Российская академия наук

Институт географии РАН

Проект РФФИ офи-ц 09-05-13567

Создание картографической экологогеоморфологической цифровой модели

территории города Москвы

Итоговый отчет

Руководитель проекта:

Кошкарев А.В.

[email protected] Исполнители и соисполнители:

Деев С.В., Козлова А.Е., Маркелов А.В., Маркелов Д.А., Медведев А.А., Минеева Н.Я., Некрасова Л.А., Самсонова С.Ю.

Москва 2011-01-15 Создание картографической экологогеоморфологической цифровой модели территории города Москвы Аннотация Впервые создана цифровая картографическая модель, которая представляет собой векторный полигональный слой данных в формате программного средства ГИС ArcInfo (ESRI, Inc., США) с атрибутами согласно легенде карты, которая состоит из трех блоков, отражающих 1) генетические типы и формы рельефа, 2) проявленные и 3) вероятные опасные инженерно-геологических процессы. Дополнительным компонентом общей модели рельефа Москвы является среднедетальная цифровая модель рельефа и результаты ее обработки, включая производные морфологические показатели: углы наклона и экспозиции склонов, их продольная и поперечная кривизна и расчлененность рельефа. Уточнены характеристики и границы геоморфологических районов, ранее полученные традиционными средствами. Для каждого из них рассчитан набор статистических данных. В качестве итога получены два производных продукта, представляющих интерес для широкого круга пользователей: «Геоморфологическая карта» Москвы масштаба 1:50 000, фактически готовая для печати полиграфическими средствами, и интерактивный электронный атлас «Геоморфология Москвы» на оптическом диске, предназначенный для свободного распространения. К достоинствам предлагаемой технологии нужно отнести: 1) совместимость с иными цифровыми наборами данных о территории благодаря использованию стандартной цифровой географической основы; 2) существование цифровой модели в среде широко распространенных и многофункциональных программных продуктов ГИС линейки ArcInfo; 3) возможность дальнейшего многократного использования в разнообразных целях в рамках данного исследования и в других приложениях; 4) многовариантность форм производных и итоговых материалов. Цифровая модель позволяет использовать принципиально новые возможности в области пространственно-аналитических исследований городских морфолитосистем. Детальность модели обеспечивает не только решение фундаментальной задачи комплексной эколого-геоморфологической оценки территории крупной городской агломерации и получение новых знаний о ней, но и прикладных задач территориального планирования и управления.

Abstract For the first time, the digital cartographic model was developed. The model has been created as a vector polygon data layer in ArcGIS software (AcrInfo, ESRI, Inc., USA). It consists of more than 3 000 features with attributes according to the map legend. The map legend shows:

1) genetic types and forms of relief; 2) hazardous engineering-geological processes that already happened or could happen soon. An additional component of the digital model of Moscow is mean-detailed digital elevation model (DEM) and its derivations (morphological indexes – steep slope, aspect, plan and profile curvature, ruggedness). Geomorphologic boundaries and characteristics, which were previously processed by traditional cartometric tools, were specified. For every geomorphologic region were analyzed a set of statistical morphometric data.As a result, two new products, which could be interested for public use, were taken:

Geomorhpological Map of Moscow (scale 1:50 000) (ready for printing) and interactive Electronic Atlas (on CD). Both products are intended for free distribution. The advantages of suggested technique are: 1) compatibility with other digital datasets of the area because of using Unified State Cartographic Base; 2) DEM was made into widespread and multifunctional ESRI software (AcrInfo); 3) possibility of further reuse in a variety of purposes in this study and in other applications; 4) multiple-choice presentation of derived data and results. Digital model allows to use the newest approaches in the area of spatial-analytical research of the urban territories. The quality of the model provides not only the solution of the complex ecogeomorphological estimation of the urban agglomeration and acquiring knowledge about it, but also the solution of urban planning and management Общая постановка задачи: эколого-геоморфологическое моделирование городской среды как фундаментальная научная проблема Экологическая геоморфология, исследующая местообитания человека, в том числе и в особенности городские территории, как направление общей и прикладной геоморфологии сформировалось относительно недавно. В настоящее время оно представлено двумя ведущими школами, включая Институт географии РАН (работы Э.А.Лихачевой. Д.А.Тимофеева и др.) и Московский государственный университет им.

