«КОМПЛЕКСНОЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ АДМИНИСТРАТИВНЫХ И ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ И ИХ СТРУКТУР (НА ПРИМЕРЕ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА) ...»

Подсистема обработки информации. Обработка информации является основным технологическим этапом, т.к. требует тщательной работы с установлением связей между объектами и таблицами базы данных.

Анализ данных в ГИС включает несколько процедур: а) запись в таблицах базы данных и их извлечение по запросам пользователей, б) формирование пространственных и атрибутивных запросов о конкретных характеристиках объектов, в) прогнозирование и моделирование физических процессов.

Тип выходных данных ГИС зависит от требований пользователей, стоимости данных и техники для вывода ифнормации.

Подсистема вывода (выдачи) информации. Формы представления выходных данных из ГИС могут быть произведены на электронных и твердых носителях. В каждом программном обеспечении реализовано свой формат выходных данных, что дает возможность получить самые разнообразные виды продукции ГИС. Основными видами продукции в ГИС являются карты, схемы, графики, диаграммы, отчеты, списки, таблицы и т.д.

Все подсистемы, входящие в ГИС, имеют производственное назначение, т.к. включают подсистему издания карт, которая позволяет изготавливать печатать тиражи карт.

ГИС, предназначенные для обработки аэрокосмической информации, включают подсистему анализа и обработки изображений. Например, программное обеспечение позволяет выполнять различные операции со снимками для задач картографирования: проводить их радиометрическую и геометрическую коррекцию, преобразование, улучшение, автоматическое распознавание и дешифрирование, синтезирование, тематическую классификацию и др.

Геоинформатика как научно-техническое направление формировалась на базе пространственного анализа территории, объекта, динамического процесса.

В основу геоинформатики положен комплексный и системный подход к исследуемым территориям, явлениям и объектам, что предопределило переход картографии на новый уровень инновационного развития.

Картография и геоинформатика взаимодействуют по многим направлениям.

Например, в картографии выделяют геоинформационное картографирование как метод создания и использования карт, а в геоинформатике – базовым слоем является картографический. Связь между данными отраслями науки и техники тесная и требует реализации новых образовательных программ высшего образования в области картографии и геоинформатики. В 2011 г. такая образовательная программа запущена в системе высшего образования и к 2015 г.

даст первых бакалавров. Основным является единство этих двух отраслей науки и техники, что определяется следующими характеристиками:

общегеографические и тематические картографические произведения – базовый источник пространственно-координированной информации о природных, хозяйственных, социальных, экологических и территориальных ресурсах;

математическая основа карт служит для пространственной привязки всех данных в геоинформационных системах;

электронные картографические интерпретации– основной результат представления и организации аэрокосмической информации и любой другой информации, собираемой, обрабатываемой и хранимой в географических информационных системах;

ГИС-технологии, применяемые для исследования пространственновременной структуры, связей и динамики географических систем, основанные на методах картографического анализа и математико-картографического моделирования.

Методические аспекты взаимодействия геоинформатики и картографии основаны на использовании дистанционного зондирования как базового источниками пространственной информации. В связи с этим выделяют линейную, модель взаимодействия, модель тройного взаимодействия, модели доминирования картографии и дистанционного зондирования. Это служит концептуальной и технологической основой для выполнения исследований в геоинформационного картографировании. Кроме того остаются на прежние тематические направления картографии: отраслевое и комплексное, аналитическое и синтетическое.

Опыт проведения комплексных картографических исследований и тематического и объектного картографирования позволил геоинформационному картографированию получить новые знания в картографической науке и производстве.

Компоненты и данные геоинформационного обеспечения для управления регионами Полноценная ГИС включает в себя пять ключевых составляющих:

аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методики [8].

Тематические сведения в системе комплексного геоинформационного картографирования организуются в виде групп тематических блоков. В своей работе В. С. Тикунов отмечает, что «для комплексной характеристики системы «общество – природная среда» это может быть геолого-геоморфологический, климатический, гидрологический, почвенный блоки, блоки растительного и животного мира, а также экономический и социальный блоки. Такой набор отраслевых данных позволяет переходить к интегральным показателям оценки состояния природной среды, характеристикам комплексных антропогенных воздействий или характеризовать любую из систем»[62].

Существуют различные аспекты классификации ГИС. Например, у А. В.

Кошкарева и В. П. Каракина [31] приводится «…подразделение ГИС по территориальному охвату (общенациональные и региональные), по целям (многоцелевые, специализированные, в том числе информационно-справочные, инвентаризационные, для нужд планирования, управления), по тематической ориентации (общегеографические, отраслевые, в том числе водных ресурсов, использования земель, лесопользования, туризма, рекреации и др.). Большинство систем ориентировано на решение частных географических задач, но в настоящее время все большее внимание уделяется комплексным аспектам изучения системы общество – природа…».

В. С. Тикунов и Д. А. Цапук [62] считают, что «…теоретически и методически более целесообразно рассматривать не отдельные компоненты окружающей среды, а цельные природно-антропогенные образования. Это требует выделения на земной поверхности интегральных ареалов, реализующих это единство, и привязки к ним всей исходной информации. Прообразом таких ареалов могут служить природно-хозяйственные районы различного иерархического уровня…».

Таким образом, необходимость использования ГИС-технологий для решения научно-исследовательских задач связана с совместным применением анализа отдельных компонентов территории или целого комплекса, что обеспечивает применение комплексного подхода в природоведческих возможностями пространственного анализа информации и сведения полученной информации в единую систему, а также тем, что на основе комплексного использования разнородной тематической информации имеется возможность обеспечения прогноза изменения компонентов природной среды в пространстве и времени в связи с изменением природных условий…» [22].

ГИС-технологии полностью заменили традиционные подходы к понятию карта, что привело к возникновению динамических способов картографирования.

Карта – это динамично развивающаяся компьютерная база данных о территории.

На сегодня весь мир перешел на электронное представление карт, т.к. этого требуют современное общество и хозяйство в виде карт комплексного характера, которые отражали бы все наиболее важные и информативные особенности территории. Посредством геопортальных технологий в картографической науке появляется возможность приручить общество к использованию электронных карт как обыденных инструментов при изучении территории… Другая сторона геоинформационного обеспечения управления регионом проявляется в применении методов дистанционного зондирования Земли как один из способов получения информации и новых знаний.

С появлением в 1960-х годах XX в. космических ракет и спутников начали поступать первые космические снимки. Новая эра дистанционного зондирования (ДЗ) связана с пилотируемыми космическими полетами, разведывательными, метеорологическими и ресурсными спутниками. Существуют две основные технологии космических съемок: съемки с фотографических и сканерных систем [64].

Широкое применение данных космической съемки, которое началось с запуска спутника Landsat 1 в 1972 году, открыло новые перспективы для мониторинга состояния природных ресурсов и их использования. В результате развития методов дистанционного зондирования существенно упростился процесс картографирования земельных и водных ресурсов, почв, лесов, сельскохозяйственных посевов и городской инфраструктуры, оценки урожая и многое другое. Космические снимки используют для эффективного принятия решений с помощью географических информационных систем.

