Лекція №8 Інформаційне забезпечення екологічного картографування

План лекції

1. Класифікація інформації для екологічного картографування та її коротка характеристика

2. Застосування ГІС–технологій в інформаційному забезпеченні екологічного картографування

Початкова інформація, яку збирають для складання карт, є неоднорідною для різних територій та об'єктів, а також сфер їх екологічної характеристики. До неї належать дані польових спостережень, матеріали дистанційного зондування, картографічні матеріали, створені раніше, текстові дані, відомості, які стосуються моніторингу довкілля, інформаційні системи екологічних даних тощо. Шляхи отримання даної інформації також різноманітні й залежать від об'єктів картографування, його тематики, наявних відомостей та інших умов, що визначають конкретне завдання по створенню карт.

Картографічні бази включають цифрові карти і матричні контурні карти різних рівнів детальності, які мають різний початковий масштаб. Матричні карти будуються на основі приписування блокам моделі цифрової або кодової характеристики. Цифрова характеристика визначає середнє значення певного параметру або показника в даному блоці. Наприклад: середнє значення абсолютної відмітки поверхні землі, середня потужність водоносного горизонту, відсоток лісистості, відносна забудованість території, приналежність даного блоку до певного району або до певного річкового басейну. В останніх двох випадках даному блоку приписують певний код.

Відповідно, в базі даних зберігаються матриці показників і параметрів. Контурні карти будуються шляхом виділення контурів полів об'єктів і показників, що мають однакові характеристики або значення. Наприклад, контури розподілу порід певного віку, ландшафтна карта, річкове русло. В базі даних в цьому випадку зберігається інформація тільки про контур об'єкту.

Контурні карти зручні для довідково–інформаційної системи, внаслідок їх меншої умовності, порівняно з матричними. Не виключається поєднання матричних і контурних карт для одного показника або характеристики. Сучасний етап картографування характеризується інтенсивним впровадженням ГІС–технологій і цифрових методів отримання карт з використанням відповідної інформації. Як указується в Концепції Національної програми інформатизації, в Україні, на основі картографічних баз даних, передбачається утворення багатоцільової інформаційно–технологічної бази з використанням геоінформаційних технологій збору, збереження, аналізу всієї сукупності відомостей для моделювання і подальшого прогнозу екологічного стану територій.

8.1. Класифікація інформації для екологічного картографування та її коротка характеристика

Зважаючи на різноманіття інформації, що використовується для екологічного картографування, її класифікують по певних критеріях. Особливе значення для мети картографування мас класифікаційний показник по умові просторової "прив'язки" інформації.

Для завдань екологічного картографування застосовують три основні типи об'єктів просторової "прив'язки" або локалізації інформації. До них належать:

– адміністративно–територіальний;

– геосистемний;

– моніторинговий.

Адміністративно–територіальний тип. Інформація по цьому типу включає різні види показників, які належать до адміністративно– територіальних одиниць країни, що картографуються. При цьому розглядаються такі адміністративно–територіальні одиниці як адміністративні області і райони; міста та інші населені пункти обласного та районного підпорядкування; сільськогосподарські, лісогосподарські, промислові та інші підприємства й організації.

Інформаційне забезпечення, що відповідає даному типу, наступне. По адміністративних областях і районах існують оглядові статистичні матеріали, які характеризують ресурси поверхневих вод, різне використання земель, забруднення атмосфери та ін. природних компонентів. Ці матеріали регулярно готуються відповідними службами: гідрометеорологічною, екологічною, сільськогосподарською, лісогосподарською тощо. По населених пунктах постійно розробляються узагальнені статистичні матеріали. їх створенням займаються гідрометеорологічні, екологічні, санітарно–епідеміологічні, водогосподарські та ін. служби крупних населених пунктів і промислових центрів. Дослідження на національному рівні становлять основне джерело інформації, яке є базою для екологічного картографування країни у цілому.

Вони включаються в річну доповідь про стан навколишнього природного середовища в Україні, що представляється Верховній Раді. Також використовується звітність обласних Державних управлінь по охороні навколишнього природного середовища. Крім того, розглядаються оглядові та статистичні матеріали, що стосуються сільсько–, водо– та лісогосподарських об'єктів.