М.В.Ломоносова (работы Ю.Г.Симонова, В.И.Кружалина и др.), а также десятками коллективов и центров в регионах России (в Санкт-Петербурге, в Сибири и на Дальнем Востоке), в странах СНГ и за рубежом. Рельеф городских территорий изучается урбогеоморфологией. В ее задачи входят общие геоморфологические, инженерногеоморфологические и эколого-геоморфологические исследования, научный ландшафтноархитектурный анализ городской территории.

В ходе многолетних исследований коллективом лаборатории геоморфологии Института географии РАН накоплен большой опыт изучения географических и экологических характеристик территории Москвы. Один из ее результатов – крупномасштабная карта «Геоморфологические условия и инженерно-геологические процессы г. Москвы», составленная под руководством д.г.н. зав. лаб. геоморфологии Института географии РАН Э.А.Лихачевой и образующая основу информационного обеспечения создаваемой модели, а также ряд карт геологического, геоморфологического и эколого-геоморфологического содержания в атласе «Москва: Энциклопедия» (1997 г.) и «Экологическом атласе Москвы (2000 г.).

Рассматривая проблему эколого-геоморфологических исследований и, в частности, геоинформационного моделирования и картографирования в целом, следует иметь в виду сложившееся представление, подкрепленное практикой, о составе данных и соответствующих им среднемасштабных картах, обеспечивающих экологический мониторинг города. К ним принадлежат: 1) карты оценки территории с позиций устойчивости элементов и форм рельефа с морфодинамической характеристикой; 2) карты эколого-геоморфологического районирования с комплексной характеристикой районов и урболандшафтных участков, в том числе с оценкой негативных процессов; 3) карты, характеризующие особенности структуры водосборных бассейнов 2-3 порядков, степень изменения рельефа в пределах бассейна, изменения стоковых характеристик, особенности распределения (распространения) загрязнения городской среды и активизации экзогенных процессов. В основу их содержания должен быть положен анализ инженерных и экологических свойств рельефа: морфолитологических, морфодинамических и морформетрических показателей рельефа, анализ типа и степени опасности природных, природно-антропогенных и антропогенных (техногенных) геоморфологических процессов.

Исследование территорий крупных городских агломераций с точки зрения их комплексной эколого-географической оценки, нацеленное в конечном итоге на решение задач устойчивого развития и безопасности городской среды, предполагает разработку современных методов и технологий, основанных на детальных высококачественных картографических данных и средствах их обработки. Эта научная задача может быть решена на основе цифровой трехмерной модели территории, включая набор данных о геоморфологических условиях г. Москвы. При этом в модель должны быть заложены:

научно обоснованные критерии эколого-геоморфологической оценки состояния городской среды, разработанные с учетом отечественного и международного опыта; методика такой оценки по данным полевых исследований, крупномасштабных картографических источников, по результатам обработки цифровой модели рельефа; геоморфологическая карта с оригинальная легендой к ней; инструментарий геоинформационных систем (ГИС) для создания модели, обработки данных и пространственного анализа результатов моделирования, то есть новые информационные технологии, основанные на формализации знаний об организации рельефа как системы. В настоящем проекте использован многолетний личный опыт использования ГИС в экологогеоморфологических приложениях [2].

Методика создания цифровой картографической модели Цифровая картографическая эколого-геоморфологическая модель Москвы – продолжение и логическое завершение многолетних работ, выполненных коллективом лаборатории геоморфологии Института географии РАН [4-6].

Основной источник данных для создания модели – крупномасштабная карта «Геоморфологические условия и инженерно-геологические процессы г. Москвы» в виде авторского макета – была составлена в 1997 г. в Институте географии РАН по договору с НИиПИ Генплана Москвы. Для картографирования привлекались все имеющиеся в распоряжении авторов материалы, в том числе предоставленные заказчиком. Были проведены выборочные маршрутные исследования. Широко использовались ранее опубликованные материалы исследователей московского региона – А.П. Павлова, С.Н.

