4. Связь индикаторов с индикатами

Индикаторы по характеру связке индикатом и по степени геогра­фической устойчивости, этой связи делятся на определенные группы. По первому из указанных свойств среди индикаторов различают прямые и косвенные. К прямым относятся те, которые имеют непосредст­венную связь с индикатами, а к косвенным, которые связаны с инди­катом через какое-либо промежуточное звено. Например, в песчаных пустынях фитоценозы с господством фреатофитов, присутствие кото­рых возможно лишь в условиях связи их корневой системы с грунто­выми водами, являются прямыми индикаторами последних, а расте­ния, указывающие на благоприятные условия аэрации песков и ин­фильтрации осадков в них, – лишь косвенными, так как позволяют только предполагать возможность формирования под песками линз грунтовых вод.

По степени географической устойчивости своей связи с индика­том индикаторы могут быть разделены на панареальные, региональ­ные и локальные. К первым относятся те, которые сохраняют единообразную связь с индикатом на всей той территории, в пределах кото­рой они встречаются (т. е. своего ареала). Региональный индикатор сохраняет свое значение лишь в пределах одной или нескольких об­ластей со сходными физико-географическими условиями. Локальные индикаторы обладают устойчивой связью с индикатом только в каком-либо узком физико-географическом районе. Панареальные инди­каторы обычно являются прямыми, региональные и локальные инди­каторы чаще бывают косвенными (Викторов, Востокопа, Вышивкин, 1962). Как уже отмечалось, косвенные региональные индикаторы в любом районе оказываются обычно значительно более частыми, чем прямые панареальные. Это придает большинству индикационных закономерностей определенную географическую изменчивость. Она приобретает большое значение при экстраполяции индикаторов, т. е применения того или иного индикатора с территории, для которой он был выявлен, на другие территории, более или менее аналогичные по физико-географическим условиям.

Экстраполяция индикационных закономерностей является одной из важнейших проблем практики индикации, так как производство специальных исследований по выявлению индикаторов и индикатов в каждом районе нерентабельно. В настоящее время различают следующие основные виды экстраполяции: а) внутриконтурную – распростране­ние результатов индикационных исследований, произведенных у точ­ки наблюдения, на . весь прилежащий ландшафтный контур, б) внутриландшафтную – в пределах площади, занятой определен­ным ландшафтом, в) региональную – в пределах региона (т. е. круп­ного физико-географического комплекса), г) дальнюю, представля­ющую собой распространение применения индикационной схемы, составленной для одного региона, на другие, имеющие некоторые общие черты с первым, но лежащие или в других частях той же при­родной зоны (зональная экстраполяция), или в разных зонах (интер­зональная экстраполяция). Для обоснования экстраполяции необхо­дим анализ степени однородности изучаемых регионов, сходства их ландшафтной структуры и зависимости ее от факторов, обусловли­вающих зональное и внутризональное расчленение территории. Важ­нейшим методическим приемом при этом оказывается выделение ландшафтов – аналогов, которые, собственно, и создают основу для экстраполяции. Обнаружение таких ландшафтов является предметом специальных сравнительных физико-географических исследований, проводимых обычно камеральным путем, с помощью сопоставления литературных и картографических материалов.

При экстраполяции следует дифференцированно оценивать воз­можность ее для комплексных ландшафтных индикаторов и для част­ных; последняя может оказаться изменчивой даже в пределах одного района, если он достаточно велик. В частности, для геоботанических индикаторов особенно велико значение вытянутости района с севера на юг. В целом достоверная экстраполяция ландшафтных индикато­ров достаточно надежна лишь в пределах ландшафтов и физико-географических областей, если они выделены с учетом геологического строения территории и ее генезиса. Дальняя и особенно межзональ­ная экстраполяция пока довольно сомнительны (Валях, Чаповский, 1977).

Одной из важнейших характеристик любого индикатора является его достоверность, определяющая во многих отношениях его практи­ческую ценность. Единых общепринятых способов оценки этого свой­ства индикаторов, как частных, так в особенности комплексных, пока не разработано. Наиболее исследован этот вопрос для ботанических, геоботанических и геоморфологических индикаторов, для ориентиро­вочной количественной оценки достоверности которых существуют различные шкалы. Обычно достоверность индикатора определяется путем оценки степени сопряженности (совместной встречаемости) ин­дикатора и индиката, вычисленной после изучения некоторого числа пробных участков, на которых встречен исследуемый индикатор и проверено наличие или отсутствие индиката. Одна из распростра­ненных, но упрощенных шкал достоверности геоботанических инди­каторов имеет следующий вид. В отдельных отраслях инди­кационного ландшафтоведения, в частности в индикационной геобо­танике, существуют более совершенные и точные способы оценки достоверности индикаторов (Миркин, Розенберг, 1978).