Геосистемний тип включає:

- ландшафти як комплексні природні утворення, що піддаються антропогенні дії;

- водозбірні басейни різного рівня, в межах яких здійснюється накопичення та перерозподіл забруднюючих речовин;

- компоненти природного середовища, що розглядаються як підсистеми;

- техногенні територіальні утворення різного вигляду ієрархічного рівня.

По об'єктах цього типу, як правило, відсутні статистичні та інші інформаційні матеріали, які регулярно готуються. У зв'язку з цим для цілей екологічного картографування необхідно проводити спеціальні дослідження.

Моніторинговий тип включає різні територіальні об'єкти, по яких ведуться екологічні вимірювання: конкретні точки (пункти) земної поверхні; лінії (маршрути) досліджень; площі зйомок.

Моніторинг ведеться:

– постійно діючими стаціонарними станціями і пунктами мережі спостережень і контролю стану навколишнього природного середовища;

– наземними і авіа–космічними мобільними способами регулярного і періодичного або разового збору екологічної інформації.

Існуюча система екологічних досліджень і вимірювань утворює неоднаковий ступінь інформаційного забезпечення при розробці екологічних карт. Найдоступнішою для користувача по показнику просторової "прив'язки" є система основних матеріалів (табл. 8.1).

Таблиця 8.1 – Основні джерела інформації для створення екологічних карт

Типи об'єктів локалізації інформації	Джерела інформації
Адміністративно – територі–альний: райони, міста і ін. Поселення обласного підпорядкування лісо–, водо– та сільськогосподарські об'єкти	Державні і відомчі статистичні форми звітності і огляди земельних, лісових., водних і ін. ресурсів забруднення компонентів ОПС національного і обласного рівня. Галузеві статистичні форми звітності і стану лісо–, водо–, сільськогосподарських об'єктів
Геосистемний: Басейни річок. Ландшафти. Компоненти ландшафтів. Техногенні об'єкти	Матеріали екологічних досліджень наземними і дистанційними методами, існуючі картографічні джерела, техніко–економічні обґрунтовування, оцінка вплину на навколишнє природне середовище проектованої діяльності (ОВНС) та ін. Матеріали
Моніторинговий: Станції (пости) спостережень Лінії (маршрути) досліджень. Площі досліджень	Бюлетені і довідники про стан атмосферного повітря, поверхневих вод і ін. Матеріали екологічних досліджень наземними і дистанційними методами

В загальному вигляді класифікація джерел інформації для екологічного картографування представлена в таблиці 8.2. Кожний тип інформації, вказаний в ній, може мати більш детальний поділ.

Найбільш важливі та широко використовувані при картографуванні матеріали – статистичні, картографічні, аерокосмічні.

Таблиця 8.2 – Класифікація джерел екологічної інформації

Критерії класифікації екологічної інформації	Тип екологічної інформації
Характер джерела інформації	Картографічна. Аерокосмічна. Статистична. Описова
Період тимчасового обхвату	Довгострокова (10 і більше років). Середньострокова (5–10 років). Поточна ( річна). Сезонна ( частина року). Оперативна. Екстрена.
Об'єкт "прив'язки" інформації Ступінь покриття території	Адміністративно–територіальна. Природно–територіальна(геосистемна). Покомпонентна ( в середині геосистем). Мережна (моніторингова). Безперервна(континуальна).Переривиста (дискретна)
Характер об'єктів "прив'язки" інформації	Точкова. Лінійна. Площадкова
Вид подачі інформації Рівень розгляду (дослідження) по територіальному охопленні	Кількісна. Якісна. Бальна (ранжована). Глобальна (Земля в цілому). Трансгранична (Україна з прилеглими територіями). Національна. Регіональна .Місцева (локальна)
Рівень розгляду за ієрархією об'єктів	Біосферна ( мегаекологічна). Ландшафтна (ландшафтно–екологічна). Екоснстемна (синекологічна) Популяція (демекологічна). Видова (аутекологічна)
Групи організмів (суб'єкти оцінки)	Флористична. Фауністична. Антропосистемна
Вид дії на організм	Фізичні параметри .Хімічні параметри. Біологічні параметри

Статистична інформація. Відповідно до законодавства в Україні проводиться робота по створенню статистичної інформації, яка передбачає єдині принципи та методики отримання даних. В межах країни існує автоматизована система збору, збереження, обробки та розповсюдження статистичної інформації, яка може бути використана у картографуванні. При цьому велике значення мають статистичні матеріали, отримані при режимних спостереженнях, на об'єктах мережі гідрометеорологічної служби, спеціалізованих стаціонарах, включаючи заповідники. Наприклад, для отримання початкової інформації по розрахунках параметрів забруднення навколишнього природного середовища широко використовуються статистичні матеріали по клімату.