Никитина, Б.М. Даньшина, А.П. Хаустова, Н.В. Дика, Ф.В. Котлова и др. Карта позволила довольно детально охарактеризовать рельеф Москвы, а также провести районирование ее территории по степени эрозионной опасности и интенсивности процессов денудации и аккумуляции [4].

Первый этап работы по проекту (рис. 1) – цифрование авторских макетов исходной геоморфологической карты – включал ее полистное сканирование и векторизацию, трансформирование полученного бесшовного слоя для его согласования с цифровой картой-основой, верификацию полученных векторных записей для устранения технических погрешностей цифрования [3]. В качестве основы цифровой модели была выбрана «Единая государственная картографическая основа» (ЕГКО) Москвы (масштаба 1:10 000) Мосгоргеотреста, широко используемая при среднемасштабном картографировании города, в том числе в работах по картографическому и геоинформационному обеспечению столичной «Концепции единого геоинформационного пространства города Москвы», утвержденной постановлением Правительства Москвы февраля 2010 г. Единая геодезическая основа цифровых данных: координатная система отсчета СК-42, Балтийская система высот, проекция Гаусса-Крюгера, 37 зона.

Цифровая модель рельефа Макет эколого-геоморфологической карты Рис. 1. Общая схема организации исследований: источники данных и результаты Полученный продукт представляет собой векторный топологически корректный полигональный слой в формате ПО ГИС ArcInfo (ESRI, Inc., США), включающий более тыс. полигонов с атрибутами в соответствии с легендой к карте «Геоморфологические условия и инженерно-геологические процессы г. Москвы» [4], состоящей из трех блоков:

1 – генетические типы и формы рельефа, 2 – экзогенные процессы, развитые на этих формах рельефа и 3 – вероятные (прогнозируемые) опасные инженерно-геологические процессы.

В основу первого блока легенды карты (рис. 2) положен не только генетический, но и морфологический принципы (показаны морфологически однородные поверхности).

Она отличается и тем, что на ней дана характеристика ведущих экзогенных процессов.

Новшеством является отображение преобразованных (засыпанных, уничтоженных) долин рек и ручьев. Поскольку в основу легенды положена морфология, склоны оврагов и рек отнесены к вышележащим уровням, куда данные формы врезаны. Например, если в бортах оврага, расчленяющего поверхность террасы выходит морена, то его склоны отнесены к террасе, а не к моренной равнине.

Рис. 2. Легенда геоморфологической карты: формы рельефа и наиболее вероятные инженерно-геологические Второй блок легенды карты содержит элементы, характеризующие проявленные инженерно-геологические процессы: карстовые провалы (с показом отдельных установленных воронок, суффозионно-просадочные явления, заболачивание, линейную эрозию и плоскостной смыв), заболачивание совместно с линейной эрозией и плоскостным смывом, линейную эрозию и плоскостной смыв совместно с оползнями и оплывинами (рис. 3).

Суффозионно-просадочные явления Заболачивание совместно с линейной эрозией и плоскостным смывом Линейная эрозия и плоскостной смыв совместно с оползнями и оплывинами Рис. 3. Легенда геоморфологической карты: районы развития инженерно-геологических процессов Выбранный для иллюстрации фрагмент (рис. 4) включает: комплекс террас Лужнецкой излучины р. Москвы по левому борту ее долины, оползневой склон Воробьевых гор по правому борту, а далее к югу – моренную равнину (первую низкую ступень Теплостанской возвышенности, на которой расположен Московский государственный университет им. Ломоносова). Она рассечена на востоке долинами рек Кровянки и Чуры, ныне уничтоженными. На этой территории (в долине р. Чуры) ныне расположены Московский цирк, Дворец пионеров.

