XIII. Описание электронной модели территориальной схемы обращения с отходами на территории Белгородской области

13.1. Описание структуры модели, алгоритмов, возможностей и ограничений.

Для создания электронной модели территориальной схемы обращения с отходами был использован программный комплекс ArcGIS 10.1.

ArcGIS - это система для построения ГИС любого уровня. ArcGIS дает возможность легко создавать данные, карты, глобусы и модели в настольных программных продуктах, затем публиковать их и использовать в настольных приложениях, в веб-браузерах и через мобильные устройства. Для разработчиков ArcGIS дает все необходимые инструменты для создания собственных приложений.

ArcGIS позволяет решать следующие задачи:

а) работа с картами - возможность открыть документы ArcGIS и работать с ними, изучать карты, редактировать и создавать слои, создавать запросы к атрибутам данных, представленным на карте, визуализировать географическую информацию;

б) компиляция и редактирование наборов геоданных - ArcGIS предлагает основные возможности автоматизации работ с наборами данных базы геоданных, поддерживает полное функциональное масштабируемое редактирование);

в) использование геообработки для автоматизации работы и выполнения анализа - геоинформационные системы используются не только для визуализации, но и для анализа. ArcGIS дает возможность запуска моделей или скриптов геообработки, а также просмотра и работы с результатами в виде карты. Геообработку можно использовать для анализа, а также для автоматизации множества типовых задач, например, создания многолистных карт, восстановления поврежденных ссылок на данные в наборе документов карты, выполнения различных операций над геоданными;

г) печать карт - ArcGIS дает возможность подготавливать к печати и распечатывать карты различного уровня сложности;

д) публикация документов карт в качестве картографических сервисов с помощью ArcGIS for Server - содержимое ArcGIS можно поместить в веб-среду путем публикации географической информации в виде серии картографических сервисов;

е) совместная работа с картами, слоями, моделями геообработки и базами геоданных с другими пользователями - ArcGIS содержит инструменты, упрощающие процессы упаковки и совместной работы над наборами геоданных с другими пользователями. Кроме того, имеется возможность разместить как карты, так и данные в общем доступе с помощью ArcGIS Online.

Алгоритм создания электронной модели территориальной схемы обращения с отходами в ArcGIS представлен на рисунке 13.1.

Рисунок 13.1. Блок-схема алгоритма создания электронной модели территориальной схемы обращения с отходами

┌════════════‰

│ Начало │

└═════┬══════…

│

┌═══════════════════════════V══════════════════════════════‰

│ Получение исходных материалов │<════‰

└═══════════════════════════┬══════════════════════════════… │

│ │

┌════════════════════════════V══════════════════════════════‰ │

│ Анализ полученных данных │ │

└════════════════════════════┬══════════════════════════════… │

│ │

┌══════════════════V═══════════════════‰ НЕТ │

│ Получен достаточный объем данных ├════════════════…

└══════════════════┬═══════════════════…

│

┌════════════════════════════V═══════════════════════════════‰

│ Разработка структуры атрибутивных таблиц, баз данных │

└════════════════════════════┬═══════════════════════════════…

│

┌════════════════════════════V═══════════════════════════════‰

│Формирование и редактирование слоев создаваемой электронной │

└════════════════════════════┬═══════════════════════════════…

│

┌════════════════════════════V═══════════════════════════════‰

│ Ввод данных, описывающих объекты │

└════════════════════════════┬═══════════════════════════════…

│

┌════════════════════════════V═══════════════════════════════‰

│ Разработка знаковой системы │

└════════════════════════════┬═══════════════════════════════…

│

┌════════════════════════════V═══════════════════════════════‰

│Совмещение слоев, формирование картографического изображения│

│ тематических карт │

└════════════════════════════┬═══════════════════════════════…

│

┌════════════════════════════V═══════════════════════════════‰

│ Создание электронной модели │

└════════════════════════════┬═══════════════════════════════…

│

┌═══════V════════‰

│ Конец │

└════════════════…

Рисунок 13.1. Блок-схема алгоритма создания электронной

модели территориальной схемы обращения с отходами

 

1. Получение исходных материалов. На данном этапе производится сбор статистической информации об объектах модели (количество жителей и организаций по населенным пунктам, объемы ТКО, объемы отходов по промышленным, сельскохозяйственным предприятиям) и векторных данных, отображающих географические объекты.

