ВВЕДЕНИЕ
Важным этапом на пути практического использования географических знаний стало создание
геоинформационных систем (ГИС) и геоинформатики как науки о методах преобразования
пространственных данных. Геоинформатика рассматривается в единстве с дистанционным
зондированием и картографированием, которые связаны с формированием и обработкой разного
рода геоизображений – распознаванием графических образов, их количественным и качественным
анализом []. Появляется возможность рассматривать геоинформатику как высшую форму организации
и проведения географических исследований и научного преобразования данных и знаний
.
Геоинформационная система воспринимается в разных масштабах не только как компьютерное
программное обеспечение или база пространственно-распределенных данных, но и как сложная
система регулирования информационных потоков в обществе, начиная от сбора данных до
потребления геоизображений в геологистических процессах []. Геоинформационная система формируeтся на нескольких уровнях: информационном, программном,
интегрированном, технологическом, сетевом, организационном
В последнем случае ГИС
рассматривается в качестве важной части территориального управления взаимодействием
природы, хозяйства, населения и органов власти, становящимися источниками и потребителями
информации [].
Десятилетия геоинформационная география формируется как прикладная наука, что имеет
важное значение для существования самой географии []. Особенно это важно для мониторинга состояния участков территории и их границ на
фоне природных и социально-экономических процессов разной интенсивности и направленности
с последующим формированием баз данных ГИС из разных источников
Современное дистанционное
зондирование для наполнения базы данных ГИС о земной поверхности использует различные
платформы, включая спутниковые, бортовые, беспилотные летательные аппараты (БПЛА),
воздушные и наземные транспортные средства, а также пространственные данные реанализа
для оценки изменения среды изучаемых районов []. БПЛА занимают промежуточное место между инструментами наземных и спутниковых наблюдений
в системе комплексного экологического мониторинга []. Для оценки изменений в землепользовании привлекаются исторические карты для формирования
сетки границ кадастровых земельных участков путем их оцифровки, геопривязки, векторизации
и сравнения с помощью ГИС .
Территориальная ГИС пополняется текущей информацией, обеспечивающей механизмы прямой
коммуникации власти и местных жителей муниципальных районов, что позволяет онлайн
отвечать на обращения жителей, быстро реагировать на повседневные проблемы. ГИС становится
инструментом совместной работы различных служб, интеграции общества .
ЛАНДШАФТНАЯ ГИС ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА
Функциональная ориентация ГИМ-ГИС – комбинированная и многоцелевая, поскольку сбор
информации осуществляется безотносительно к запросам пользователей и обеспечению решения
конкретных проблем. Это может быть научно-исследовательская и информационно-справочная
система или учетно-кадастровая система, предназначенная для территориального управления
с возможностью системного анализа и моделирования. В соответствии с требованием полноты
сконцентрированной в ГИС информации такие ГИС должны содержать данные, позволяющие
удовлетворять различные запросы. При появлении задач, требующих качественно новой
информации, эта информация добавляется в базу данных и используется наравне со старыми
сведениями.
Выделяются переменные и постоянные составляющие базы данных ГИС фонового, текущего
и оперативного мониторинга. Постоянной, инвариантной основой являются сетки контуров,
представленные административными, ландшафтными, лесоустроительными и растровыми границами
членения территории. Каждая ячейка сетки (район, ареал, выдел, пиксел) связанa со
значениями атрибутов базы данных ГИС, которые сохраняются, пополняются, обновляются,
преобразуются и отображаются на картах. Эта информация становится основой для интерпретации
результатов ГИМ. Особое значение для содержательной трактовки данных и знаний имеет
ГИМ-ГИС, построенная на ландшафтной основе: сначала как система информационного обеспечения
географических исследований и организации ГИМ, а затем как средство интерпретации
данных с ландшафтно-картографической привязкой []. Ландшафтная ГИС создается в виде электронного варианта ландшафтной карты с сеткой
границ выделов с атрибутивными данными по каждому из выделов []. Множество фаций (или иных подразделений) легенды карты упорядочено в факторальную
систему, их параметры закодированы: для каждой фации составлено подробное покомпонентное
описание (паспорт фации) в специальной базе данных – основе для интерпретации содержания
методом переклассификации легенды. При этом принимается, что одни и те же значения
данных в разных ландшафтных обстоятельствах (фациях) выражают отличающееся содержание,
трактуются своеобразно. В качестве эталонов внутриландшафтного сравнения и сопряженного
изучения природных режимов используются равнинные коренные фации местных проявлений
зональной нормы или естественные ненарушенные хозяйственной деятельностью ландшафты.