Рис. 4. Визуализация набора данных, фрагмент (условные обозначения см. на рис. 2 и 3) На пойме р. Москвы проявляются заболачивание и подтопление, на террасах преобладают плоскостной смыв, суффозия, морозное пучение, на участках размыва юрских глин – карстово-суффозионные процессы. Для плоских поверхностей моренной равнины характерны формирование верховодки и подтопление на застроенной территории, морозное пучение (до 40, максимально 60 см), для участков склонов – плоскостной смыв, небольшие оползни и сплывы, овражная эрозия. На фрагменте представлены также прилегающие к долинному комплексу р. Москвы (зелено-желтая гамма) участки флювиогляциальной равнины (серые тона): для плоских поверхностей которой характерны проявления суффозии вдоль трасс подземных коммуникаций, оседания поверхности, морозное пучение (2-5 см, максимально 10 см), заболачивания на отдельных участках; для пологих склонов – поверхностный сток и слабая эрозия; для крутых склонов (свыше 5°) – овражная эрозия, оплывины, мелкие оползни.

Оба блока объединены в сводной легенде (рис. 2) итоговой карты (рис. 5) во избежание ее графической перегрузки и графических конфликтов штриховых элементов с картографической основой.

Третий блок легенды (в ее цифровом представлении – атрибуты базы пространственных данных ГИС) отражает районы развития (активизации) инженерногеологических процессов и явлений; элементы ее легенды:

Формирование верховодки и подтопление на застроенной территории, морозное пучение до 40 (макс. 60) см.

Мелкие оползни и сплывы, овражная эрозия.

Суффозия вдоль трасс подземных коммуникаций, оседание поверхности, морозное пучение 2—5 (макс. 10) см, заболачивание на отдельных участках.

Овражная эрозия, оплывины, мелкие оползни.

Суффозия вдоль трасс подземных коммуникаций, морозное пучение до см; плоскостной смыв, эрозия бровок и склонов террас, аккумуляция у тылового шва;

глубокие оползни вдоль подмываемых речных берегов; карстово-суффозионные процессы на участках размыва юрских глин.

С учетом детальности авторских макетов и графической нагрузки карты в целом, оптимальный масштаб визуализации картографического изображения территории г.

Москвы – 1:50 000 (вариант издания полиграфическими средствами) с возможностью полуторакратного масштабирования (увеличения и уменьшения) при видеоэкранной визуализации.

Особый элемент легенды карты – зона развития и возможной активизации карстово-суффозионных процессов. Они связаны не с современными формами рельефа, а с погребенным рельефом. Их развитию способствует усиленный водообмен между поверхностными, состоящими из песчано-глинистых пород и глубинными, преимущественно карбонатными горизонтами в местах, где отсутствует толща почти водонепроницаемых, очень плотных глин юрского возраста. Зоны повышенной трещинноватости и места отсутствия или ослабления юрского водоупора служат гидрологическими «окнами» – местами интенсификации процессов, снижающих прочность пород: карста, суффозии (выноса твердых частиц из грунтов), выветривания (разрушения и химического изменения пород), перехода песков в плывунное состояние, – и приводящих в конечном итоге к потере устойчивости массивов горных пород, провалам и оседаниям земной поверхности.

Помимо основного содержания, карта включает элементы дополнительного оснащения:

карту-врезку гипсометрического изображения рельефа (рис. 6).

график пространственного распределения высот, то есть аналог гипсометрической кривой (рис. 7), одновременно играющий роль легенды к карте-врезке гипсометрического изображения рельефа;

диаграмму распределения относительных площадей, занятых теми или иными генетическими типами рельефа, по территории в целом (рис. 8);

схему (карту-врезку) геоморфологического районирования (рис. 9); подробней об уточнении границ геоморфологических районов и их характеристиках см. ниже;

таблицу морфометрических характеристик и мощности техногенных отложений (табл.).

Рис. 7. Пространственное распределение абсолютных высот Рис. 8. Пространственное распределение генетических форм рельефа (в процентах от общей площади территории); цвета в соответствии с легендой карты на рис. Обработка векторных записей позволила уточнить предложенную ранее схему геоморфологического районирования территории (рис. 9).

Дадим их краткое описание, сопровождаемое результатами статистической обработки данных цифровой модели.

