Геоэкологический мониторинг В-7

1. Значение аэрокосмической информации для геомониторинга биоресурсов.

 

Носителем информации при  аэрокосмических съемках является многоспектральное отраженное излучение, характеризующее оптические свойства природных объектов. По этим свойствам можно судить о состоянии и строении последних. Оптические свойства объектов меняются в течение года, сезона и суток. На них оказывает влияние целый ряд природных факторов и явлении [5, 19].

При аэрокосмических исследованиях  земная поверхность изучается в  видимой и ближней инфракрасной области спектра (визуальные наблюдения, телевизионная съемка, фотосъемка), а также в других частях спектра (инфракрасная, радиолокационная, спектрометрическая съемка), кроме того, выполняется  ряд специальных съемок. Характеристики основных видов аэрокосмических съемок приведены в табл. 1 [10].

В настоящее время основной объем информации, полученной при  дистанционных исследованиях, представлен  материалами, отснятыми в видимой  области спектра (длины волн λ = 0,38...0,76 мкм). Видимое излучение с различной длиной волны воспринимается глазом в виде светового и цветового изображения объектов.

Для получения наиболее полной информации об объекте исследований - реке с ее долиной, поймой, руслом, по возможности следует одновременно рассматривать материалы съемок, выполненных в различных диапазонах спектра.

Аэровизуальные  наблюдения проводятся с вертолета или с самолета с целью общего осмотра района работ, контроля полноты и достоверности выполненного дешифрирования, выделения границ затопления пойм, ледовой разведки на реках и озерах. Аэровизуальные наблюдения выполняются по маршрутам, заранее намеченным на картах или фотосхемах, иногда проводятся одновременно с аэрофотосъемкой и часто сопровождаются перспективной съемкой любительской камерой. Наблюдаемые объекты наносятся на карты (снимки) кодовыми обозначениями [38].

При наблюдениях из космоса  скорость перемещения космического корабля (8 км/с) резко ограничивает время разового наблюдения, но позволяет  повторить наблюдение через небольшой  промежуток времени. Выбор объектов наблюдения ограничен орбитой, которая  может проходить вдоль или  поперек долин крупных рек. При  большой обзорности, высокой разрешающей  способности аппаратуры и смене  одного региона другим возможно выделение  региональных особенностей у рек, видимых  с выбранной орбиты [5, 8].

 

 

1. Альтер С.П. Ландшафтный метод дешифрирования аэрофотоснимков. - М.; Л: Наука, 1966. - 88 с.

2. Беркович К.М., Кирик О.М., Сваткова Т.Г., Чалов Р.С. Карта «Русловые процессы на реках СССР для высшей школы и методика се составления». - М.: Вестник МГУ, 1982, вып. 5, с. 10-16.

3. Бобир Н.Я., Лобанов А.Н., Федорук Г.Д. Фотограмметрия. - М.: Недра, 1974. - 472 с.

4. Богомолов Л.А. Дешифрирование аэроснимков. - М.: Недра, 1976. - 146 с.

5. Брюханов А.В., Господинов Г.В., Книжников Ю.Ф. Аэрокосмические методы в географических исследованиях. - М.: Изд-во МГУ, 1982. - 232 с.

6. Виноградов Б.В., Кондратьев К.Я. Космические методы землеведения. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - 192 с.

7. Виноградов Б.В. Космические методы изучения природной среды. - М.: Мысль, 1976. - 286 с.

8. Виноградов Б.В. Преобразованная земля. - М.: Мысль, 1981. - 296 с.

9. Водные ресурсы рек  зоны БАМ / Под ред. А.И. Чеботарева, Б.М. Доброумова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 272 с.

10. Востокова Е.А. Использование аэрокосмических фотоснимков при гидрогеологических исследованиях в пустынях. - М.: Недра, 1980.

11. Временные методические  рекомендации по использованию  спутниковой информации. Оценка затоплений речных пойм. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 48 с.

12. Глушков В.М., Комаров В.Б. Применение радиолокационной аэросъемки при геолого-географических исследованиях.- Л.: Недра, 1981.- 240 с.

13. Гонин Г.Б. Космическая фотосъемка для изучения природных ресурсов. - Л.: Недра, 1980. - 320 с.

14. Гравис Г.Ф. Склоновые отложения Якутии (условия накопления и промерзания, криогенное строение). - М.: Недра, 1969. - 128 с.

15. Гришанин К.В. Теория руслового процесса. - М.: Транспорт, 1972. - 216 с.

16. Дешифрирование многозональных  аэрокосмических снимков. Альбом. - М.: Наука, 1982. - 52 с.

17. Живичин А.Н., Соколов В.С. Дешифрирование фотографических изображений. - М.: Недра, 1980. - 254 с.