ОПЫТ РЕАЛИЗАЦИИ ГИМ-ГИС-ПРОЕКТОВ
Методика ГИМ разрабатывалась и реализовалась в Слюдянском и Жигаловском районах Иркутской
области и Кабанском районе Республики Бурятия. Подробно проработана ГИM-ГИС Слюдянского
муниципального района с множеством приложений и серией карт. ГИС района основана на опыте крупномасштабного
картографирования геосистем по снимкам космического мониторинга, решения проблем управления
территориями и планирования региональной политики землепользования. Она базируется
на понимании, что для решения большинства задач управления территориальным развитием
уровень муниципального района реализации ГИС-проектов является оптимальным, поскольку
появляется возможность с его помощью создавать ГИС большого территориального охвата
и формировать детальные ГИС населенных пунктов.
Слюдянский район является одним из проблемных районов Иркутской области. Он охватывает
южное побережье озера Байкал, где сосредоточены крупные автомобильные и железнодорожные
магистрали, размещены отходы закрытого Байкальского целлюлозно-бумажного комбината,
сохранились уникальные лесные массивы и природные комплексы. Район расположен в центральной
экологической зоне озера и может рассматриваться в качестве модельной территории управления,
поскольку позволяет решать задачи, предусмотренные законом об охране оз. Байкал. Решение
этих проблем требует современного информационного обеспечения для анализа сценариев
развития района в противоречивых условиях деятельности. Таким средством решения территориальных
задач становятся геоинформационные системы ГИМ-ГИС [].
Разработанный ГИС-проект является информационной инструментальной основой решения
задач управления территорией и оценки ее состояния, содержащей большой объем различной
информации для детального и глубокого изучения перспектив развития территории. Особенность
данного проекта заключается в том, что он выполнен на основе космической информации.
Все множество разнородного материала по территории района представлено в едином плане.
Накопление таких данных позволяет детализировать экологическую ситуацию и обеспечить
информацией модели, оптимизирующие управление территорией и качественное регулирование
отношений в системе “природа−хозяйство−население”.
На территориях муниципальных районов производилась инвентаризация материалов, находящихся
в хозяйственном использовании. Сюда вошли фондовые картографические материалы, карты
лесной таксации, землеустройства, космоснимки “Ресурс-Ф2М” (камера МК-4) в масштабе
1 : 800 000 с разрешением на местности 6–8 м в четырех спектральных каналах, карта
особо охраняемых территорий, нормативно-правовые документы, данные натурных исследований,
информация гидрометеослужбы по изменению климатических и гидрологических характеристик
и т.д. Этот этап является первоначальным в технологии технической реализации ГИМ-ГИС.
Далее следовал этап привязки растровой информации к территории, этап дешифрирования
и векторизации космоснимков с корректировкой по исходным картографическим материалам
и результатам маршрутных наблюдений, а также в зависимости от сущест-вующей в обществе
системы земельных отношений, зафиксированной в законодательной базе.
На основе проведенной инвентаризации на территориях выделены объекты, являющиеся источниками
воздействия на окружающую среду и участки, сохранившиеся как фоновые (горно-таежные
леса). Результатом этих мероприятий по технологии ГИМ-ГИС стало представление о современном
состоянии горно-таежных экосистем, их компонентов и элементов, тенденций их изменения,
а также выделены репрезентативные участки для данной территории (бассейны рек Куда,
Каторжанка и Шумиха, бассейн р. Бабха у г. Байкальска, Энхалукский заказник с его
окрестностями). На этих участках проводились наземные исследования. Их целью было
уточнить и проверить результаты дешифрирования космоснимков, собрать информацию для
разработки моделей и методов анализа дистанционных данных. Наземные наблюдения проводились
двумя методами: 1) маршрутные наблюдения с визуальной, описательной, фотографической
и видеофиксацией ландшафтов; 2) трансектное обследование территории с количественной
фиксацией параметров биогеоценозов [].
