Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «БАЙКАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
«БАЙКАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК»
На правах рукописи
Бешенцев Андрей Николаевич
ИНФОРМАЦИОННАЯ КОНЦЕПЦИЯ
КАРТОГРАФИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ГЕОСИСТЕМ
25.00.33. – «Картография»
Диссертация
на соискание ученой степени
доктора географических наук
Научный консультант –
чл.-кор. РАН, доктор географических наук,
профессор Тулохонов Арнольд Кириллович
Улан-Удэ – 2013
СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………………………................ 12
Раздел 1 Картографическая информация – продукт территориальной
19
деятельности…………………………………………………………
1.1 Информационное отображение географической
19
действительности……………………………………………………
1.1.1
Информация…………………………………..……...........
1.1.2
Сущность информационного подхода при картографи- 23
19
ровании действительности...................................................
1.1.3
1.2
Картографическая информация………………………....... 27
Информационная оценка занимаемой территории………..…..….
30
1.2.1
Источники пространственной информации……………… 30
1.2.2
Психофизиологический механизм информационной
35
оценки территории …………..………..………...................
1.2.3
1.3
1.4
Регистрация параметров геосистем.....................................
Создание геоданных………………………………………………
2.2
44
1.3.1
Структура геоданных….………………...………………… 44
1.3.2
Методы создания геоданных……………………………… 46
1.3.3
Способы создания геоданных……………………………..
52
Морфологическая структура картографической информации…..
54
1.4.1
Образование геоинформации….……………………...…… 54
1.4.2
Создание картографической информации………………... 56
1.4.3
Классификация картографической информации …...…… 58
Раздел 2 Картографический мониторинг геосистем….………..…………...
2.1
40
61
Мониторинг географической среды……………………………….. 61
2.1.1
Пространственный мониторинг географической среды… 61
2.1.2
Специфика картографического мониторинга …………...
65
Картографирование геосистем………………….………………..... 69
2.2.1
Природно-хозяйственные геосистемы…………….……… 69
2
2.2.2
Картографирование природопользования геосистем……. 72
2.2.3
Индикационные показатели картографического
77
мониторинга геосистем…………………………………….
2.3
Современная организация картографического мониторинга
82
геосистем…………………………………………..………….…….
Раздел 3 Информационная концепция картографического мониторинга
88
геосистем…………………………………………………………….
3.1
Современные теоретические концепции картографии…………... 88
3.2
Модернизация картографического мониторинга геосистем…….. 91
3.2.1
Информатизация картографического метода
91
исследования………………………………..….…………...
3.2.2
Технологическая модернизация картографического мо-
93
ниторинга……………………………………………………
3.2.3
Программно-техническая модернизация картографиче-
96
ского мониторинга…………………………………...……..
3.2.4
Информационно-телекоммуникационная модернизация
101
картографического мониторинга…..………..………...…..
3.3
Морфологическая структура информационной концепции кар-
107
тографического мониторинга геосистем…………………………..
3.4
Информационные концепты картографического мониторинга…. 110
3.4.1
Математический концепт...................................................... 110
3.4.2
Семиотический концепт…………………………………… 114
3.4.3
Технологический концепт…………………………………. 117
3.4.4
Социально-экономический концепт……………………… 119
Раздел 4 Технологический механизм картографического мониторинга
124
геосистем ……………………………………………………………
4.1
Информационная регистрация параметров геосистем…………… 124
4.1.1
Регистрация пространственных параметров геосистем…. 124
4.1.2
Регистрация субстанциональных параметров геосистем.. 128
3
4.1.3
Картографическое хранилище векторных геоданных
133
для мониторинга геосистем………………………………...
4.2
4.3
4.4
Картографирование геоданных......................................................... 136
4.2.1
Редакционно-подготовительные работы……...………….. 137
4.2.2
Визуализация геоданных………………………………….. 141
4.2.3
Создание карт мониторинга геосистем…………………... 148
Картографическое моделирование..……………………………….
153
4.3.1
Пространственное моделирование………………………... 153
4.3.2
Семиотическое моделирование…………………………… 158
Геоинформационная система картографического мониторинга
163
природопользования…………………...............................…………
4.4.1.
Геоинформационная модель территории……………...…. 163
4.4.2.
Разработка ГИС картографического мониторинга при-
168
родопользования бассейна оз. Байкал……………...…..…
4.5
Контроль качества картографического мониторинга
174
геосистем…………………………………………..………………...
Раздел 5 Общественно-исторический механизм картографического
182
мониторинга геосистем…………………….….…………...……….
5.1
Нормативная социальная система картографического
182
мониторинга геосистем……………………………………………..
5.2
5.3
Эволюция картографического мониторинга геосистем…..……...
185
5.2.1
Топонимический период…………………………………… 186
5.2.2
Геометрический период……………………………………. 188
5.2.3
Географический период……………………………………. 190
5.2.4
Геодезический период……………………………………… 192
5.2.5
Геоинформационный период……………...………………. 195
Структура общественно-исторического механизма
картографического мониторинга геосистем………………………
5.3.1
Создание и использование картографической
4
199
информации в социуме…………………………………..…. 199
5.3.2
Геодезическое направление общественноисторического механизма КМГС…………………………. 201
5.3.3
Географическое направление общественноисторического механизма КМГС……….………………… 202
5.3.4
Геоинформационное направление общественноисторического механизма КМГС…………………………. 204
Раздел 6 Ретроспективные картографические материалы в региональном
картографическом мониторинге геосистем……………………….. 208
6.1
Ретроспективные картографические материалы …...……………. 208
6.2
Комплексный анализ пригодности ретроспективных картографических материалов для мониторинга природопользования...… 210
6.2.1
Комплексный анализ топографических карт 1890-1912
гг. издания……………………………………...…………… 210
6.2.2
Комплексный анализ карт земельного учёта 1933-1934
гг. издания……………………………...…………………… 218
6.3
Автоматизация ретроспективных картографических
материалов……………………………………………………...…… 224
6.4
Банк ретроспективных картографических данных для
мониторинга природопользования бассейна оз. Байкал…..……..
6.5
229
Телекоммуникационный Атлас ретроспективных карт
приграничного Прибайкалья и Забайкалья ………………...…...... 235
Раздел 7 Картографический мониторинг природопользования геосистем
бассейна оз. Байкал…………………………………………...…….. 240
7.1.
Инвентаризация природопользования бассейна оз. Байкал…...… 240
7.2
Ретроспективный картографический мониторинг природопользования Селенгинского среднегорья…………………………...….. 247
7.2.1
Реконструкция природопользования около 1600 г.……… 247
7.2.2
Реконструкция природопользования около 1900 г.……… 250
5
7.3
Мониторинг динамики природопользования Селенгинского
среднегорья в XX в……………………………………..…..……..... 253
7.4
7.3.1
Динамика селитебного природопользования ……………. 253
7.3.2
Динамика аграрного природопользования……………….. 256
Мониторинг экологических последствий природопользования
Селенгинского среднегорья……………………...………………… 259
7.4.1
Оценка трансформации природных ландшафтов Селенгинского среднегорья в XX в………………………..…….. 259
7.4.2
7.5
Комплексный мониторинг валидационного полигона…... 267
Моделирование природопользования ……………………......…...
7.5.1
276
Моделирование процессов почвообразования дельтовых
геосистем для оптимизации природопользования
(на примере дельты р. Селенга)…………………………… 276
7.5.2
Прогнозное моделирование динамики расселения на
территории Селенгинского среднегорья…………....……. 287
7.5.3
Прогнозное моделирование динамики селитебной территории г. Улан-Удэ…………………………...………..…. 288
Заключение…………………………..………………………………………….. 292
Список использованной литературы………..…………………………...…… 296
Приложения……………………..…………………………………………….… 312
6
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
ФЗ №7 от 10.01 2002 «Об охране окружающей среды»
ГОСТ 21667-76. Картография. Термины и определения.
ГОСТ 28441-90. Картография цифровая. Термины и определения.
ГОСТ Р 50828-95 Геоинформационное картографирование. Пространственные
данные, цифровые и электронные карты. Общие требования
ГОСТ Р 51605-2000 Карты цифровые топографические. Общие требования
ГОСТ Р 51606-2000 Карты цифровые топографические. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации. Общие требования
ГОСТ Р 51607-2000 Карты цифровые топографические. Правила цифрового
описания картографической информации. Общие требования
ГОСТ Р 51608-2000 Карты цифровые топографические. Требования к качеству
ГОСТ Р 52155-2003 Географические информационные системы федеральные,
региональные, муниципальные. Общие технические требования
ГОСТ Р ИСО 19105-2003 Географическая информация. Соответствие и тестирование
ГОСТ Р ИСО 19113-2003 Географическая информация. Принципы оценки качества
ГОСТ Р 52438-2005 Географические информационные системы. Термины и
определения
ГОСТ Р 52439-2005 Модели местности цифровые. Каталог объектов местности.
Требования к составу
ГОСТ Р 52440-2005 Модели местности цифровые. Общие требования
ГОСТ Р 52571-2006 Географические информационные системы. Совместимость
пространственных данных. Общие требования
ГОСТ Р 52572-2006 Географические информационные системы. Координатная
основа. Общие требования
ГОСТ Р 52573-2006 Географическая информация. Метаданные
7
ГОСТ Р 53339, 2009 Данные пространственные базовые. Общие требования
ОСТ 68-3.2-98 Карты цифровые топографические. Система классификации и
кодирования цифровой картографической информации. Общие требования.
ОСТ 68-3.3-98Карты цифровые топографические. Правила цифрового описания
картографической информации. Общие требования.
ОСТ 68-3.4-98 Карты цифровые топографические. Требования к качеству цифровых топографических карт.
ОСТ 68-3.5-99 Карты цифровые топографические. Обменный формат. Общие
требования.
8
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
В настоящей диссертации применены следующие термины с соответствующими определениями.
Концепция – определённый способ понимания, трактовки какого-либо
предмета, явления, процесса, основная точка зрения на предмет, руководящая
идея для их систематического освещения (БСЭ, 1978).
Геосистема – территориальная совокупность природных ландшафтов и
антропогенных объектов, взаимосвязанных общими условиями хозяйственного
использования и принципами информационной регистрации их параметров (авторское определение, 2013).
Природопользование
–
совокупность
воздействий
человечества
на географическую оболочку Земли, рассматриваемая в комплексе (в отличие
от отраслевых понятий – водопользование, землепользование, лесопользование
и др.) (БСЭ, 1978).
Информационная система – система, предназначенная для хранения, обработки, поиска, распространения, передачи и представления информации (ГОСТ
Р 52438-2005).
Географическая информационная система, ГИС – информационная система, оперирующая пространственными данными (ГОСТ Р 52438-2005).
Геоинформационная технология, ГИС-технология – совокупность приемов, способов и методов применения средств вычислительной техники, позволяющая реализовать функциональные возможности ГИС (ГОСТ Р 52438-2005).
Пространственный объект (геообъект, геоинформационный объект, географический объект) – любой конкретный объект или явление, которые могут
быть определены однозначным содержанием и границами и описаны в виде
набора данных (ГОСТ Р 52438-2005).
Пространственные данные (геоинформационные данные, геопространственные данные, географические данные)
–
цифровые данные о прост-
ранственных объектах, включающие сведения об их местоположении, форме
9
и свойствах, представленные в координатно-временной системе (ГОСТ Р
52438-2005).
Атрибутивные данные – свойства, качественные или количественные признаки пространственных объектов, представленные в цифровом виде (ГОСТ Р
52438-2005).
Инфраструктура
пространственных
данных
–
«информационно-
телекоммуникационная система, обеспечивающая доступ граждан, хозяйствующих субъектов, органов государственной и муниципальной власти к распределенным ресурсам пространственных данных, а также распространение и обмен
данными в общедоступной глобальной информационной сети в целях повышения эффективности их производства и использования» (ГОСТ Р 52438, 2005).
10
В настоящей диссертации применены следующие обозначения и сокращения.
КИ – картографическая информация
ГС - геосистема
БРКД – банк ретроспективных картографических данных
КМИ – картографический метод исследования
ГИС – географическая информационная система
КМГС – картографический мониторинг геосистем
ДДЗ – данные дистанционного зондирования
ИПД – инфраструктура пространственных данных
11
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Особенность современного периода развития социума –
информатизация производственных и общественных отношений. Этот глобальный процесс характеризуется внедрением микропроцессорной техники во все
области деятельности и сопровождается созданием и использованием информационных ресурсов, средств их хранения, обработки и передачи. Важное значение в обществе приобретают географические информационные системы, телекоммуникационные картографические сервисы, банки и базы данных. Современные приборы и методики оценки географической реальности обеспечивают формализацию геосвойств различной природы происхождения и интеграцию наук о Земле на базе геоинформационной технологии.
Информатизация и диверсификация картографической деятельности способствуют тому, что всё большая часть географических исследований реализуется в картографической форме. В результате технического переоснащения
происходит замена традиционных способов картографирования на информационные процедуры отображения явлений природы и общества. В картографическую деятельность активно внедряются и развиваются технические нововведения: цифровое хранение геоданных; автоматизация методик составления,
оформления и издания карт; использование математических алгоритмов, имитирующих мыслительные процессы; виртуальные пространственные модели и
т.п. Благодаря доступности картографических сервисов, ГИС-программ и глобального позиционирования персональное картографирование стало повседневным приёмом и приобрело массовый характер. Однако информационный
подход в картографии ещё не оформился в самостоятельное исследовательское
направление, что объясняет существование значительного количества разработок и публикаций практической реализации картографического метода исследования при отставании теоретического обоснования его коммуникативных и
познавательных возможностей. При этом среди массового пользователя складывается утилитарное отношение к картографическим инновациям и зарожда12
ется мнение о снижении роли традиционной картографии в жизни социума,
происходит заимствование теоретического и практического наследия картографической науки «молодыми» дисциплинами (геоинформатика, геоматика, неогеография и т.п.).
В этих условиях при организации региональных и национальных систем
мониторинга геосистем картографическая диагностика является основным источником планово-высотной информации. Особое положение занимают трансграничные геосистемы, дифференцированные государственными рубежами.
Информационные ресурсы на эти территории ограничены законодательными
документами, имеют различную точность привязки, специальные форматы, не
унифицированы, а иногда и противоречивы. Использование различных технических решений и отсутствие общей концепции картографирования таких территорий сдерживает интеграцию мирового сообщества по их исследованию. Одной из таких геосистем является трансграничный бассейн оз. Байкал, эффективное территориальное развитие которого требует внедрения межгосударственного геоинформационного комплекса, регистрирующего состояние и динамику
трансграничных природных и социально-экономических процессов.