Данные спутниковой съемки содержат полезную информацию, полученную в различных спектральных диапазонах, и, кроме того, сохраняются в цифровом виде. Поскольку космические снимки охватывают большие области, их можно использовать для тематических региональных исследований и идентификации крупных пространственных объектов, в частности, структур рельефа. Регулярная съемка территорий позволяет проводить мониторинг водных ресурсов, агротехнического состояния сельскохозяйственных культур, эродированности почв, развития инфраструктуры городов и других процессов, объектов и явлений, которые изменяются под воздействием природных и антропогенных факторов. С помощью космической съемки достаточно просто получить данные о труднодоступных областях. Еще одним преимуществом ДЗ является возможность получения снимков разного разрешения, что позволяет применять данные ДЗ для решения различных задач в разных предметных областях. Поскольку анализ материалов ДЗ выполняется камерально, требуется меньше полевых исследований, что окупает затраты на приобретение данных. Экономически эффективным является и применение космических снимков для оперативного обновления средне- и мелкомасштабных карт. Цветные изображения, формируемые на основе данных ДЗ в трех спектральных каналах, несут больше информации, чем отдельные наземные или аэрофотоснимки, а стереопары снимков дают возможность проводить трехмерный анализ пространственных объектов. И, наконец, цифровой формат материалов ДЗ и использование компьютеров для их обработки и анализа обеспечивают быстрое получение результатов.

Помимо преимуществ у данных дистанционного зондирования есть, конечно же, и недостатки:

для их обработки и анализа требуются очень высокая квалификация и большой практический опыт;

неэффективным при единичных исследованиях небольших территорий.

космические снимки нельзя использовать для создания планов в инженерных целях. Программное обеспечение, которое применяется для обработки цифровых снимков, также имеет высокую стоимость.

если результаты дешифрирования материалов ДЗ не подтверждены полевыми исследованиями, к ним надо относиться с большой осторожностью.

Комплексное геоинформационное картографирование для обеспечения управления регионом Применение современных геоинформационных и космических технологий в картографии перешло от теоретических и методологических разработок к широкому практическому внедрению в отраслях экономики и хозяйства регионов. Такие методы являются основным инструментом многих смежных картографу профессий: географа, геолога или эколога, геодезиста и др. [8].

интеграционная технология, включающая сбор и обработку цифровых данных и информации о территории, построение цифровых моделей местности и рельефа, их дополнение и поддержка в актуальном состоянии на основе банка картографических, аэрокосмических и других данных [47].

Комплексное геоинформационное картографирование предусматривает создание и использование картографических изображений на базе ГИС и ДЗЗ.

Получаемые в комплексном геоинформационном картографировании электронные карты должны позволять пользователю открывать широкие перспективы для оперативного построения моделей, отражающих не только статику, но и динамику явлений путем применения пространственного анализа.

В своей работе В. Н. Богданов утверждает, что «…работая в интерактивном режиме с электронными картами, можно высвечивать, увеличивать отдельные элементы и участки изображения для детального анализа, а также совмещать их для получения синтезированной информации, масштабировать изображения и, тем самым, отражать динамику изучаемого явления. Организация доступа к отдельным, выбираемым по необходимости оператором элементам карты позволяет анализировать отношения между компонентами для более точного анализа событий» [8].

Важным этапом остается интерактивное редактирование содержания карт.

Такая возможность позволяет пользователю оперативно внести изменения и смоделировать обстановку. Кроме того, возможность совместного показа векторной информации и растрового изображений аэро- и космических снимков облегчает процесс обновления карт [11].

Эффективность применения карт зависит от принятой геоинформационной технологии на основе системной компьютеризации всего процесса создания и использования электронных карт [23].

А. М. Берлянт пишет, что «…цифровая карта – это цифровая модель, сформированная в принятой для карт проекции, системе координат и высот, условных знаков и способов изображения в соответствии с правилами картографической генерализации. Электронная карта – программно-управляемое картографическое изображение, визуализированное с использованием программных и технических средств в принятой для карт проекции и условных знаков» [2].

Возможности интерактивных подходов позволяют картографу в комплексе видеть все компоненты территории. Например, одновременно открыть все слои карты или скомбинировать растрово-векторное изображение на дисплее компьютера, тем самым получить полную информацию о территории. Главным условием карты является система условных обозначений и с учетом достижений современного компьютерного картографического дизайна есть возможность эффективно повысить графические свойства карты.

При комплексном геоинформационном картографировании выделено два способа вывода электронных карт. Первый способ предусматривает показ карт на экране дисплея, второй способ основан воспроизведении в традиционную бумажную или пластиковую формы, используя принтерные устройства.

Полученные бумажные карты – результат распечатки электронных карт в домашних или производственных условиях. Таким образом, реализуется цифровое или компьютерное издание карт высокого качества, которое при аналоговых средствах офсетной печати требует значительных времени и материальных средств [23].

геоинформационного картографирования служат материалы и данные дистанционного зондирования.

При этом происходит извлечение полезной информации из данных дистанционного зондирования в цифровом виде. Космический снимок содержит подробную информацию о состоянии объектов земной поверхности в момент съемки. Для дешифрирования снимков используют специальные методы и дополнительные данные, полученные из различных источников – карт, отчетов о полевых исследованиях и ранее полученных результатов анализа снимков той же территории. Дешифрирование основывается на определенных физических характеристиках объектов и явлений, а его результаты зависят от опыта оператора, типа распознаваемого объекта и качества снимка. Выделим основные этапы дешифрирования снимков:

Первым этапом дешифрирования является классификация объектов, в ходе которой оператор относит различные объекты на снимке к определенным классам или кластерам. Процедура классификации также состоит из нескольких этапов, первым из которых является выделение пространственных объектов. Затем на этапе распознавания устанавливается тождество между отдельными объектами и соответствующими классами. Для выполнения этого шага необходимы дополнительные знания об изучаемой территории. Наконец, на заключительном шаге, который называется идентификацией, каждый объект на снимке приписывается с некоторой степенью вероятности к одному из определенных классов.

Второй этап дешифрирования – это подсчет количества объектов на снимке – во многом зависит от того, насколько точно была проведена их классификация.

Третий этап состоит в определении геометрических характеристик объекта:

длины, площади, объема и высоты. К этому этапу относится и денситометрия — измерение яркостных характеристик объекта.

Последний этап заключается в определении контуров однородных по своим свойствам объектов или пространственных областей, которые при этом закрашиваются определенным цветом или штриховкой. Эту задачу проще выполнять при наличии у объектов четких границ и гораздо сложнее там, где свойства объектов изменяются плавно, например, на границе водоема и песчаных почв.

В целом, комплексное геоинформационное картографирование служит фундаментом создания, использования и развития геоинформационных систем различного ранга и тематики, в том числе геоэкологические информационные системы [47].

Таким образом, суть геоинформатики тесно связана с геоэкологической темой, что придает ей особый импульс для развития новых тем. Б.А. Новаковский считает, что «… ГИС-технологии отвечают сущности геоэкологических исследований, формированию нового направления – геоэкоинформатики.

Преобразование геоэкологических данных в информацию путем цифрового моделирования, создания и использования компьютерных геоэкологических карт с применением ГИС-технологий составляет суть геоэкоинформатики, определяет ее как одно из самых актуальных научно-практических направлений» [70].

Геоэкологические проблемы территориального развития требуют оперативных принятий решений на базе научно обоснованных выводов и получения достоверных результатов. При этом программное обеспечение ГИСтехнологий должно отвечать разным требованиям: быть простым и обладать развитым инструментарием, средствами адаптированного интерфейса и разработки дополнительных приложений. В решении комплексных задач территории такие противоречия имеют место и выводят исследования на новый технологический уровень – единство геоинформационного пространства и технологий.

