Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,778

ПРОЕКТ СОЗДАНИЯ ЛАНДШАФТНО-КАРТОГРАФИЧЕСКОГО МОДУЛЯ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА

Кузнецова Т.И. 1
1 ФГБУН «Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН»
В рамках создания базового хранилища цифровой картографической информации о состоянии географической среды регионов Сибири и сопредельных территорий разработаны теоретико-методические основы, структура и тематическое содержание ландшафтно-картографического модуля. Его назначением является информационное обеспечение региональных программ геоэкологического анализа. На примере Байкальского региона представлена совокупность методов модификации, согласования и структурирования междисциплинарной географической информации о природной среде в единый тематический блок на основе теории геосистем и с учетом применения возможностей современных ГИС-технологий. В рамках полисистемной средовой концепции, используемой для модификации географической информации, сформулировано содержание объекта исследования, согласно которому геосистемы рассматриваются как территориальная совокупность экологической (природной) среды, среды обитания человека как биологического вида и ресурсной среды как базы его жизнедеятельности. Такой подход обеспечил многоаспектный и многоуровневый геосистемный анализ природной среды исследуемого региона и перевод полученной информации в индикационные геоэкологические зависимости. На примере Байкальского региона, включающего территории суверенных государств России и Монголии, разработаны структура и содержание, а также последовательность создания геосистемного геоэкологического модуля цифровой картографической информации. В структурном плане он представляет собой совокупность единой базовой территориальной картографической основы и систему пространственных тематических данных геосистемного геоэкологического содержания. Благодаря своей целостности и содержанию данный тематический модуль обеспечит информацией переход от функционального оценочного этапа исследования региона к прогнозу развития геоэкологических ситуаций. Исходную информационную тематическую базу исследования составили фундаментальные картографические произведения Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН и Института географии и геоэкологии АН Монголии.
Байкальский регион
геосистемный анализ
геоэкологическая индикация
картографическая информация
структура
модификация
1. Коновалова Н.В. Возможности применения геоинформационных технологий при создании атласных систем регионов / Н.В. Коновалова // Геодезия и картография. – 2013. – № 1. – С. 38–43.
2. Кузнецова Т.И. Основы геоинформационного картографирования развития геоэкологических ситуаций Байкальского региона / Т.И. Кузнецова // Геодезия и картография. – 2010. – № 8. – С. 24–32.
3. Козин В.В. Средовой подход в ландшафтной экологии / В.В. Козин // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. – 2009. – № 3 – С. 4–8.
4. Булаева Н.М. Информационная система мониторинга и комплексной экологической оценки природной среды регионов (на примере Иркутской области) / Н.М. Булаева, Е.А. Мусихина, О.С. Михайлова // Геоинформатика. – 2015. – № 1. – С. 9–14.
5. Электронное атласное картографирование для обеспечения устойчивого развития регионов Сибири / В.А. Снытко [и др.] // География и природные ресурсы. – 2003. – № 3. – С. 16–26.
6. Экологический атлас бассейна оз. Байкал / ред. А.К. Тулохонов, В.М. Плюснин, С.В. Куделя. – Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2015. – 145 с.
7. Коновалова Т.И. Самоорганизация геосистем юга Средней Сибири / Т.И. Коновалова. – Новосибирск: Акад. Изд-во «ГЕО», 2012. – 148 с.

Базовое хранилище цифровой картографической информации о состоянии географической среды регионов Сибири и сопредельных территорий разрабатывается для справочно-информационного обеспечения региональных программ геоэкологического анализа, дающего представление о природных возможностях территории и о перспективах ее рационального использования. Задачи, касающиеся выработки стратегии освоения природной среды крупных регионов и географического прогноза его последствий, требуют создания специализированных электронных ландшафтных карт комплексного геосистемного содержания. При этом большая роль отводится не только ландшафтным картам общенаучного, но и прикладного экологического содержания. В этом плане цифровое ландшафтное картографирование предоставляет возможность построения систем географических знаний о природной среде в виде электронных тематических модулей – программно-целевых блоков геоинформационных систем, созданных на единой (инвариантной) территориальной основе, каждый выдел которой представляет собой ячейку сосредоточения самой разнообразной географической информации по региону, обеспечивая ее сопряженность и сопоставимость [1].