2. Анализ полученных данных. На данном этапе проводится анализ статистической информации, выделяются объекты модели, определяются существенные атрибуты данных объектов, определяются слои, описывающие данные объекты.

3. Разработка структуры атрибутивных таблиц. В рамках данного этапа разрабатывается структура таблиц, описывающих объекты модели, определяются поля таблиц и их типы.

4. Формирование и редактирование слоев создаваемой карты и таблиц к ним. Слои - это ресурсы карты. Они включают широкий диапазон данных о людях, земле, природе и состоят из изображений, листов карты, векторных объектов и др. Слои определяют внешний вид и поведение данных на карте, например, вид символов и информацию во всплывающих окнах, могут содержать данные или ссылку на данные. Слой определяет, как отображаются в нем географические данные и место их хранения в базе данных.

5. Ввод табличных и текстовых данных с характеристиками объектов. На данном этапе осуществляется заполнение атрибутивных таблиц статистическими данными, характеризующими объекты. Ввод данных может осуществляться как вручную, так и импортироваться из текстовых файлов и таблиц Excel. Указанные данные позволяют на их основе различным образом визуализировать объекты, строить диаграммы, выполнять пространственный анализ и пространственные запросы. Например, можно изучить распределение объектов с определенными атрибутами.

6. Разработка знаковой системы - разработка элементов компоновки карты: заголовков, легенды (т.е. условные обозначения, которые составляют содержание карты).

7. Совмещение слоев, формирование картографического изображения тематических карт и его редактирование - включает в себя прорисовку слоев карты и проверку их наложения друг на друга, проверку их компоновки и в случае наложения или образования промежутков между слоями - их редактирование.

Исходными данными для реализации электронной модели территориальной схемы обращения с отходами послужили статистические материалы (количество жителей и организаций по населенным пунктам, объемы ТКО, объемы отходов по промышленным, сельскохозяйственным предприятиям) и векторные данные, предоставленные муниципальными образованиями, включающие следующие слои:

- автомобильные дороги (линейные);

- населенные пункты (точечные и площадные);

- реки (линейные);

- водоемы (площадные);

- поселения (площадные);

- районы (площадные).

На основе анализа полученных данных были определены основные объекты модели:

- населенные пункты;

- промышленные предприятия;

- сельскохозяйственные предприятия;

- места размещения, обезвреживания и утилизации отходов; и следующие слои карты для отображения данных объектов:

- слой объемов твердых коммунальные отходов;

- слой объемов промышленных отходов;

- слой объемов сельскохозяйственных отходов;

- слой мест размещения отходов;

- слой мест обработки, утилизации и обезвреживания отходов.

Была проведена математическая обработка данных в Excel - расчет объема отходов по отдельным населенным пунктам, предприятиям и учреждениям. Разработана структура атрибутивных таблиц. С использованием инструментов "Соединение таблиц" и "Калькулятор поля", статистические данные из таблиц Excel были внесены в атрибутивные таблицы. Проведена экспертная проверка сопоставленных данных, так как, например, в одном муниципальном образовании могут находиться населенные пункты с одинаковыми названиями.

Далее был выполнен геопространственный анализ данных. Например, для расчета объема вывоза ТКО по поселениям был использован инструмент "Пространственное соединение" модуля ArcGIS "Анализ", позволивший рассчитать суммы объемов вывоза ТКО по населенным пунктам, относящимся к одному поселению.

Следующий этап включал в себя работы по оформлению карт. На основании точечных объектов (населенных пунктов) были построены нужные диаграммы, для чего общий объем вывоза отходов были ранжирован на классы (в разных районах могут отличаться), которым в атрибутивной таблице заданы свои значения. Затем в инструменте "Свойства слоя" выбраны необходимые поля и задан размер, зависящий от класса, и установлены параметры для надписей значений. Для исключения перекрывания надписей исполнителем проведена ручная обработка данных. С использованием алгоритма "Градуированные цвета" установлены классы объемов отходов по поселениям. Настроено отображение объектов в слоях "Автомобильные дороги", "Реки", "Водоемы", а также границы в слоях "Поселения" и "Районы". Разработана структура легенды. Проведена компоновка карты и окончательная подготовка к печати.

Для создания карт распределения отходов по муниципальным образованиям области на начальном этапе данные по всем административным единицам интегрированы в единую таблицу, которая использована для присвоения атрибутивной информации каждому объекту в слое "Районы".

