6. Геоэкологическое картографирование. Геоэкологические информационные системы

Создание геоэкологических (экологических) карт рассматривается как логическое завершение самостоятельного исследования ‒ эколого-географического (экодиагностического) анализа территории, нацеленного на определение тех условий и свойств, которые характеризуют окружающую человека среду. Критерии и показатели, отражаемые на таких тематических картах, имеют строго антропоцентрический смысл и соответствуют тем экологическим требованиям, которые человек предъявляет к окружающей среде, к ее природным и природно-антропогенным элементам.

Взаимодействие человека с окружающей природной средой обусловлено его материальными и духовными потребностями. Для понимания его места и роли в современном мире необходимо установить связи человека с теми экологически значимыми и ценными свойствами природной среды (ландшафтов), которые в комплексе обеспечивают его выживание, практическую деятельность, интеллектуальное и духовное развитие.

К важнейшим для человека экологическим свойствам среды относятся выгодное географическое положение, наличие различных природных ресурсов, уровень тепло- и влагообеспеченности территории, водные пути, красота природных ландшафтов, их уникальность и неповторимость и др. Отбор этих свойств (показателей), их анализ и оценка являются ключевыми моментами в эколого-географических исследованиях, способствующих гармонизации отношений общества и природы при организации системы природопользования и рациональному обустройству территории на ландшафтной основе. Территория, которая служит естественным базисом размещения всех элементов среды обитания человека, является важнейшей подсистемой в геоэкосоциальной системе. Поэтому оценка и картографирование экологического состояния отдельных территориальных выделов с учетом их устойчивости и способности к самовосстановлению присущих им природных ландшафтов ‒ одна из важнейших задач всего экодиагностического исследования.

На современном этапе геоэкологическое (экологическое) картографирование достаточно прочно утвердилось в географии и геоэкологии, находя все более широкие подходы к созданию картографических произведений различного экологического содержания. Значительный интерес к геоэкологическим картам, обусловленный главным образом стремлением понять и улучшить окружающую человека среду, предъявляет высокие требования к созданию данных карт, заставляет увеличивать не только информационную емкость экологических картографических материалов, но и их наглядность, доступность для восприятия и практического использования.

Несмотря на относительную «молодость» геоэкологическое картографирование уже накопило достаточно обширный опыт, о чем свидетельствует большое количество публикаций. Особое место среди карт экологического содержания принадлежит картам комплексной оценки экологического состояния территории, раскрывающим на основе различных тематических и частных экологических карт закономерности и особенности взаимодействия системы «природа ‒ общество» на конкретных территориях.

Важным направлением в достижении цели и решении конкретных задач геоэкологического картографирования является разработка тематических географических информационных систем (ГИС).

ГИС – это аппаратно-програмный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных, информации и знаний о территории для их задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества.

Выделяются четыре основных периода развития геоинформационных систем:

Пионерный период (поздние 1950е - ранние 1970е гг.) - исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы

Период государственных инициатив (ранние 1970е - ранние 1980е гг.) - развитие крупных геоинформационных проектов, поддерживаемых государством, формирование государственных институтов в области ГИС, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп

Период коммерческого развития (ранние 1980е - настоящее время) – широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных

Пользовательский период (поздние 1980е – настоящее время) - повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет пользователям самим адаптировать, использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

В любой ГИС выделяют следующие составляющие:

• аппаратные средства;

• программное обеспечение, которое содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации;

• данные, которые могут быть представлены в виде готовых карт с требуемыми тематическими слоями, либо в виде снимков космической и аэрофотосъемки и пр.

Существуют следующие классификации ГИС.

По функциональным возможностям ГИС подразделяются на:

• профессиональные,

• настольные,

• вьюверы,

• электронные атласы.

По видам представления пространственной информации:

• растровая модель данных или растровое представление,

• векторная модель данных, или векторное представление.

Следует отметить, что современные программы обычно работают как с векторной, так и с растровой моделями данных. Можно лишь говорить о более развитом инструментарии для обработки векторной или растровой графики.

По принятой в системе топологической модели данных:

• без поддержки топологии;

• с поддержкой объектной топологии;

• с поддержкой линейно-узловой топологии.

По принципам внутреннего устройства ГИС подразделяются на

• открытые системы,

• закрытые системы.

По пространственному охвату различают

• глобальные или планетарные,

• субконтинентальные,

• национальные,

• межнациональные,

• региональные,

• субрегиональные

• локальные (местные),

• муниципальные;

• ультралокальные ГИС.

С точки зрения проблемной ориентации:

• инженерные;

• имущественные;

• ГИС для тематического и статистического картографирования;

• библиографические системы обработки изображений спутниковых данных и др.

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 и др.

Функции ГИС:

1. Ввод и редактирование данных.

2. Поддержка моделей пространственных данных.

3. Хранение данных.

4. Преобразование систем координат и трансформация картографических проекций.

5. Растрово-векторные операции.

6. Измерительные операции и операции аналитической (координатной) геометрии.

7. Полигональные операции.

8. Пространственно-аналитические операции (операции пространственного анализа).

9. Пространственное моделирование (геомоделирование).

10. Цифровое моделирование рельефа и анализа поверхностей.

11. Вывод данных.

Источники данных для ГИС:

1. Картографическая основа ГИС.

2. Данные дистанционного зондирования.

3. Система спутникового позиционирования.

4. Данные САПР и геодезические технологии.

Комплексная геоэкологическая ГИС – это система, выполняющая сбор, кодирование, хранение, систематизацию, обработку, анализ и воспроизведение информации, заложенной в ней или полученной в результате моделирования по какой-либо программе.

В такой ГИС традиционно выделяются четыре подсистемы:

1) сбора данных и ввода;

2) управления данными, сортировки их и классификации по заданным признакам;

3) вычислительной обработки и комбинирования данных по заданной программе, картографического редактирования;

4) представления текущей и прогнозируемой ситуации в виде схем и карт с выводом на графопостроитель и дисплей.