1 Долинный комплекс рек Москвы и Яузы с притоками, который включает пойму и три надпойменные террасы – Ходынскую, Мневниковскую и Серебряноборскую (рис. 10).

Рис. 10. Процентное соотношение генетических типов и форм рельефа: Долинный комплекс рек Москвы и Яузы с притоками (цвета в соответствии с легендой карты на рис. 2) Долина р. Москвы пересекает город с северо-запада на юго-восток и вместе с долинами основных притоков занимает значительную часть его территории.

Экзогенные процессы в пределах долинного комплекса наиболее активны.

Структура гидрографической сети определила многие архитектурно-экспозиционные особенности столицы. Река Москва сильно меандрирует, ее долина асимметрична – террасы развиты преимущественно на левобережье. Ярче всего асимметрия выражена на восточной окраине города, где долина достигает наибольшей ширины – 12 км. Достаточно четко выделяются три надпойменные террасы и пойма.

Самая древняя и обширная третья надпойменная (Ходынская) терраса – равнинное пространство с незначительными колебаниями высот (преобладание плоских поверхностей – около 40 %, см. рис. 10) – слабо наклонена в сторону реки (углы наклона 1.5–3°). Ее абсолютные отметки 135–160 м, высота над урезом реки 30–35 м. На террасе расположено Ходынское поле, районы Покровское–Стрешнево, Заяузье, Кузьминки, большая часть старого города (Белого и Земляного), лесопарк Сокольники. Терраса была сильно расчленена эрозионной сетью. Ее пересекали долины рек Пресня, Неглинная, Яуза и др.

Вторая надпойменная терраса – Мневниковская (высота 12–18 м у бровки и 20– м – у тылового шва, отметки 130–140 м) хорошо выражена в рельефе и фрагментами встречается по всей длине реки в черте города. На ней находятся московские районы Фили, Нагатино, Марьино, Нижние Мневники, часть Замоскворечья.

Первая надпойменная терраса – Серебряноборская (высота 8 –10 м, отметки 126 – 130 м) встречается в черте города отдельными фрагментами: в Серебряноборской и Мневниковской излучинах, в Замоскоречье.

Пойма р. Москвы почти сплошной полосой протягивается вдоль ее русла.

Большие участки ее находятся в районах Тушино, Крылатское, Нижние Мневники, Лужники, Текстильщики, Марьино, Братеево. Исходная высота поймы составляла 4 м. В настоящее время русло реки ограничено набережными, пойма частично затоплена, а на большей части подсыпана. Наиболее значительные подсыпки были проведены на Болотной площади и в Лужниках. Пойма перестала затопляться во время весенних половодий и ныне существует как историко-геологическое образование.

В целом долинный рельеф претерпел существенные изменения: значительно снижена густота расчленения за счет засыпки оврагов и ручьев, спланированы прибровочные перегибы, изменены глубина и ширина русел, конфигурация береговых линий, спрямлены русла. Интенсивность русловых процессов регулируется плотинами и землечерпательными работами: до 5–10 м изменены отметки и относительные превышения террас и пойм.

Часть гидрографической сети подверглась сильной трансформации и уничтожению (почти 22%, см. рис. 10). Первыми в подземных коллекторах оказались речки и ручьи московского центра – Неглинная, Пресня, Рачка, Чичера, Черногрязка и др.

Некоторые небольшие речки были полностью засыпаны, например, р. Серебрянка, впадающая в Яузу вблизи ее устья.

2. Северная моренная равнина – продолжение низких южных отрогов Смоленско-Московской возвышенности (рис. 11) с отметками высот 170–190 м и плоских поверхностей и абсолютным преобладанием плоских поверхностей (около 45%).

Рис. 11. Процентное соотношение генетических типов и форм рельефа: Северная моренная равнина (цвета в На ней находятся западные и северо-западные районы столицы, а также город Зеленоград. Здесь на междуречьях р. Москвы, Клязьмы и Яузы, на фоне плоских участков, сложенных флювиогляциальными отложениями, выделяются пологие моренные холмы.

Водоразделы и долины малых рек, пересекающих равнину, выражены нечетко.