Мелкомасштабное электронное ландшафтное картографирование Байкальского региона является, на наш взгляд, целесообразным и актуальным для информационного обеспечения межгосударственного, регионального или подчиненного ему местного административного управления экологически сбалансированным развитием единой территориальной системы. Несмотря на достаточно высокую степень изученности закономерностей природной среды этого региона, по-прежнему ощущается дефицит специализированной цифровой информации, обусловленный не столько недостатком первичных данных о территории, сколько трудностями их сопоставления и анализа [2]. Разрабатываемый блок информации рассматривается как базисный: он определяет системные отношения компонентов природной среды и является основой исследования пространственно-временной организации геосистем регионального порядка, их устойчивости, изменчивости, использования и охраны.

Целью работы было создание теоретико-методических основ структурирования, модификации и интеграции географической информации в единый ландшафтно-картографический цифровой модуль, обеспечивающий возможность автоматизированного анализа и интерпретации специального содержания всех его тематических слоев с целью создания электронных карт геосистемного геоэкологического содержания как оперативного инструмента информационной поддержки управления территориями.

Материалы и методы исследования

Исходную научную основу работы составляют картографические материалы, созданные сотрудниками Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН и Института географии и геоэкологии АН Монголии, которые посредством совокупности географических методов переводятся в конструктивную форму реализации практических задач геоэкологической оценки использования и охраны природной среды. По своей сути, ландшафтно-картографический модуль цифровой информации, тематические слои которого объединены общим программно-целевым замыслом и созданы на основе единой геосистемной классификации, являются систематизированным целостным произведением и сохраняют все свойства серий традиционных ландшафтных карт.

В теоретико-методологическом плане специфика данной работы заключается в дальнейшем развитии программно-целевого комплексного геоэкологического картографирования, как основного варианта территориального синтеза междисциплинарной географической информации о природной среде и ее использовании. Объектом исследования в данном случае выступают геосистемы (геоэкосистемы), или геоэкологические пространства, которые представляются «как системное единство среды обитания, среды жизнедеятельности и среды жизнеобеспечения человека в самом широком смысле слова» [3, с. 5]. Подобное полисистемное содержание исследуемого объекта отличается от таковых в покомпонентных исследованиях природной среды.

Важным этапом в комплексной программе цифрового картографирования является подготовка объективной и доступной информации об объекте исследования в соединении природных, экологических и природоохранных компонентов. В этом плане программа создания ландшафтно-картографического модуля цифровой информации Байкальского региона отражает собой многоступенчатую систему подходов к решению проблемы и включает: 1 – сбор информации; 2 – инвентаризацию существующей географической ситуации; 3 – ее оценку; 4 – прогноз изменения ситуации в результате внешнего воздействия; 5 – разработку рекомендаций по охране окружающей среды (табл. 1).

Таблица 1

Проект ландшафтно-картографического модуля цифровой информации

Концепция создания ландшафтно-картографического модуля: Геосистемная геоэкологическая

Цель: Информационное обеспечение регионального геоэкологического анализа

Задачи: Разработка концепции, структуры и содержания карт тематического модуля

Уровни картографирования: Региональный

Объект исследования: Геосистема – среда

Научный подход: Конструктивный

Этапы и шаги исследования

Разработка инвентаризационной ландшафтной карты геоэкологического содержания

Процедуры и методы

Фондовые материалы

Формирование банка данных. Выбор и декомпозиция общенаучной ландшафтной карты. Масштабная интеграция и редукция информации. Создание специализированной классификации геосистем и легенды карты.

