WIN - KOI - DOS - ISO - MAC - LAT




ПРИМЕНЕНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ И АНАЛИЗЕ ПРИРОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

к.б.н. И. Лавриненко

Под ГИС-технологиями в настоящее время понимают комплекс методов и подходов, основанных на точном географическом позиционировании различных объектов и данных любого типа на участке земной поверхности. Таким образом, при работе с географической информационной системой (ГИС), с одной стороны, мы имеем разнообразные пространствен ные данные, топографические или тематические карты, материалы аэрофотосъемки и космических снимков, с другой, - результаты полевых исследований и данные литературы, кадастровую и другую информацию.

ГИС-технологии объединяют традиционные операции любого типа, такие как запрос и статистический анализ результатов исследований, включая элементы многомерной статистики, с преимуществами полноценного пространственного анализа, расчета площадей и периметров, протяженности любых линейных объектов, количественной оценки пересечения, перекрывания, исключения площадных и линейных объектов. Говоря общими словами, ГИС-технологии включают любые пространственные объекты в общий массив информации, доступной для прямой обработки любыми статистическими методами. Кроме этого, геопозиционирование или точная привязка любого типа данных к пространственным координатам предопределяет точное соответствие массива топографических и аэрокосмических данных результатам полевых исследований и открывает широкие возможности для дистанционного изучения земной поверхности. Отмеченные возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с изучением, анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий.

Основой для ввода любой информации в ГИС является их точное позиционирование на местности, которое осуществляется либо с использованием в полевых условиях GPS-прибора, либо через привязку координатной сетки топографических карт. Именно это позволяет нам использовать многочисленные цифровые данные, хранящиеся на серверах научных и научно-общественных организаций, занимающихся изучением земной поверхности и природных ресурсов и предоставляющих свободный доступ к своим данным по сети INTERNET. Эти данные представляют собой в настоящий момент сотни и тысячи слоев, отражающих самые разные особенности структуры и функциональных характеристик природ ных экосистем на любой точке земной поверхности.

Основой для разработки региональной ГИС является программное обеспечение ARC/INFO и ArcView фирмы ESRI, которое в настоящее время во многих отношениях является международным стандартом при создании и применении ГИС в самых разных отраслях науки и хозяйственной деятельности человека (рис.1).

Важнейший этап в проведении научных исследований - инвентаризация имеющегося материала на основе ГИС, которая в настоящее время разрабатывается для всей территории северо-востока европейской части России. В основе ГИС лежит ядро оцифрованных топографических карт, иерархически организованных в целостную многоуровневую систему. Основной информационной единицей топографической основы являются листы карт масштаба 1:1 000 000 (мелкомасштабные), 1:200 000 (крупномасштабные) и 1:25 000 (детальные). Топографическая основа представляет собой набор структурированных в виде отдельных покрытий данных о местности в UTM проекции. Тематические карты, отражающие состояние тех или иных компонентов ландшафтов или пространственных единиц, также представляют собой многослойную систему, и диапазон, в котором происходит визуализация каждой карты, доступен лишь в соответствующих пределах масштаба. Единым для топографической и тематической основ ГИС является точная географическая привязка всех слоев к единой системе координат.

Базовым модулем ГИС является система файлов баз данных и программная оболочка для управления ими (рис. 2). Этот модуль служит основным хранителем всей информации, которая через систему кодовых полей географически корректно привязана к тому или иному участку земной поверхности, имеет оптимальный пользовательский интерфейс для ввода, просмотра, поиска и анализа информации. Кроме того, функцией базового модуля является подготовка необходимых блоков информации для обработки в имеющихся специализированных статистических и графических пакетах.

Важнейшими элементами всей системы ГИС являются проблемно-ориентированные приложения, которые в настоящий момент находятся в стадии разработки и основная задача которых - проведение специализированного анализа данных, необходимых расчетов и визуализации результатов, необходимых для наших исследований.

Основная задача для первого модуля - проведение расчетов имеющихся индексов биологического разнообразия на основе любого числа геоботанических описаний, хранящихся в основном модуле, и оптимальная визуализация результатов расчетов на основе теории графов, автоматическое построение корреляционных плеяд Терентьева, дендритов и прочих средств визуализации графического материала (рис. 3).

Основные задачи для другого разрабатываемого приложения - построение профилей через территории любого масштаба (от контрольных площадок 5 х 5 м до трансект через всю территорию северо-востока европейской части России) и отображение на протяжении полученных профилей показателей любых других характеристик, хранящихся в базах данных и привязанных к карте (рис. 4). За пространственную основу, в данном случае, берется топографическая информация, хранящаяся в ГИС.

В основе дистанционного изучения природных экосистем также лежит применение ГИС-технологий, сочетающих в себе два основных направления: непосредственно географические информационные системы и методы дистанционного зондирования (remote sensing) земной поверхности. Базовой основой для этого является точное географическое позиционирование, с одной стороны, материалов топографических карт, с другой - данных, получаемых при обработке космических снимков и аэрофотоснимков. Особую значимость в настоящее время имеют результаты анализа многозональных космических снимков зарубежных и российских спутников. Это связано с тем, что в последние 10 лет интенсивными темпами развиваются как возможности сенсоров спутников, так и программные средства для их обработки и анализа (рис. 5). В первом случае значительно расширяется диапазон спектральных каналов, в которых происходит регистрация отражательных характеристик объектов, наряду с сужением диапазона самих каналов. По-видимому, это приведет к тому, что в ближайшем будущем этот диапазон охватит все возможные пределы электромагнитного излучения, поступающего с поверхности Земли и мы будем способны получить целостную картину спектра, поступающего с любой точки земной поверхности, а, учитывая постоянный рост разрешающей способности сенсоров спутников, минимальные размеры этой "любой точки" уже сейчас достигают 30-50 см.

Следующий этап - включение космических снимков в единую структуру ГИС на основе точного географического позиционирования и использование специализированной программной обработки снимков, которая дает доступ к информации, в них заложенной. Все это позволяет в полном объеме применять данные дистан ционного зондирования земли для изучения и анализа природных экосистем.

На данном этапе нами применяются десятки спектральных индексов, характеризующих состояние самых различных элементов природных экосистем, почвенного и растительного покрова, гидрохимического и гидробиологического состава водоемов и водотоков, наличие в водоемах, почве и растительном покрове органических и неорганических загрязнителей, включая нефтепродукты. Наряду с широко распространенными индексами, в настоящее время нами разработан ряд собственных оригинальных методик и подобрана большая серия спектральных характеристик и расчетных индексов для точной и однозначной идентификации параметров природных и антропогенно-нарушенных экосистем.



Логотип - Начало - Общие сведения - Структура - Научная деятельность
Информационные ресурсы - Новости - Поиск по серверу - Карта сервера

поиск по серверу

4145 посещений с 22.01.2001
Последнее изменение 21.01.2001

(c) Institute of Biology, 1999