18. Исследования природной  среды с пилотируемых орбитальных  станций / Под ред. К.Я. Кондратьева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 400 с.

19. Калинин Г.П., Курилова Ю.В., Колосов П.А. Космические методы в гидрологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 184 с.

20. Кац Я.Г., Рябухин А.Г., Трофимов Д.М. Космические методы в геологии. - М.: Изд-во МГУ, 1976. - 248 с.

21. Кирик О.М., Сваткова Т.Г., Чалов Р.С. Изучение русловых процессов на примере Вилюя. - В кн.: Космическая съемка и тематическое картографирование. М., 1980, с. 113-118.

22. Комаров В.Б., Старостин В.А., Наявро Б.П. Радиолокационная аэросъемка и ее значение в комплексе аэро- и космических методов геологических исследований. - В кн.: Исследования природной среды космическими средствами. Геология и морфология. - М., 1973.

23. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 272 с.

24. Копалиани З.Д., Ромашин В.В. Проблемы русловой динамики горных рек. - Труды ГГИ, 1970, вып. 183, с. 81-98.

25. Копалиани З.Д., Цхададзе В.С. Типы речных русел Западной Грузии. - Труды ГГИ, 1972, вып. 195, с. 20-32.

26. Кудрицкий Д.М., Попов И.В., Романова Е. А. Основы гидрографического дешифрирования аэроснимков. - Л.: Гидрометеоиздат, 1956. - 344 с.

27. Кучко Л.С. Аэрофототопография. - М.: Наука, 1974. - 272 с.

28. Лобанов А.Н. Аэрофотография. - М.: Недра, 1978. - 276 с.

29. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. - М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 346 с.

30. Методические указания управлениям Гидрометслужбы № 72. Определение поверхностных скоростей течения (расходов воды) рек с помощью аэрофотосъемки и фотосъемки с берега. - Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - 112 с.

31. Методические рекомендации по измерению расходов воды рек аэрометодами. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 134 с.

32. Нефедов К.Е., Попова Г.А. Дешифрирование грунтовых вод по аэрофотоснимкам. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 180 с.

33. Олюнин В.Н. Происхождение рельефа возрожденных гор. - М.: Наука, 1978.

34. Оспенников Е.Н., Труш Н.И., Чижов А.Б., Чижова Н.И. Экзогенные геологические процессы и явления. Южная Якутия. - М.: Изд-во МГУ, 1980. - 228 с.

35. Пиньковский С.И. Типы речных русел Северо-Востока СССР и полуострова Камчатка. - Труды ГГИ, 1966, вып. 120, с. 55-97.

36. Попов И.В. Аэрофотосъемка и изучение вод суши. - Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - 188 с.

37. Прокачева В.Г., Снищенко Д.В., Усачев В.Ф. Дистанционные методы гидрологического изучения зоны БАМа. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 224 с.

38. Рекомендации по учету руслового процесса при проектировании ЛЭП. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973.

39. Рекомендации по размещению и проектированию рассеивающих выпусков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1981. - 224 с.

40. Рекомендации по учету деформаций речных русел при проектировании инженерных сооружений на реках зоны Байкало-Амурской железнодорожной магистрали. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 72 с.

41. Симонов Ю. Г. Региональный геоморфологический анализ. - М.: Изд-во МГУ, 1972. - 250 с.

42. Смирнов Л.Е. Теоретические основы и методы географического дешифрирования аэроснимков. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1967. - 214 с.

43. Смирнов Л.Е. Аэрокосмические методы географических исследований. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1975.

44. Снищенко Б.Ф. Типы руслового процесса и их возникновение. - Труды ГГИ, 1980, вып. 263, с. 4-40.

45. Снищенко Б.Ф. Русловой процесс на урбанизированных участках рек. - В кн.: Гидрологические аспекты урбанизации. М., 1978, с. 51-60.

46. Снищенко Д.В. Использование аэрокосмической информации для прогноза руслового процесса на обширных территориях. - В кн.: Доклады XII Конференции Придунайских стран по гидрологическим прогнозам. Братислава, 1984, т. 4-7.

47. Снищенко Д.В. Опыт использования материалов аэрофотосъемки для оценки руслового процесса рек зоны БАМ. - Труды ГГИ, вып. 276, 1980, с. 100-107.

48. Снищенко Д. В. Возможности использования телевизионных снимков с ИСЗ «Метеор» для оценки типов руслового процесса. - Труды ГГИ, вып. 299, 1984, с. 55-59.

49. Снищенко Д.В. Наледная многорукавность как характерный тип руслового процесса на реках зоны БАМ. - Труды ГГИ, вып. 299, 1984, с. 59-63.

50. Толстихин О.Н. Наледи и подземные воды Северо-Востока СССР. - Новосибирск: Наука, 1974, - 164 с.

