Лабораторні заняття

1. Ідентифікація об'єктів природоохоронної тематики за космічними фотоматеріалами (4 год.)

Мета. Упізнавання або ідентифікація об'єктів за фотофізіономічними компонентами ландшафту, антропогенними спорудами, характером використання земель, антропогенними змінами або порушеннями фізіономічних компонентів.

2. Дешифрування природного середовища за космічними фотознімками (4 год.)

Мета. Дешифрування космофотознімків по рисунку фотозображення (тону, кольору, структурі), його розмірах і текстурі фотозображення.

3. Складання карт природних умов (8 год.)

Мета. За матеріалами космічних зйомок скласти ландшафтну, гідрогеологічну та геоморфологічну карти окремого регіону.

4. Складання карт сучасного стану природного середовища (8 год.)

Мета. За космічними фотоматеріалами скласти карти використання земель, лісів, боліт та заболочених земель, антропогенних природно-територіальних комплексів (ПТК) відповідних регіонів.

5. Створення природоохоронних карт (8 год.)

Мета. На основі космічних знімків створити карту охорони й раціонального використання природних ресурсів вказаного регіону.

Тема 1. Сучасний стан і принципи природоохоронного картографування з використанням космічних знімків.

1.1. Сучасний стан тематичного картографування за матеріалами космічних зйомок.

У наш час значно зріс антропогенний вплив на природне середовище й дуже великого значення набули заходи щодо її охорони й раціонального використання. При цьому усе ширше впроваджується комплексний підхід до проблеми охорони природного середовища. Зараз це не тільки заходи щодо охорони тваринного й рослинного світу, але й по охороні всього природного комплексу в цілому, тобто всієї сукупності ландшафтних компонентів. Охорона природного середовища нерозривно пов'язана з раціональним використанням її ресурсів, їхнім відтворенням і боротьбою з непродуктивною витратою природних ресурсів, захистом від антропогенного порушення й забруднення.

Проблеми охорони природи й навколишнього середовища, раціонального використання й відтворення природних ресурсів є в наш час найбільш актуальними для всього цивілізованого світу. У зв'язку з наростаючими явищами нераціональної експлуатації природних ресурсів, техногенного порушення й промисловим забрудненням навколишнього середовища все більше число окремих дослідників і більших колективів підключаються до вивчення й розробки заходів щодо охорони природи. Робота проводиться як у напрямку розробки часткових заходів, диференційовано спрямованих на охорону окремих компонентів природи, так і комплексних, призначених для охорони й раціонального використання всіх компонентів й елементів ландшафту в цілому.

Комплексний підхід до всієї проблеми охорони природного середовища вимагає розгляду антропогенного впливу не тільки на один який-небудь компонент (або елемент) ландшафту, але на ландшафт у цілому, вивчаючи всі компоненти у взаємодії на основі існуючих усередині- і міжландшафтних взаємозв'язків. Такий підхід необхідний як при констатації змін, що вже відбулися в природному середовищі (які часто виражаються в погіршенні природного потенціалу, в опустеленні території), так і для прогнозування майбутніх можливих змін (для планування необхідних заходів щодо охорони й раціонального використання тих чи інших ресурсів в інтересах людського суспільства).

Для наукового планування заходів щодо охорони й раціонального використання природного середовища необхідні матеріали, що характеризують всю територію в цілому. Такими матеріалами в першу чергу є спеціальні тематичні карти. Картографічний підхід до вивчення антропогенного впливу на природу, до виявлення й оцінки порушених територій дозволяє одержати наочні високоінформативні документи, що відображають сучасний стан природно-територіальних комплексів або їхніх компонентів й обгрунтовуючі найбільш об'єктивне планування заходів щодо охорони й раціонального використання природних ресурсів.

Картографічне забезпечення цих заходів має ряд специфічних особливостей. Першою з них є та, що карти повинні мати чітко певне призначення, а їхній масштаб, територіальне охоплення й спеціальне навантаження відповідати спеціалізації плануючої галузі. Другою особливістю можна вважати необхідність комплексного відображення сучасного стану й прогнозу можливих подальших антропогенних змін природного середовища. Тільки на підставі такого комплексного підходу й можливе складання карти рекомендованих природоохоронних заходів. Ця особливість визначає необхідність складання серій карт для забезпечення заходів щодо раціонального використання природних ресурсів й їхній охороні. Нарешті, третьою особливістю є вимога оперативності таких серій тематичних карт, спрямованих на забезпечення заходів раціонального використання й охорони природних ресурсів. Необхідна оперативність складання тематичних карт, спрямованих на забезпечення раціонального планування заходів, раціонального використання природних ресурсів й охорони природного середовища, можлива тільки на основі використання сучасних об'єктивних методів вивчення й картографування середовища - на основі використання матеріалів космічних фотозйомок.