В то же время для современных исследователей в тени остаётся важный
историко-технологический аспект картографического мониторинга действительности и ретрансляции географических знаний, накопленных в виде аналоговых массивов тематических и топографических карт разных лет издания
Корпуса военных топографов, ГУГиК, Генерального штаба СССР и Роскартографии. Эти карты создаются уже более двухсот лет, представляют собой разновременные модели физико-географического и социально-экономического состояния территории и служат исходной информацией для метрической оценки
хозяйственного освоения геосистем. Внедрение геоинформационной технологии позволяет автоматизировать механизм использования ретроспективных
карт и требует методического обоснования их включения в современные исследования динамики структур жизнеобеспечения и антропогенного преобразования земной поверхности. Таким образом, в картографической науке возникла
13
проблема несоответствия теоретической формы картографического мониторинга
геосистем
его
современному
технологическому,
программно-
техническому и телекоммуникационному содержанию. Такое положение дел
ставит перед наукой задачу методологической адаптации картографического
мониторинга требованиям современного информационного общества. В сложившихся условиях разрабатываемая концепция, на основе информационного
мировидения, позволит установить механизм картографического мониторинга
геосистем в контексте научно-технического прогресса, обосновать его ведущую
роль в познании географической действительности и устранить сложившееся
противоречие между теорией и практикой картографической науки.
Степень разработанности проблемы. Информационная тематика в картографии и науках о Земле освещена в трудах Асланикашвили А.Ф., Батуева А.Р.,
Берлянта А.М., Бычкова И.В., Верещака Т.В., Викулова В.Е., Зятьковой Л.К.,
Ишмуратова Б.М., Карпика А.П., Кошкарёва А.В., Лисицкого Д.В., Лютого
А.А., Винера Н., Пластинина Л.А., Салищева К.А., Семенюка Э.П., Сочавы В.Б.,
Тикунова В.С., Тулохонова А.К., Урсула А.Д., Червякова В.А., Черкашина А.К.,
Эшби У.Р.
Целью исследования является разработка научных основ и методических
рекомендаций картографического мониторинга геосистем на основе феномена
картографической информации.
В соответствии с целью исследования определены следующие задачи:
- выполнить анализ информатизации и определить направления модернизации
картографического метода исследования;
- выявить источники, морфологическую структуру и методы создания картографической информации;
- разработать информационную концепцию картографического мониторинга
геосистем;
- установить современную социально-техническую структуру картографического мониторинга геосистем;
14
- выполнить комплексный анализ пригодности ретроспективных картографических материалов для картографического мониторинга геосистем;
- разработать методические основы Интернет картографирования геосистем;
- разработать механизм реализации картографического мониторинга на базе геоинформационной технологии посредством создания и апробации проблемно
ориентированной ГИС.
Объектом исследования является картографический мониторинг геосистем
как особый способ отслеживания динамики земной поверхности. Предметом
исследования является картографическое обеспечение территориальной деятельности общества в условиях информатизации.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследований. Работа базируется на теоретических и методических изысканиях системного картографирования, картографического моделирования и языка карты, а также на
информационном и геосистемном подходах к картографируемым объектам. Использованы материалы автора по картографированию геосистем Байкальского
региона в течение 1991-2013 гг. Рисунки и карты являются личными разработками автора.
Основные научные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Картографическая информация является продуктом поэтапного идеального, материального и виртуального отображения действительности при организации территориальной деятельности.
2. Картографический мониторинг геосистем является социально-техническим процессом, управляемым посредством технологического и общественноисторического механизмов.
3. Технологический механизм регулирует в социуме создание картографической информации и реализует коммуникативную функцию языка карты.
4. Общественно-исторический механизм регулирует в социуме использование картографической информации и реализует познавательную функцию языка
карты.
15
5. Картографический сервис разновременных топографических карт является доступной информационно-технологической базой долгосрочного мониторинга геосистем и современным узлом региональной инфраструктуры пространственных данных.
6. ГИС картографического мониторинга природопользования является необходимым программно-техническим комплексом непрерывной информационной диагностики хозяйственного освоения геосистем для оптимизации межгосударственных управленческих решений в бассейне оз. Байкал.
Научная новизна работы заключается в том, что:
- выявлены сущность, механизм образования и свойства картографической информации на разных этапах картографического отображения действительности
в условиях информатизации топографо-геодезической и картографической деятельности;
- разработана информационная концепция, систематизирующая теоретические
положения и практические действия по отслеживанию динамики геосистем на
основе феномена «картографическая информация» и закономерностей её преобразования;
- установлены научные основы картографического мониторинга геосистем, раскрыто его социально-техническое устройство и определены механизмы реализации в современных условиях;
- сформулированы методические рекомендации картографического мониторинга геосистем на базе геоинформационной технологии как междисциплинарного приёма регистрации и моделирования территориальных структур жизнеобеспечения.
Научная и практическая значимость исследования заключается в создании
ГИС картографического мониторинга природопользования трансграничного
бассейна оз. Байкал для оптимизации межгосударственных управленческих решений. Создан Банк ретроспективных картографических материалов и разработана методика геометрической коррекции ретроспективных карт в информационной среде. Разработаны методические основы создания картографических
16
сервисов для междисциплинарных исследований и созданы: Атлас ретроспективных топографических карт www.baikalgis.ru, Атлас картографических и
спутниковых данных «Дельты рек оз. Байкал» www.deltagis.info, сервис по картографированию природопользования бассейна оз. Байкал www.baikalgis.com.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту научной специальности 25.00.33 – «Картография»
по соответствующим позициям: № 1 – «Феноменология картографии – исследования феноменов языка карты (знаковой системы), картографического знака и
карты, типов и видов карт, структуры и грамматического строя этого языка, его
функций (коммуникативной, познавательной и др.), закономерностей устройства, функционирования и развития (эволюции), феномена картографической
информации»; № 2 – «Общая теория картографии – развитие учения о ее предмете, рабочей модели, методе и языке, структуре и задачах науки, связях и взаимодействии с другими дисциплинами и областями знаний»; № 9 – «Геоинформационное картографирование и компьютерные технологии»; № 13 – «История
картографии и картографическое источниковедение».
Апробация и реализация результатов исследования. Результаты исследования внедрены в Государственном комитете по экологии РБ, в Агентстве по туризму РБ, в Комитете по управлению водными ресурсами оз. Байкал. Выполнено картографическое обеспечение более 50 региональных и международных
проектов. Основные теоретические и прикладные результаты исследования докладывались на 17 международных, 12 российских научных конференциях, 14
региональных научно-практических семинарах и совещаниях в городах Чита,
Улан-Удэ, Иркутск, Новосибирск, Барнаул, Томск, Улан-Батор, Пекин, Шанхай.
Публикации по теме диссертации. Основные научные положения и выводы
диссертации опубликованы в более 100 трудах, из них 1 авторская и 8 коллективных монографий, 21 статья в рецензируемых журналах, 14 картографических
произведений.
Структура и объем диссертации. Общий объем диссертации составляет
332 страницы. Работа состоит из введения, 7 разделов, заключения, списка ис17
пользованных источников, включающего 161 наименование. Работа содержит
10 таблиц, 82 рисунка, в том числе 38 карт, 4 приложения.
Основное содержание диссертации. В первом разделе обоснована сущность информационного подхода в картографическом методе исследования,
установлены методические основы информационной оценки территории, выявлен механизм образования и структура картографической информации, разработана её классификация. Во втором разделе определена специфика картографического мониторинга геосистем, рассмотрена его современная организация,
выявлены пространственно-временные уровни. В третьем разделе выполнен
анализ информатизации картографического метода, рассмотрены современные
теоретические концепции картографии и сформулирована информационная
концепция картографического мониторинга геосистем. В четвёртом разделе
рассмотрены особенности информационной регистрации геосистем и картографирования их динамики, разработана типизация картографического моделирования, предложена система информативных картографических моделей для
отображения геосистем и сформулирован технологический механизм мониторинга. В пятом разделе выявлена социальная нормативная система по картографическому мониторингу геосистем, описана эволюция мониторинга и рассмотрены её отдельные периоды, раскрыта социально-техническая деятельность по отслеживанию изменения земной поверхности, сформулирован общественно-исторический механизм картографического мониторинга. В шестом
разделе выполнена оценка пригодности ретроспективных топографических
карт, разработана методика их автоматизации, создан Банк ретроспективных
картографических данных и разработаны методические основы создания телекоммуникационных картографических сервисов. В седьмом разделе разработана и апробирована ГИС мониторинга регионального природопользования, выполнена инвентаризация природопользования бассейна оз. Байкал, мониторинг
аграрного и селитебного природопользования в течение XX в., анализ трансформации геосистем и прогнозное моделирование сценариев природопользования.
18
1 КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ – ПРОДУКТ
ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
1.1 Информационное отображение географической
действительности
1.1.1 Информация
Во второй половине XX в. в развитии человеческой цивилизации произошло очередное преобразование общественных отношений вследствие кардинальных изменений в сфере сбора и обработки информации. Одним из результатов таких преобразований является приобретение обществом нового качества. Первый информационный прорыв – возникновение звуковой речи – привел к упорядочиванию информационных потоков и социализации первобытных
человеческих коллективов. Второй – изобретение письменности – качественно
и количественно способствовал культурному подъему, появлению возможности
закрепления знаний. Третий – изобретение книгопечатания – радикально изменил общество, культуру и организацию всех видов общественной деятельности.
Современный информационный прорыв – изобретение микропроцессорной
технологии и появление персонального компьютера, компьютерных сетей, систем передачи данных – позволил формализовать и аккумулировать огромные
массивы географических данных. Человек от упорядочивания и унификации
накопленных сведений смог приступить к их концептуальной организации в
виде различных глобальных и региональных систем хранения и использования
информации. Эти задачи требовали качественно-количественного измерения и
теоретического осмысления разнообразия свойств объективной реальности,
привели к необходимости исследования механизмов антиэнтропийных процессов и формированию теории информации.
19
Один из признанных основоположников теории информации Р. Хартли
[146] в 1928 г., исследуя процесс передачи телеграфных сигналов, связал количество информации в сообщении с числом состояний физической системы. При
этом, подчеркивая необходимость исключения психологических факторов, он
не ставил под сомнение существование двух разумных операторов: формирующего и воспринимающего сигнал. Главная заслуга Хартли заключается в том,
что он впервые связал понятие о количестве информации с понятием числа сообщений в исходном наборе источника, а процесс получения информации
определил как выбор одного элемента из некоторого множества. В таком смысле термин «информация» (от лат. informatio – сообщение, изложение) получил
современное научное значение.
Современная история теории информации началась в середине XX в., когда К. Шеннон, Р. Фишер и Н. Винер, независимо друг от друга, предложили
статистическое определение количества информации. Термин «информация»
стал пониматься как функциональный элемент языка и средство повседневнобытовой коммуникации. В частности, К. Шеннон [153] в 1948 г. в статье «Математическая теория связи» превратил это общеупотребительное слово в научный термин, связав информацию с уменьшением неопределенности, и предложил формулу вычисления ее количества, в которой информация возрастала с
уменьшением вероятности отдельного сообщения. Количественной мере степени неопределенности он дал название «энтропия». Таким образом, главная заслуга Шеннона заключается в том, что он ввел понятие вероятности как меры
случайных событий в теорию информации.
Первое, наиболее конкретное определение: «…информация – это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств» – принадлежит американскому кибернетику Н. Винеру [45]. Положительная сторона такого подхода состоит в том, что понятие информации закрепляется понятием отражения. Таким образом, определяется специфика двойственного субъективнообъективного характера содержания понятия: оно отражает неразрывное един20
ство объекта (отражаемого) и субъекта (отражающего) и является сущностью
реального феномена информации. Эти основополагающие работы сформировали вероятностно-статистическую концепцию теории информации, так как отражают лишь математические аспекты феномена, где понятие информации не
связано ни с формой, ни с содержанием сообщений-сигналов, передаваемых по
каналу связи.
После математиков термин «информация» как научная категория стал широко использоваться физиками. Л. Бриллюэн [39] разработал концепцию, в которой понятие «информация» было тесно связано с физическим понятием материи. Из нее следовало, что информация обладает большим познавательным потенциалом и может быть использована для исследования явлений неорганической природы. Ключом к новому пониманию сущности феномена информации
и механизма информационных процессов послужила установленная взаимосвязь информации и физической энтропии. Бриллюэн [39] показал, что между
вычисленным согласно Шеннону количеством информации и физической энтропией существует не формальная, а содержательная связь, что это справедливо для таких разных по природе происхождения систем, как газы, кристаллы,
письменные тексты, биологические организмы и др.
Один из исследователей проблемы информации в отечественной философии А. Урсул выдвинул формулировку: «информация есть отраженное разнообразие» [138]. Он считает, что информация – «это атрибут материи; это снятая, уничтоженная неопределенность; это разнообразие, которое один объект
содержит о другом объекте (в процессе их взаимодействия)»; отражение – это
«воспроизведение свойств, сторон, черт, составляющих содержание отражаемого объекта». Отличие информации от отражения в том, что информация включает в себя не все содержание отражения, а лишь аспект, который связан с разнообразием, различием, а отражаться может не только разнообразие, но и однообразие.
В настоящее время наиболее авторитетными в науке считаются атрибутивная и функциональная концепции теории информации. Обе концепции утвер21
ждают, что информация существует в объективной действительности, но расходятся по поводу наличия ее в неживой природе. Атрибутивная концепция
[39, 9, 139] берет за основу определение информации как ограниченного разнообразия, присущего всем видам и формам структур объективного мира, включая и структуры, отраженные субъектом в познавательном процессе. Таким образом, информация является неотъемлемым внутренним свойством каждого
материального объекта без исключений, в том числе объектов неживой природы, т.е. атрибутом материи. Этот подход представляет информацию как меру
упорядоченности и организации географической оболочки и имеет формальноматематическое обоснование.
Функциональная концепция [124, 54, 82] связывает информацию лишь с
функционированием самоорганизующихся и самоуправляемых систем. Поэтому информация присуща не всем, а только живым формам материи, она появляется на определенной стадии развития материального мира, когда познаются
сложные динамичные, самоуправляемые, саморазвивающиеся системы, высшим представителем которых выступает человек. Согласно этой концепции
главным, определяющим свойством информации признается неразрывная взаимосвязь с управлением, с функционированием самоорганизующихся и самоуправляемых систем. Ее сторонники исходят из того, что информация не существует в неживой природе. Тем самым информация трактуется не как атрибут
всей материи, а как функциональное свойство особого класса высокоорганизованных систем. Согласно этому взгляду, информация возникла вместе с жизнью и характеризует всю органическую природу, человеческое общество и технику особого рода, вовлекаемую человеком в процессы управления и организации. К числу наиболее удачных, по нашему мнению, определений информации
с позиций функциональной концепции относится следующее: «информация –
это отличная от вещественно-энергетических факторов сторона отражения,
воспринимаемая материальными системами со степенью организации, достаточно высокой для ее хранения, переработки и дальнейшего использования в
целях управления, и выражающаяся в упорядоченных сведениях о степени ве22
роятности того или иного события из возможного разнообразия событий определенного вида» [121].
1.1.2 Сущность информационного подхода при картографировании
действительности
В настоящее время информационный подход претендует на роль одного из
методологических базисов географического знания, предметной и общественной практики, образования. На значимость информационного подхода первыми
обратили внимание Н. Винер [45] и У.Р. Эшби [155]. Винер исходил из того,
что в основе любой целенаправленной деятельности человека (прежде всего,
управлении и коммуникации) лежит информация. Л. Бриллюэн [39] обосновал
негэнтропийную концепцию физической информации как основу общенаучного атрибутивного подхода к понятию информации. А.Д. Урсул [138] философски обобщил достижения кибернетики и теории информации и создал соответствующую философскую концепцию понятия информации как отраженного
разнообразия. Он одним из первых широко использовал словосочетание «информационный подход», однако не ставил перед собой задачи построения целостной концепции информационного подхода. Впервые, в отечественной
науке это попытался сделать Э.П. Семенюк [121], введя понятие информационного подхода как общенаучного «логико-гносеологического и методологического образования» и развил его в рамках функционально-кибернетических
представлений. Под информационным подходом как самостоятельным научнофилософским конструктом понимается методологический комплекс познания
сущностей, явлений и процессов на основе понятия информации и закономерностей ее существования [121].