Геоинформационная технология учитывает наличие в структуре семейства функциональными возможностями – базового пакета ГИС. Базовый пакет ГИС должен включать развитые средства ввода, редактирования и анализа географической информации и обеспечивать [8]:

ввод карт и редактирование картографической информации;

построение топологии вводимых объектов, обеспечивающей проверку корректности вводимой информации (замкнутость площадных объектов, связанность, прилегание), выполнение запросов системы;

работу с объектами карты, организацию взаимодействия с базой данных, формирование собственно ГИС-объектов, работу с ними;

выполнение операций анализа (перекрытия, буферные зоны, слияние и т.п.);

развитые возможности визуализации, оформления и вывода.

Дополнительно к ГИС добавляются надстройки в виде отдельных продуктов ГИС, включающих базы данных и моделей и средства управления ими [67].

геоинформационного картографирования, основными процессами которой являются подготовка исходных данных (космическая информация, электронные и бумажные картографические материалы, статистические и другие материалы), обработка и редактирование электронной картографической информации. На основе обработки и анализа данных формируются картографические изображения для их хранения и выдачи по запросам, осуществляется подготовка к изданию и печать картографических изображений, а также обеспечение доступа к картам через локальные и Интернет/Интранет сети. Блок-схема системы комплексного геоинформационного картографирования представлена на рисунке 1.2.

На рисунке 1.3 приведена подробная технологическая схема при издании карт и применяемое на этапах программное обеспечение.

На первом этапе большое внимание уделено работе с картографическими геопривязке с точностью в плане соответствующего масштаба карты. На втором этапе цифровании картоосновы применена программа Панорама-редактор на правилах цифрового описания карт. Из функциональных модулей программы есть проверка корректности топологической структуры векторной информации и возможность конвертации ее в один из форматов стандартных инструментальных ГИС (MapInfo, ArcView, AutoCad и др.).

Рисунок 1.2 – Блок-схема системы комплексного геоинформационного Основная цель наполнения семантической базы данных является залогом полноценного построения таблиц атрибутивных данных и разработки новых условных обозначений объектов и их характеристик. В нашем случае данные были загружены в ГИС Карта 2011, где выполнено предварительное оформление карты. Кроме того часть геоинформации (границы особо охраняемых природных территорий, данные со схем территориального планирования) была создана в ГИС MapInfo. ГИС MapInfo выгодно отличается от большого количества других ГИС-пакетов высокой надежностью и невысокими требованиями к аппаратному обеспечению [8].

На этапах издания и вывода карт на бумагу с учетом потребностей общества оптимально использовать профессиональные издательские программы.

Нами применены в работе программы Acrobat Distiller и Adobe Acrobat с целью конвертации полученной компоновки карты в формат PDF и преобразования цветовой палитры RGB в CMYK в программе CorelDraw.

Рисунок 1.3 – Этапы оперативного картографирования с применением Таким образом, в своей работе В. Н. Богданов пишет «…идеальной»

программы, которая решала бы все возникающие перед картографом-дизайнером оформительские задачи и при этом имела бы удобный и понятный интерфейс, нет и, скорее всего, не будет, поскольку у каждого-пользователя свои вкусы, привычки и потребности» [65].

Выводы:

географические информационные системы разрабатываются для анализа геопространства и обладают набором функциональных возможностей, позволяющих решать задачи, связанные с моделированием, анализом и управлением объектами и явлениями с учетом их пространственных, временных и динамических состояний;

база геопространственных данных ГИС построена на единой координатной основе, что обеспечивает корректность управлениями моделями при их картографической визуализации. В качестве основного исходного материала выступают данные дистанционного зондирования Земли, как источник получения позиционной и семантической информации территории;

в рамках ГИС обеспечивается оперативное геоинформационное картографирование регионов, что важно при обосновании и принятии управленческих решений.

2 НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО

КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ РЕШЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ

ПРОБЛЕМ СИБИРИ

Значимость системного подхода в топографическом картографировании связана с целевым назначением и подробным содержанием карт, с точностью и классификацией отображаемых объектов и явлений на картах, основанной на их географических условиях размещения. Как утверждает в своей работе Т.В.

Верещака «…необходимо системное упорядочение, группировка объектов в содержательном и пространственном отношении» (рисунок 2.1) [13].

Как правило, картографирование объектов местности осуществляется путем их деления на природные, природно-антропогенные и социально-экономические группы. Каждый элемент топографии, входящий в состав отдельной группы, системно связан с другим элементом комплексным или однофакторным отношением. Такое отношение прослеживается в природных комплексах, которые имеют разный состав, характер размещения компонентов, различные морфоструктуры рельефа, разновидности растительного покрова и грунтов.

Активно взаимодействуют с ними объекты, созданные человеком: строения, инженерно-хозяйственные объекты, дороги, геодезические сети.

Рисунок 2.1 –Классы объектов топографического картографирования Учитывая объектный подход к отображению топографической информации на картах, возникает понятие дискретности или дискретных систем, которые описаны параметрами размещения и существования, внешних и внутренних свойств и признаков. Генезис и существование объектов местности определяет особенности и характер развития картографируемых явлений, для которых границы контурных объектов формируются по принципу геометрического подобия.

Системные принципы главным образом нашли отражение в разработке и совершенствовании содержания топографических карт. Т. В. Верещака [13] отмечает, что «содержание топографических карт – это целостная, комплексная, иерархически упорядоченная система сведений о видимых природных и антропогенных объектах и явлениях, их типичных свойствах, связях, отношениях, которая выражена условными знаками, находящимися в четком соответствии с классификациями картографируемых объектов».

Классификационные принципы в системном подходе играют большую роль при выделении морфологических и генетических признаков на карте. Размер, рисунок и размещение объекта зависит от его морфологии. Генезис объекта проявляется в условиях его режима формирования и существования. Динамика явлений в системном подходе ставит перед нами новые знания о взаимосвязях и закономерностях развития картографируемых комплексов.

В таблице 2.1 приведены классы объектов топографической карты и обоснование необходимости их группировки. При сложном определении границ объектов применяется прием согласования по природным рубежам. Главным условием такого приемки является знание физических условий (морфологии и генезиса) отображаемого объекта и его взаимосвязи с хозяйственной деятельностью человека. Это прием был положен в отображение природных комплексов административно-хозяйственных карт.

Что касается знаковой системы топографических карт, системные принципы проявляются в создании легенд и графическом отображении объектов.

Фоном служат растительные комплексы, части крупных водоемов и населенных пунктов; на них накладываются объекты рельефа, дорожной сети, линейной гидрографии, линейных промышленных объектов, которые являются каркасом территории. Значковое отображение объектов, не выражающихся в масштабе карты, служит заполняющим элементом карты (отметки высот, глубин и урезов воды, часть промышленных и сельскохозяйственных объектов, геодезические пункты, растительность).

При использовании материалов дистанционного зондирования при топографическом картографировании возникает необходимость повышения четких границ в геосистемах для каждого масштабного ряда карт. Это связано с современными цифровыми технологиями обработки материалов дистанционного зондирования, учитывая их системное получение и накопленный большой объем.

Таблица 2.1 – Классификация объектов топографического картографирования суши и акваторий [13] топографическом картографировании также основано на системных принципах.

Т.к. любой технологический этап создании карты требует грамотной системной организации составительских, фотограмметрических и издательских процессов.

Это нашло применение в формировании фондов топографических карт, затем цифровой картографической информации, которая является информационной базой для многоцелевого и многократного использования, моделирования, автоматизированного создания карт – ядра информационного обеспечения ГИС.