3. Подмосковная равнина (восточная часть Мещерской низменности) – это водораздельное пространство р. Москвы и Яузы, включающее левобережье р. Яузы и бассейн р. Пехорки (рис. 12) с абсолютным преобладанием плоских поверхностей (около 69%).

Рис. 12. Процентное соотношение генетических типов и форм рельефа: Подмосковная равнина (восточная часть Мещерской низменности) (цвета в соответствии с легендой карты на рис. 2) Здесь господствуют плоские поверхности с неглубокими, но широкими флювиогляциальными ложбинами, освоенными современной гидрографической сетью.

4. Теплостанская возвышенность – часть Москворецко-Окской равнины, носит ступенчатый характер (рис. 13). Около 41% общей площади района занимают плоские поверхности с углами наклона в пределах 1.5.

Рис. 13. Процентное соотношение генетических типов и форм рельефа: Теплостанская возвышенность (цвета Нижняя ступень перекрыта флювиогляциальными и лимногляциальными отложениями с линзами морены; верхние ступени – моренами московского и днепровского оледенений. Средние мощности четвертичных отложений – 10–20 м, максимальные – не более 30 м. Обширные, довольно пологие пологие ступени-холмы от реки поднимаются к самому высокому району города – Теплому Стану (максимальная отметка 255,2 м). Самая обширная, первая нижняя ступень по высоте (175–180 м) практически совпадает с северной водораздельной равниной. На холмах средней ступени (отметки 190–200 м) находятся ул. Новаторов, районы вокруг станций метро «Каховская», «Варшавская», «Коломенская». На высокой ступени (выше 210 м) находятся районы Теплый стан, Ясенево, Беляево-Богородское, часть Профсоюзной улицы. На Теплостанской возвышенности наилучшим образом представлена первоначальная гидрографическая сеть, густота и глубина которой максимальны для Москвы.

5. Кунцевская равнина – междуречье р. Сетуни и Москвы, отдельный участок нижней по высоте ступени Теплостанской возвышенности. Она обрывается в сторону р.

Москвы откосами, именуемыми Татаровскими высотами. Как можно видеть из сравнения рис. 13 и 14, район структурно схож с районом Теплостанской возвышенности.

Рис. 14. Процентное соотношение генетических типов и форм рельефа: Кунцевская равнина (цвета в Перспективы использования инструментария ГИС в геоморфологических исследованиях связаны, помимо прочего, с развитием методов и технологий цифрового моделирования рельефа, охватывающего сферу создания цифровых моделей рельефа (ЦМР), обычно в форме матрицы высотных отметок в узлах регулярной сети, и их обработки средствами ГИС. Обработка ЦМР, поддерживаемая многими полнофункциональными коммерческими средствами ГИС, а также свободно распространяемым программным обеспечением, позволяет получать набор «традиционных» производных расчетных морфометрических показателей, таких как углы наклона, экспозиции, показатели расчлененности рельефа, и проводить более глубокий их анализ; для этого разработаны и используются, например, алгоритмы расчета кривизны земной поверхности, спектрального и фрактального анализа рельефа.

Выполненные ранее, на первом этапе реализации проекта, эксперименты по обработке высокодетальной ЦМР природного заповедника «Воробьевы горы» [3] позволили получить производные характеристики рельефа и провести их пространственный анализ. Результаты статистической обработки производных данных подтверждают или уточняют данные, ранее полученные традиционными средствами картометрического анализа (табл.).

Морфометрические характеристики и мощности техногенных отложений геоморфологических областей (районов) г. Москвы [1] Цифровая модель рельефа (рис. 15) является дополнительным компонентом общей цифровой эколого-геоморфологической модели Москвы. Путем ее обработки с помощью модуля 3D Analyst программного средства ArcGIS получен набор слоев данных (серия производных карт), включая базовые морфометрические характеристики.