Формирование информационного подхода при познании географической
действительности означает, что понятие географической информации (подобно
философским категориям массы, энергии, системы, структуры, функции) стало
фундаментальным понятием наук о Земле, объединяющим под общим углом
зрения самые разнообразные явления, как объективной реальности, так и чело23
веческой психики. Специфика информационного описании действительности
определяет необходимость трактовать её как отраженное разнообразие объективных пространственных и субстанциональных геосвойств, регистрируемых в
виде геоданных. В этом контексте математическая концепция информации рассматривает количественное состояние этого разнообразия, а под геоданными
понимает количественную меру устранения неопределенности (энтропии), возникающей при отражении субъектом географической реальности. Атрибутивная концепция рассматривает ограниченное определенной предметной
областью разнообразие, тем самым значительно снимая неопределенность, а
под геоданными понимает географические сведения, являющиеся объектом
хранения, обработки и передачи. Функциональная концепция трактует геоданные как сведения для управления ограниченным разнообразием.
Географическая информация имеет общность с другими видами информации. Вопрос о её специфике является методологически важным для современного картографического моделирования и актуальным в связи с распространением цифровых и электронных карт и цифровых баз пространственных данных.
Понимание пространственной информации как отраженного разнообразия географической реальности позволяет применить для её исследования математический аппарат теории информации. Основная особенность геоинформации заключается в том, что формирование ее единой сущности обеспечивают разнородные качественно-количественные и топологические информационные
свойств географических объектов и процессов, которые взаимодополняют и
взаимополагают друг друга. Таким образом, отличительным свойством геоинформации, наряду с общими свойствами информации, является территориальность [1], имеющая две основные характеристики: системная связность, которая вытекает из системного рассмотрения территории, и хорологические свойства как привязка информации к конкретной точке территории.
Территориальность как комплексное свойство геоинформации отражена через
территориальную полноту и территориальную репрезентативность [147]. Территориальная полнота геоинформации понимается как степень проективного
24
покрытия определенной территории. Территориальная репрезентативность
трактуется как качественное отражение специфики территории при данном
масштабе рассмотрения. Позиционность геоинформации указывает точность ее
пространственной привязки, а степень генерализации имеет значение, близкое к
картографическому пониманию генерализации [120].
Рассматривая геоинформацию как принадлежность современного геопространства, А.П. Карпик [76] выделяет три ее особенности. Первая – это информация о конкретном географическом пространстве. Вторая – ее представление в
пространственно-временной координатной системе. Третья особенность геоинформации – ее цифровая форма, поскольку формируется, сохраняется, преобразуется и используется она компьютерной средой, а не человеком. Таким образом, по мнению ученого, «геоинформация – это координированная информация
о геопространстве и его объектах в цифровой компьютерно-воспринимаемой
форме, предназначенная, в качестве исходного материала, для моделирования
геопространства в интересах конкретного потребителя, использующего геоинформационные системы» [76].
Как любой способ познания мира картографический метод исследования
имеет две важнейшие стороны – логико-гносеологическую и организационную,
выступая одновременно и как деятельность познания, и как социальная система. В логико-гносеологическом аспекте информационный подход в картографическом исследовании географической реальности генетически связан с человеческим мышлением, а в категории КИ заключена основа общности всех картографируемых объектов и процессов. Эти сведения могут быть только качественными, сугубо количественными или пространственными, либо характеризовать в совокупности все свойства объекта и процесса. Но при всем разнообразии конкретных проявлений, основа остается единой: это всегда пространственная информация как сторона отражения объективной действительности в
мышлении человека, позволяющая описать географическую оболочку в целом.
Условием достижения единства пространственного и содержательного знания
25
на базе категории КИ выступает абстрагирование от конкретных географических объектов, процессов и территорий.
Использование преимуществ информационного подхода в картографическом методе и его дальнейшее развитие требуют всестороннего методологического анализа сущности, источников происхождения и механизма образования
КИ – явления, лежащего в основе этого подхода. Категория КИ непосредственно связана с преобразованием действительности, следовательно, преобразовательный аспект, заложенный в представлениях наук о Земле, делает очевидным
практическое значение информационного подхода в картографии. По этой же
причине информационный подход в картографическом методе исследования
(КМИ) делает возможным такой способ рассмотрения географических объектов
и процессов в геоинформационных системах, при котором их субстрат и природа происхождения не важны, а на первый план выдвигаются их качественноколичественные характеристики и топологические отношения, определяющие
фундаментальные предпосылки геоинформационного моделирования. Применение информационного подхода в технологическом аспекте картографической
деятельности позволяет частично, либо полностью автоматизировать все этапы
научно-практического процесса «создание-использование карт»: топографическую съёмку, составление и редактирование, оформление и издание карт, а
также их архивирование и использование на базе программно-технического
обеспечения.
Таким образом, сущность информационного подхода в КМИ заключается в
следующем – все природные и социально-экономические объекты независимо
от их происхождения, физико-химического субстрата и значения в географической оболочке локализуются, кодируются и преобразуются по единым информационным принципам посредством единых информационных процессов. При
этом картографирование рассматривается как система процессов преобразования географических сведений в картографическую форму хранения, передачи и
моделирования с целью решения территориальных задач. Такой подход не ме-
26
няет сущности метода, а определяет направление использования его в науке и
практике на основе информационного мировидения.
1.1.3 Картографическая информация
Представление о географической карте как источнике пространственной
информации одно из важнейших в теории познания действительности. В настоящее время существует несколько подходов к трактовке понятия «картографическая информация» (КИ). При познавательном подходе КИ рассматривается с
точки зрения получения по картам новых знаний об окружающей действительности. При коммуникативном подходе анализ КИ сосредоточен на процессе ее
передачи от составителя к читателю посредством карты как информационного
канала. Оценочный подход предполагает применение информационных мер для
оценки качества карт, их полноты, насыщенности знаками, современности, читаемости и т.п. Формализационный подход нацелен на определение объема КИ
как графической нагрузки карты штриховыми, фоновыми, текстовыми элементами, что способствует определению объема сведений, вводимых в память процессора. Исследовательский подход основан на применении информационных
функций для характеристики картографируемого объекта либо процесса с целью установления степени взаимообусловленности явлений, изображенных на
различных картах.
Таким образом, в настоящее время КИ оценивается и трактуется с разных
позиций. Под ней понимают данные, заложенные в карту составителем; сведения, получаемые по карте читателем; количество графических элементов или
условных обозначений; вероятность появления того или иного знака в статистическом смысле; разнообразие знаков или способов графического изображения. Говоря об информационной емкости карт, имеют в виду их нагрузку в целом, плотность знаков на единицу площади карты, возможность извлечения
точных и современных сведений о каком-либо объекте. Ю.В. Свентэк [120]
предложил различать три уровня информации, соответствующие трем уровням
27
семиотики. Синтаксическая информация описывает статистические отношения
между картографическими знаками, семантическая информация представляет
то, что эти знаки обозначают и прагматическую, связанную со способностью
личности воспринимать содержание.
Разработки по оценке информационного содержания карт привели к разделению «нагрузки» карты, т.е. той информации, которую заложил в нее картограф, и информации, которую извлекает или может извлечь потребитель. М.К.
Бочаров [38] писал, имея в виду карты, что «информация становится информацией лишь после установления соответствия между содержанием и формой, т.е.
между различиями состояний данной материи и различиями сигналов или знаков другой материи». Некоторые картографы вообще ограничиваются рассмотрением лишь «первичной» информации на карте, считая, что только она непосредственно относится к картографическому изображению [142]. Другие же
больше внимания уделяют потребителю КИ [110] и приходят к выводу, что
определение информационного содержания карты с помощью теории информации противоречит реальным информационным процессам, прежде всего потому, что игнорирует топологический фактор. Согласно Г. Хаке [142], КИ – это
сообщение об объекте и его содержании при помощи графического изображения. Более приемлемым является определение КИ как «…продукта динамического творческого процесса, обусловленного нашими знаниями о предметах и
методах картографирования…» [122]. Кроме того, под КИ понимается информация, основанная на пространственной дифференциации, т.е. на наличии пространственных различий [53].
Для понимания сущности КИ важно иметь в виду, что карта – это не только знаковая, но образно-знаковая модель и именно в образности кроется ее
принципиальное отличие от других источников пространственной информации.
Картографическое изображение – это совокупность картографических образов,
пространственных знаковых комбинаций с их взаимными связями, сочетаниями, таксономической соподчиненностью, группировками, конфигурациями
[19]. Картографические образы являются отражением реально существующих в
28
действительности объектов. Они воспринимаются человеком визуально, могут
быть оценены картометрически, их структура поддается математическому описанию и моделированию. Их можно распознавать автоматически, считывать с
карт читающими устройствами, поэтому есть основания говорить об отражении
картографических образов не только в сознании читателя, но и в распознающей
системе.
Представление о картографическом образе кладется в основу системной
трактовки КИ. Информация, получаемая по карте, определяется не числом знаков или графических элементов, а количеством и разнообразием формируемых
ими образов, то есть, картографическая информация – результат восприятия систем картографических образов. Такая трактовка во многом проясняет сущность проблемы КИ. Она существует не сама по себе, а появляется лишь в результате взаимодействия картографического изображения и читателя карты
(или распознающего устройства). Отсюда получает объяснение и факт появления на карте новой дополнительной информации: она возникает на этапе формирования систем картографических образов [22]. Картографическая генерализация может быть объяснена не как свертка информации, а как преобразование
системы картографических образов, что ведет к возникновению качественно
новой информации. Таким образом, оценка информативности карт заключается
в формализованном описании картографических образов и подсчете их количества. А.М. Берлянт считает, что с точки зрения использования карт наиболее
ценен познавательный подход, позволяющий понять, как формируется КИ, каковы соотношения между скрытой и явной информацией, как возникает на карте качественно новая информация. Однако утверждение о существовании скрытой информации на карте нам кажется не совсем корректным. И картографические образы и новая информация – результат дедуктивных умозаключений и
индуктивных выводов читателя карты, а не принадлежность карты.
Подводя итоги рассмотрению сущности проблемы, можно сделать вывод,
что в настоящее время не существует единой трактовки КИ, нет общепринятых
определений информационной емкости, информативности карт, отсутствуют
29
надежные способы оценки количества картографической информации. Для
подсчета объема информации на картах используются три принципа: вероятностно-статистический, связанный с определением плотности знаков и уменьшением априорной неопределенности картографического изображения; комбинаторный, основанный на оценке разнообразия знаков (графических элементов)
и их характеристик; топологический, при котором пытаются учесть размещение
знаков.
1.2 Информационная оценка занимаемой территории
1.2.1 Источники пространственной информации
Технологическая схема информационного взаимодействия включает источник информации, её приемник и канал связи между ними (информационную
среду). При информационном подходе оцениваются не количество и качество
информации самой по себе, а характеристики всей информационной системы, в
рамках которой она производится. Реализация информационного подхода
начинается с информационно-компонентного анализа, позволяющего соотнести
изучаемое явление или процесс с общей классификацией информационных феноменов, а также установить их информационно-функциональную роль [121]. В
дальнейшем это открывает путь к детальному изучению составляющих информационной системы – как самих по себе, так и во взаимодействии друг с другом, когда только и получает смысл понятие информационного процесса. Дополнительными элементами схемы информационного взаимодействия выступают различные преобразователи её формы – кодирования на входе и декодирования на выходе.
При использовании ГС между человеком и земной поверхностью возникает взаимодействие и, следовательно, система информационных потоков, где
субъект является приёмником и пользователем свойств занимаемой территории. Эти геосвойства воспринимаются субъектом с помощью органов чувств,
30
сигнализируют организму об ощущениях и приводят в действие мыслительный
аппарат в соответствие с изменяющимися условиями. Благодаря связям, образующимся между разными чувственными анализаторами, в идеальном образе
территории отражаются такие свойства объектов и явлений реальности, для которых нет специальных органов чувств – размеры, расстояния, уклоны, форма и
ритмика. В совокупности все анализаторы позволяют человеку единовременно
фиксировать физико-химическое состояние географической оболочки, форму и
структуру окружающих объектов и потенциал физических полей. Результатом
этих действий является активизация инстинктов и стереотипов для выбора
дальнейшего поведения.
Процесс информационного взаимодействия между действующим субъектом и геосистемой (ГС) обусловлен тем, что окружающая среда снабжает человека всей информацией, необходимой для восприятия, но также предполагается, что восприятие таких характеристик, как форма или очертания, требует от
наблюдателя некоего дополнительного действия в виде решения проблемы или
обработки информации, передаваемой сигналом извне, а именно извлечения из
зрительного образа предмета некоторых его черт, например линий, краев, границ, контуров, движения и других признаков [159]. В соответствии с информационным подходом подобные сведения обрабатываются и трансформируются в
мысленные карты.
При общей универсальности механизма отражения земной поверхности
отдельные действия по обследованию занимаемой территории и ориентированию на местности, например у оседлых рыболовов и скотоводов-кочевников,
различны. Эти различия в коллективной деятельности определяются существованием природных, общественных и исторических особенностей, которые поразному проявляются на конкретных территориях, что, в частности, породило
значительные различия в характере обществ и созданных ими комплексах природопользования. Таким образом, способность к отражению и мысленному
преобразованию воспринимаемых свойств объективной реальности определяет
человека как субъекта информационного взаимодействия и приёмник про31
странственной информации, а, следовательно - как биологический источник её
образования и закрепления (рисунок 1).
Рисунок 1 – Источники пространственной информации
Биологические источники обусловлены наличием в материально-духовной
структуре человека двух составляющих – физиологической и психической. Развиваясь в географической оболочке, вид Homo sapiens постоянно находится под
влиянием различных физических полей, главными из которых являются сила
тяжести и солнечная радиация. Необходимость удовлетворения различных потребностей является мотивацией к обследованию занимаемой территории в целях определения полезных объектов и организации оптимальных маршрутов
перемещений между ними.
Объектом информационного взаимодействия являются географические источники пространственной информации, которые обусловлены закономерностью естественного разделения географической оболочки на геосферы, их компоненты и уникальные природные ландшафты, а также на физикогеографические пояса и географические зоны, определяющие условия жизни
людей с определенным способом использования природных ресурсов и производственной деятельности. Основной таксономической единицей территории
при освоении географической оболочки является природная геосистема (ГС)
или географический ландшафт, который «воздействует на организмы принудительно, заставляя все особи варьироваться в определенном направлении,
насколько это допускает организация вида. Тундра, лес, степь, пустыня, горы,
водная среда, жизнь на островах и т.д. – все это накладывает особый отпечаток
на организмы. Те виды, которые не в состоянии приспособиться, должны переселиться в другой географический ландшафт или – вымереть» [16]. Таким обра32
зом, человек является элементом географической оболочки, он непосредственно и тесно связан с природой через свою хозяйственную деятельность. Характер природопользования социума конкретной территории определяется вмещающим ландшафтом через его экономические возможности, а географическая
дифференциация человеческих коллективов обусловила различие в формировании технологий обследования и измерения занимаемой земной поверхности.
