В географии геосистема (geosystem) определяется как фундаментальная структурная единица географического ландшафта, объединяющая геоморфологические, климатические и гидрологические элементы и экосистемы на определенном участке земной поверхности. Геотехническая система (geothechnical system) определяется как совокупность природных объектов и технических сооружений, функционирование которых зависит друг от друга. В геоинформатике геотехническая система определяется аналогично. Но понятие геосистемы трактуется шире. Оно связано не только с рельефом как элементом ландшафта, а с частью земной поверхности, включающей кроме ландшафта подземные и надземные объекты и их характеристики. Например, оползневая геосистема не имеет четких внутренних, подземных границ. Но в зависимости от климатических и геодинамических условий эта система может проявить себя в существенно разных формах и процессах. Кроме того, в геоинформатике геосистема включает и антропогенные факторы, что обуславливает их выявление и учет.
Аналогичная двойственность трактовки имеет место с геотехническим мониторингом. В инженерных изысканиях основной целью геотехнического мониторинга является выявление и предотвращение необратимых процессов в грунтовых основаниях, а также деформаций зданий и сооружений. При разработке наблюдательной сети геотехнического мониторинга принимаются во внимание особенности сооружений. Благодаря такому подходу местоположение и количество элементов наблюдательной сети для каждого конкретного объекта можно разработать индивидуально. Такая трактовка сводит геотехнический мониторинг в первую очередь к мониторингу зданий и сооружений, и во вторую к мониторингу среды или к мониторингу геосистемы.
В геоинформатике геотехнический мониторинг — это, в первую очередь, мониторинг геотехнической системы, включающей здания и сооружения. Исходя из этого, можно принять, что геоинформационный мониторинг является более общим понятием по отношению к геотехническому мониторингу в инженерных изысканиях. Методы геоинформатики включают больше разнообразных средств измерения и анализа по сравнению с традиционным «технологическим» геотехническим мониторингом. Поэтому можно считать развитием понятия «геотехнический мониторинг» понятие «геоинформационный геотехнический мониторинг».
Первоначально термин мониторинг применялся для обозначения системы повторных целенаправленных наблюдений за одним или более элементами окружающей природной среды в пространстве и времени. Термин «мониторинг» (от англ. monitor — следящий, слежение) появился незадолго до проведения Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (5-16 июня 1972 г.). На первом межправительственном совещании по мониторингу (Кения, 1974 г.), созванном Советом Программы ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП), были определены основные цели глобальной системы мониторинга окружающей среды.
Существует несколько определений термина «мониторинг». Но всех их связывает общее значение — «наблюдение за кем-либо или чем-либо». Новый словарь русского языка дает следующие толкования мониторинга:
- Постоянное наблюдение за каким-либо процессом с целью выявления его соответствия желаемому результату или первоначальным предположениям.
- Наблюдение, оценка и прогноз состояния окружающей среды в связи с хозяйственной деятельностью.
Таким образом, (А) мониторинг в узком смысле включает функцию постоянного наблюдения за каким-либо объектом, процессом, явлением с целью выявления его состояния и тенденций изменения этого состояния, с целью выявления соответствия модели или исходному положению. Этому понятию соответствует геотехнический мониторинг в инженерных изысканиях. (Б) Мониторинг в широком смысле включает функции: наблюдения, анализа и прогноза. Он направлен на изучение (а не только на наблюдение) за каким-либо объектом, процессом, явлением с целью выявления его состояния и тенденций изменения этого состояния, с целью выявления причин изменения состояния и прогноза состояния в будущем. Этому понятию соответствует геотехнический контроль в инженерных изысканиях.
Геотехнический контроль в процессе строительства осуществляется по заявкам заказчиков на всех этапах производства земляных работ. По результатам геотехнического контроля устанавливается соответствие (или не соответствие) фактических инженерно-геологических условий принятым в проекте, в части состава, состояния и свойств грунтов, вскрытых строительными выработками. Это более широкое понятие, чем геотехнический «технологический» мониторинг.
В инженерных изысканиях применяют также геодезический мониторинг. Этот мониторинг входит также в мониторинг геологической среды, который проводится Особым конструкторским бюро ОИФЗ РАН с 1989 года. Он включает: геодезический мониторинг движения земной коры; сейсмический мониторинг; мониторинг оползневых склонов. Система геодезического мониторинга состоит из 250 постоянных пунктов и также включает специализированную сеть по геодинамическим наблюдениям современных движений земной коры и деформаций геологической среды. Таким образом, можно говорить о геомониторинге как общем мониторинге процессов и явлений на земной поверхности.
Геоинформационный мониторинг возник исторически позже других видов мониторинга. Это обусловлено тем, что геоинформатика (геоматика) как наука стала формироваться с 90-х годов прошлого столетия. Геоинформатика дает новое развитие теории мониторинга. Оно обусловлено двумя причинами. Первая заключается в том, что геоинформатика основана на интеграции данных, получаемых из разных источников, и систем обработки данных. Это дает возможность проводить комплексную обработку разных данных и приводит к понятию комплексного мониторинга
Вторая причина заключается в том, что методы геоинформатики дают возможность расширить поле наблюдения и включить в него не только объект мониторинга, но среду, в которой этот объект находится. В мониторинг попадает не только объект, но и его микросреда и среда. Это дает больший объем для анализа и большую полноту результата анализа. Это дает основание, наряду с определениями (А), (Б), дать еще одно понятие мониторинга (Г).
Мониторинг (Г) в широком смысле включает функции: наблюдения, анализа и прогноза не только объекта наблюдения, но и его микросреды и среды. Он направлен на изучение системы объектов и взаимодействующей с ними среды, процессов, явлений с целью выявления их состояний и тенденций изменения этих состояний, с целью анализа, прогноза и выработки, если необходимо, управляющего решения. Этому понятию соответствует геомониторинг и геоинформационный мониторинг.
Решение задач мониторинга геосистем требует использования системного подхода, обеспечивающего:
- учет структуры, состава, динамики и эволюции природной, хозяйственной, демографической составляющих окружающей среды;
- анализ временных (исторических) характеристик изучаемых объектов, процессов и явлений в системе «природа — человек — производство»;
- выявление и исследование причинно-следственных отношений в геосистеме и ее отдельных блоках.
Таким образом, геоинформационный мониторинг обладает максимальным количеством средств наблюдения. Применение этих средств для реализации целей и задач геотехнического мониторинга приводит к понятию «геотехнический геоинформационный мониторинг» как разновидности геоинформационного мониторинга в инженерных изысканиях для решения задач инженерных изысканий с использованием методов геоинформатики (геоматики).
Геоинформационный мониторинг дает уникальную возможность предоставления результатов мониторинга в форме картографических и цифровых моделях. Особенность геоинформационного мониторинга является возможность нахождения пространственных отношений, что другими технологиями недостижимо. Геоинформационное обеспечение мониторинга интегрирует всю информацию, относящуюся к конкретным геообъектам, геосистемам, территориям и сооружениям. Данный вид информации лежит в основе подготовки практически всего спектра управляющих решений, связанных с развитием геосистем. Такая интеграция обусловлена применением специального механизма в геоинформатике, который называется геореференция.
Геотехнический геоинформационный мониторинг основан на реализации технологий мониторинга как через геоинформационные системы, так и независимо через геоинформационные технологии. Для этой цели необходима интеграция данных и их пространственная локализация. Таким образом, «геотехнический геоинформационный мониторинг» как разновидность геоинформационного мониторинга является развитием мониторинга и позволяет решать по-новому задачи в инженерных изысканиях.