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