Для оценки практической эффективности индикатора кроме досто­верности следует знать его значимость, т. е. частоту, с которой он встречается в связи с объектом индикации (в пределах определен­ного района). Значимость является как бы дополнением к оценке достоверности, поскольку два индикатора, одинаково достоверные, могут встречаться в связи с объектом с разной частотой: один может присутствовать во всех сделанных нами описаниях, другой – только на малой его части. Авторы, предложившие понятие значимости (Викторов, Востокова, Вышивкин, 1962), указывают, что достовер­ность и значимость не тождественны друг другу, а способы опреде­ления их существенно различны. Оценивая достоверность, исходят из всей суммы участков, на которых встречен индикатор, и выявляют, на скольких из них присутствует индикат, а при оценке значимости исходят из суммы участков с присутствием объекта индикации и оп­ределяют, на скольких из них отмечено наличие индикатора. Указан­ные характеристики были предложены для ботанических и геобота­нических индикаторов, но они могут быть применены ко многим дру­гим труппам.

При пользовании ботаническими индикаторами (видами, расами, тератами) рекомендуется определять (Викторов, Востокова, Вышив­кин, 1962) еще и их концентрацию. Под ней подразумевают ту степень обилия, или покрытия, с какой ботанический индикатор встречается вместе с объектом индикации. Представим, что какие-либо два вида растений, имеющих одинаковые степени достоверности и значимости, встречаются в существенно различном обилии (покрытии). Обилие одного велико, и он получит высокую оценку концентрации, другой же хотя и достоверен и значим, но встречается в таких ничтожных оби­лиях, что почти не может быть обнаружен. Таким образом, степень концентрации отчасти является показателем заметности ботаниче­ского индикатора. Определение концентрации не получило пока широкого распространения, но при изучении растительных индикаторов полезных ископаемых (где обычно имеют дело с весьма дробными таксонами систематики растений) оно, безусловно, полезно.

Шкалы значимости и концентрации имеют несколько условий и эмпирический характер. Они разработаны на примере аридных ре­гионов (шкала концентрации – только для Ферганы), и примени­мость их в иных условиях нуждается в проверке. Шкалы приведены » табл. 1 и 3 (шкала концентрации дана только в величинах покры­тия, поскольку этот показатель наиболее эффективен для ориентиро­вочной характеристики заметности).

28. . Использование материалов аэро- и космических съемок при создании геоинформационных систем

В различных областях человеческой деятельности стремитель­но развиваются информационные технологии. В общем понима­нии информационная технология включает:

• теорию,

• методы,

• сред­ства,

• системы,

• направленные на сбор, обработку и использование информации.

Существуют специализированные пространствен­ные информационные системы для работы с информацией об объектах, явлениях и процессах, имеющих определенное место в координатном пространстве. Такие системы принадлежат к классу географических информационных систем, обозначаемых сокра­щенно ГИС. При организации и управлении территорий, ведении кадастра и мониторинга земель применяют геоинформационные системы, которые представляют собой модель пространственного размещения объектов местности с соответствующей смысловой (атрибутивной) информацией о каждом из них. ГИС представляет собой инструмент для принятия практических решений опреде­ленной тематической направленности на основе всеобъемлющей информации, хранящейся в ее среде. Геоинформационные техно­логии это процесс:

• организации,

• связи,

• манипулирования,

• анализа,

• представления пространственных данных.

ГИСы имеют различную организацию, поэтому круг и слож­ность решаемых задач также широки и разнообразны. Например, можно ограничиться получением статистической информации о конкретном землевладении и регистрации земельной собственно­сти или выполнить анализ глобальных проблем, связанных с со­хранением экологического равновесия в зонах деятельности пред­приятий. С помощью ГИС можно выполнять:

• мониторинг народо­населения,

• производства сельскозяйственной продукции,

• послед­ствий природных катастроф,

• оптимизацию маршрутов движения общественного или личного транспорта,

• расположения площадок под промышленное или жилищное строительство,

• проложения трубопроводов, линий электропередач, дорог и т. п.

Любая геоинформационная система состоит из пяти основных компонентов:

• аппаратные средства;

• программное обеспечение;

• данные;

• исполнители;

• методы.

Аппаратные средства представляют собой различные типы компьютеров. Это могут быть отдельные персональные компьюте­ры и связанные в единую сеть посредством мощного сервера.

Программное обеспечение ГИС позволяет выполнять различные операции по вводу, хранению, анализу и визуализации простран­ственной информации. Программы включают отдельные состав­ляющие: модуль ввода картографической информации и действий с ней; систему управления базой данных; программу запроса про­странственной информации, ее визуализации и анализа, графи­ческий пользовательский интерфейс для оперативного доступа к хранящейся информации. В некоторых ГИС используется допол­нительное программное обеспечение для решения специальных задач, например для автоматического проектирования или тема­тического углубленного статистического анализа.