Рис. 15. Визуализация ЦМР в форме гипсометрического изображения (путем окраски по ступеням высот) в сочетании со светотеневой отмывкой для территории в целом (слева) и для фрагмента в границах участка на рис. 4 (справа) Анализ полученной гипсографической схемы на территорию Москвы и гистограммы распределения высот позволяет сделать вывод о преобладании в рельефе города поверхностей в высотном интервале от 130 до 180 м (более 50% от площади всего города), которые относятся преимущественно к флювиальному, гляциальному (ледниковому) и флювиогляциальному генетическим типам рельефа. При этом, максимальная высота составляет 255, 4 м, а минимальная высота – 109, 0 м (по данным цифровой модели рельефа).

Карта крутизны склонов и диаграмма распределения склонов разной экспозиции (рис. 16) наглядно демонстрируют значительное преобладание пологих поверхностей (с крутизной менее 5), составляющих 97% от площади всего города. Крутые склоны (8-25) отмечаются лишь в районе Теплостанской возвышенности и Кунцевской равнины, где в наибольшей степени сохранился ледниковый рельеф и широкое распространение получили эрозионные процессы. Эта часть города отличается разнообразием рельефа и привлекательностью городских ландшафтов.

Карта экспозиций склонов и полученная диаграмма распределения склонов разных экспозиций (рис. 17) отражают экспозиционное разнообразие рельефа столицы. В целом, преобладают склоны теплых экспозиций (южной, юго-восточной и юго-западной) – всего около 40% от площади города. На склоны холодных экспозиций (северной, северовосточной и северо-западной) приходится около 30% поверхностей.

Оба показателя – экспозиция и угол наклона склона – могут быть объединены в одном изображении с использованием метода штрихов крутизны, обладающем наглядностью и пластичностью (рис. 18).

Рис. 18. Штриховое изображение рельефа по методу Т.Е. Самсонова [7]:

Карта вертикальной (профильной) кривизны (рис. 19) показывает распределение по территории выпуклых и вогнутых склонов и плоских поверхностей. Отрицательные значения кривизны соответствуют выпуклым склонам, на которых скорость потока вещества увеличивается. Положительные значения вертикальной кривизны соответствуют вогнутым склонам, на которых скорость потока вещества уменьшается. Нулевая кривизна соответствует плоским поверхностям.

Рис. 19. Вертикальная (профильная) кривизна поверхности Карта горизонтальной кривизны (рис. 20) показывает распределение по территории конвергентных и дивергентных потоков вещества. Отрицательные значения кривизны соответствуют рассеивающим (дивергентным) склонам, положительные значения – собирающим (конвергентным) склонам.

Атлас «Геоморфология Москвы» (рис. 21) создан с использованием технологии Flash (Shockwave Flash производства компании Macromedia®), что обеспечивает динамичность генерируемых изображений и мультимедийнось атласа. Ее выбор основан на том, что технологии Flash обладают рядом преимуществ перед традиционными методами, включая возможность хранения больших объемов данных внутри одного автономного программного продукта, интерактивный диалог, легко выполняемый процесс добавления новых данных, подключение к Интернету, масштабирование графического материала, представленного в проектах, получение справочной или любой другой пояснительной информации, возможность получения и подачи информации на уровне, доступном для любого пользователя.

Информационное наполнение атласа включает практически все наборы данных цифровой картографической модели. Он обеспечивает их полноценную и высококачественную визуализацию и, в тоже время, защищен от несанкционированного использования самих исходных данных. Атлас представляет собой запись на оптическом диске CD-ROM. Продукт предназначен для широкого круга пользователей, имея простой и удобный интерфейс (рис. 21).

Картографический блок электронного геоморфологического атласа Москвы состоит из окна карты, перечня слоев, инструментов, трехмерных и справочных функциональных кнопок. Картографический блок содержит базовые картографические слои и тематические слои. Пользователь самостоятельно может включать или отключать необходимые слои, создавая тем самым различные по тематике карты. К его достоинствам можно отнести независимость от дорогостоящих программных продуктов, адаптированный интерфейс, возможность обновления содержания и расширение функциональных возможностей.