Матеріали дистанційного зондування Землі з космосу, зокрема, космічні фотознімки, представляють дослідникові великий обсяг оперативної інформації про природне середовище. Маючи більшу оглядовість і високу дозвільну спроможність на місцевості, вони дозволяють у короткий строк вивчати й картографувати значні по площі території. Матеріали космічних фотозйомок найбільш доцільно й ефективно використовувати саме для комплексного картографування регіонів, тобто створення серій сполучених карт.

Карти, що складають по космічних фотоматеріалах, не підмінюють і не дублюють накопичений картографічний фонд, вони доповнюють його новими даними, отриманими на основі космічного зондування, забезпечуючи системне вивчення природних комплексів. Ці карти нового типу можна назвати космофототематичними. Специфіка тематичних карт визначається вимогами системного картографування, що полягає в:

- переважному відображенні якісних і кількісних характеристик, одержуваних у результаті інтерпретації космічних зображень;

- відборі показників взаємовпливу природних факторів;

- максимально повному відображенні сучасного стану природних ресурсів, а також напрямків й інтенсивності їхньої антропогенної видозміни;

- відповідності складу карт й їхнього змісту розв’язуванню першочергових завдань господарського розвитку, що стоять перед кожним з конкретних регіонів;

- припустимої генералізації змісту карт для цілей загальної системної характеристики природних комплексів й їхнього практичного використання фахівцями різних напрямків при розв’язуванні різноманітних галузевих завдань;

- введенні фотозображення місцевості в зміст основи тематичних карт, що забезпечує їхня документальність і полегшує роботу з картами.

Використання матеріалів космічних зйомок для розробки карт природи відкриває новий важливий напрямок сучасної картографії. Можливості використання матеріалів космічних зйомок для розв’язування наукових і господарських завдань розглядаються у світовій літературі починаючи з 1965 р. Із цих питань накопичений великий матеріал, частково узагальнений у різних оглядах і монографіях.

Більшість дослідників указують на доцільність використання матеріалів космічної фотозйомки саме для цілей тематичного картографування й фізико-географічного районування. Це пояснюється основними особливостями космічних фотознімків, які завдяки охопленню більших площ представляють найбільші можливості для об'єктивного й швидкого складання нових або відновлення існуючих тематичних карт природи.

Залежно від характеру розв'язуваних завдань, наявності кадрів й устаткування споживачі космічної фотоінформації мають потребу в документах різних видів і різного ступеня завершеності (негативний і позитивний матеріал, контактний й збільшений друк, фотосхеми, фотоплани, фотокарти, тематичні космофотокарти). Однак до 60 % споживачів воліють використовувати космічну інформацію в її найбільш завершеному й просторово певному вигляді - у вигляді карт.

Планомірність надходження і якість космічних матеріалів у цей час перебувають на такому рівні, що цілком можливо порушувати питання про систематичне використання цієї фотоінформації в тематичному картографуванні. Різні види космічної фотозйомки, починаючи від інтегральної чорно-білої й закінчуючи багатозональною, що виконується в порівняно вузьких зонах електромагнітного спектра, дають можливість одержувати зображення з різною інформативністю й дозволяють забезпечувати, таким чином, складання карт у глобальних, загальнодержавних, регіональних і локальних масштабах. Територіальне охоплення космічними зйомками таке, що у ряді великих регіонів створені фотосхеми й фотокарти як у природних або адміністративних границях, так й у системі топографічної розграфки полистно. Використання космічної фотоінформації, що покриває значні площі, дозволяє вірогідно й широко екстраполювати точкові або локальні наземні спостереження.

Специфічні властивості космічної інформації як джерела картоскладання забезпечують виконання основних сучасних вимог до тематичних карт:

- багатоаспектність інтерпретації даних дозволяє виконати багатобічне й цілеспрямоване картографування природних комплексів;

- єдина фотокартографічна основа, що використовується для тематичних карт, полегшує узгодження характеристик природних об'єктів й їхню однакову локалізацію в картографічному зображенні;

- одночасовість вихідної інформації із всіх видів і напрямків картографування - принципово нова властивість, надзвичайно важливе з позицій системного картографування, яким, як правило, не володіють традиційні методи складання тематичних карт,- дозволяє вірогідно картографувати сучасний стан середовища;

- скорочення строків збору тематичної інформації набагато прискорює цикл підготовки картографічних документів за рахунок зниження обсягу трудомістких процесів наземної тематичної зйомки;

- можливість повторної реєстрації стану природних комплексів через певні проміжки часу дозволяє виявити найважливіші тенденції зміни й розвитку природних комплексів і виробничих систем, що сприяє надійності прогнозування.