Общегеографические и тематические карты – источник пространственно-территориальной информации Пространственно-территориальную привязку различных факторов, как природных, так и антропогенных, могут обеспечивать, прежде всего, топографические карты масштабов 1:10000-1:1000000. Такие карты составляются в одной проекции, создаются в системе государственной топографогеодезической службы по обязательным строгим инструкциям. Основой является стереотопографическая съемка, основанная на использовании аэрокосмических снимков. Картографические материалы являются кондиционными, отвечают необходимым требованиям точности, объективности и сопоставимости. Без топографических карт невозможно обеспечение проектных, землеустроительных, изыскательских, строительных и других работ. В последнее время в связи с развитием ГИС-технологий и созданием геоинформационных систем использование топографических карт резко возросло.

Отмечаются такие преимущества топографических карт как источника получения информации [12]:

высокая степень изученности территории, включая труднодоступные районы;

комплексное содержание, основанное на полевых обследованиях и фактических материалах;

вмещение в преобразованном виде аэрокосмической, статистической, описательной информации, локализованной в точечном, линейном, площадном виде с качественными и количественными характеристиками объектов;

высокая точность по плановым и высотным параметрам;

обеспечение унифицированности по математической основе, содержанию, оформлению, а также континуальность и однозначность информации.

Топографические карты относятся к общегеографическим, так как на них отражаются различные природные объекты и явления территорий (рельеф, растительность, водоемы и др.) и антропогенно измененные объекты (населенные пункты, транспортные пути, хозяйственные угодья и др.). К общегеографическим территориальных объектов и комплексов — ландшафтов, экономических районов, природных зон и др.

Топографические карты являются основой для создания тематических карт, которые ориентированы на детальное отображение конкретных параметров природной среды (рельефа, геологического строения, почвенного, растительного покрова и т.д.) промышленных и хозяйственных комплексов и объектов и т.д.

составляются специалистами, и содержат важную профессионально ориентированную информацию, хотя, как правило, не отличаются достаточной точностью, поскольку их создание строго не регламентируется программами государственных съемок (кроме геологических и почвенных карт).

По методике подхода к картографированию карты подразделяются на аналитические и синтетические (типологические). На аналитических картах чаще всего отображается один параметр (например, уклон местности, запас фитомассы, климатические условия и т. п.). Однако здесь может быть отмечено сразу несколько характеристик соответствующего компонента, указаны количественные оценочные характеристики. Так, например, на геологической карте указывается одновременно возраст, состав, элементы залегания горных пород. Типологические карты отражают районирование территории по комплексу показателей (по типу хозяйственного освоения, особенностям ландшафтов, совокупности экологических показателей и т. п.). Обычно такие карты создаются в более мелком масштабе, чем аналитические, поскольку информация носит обобщающий характер.

Отмечается, что применение материалов дистанционного зондирования (аэро- и космофотосъемки) дало сильный толчок в развитии тематического картографирования, позволив значительно повысить точность, информативность карт и их временное обновление [16, 26].

Все указанные картографические материалы находят широкое применение в создании геоинформационных систем.

При создании ГИС большое внимание уделяют выбору географической основы и базовых слоев карты, которые являются фундаментом. Затем, если требуется, осуществляют их географическую привязку, совмещая с координатами опорных точек, поступающих в ГИС. После выполняют топологический и метрический контроль векторной информации. В зависимости от тематики и проблемной ориентации ГИС в качестве базовых карт могут быть использованы:

топографические и общегеографические карты;

карты административно-территориального деления;

кадастровые, сельскохозяйственные, геологические, лесоустроительные карты;

ландшафтные карты и др.

преобразования пространственной информации [6]. Когда нас интересуют определенные компоненты из сложной геосистемы путем понижения роли прочих деталей, такой преобразованием называют вычленением. Например, спрямление границы ландшафтных единиц. Другой вид преобразования – схематизация, которая подразумевает устранение второстепенных деталей и привидение картографического изображения в упрощенном виде. Так, при схематизации гидрографии и снятии деталей густоты рек проявляется основная структура речной сети (бассейнов рек). Детализация – это преобразование, в результате которого изображение становится более подробным. Например, на топографической карте можно детализировать изображение дорожной сети, добавив уклоны основных направлений дорог.

Также существуют два взаимосвязанных вида преобразования, когда перевод дискретного картографического изображения в непрерывное, называется континуализацией, а обратный процесс – дискретизацией. Самым распространенным непрерывным способом отображения на топографических картах являются горизонтали. Дискретные изображения нашли применение в создании цифровых моделей рельефа растрового типа (grid-модель, матрица высот).

Региональные экологические проблемы Сибири и их картографическое решение Экологические проблемы Сибири в настоящее время являются одними из актуальных задач науки, что определяется природными особенностями ее территории и уровнем нефте- и газопромышленного освоения, развития металлургии, гидроэнергетики, проведения лесохозяйственных и сельскохозяйственных мероприятий в отдельных ее регионах.

В условиях инновационной экономики требуется внедрение новых информационных и космических технологий в крупные промышленные предприятия, которые в значительной степени воздействуют на окружающую среду. Этому способствует характер экологически вредных производственных процессов – черная и цветная металлургия, лесохимия, топливно-энергетический комплекс и др.

Выделим главные экологические проблемы Сибирского региона, которые были сформулированы в научных трудах [17] географов и картографов Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН.

Главная экологическая проблема Сибири – это охрана и защита поверхностных вод от загрязнения. Центральное место в Сибири занимает озеро Байкал, подверженный загрязнению экосистемы озера сточными водами Байкальского ЦБК, проблема оптимизации деятельности которого не решена.

По мнению Л. А. Пластинина «…сильный антропогенный прессинг испытывают леса Сибири. Как известно, основная часть Сибири располагается в зоне таежных лесов. Общая площадь лесного фонда достигает 730 млн. га или % всего лесного фонда России. Покрытая лесом площадь равна 480 млн. га. Здесь сосредоточено 51 млрд. м3 древесины (62,5% общероссийского запаса). В Сибири преобладают хвойные леса с общим запасом 41 млрд. м3» [51].

Сибирские таежные леса, являющиеся основным природным ресурсом России, имеют приоритетный характер в экономике страны. В тоже время они играют большую роль в системе средоформирующих функций биосферы планеты. В работах [51] приведено, что «общий объем заготовки древесины Сибири в 80-х годах XX в. достигал 150 млн. м3 ежегодно. Это приводило к обезлесению больших территорий, нарушению средообразующих и средозащитных функций лесов, к общему снижению ресурсного потенциала регионов».

Кроме того лес испытывает интенсивное воздействие со стороны промышленных и несанкционированных рубок, что изменяет структуру и состав лесной экосистемы. В Иркутской области в 1990-2000 гг. ежегодно возникает 1,5тыс. пожаров [51]. Ущерб от пожаров достигает немыслимых объемов, также горят леса в Красноярском крае, Забайкальском крае, Республике Саха (Якутии).

Увеличивается количество лесных пожаров и, соответственно, площадей гарей.

Ослабленные пожарами леса Сибири подвергаются лесопатологическим заболеваниям.

Другая проблема Сибири связана с нерациональным использованием земель, уменьшением качественных особенностей почвенного покрова, происходит деградация земельного фонда. Это находит отражение на развитии сельского хозяйства, причинами служат водная и ветровая эрозия. Ежегодно площади эродированных земель возрастают на 0,2-0,3 млн. га. Значительные площади нарушены в ходе промышленной добычи полезных ископаемых.

Значительные территории по площади техногенного характера в Иркутской области, Республике Саха (Якутия) и Красноярском крае сформировались в районах добычи твердых полезных ископаемых (угля, золота, алмазов).