Хронологические источники пространственной информации определяются
формой и вращением Земли вокруг своей оси и Солнца. Регистрация астрономических процессов и разработка приспособлений для их измерения начались
на стадии первобытного человеческого общества. Несомненно, что на заре своего развития человек проявлял интерес к Солнцу, Луне и звездам – объектам за
пределами географической оболочки, которые легко наблюдаются невооруженным глазом. Изменение фаз Луны становится заметным уже через несколько дней непрерывного наблюдения. Энергетическая зависимость человека как
биологического вида определила превращение этого интереса в целенаправленное поведение по наблюдению за светилами и определению закономерностей
их нахождения, что способствовало формированию пространственных и сезонных предпочтений занимаемой территории. Первые календари не имели точки
отсчета и привязки к смене сезонов. Главной их задачей был простой подсчет
дней и возможность оценки расстояний, преодолеваемых за суточный цикл, а
главной единицей оценки был день-путь. Позднее, вследствие перехода к производящему хозяйству, назрела необходимость знать продолжительность года и
уметь предсказывать начало сезонов. Эта потребность была реализована через
астрономические наблюдения за движением Солнца и закрепление знаний в мегалитических сооружениях.
Процесс
информационного
взаимодействия
определяют
научно-
технический прогресс и различные исторические процессы на протяжении развития социума (колонизация, географические открытия, войны и др.), способствующие развитию средств и технологий оценки географической оболочки.
Следовательно, эти общественно-исторические источники формируют соци33
ально-экономические условия, в той или иной степени благоприятные для создания и использования пространственной информации. Они обусловлены социальными, экономическими и геополитическими факторами развития социума, а также особенностями природопользования территории. «Человечество с
момента своего становления было тесно связано с окружающей природой, черпая из нее средства существования. Приспособляясь к различным ландшафтам,
люди вырабатывали систему навыков и обычаев, что повлекло разделение человечества как вида на разнообразные коллективы» [56]. Эти коллективы организовались в территориальные общности – государства, они разработали уникальные способы эффективного использования занимаемого пространства,
сформировали определенное экологическое отношение к природе и создали
различные природно-технические территориальные комплексы. Являясь устойчивым пространственно-временным образованием и стремясь к расширенному
воспроизводству своих членов и занимаемой территории, государство формирует систему экономических и политических интересов. Необходимость удовлетворения этих интересов способствует мотивации социума на познание
свойств географической оболочки для организации природопользования, защиты своих владений, ведения военных действий, предотвращения природных катастроф и т.п.
В результате возникновения коллективной собственности появилась необходимость регистрации территориальных границ в целях охраны и инвентаризации своих экономических ресурсов. Государственный аппарат позволил не
только упорядочить деятельность по измерению территории, но и организовать
централизованную систему обучения и подготовки специалистов и тем самым
обеспечить преемственность этой деятельности. Именно государство как собственник территории на основе своих интересов способствует реализации непрерывного процесса создание-использование пространственной информации и
формирует благоприятную информационную среду как необходимое условие
организации пространственных структур жизнеобеспечения.
34
1.2.2 Психофизиологический механизм информационной оценки
территории
С начала своего развития вид Homo sapiens вынужден был обследовать занимаемые ГС с целью поиска и добычи экологических ресурсов. Соответственно, основными вопросами для человека были: какова полезная сущность того или иного географического объекта для удовлетворения потребностей и как он расположен относительно других полезных объектов. Несомненно, что первые гоминиды выполняли планово-высотную оценку территории
при выборе оптимальных расстояний во время охоты, мысленно фиксировали и
сравнивали вероятную энергозатрату и безопасность маршрутов с получаемой
при этом выгодой. Они приспосабливались к климатическим условиям и прогнозировали последовательность событий, использовали растительный покров
и элементы рельефа для организации быта. «Люди как живые организмы не могут выйти за пределы довольно узкого круга экологических потребностей, хотя
они могут не только влиять на состояние своей окружающей среды, но и эффективно управлять ею…» [75]. Такое управление предполагает организацию
природопользования как системы эффективных действий по оценке параметров
занимаемых ГС и использованию этих знаний для достижения наибольшей
пользы от географических объектов и процессов при наименьших энергетических затратах. Таким образом, пространственно-временные условия существования социума исторически способствовали формированию и рефлекторному
закреплению практических действий по оценке качественных и количественных характеристик ГС, их размеров и территориального расположения. Эти
действия должны были сообразовываться со свойствами и законами действительности, с объективной логикой тех вещей, с которыми человек имел дело.
35
Становясь предметом осознания, эти действия выступали в качестве стимулов
мышления.
В процессе отражения объективной реальности субъект выделяет и сравнивает между собой разнородные территориальные структуры и осуществляет
комплексную оценку земной поверхности. Использование пространственносравнительного приёма универсально для различных географических объектов
и территорий. Сравнительная оценка является источником познания внутренних и групповых свойств объектов, определения их топологических отношений
и территориальной организации. Базисом сравнительной оценки выступает логический прием сопоставления объектов, который обусловлен разнообразием и
сходством природно-территориальных структур и лежит в основе любой классификации объектов реального мира. Таким образом, в процессе обследования
занимаемой территории человек выполняет её субъективную оценку с целью
умозаключения о значении объектов в структуре природопользования и создает
географические образы, как эквиваленты меры ценности, которыми в дальнейшем оперируют память, внимание и мышление. Используя различные приспособления
и
приборы,
человек
производит
объективную
качественно-
количественную оценку территории.
Под оценкой в общем смысле понимается «соотнесение объекта с принятым критерием, образцом или нормой, т.е. совокупность действий, выполняемых при помощи средств измерений с целью нахождения числового значения
оцениваемой величины в принятых единицах и установленных системах отсчета» [36]. При осуществлении территориальных действий человек производит
оценку геометрических параметров земной поверхности с помощью своих психофизических способностей. Для этой цели он использует собственную систему отсчета, где центром является его местоположение, конечными точками являются пороговые расстояния действия органов чувств (предельная видимость,
слышимость и т.п.). Закрепление результатов оценки осуществляется в виде
мысленных географических образов и представлений, а использование этих результатов – в виде принимаемых и реализуемых решений.
36
Результатом информационной оценки территории являются отражаемые
сущностные свойства наблюдаемых объектов, а также их топологические параметры и отношения. Субстанциональные параметры определяются физической
сущностью географических объектов и процессов, а их территориальными критериями являются пределы отражения органов чувств человека и различные
факторы географической оболочки. Пространственные параметры оценки
определяются непосредственным местоположением объекта в географической
оболочке и фиксируются его планово-высотным размещением на земной поверхности, уклоном и экспозицией относительно астрономических объектов.
Таким образом, благодаря мыслительной работе коры головного мозга человека объекты материального мира отражаются в виде логических образов, а
объективные свойства географической оболочки становятся информационными
единицами мышления (геоинформационными моделями) (таблица 1). На
уровне ощущений человеческие рецепторы регистрируют физические свойства
географической оболочки в точке местоположения. Все субъективные ощущения тесно связаны и взаимодействуют друг с другом. На основе этого взаимодействия возникает восприятие, которое наиболее тесно связано с преобразованием информации, поступающей непосредственно из внешней среды [99]. В
отличие от ощущений, которые отражают только отдельные свойства географической реальности, восприятие целостно отражает географические объекты и
явления в совокупности их различных характеристик и частей. При этом происходит выделение однородных пространственных образований, проецирование и масштабирование их относительно субъективного местоположения.
Таблица 1 – Психофизиологический механизм информационной оценки территории
37
Именно на этапе регистрации геосвойств осуществляется классификация
объектов реальности на материальные категории геосфер, а объективная географическая реальность воспроизводится в виде идеальных образов объектов
или явлений. Построение образа воспринимаемого объекта тесно связано со
способом его обследования. При многократном восприятии объекта в процессе
его использования происходит интериоризация – видоизменение структуры
действий с объектом [106]. Способы обследования объекта упрощаются и ускоряются за счет уменьшения числа и организации комплексов двигательных
компонент. При этом происходит закрепление базовых форм и размеров объектов в их мысленных образах через усвоение внешних действий со сходными
объектами занимаемой территории.
Поскольку при удовлетворении своих потребностей человек использует
различные объекты географической оболочки, то внимание его сосредоточивается на территории – пространственной совокупности объектов природопользования. Таким образом, реализация внимания способствует выбору наиболее
полезных участков земной поверхности при организации локальных структур
жизнеобеспечения. На этапе преобразования геосвойств мышление обобщает и
иерархически структурирует географическую реальность, позволяет субъекту
одновременно оперировать образами отдельных объектов, их группами, территориальными совокупностями, а также целостным образом занимаемого участка географической оболочки. В результате интегрального анализа этих материальных образований субъект создает систему масштабирования и генерализации объектов природопользования и постоянно закрепляет ее в актах территориальной деятельности.
Воспринятые и топологически организованные образы-сообщения, поступившие от рецепторов, формируют сигнал и направляются в структуры памяти
для их опознания. Результатом этого может быть полная или частичная иден38
тификация, или отсутствие аналоговой информации об объекте, прежде всего
визуальные образы и состояния энергетического баланса территории. Процессы
организации памяти по преобразованию геосвойств позволяют сохранять отдельные пространственные образы, которые остаются после прекращения
ощущений и восприятия или при переключении субъекта на другие объекты.
При решении территориальной задачи (выбор маршрута, размещение жилища и т.п.) из памяти извлекаются не только общие черты данной и аналогичных ситуаций из прошлого опыта, но и сведения о результатах, которые получались ранее при подобных ситуациях. Основными элементами, с которыми
оперирует мысль, являются понятия, суждения, умозаключения, а также образы
и представления. В результате решения задачи субъект приобретает опыт, закрепляет и уточняет образы и представления, получает новое знание о географической реальности, совершенствует технологические процедуры решения
аналогичных задач.
Результатом оценки занимаемой земной поверхности являются субъективные геоинформационные модели, они отражают осознанные или экспериментально обоснованные причинно-следственные взаимосвязи между свойствами
географической оболочки и представляют собой основу географических знаний
человека. Эти модели являются идеальным продуктом индивидуального человеческого мышления и, в основном, теряются со смертью субъекта. Общественный характер природопользования определяет необходимость воспроизведения этих идеальных образов в виде различных материальных продуктов с
целью коллективного использования, как для получения новых знаний, так и
как образцов для подключения к территориальной деятельности новых субъектов.
Стремление субъекта к воспроизведению своих геоинформационных моделей, в первую очередь, обусловлено существованием творчества, которое является не только сознательным стремлением к познанию свойств объективной
реальности, но и сознательным стремлением к утверждению и закреплению
своего знания среди других членов общества. Наиболее ранними, сохранивши39
мися до наших дней, продуктами воспроизведения свойств действительности
являются наскальные рисунки. В этом случае сюжет рисунка дает общую оценку события, а плоскость локализации фиксирует местоположение на земной поверхности и, следовательно, дает пространственную характеристику события.
Таким образом, информационная оценка территории представляет собой совокупность интеллектуальных и физических действий по определению параметров земной поверхности, она является необходимым условием познания действительности и имеет результатом определенный массив идеальной КИ, необходимый для организации территориальной деятельности.
1.2.3 Регистрация параметров геосистем
В основе географических сведений лежат постулаты о физической непрерывности и качественно-количественной дискретности географической оболочки, каждый объект (условная точка) которой обладает уникальными свойствами. Эти геосвойства представляют собой материальные признаки земной
поверхности и определяют общность и отличие географических объектов в
территориальном взаимодействии. Они характеризуют общую пространственно-временную структуру ГС: местоположение на земной поверхности, качественную сущность объекта и его дискретное состояние в процессе развития,
имеют различную природу происхождения и относятся к разным категориям
материи.
Благодаря способности человека к восприятию и обработке сигналов
окружающего пространства, геосвойства определяются соответствующими органами чувств, а также регистрируются измерительными приборами в разработанных системах отсчета как физические и химические параметры географических объектов. Регистрация геосвойств осуществляется посредством целенаправленных интеллектуальных и материальных операций: наблюдение качественного состояния объектов земной поверхности и измерение их пространственных характеристик. Описание результатов операций способствует матери40
ализации геосвойств в пригодную для коллективного использования форму
(рисунок 2). Основой получения первичных оценочных данных о географических объектах и процессах является субъективное наблюдение качественных и
количественных признаков занимаемой территории. Реализация наблюдения
заключается в активном и целенаправленном восприятии субъектом географической реальности, в ходе которого приобретается знание об инвариантных
признаках фиксируемых объектов и их территориальных отношениях. При
этом непосредственно определяются параметры внешних свойств объектов. О
внутренних свойствах наблюдатель судит по косвенным признакам, известным
из предыдущего опыта. В зависимости от экологической значимости в наблюдаемом объекте ведущим может оказаться либо одно, либо другое свойство.
Методической основой наблюдения являются пространственные навыки, критериями наблюдения являются возможности органов чувств либо используемых технических средств. Таким образом, при информационной оценке территории наблюдение представляет собой операцию непосредственной регистрации объектов, явлений и процессов и является источником субстанциональных
геоданных.
41
Рисунок 2 – Операции регистрации параметров ГС
Поскольку все географические объекты имеют физические размеры, необходимым условием их оптимального использования является определение и
унификация их геометрических характеристик. В основе получения таких характеристик лежит измерение – «операция по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающая нахождение
соотношения измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой
величины» [114]. Операция измерения объектов земной поверхности заключается в сравнении измеряемой величины географического объекта с ее единицей
для получения метрики этой величины в форме, наиболее удобной для использования. Число, выражающее такое отношение, является численным значением
измеряемого параметра (размером) и может быть выражено комбинацией символов в любой системе счисления или любым другим принятым способом. Используемое при этом средство измерения содержит единицы искомой величины, считающиеся равными единице при измерении других величин такого
же рода.
На раннем этапе развития социума основным средством измерения являлось тело человека, поскольку оно представляет собой совокупность частей,
обладающих неизменностью размеров. Эти постоянные свойства своего тела
человек соотносил со свойствами географических объектов. Следовательно,
главными единицами измерения являлись размеры человеческих конечностей
(локоть, фут и т.п.), а также территориальные единицы измерений, характеризующиеся человеческими возможностями преодоления земной поверхности
(шаги, суточные переходы). Простейшей операцией является прямое измерение, при котором количественный результат получается непосредственно из
обследования объектов в процессе жизнедеятельности (размеры угодий, расстояния маршрутов и т.п.). Организация постоянных структур природопользования способствовала развитию производных измерений, в которых участвуют
вторичные, или производные, физические единицы, такие как площадь, объем,
плотность, скорость и другие.
42
В настоящее время, при оценке пространственных отношений объектов
географической оболочки базовыми физическими величинами являются размеры Земли, а в прикладном аспекте – занимаемая территория. Средствами измерений являются специальные приборы и устройства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства. Результатом измерения занимаемой территории является морфометрическая характеристика объектов природопользования и их совокупных структур в виде абсолютных численных значений, в основном метрической системы мер. Измерение является
базовой операцией и технологической основой системы знаний любой территориальной деятельности и является источником топологических геоданных. Для
наук о Земле важна связь наблюдений с определением численных значений характеристик исследуемых объектов и процессов. Техника измерений, их точность и разнообразие соответствуют своему времени и зависят от общего уровня развития социума. В современных условиях развития микропроцессорной
технологии и космической геодезии эта связь становится главным фактором
надежности и достоверности исследований околоземного пространства.