13.2. Описание баз данных, программного обеспечения, обеспечивающих ввод, хранение, актуализацию, обработку, анализ, предоставление, визуализацию данных.

В ArcGIS база геоданных - это набор пространственных данных различных типов, хранящихся в папке файловой системы или многопользовательской реляционной базе данных (такой как Oracle, Microsoft SQL Server, PostgreSQL, Informix или IBM DB2). База геоданных - "родной" формат хранения данных ArcGIS и потому он наиболее удобен для редактирования данных и автоматизации рабочих процессов в ArcGIS.

Модель хранения данных в базе геоданных основана на простой концепции реляционных баз данных и использует системы управления базой данных (СУБД). Простые таблицы и хорошо определенные типы используются для хранения схемы, правил, базовых и пространственно-атрибутивных данных для каждого набора географических данных. Это позволяет использовать формализованную модель для хранения данных и работы с ними. Благодаря такому подходу, язык структурированных запросов (SQL) может быть использован для создания, изменения и выполнения запросов к таблицам и их элементам данных.

База геоданных позволяет:

- хранить разнородные пространственные данные в едином хранилище;

- применять специальные правила к данным;

- определять пространственные модели отношений (например, топологию, геометрические сети);

- поддерживать целостность пространственных данных;

- работать с данными в режиме многопользовательского доступа и редактирования;

- интегрировать пространственные данные с другими ИТ-системами;

- легко масштабировать решение по хранению данных.

Ключевым понятием базы геоданных является понятие набора данных. Это первичный механизм, используемый для организации и обработки географической информации в ArcGIS. База геоданных содержит три основных типа наборов данных, как показано на рисунке 13.2.

Рисунок 13.2. Типы наборов данных ArcGIS (рисунок не приводится)

________________
* Рисунок 13.2 не приводится. - Примечание изготовителя базы данных.

 

База геоданных содержит:

- классы пространственных объектов;

- набор растровых данных;

- таблицы.

Создание совокупности вышеперечисленных типов наборов данных является первым шагом проектирования и создания базы геоданных. Работа с базами геоданных начинается с определения конечного числа типов наборов данных.

Хранение базы геоданных подразумевает хранение схемы данных, базы правил для каждого географического набора данных и простого табличного представления пространственных и атрибутивных данных. Все три главных набора данных базы геоданных (классы пространственных данных, атрибутивные таблицы и наборы растровых данных), как и другие элементы базы геоданных, хранятся в памяти с помощью таблиц. Пространственное отображение географических наборов данных хранится либо в векторном, либо в растровом формате. Данная геометрия хранится и управляется в столбцах атрибутов вместе с традиционными табличными полями атрибутов. Пример таблицы базы геоданных показан на рисунке 13.3.

Таблица
Количество органических отходов животноводства
	Shape <*>	Name raion	Птицеводство	Свиноводство	Скотоводство	Всего отходов
0	Полигон	Алексеевский	2	526	66	594
1	Полигон	Белгородский	130	330	172	632
2	Полигон	Борисовский	10	633	0	643
3	Полигон	Валуйский	64	0	80	144
4	Полигон	Вейделевский	19	0	79	98
5	Полигон	Волоконовский	135	582	0	717
6	Полигон	Грайворонский	4	180	181	365
7	Полигон	Губкинский	5	340	234	579
8	Полигон	Ивнянский	0	800	89	889
9	Полигон	Корочанский	45	1210	45	1300
10	Полигон	Красненский	12	0	3	15
11	Полигон	Красногвардейский	0	928	115	1043
12	Полигон	Краснояружский	11	377	0	388
13	Полигон	Новооскольский	157	0	73	230
14	Полигон	Прохоровский	0	1189	85	1274
15	Полигон	Ракитянский	80	716	98	894
16	Полигон	Ровеньский	8	0	255	263
17	Полигон	Старооскольский	25	176	225	426
18	Полигон	Чернянский	0	0	186	186
19	Полигон	Шебекинский	210	419	106	735
20	Полигон	Яковлевский	21	380	261	662

Рисунок 13.3. Таблица базы геоданных

________________
* Рисунок 13.3 не приводится. - Примечание изготовителя базы данных.

 

В таблицах баз геоданных управление атрибутами происходит на основе нескольких простых, но существенных принципов реляционных данных:

- таблицы содержат ряды;

- у всех рядов в таблице одинаковый набор столбцов;

- каждый столбец имеет тип данных (например, целое число, десятичное число, символ и дата);

- набор реляционных функций и операторов (например, SQL) доступен для выполнения операций над таблицами и их элементами данных.

