стьюдента (достоверность) [47]. Таким образом, получались тройки чисел: коэффициент корреляции г и параметры сетки а и Ь, а также достоверность d и параметры сетки а и Ь. В результате варьирования параметров сетки а и Ь в интервале от 100 до 1100 метров включительно была получена группа точек с координатами a, b, r(a,b). Для прямоугольных, треугольных и случайных сеток с помощью программы ArcView построены трехмерные поверхности функций r(a,b); для гексагональных сеток (где а -грань шестиугольника), используя программу MS Excel, построены графики функций г(а). На рис. 4.8 - 4.11 отображены вариации коэффициента корреляции между заболеваемостью детей и обеспеченностью объектами коммунального хозяйства. На построенных поверхностях и графиках четко видны экстремумы коэффициентов корреляции. Также для прямоугольных, треугольных и случайных сеток построены трехмерные поверхности (для гексагональных - графики) достоверности, на которых выделяются области, где коэффициенты корреляции достоверны.