Результатом наблюдения и измерения занимаемой территории является
индивидуальное знание субъекта, выполняющего эти операции. Для передачи
этих сведений всем членам социума необходимо описание объектов природопользования – это «…один из результатов исходного этапа географического
анализа территории, этапа сбора фактического материала и его первичного или
эмпирического обобщения» [62]. Качественное описание основано на определении значимости объектов для действующего субъекта. Количественное описание предполагает определение состояния используемых объектов и их объемов как экологических ресурсов.
Операции наблюдения и измерения выполняются при непосредственном
обследовании субъектом используемых ГС. Этот процесс сопровождается непрерывным обращением к памяти, анализом имеющихся субъективных географических образов и представлений. Операция описания может выполняться
опосредованно, по прошествии многих лет (рассказы старожилов). Посред43
ством операции описания осуществляется закрепление геоданных в удобной
для хранения и обработки форме (картографической, математической и т.п.) и
обеспечивается возможность коммуникации для коллективного использования.
1.3 Создание геоданных
1.3.1 Структура геоданных
Взаимодействие субъекта с окружающим пространством целенаправленно
на регистрацию и обозначение полезных свойств географической реальности.
Процесс создания таких данных представляет собой географический эксперимент, при котором контроль и управление заключается в применении соответствующего средства регистрации геосвойства, в выборе определенных климатических условий, в использовании оптимальной экспериментальной технологии и т.п. Географический эксперимент выступает как технологическая единица
процесса познания земной поверхности и закрепления новых сведений в социуме. Планирование эксперимента осуществляется на основании исходных идей
и теорий, а также практического опыта. Особенностью эксперимента является
то, что он заключается в реализации взаимодействия оцениваемого объекта с
некоторым материальным фактором – прибором или приспособлением. Результатом эксперимента являются геоданные – регистрируемые свойства объектов
земной поверхности в форме, доступной для хранения, обработки и передачи
(рисунок 3).
44
Рисунок 3 – Образование геоданных
На раннем этапе развития пространственного мышления понятие о субстанциональности географического объекта могло формироваться только совместно с его конкретной территориальной локализацией. Осуществляя практическую деятельность на ограниченном участке местности, человек постоянно
сталкивался с одними и теми же объектами, которые он хранил в виде образов
и представлений и использовал в качестве пространственных ориентиров. Возникновение языков способствовало наименованию объектов природопользования в соответствии с их основными качественными и количественными особенностями. Обозначение объектов окружающего мира обусловлено, прежде
всего, осознанием свойств, полезных для человека. Свойство полезности (биологической, энергетической, сакральной и др.) является важнейшей информационной характеристикой объекта, только затем следуют размеры, особенности
очертаний и другие. Следовательно, методической основой описания объектов
природопользования является их вербальное качественно-количественное
наименование. Это подтверждает анализ системы топонимии бассейна оз. Байкал, структурной основой которой являются эвенкийские, монгольские и бурятские названия [25]. Вполне очевидно, что первобытный человек все горы и
возвышенности оценивал обобщающим понятием «гора», реки и озера – «вода», что зафиксировано в ограниченном числе оценочных предикатов: хада –
гора, булак – родник, ключ, дабат – склон, возвышенность, нуру – озеро. Результаты этой оценки закреплялись с помощью передаваемых от поколения к
поколению топонимов. В связи с практической необходимостью помимо сигнальной коммуникации возникла описательная, которая позволила отразить
главные субстанциональные характеристики географических объектов. Например, дифференциация однотипных географических объектов по физическим
показателям: р. Шара-Гол – желтая долина; м. Будун – толстый; о. Хэлтэгы –
наклонный; г. Тапхар – низкий. По химическим признакам: Умхэй-Нур – гни45
лое озеро, г. Сахюрта – кремневая гора, Гужир-Жолга – солончаковая падь. По
ландшафтным особенностям: Саган-Хэрэ – ковыльная степь, ур. Нарсата – сосновое и другие.
Поскольку каждая система топонимов как смысловых образований дублирует структуру человеческой деятельности, то и система региональной топонимии бассейна оз. Байкал также имеет свои особенности. Значительное число
топонимов описывает географические объекты как средства природопользования. Прежде всего это сведения о наличии биологических ресурсов: р. Нерунда
– хариус, м. Оргокон – лежбище нерпы, долина Ширгили – тайменная, р. Туркукит – место прохода омуля, р. Урбикан – утиная; а также энергетических ресурсов территории: р. Хакусы – жара, горячая, пос. Куйтун – холодный, ур. Саса – снежное и другие. Значительное число топонимов характеризуют оборонительные свойства используемых географических объектов и фиксируют границы систем природопользования различных сообществ: ур. Шэбэтуй – изгородь,
каменная оборонительная стена, Дайн-Хошун – мыс обороны, Кучулга – затвор, замок, о. Харанса – смотровой и другие.
Поскольку в топонимах находят выражение общие адекватные свойства
обозначаемых объектов и отражается постоянство отношений с этими объектами, они обладают способностью коллективной ретрансляции во времени и являются универсальными геоданными. При этом они закрепляют на местности
пространственные параметры и характеризуют качественно-количественное состояние ГС в виде вербальных форм, не тождественных, но подобных географическим объектам-ориентирам. Таким образом, геоданные представляют собой особую материально-идеальную субстанцию объективной реальности, поскольку, с одной стороны, являются материальными признаками ГС, а с другой
– принадлежностью субъективного сознания. Будучи зафиксированы и описаны
с помощью какой-либо знаковой модели (вербальная, визуальная и др.), геоданные закрепляют в обществе качественно-количественную меру познаваемого пространственно-временного разнообразия географической реальности.
46
1.3.2 Методы создания геоданных
Развитие социума способствовало углубленному изучению информационных подкатегорий и образованию отдельных предметных областей познания
мира, характеризующихся уникальными геосвойствами и спецификой выполняемых действий при их преобразовании. Эти процессы привели к формированию дифференцированных подходов к оценке географической оболочки в виде
географических методов исследования как «способов достижения какой-либо
цели, решения конкретной задачи; совокупности приемов или операций практического или теоретического освоения действительности» [127]. Теоретической основой всех методов исследования являются общенаучные исследовательские концепции, которые существуют внутри определенных парадигматических ориентаций, закреплены в принципах, нормах и методиках исследования, реализуются через навыки, умения конкретных исследователей и обеспечиваются соответствующими инструментальными средствами. Каждый метод
задает логику исследовательской деятельности и обеспечивает регулирование и
контроль ее процессов. Качество методов проверяется практикой решения конкретных задач как принципов достижения цели, реализуемых в комплексе реальных обстоятельств.
Целью реализации географических методов исследования является создание геоинформации на основе анализа и синтеза однородных геоданных, характеризующих предметную область действительности. При картографической
оценке такими областями являются материальный субстрат геосфер, который
определяет происхождение геосвойств, а также их пространственное размещение на земной поверхности. Таким образом, общая дифференциация методов
обусловлена природой первичного взаимодействия субъекта (технического
средства) с объектом исследования. В настоящее время существуют количественные и качественные методы, полевые, стационарные и семь экспериментальных методов: геофизический, геохимический, биогеографический, палеогеографический, сравнительно-описательный, картографический, математиче47
ский [88]. С точки зрения информационного подхода, субстанциональные и топологические методы решают задачи создания геоданных, а информационные –
задачи их формализации и закрепления в социуме (рисунок 4).
Определение физических свойств планеты способствовало формированию
геофизических методов исследования как совокупности научно-прикладных
действий по оценке свойств и процессов земной поверхности и околоземного
пространства на основе косвенной информации об интенсивности и структуре
различных физических полей. Технологию этих методов обусловливает геофизика Земли и земных оболочек. Методы геофизики Земли направлены на оценку и измерение гравитационных, магнитных, электрических, сейсмических,
термических и ядерных геосвойств.
Рисунок 4 – Методы создания геоданных
Существуют различные виды классификации геофизических методов исследования земной коры: по используемым полям; по технологиям и месту
проведения работ; по прикладным, целевым направлениям и решаемым задачам; по видам деятельности (теоретическая, инструментальная, экспериментальная, вычислительная и интерпретационная геофизика).
Если геофизические методы являются косвенными, дальнего действия и
обеспечивают равномерный и интегрированный характер создаваемых геоданных, то геохимические методы исследования являются прямыми методами
близкого действия, основанными на непосредственном изучении химического
состава географической оболочки. Главная теоретическая проблема этих методов – определение относительной и абсолютной распространенности и миграции химических элементов в земной коре и на ее поверхности. В основе классификации геохимических методов лежит различие миграции элементов по
формам движения материи. Геохимические методы исследований используют
48
дискретные измерения количественных показателей неоднородности природных сред техническими средствами и нацелены на познание законов распределения элементов и изотопов, процессов формирования горных пород, почв и
природных вод.
Главная задача биогеографических методов – познание закономерностей
распространения исторически сложившихся совокупностей видов растений и
животных на поверхности Земли. Предметом исследования этих методов является анализ флоры и фауны во времени и пространстве, с установлением, из каких таксономических групп, каким путем, как и когда образовались те или
иные современные и ископаемые виды флоры и фауны. Объектами биогеографической оценки территории являются: ареалы растений и животных; биоты –
сложившиеся совокупности всех видов растений и животных; ценозы – территориальные сообщества организмов; биомы – пространственные совокупности
сообществ организмов.
Социально-экономические методы исследования нацелены на оценку территориальной организации общества и изучают географическую среду человека, пространственное размещение социальных коллективов и структур жизнеобеспечения.
Они
являются
методологической
основой
социально-
экономической географии и дифференцированы на исследование социальных,
экономических и демографических проблем. Первая группа методов изучает
размещение и территориальную организацию населения, его место в процессе
общественного производства, а также взаимодействие общества с природным
окружением. Применение этих методов способствует оценке территориального
аспекта проблем, связанных с населением, его численностью, структурой, естественным и механическим движением, расселением и территориальными формами. Практическими задачами являются количественная и качественная оценка трудовых ресурсов, прогнозы и рекомендации по развитию форм расселения,
отвечающих рациональному размещению производственных и рекреационных
объектов и территорий. Экономические методы оценки направлены на изучение пространственной организации общественного производства и особенно49
стей формирования территориально-экономической структуры хозяйства различных регионов планеты. Демографические методы способствуют оценке закономерностей воспроизводства населения, зависимости его характера от социально-экономических и природных условий, этнического состава и т.п.
Топологические методы создания геоданных основаны на пространственном определении местоположения объектов и границ географической оболочки
на (относительно) земной поверхности. Практическая задача этих методов заключается в точной локализации объектов и территорий в системе координат
земного геоида. Теоретическое значение топологических методов заключается
в изучении фигуры Земли, определении ее размеров, формы и гравитационного
поля. Частная дифференциация топологических методов обусловлена площадью территории, занимаемой оцениваемым объектом или процессом географической реальности. При организации локальных структур природопользования
используются геометрические методы оценки территории, не учитывающие
кривизну Земли и базирующиеся на местных системах координат. При организации региональных систем жизнеобеспечения применяются геодезические методы, позволяющие выполнять оценку значительных территорий земной поверхности на основе геодезической системы координат. При исследовании планетарных процессов, а также оценке размеров земного геоида используются
астрономические методы.
Главная задача информационных методов исследования заключается в
преобразовании геоданных в информационную модель, описывающую объекты
и территории конкретной предметной области географической действительности. Длительный период развития социума единственным механизмом создания
и закрепления пространственных сведений являлся сравнительно-описательный
метод. Суть его заключается в сопоставлении и выявлении сходства и различия
свойств, состояний, процессов двух или более географических объектов или
ландшафтов. На основе сравнения строятся выводы о закономерностях формирования и развития объектов в пространстве и времени. Этот метод используется как базовый на этапе эмпирического и теоретического обобщения при оцен50
ке, разработке классификаций, генерализации и прогнозировании развития территории.
Следующее место по длительности существования занимает картографический метод исследования как способ изучения географической оболочки посредством карт. Карта представляет собой математически определенную модель земной поверхности, описывающую пространственное размещение и взаимосвязи географических объектов. Такое описание производится благодаря
смысловой интерпретации географических объектов в образно-знаковые конструкции и их однозначной локализации на плоскости посредством картографических проекций.
Совершенствование приемов физических и пространственных измерений
способствовало развитию математики как особой формальной системы отражения, упорядочивания и информационного преобразования разнообразия географической реальности. Соответственно происходила математизация областей
знаний, имеющих дело с измерениями и количественными характеристиками
географических объектов и явлений. Эти процессы привели к формированию
математических методов исследования, под которыми понимаются «…всякие
методы, в ходе которых производятся математические действия, как над числами, так и над другими символами (в том числе над формализованными понятиями) с целью получения новых умозаключений и выводов» [4]. Универсальность математического языка позволяет формализовать и исследовать состояние и динамику различных природных образований и их структур в околоземном пространстве на основании анализа математически подобных моделей.
Все методы создания предметных геоданных определяют специализацию
операций и методик применительно для решения своих задач, а также развивают средства и технологии оценки. Каждый из методов имеет универсальные
единицы измерения изучаемого географического процесса или явления и позволяет ограничить разнообразие геосвойств своей предметной области посредством их формализации. Практическая реализация сравнительно-описательного
и математического методов заключается в обработке массивов геоданных и
51
представления их в форме, удобной для использования всеми членами общества, но только посредством картографического метода исследования осуществляется интеграция субстанциональных и топологических геоданных в
обоснованные и однозначные картографические информационные модели различной иерархии.
1.3.3 Способы создания геоданных
При современных территориальных исследованиях геоданные создаются
либо посредством полевой регистрации параметров ГС, либо на основе моделей-заместителей реальных объектов и территорий (карты, описания, космоснимки и т.п.). Такое положение геоданных как продукта субъект-объектных и
субъект-модельных отношений определяет необходимость их деления на два
независимых типа: полевые и камеральные. Полевые геоданные создаются при
непосредственном взаимодействии с объектами и территориями земной поверхности. Камеральные геоданные создаются при взаимодействии с информационными моделями-заместителями. Современный процесс создания геоданных, как правило, имеет интегрированный характер. Поскольку современная
географическая среда занимает всю земную поверхность, то и камеральные
геоданные различных территориальных уровней уже имеются. При различной
природе происхождения геоданные имеет единую сущность. Объективность
полевых геоданных зависит от надежности регистрирующих приборов и условий географического эксперимента. Камеральные геоданные являются результатом интерпретирования исходных сведений, поэтому имеют субъективный
характер, зависят от навыков создателя, точности математической основы моделируемого объекта или процесса, а также от более или менее удачно подобранных знаковых систем для их визуализации.