Для хранения и управления атрибутами базы геоданных существует ряд поддерживаемых типов полей. Доступные типы столбцов включают:

- числа: может быть один из четырех числовых типов данных: short integers (короткие целые числа), long integers (длинные целые числа), single-precision floating-point (одинарной точности с плавающей запятой) и double-precision floating-point numbers (двойной точности с плавающей запятой, которые обычно называют числами двойной точности);

- текст: любой набор буквенно-цифровых символов заданной длины;

- дата: содержит данные даты и времени;

- BLOB: большие двоичные объекты, используемые для хранения и управления двоичной информацией, например, символы или CAD-объекты;

- глобальные идентификаторы: типы данных GlobalID и GUID хранят строки наподобие строк записей реестра, состоящие из 36 символов, заключенных в фигурные скобки. Эти строки уникально определяют объект или запись таблицы внутри и вне базы геоданных. В большей степени этот тип данных используется для управления отношениями.

Для хранения статистических данных об объектах электронной модели в программном комплексе ArcGIS 10.1 используются атрибутивные таблицы.

Табличная информация является основой географических объектов, позволяющей визуализировать, строить запросы и анализировать данные. Таблицы состоят из строк и столбцов, все строки имеют одинаковые столбцы. В ArcGIS строки называются записями, а столбцы - полями. Каждое поле может содержать данные одного определенного типа, такие как числа, даты или текст.

Для описания объектов электронной модели территориальной схемы обращения с отходами была разработана следующая структура таблиц.

Таблица атрибутов слоя ТКО содержит поля:

- поселение - наименование поселения;

- населенный пункт - наименование населенного пункта;

- благоустроенный жилищный фонд - объем отходов от благоустроенного жилищного фонда;

- частный жилищный фонд - объем отходов от частного жилищного фонда;

- бюджетные организации - объем отходов бюджетных организаций;

- прочие организации - объем отходов от прочих организаций;

- всего - общий объем ТКО.

Таблица атрибутов слоя отходов животноводства содержит поля:

- район - муниципальное образование;

- птицеводство - объем органических отходов предприятий птицеводства;

- свиноводство - объем органических отходов предприятий свиноводства;

- скотоводство - объем органических отходов предприятий скотоводства;

- всего отходов - общий объем органических отходов предприятий всех отраслей животноводства.

Таблица атрибутов слоя утилизации и обезвреживания отходов содержит поля:

- район - муниципальное образование;

- расположение - населенный пункт, где находится объект;

- организация - наименование юридического лица;

- специализация - вид деятельности (утилизация, обезвреживание);

- накоплено - фактическая производственная мощность;

- рассчитано - максимальная производственная мощность.

Таблица атрибутов слоя отходов от медицинских учреждений, представленная в приложении N 3 к настоящей территориальной схеме обращения с отходами, содержит поля:

- район - муниципальное образование;

- класс А - объем отходов класса А;

- класс Б - объем отходов класса Б;

- класс В - объем отходов класса В;

- класс Г - объем отходов класса Г;

- класс Д - объем отходов класса Д;

- всего - общий объем отходов медицинских учреждений.

Таблица атрибутов слоя объектов утилизации и обезвреживания отходов содержит поля:

- район - муниципальное образование;

- расположение - населенный пункт, где находится объект;

- организация - наименование юридического лица;

- класс I - объем отходов первого класса опасности;

- класс II - объем отходов второго класса опасности;

- класс III - объем отходов третьего класса опасности;

- класс IV - объем отходов четвертого класса опасности;

- класс V - объем отходов пятого класса опасности;

- всего - общий объем отходов на предприятии;

- утилизация - объем утилизированных отходов;

- обезвреживание - объем обезвреженных отходов;

- использование - объем использованных отходов;

- размещение - объем размещенных отходов.

Для добавления информации в таблицы могут быть использованы следующие источники:

- таблицы dBASE, формат, используемый с шейп-файлами;

- INFO, формат, используемый с покрытиями;

- текстовые файлы, создаваемые в текстовых редакторах, с разделителями в виде запятых или знаков табуляции;

- многие другие виды таблиц, включая таблицы, создаваемые в других программах, таких как Microsoft Excel, поддерживаемые непосредственно в ArcGIS, либо через OLE DB.

13.3. Описание работы с картографическим инструментарием.