Создание базовой карты геосистем геоэкологического содержания и ее электронной версии

Инвентаризация.

Геосистемный анализ.

Классификация.

Структурно-функциональная модификация информации

Ландшафты (Атлас …, 2004), Эколого-ландшафтно-геохимическое районирование (Атлас …, 2004), Ландшафты бассейна оз. Байкал (Батуев, Лопаткин, 2008), Природные ландшафты Байкальского региона и их использование (Кузнецова и др., 2009), серии карт «Ландшафтная среда бассейна оз. Байкал» (Экологический …, 2015), Растительность, Ландшафты, Природное районирование, Климатическое районирование, Агроклиматические ресурсы (Национальный атлас…, 1990)

Разработка интерпретационных оценочных карт

Процедуры и методы

Производные оценочные карты

Разработка оценочных критериев экологических условий и состояния геосистем.

Разработка геосистемных признаков-индикаторов устойчивости, чувствительности, экологического потенциала геосистем

Территориальный анализ

Геосистемная индикация

Обобщение, пространственная группировка и комплексирование информации

Целевое зонирование территории

Биологическая продуктивность растительности геосистем. Саморегулирование геосистем. Устойчивость геосистем. Чувствительность геосистем. Экологические функции геосистем. Надежность и безопасность функционирования. Экологический потенциал геосистем. Экологически благоприятные режимы использования

Разработка производных прогнозных карт

Процедуры и методы

Производные прогнозные карты

Масштабная редукция информации. Разработка вариативных моделей геосистем на разных этапах использования

Пространственно-временная модификация, вариативный и инвариантный анализ информации

Изменчивость, возможные изменения геосистем и природные экологические риски

Разработка карт поддержки принятия решений

Процедуры и методы

Производные рекомендательные карты

Разработка основных направлений действий и приоритетных мероприятий по использованию и охране геосистем в соответствии с регламентом функциональных и экологических зон

Логико-ситуационный анализ

Рекомендуемые режимы природопользования. Приоритетные природоохранные мероприятия. Возможные реакции на предлагаемый набор мероприятий

Решение поставленных задач основывается на многоаспектном и многоуровневом геосистемном анализе природной среды исследуемого региона и последующем переводе полученной информации в индикационные геоэкологические зависимости посредством использования разработанных заранее геосистемных признаков-индикаторов состояния и условий природной среды [2]. Карты оценочного, прогнозного и рекомендательного содержания разрабатываются на основе данных иерархического, регионально-типологического, динамического, функционального и ценностного геосистемного анализа с использованием совокупности методов информационного картографического мониторинга: анализа, синтеза, сравнения, оценки, умозаключения, прогнозирования [4].

В целях успешной практической реализации проекта по созданию тематических модулей цифровой информации был определен ряд основных требований к программному обеспечению: 1 – программный пакет должен быть популярным и доступным, что обеспечивает широкий круг потребителей конечной продукции; 2 – конечный программный продукт должен учитывать целый комплекс возможностей потребителя (приспособленность к любым существующим персональным компьютерам, приобретение его должно быть, с одной стороны, экономически реальным, а с другой, выгодным, должен обеспечивать вывод данных в любой, удобной для потребителя форме и др.); 3 – обеспечивать своевременное обновление базы данных [5].

Выбор программного обеспечения определялся стоимостью как самого программного обеспечения, так и его технического обслуживания, а также квалификацией и навыками сотрудников. Программное обеспечение работает в среде Microsoft Windows (Windows 9х, Windows-NT). Создание цифрового модуля программного обеспечения планируется с использованием комплекта продукции MapInfo Corporation, включающего MapInfo Professional v.5.0 и MapBasic v.4.1 (язык программирования), представляющий один из стандартов настольных систем, а также ArcView v.3x фирмы ESRI, который является вторым стандартом настольных систем.