При возникновении задачи к созданию КИ на конкретную территорию
субъект вынужден либо воспользоваться имеющимися камеральными геодан52
ными (лабораторное моделирование), либо создавать полевые геоданные (полевые работы). Таким образом, создание и ретрансляцию геоданных в социуме
обеспечивают два способа, характеризующиеся уровнем взаимодействия с ГС
(прямое и опосредованное), специализацией средств регистрации и оценки,
особенностями операций и технологий, уникальностью промежуточных и итоговых результатов (рисунок 5).
Рисунок 5 – Способы создания геоданных
Реализация субстанциональных и топологических методов создания геоданных осуществляется в полевых условиях при непосредственном взаимодействии с изучаемыми объектами и территориями. Создание полевых геоданных
предполагает контактную реализацию операций и методик и непосредственное
кодирование топографическими условными знаками при отсутствии промежуточных преобразований. Точность создаваемых топографических карт позволяет использовать их как источник детальных данных о территории и надёжное
средство ориентирования, осуществлять изучение местности и вести мониторинг естественных процессов и человеческой деятельности, устанавливать границы и вычислять площади, плановое и высотное положение точек, расстояния
и уклоны. Эти карты создаются согласно государственным стандартам и имеют
высокую точность математической основы. Они, как правило, являются геометрической основой для научных исследований, земельно-кадастрового учёта,
при разработке территориальных проектов и т.п. Эффективность и надёжность
полевого способа зависит от используемых средств и технологий регистрации
геосвойств и условий экспериментального процесса.
53
Создание камеральных геоданных осуществляется в лабораторных условиях, которые предполагают использование имеющихся моделей действительности, в том числе и топографических карт как базовых геометрических документов. Этот способ предполагает различные действия с исходной топографической КИ: манипулирование математической основой, ввод дополнительных
предметных сведений, создание промежуточных карт и т.п. Такие преобразования позволяют выполнить картографирование любых географических объектов
и процессов, как реально существующих, так и абстрактных. При этом происходит субъективная интерпретация исходных геоданных и искажение математической основы. Эффективность и надёжность камерального способа зависит
от качества используемых моделей и квалификации исследователя.
Таким образом, полевой способ создания геоданных решает задачу оценки
и воспроизведения параметров геообъектов, процессов и территорий с целью
инвентаризации ГС. Камеральный способ решает задачу моделирования объектов, процессов и территорий с целью исследования и прогнозирования развития
ГС.
1.4 Морфологическая структура картографической информации
1.4.1 Образование геоинформации
Мысленное воспроизведение пространственно-временной действительности и ее картографическое преобразование возможно лишь в системе отдельных информационных подкатегорий, отражающих различные формы географической реальности, а в совокупности – всю реальность (рисунок 6). Информационные подкатегории возникли и развиваются как результат обобщения исторического познания и общественной практики и характеризуют собой идеальный аналог материального мира, его общих свойств, связей и отношений. Подкатегории связаны между собой так, что каждая из них может быть осмыслена
лишь как элемент всей информационной картины мира. Ни одна из подкатего54
рий не может ни заменить, ни перейти в другую. Каждая подкатегория отражает действительность лишь в плоскости своих информационных свойств, отношений и закономерностей, понятия специальных областей знания и более узких
сведений вырастают на почве исследования и обобщения отдельной информационной подкатегории объективной реальности. Каждая информационная подкатегория определяет конкретную сторону действительности и характеризует
внутреннюю связь вещей.
Рисунок 6 – Образование КИ
Субстанциональная подкатегория определяет физическую и химическую
сущность объектов географической оболочки, ее формирование обусловлено
формами существования и движения материи. Топологическая информационная подкатегория определяет глобальную структуру локализации объектов географической оболочки на земной поверхности. Формирование этой подкатегории обусловлено формой и размерами планеты. Хронологическая подкатегория
определяет развитие географической оболочки и фиксируется последовательностью географических событий, ритмами и циклами. Антропогенная информационная подкатегория определяется природой человеческого мышления и
55
обусловливает существование КИ как феномена практической деятельности.
Именно эта подкатегория мотивирует создание и использование КИ как общечеловеческой ценности. Отражая действительность, информационные подкатегории вместе с тем являются необходимым интеллектуальным средством ее
анализа и преобразования. Они выступают в роли системообразующих элементов умопостигаемой объективной реальности, логического средства ее понимания и регистрации при формировании связей между субъектом и объектом.
Геоданные включаются в процесс создания КИ при осознании их значения
и ценности в управлении территориальной деятельностью. Целенаправленное
использование геоданных определенной предметной области действительности
осуществляется посредством соответствующих методов исследования, которые
обеспечивают создание предметной геоинформации (геофизической, геохимической и др.) на основании уникальных приемов и правил. Образование геоинформации происходит в результате применения регулятивных норм картографического метода исследования, обеспечивающего формальную локализацию
разнородных информационных единиц на земной поверхности. В случае локализации геоданных посредством географической системы координат образуется геоинформация, при их локализации посредством картографической проекции образуется КИ. Таким образом, результатом целенаправленной регистрации субстанциональных и метрических параметров земной поверхности является геоинформация как установленный факт однозначного соответствия сущности и планово-высотного размещения географического объекта.
1.4.2 Создание картографической информации
Современный механизм картографического преобразования объективной
действительности в формализованную информационную модель, приемлемую
для практического использования представляет собой совокупность последовательных целенаправленных этапов:
56
1) создание геоинформации в результате однозначной локализации пространственных и субстанциональных геоданных посредством картографических
проекций;
2) создание КИ посредством кодирования геоданных элементами языка
карты для обеспечения коммуникации;
3) преобразование КИ посредством картографического моделирования для
инвентаризации и познания действительности;
4) воспроизводство и обновление КИ для обеспечения непрерывной территориальной деятельности социума.
Каждый этап картографического отображения действительности осуществляется в рамках определенной области научно-практической деятельности и
имеет результатом присущую только ему физическую сущность КИ, характеризующуюся формами хранения и представления, внутренними свойствами, возможной областью использования и выполняемыми социальными функциями.
На первом этапе, в результате совмещения пространственных и субстанциональных геоданных территориальных объектов в геоинформационном поле,
осуществляется создание геоинформации. Механизм локализации геоданных
обеспечивает картографический метод исследования. В таком понимании геоинформация определяет собой регистрируемый факт однозначного соответствия сущности и пространственного размещения геообъекта. Она зафиксирована в программной среде в виде совокупности геодезических координат и
атрибутивных таблиц, представлена в цифровой форме и предназначена для
процессорного хранения и обработки.
Второй этап создания КИ основан на феномене картографической коммуникации как информационного процесса кодирования – перевода геоданных на
язык картографических знаков, специально приспособленный к особенностям
канала связи – карты. Основная задача кодирования заключается в адекватном
воспроизведении географических объектов и процессов посредством способов
картографического изображения. Таким образом, в результате кодирования
элементами языка карты КИ представляет собой картографический эквива57
лент геообъекта, приемлемый для всех участников территориальной деятельности. Она зафиксирована системой условных картографических знаков в виде
штриховых и фоновых графических элементов, представлена цифровыми и
аналоговыми объектными слоями и предназначена для коммуникации пространственных сведений.
Третий этап информационного преобразования заключается в манипулировании объектными слоями посредством прикладных и аналитических операций
используемой программной среды. Результатом информационного картографирования являются топографические и тематические карты, результатом моделирования – географические теории, концепции и гипотезы. При этом КИ представляет собой территориальную совокупность однородных геоданных, актуальную для решения пространственной задачи. Она зафиксирована в ГИС в виде цифровых и аналоговых геоизображений и предназначена для метрической
оценки ГС и управления территориальным развитием.
Этап воспроизводства КИ в социуме осуществляется при участии государства посредством организации геодезических и картографических предприятий,
профильных образовательных и научно-исследовательских учреждений, обеспечивающих ее непрерывное производство и распространение в обществе в виде пространственных документов для нужд хозяйства, обороны, образования и
т.п. На этом этапе КИ является общественно полезным продуктом научнопроизводственной деятельности. Она зафиксирована, в основном, в аналоговой
форме в виде карт, атласов, учебников, научных трудов, фондов и т.п. и предназначена для массового повседневного использования и ретрансляции географических знаний от поколения к поколению.
1.4.3 Классификация картографической информации
В основе классификации КИ лежит её дифференциация на шесть видов,
характеризующихся спецификой отображаемых компонентов географической
оболочки и в совокупности, представляющих всеобъемлющее описание дей58
ствительности. Каждый вид КИ, в зависимости от происхождения, может быть
отнесен к одному из типов и обладать свойствами ценности, актуальности и доступности (рисунок 7). Мотивом к созданию проблемно ориентированной КИ
является осознанная необходимость решения определенной территориальной
задачи. Необходимость и условия использования КИ в конкретный момент
времени определяются свойством актуальности. Возникновение территориальной проблемы и последующих задач для её решения, как правило, обусловлено
внешними, по отношению к КИ, факторами – антропогенными и природными.
Например, при наличии государственной воли к созданию нефтепровода востребованность КИ о территории прохождения трассы обусловлена антропогенным фактором, а при возникновении чрезвычайной ситуации, вызванной землетрясением, востребованность будет обусловлена природным фактором. И в том
и в другом случае, важной характеристикой актуальности КИ является ее территориальность – пространственная принадлежность проблемному участку
земной поверхности. Кроме того, актуальность КИ характеризуется её предметной валидностью для решения возникающих территориальных задач.
Рисунок 7 – Предлагаемая классификация КИ
Валидность КИ определяет соответствие информационных показателей
отражаемым свойствам объекта либо процесса, т.е. насколько адекватно выбранные показатели отражают или измеряют те свойства объектов и явлений, которые они предназначены представлять. Например, при оценке эродированных сельхозугодий массив статистической КИ по административным районам будет обладать низкой валидностью по сравнению с ДДЗ на ту же территорию. Репрезентативность КИ определяется полнотой территориального покры59
тия информационного массива. Например, при регистрации загрязнения реки
репрезентативность КИ на основании десяти точек отбора будет выше, чем при
использовании только двух контрольных точек.
Являясь необходимым продуктом сознательной и целенаправленной деятельности, КИ является элементом системы человеческих ценностей. А.А. Харкевич [145] предложил измерять ценность информации через изменение вероятности достижения определенной цели, возникающее под воздействием данного сообщения. Ценность КИ имеет интегрированный характер и зависит от
частных характеристик: структурности, надежности и точности. Характеристика структурности отражает закономерный порядок связи информационных показателей в составе всего массива, обеспечивает его целостность и тождественность самому себе при различных преобразованиях. Надежность определяется
легитимностью происхождения КИ и соответствием нормативным требованиям
к аналогичным продуктам. Точность КИ зависит от её математической основы
(для картографических документов), либо от достоверности сведений.
Ценность КИ актуализируется в результате военных действий, чрезвычайных ситуаций, разработки месторождений полезных ископаемых и т.п. В этих
условиях появляется необходимость создания прямой КИ (и не только о своей
территории), происходит преимущественная реализация ее познавательной
функции. В период экономической и политической стабильности необходимость создания прямой КИ снижается, а общество в повседневных нуждах использует косвенную КИ, ограничиваясь ее коммуникативной функцией.
Важным свойством КИ является ее доступность для решения той или иной
территориальной задачи. Доступность КИ, прежде всего, зависит от режима
хранения. В условиях государственного засекречивания крупномасштабных топографических карт, как правило, при высокой актуальности и ценности этих
документов, они обладают низкой доступностью. Кроме того, доступность КИ
ограничивают форматы хранения сведений и необходимость высоко технологичного оборудования и квалифицированных исполнителей для ее последующего преобразования.
60
Свойство ценности КИ является внутренним качеством и характеризует ее
независимое состояние в процессе хранения. Свойство актуальности КИ может
быть реализовано в результате субъективной воли либо объективных географических событий. Оно приобретается в результате внешних факторов и не зависит от самой КИ. Свойство доступности определяется условиями использования КИ и характеризует уровень информатизации коллектива, решающего территориальную задачу.
2 КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ГЕОСИСТЕМ
2.1 Мониторинг географической среды
2.1.1 Пространственный мониторинг географической среды
Федеральный закон № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» определяет
мониторинг как «комплексную систему наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под
воздействием природных и антропогенных факторов». В современной научной
литературе под мониторингом понимается технологическая система, либо процесс наблюдений, оценки и прогноза изменений компонентов географической
среды, главным образом под влиянием человеческой деятельности с целью выявления негативных изменений и разработки рекомендаций по их устранению.
В обоих случаях речь идёт о необходимости регламентированных периодических наблюдений и качественно-количественной оценке изменений географической среды. Виды мониторинга классифицируются по пространственному охвату, объектам наблюдения, методам, целям, надёжности и оперативности. При этом одни исследователи ставят во главу угла слежение за антропогенными воздействиями, а другие считают необходимым фиксировать любые
изменения среды.
Из множества дефиниций комплексным и обоснованным нам кажется
определение «мониторинг (от лат. monitor - тот, кто напоминает, предупрежда61
ет) - комплексная многоцелевая информационная система регламентированных
периодических наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния природной среды c целью выявления негативных изменений и выработки рекомендаций по их устранению или ослаблению» [52]. Мониторинг подразделяется на:
биоэкологический мониторинг, изучающий природную среду c точки зрения её
влияния на здоровье людей; геосистемный, или природно-хозяйственный мониторинг, изучающий изменения ГС, из которых состоит окружающая среда (геомониторинг); биосферный мониторинг, обеспечивающий наблюдение, контроль
и прогноз возможных изменений природной среды в глобальном масштабе
(биомониторинг); мониторинг геологической среды (литомониторинг).
Наиболее полно принципы, основные идеи и структура мониторинга изложены Ю.А. Израэлем, которым в значительной мере обобщен международный
опыт по этому вопросу. Учёный подчёркивает, что мониторинг – это прежде
всего система для обнаружения антропогенных изменений окружающей среды
на фоне её естественных колебаний [67]. Позже он раскрывает значение мониторинга как многоцелевой информационной системы, задачами которой являются: 1) систематическое наблюдение за состоянием окружающей природной
среды и факторами, на нее воздействующими; 2) оценка фактического состояния природной среды, определение степени техногенного воздействия на нее; 3)
прогноз состояния окружающей природной среды [68] (рисунок 8).
62
Рисунок 8 – Мониторинг в системе управления окружающей средой
Мониторинг должен ответить на вопросы о причинах возможных нарушений среды, о нежелательности или, наоборот допустимости тех или иных изменениях природы, нормах нагрузки на неё. Поступление информации для комплексного мониторинга может быть оптимальным образом реализовано посредством системы локальных, региональных и национальных станций контроля.
Результатом мониторинга является картографическая информация [113] (рисунок 9).
63
Рисунок 9 – Схема поступления информации для создания карт в программах
мониторинга среды
В отличие от Ю.А. Израэля, И.П. Герасимовым в 1975 г. была предложена
более расширенная формулировка. Он предлагал, чтобы концепция современного мониторинга окружающей природной среды на начальном этапе разработки, кроме «наблюдений и контроля», включала бы и «управление состоянием
окружающей среды». По определению учёного [50], мониторинг - это система
наблюдения, контроля и управления состоянием окружающей природной среды, осуществляемая в различных масштабах, в том числе и глобальном. Управление предусматривает необходимость прогноза, представительность объектов
слежения, их достаточную плотность. Заслугой А.С. Керженцева [77] в изучении этой проблемы является стройная иерархическая структура мониторинга.