Единицы картографирования
Очевидно, что географические, или природные территориальные комплексы бывают разного уровня сложности и масштаба. Наиболее простой комплексной географической единицей картографирования принято считать фацию (ее синонимы — биогеоценоз, микроландшафт или элементарный ландшафт). Сочетания фаций, обусловленные единообразием морфологического строения территории, образуют так называемые урочища. Наконец, группы урочищ с общими климатическими условиями, сходным геологическим строением и генетически единой территорией формируют собственно ландшафт.
Таким образом, фации и урочища рассматриваются как части ландшафта, а последний как основная физико-географическая единица, определяющая «лицо» территории. В дальнейшем при составлении мелкомасштабных карт на большие территории ландшафты выступают в качестве начальных, наиболее мелких единиц, которые объединяются уже по более крупным сходным чертам в физико-географические провинции, области, зоны и природные страны. Такова в общих чертах «иерархия» природных территориальных комплексов — главных элементов содержания ландшафтных карт. Каждый выделенный ареал или контур характеризуется одновременно многими чертами: климатом, геологическим строением, почвенным устройством, растительным покровом и т. д., а объяснения такого контура, обычно довольно развернутые, даются в легенде.
Хотя мысли о разработке ландшафтных карт высказывались еще в начале XX в., их первые экземпляры (в региональных комплексных атласах) стали появляться лишь в 50-е годы. Тем не менее ландшафтное картографирование еще не достигло того уровня развития, который позволял бы говорить о ландшафтной картографии как о сложившейся тематической отрасли. Над проблемами ландшафтного картографирования работают многие специалисты. Можно сказать, что оно переживает в настоящее время период накопления фактов. Ландшафтная карта — и средство фиксации информации о природных комплексах (фациях, урочищах и т. д.), и материал для новых исследований, помогающий выявлению таких природных закономерностей, которые без карты обнаружить трудно или вообще невозможно, например, зависимости, объясняющие связи в размещении почв и соответствующих типов растительности, изменение значений температур с высотой местности, влияние экспозиции склонов на распределение осадков и т. п. При составлении мелкомасштабных карт вопросы классификации природных комплексов перерастают в более крупную задачу географии ландшафтов, связанную уже с изучением природных закономерностей обширных территорий — природных зон земного шара, высотных поясов в горах и т. д. Но в целом мнения о принципах систематизации разных по рангу таксономических единиц в ландшафтоведении имеют пока скорее дискуссионный характер. Ландшафтные карты помогают этому.
Рассмотренные карты природы относятся к так называемым классическим направлениям тематической картографии. Эти карты возникли и развивались на национальной почве как закономерное явление в процессе эволюции соответствующих естественноисторических наук: геологии, геоботаники, почвоведения и др.
Но современная тематическая картография быстро развивается. Возникают новые виды карт природы, а вслед за ними — и новые отрасли тематической картографии. В рамках существующих направлений совершенствуются подходы к разработке карт, изменяется само понимание роли карты и т. д.
В целом с точки зрения методологии тематической картографии сейчас существуют две довольно четкие тенденции в ее развитии. Первая тенденция — это расширение границ объектов картографирования. Для карт природы рамки территориальной ограниченности становятся все более тесными. Уже разрабатываются тематические карты природы па обширные районы — материки, океаны, мир в целом.
Вторая тенденция заключается в обогащении содержания картографии новыми сюжетами картографирования, новыми видами карт природы, а также в совершенствовании методологических приемов их составления и способов изображения. Отдельные наиболее интересные примеры некоторых видов таких карт рассмотрены в статьях: «Ресурсное направление в картографии» и «Оценочное направление в картографии«
Электронная агроэкологическая карта
За основу взята агроэкологическая классификация групп земель по основным почвенно-экологическим факторам и подгрупп — по интенсивности их проявления. Основными факторами дифференциации служат степень гидроморфизма и эродированность земель. Различия между подгруппами могут быть столь велики, что для них должны применяться разные системы земледелия.
Агроэкологические подгруппы разделяются на классы по характеру почвообразующих пород и на подклассы — по их гранулометрическому составу. Классификация предусматривает подразделения земель по особенностям мезорельефа, крутизне и экспозициям склонов, что позволяет идентифицировать выделенные контуры с аналогичными микроклиматическими условиями.
С учетом всех перечисленных показателей была составлена комплексная детальная карта опытного участка.