Результаты исследования и их обсуждение

Определены основные этапы практического создания ландшафтно-картографического модуля цифровой информации Байкальского региона: 1 – сбор информации и формирование базы тематических данных для разработки содержания ландшафтно-картографического модуля; 2 – создание единой базовой территориальной картографической основы и системы производных интерпретационных пространственных тематических слоев геосистемного геоэкологического содержания; 3 – оцифровка базовой карты и тематических слоев информационно-картографического модуля; 4 – создание проектов в среде ArcView (или рабочих наборов в MapInfo Professional); 5 – компоновка карт ландшафтно-картографического модуля с учетом общей программы создания базового хранилища цифровой картографической информации о состоянии географической среды регионов Сибири и сопредельных территорий.

Целостность тематических слоев ландшафтно-картографического модуля обеспечивали следующие требования к материалу: 1 – целесообразный выбор и ограничение числа используемых проекций и масштабов карт; 2 – простые соотношения или кратность масштабов карт; общность географических основ карт; 3 – согласованность легенд различных карт в отношении показателей и детальности; 4 – единство установок генерализации для всех карт; 5 – взаимосвязанность способов изображения; 6 – приуроченность содержания разных карт к определенным датам; 7 – учет взаимосвязей между явлениями, изображаемыми на разных картах [1].

В процессе исследования разработана структура ландшафтно-картографического модуля цифровой информации Байкальского региона. Его базисом является единая территориальная картографическая основа, которая создается с использованием общенаучной ландшафтной карты, разработанной на геосистемных принципах академика В.Б. Сочавы [6, с. 48]. Ее легенда является неизбежно громоздкой и изобилует специальной терминологией. Далее на основе базовой карты посредством многоступенчатого анализа множества геосистемных характеристик, последующей модификации и интерпретации тематических данных создается система производных карт экологического содержания (рисунок).

kuz1.tif

Фрагмент производной интерпретационной территориальной картографической основы Байкальского региона. (Подписи к рисунку в табл. 2). Электронная версия фрагмента карты выполнена к.г.н. Д.А. Лопаткиным

Качественная экологическая оценка условий, состояния и возможного изменения природной среды Байкальского региона проводилась с использованием признаков-индикаторов, разработанных на основе концепции о стабилизирующей динамике геосистем. Согласно этой концепции, «при естественном стремлении геосистем к изменению структуры в процессе самоорганизации всегда существует стабилизирующее их начало, способствующее сохранению структуры геосистем во времени, несмотря на многочисленные воздействия… Саморегулирование геосистем наиболее действенно в оптимальных условиях тепла и влаги» [7, с. 72]. Для этого использовалась следующая схема:

1) исследуется структура и организация геосистем определенной размерности,

2) устанавливается их функциональный тип, гидротермические характеристики местоположений, биологическая продуктивность растительности,

3) определяется относительная степень саморегулирования геосистем,

4) проводится качественная оценка устойчивости / чувствительности, экологического потенциала геосистем,

5) устанавливаются экологические и хозяйственные функции геосистем и характер воздействия,

6) разрабатываются оптимальные режимы использования геосистем (табл. 2).

Таблица 2

Система тематических данных геосистемного экологического содержания

Ландшафтные структуры.

Интенсивность саморегулирования

Биологическая продуктивность

Экологический потенциал

Чувствительность

Функции и режимы

Наиболее неблагоприятные, риск I категории

1. Гольцовые и подгольцовые минимальной интенсивности саморегулирования

Очень низкая

Очень низкий

Очень высокая

1, а *

Неблагоприятные, риск II категории

2. Горнотаежные и таежные редуцированной интенсивности саморегулирования

Низкая

Низкий

Высокая

2, а, б, в, г, **

Средние, риск III категории

3. Горнотаежные и таежные ограниченной интенсивности саморегулирования

Средняя

Средний

Средняя

3, а, б, в, г, ***

Благоприятные, риск IV категории

4. Горнотаежные и подтаежные оптимальной интенсивности саморегулирования

Высокая

Высокий

Низкая

3, а, б, в, г, ****

Наиболее благоприятные, риск V категории

5. Лесостепные, лугово-степные наиболее оптимальной интенсивности саморегулирования