Мероприятия по восстановлению земель после добычи проводится на очень малых и ограниченных территориях [51].

В 60-70 гг. XX в. в Сибири развивается химическая промышленность удобрений, гербицидов и пестицидов, что дало свои отпечатки на загрязнении почв. В Иркутской и Новосибирской областях в почвах сельскохозяйственных районов отмечалось высокое содержание пестицидов. В то же время земли перенасыщаются различными техногенными веществами, шлаками углей, промышленными отходами особенно вблизи промышленных центров. Так, земли вокруг Братска, Красноярска, Усть-Илимска, Свирска, Норильска содержат фтора в 5-11 выше нормы предельно допустимой концентрации. На сегодня выполняется программа захоронения промышленных шлаков углей и рекультивация земель в Иркутской области.

Таким образом, решение острых экологических проблем в Сибири обеспечивается на разных территориальных уровнях (сибирском, региональном и муниципальном). Разработка перспективных программ устойчивого развития регионов является одним из приоритетов государственной экономики, при этом большая роль отводится созданию экологических карт как обоснованному инструменту управления качеством окружающей среды и обеспечения экологической безопасности территории. На экологических картах отражаются пространственно-временные закономерности развития тех или иных природнохозяйственных систем (отдельных компонентов, процессов и явлений) в контексте защиты и сохранения окружающей среды. На картах показываются системные связи между факторами и результатами экологических ситуаций.

На стыке наук о Земле, экологии и картографии возникло экологическое картографирование, которое берет свое начало в комплексном отраслевом картографировании. Картографические методы и приемы интерпретации, анализа и изучения состава, структуры и динамики природных, социально-экономических и природно-хозяйственных комплексов обеспечивают непрерывность, оперативность и объективность проведения природоохранных мероприятий окружающей природной среды.

Рассмотрим научные подходы ведущих ученых к понятию и содержанию экологических карт. Например, В. Б. Сочава выделял особый класс на картах окружающей среды, на которых отображаются прямые и обратные связи человека и среды его обитания [59]. Другой подход приводит в своей работе [35] С.

Лещицкий, разработавший подробную классификацию карт окружающей среды, разделив их на группы с характеристиками разных элементов природной среды, показывающие степень ее антропогенной трансформированности, а также функциональное планирование территории. А. Г. Исаченко и Т. И. Исаченко [27] инвентаризационные, ресурсные, оценочные, прогнозные и комплекснопланировочные.

В настоящее время экологические карты характеризуются двойственным подходом. Первый подход выражается антропоцентризмом, т.е. карты ориентированы на проблемы экологии человека в том или ином регионе. Во втором подходе изучаются и картографируются отдельные объекты природы (почвы, растительный покров, рельеф и др.), а все остальные природные и антропогенные объекты описывают характерные черты среды обитания человека.

Проведение границ между комплексным экологическим и собственно научными подходами в экологии при исследовании окружающей среды невозможно, так как любые исследования построены в системе «человек – окружающая среда».

В Сибирском отделении РАН с 1990 г. выполнялась научная программа «Экологическое картографирование Сибири», основная цель которой – формирование системы картографического обеспечения для решения региональных задач по инвентаризации, мониторингу, экспертизе и прогнозу состояния природных ресурсов… Итогом программы является создание картографо-геоинформационного центра, оснащенного современной научноинформационной и технической базой» [17]. Также одной из задач программы является разработка системы комплексного и оперативного картографического обеспечения. Система включает систематизацию и унификацию методов:

инвентаризационно-оценочного картографирования;

картографического мониторинга окружающей среды;

прогнозного и интегрального экологического картографирования.

Экологические карты в такой системе являются основным инструментом отображения и интеграции графических (снимков, карт) и других материалов, используемой в геоинформационных системах, комплексирования информации в процессе принятия решений, управления, составления прогнозных оценок состояния геосистем и т.п. [4,5].

В комплексном и оперативном картографическом обеспечении ключевым понятие является природопользование. Функции управления природопользованием основаны на математико-картографических и других моделях знаний [1, 42,43].

В Байкальском институте природопользования СО РАН разработаны оперативные экологические карты на территорию Бурятии по землепользованию, состоянию воздушной и водной сред, транспортно-экологической обстановке, экологии поселений, лесным и рекреационным ресурсам. Частично, материалы отраслевых оперативных экологических карт обобщены при создании серии учебных экологических Республики Бурятия [50-55].

Таким образом, методика разработки и создания экологических карт, их типы и объемы зависят от научного обоснования содержания и основных источников экологической информации.

Научно-методическая оценка программного обеспечения для создания геоинформационных систем Одно из распространенных определений ГИС звучит следующим образом:

«Географическая информационная система (ГИС) определяется как программноаппаратный комплекс, способный вводить, хранить, обновлять, манипулировать, анализировать и выводить все виды географически привязанной информации».

При планировании использования ГИС для решения конкретных задач обычно рассматриваются следующие составляющие структуры и основные компоненты ГИС:

данные (географические пространственные данные):

позиционные (координатные): местоположение объекта на земной поверхности;

непозиционные (атрибутивные): описательные;

аппаратное обеспечение (компьютеры, сети, сканеры, дигитайзеры ит.д.);

программное обеспечение (ПО).

технологии (методы, порядок действий и т. д.).

Таким образом, создание карт не является основной задачей современных ГИС. Для создания карты и получения ее твердой копии большинство функций ГИС не востребованы. Тем не менее, как в мировой, так и в отечественной практике, ГИС широко используются именно для подготовки карт к изданию и, в меньшей степени, для аналитической обработки пространственных данных или управления потоками товаров и услуг. Под изданием, в данном случае, понимается получение твердой копии созданного картографического продукта.

Бурное распространение геоинформационных технологий привело к тому, что на рынке сегодня существует большой выбор программного обеспечения для выполнения ГИС-проектов различного назначения. Российская ГИС Ассоциация предлагает систему классификации программного обеспечения по работе с пространственными данными (ГИС) [30]. В системе выделяется два направления профессиональных ГИС систем – полнофункциональное и специализированное программное обеспечение (рис. 2.2).

Основываясь на приведенной классификации, можно выделить несколько групп программного обеспечения. При этом предварительно необходимо разделить все программное обеспечение на две большие категории – профессиональные коммерческие продукты широкого пользования и заказные специализированные разработки, выполненные под индивидуальные проекты.

Вторая группа, по определению, является сравнительно немногочисленной и менее распространенной, поэтому в настоящем разделе в основном рассмотрены ГИС-системы первой группы.

Программное обеспечение для работы с пространственными данными Рисунок 2.2 – Классификатор программного обеспечения для работы с Инструментальные ГИС обладают необходимым инструментарием для решения разнообразных задач: для организации ввода информации, ее хранения, построения пространственных и атрибутивных запросов, решения пространственных аналитических задач, создания производных карт, подготовки к выводу на твердый носитель картографических изображений. Современные инструментальные ГИС являются растрово-векторными программами, то есть поддерживают работу, как с растровыми, так и с векторными данными.

Инструментальные ГИС имеют функции внутренней и внешней баз данных.

ГИС-вьюверы– программные продукты, обеспечивающие просмотр и чтение созданных проектов ГИС и отдельных наборов картографических данных с помощью инструментальных ГИС. Как правило, ГИС-вьюверы не предоставляют пользователю возможности пополнения баз данных, однако имеют механизмы запросов, которые выполняют операции селекции, позиционирования и изменения визуального масштаба (увеличения/уменьшения) картографических изображений. ГИС-вьюверы имеют функции вывода на печать или экспорта в тот или иной формат изображения (TIFF, JPEG, BMP) или электронного документа в формате PDF. ГИС-вьюверы, как правило, входят составной частью в средние и крупные ГИС-проекты, позволяя широкому кругу конечных пользователей дорогостоящих полнофункциональных инструментальных ГИС на каждом рабочем месте пользователя.