Электронная карта Владимирского Ополья была построена на основе карты почвенных ареалов и посевных площадей ВНИИСХ, содержащей информацию об элементарных ареалах агроэкологического ландшафта (АЭЛ). Под каждым таким ареалом понимается однородный почвенный контур, участок на элементе мезорельефа, характеризующийся одинаковыми геологическими, литологическими и микроклиматическими условиями.
Из элементарных ареалов агроландшафта формируются агроэкологические типы земель, которые, в отличие от пространственно фиксированных ареалов по природным условиям, представляют собой систему, которая зависит от адаптивных возможностей культур, условий интенсификации возделывания. В свою очередь, все ареалы классифицируются с учетом возможностей преодоления сельскохозяйственной культурой лимитирующих факторов среды.
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ ГИМ-ГИС
Задачи создания, уточнения и обновления тематических карт являются одними из наиболее
актуальных направлений ГИМ, поскольку ошибки на этом этапе влекут за собой искажение
результатов дальнейших расчетов и выводов. Одним из примеров картографирования по
схеме ГИМ-ГИС на ландшафтной основе служит проведенный медико-экологический мониторинг
[], в котором от исходной информации зависят решения органов управления в сложной,
постоянно меняющейся эпидемической обстановке.
Эпидемиологическая информация имеет свои особенности []. Она разнообразна по содержанию (заболеваемость, носительство, демографические сведения,
характеристики возбудителя и внешней среды и др.) и по источникам (официальная статистическая
и полученная в результате научных полевых и аналитических исследований); для нее характерны
большие объемы и сложность структуры. Наиболее трудной задачей здесь становится формирование
единых подходов к сбору и анализу первичной информации о выявленных случаях заболевания
с оптимизацией информационных потоков по заданным критериям (качество и количество,
оперативность, непрерывность, достоверность).
При формировании эпидемиологической информации в системе ГИМ-ГИС второй задачей является
территориальная привязка показателей. Обычно основой выступает карта административно-территориального
деления изучаемой территории, где населенные пункты или административные районы становятся
объектами привязки, а в качестве атрибутивной информации принимаются данные об эпидемическом
состоянии их населения. Такие карты составляются в мелком масштабе, имеют справочный
характер. Применение территориально-ландшафтной привязки дает возможность пространственно
представить информацию о случаях заражения, связать ее с конкретной географической
средой местоположения, добавить новые данные мониторинга реакции населения на природные
опасности и в итоге проследить многолетнюю динамику развития ситуации с ее прогнозированием
по конкретному месту и времени. На приведены результаты геоинформационного мониторинга и картографирования поместного
заражения населения клещевым энцефалитом в Прибайкалье в разные годы.
Рис. 3.
Результаты геоинформационного мониторинга поместного заражения и заболевания населения
клещевым энцефалитом в Прибайкалье в разные годы. Муниципальные районы Иркутской области:
1 – Иркутский, 2 – Слюдянский, 3 – Шелеховский, 4 – Ангарский, 5 – Эхирит-Булагатский Усть-Ордынского Бурятского округа. Условные обозначения: а – границы муниципальных районов; клинические формы заболевания: б – легкая, в – средней
тяжести, г – тяжелая, д – критическая.
. The results of geoinformation monitoring of local infection and disease of the population
with tick-borne encephalitis in the Baikal region in different years. Municipal districts
of the Irkutsk region: 1 – Irkutsky, 2 – Slyudyansky, 3 – Shelekhovsky, 4 – Angarsky, 5 – Ekhirit-Bulagatsky Ust-Orda Buryat district. Conventional notation: a – boundaries
of municipal districts; clinical forms of the disease: б – mild, в – moderate, г –
severe, д – critical.
Что такое файл cookie и другие похожие технологии
Файл cookie представляет собой небольшой текстовый файл, сохраняемый на вашем компьютере, смартфоне или другом устройстве, которое Вы используете для посещения интернет-сайтов.
Некоторые посещаемые Вами страницы могут также собирать информацию, используя пиксельные тэги и веб-маяки, представляющие собой электронные изображения, называемые одно-пиксельными (1×1) или пустыми GIF-изображениями.
Файлы cookie могут размещаться на вашем устройстве нами («собственные» файлы cookie) или другими операторами (файлы cookie «третьих лиц»).