Очень высокая

Очень высокий

Очень низкая

3, б, в, г

*****

Примечание. Ландшафтно-экологические функции: 1 – средоформирующая, 2 – средостабилизирующая, 3 – средозащитная. Хозяйственные функции: а – лесохозяйственные и рекреационные, б – сельскохозяйственные, в – селитебные, г – промышленные. Режимы использования: * – строго защитный, ** – защитный, *** – защитно-эксплуатационный, **** – эксплуатационно-защитный, ***** – эксплуатационный с выделением природоохранных зон.

Каждый этап исследования геосистем завершается созданием определенного класса электронных карт геосистемного геоэкологического содержания: констатационных, или инвентаризационных; оценочных; прогнозных; рекомендательных (табл. 1). Инвентаризационные карты, созданные на основе теории геосистем и методологии конструктивного подхода, усовершенствованных соответственно задачам мелкомасштабного электронного картографирования, отображают, с одной стороны, текущее состояние геосистем, как природных объектов, а с другой, комплекс условий, определяющих или лимитирующих особенности жизнедеятельности людей. На базе данных констатационной карты разрабатываются производные интерпретационные карты оценочного, прогнозного и рекомендательного содержания.

В качестве примера приводится производная классификация, которая упрощается в результате формализации посредством группировки геосистем по сходству основных классификационных признаков (табл. 2). Представленные на карте (рисунок) обобщенные подразделения геосистем являются результатом интеграции геомов как близких по материально-энергетическому обмену, структурным и динамическим особенностям, а также биологической продуктивности растительного компонента структур. Относительная оценка интенсивности саморегулирования геосистем определялась на основе характеристик «интегральной интенсивности функционирования геосистем, отражающей в том числе относительную биологическую продуктивность растительности» [6, с. 69].

Экологический потенциал (ЭП) является интегральной характеристикой условий природной среды, индицирующей в том числе степень ее комфортности для жизнедеятельности человека как биологического вида. В качестве индикаторов ЭП использованы гидротермические характеристики местоположений геосистем, биологическая продуктивность, чувствительность геосистем к внешнему воздействию.

В зависимости от значений интегральной интенсивности функционирования (редуцированного, ограниченного, оптимального развития) определялась интенсивность саморегулирования и относительные показатели устойчивости (инерционной, резистентной, адаптивной) геосистем. Характеристики ландшафтно-экологических и хозяйственных функций геосистем были получены из ранее опубликованных фондовых источников (табл. 1) посредством редукции картографической информации.

Заключение

Разработана структура системного по методологии, геоэкологического по содержанию и геоинформационного по технологии картографирования Байкальского региона, которая позволит представить систему географических знаний о природной среде в виде модуля цифровой картографической информации как единой системы картографического обеспечения в рамках единого геоинформационного пространства. Основным свойством цифрового модуля будет обеспечение автоматизированного сопряженного пространственного-временного анализа структуры, условий и состояния природной среды Байкальского региона, а также прогнозирование возможного их изменения. Существующая перспектива постоянно дополнять и обновлять базу тематических данных будет способствовать превращению его в оперативный инструмент информационной поддержки управления крупными территориями.

Исследование выполнено в рамках тем Плана НИР Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН «Геоинформационное картографирование и математическое моделирование географической среды в условиях глобализации и воздействия на природные и социально-экономические процессы в Сибири и на сопредельных территориях» (№ 0347-2016-0004).


Библиографическая ссылка

Кузнецова Т.И. ПРОЕКТ СОЗДАНИЯ ЛАНДШАФТНО-КАРТОГРАФИЧЕСКОГО МОДУЛЯ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 8. – С. 144-150;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36849 (дата обращения: 11.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074