По его мнению, организация системы наблюдений должна отвечать главной задаче мониторинга – получение объективной информации об изменениях биологических, геохимических и геофизических параметров природной среды в глобальном, региональном и локальном масштабах для принятия решений по ее
защите от негативных, главным образом, техногенных воздействий. Все наблюдательные станции должны быть организованы технически и методически по
единым международным принципам, учитывающим территориальные особенности и необходимость глобального обобщения информации.
В настоящее время функции мониторинга природной среды в России возложены на Единую государственную систему экологического мониторинга
(ЕГСЭМ). Она включает территориальные, региональные и центральные органы управления, снабжена центрами, станциями и постами наблюдений земель,
вод, лесов и т.д. и обеспечивает решение глобальных природно-хозяйственных
задач. ЕГСЭМ функционирует и развивается с целью информационного обеспечения управления в области охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов, обеспечения экологически безопасного
64
устойчивого развития страны и ее регионов, ведения государственного фонда
данных о состоянии окружающей среды и экосистем, природных ресурсах, источниках антропогенного воздействия.
Анализ объектов мониторинга позволяет сказать, что КИ, относящаяся к
одним и тем же объектам, накапливается в различных структурах. Кроме того,
собственная информация, получаемая различными ведомствами, не идентична:
организация ее сбора и анализа подчинена задачам и функциям каждого ведомства. Экологический характер системы предусматривает наблюдение и регистрацию только опасных объектов. Объекты же рационального природопользования не подлежат контролю в этой системе. При этом многие задачи оптимизации хозяйственного использования занимаемых ГС требуют надёжной и репрезентативной КИ о региональной системе природопользования в целом.
2.1.2 Специфика картографического мониторинга
На протяжении развития социума процесс накопления географических
знаний привёл к формированию картографической системы регистрации параметров ГС как инструмента социальной памяти, обеспечивающего воспроизведение, хранение и передачу КИ в отрыве от осуществляемых на местности действий. Эта деятельность получила методологическое обоснование в современной теории картографии в виде механизма «создание-использование карт». Создание карт основывается на принципах математической формализации (масштаб, проекция), знаковой символизации, генерализации и системного подхода
к отображаемым объектам и процессам. Таким образом, спецификой картографического мониторинга действительности является тот факт, что оценка состояния и динамики географических объектов осуществляется посредством картографического отслеживания их метрических параметров и топологических взаимоотношений.
Регистрация и закрепление пространственных сведений в виде качественно-количественных параметров ГС осуществляется в результате картографиро65
вания геоданных на основе грамматического строя языка карты [85]. Геоданные
организуются в топологически однозначные знаковые комбинации посредством
двух подъязыков карты, из которых первый обеспечивает воспроизведение данных о размещении и взаимном положении, пространственной форме и ориентации объектов географической оболочки. Второй подъязык обеспечивает отображение содержательной сущности этих объектов. Элементы языка карты материальны, поскольку реализуются в материальных графических знаках и всегда
связаны с физиологической работой мозга и зрительного аппарата человека, но
они же идеальны, так как отражают некоторый смысл или идею и хранятся в сознании субъекта в форме психических отображений. Элементы языка карты
служат универсальной основой для отображения географической реальности.
Соответственно язык карты это «…объективно существующий феномен, сформировавшийся в общественно-исторической практике человека, передающийся
из поколения в поколение путём обучения и приобщения субъектов к соответствующему кругу явлений. Носители этого языка – лица, умеющие составлять,
читать и понимать карты, сами карты – тексты этого языка» [86].
Термин «картографический мониторинг» введён в научную литературу
К.А. Салищевым в 1980 г. Отмечая значение аэрокосмических материалов в
картографии он писал: «повторение съёмок с надлежащей периодичностью открывает путь к исследованию быстро протекающих явлений и процессов, к созданию живых динамических карт, включающих время в качестве четвёртой
координаты, и организации картографического мониторинга» [118]. А.М. Берлянт впервые сформулировал принципы организации картографического мониторинга, «…под которым понимается многоцелевая система слежения за состоянием окружающей среды и факторами, воздействующими на неё, с помощью
комплекса базовых, оценочно-прогнозных и оперативных карт» [18]. Рассматривая принципы организации картографического мониторинга он выделяет
блок базовой КИ, включающий серии тематических карт природных условий,
хозяйственного использования территории и состояния наблюдаемого явления,
процесса или компонента окружающей среды (рисунок 10). Затем учёный вы66
деляет блок оценочно-прогнозной информации, содержащий карты оценки
наблюдаемого явления, прогноза его развития во времени и в пространстве, а
также рекомендательные карты, намечающие систему мер и мероприятий по
контролю и управлению этим явлением. Первые два блока мониторинга составляют фонд КИ, обеспечивающий мониторинг априорными данными и необходимыми параметрами. Важной частью системы является блок оперативного
прогноза и контроля, в рамках которого составляются оперативные карты развития наблюдаемого явления, условий его распространения и происходящей
при этом эволюции. Этот блок базируется на аэрокосмической информации,
данных гидрометеослужбы, полевых наблюдениях. Последний блок апостериорных картографических данных, где оцениваются результаты изменений, происшедших в окружающей среде, их влияние на хозяйственную деятельность,
намечаются долговременные мероприятия по использованию благоприятных
тенденций или преодолению отрицательных последствий развития. Карты этого
блока должны не только информировать потребителя об обратимых и необратимых изменениях в окружающей среде, но и пополнять фонд базовой КИ.
Рисунок 10 – Схема использования карт для мониторинга
67
опасных природных явлений
По мнению Л.К. Зятьковой [64] основу геоэкологического мониторинга
территории должны составлять два вида наблюдений: географические, объединяющие исследования общих геолого-геоморфологических и ландшафтных
особенностей территории; геодезические, связанные с геометрическими и геодезическими измерениями, повторным нивелированием и другими исследованиями, оснащенными современным высокоточным геодезическим инструментарием, спутниковой технологией. Таким образом, ею выделено понятие геодезического мониторинга, объединяющего наблюдения, связанные с анализом
влияния
антропогенно-техногенных
факторов
в
общей
природно-
антропогенной геосистеме для определения геоэкологического потенциала исследуемой территории. Этот мониторинг проводится с повторными геодезическими исследованиями геоэкологических ситуаций промышленных, транспортных, городских, сельскохозяйственных построек урбанизированных территорий. Кроме того, геодезический мониторинг связан с инвентаризационноревизионными наблюдениями горнопромышленных, производственных разработок, нефтегазоносных, утилизационных зон захоронения промышленных и
бытовых отходов [64]. Геодезический мониторинг необходим при изучении
транспортно-линейных напряжений, связанных с состоянием автодорожных и
железнодорожных транспортных магистралей. Особенно важен мониторинг урбанизированных территорий, связанных с высотными и малоэтажными постройками, а также с застройками временных поселений в зонах активного проявления сейсмичности, активных разломов в районах проявления современных
и новейших тектонических движений, с близким залеганием вечной мерзлоты,
что важно для Байкальского региона.
В настоящее время в Госцентре «Природа» проводятся научнометодические исследования по организации системы государственного топографического мониторинга, основной задачей которого является постоянное,
регламентированное, картографическое слежение за изменением местности на
68
основе данных дистанционного зондирования Земли, спутниковых навигационных систем с использованием геоинформационной технологии [40].
2.2 Картографирование геосистем
2.2.1 Природно-хозяйственные геосистемы
Основу физико-географической зоны составляют зоны ландшафтные, формирующиеся в результате широтного распределения по земной поверхности
количества солнечной радиации и атмосферных осадков. От этого соотношения
зависят рельефообразующие процессы, типы растительности и темпы естественного возобновления природных ресурсов, богатство и видовой состав животных, микроорганизмов и типичных для каждой зоны почв. Эти специфические условия определяют приоритетные социально-экономические функции
природных ГС при их организации в структуры природопользования. Таким
образом, современная географическая среда представляет собой совокупность
природных, антропогенно-природных, природно-антропогенных и антропогенных ГС, объективно существующих в географической оболочке и обладающих
определенной целостностью. Под целостностью понимается внутреннее единство ГС, ее обособленность от окружающей среды, специфика и уникальность.
Каждая ГС в той или иной степени выполняет определенные социальноэкономические функции. Континуально-дискретное устройство географической
среды проявляется наличием в ней иерархически соподчиненных, целостных,
качественно отличающихся друг от друга участков земной поверхности – природных ландшафтов [129].
69
Все ГС представляют собой пространственные структуры и обладают объективными границами. ГС локального уровня обособляются и формируются
под преимущественным воздействием экзогенных факторов, ГС регионального
уровня обособляются и формируются под совокупным воздействием эндогенных и экзогенных факторов. Каждой категории размерности ГС свойственны
свои масштабы и организация. Кроме длины и массы основным показателем
размерности является время, определяющее три аспекта развития ГС: эволюция, динамика и стабилизирующая динамика. Многочисленные проявления мобильности ГС в пределах одной возрастной ступени составляют сущность их
развития [129].
ГС предоставляют пространство для существования отдельных природных
и антропогенных объектов человеческой жизнедеятельности, а также определяют специфику того или иного типа регионального природопользования. Преобразованные ГС представляют совокупность природных и социальнотехнических объектов. Такие ГС В.С. Преображенский называет интегральными: «… геосистема – сложное образование, включающее в себя одновременно в
качестве элементов (или подсистем) природу, население и хозяйство» [104] (рисунок 11).
Рисунок 11 – Модель геосистемы «природа-хозяйство-общество» (1 управляемая часть системы; элементы системы: 2- природные, 3 - технические,
4 - субъект, 5 - орган управления; 6 - связи элементов)
Таким образом, именно ГС, на территории которых осуществляется природопользование – объект картографической оценки, исследования и мониторинга. На территории одной ГС, как правило, одновременно развивается несколько
видов
природопользования,
создавая
70
сложноорганизованную
природно-
антропогенную систему. Развитие таких ГС целесообразно рассматривать как
процесс функционирования системы природопользования (рисунок 12). Система природопользования – это ограниченный вещественно-энергетический комплекс природных и антропогенных образований, объединенный прямыми и обратными связями своих объектов и обладающий целесообразной структурой и
функциональностью. Целостность системы характеризуется помимо внутренних наличием внешних связей с другими системами и окружающей средой. В
формировании и функционировании системы природопользования определяющую роль играет закон внутреннего динамического равновесия при наличии
антропогенной составляющей [108].
Рисунок 12 – Система природопользования
Система природопользования состоит из объектов природопользования.
Каждый объект природопользования представляет собой однородное физикогеографическое образование, характеризуется определенной сущностью и локализацией в координатах геодезического пространства. Каждый объект природопользования в конкретный момент времени имеет определенное физикохимическое состояние и границы, отличные либо совпадающие с ландшафтными рубежами, которые являются пространственным основанием системы природопользования. Все объекты природопользования однозначно отображаются
на топографических картах (приложение А) и фиксируются графическими примитивами: точкой, линией, полигоном. Точность и степень генерализации па71
раметров объектов природопользования соответствуют масштабу используемых топографических документов.
При картографическом мониторинге геосистем (КМГС) актуальной задачей является классификация объектов природопользования по существенным,
для изучаемой предметной области, признакам на подмножества. Специфика
картографического кодирования геоданных определяет необходимость соответствующей классификации объектов природопользования. Такая классификация
включает разделение пространственных объектов на устойчивые топологические единицы. Совокупность однородных объектов представляет класс, совокупность однородных классов представляет тип объектов природопользования
(рисунок 13). Динамика системы природопользования фиксируется изменением
пространственного положения и качественно-количественного состояния ее
объектов. Временные масштабы этих процессов различны. Управление системой природопользования заключается в определении оптимальных границ,
пропорций, ритмов и способов использования ее объектов на основе выявленных пространственно-временных закономерностей.
72
Рисунок 13 – Пример классификации объектов природопользования
2.2.2 Картографирование природопользования геосистем
При картографических исследованиях хозяйственного освоения ГС наиболее часто используется сопоставление разновременных топографических карт,
позволяющее исследовать динамику сети населенных пунктов, развитие и организацию дорожной сети, изменения в рельефе, гидрографии, растительном покрове и т.п. Результаты анализа разновременных карт отображаются на картах
динамики. К.А. Салищев [119] подразделяет такие карты на: карты, совмещающие показ пространственного положения явлений для ряда последовательных
моментов времени; карты, отображающие динамическое состояние явления на
определенное время; карты, характеризующие среднюю скорость или интенсивность процессов; карты, определяющие время наступления явлений; карты
изменения состояния или замены явлений. А.М. Берлянт [19] предлагает либо
просто совмещать контуры явлений на разные даты, либо составлять карты разности состояния явления на две или несколько дат, либо составлять карты ареалов изменения явлений.
В.А. Червяков [148] советует исследовать динамику ГС составляя, анализируя и совмещая разновременные карты полей плотности геообъектов, и в последующем составлять карты полей динамики (карты скорости роста, карты
тенденций развития явления). Он подразделяет карты полей динамики на карты
движения (перемещения) и карты изменения. Первая группа карт имеет прямое
отношение к концепции векторного поля, вторая - относится к скалярным полям. Другие авторы [80] считают наиболее оптимальным, для исследования динамики природопользования, создание серий разновременных карт, сочлененных разновременных карт, карт изменения состояния, карт движения и карт типов динамики.
73
Важным способом использования КИ при мониторинге ГС являются графические приемы анализа карт – это построение по ним разновременных профилей, графиков, диаграмм, роз-диаграмм, блок-диаграмм. Такие модели позволяют дать наглядное изображение анализируемых явлений или процессов,
показать их в таких ракурсах и сочетаниях, которые трудно или невозможно
отобразить на плоскости карты. Графические модели позволяют представить не
только реальные объекты, но и научные абстракции, такие, как статистические,
фоновые, изопотенциальные поверхности. Они удобны для показа структуры,
взаимосвязей, эволюции, динамики изучаемых объектов и процессов. Л.Е.
Смирнов [126] показал, что объемные графические модели хороши не только
своей наглядностью, выразительностью, высокой информативностью, но и способностью передавать взаимосвязи явлений в трехмерном пространстве.
Важное научное и практическое значение при мониторинге различных видов природопользования имеют графоаналитические приёмы - картометрический, морфометрический и статистический анализы. Например, при картометрической оценке распаханности территории выполняют измерения по картам
метрических характеристик ареалов пашни: длину, ширину, площади, объемы.
При морфометрической оценке, на основе картометрических определений, производят расчет показателей формы и структуры ареалов пашни. Как правило,
это относительные показатели и безразмерные коэффициенты (расчленение,
плотность, коэффициенты формы, индексы извилистости, сложности и т.п.).
При статистическом анализе выполняется оценка распределений и взаимосвязей ареалов или их количественных характеристик, рассматриваемых как множество случайных величин.
Картометрические определения всегда лежат в основе морфологического и
вероятностно-статистического анализов, но в одном случае они служат для
оценки структур и форм, а в другом – для характеристики их распределений. В
настоящее время морфометрические исследования в чистом виде встречаются
редко, обычно они дополняются статистической обработкой. Возможен также
математический анализ картометрических и морфометрических показателей.