Данные, хранящиеся в информационной базе, являются наибо­лее важным компонентом ГИС. Прежде всего, это планово-кар­тографическая основа, получаемая пользователем с помощью про­граммного обеспечения самой ГИС или приобретенная у других производителей данной продукции. Создание планов и карт в рамках самой ГИС можно осуществлять по материалам наземной геодезической съемки или фотограмметрическим методом, по аэро- и космическим снимкам. Смысловую и статистическую информацию получают из соответствующих организаций и под­разделений в виде отчетов, таблиц, картограмм и т. п. При работе со снимками основную информацию получают в процессе де­шифрирования. В ГИС объединяются данные о пространствен­ном положении объектов с атрибутивной информацией о них, при этом существующие в ее среде системы управления базой данных (СУБД) позволяют систематизировать сведения, управ­лять информационными потоками и использовать их для реше­ния конкретных задач.

Исполнители, работающие с программными средствами ГИС, разрабатывают стратегию оптимального использования возмож­ностей системы при реализации поставленной задачи. Квалифи­кация исполнителей определяется знаниями компьютерных тех­нологий, аэро- и космической съемки, фотограмметрии и дешиф­рирования, геодезии, картографии и в направлениях областей ис­следования, например землеустройстве, кадастре или планировке поселений.

Методы представляют собой сочетание оптимально составлен­ного плана работы, соответствующего специфике конкретной ре­шаемой задачи и возможностям геоинформационной системы. Выбор метода, строгость его организации и исполнения определя­ют успех и эффективность применения ГИС.

Современные геоинформационные системы, как правило, имеют подсистемы обработки аэро- и космических фотографических или нефотографических (радиолока­ционных и тепловых) снимков. Получаемые в результате ортофототрансформирования изображения являются основой для созда­ния базовых топографических планов и карт, которые в свою оче­редь представляют собой в ГИС базу для пространственного раз­мещения информации. Преобразовывать цифровые изображения можно не только в прямоугольную систему координат, но практи­чески в любую из применяемых в картографии. В процессе созда­ния ортофотоизображений программными средствами улучшается качество изображений: проводится выравнивание по оптической плотности, повышается проработка деталей в тенях, изменяется контрастность изображений, цвет изучаемого класса объектов и т. п. Улучшение качества изображения способствует повышению точности фотограмметрической обработки и интерпретации изоб­ражений.

ГИС могут быть специального назначения для решения до­вольно узкого тематического круга задач или многофункциональ­ные, применяемые для сбора, анализа информации и составления оптимальных проектов широкого спектра человеческой деятель­ности.

На сегодняшний день, термин геоинформационные системы (ГИС) принято понимать в 2 смыслах:

1. система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах.

2. инструмент (программный продукт), позволяющий пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.

ГИС-программы позволяют хранить и визуализировать не только пространственную информацию, но и большое количество самых разнообразных сопутствующих данных. Визуализация накопленных данных отличается высокой образностью, целостностью представляемой картины и легкостью восприятия. Наконец, с использованием ГИС связан высокий аналитический потенциал, необходимый при обработке данных. В этом заключается актуальность использования ГИС в экологии и природопользовании.

Под данными дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) понимаются первичные и производные материалы аэросъемок и космических съемок, полученные в результате съемки Земли со спутников, оборудованных специализированными сенсорами. Такие данные различаются по пространственному охвату территории съемки, разрешению снимка, количеству каналов съемки и дате съемки.

Наиболее известными и легкодоступными данными ДЗЗ являются снимки, сделанные в видимом диапазоне (например: снимки предоставляемые сервисами Google, Yandex, Yahoo и др.). Существуют другие данные, включающие в себя несколько спектральных каналов. Например: Landsat, ASTER, SPOT. Сравнивая и комбинируя значения яркости разных каналов, можно получать важные данные о тех или иных явлениях на поверхности Земли, которые визуально определить невозможно.

В геоэкологических исследованиях чаще всего используются мультиспектральные снимки, как наиболее информативные. Часть из них можно получить в свободном доступе, другие только на договорной основе. Стоимость таких снимков зависит от их конкретных характеристик.

Актуальность использования данных ДЗЗ объясняется достоинствами таких данных. Они заключаются в следующем:

• Достоверность предоставляемой информации

• Сравнительно большой охват территории съемки

• Периодическое обновление снимков

• Относительно легкая доступность

Для работы с ГИС и обработкой данных ДЗЗ используется программное обеспечение: ArcGIS 9.3 (ESRI) и ENVI 5.0 (Exelis VIS).

Основные результаты работы, связанные с ГИС и обработкой данных ДЗЗ:

1. Создание геоинформационной базы данных природных территорий. База данных содержит комплекс основной информации о территории (границы, зонирование, природоохранное обустройство, места обитания видов, включенных в Красную книгу, уникальные природные объекты и т.п.). Помимо самой базы данных в состав ГИС-проекта встроен специально спрограммированный модуль, который представляет собой инструмент, компилирующий (из атрибутивных данных базы) информацию в специальные формы.

2. Создание геоинформационных баз данных районов. Базы данных содержат полную информацию о территории, включая результаты исследований различных направлений.

3. Исследования многолетней динамики геосистем.

4. Инвентаризация природных и антропогенных объектов.

5. Создание тематических карт.

6. и др.

29. Мировой фонд космических съемок.