На последнем этапе разработки электронной модели территориальной схемы обращения с отходами была сформирована группа карт, наглядно отображающих процессы обращения с отходами.

В качестве картографической основы были использованы границы муниципальных образований, кроме карт объемов ТКО. Для них основой были выбраны карты районов, городских округов и границы поселений.

Для отображения объемов ТКО были построены карты по каждому муниципальному образованию Белгородской области. Круговыми диаграммами на данных картах показано распределение отходов по типам образующих их объектов (частный жилищный фонд, благоустроенный жилой фонд, бюджетные организации, прочие организации) в рамках населенного пункта. Диаметр круговых диаграмм отображает общий объем ТКО, образуемый в населенном пункте. Цвет поселений муниципального образования показывает общий объем ТКО, образуемый на территории поселения. На рисунке 13.4 в качестве примера представлена карта распределения объемов ТКО по Ровеньскому району.

Рисунок 13.4. Распределение ТКО на территории Ровеньского района (рисунок не приводится)

________________
* Рисунок 13.4 не приводится. - Примечание изготовителя базы данных.

 

Для отображения объемов отходов от сельскохозяйственных предприятий была построена соответствующая карта Белгородской области. Цветом на карте показан объем органических отходов. Столбчатыми диаграммами отображается распределение органических отходов по отраслям животноводства (птицеводство, свиноводство, скотоводство). Для более точного отображения распределения объемов органических отходов были построены дополнительные карты для каждой отрасли. На данных картах цифрами указан точный объем производимых отходов конкретной области. Подобные карты показаны на рисунке 13.5.

Рисунок 13.5. Объемы и распределение основных групп органических отходов по муниципальным образованиям Белгородской области (рисунок не приводится)

________________
* Рисунок 13.5 не приводится. - Примечание изготовителя базы данных.

 

Объемы отходов промышленных предприятий также показаны на карте области. Красными точками на карте обозначены промышленные предприятия. Цветом районов на карте показан объем промышленных отходов, образуемых на данной территории. Столбчатыми диаграммами показано распределение промышленных отходов по классам опасности. Данная карта изображена на рисунке 13.6.

Рисунок 13.6. Распределение промышленных отходов по муниципальным образованиям Белгородской области (рисунок не приводится)

________________
* Рисунок 13.6 не приводится. - Примечание изготовителя базы данных.

 

Карта объемов отходов медицинских учреждений, приведенная в приложении N 3 к настоящей территориальной схеме обращения с отходами, изображена на рисунке 13.7. Круговыми диаграммами на данной карте показано распределение отходов по классам опасности в конкретном муниципальном образовании. Цвет на территории характеризует общий объем медицинских отходов, образуемый на территории муниципального образования.

Рисунок 13.7. Объемы и распределение классов медицинских отходов по муниципальным образованиям Белгородской области (рисунок не приводится)

________________
* Рисунок 13.7 не приводится. - Примечание изготовителя базы данных.

 

Карта, отображающая расположение объектов обработки, обезвреживания и утилизации отходов, представлена на рисунке 13.8. На ней точечными объектами отмечены места обработки и утилизации ТКО, утилизации шин и РТИ, обезвреживания и утилизации ртутных ламп, утилизации макулатуры и биогазовые станции. Цвет объекта указывает на его назначение.

Рисунок 13.8. Схема расположения действующих объектов по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов (рисунок не приводится)

________________
* Рисунок 13.8 не приводится. - Примечание изготовителя базы данных.

 

На карте существующей схемы размещения отходов (рисунок 13.9) точечными объектами показаны существующие полигоны ТКО и места временного накопления отходов.

Рисунок 13.9. Схема движения ТКО на территории Белгородской области (на 1 января 2016 года) (рисунок не приводится)

________________
* Рисунок 13.9 не приводится. - Примечание изготовителя базы данных.

 

После проведения анализа текущей ситуации была построена перспективная схема обращения с ТКО (рисунок 13.10). На ней точечными объектами различного вида показано планируемое размещение: полигонов ТКО (функционирующих, планируемых для введения в эксплуатацию и закрытия); мусоросортировочных комплексов; мусороперегрузочных станций и предприятий глубокой переработки отходов. Цветом выделены зоны действия полигонов.

Рисунок 13.10. Перспективная схема движения ТКО (рисунок не приводится)

________________
* Рисунок 13.10 не приводится. - Примечание изготовителя базы данных.