Справочные картографические системы (СКС) сочетают в себе основные функции ГИС-вьюверов по хранению и визуализации геопространственной информации, содержат сценарии составления и выполнения запросов по пространственной и атрибутивной информации. В отличие от ГИС-вьюверов, пользователь использует встроенные базы картографических данных, поставляемых вместе с СКС и не имеет возможность использовать другие ГИСпроекты или базы ГИС-данных.

В отдельную группу можно выделить специальные программные комплексы обработки и распознавания аэрокосмических изображений. Программные комплексы включают модули, отвечающие за коррекцию (фотометрической, радиометрической, атмосферной и геометрической) и тематическое распознавание объектов с использованием спектральных или объектноориентированных характеристик природных образований на изображениях.

стереоизображений с выдачей результата в виде цифровой модели местности и ее производных.

специализированные программные продукты, работающие с пространственной информацией. Такие программные продукты решают задачи обработки полевых геодезических наблюдений и мобильного картографирования и GPS навигации.

обеспечения: по сферам применения для решения узко-специализированных прикладных задач (проектные изыскания, экология, гидрогеология и пр.), по стоимости, типу операционной системы, по вычислительным платформам (персональный компьютер, рабочие станции), одно-системные, многопользовательские, сетевые и т. д. Однако, на наш взгляд, особого внимания заслуживают два новых направления в развитии технологий геоинформационного картографирования - мобильные ГИС системы сбора геопространственных данных и ГИС-технологии распределенного геоинформационного картографирования с использованием сети Интернет.

Длительное время ГИС базировались на двух аппаратных платформах – персональных компьютерах (ПК) и рабочих станциях (Workstation). ГИС, построенные на базе персональных компьютеров, как правило, представляли собой индивидуальные настольные картографические системы, нацеленные на обработку небольших массивов информации и сравнительно недорогие по стоимости. Профессиональные геоинформационные системы строились на основе рабочих станций.

Технологический рывок, произошедший в производстве персональных компьютеров, изменил ситуацию коренным образом - современные ПК по производительности не уступают средним рабочим станциям, а по цене дешевле последних на целый порядок. В последние годы еще одним незаменимым компонентом ГИС стали карманные персональные компьютеры (КПК) (PocketPC), которые позволяют быстро и надежно принимать, обрабатывать, анализировать и передавать пространственную информацию. Преимущества карманных ПК очевидны: малые габариты и вес, многофункциональность, простота использования, относительная дешевизна. В последнее время функции карманных ПК существенно расширились и что привело к появлению нового термина – персональное цифровое устройство (PDA – PersonalDigitalAssistant).

Среди решений на базе мобильных компьютеров наиболее бурный рост отмечен в системах персональной картографии, использующих миниатюрные приемники системы глобальных координат. Фактически это новая ветвь карманных геоинформационных систем широко применяемая как для использования готовых ГИС-карт, так и для сбора информации – мобильного картографирования. Резкое оживление спроса на простейшее ГИС-оборудование наблюдалось вначале среди спортсменов, охотников, рыбаков, туристов. Однако имеющий место бум КПК вызвал потребность уже в более серьезных решениях.

Для все большего числа специалистов разных служб, стремящихся быстро реагировать на изменения обстановки, возникает острая необходимость ориентироваться в незнакомых местах. Для них оказались просто неоценимыми такие возможности современных КПК, как отображение маршрута на цветном экране высокого разрешения, его озвучивание, а также хранение десятков мегабайт географических карт и связанной с ними справочной информации.

Причем в мобильных ГИС логично использовать именно карманные компьютеры, а не ноутбуки.

Существует две совершенно разных точки зрения на перспективы геоинформационного картографирования. С одной стороны, ограниченность этих устройств всегда будет препятствовать использованию их для комплексного пространственного моделирования. Другой проблемой является слабый контраст экрана, ограничивающий возможности чтения информации на ярком солнечном свете.

Многие производители программного обеспечения ГИС для персональных компьютеров выпускают специализированные ГИС-продукты для различных КПК. При этом спектр программных продуктов простирается от простых предназначенных для профессиональной работы в организациях, занимающихся различными видами деятельности: в органах городского и районного управления, УВД, ГИБДД, ОВО, ГО и ЧС, органах Роспотребнадзора, коммунальных службах, проектирующих организациях, фирмах, занимающихся транспортными перевозками и др.

предъявляют определенные требования к программному обеспечению ГИС для КПК, сочетая классические функции просмотра с функциями набора и редактировании информации в полевых условиях. Оснащенные внешними (или встроенными) приемниками GPS, карманные компьютеры позволяют оперативно ориентироваться, обновлять и собирать новую информацию непосредственно в ГИС-форматах, используемых в профессиональных системах инструментальных ГИС. Примером интегрального решения может служить карманный компьютер с PathfinderPower, подсоединяемый к КПК, является примером раздельного решения (рисунки 2.3а, 2.3б) (производитель – компания Trimble).

а) со встроенным GPS-приемником; б) отдельный примник GPS PathfinderPower, подсоединяемый к КПК. Обе системы впускаются компанией Trimble Рисунок 2.3 – Карманный компьютер серииGeoExplorerCE Наиболее известными программными продуктами ГИС для мобильных компьютеров на современном рынке являются:

OnSiteView фирмы Autodesk (полнофункциональное 2DCAD-приложение с возможностями создания и редактирования);

ArcPadGISViewer фирмы ESRI (ГИС-вьюер с возможностью сбора данных, поддержкой больших изображений и менеджером проекта);

Pocket Cortona VRML Viewer фирмы Parallel Graphics (3D VRML-вьюер).

Многие годы развитие PDA осуществлялось за счет модернизации аппаратных средств и программного обеспечения, информационных ресурсов сети Интернет. Очевидно, что наблюдаемый повышенный интерес к мобильным технологиям и беспроводным доступом к распределенным сетям Интернет, приведет к еще более широкому использованию карманные персональные компьютеров в ГИС и системах мобильного геоинформационного картографирования.

Научно-методические основы создания региональных геоинформационных систем Региональные географические комплексы являются сложными природными системами, требующими детального формального описания с использованием различных видов структур данных. Природные системы очень изменчивы в физическом плане, подвержены интенсивному воздействию со стороны человека и хозяйства. Экологические проблемы, связанные с использованием природных комплексов, возникают в Восточной Сибири. К таким проблемам, прежде всего, относятся глобальный рост населения, быстрое развитие промышленности, экономические реформы организация рынка и загрязнение окружающей среды.

Из-за сложной организации региональных географических комплексов использовать их нелегко, но оптимальная и своевременная информация может помочь принимать оперативные решения по развитию этих территорий.

обеспечивающая решение территориальных и ресурсных задач. Использование современного геоинформационного картографирования дает целый ряд преимуществ. В частности, методики современных ГИС обеспечивают:

удобное хранение и использование крупных массивов данных;

эффективное распознавание пространственных соотношений;

возможность принимать более взвешенные решения;

возможность составлять высококачественные географические, экологические и другие тематические карты.

эффективно и наглядно использовать исходную информацию для принятия решений по управлению природными ресурсами.