В число его функций входит навигация по изображению, его масштабирование (увеличение или уменьшение) вплоть до наиболее крупного масштаба визуализации 1: 000, возможность визуализации в виде рельефных блок-диаграмм или трехмерных изображений (что в зарубежной терминологии соответствует визуализации в режиме 2.5D- и 3D), получение информации о принадлежности контура (полигона) к элементу легенды, об абсолютной высоте, угле наклона и экспозиции склона. Дополнительным элементом содержания является ортомозаика космических снимков среднего разрешения, выполняющая роль географической основы (рис. 22). В режиме трехмерного отображения пользователю дана возможность виртуального облета территории по заданным маршрутам. Возможна печать изображения или его фрагмента. Тестовые элементы атласа включают краткое руководство пользователя, описание содержания атласа, его выходные данные.

Рис. 22. Визуализация космического ортомозаики космических снимков Предполагается, что в будущем основные элементы содержания атласа могут быть размещены в сети Интернет с использованием средств веб-картографирования, наследуя его основные функции и обеспечивая тем самым его вседоступность.

Общий итог выполненного исследования, предусмотренный планом работ над проектом: цифровая модель территории в форме набора слоев ГИС и производные продукты, включая геоморфологическую карту Москвы масштаба 1:50 000, уточненную схему геоморфологического районирования, электронный атлас на оптических носителях с функциональными возможностями трехмерной картографической визуализации данных, набор данных и серию карт морфометрических показателей, рассчитанных и построенных путем обработки цифровой модели рельефа. В своей совокупности они образуют хорошую и надежную основу для фундаментальных научных исследований городских территории и получения новых данных и знаний об организации рельефа и их свойствах, контролирующих влияние рельефа на городскую среду. Такая работа для территории г.

Москвы выполнена впервые. Результаты в форме цифровой модели и электронного атласа найдут применение в приложениях, связанных с оценкой городской среды, оптимизацией стратегических градостроительных решений в г. Москве, с методической точки зрения представляя интерес как предмет воспроизведения опыта разработчиков применительно к другим городским территориям.

К достоинствам предлагаемой методики, реализованной в виде технологического процесса обработки данных нужно отнести: 1) совместимость с иными цифровыми наборами данных о территории благодаря использованию стандартной цифровой географической основы; 1) существование цифровой модели в среде широко распространенных и многофункциональных программных продуктов ГИС линейки ArcInfo; 2) возможность дальнейшего многократного использования в разнообразных целях в рамках данного исследования и в других приложениях; 3) многовариантность форм производных и итоговых материалов. Обработка полученных данных, в том числе пространственный анализ модели и ее производных, позволяет получить результаты, неоправданно затратные или недостижимые традиционными средствами.

Геоэкология Москвы: методология и методы оценки состояния городской среды / Отв. ред. Г.Л. Кофф, Э.А. Лихачёва, Д.А. Тимофеев. М.: Медиа-ПРЕСС, 2006.

Кошкарев А.В., Мерзлякова И.А., Чеснокова И.В. Географические информационные системы в эколого-геоморфологических приложениях // Геоморфология. 2002. № 2. С.68-79.

Кошкарев А.В., Маркелов А.В., Маркелов Д.А., Минеева Н.Я., Некрасова Л.А., Самсонова С.Ю. Эколого-геоморфологическое моделирование урбосферы средствами ГИС (на примере г. Москвы). – XIV съезд Русского географического общества. Сборник научных работ. – Т. 1, Ч. 1. – С. 304-307. – [Электронный ресурс]. – 1 CD-ROM.

Лихачёва Э.А., Маккавеев А.Н., Тимофеев Д.А. и др. Геоморфология Москвы по материалам карты «Геоморфологические условия и инженерно-геологические процессы г. Москвы»// Геомофология. 1998. № 3. С. 41-51.

Москва: Геология и город / Гл. ред.В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997. – 400 с.

Рельеф среды жизни человека (экологическая геоморфология) / Э.А. Лихачёва, Д.А. Тимофеев. М.: Медиа-ПРЕСС, 2002. 640 с.

Самсонов Т.Е. Алгоритм автоматизированного изображения рельефа способом штрихов крутизны // Вестник Московского университета. Серия 5. География. – 2008, № 3. С. 49-54.