51. Хайдаров Р.М. Динамика дельты реки Или. - Труды ГГИ, вып. 160, 1968, с. 180-221.

52. Хуторцев И.И. Влияние концентрированных рубок леса на эрозию горно-лесных почв. - В кн.: Эрозия почв в Бурятской АССР и организация борьбы с ней. - Улан-Удэ, 1964, с. 201-210.

53. Шилин Б.В. Тепловая аэрофотосъемка при изучении природных ресурсов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 248 с.

54. Шумков И.Г. Речная аэрогидрометрия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 208 с.

55. Чалов Р.С. Географические исследования русловых процессов. М.: Изд-во МГУ, 1979. - 232 с.

56. Чернов А.В. Геоморфология пойм равнинных рек. - М.: Изд-во МГУ, 1983. - 198 с.

Современный уровень исследований лесных экосистем обуславливает  необходимость обработки больших  массивов данных, связанных с характеристикой  их биоразнообразия, т.е. создания специальной информационной системы, позволяющей осуществлять систематизацию и анализ материалов в рамках территориальных единиц разного масштаба. В этих целях ставилась задача разработать программу научно-технического обеспечения мониторинга биоразнообразия на основе 
создания ГИС-технологий и использования аэрокосмической информации. Формирование этой целевой программы включало разработку процедур, позволяющих проводить обобщение, стандартизацию и анализ разнородных данных о состоянии лесов для получения оперативного представления о текущем состоянии лесных территорий и прогноза динамики.

Разработка данной программы  сопровождалась решением ряда научно-методических задач:           

 разработка тематического  содержания и базовых алгоритмов  ГИС;           

 подбор типовых информационных  материалов, формирование картографических  и семантических баз данных  с совмещением разнородных картографических  материалов;           

 выбор параметров и  оптимальных оценочных процедур  для определения таксономического  и экосистемного биоразнообразия лесов, расчет индексов разнообразия для отдельных территорий;           

 биологическая интерпретация  ДДЗ с помощью выявленных характеристик  лесных территорий;           

 разработка приемов  многоуровневой генерализации параметров  биоразнообразия;           

 автоматизация базовых  операций по вводу и преобразованию  данных, поддержка разнообразных  форматов импорта/экспорта данных, простая и ясная визуализация  исходных данных, результатов их  преобразований и анализа.

В соответствии с основными  задачами мониторинга природных  объектов с использованием ГИС выполняются  инвентаризационные, аналитические  и прогнозные функции, на основе которых  должны строиться организационно-управленческие функции со стороны ЛПР. Структура  информационной системы включает три блока, образующих единую ГИС «Мониторинг биоразнообразие лесов России». На рисунке представлено содержание инвентаризационного и аналитического блоков разрабатываемой информационной системы.

Блок 1 – инвентаризационный. Первая составная часть инвентаризационного блока предназначена для хранения и преобразования первичной полевой информации – результатов геоботанических, почвенных и других специальных описаний. Вторая часть содержит пространственную базу данных, включающую главным образом географические характеристики поверхности Земли (соответствующего масштаба и разрешения), материалы в виде существующих и обновленных карт, преобразованных в векторные картографические слои разного масштаба, а также растровые слои, представленные данными дистанционного зондирования (ДДЗ). Хранение и преобразование результатов полевых описаний реализовано в виде реляционной базы данных (БД) под управлением Microsoft Access 2002. Элементом хранения является площадка описания, наблюдаемые и измеряемые характеристики которой содержатся в полях (колонках) тематических таблиц, связанных друг с другом по ключевым полям.

Рисунок. Содержание инвентаризационного  и аналитического блоков информационной системы

Поля таблиц повторяют  позиции стандартного бланка, принятого  в геоботанических, почвенных и  ландшафтных описаниях. Стремясь к  максимальной унифицированности БД, ее структура сделана по возможности максимально дробной. Вместе с тем каждая таблица имеет поле «примечание», позволяющее хранить информацию, относящуюся к тематике описания, но не имеющей специального места для хранения. Наиболее распространенная в настоящее время СУБД

Microsoft Access, с избытком обеспечена специальными пособиями и курсами, что при необходимости позволяет модифицировать структуру БД под специфичные цели конкретных исследований. Встроенный в СУБД язык SQL-запросов позволяет свободно преобразовывать хранящиеся данные любым способом и готовить таблицы для тематического анализа в специальных программах. Стандартные средства позволяют импортировать и экспортировать табличные данные всех распространенных форматов. Встроенный язык программирования VBA позволяет произвольным образом расширять стандартные возможности СУБД в области импорта/экспорта данных специфичных форматов, проверки ошибок ввода данных, формирования таблиц любой структуры для анализа во внешних программах.