ГИС, таким образом, открывает широчайшие возможности. Но для того чтобы получить от нее реальную пользу, необходимо понимать, как работает эта система и каким образом с максимальной эффективностью можно пользоваться их преимуществами в той или иной ситуации.

При создании автоматизированных картографических систем (АКС) в взаимоувязанных вопросов, определяющих характер, содержание и возможности использования цифровой картографической основы для территорий городов и регионов. К таким вопросам относятся:

выбор масштаба исходных картматериалов;

определение содержания создаваемой цифровой карты;

обеспечение требуемых нормативов точности;

обеспечение возможностей оперативного приведения цифровой карты в соответствие с текущим состоянием местности (мониторинг);

обеспечение совместимости пространственно-координированных данных различного тематического (отраслевого) характера, полученных различными средствами и представленных в различных формах;

разработка структуры автоматизированной картографической системы, обеспечивающей эффективное многоцелевое использование цифровой карты.

Обсуждение этих вопросов часто приобретает дискуссионный характер с выдвижением противоречивых аргументов технического, организационного и экономического характера. Свою специфику этой дискуссии придают также местные условия – наличие и качество исходных картматериалов, ограниченность технических и финансовых ресурсов, расхождение интересов различных групп разработчиков и пользователей. Как правило, такая дискуссионность не является принципиальной, а возникает в результате механического переноса традиционных картографических представлений в область ГИС-технологий, где эти представления и их концептуальные основы подвергаются в настоящее время существенной трансформации [2,3].

Первой особенностью создаваемых цифровых карт регионов является их размер. На начальных этапах развития и становления цифрового ГИСкартографирования для создания региональных карт требовалось оцифровать десятки, и даже сотни номенклатурных листов существующих печатных карт. Это порождало противоречие между стремлением выбрать как можно более крупный масштаб исходных картматериалов и объемом работ по оцифровке этих материалов. В настоящее время в большинстве регионов все основные картографические материалы (в частности топографические карты) переведены в цифровую форму, и это ограничение уже не является принципиальным.

Как и в классической картографии, при выполнении геоинформационного картографирования на региональном уровне возникают вопросы выбора масштабного ряда и содержания карт. Ключевым вопросом является полнота содержания, детальность и точность создаваемой цифровой карты. Необходимо принять во внимание, что при переходе к более крупным масштабам снижается однородность всей совокупности исходных картматериалов, что проявляется в неполноте охвата территории и в разновременности листов карт и планов. Вовторых, при визуализации электронных карт и при документировании компьютерных карт на "твердом" носителе в мелких масштабах, необходимо многомасштабное представление данных, т.к. диапазон изменения масштабов от исходного до обзорного, обеспечивающего охват всей территории, может изменяться в несколько десятков, а то и сотен раз. Таким образом, проектирование масштабного ряда и содержания цифровых карт для регионального ГИС-картографирования является непременным условием создания картографически корректного и полноценного материала, отвечающего определенным требованиями и стандартам.

Отличительной особенностью цифровых карт в современных системах ГИС является их многослойный характер с потенциальной неограниченностью числа тематических слоев. При этом, если содержание первичной цифровой картографической основы в основном диктуется требованиями к содержанию топографических карт и планов, то последующее ее использование предполагает совмещение с ней тематических данных, получаемых различными способами, различающихся по точности и содержанию, представляемых в различных масштабах и проекциях, и отнесенных к различным участкам территории и моментам времени.

Точность некоторых типов тематических данных может превосходить, соответствовать или быть ниже точности исходных (базовых топографических) картматериалов. Часто тематические данные представляются на картах, проекция которых неизвестна. Кроме того, при использовании материалов аэрокосмических съемок зачастую бывает необходима фотограмметрическая обработка данных.

Как следствие, возникают проблемы геопространственной привязки этих данных к цифровой карте. Другим аспектом является сбалансированное представление картографической информации в ГИС-системе при реализации электронных и компьютерных карт различных масштабов.

Третьей важной особенностью цифровых карт является их объектный характер. Если под цифровой картой понимается модель территории, а не просто графическое ее воспроизведение в принятой системе условных знаков, то должны быть определены пространственные объекты, их местоположение, характеристики и взаимосвязи. Другими словами, ГИС система должна "понимать" карту примерно так, как это делает человек, визуально воспринимая и распознавая ее. Поэтому пространственно-координированные данные должны представляться в цифровой карте в расширенном виде, сопровождаемые формализованными описательными атрибутами и топологическими связями, характеризующими определенные взаимосвязи и отношения компонент географической модели местности.

Еще одной особенностью современных систем геоинформацинного картографирования является возможность обеспечения произвольного объектообразования с формированием иерархических структур и групп любых элементов карты. При этом системы не ограничивают элементы карты по их типам (точечный, линейный или полигональный) и размещению в различных тематических слоях.

Таким образом, данные, собираемые и размещаемые в региональных цифровых ГИС системах, как правило, являются разномасштабными, разновременными и имеющими разную пространственную и тематическую точность. Данные пространственно координируются различными способами, и образовывают многослойную иерархически организованную объектную структуру (графические слои карты с атрибутивно-топологическими связями), которая является основой геопространственной региональной модели заданной территории.

Одной из сложностей геоинформационного картографирования на региональном уровне является то, что создание цифровой картографической основы, удовлетворяющей всем предъявляемым к ней требованиям, в течение короткого периода времени практически невозможно. Поэтому единственная рационально обоснованная стратегия – признать определенную степень несовершенства создаваемой ГИС-модели (в силу очевидности ограничений описанных выше), создать первичную цифровую карту на базе имеющихся картматериалов и организовать процесс постоянного совершенствования этой системы путем мониторинга изменений реальной географической системы и внесения соответствующих корректировок в созданную ГИС-модель.

принципиально должна рассматриваться как динамичный объект, в отличие от статичных единовременно создаваемых графических оригиналов карт и планов.

Эта динамичность обеспечивается за счет оперативной обработки вновь поступающих данных (например, ДДЗ) и модификации цифровой карты, придающей ей новые, отличные от традиционных, качества.

Основные типы и виды данных, используемых для геоинформационного картографирования на региональном уровне, определяются различными факторами, и в первую очередь, выбранным базовым масштабом, временным диапазоном картографирования (динамика изменений или текущее состояние), и собственно тематикой создаваемой ГИС. Существенную роль играет фактор непосредственному использованию. Во многих случаях графические и картматериалы в бумажной форме необходимо перевести в цифровой формат, – как в векторной (графические материалы, карты, схемы), так и в растровой (архивные изображения и аэро и космические снимки) форме. Эти процессы как правило основаны на сканировании исходных носителей в бумажной форме с последующей векторизацией картографических материалов. Атрибутивная информация (таблицы данных, текстовые комментарии и другие неграфические материалы) в ГИС-системах как правило представлена в виде электронных таблиц и баз данных. Ввод и наполнение баз данных может быть осуществлен непосредственно вручную ГИС-оператором или путем предварительного сканирования и автоматического распознавания текста. Независимо от конкретной технологии, ввод информации обоих видов (графический и текстовой) сопровождается внесением ошибок и неточностей.

Как отмечено выше, существуют некоторые проблемы, связанные с поддержанием максимально высокого качества данных на протяжении всего цикла планирования, разработки, создания и эксплуатации карт регионального уровня. Необходимо также отметить, что на определенных стадиях анализа и эксплуатации созданной ГИС-модели определенные манипуляции с исходными данными (или их комбинациями) могут привести к снижению качества результирующих данных, например в результате пространственной фильтрации в процедурах генерализации векторных данных, сглаживания цифровых моделей рельефа, трансформирования и геокоррекции растровых аэро- и космических изображений и другие.