Картографічні матеріали характеризуються чіткою просторовою локалізацією об'єктів, класифікацією або рубрикацією якісних і кількісних показників, що відображаються.

Велике значення для вивчення динаміки природного середовища під впливом природних процесів і антропогенної діяльності мають старі карти і плани, створені на основі зйомок. Зіставляючи їх із сучасними, а також з аеро– і космічними знімками знаходять і аналізують зміни географічних об'єктів і явищ за період 50, 100 та 150 років.

Аерокосмічна інформація в даний час достатньо обширна. Космічна система вивчення природних ресурсів Землі включає: пілотовані космічні станції типу "Салют"; автоматичні космічні апарати типу "Метеор" і "Космос"; пункти прийому та міжгалузевої обробки інформації; центри отримання, первинної обробки та розповсюдження космічної інформації.

Широко використовуються телевізійні та сканерні зображення високої та середньої роздільної здатності, які одержуються з російських супутників "Метеор", американських "Ландрат", французьких "Спот". Елементи роздільної здатності становлять 20–85 м. На зображеннях сканерів високого ступеня розрізняння, особливо кольорових синтезованих знімках, виділяються ті ж об'єкти, що і на фотографічних, але при цьому забезпечується регулярне повторення зйомки. Вони зручні для автоматичної обробки, оскільки поступають з орбіти в шифрованому вигляді та використовуються для оперативного контролю.

Фотографії, отримані в цій системі, мають велику якість зображення місцевості (декілька метрів). Вони забезпечують можливість стереоскопічного вивчення об'єктів і дають цінну інформацію про всі об'єкти поверхні.

Особливо актуальне значення має космофотоінформація для вивчення стану, використання й обліку земель, які зумовлюють оцінку екологічного стану земельних ресурсів. Використання космічної інформації при екологічному картографуванні дозволяє налагодити систематичне спостереження за станом земельних ресурсів.

Переваги використання космічних фотознімків при екологічному картографуванні земель визначаються об'єктивною оптичною інформативною місткістю, достовірністю, точністю і необхідною періодичністю отримання інформації.

Зміст карти, що розробляється з використанням космофотознімків, може бути розділений на три частини: загальногеографічну (елементи топографічної основи), тематичну, яка відображає сучасне розміщення і використання земель та екологічну. Тематичний зміст карти включає: сільгоспугіддя (рілля, багаторічні насадження, пасовища, сінокоси), землі лісового та водного фонду, землі населених пунктів і інші.

Екологічне навантаження карти відображає екологічний стан земельних ресурсів (підтоплення, руйнування від ерозійних процесів) і землі, які пошкоджені господарською діяльністю людини (кар'єри, промислові зони, відвали). Вибір способів зображення об'єктів, що картографуються, зумовлюється вимогами генералізації, призначенням і масштабом карти.

Інформаційні джерела, що використовуються для розробки карти включають, разом з космофогознімками, топографічні та тематичні карти, фондові та літературні матеріали, які підбираються та аналізуються в напрямі, що дозволяє одержувати повну інформацію про екологічний стан земель Підбір інформації повинен відповідати тематичній орієнтації досліджень і мати конкретний територіальний обхват. Одним з визначальних чинників вибору і оптимізації параметрів космічних фотознімків є спектральний діапазон, від якого залежить можливість сприйняття закладеної в них інформації і використання її для певної мети.

Розпізнавання сільськогосподарських угідь на космічних знімках проводиться переважно по прямих дешифрувальних ознаках. Оцінка екологічного стану земель здійснюється на основі аналізу специфічних відхилень у фотогоні (кольорі) та структурі фотозображення з використанням індикаційних еталонів. У процесі складання карти розробляються індикаційні таблиці прямих і непрямих дешифрувальних ознак картографованих об'єктів.