Для тематичного картографування використовуються в основному матеріали фотографічних і телевізійних зйомок з космосу. Це дозволяє в даній главі зупинитися лише на огляді використання матеріалів космічної фото- і телезйомки для цілей картографування природних ресурсів й їхнього сучасного стану. Слід зазначити, що якщо в вітчизняній пресі найбільша увага приділяється використанню матеріалів космічної фотозйомки, то в закордонній літературі найбільше широко освітлене питання застосування мультиспектральних зображень, отриманих зі штучних супутників типу «Ландсат» (ЕРТС).

Ці знімки використовуються для складання оглядових карт природних ресурсів, особливо карт використання земель і систематичного спостереження за станом навколишнього середовища.

Більшість дослідників відзначають істотні й численні переваги використання космічних матеріалів для цілей тематичного картографування. Одним з найважливіших переваг можна вважати зростання тематичної й геометричної детальності картографування. Питанням використання космічних фотоматеріалів для цілей космічного картографування велика увага приділялася на міжнародних географічному й геологічному конгресах, на міжнародних картографічних конференціях і семінарах.

У цілому можна відзначити, що картографуванню навколишнього середовища на основі використання космічної відеоінформації протягом останніх десяти років приділяється велика увага. Цим питанням приурочені численні дослідження вітчизняних і закордонних учених.

Увагу дослідників привертають також питання точності картографування, можливості й доцільності використання різномасштабної аерокосмічної інформації для відновлення карт. Розгляд цих оглядових робіт показує:

- матеріали космічних зйомок найбільш раціонально використовувати при картографуванні природних умов, об'єктів й явищ;

- ці дослідження зосереджені переважно в локальних колективах і ще не виконуються в загальнодержавних масштабах;

- основна увага приділяється картографуванню окремих природних компонентів, особливо геологічному картографуванню й складанню карт використання земель.

Для розглянутої теми складають інтерес наступні аспекти використання матеріалів космічного зондування Землі для цілей картографування:

- створення серій тематичних карт, особливо для цілей охорони навколишнього середовища;

- картографічне спостереження за станом навколишнього середовища, тобто картографічний моніторинг;

- складання окремих картографічних документів сучасного стану тих або інших природних ресурсів або компонентів ландшафту;

- створення тематичних карт за допомогою автоматизованих засобів.

Картографування окремих компонентів ландшафту на основі космічних знімків відображено в численних роботах, що висвітлюють питання, головним чином, методики картографування тих або інших видів природних ресурсів або компонентів навколишнього середовища.

Найбільш повно матеріали дистанційного зондування використовуються для розв’язування різноманітних проблем картографування в області геологічних наук. Використання космічних фотознімків для цілей геологічного картування має вже велику практику й енергійно розвивається й на Україні, і за кордоном.

Використання космічної інформації для створення тематичних карт знайшло застосування також й в інших галузях науки й виробництва. Це найбільш повно відбито в збірниках статей, у яких основна увага приділена використанню багатозональних знімків при створенні різних карт природи й природних ресурсів. А. Ф. Вороніна, В. А. Ніколаєв й інші дослідники розкривають методику складання ландшафтних карт по космічних фотоматеріалах і приводять приклади побудови таких карт на райони Прикаспію, Тургаю, Мангишлаку. Ця методика базується на розроблених В. А. Ніколаєвим положеннях дрібномасштабного картографування ландшафтів. Велика увага приділяється створенню по космічних знімках карт сільськогосподарської тематики, у тому числі карт використання земель, ґрунтових, земельних угідь й ін. Аналізу сільгоспугідь за матеріалами дистанційного зондування надається велике значення й за рубежем.

Космічні фотоматеріали знаходять застосування при геоморфологічному картографуванні, що підтверджується при картографуванні сніжного покриву і льодовиків.

Однак основна перевага космічної фотоінформації реалізується при створенні на її основі серій взаємозалежних тематичних карт. Цей напрямок найбільш послідовно й повно здійснюється в роботах, що розробляють методику комплексної картографічної інвентаризації природних ресурсів великих територій.

Комплексне картографування й створення серій тематичних карт є додатком системного підходу в картографії, що характеризується двома аспектами - дослідженням (аналізом) геокомплексів як систем й їхнім моделюванням у системі карт. Системний підхід одержує своє втілення в створенні серій тематичних карт на основі використання космічних фотоматеріалів.

У результаті розробок для цілей інвентаризації й картографічного забезпечення заходів щодо охорони навколишнього середовища на основі дешифрування космічних фотознімків створюються принципово нові серії карт - природного (екологічного) потенціалу або природних умов, сучасного стану навколишнього середовища, що рекомендують природоохоронних заходів.