Корректно собранные, обработанные и используемые данные являются залогом качества регионального геоинформационного картографирования. Работа с данными при ГИС-картографировании как правило проходит в четыре основных этапа: первоначальный сбор, ввод данных, анализ данных и представление (геовизуализация).

Первоначальный сбор данных. Региональные ГИС, как правило, являются комплексными продуктами, содержащими разноплановую тематическую информацию, собранную различными ведомствами и подразделениями. Во многих случаях системы регионального ГИС-картографирования создаются путем создания коллектива профессионалов – как специалистов в той или иной области знаний, так и профессиональных ГИС аналитиков и программистов. Как уже отмечалось выше, данные, поступающие от различных пользователей и участников проекта геоинформационного картографирования, могут быть недостоверными, иногда противоречащими друг другу. Каждый из участников совместного ГИС-проекта может интерпретировать «конфликтную ситуацию» посвоему, и, соответственно, предоставить и настаивать на использовании своих данных. Это обстоятельство заслуживает особого внимания: разрешение конфликтов данных должно быть выполнено на этапе предварительного анализа и проектирования ГИС - когда все данные собраны и подготовлены к вводу в систему в определенном формате, улучшить их качество уже практически невозможно.

Как отмечалось выше, собранные данные можно вводить в ГИС различными способами. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Для того чтобы свести до минимума риск ухудшения качества данных, следует определить наиболее адекватный способ их ввода, обеспечивающий максимальную производительность и минимальный уровень вносимых погрешностей.

Одним из преимуществ ГИС является возможность извлечения новой организованными в пространственно перекрывающуюся и географически привязанную многослойную структуру тематических данных. Однако любая манипуляция данными, хранящимися в ГИС, может привести к ухудшению их качества. Такую угрозу представляет, в частности, автоматическая генерализация, сглаживание и пространственная фильтрация, изменение картографических проекций, изменение масштаба данных и наложение нескольких слоев данных.

Довольно часто атрибутивная информация, полученная из разных источников, является причиной существенных сбоев в организации логики данных, что ведет к существенной деградации качества семантической компоненты ГИС-карт.

В большинстве ГИС регионального уровня визуализация окончательной карты является собственно результатом всего проекта. В зависимости от поставленной задачи, результат ГИС-анализа может быть представлен как в статическом виде (классическая карта – как отпечатанная на бумаге, так и сохраненная в цифровом виде в том или ином формате цифровых изображений), так и в виде динамической региональной ГИС-карты, когда пользователю предоставляется возможность генерировать различные варианты карты с использованием тех или иных тематических слоев, регулируя тематическую нагрузку и создавая, по существу, комплекс тематических карт – ГИС-атлас.

Форма вывода и представления ГИС-карт регионального уровня также должна определяться способом доступа к той или иной информации в рамках конкретного ГИС-проекта. Карт-материалы узкого, ведомственного назначения, как правило, представлены в виде файлов в том или ином ГИС-формате и предназначены для использования в специализированных ГИС-программах.

Картографические материалы широкого потребления могут быть доступны широкому кругу пользователей через различные механизмы картографических серверов в сети Интернет. Необходимо также отметить, что форма вывода данных может отразиться на субъективной оценке значимости результатов создания региональных ГИС-карт.

Как правило, ГИС системы регионального уровня призваны решать две главные задачи: построение функциональной модели, обеспечивающей ведение тематического территориального кадастра природных ресурсов, и мониторинга природных ресурсов, обеспечивающим контроль за изменением состояния ресурсов региона.

К сожалению, анализ результатов проведенных исследований по разработке геоинформационных систем показывает, что проектирование, создание и эксплуатация геоинформационных систем являются работами повышенной сложности, что не всегда очевидно заказчикам работ. Аналитическая продукция ГИС позволяет улучшить технические приемы решения практических задач в природоохранной и организационной деятельности, однако эксплуатационные затраты средств и рабочего времени у этого вида информационных систем настолько велики, что во многих случаях руководство после начального периода сворачивает работы по ГИС.

Для успешной реализации работ по созданию и эксплуатации ГИС продуктов регионального уровня необходимо решить следующие взаимосвязанные задачи:

сформулировать информационные задачи и содержание конкретной региональной ГИС;

определить конкретных потребителей информационной продукции ГИС и согласовать с ними требования к этой продукции;

определить порядок получения исходных данных и форму их представления (структура, форматы, сроки);

семантических данных и обеспечить их наполнение;

сформулировать конкретные информационные задачи анализа исходных данных и связанные с этим требования к техническим и программным средствам.

ГИС позволяет визуализировать экологически значимые данные, имеющие географическую привязку, реализовать процедуры выделения и периодического корректирования ареалов экологических проблем, которые характеризуются рядом зафиксированных параметров. Кроме того, ГИС дает возможность осуществлять типизацию проблемных ареалов в соответствии с задаваемыми критериями, что позволяет в реальном времени получать информацию для оценки правильности выбранных приоритетов природоохранной деятельности по конкретным территориям и эффективности проведенных природоохранных мероприятий (с привлечением экономических данных обоснования инвестиций) и скорректировать программы контрольных и других природоохранных мероприятий.

В качестве примера применения описанного подхода приведем основные виды выходной продукции ГИС экологической направленности, получаемые на разных стадиях анализа тематических данных (рисунок 2.4).

Для обеспечения полноценности и достоверности ГИС-продукции регионального уровня, наряду с четко определенной функциональностью системы, необходимо руководствоваться классическим научным методом постановки и решения информационных задач, с выделением следующих этапов:

выделение и классификация геоэкологических проблем;

поиск и сбор исходных данных и материалов;

обусловливающих выделенные геоэкологические проблемы;

решения проблемы;

решение и обоснование информационной задачи;

оформление полученных результатов в соответствии с требованиями заказчика.

Приведенная выше классическая схема довольно часто модифицируется с учетом особенностей поставленной задачи создания ГИС-карт для того или иного региона. Как один из вариантов, ниже приведена схема разработки экологических ГИС регионального уровня:

а) поиск и сбор исходных данных и материалов;

б) характеристика экологических проблем на основании собранных данных;

в) построение моно- и поликомплексных карт, характеризующих компоненты окружающей среды;

Обоснование приоритетов природоохранной планирование контрольных мероприятий Типологическое районирование территорий по базовым и критериальным показателям со справочным выводом управляющего показателя территорий по базовым показателям Построение «постановочной» инвентаризационной карты (по показателям, характеризующим экологическую или управленческую проблему, с которой связана постановка информационной задачи) Базы семантических и картографических данных (элементарные покрытия в Рисунок 2.4 – Виды выходной продукции ГИС, получаемые на разных стадиях анализа тематических данных в ГИС экологической направленности г) типологическое районирование территории субъекта федерации на основе имеющихся моно- и поликомплексных карт с использованием тематических данных;

д) выработка рекомендаций по решению управленческой задачи:

оценка правильности выбранных приоритетов природоохранной деятельности;

природоохранных мероприятий;

мероприятий;

г) оформление полученных результатов в соответствии с требованиями заказчика.

Как уже отмечалось выше, алгоритм формирования структуры и функций региональных ГИС-моделей и карт в каждом конкретном случае уникален и определяется требованиями к функционированию и содержанию ГИС-продукции, наличием картматериалов, доступностью геопространственных, статистических и других данных, доступностью программного обеспечения, и, не в последнюю очередь, квалификацией персонала, задачей которого является сбор, обработка и анализ данных.