Мы используем два вида файлов cookie на сайте: «cookie сессии» и «постоянные cookie». Cookie сессии — это временные файлы, которые остаются на устройстве пока вы не покинете сайт. Постоянные cookie остаются на устройстве в течение длительного времени или пока вы вручную не удалите их (как долго cookie останется на вашем устройстве будет зависеть от продолжительности или «времени жизни» конкретного файла и настройки вашего браузера).
Анализ рельефа земель сельхозугодий
Анализ рельефа проводился в 3 этапа:
- оцифровка контуров рельефа и точек с высотами с карты масштаба 1:50 000;
- построение TIN-слоя рельефа с нанесением слоев характеристик земель в ArcView;
- построение GRID-поверхности рельефа в ArcView c модулем 3D Analyst.
Рис. 2. Карта расположения стоков по рельефу
(Слои: линии стоков, TIN рельефа, нас. пункты, дороги).
Рис. 3. Трехмерная карта с ЭАЛ (Слои: GRID-поверхность,
нас. пункты, дороги, речные бассейны, ЭАЛ).
Адекватность элементарных ареалов земель проверялась путем построения линий стока с использованием модуля Spatial Analyst (пример показан на рис. 2). К GRID-поверхности рельефа были привязаны все основные слои (дороги, речные бассейны, водоемы, населенные пункты) и наложены слои с характеристиками земель (пример показан на рис. 3).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Данное исследование отражает опыт работы по реализации ГИС-проектов и ГИС-моделированию
и выявляет закономерности геоинформационного обеспечения и преобразования пространственных
данных. Определяется позиция ГИМ в системе территориального управления как опосредующего
звена связи территориальных объектов с их цифровыми моделями – геоинформационными
объектами.
Геоинформационный мониторинг – пространственно распределенное и повторяющееся во времени
наблюдение и измерение – неразрывно связан с созданием и наполнением геоинформационных
систем, что обычно рассматривается в комплексе средств сбора, хранения, обработки
и представления географической информации (ГИМ-ГИС). Остальные наблюдения и измерения
– локальные и неповторяющиеся – можно считать вариантами мониторинга, решающими свои
частные задачи без должного пространственно-временного охвата, но необходимые в исследованиях.
Разделение функций ГИМ и ГИС дает возможность лучше формулировать и решать свойственные
им проблемы. ГИС в широком смысле выступает в качестве части информационного блока
организационной системы территориального управления, а ГИМ решает задачи связи наблюдаемой
реальности с блоком ГИС. Прослеживаются инструментальные и технологические различия
двух систем.
Наглядной иллюстрацией ГИМ-ГИС являются аэрокосмический мониторинг и организация ландшафтных
стационарных исследований по методу комплексной ординации. Во всех случаях ключевым
моментом реализации ГИМ становится создание и использование ландшафтно-типологической
карты для организации сбора, хранения и преобразования информации. ГИС территории
муниципального района должна быть ландшафтной ГИС, открывающей большие возможности
для создания тематических моделей и карт средствами ландшафтно-картографической интерпретации
географических данных и знаний, т.е. логического вывода, в том числе средствами математического
моделирования.
В процедуре формирования ГИС района ответственным этапом является инвентаризация первичной
информации из различных источников, что можно рассматривать в качестве своеобразного
постоянно действующего ГИМ за старыми и новыми источниками пространственных данных,
включая сообщения информационных агентств и СМИ. Важные этапы – первичная обработка,
картографическое и инфографическое представление накопленной информации и геоинформационное
математическое моделирование, результаты которых зависят от достоверности собранной
ГИМ информации, а также совершенства моделей и методов ее преобразования. Существует
общая триадная схема формального синтеза информации различной сложности на основе
групповых операций объединения противоположных начал: прямых и косвенных измерений,
геосистемы и ее среды, состояний и их трансформации, векторов и ковекторов переменных.
Применение этих операций проводится в последовательности процедур системного анализа.
Методика ГИМ-ГИС разрабатывалась и реализовалась на примере муниципальных районов
Иркутской области и Республики Бурятия при решении различных проблем территориального
управления с использованием данных космического мониторинга и корректирующих наземных
исследований. Специально организован сбор, подготовка и визуализация данных по схеме
ГИМ-ГИС о заражении местного населения клещевым энцефалитом в Прибайкалье. Реализация
каждого ГИС-проекта требует решения новых задач геоинформационного мониторинга на
основе расширяющихся возможностей количественного измерения пространственных объектов
с созданием их все более точных “геоинформационных образов” на разных уровнях обобщения.