Для складання карт цих серій як основу використовують фотокарти, що складають по космічних фотоматеріалах.

При створенні серій природоохоронних карт найбільша увага приділяється питанням картографічного відображення антропогенного впливу на навколишнє середовище, обліку й оцінки цього впливу, особливо для сільськогосподарського виробництва. Для створення серій тематичних карт по космічних фотоматеріалах для інвентаризації природних ресурсів і забезпечення заходів щодо охорони навколишнього середовища розроблені методи й технологічні схеми, виконані барвисті проби карт і підрахований експериментальний тираж пробного аркуша серії, визначені вимоги до вихідної інформації.

Широкі можливості розкриваються перед комплексною тематичною картографією в результаті використання багатозональних знімків і матеріалів їхньої первинної обробки. Дослідження комплексної інтерпретації багатозональної зйомки були проведені по дешифруванню сільськогосподарського використання земель і дана оцінка дешифруванню різних об'єктів на знімках, виконаних у вузьких зонах електромагнітного спектра.

Як показують дослідження знімків, отриманих у вузьких зонах спектра, для комплексного тематичного картографування досить перспективно використовувати кольорові складові зображення, що одержуються шляхом синтезу багатозональних знімків.

Створення серій тематичних карт для забезпечення заходів щодо охорони навколишнього середовища являє собою часткову задачу комплексного тематичного картографування за матеріалами космічних зйомок.

Великий інтерес при використанні космічної відеоінформації для цілей природоохоронного картографування представляють роботи з вивчення порушення природних умов і забруднення навколишнього середовища. Однак робіт, що розглядають досвід і перспективи використання матеріалів космічних фотозйомок для створення карт антропогенних змін ландшафту й для побудови карт охорони природи, поки ще досить мало, хоча принципова можливість використання космічних знімків для цих цілей була показана у роботі С. В. Скатерщикова, де проведено аналіз і запропоновано класифікацію порушених ландшафтів стосовно до дешифрування космічних фотоматеріалів; наведений приклад її застосування при складанні карти охорони природи.

Регулярне надходження матеріалів космічної зйомки визначило можливість і доцільність використання космічної відеоінформації для спостереження за антропогенними процесами і явищами навколишнього середовища, за станом природних ресурсів. Ці дослідження проводяться методом фіксування змін як на різночасних знімках, так і на спеціальних картах, створених на основі космічної інформації для планування господарського використання території й забезпечення картографічними матеріалами плануючим і керуючим виробництвом відомств. Матеріали космічної фотозйомки пропонується використовувати також для картографічного моніторингу навколишнього середовища, використовуючи для цих цілей у якості «нульового відліку» серії карт природних умов і сучасного стану ресурсів і середовища. Однією зі сторін такого космічного моніторингу є картографування джерел забруднення навколишнього середовища й постійне спостереження за ними по наступних зйомках. Зокрема, велику увагу приділяється спостереженню за станом поверхневих вод.

Важливою стороною космічного моніторингу й картографування стану навколишнього середовища є створення комплексу автоматизованої обробки космічної інформації й складання за цим даними тематичних карт.

У зв'язку з інтенсивним впливом людини на навколишнє середовище першорядною метою тематичного картографування є розробка матеріалів, спрямованих на забезпечення прогнозу антропогенних змін навколишнього середовища у зв'язку зі здійснюваними, а головне, проектованими перетвореннями. Це визначає ряд проблем складання тематичних карт по космічних фотоматеріалах.

Основною проблемою є розробка методики й проведення тематичного картографування сучасного стану природних ресурсів, що включає розробку методики кількісної оцінки сучасного стану природних ресурсів по космічних фотоматеріалах; вивчення динаміки природних й антропогенних процесів за матеріалами космічних фотозйомок; установлення раціонального комплексу тематичних карт, обов'язкових і необхідних для рішення поставлених завдань; розробку оперативної методики найбільш ефективного використання космічних фотоматеріалів для складання тематичних карт; визначення оптимальних шляхів впровадження й використання тематичних карт.

Космічні фотоматеріали для створення тематичних карт раціонального використання природних ресурсів і забезпечення заходів щодо охорони навколишнього середовища повинні мати певні властивості:

- мати високу якість, що забезпечує одержання шляхом дешифрування досить надійних даних для розробки тематичного змісту карт;

- містити значний обсяг матеріалів космічної фотозйомки, що забезпечує можливість створення карт у будь-якому територіальному компонуванні (на великі фізико-географічні регіони або окремі територіально-виробничі комплекси; на окремі райони або адміністративні області);

- мати достатнє традиційне наземне обґрунтування у вигляді картографічного й літературного фондів, що дозволяють проводити картоскладальні роботи з мінімумом дорогих перевірок на місцевості.