74
Важно и то, что система морфометрических показателей позволяет проводить
их взаимную корреляцию, устанавливать сравнительную информативность, отбирать наиболее репрезентативные показатели, повышая тем самым надежность
результатов.
При исследовании ГС часто используется хорошо развитая геоморфологическая морфометрия или морфометрия рельефа, предмет которой составляет
разработка теории и методов количественной характеристики структуры и
форм рельефа земной поверхности. Основными показателями служат степень
горизонтального и вертикального расчленения рельефа, уклоны, ориентировка,
асимметрия отдельных форм, овражность, закарстованность и т.п. Важное значение для мониторинга ГС имеет геологическая структурная морфометрия,
изучающая формы геолого-структурных поверхностей и погребенных горизонтов, а также позволяющая прогноз полезных ископаемых и количественную
оценку инженерно-геологических и гидрогеологических условий природопользования.
Гидрологическая морфометрия применяется для оценки извилистости рек,
береговых линий, форм и размеров озер, водохранилищ и других водохозяйственных объектов. В последние годы возникли новые задачи, например, исследование общей структуры гидросети (порядка и протяженности водотоков,
формы бассейнов, бифуркации русел), оценка эрозионных процессов в руслах
рек и абразии берегов морей и водохранилищ и др. Специфическое по задачам и
методам направление – ландшафтометрия, с помощью которой количественно
оценивают ландшафтную структуру местности. На основе картометрирования
ландшафтных ареалов измеряют площади, протяженность и форму ареалов. На
основе этих характеристик в ландшафтометрии, разработана система показателей однородности, дифференциации, раздробленности, сложности ландшафтов,
из взаимного соседства, близости, успешно применяемая при оценке регионального природопользования.
При математическом моделировании динамики ГС карты служат источником формализованной информации, и почти все математические модели могут
75
быть преобразованы в картографическую форму. При использовании КИ разностороннее применение получили математико-статистические модели. Это объясняется общей тенденцией внедрения вероятностно-статистических методов в
науки о Земле, относительной простотой и доступностью математического аппарата, а также свойствами самого картографического изображения, которое
удобно рассматривать как статистическую поверхность или упорядоченное поле геоданных. Из всех разделов математической статистики, наиболее часто используется показатель корреляции. Приспособление формального аппарата к
особенностям картографического анализа проявляется в исследовании пригодности того или иного показателя корреляции для карт, обладающих разными
свойствами (способы изображения, наличие количественных и качественных
характеристик и т.п.), а также при разработке методики картографирования взаимосвязей.
Для изолинейных карт, позволяющих определять точные количественные
характеристики явлений в любой точке, применяется коэффициент парной корреляции (в случае прямолинейной связи), либо корреляционное отношение
[148]. При работе с картограммами и картами количественного фона, когда выборки немногочисленны, а вместо точных количественных величин известен
лишь интервал значений, наиболее удобен ранговый коэффициент корреляции.
Для одновременного сопоставления нескольких карт используются коэффициенты множественной и частной корреляции. Для картографического мониторинга природопользования представляют интерес исследования с использованием разновременных карт при математико-картографическом моделировании
историко-экономического развития территории [15]. При совмещении разновременных карт и статистических данных в геоинформационной системе изучается динамика урожайности сельскохозяйственных культур [42].
Автоматизированное картографирование в определенной степени решает
задачу отображения конкретного пространства - времени. В частности Н.Л. Беручашвили [25] предлагает несколько подходов в этом направлении: создание
пространственно-временных моделей регионов; создание карт-фильмов; дис76
плей-картфильмов. Например, в картфильмах отображающих динамику стексов
ландшафтов используется масштаб времени - 3 сек. соответствуют 1 суткам.
Картфильм, где время изменения объекта масштабируется естественным временем чтения, позволяет передать информацию о динамике с наибольшей надежностью отображения состояний объекта в начальный и конечный моменты исследования.
Большую популярность при картографическом исследовании природопользования приобрели факторный и компонентный анализы, позволяющие:
свертку информации с больших серий карт; объединение комплекса исходных
признаков в несколько результирующих факторов; группировку множества
признаков по факторным весам; исследование структуры исходной совокупности объектов; районирование территории путем оценки сходства и выделения
однородных факторных групп [21]. Факторный анализ основывается на исследовании матрицы корреляции между многими показателями, влияющими на
изучаемое явление. В ходе анализа выделяют несколько главных факторов, которые обобщают, синтезируют влияние отдельных исходных показателей. Преобразование нормированной корреляционной матрицы в матрицу смежности
позволяет выполнить процедуру таксономического объединения и районирования территории. Затем строятся гипотезы относительно сущности найденных
главных факторов, дается содержательная интерпретация выделенных районов.
В связи с автоматизацией в картографии, важное значение приобрела задача распознавания образов. Ее актуальность объясняется двумя причинами: решение проблемы распознавания картографических образов дает реальную основу для автоматизации всего процесса исследований по картам; методы распознавания в равной степени пригодны для карт, аэро- и космических снимков, а
это создает предпосылки для их комбинированного использования [22]. Каждому конкретному объекту соответствует определённая векторная величина некоторого признакового пространства. Само же признаковое пространство может
быть задано в качественной, количественной, вероятностной, топологической
формах. Задача сводится к установлению соответствия между конкретными
77
объектами и элементами признакового пространства, характеризующего класс
этих объектов.
2.2.3 Индикационные показатели картографического мониторинга
геосистем
Основным приёмом КМГС является оценка динамики природопользования
посредством сравнения разновременных карт. Сравнивая карты, на которых явления изображены в моменты времени t, t2, ... tn, можно выявить изменения,
происшедшие за любой промежуток t, количественно оценить изменения координат, расстояний и площадей, установить направление и среднюю скорость
изменений. Измерения в таких случаях ведут относительно базовых пространственных объектов. При анализе разновременных карт за величину любого перемещения принимают алгебраическую сумму всех перемещений, происшедших за данный промежуток времени, а также считают, что скорость изменения
оставалась постоянной. Кроме того, предполагается, что величины возможных
перемещений должны не менее чем в два раза превосходить ошибки контуров
на используемых картах.
Каждый вид природопользования развивается в пределах природных или
антропогенных границ и характеризуется физико-географическим состоянием
элементарных объектов, взаимосвязями между ними и определенной пространственной структурой системы природопользования. Непрерывная территориальная оценка процесса природопользования ГС в целом осуществляется посредством картографической регистрации индикационных показателей текущего состояния отдельных объектов. Общими показателями регистрации объектов
являются картометрические и морфометрические показатели, позволяющие
метрическую и топологическую оценку природопользования в пределах природных и антропогенных территориальных единиц (таблица 2).
Таблица 2 – Показатели состояния объектов природопользования
78
Точечные объекты
Линейные объекты
Площадные объекты
Картометрические показатели
- геодезические
- геодезические координа-
- геодезические координа-
координаты,
ты,
ты,
- высота над у. м.,
- высота над у. м.,
- высота над у. м.,
- экспозиция,
- экспозиция,
- экспозиция,
- уклон,
- уклон,
- уклон,
- протяжённость
- площадь
Морфометрические показатели
- плотность,
- густота,
- плотность,
- концентрация,
- извилистость,
- однородность,
- централизация,
- симметричность,
- характер распростра-
- сосредоточенность,
- преимущественная ориен-
нения (сплошное, дис-
- количество,
тация,
кретное),
- высотная диффе-
- высотная дифференциация - высотная дифференци-
ренциация
ация
Кроме того, для каждого вида природопользования, в науках о Земле разработаны системы специальных качественных и количественных показателей [19].
Динамика объектов природопользования определяется изменениями их
пространственного положения и субстанциональной сущности за определенный
промежуток времени. При изменении отдельных объектов меняются их топологические отношения и пространственная структура системы природопользования в целом. Результатом картографирования этих изменений является определение тех или иных повторяющихся форм и состояний объектов, тех или иных
особенностей переходных стадий их развития, анализ пространственновременной структуры инвариантов их территориальных, качественных и количественных преобразований. В географической оболочке существует две основные модели динамики географических объектов – пространственное движение и субстанциональное изменение. Когда же происходит смена качественно
разнородных объектов, возникает еще одна модель – замещение (таблица 3).
79
Таблица 3 – Показатели динамики объектов природопользования
Движение
Изменение
Замещение
- плановое,
- качества,
- возникновение,
- высотное,
- количества,
- исчезновение,
- сплошное,
- структуры,
- замещение,
- дискретное,
- массы,
- повторяемость,
- центростремительное,
- объема,
- другие
- центробежное,
- другие
- скорость,
- ускорение,
- другие
Каждая модель реализуется и фиксируется посредством индикационных
показателей динамики объектов. Эти показатели описаны математическими величинами и отображают изменение пространственных, качественных либо количественных параметров объектов природопользования в объективной и удобной для считывания картографической форме. Они являются основной информацией для инвентаризации используемой территории субъектами хозяйственной деятельности, а также для оперативной диагностики преобразования земной поверхности, позволяющей своевременно отслеживать негативные тенденции потребления природных ресурсов и изменения природных ландшафтов.
Варианты моделей динамики природопользования подразделяются по скорости
процесса, по временному и территориальному охвату, а также зависят от физических параметров объекта (точечный, линейный, площадной) (таблица 4).
Таблица 4 – Примеры моделей динамики объектов природопользования
Объ-
Движение
Изменение
Замещение
ект
Точеч Перемещение населенно- Изменение численности Замещение пашни
чеч-
го пункта, моста, шахт-
населения в населенном населенным пунктом
ный
ного ствола и т.п.
пункте, изменение хи80
мического состава воды
в источнике и т.п.
Линей Перемещение береговой Изменение класса доро- Замещение изгороди
ней-
линии, границы селить- ги, глубины оврага, ста- дорогой, замещение
ный
бы, леса и т.п.
туса границы и т.п.
просеки ЛЭП и т.п.
Пло- Перемещение ареалов
Изменение состояния
Возникновение ру-
щад- добычи полезных иско-
древостоя, изменение
бок, пашни вместо
ной
паемых, ареалов расти-
статуса населенного
пастбища, восстанов-
тельности в результате
пункта
ление леса после
изменения уровня грун-
пашни и т.п.
товых вод
При картографической регистрации динамики объекта, в зависимости от
наличия исходных картматериалов, целесообразно различать два случая оценки: когда динамика оценивается на основании двух временных срезов и когда
динамика оценивается на основании большего числа временных срезов. Таким
образом, основной единицей картографического мониторинга следует считать
картографический индекс динамики. Индекс динамики представляет собой
элементарный признак пространственного, качественного либо количественного изменения объекта за конкретный промежуток времени, фиксируемый средствами языка карты. Картографические индексы динамики объектов природопользования представляют собой первичную динамическую информацию (изменение количества жителей в населенном пункте, приращение площади леса)
и дают возможность предварительной оценки и анализа хозяйственного использования территории.
Наличие большего числа известных разновременных состояний объекта
позволяет более достоверно и надежно оценить его динамику, уточнить тенденции развития объекта, выявить пространственно-временную структуру изменений. Если на основании двух временных срезов состояния объекта можно вычислить лишь среднюю скорость его развития, то по трем временным срезам
эту скорость можно уточнить, вычислить ускорение развития, а также выявить
81
определенные периоды развития и надежнее осуществить прогнозирование. Таким образом, при оценке динамики географического объекта по трем и более
временным срезам следует использовать картографический параметр динамики. Картографические параметры динамики объекта природопользования – это
динамические показатели, вычисленные в результате хронометрирования картографических индексов динамики, они являются математически определенными формами моделей динамики объектов на карте. Картографические индексы
и параметры динамики отражают особенность картографического моделирования одновременно передавать пространственные и содержательные величины
изменений объектов.
2.3 Современная организация картографического мониторинга
геосистем
В настоящее время основным источником КИ являются топографические и
тематические карты, данные ДДЗ. Соответственно, использование КИ главным
образом осуществляется в рамках методических установок раздела картографии
по использованию карт, в котором изучаются особенности и направления применения картографических произведений в различных сферах практической и
научной деятельности, оцениваются надежность и эффективность получаемых
результатов. Именно в рамках этого раздела разрабатывается методология картографического мониторинга как направление использования разновременных
карт для научного и практического познания объектов и процессов хозяйственного использования земной поверхности.
Предметная область КМГС представляет собой процесс хозяйственного
освоения ГС в результате природопользования. Оценка этого процесса подразумевает получение по картам качественных и количественных характеристик
объектов и явлений природопользования, изучение связей и взаимозависимостей в антропогенно преобразованных ГС, их динамики во времени и пространстве, установление тенденций изменения и моделирование сценариев дальней-
82
шего использования территории. Следовательно, в методологическом аспекте
КМГС базируется на основных принципах географических исследований:
- использование географических методов исследования;
- геосистемный подход к различным видам природопользования;
- антропоцентрический акцент на развитие природопользования;
- полевая и камеральная регистрация состояния и динамики природопользования;
- оценка состояния и функциональной целостности ГС;
- выявление изменений физико-химических условий в результате антропогенной деятельности;
- установление необратимых изменений.
Важным моментом в организации регионального мониторинга ГС является
определение совокупности базовых пространственных объектов для удостоверения местоположения других оцениваемых объектов. Для КМГС такими объектами являются: геодезические пункты; единицы территориального деления;
объекты кадастрового деления территории; лесные кварталы; поверхностные
водные объекты; объекты транспортной сети; особо охраняемые природные
объекты; населённые пункты (строения, здания).
Для различных территорий в состав базовых могут быть дополнительно
включены иные объекты, в отношении которых установлена целесообразность
их ведения в статусе базовых. Например, для Байкальской природной территории такими объектами являются границы экологических зон.
Разработка измерительного комплекса КМГС основывается на использовании локальных и фоновых измерений с помощью стационарных и мобильных
картографических систем и аэрокосмических комплексов. Создание геоданных
обеспечивается двумя группами приборов, измеряющими субстанциональные
(физические и химические) и пространственные параметры объектов природопользования. Использование в измерительном комплексе современных контроллеров, обеспечивающих сбор геоданных с датчиков, первичную обработку
83
и передачу информации с помощью модемной телефонной и телекоммуникационной связи, значительно повышает оперативность мониторинга.
Использование геоинформационной технологии увеличивает надежность
КМГС, позволяет автоматизировать работу с большими массивами разнородных и разноформатных геоданных наземных обследований и аэрокосмического
зондирования. Одной из основных задач в этом направлении является создание
единого информационного пространства, которое может быть сформировано на
основе использования современных телекоммуникационных ГИС. ГИС обеспечивают различные прикладные операции и аналитические возможности, которые с полным правом позволяют считать эту технологию основной для целей
обработки и управления мониторинговой информацией. Средства ГИС включают все основные функции получения высококачественных карт и планов и
превосходят возможности обычных картографических систем. Важное преимущество этой технологии – возможность управления базой данных и интерактивная визуализация КИ в виде бесконечного множества картографических
представлений с графиками, диаграммами, таблицами.
Дифференциация объектов природопользования определяет необходимость организации мониторинга на различных пространственно-временных
уровнях. Это обусловлено различием методических подходов к оценке физических тел разного географического распространения и различными объемами
информационных массивов. Кроме того, уровни КМГС определяются физикогеографическими характеристиками исследуемого региона, размерами и структурой сформировавшихся единиц природопользования, периодом оценки,
наличием и масштабами используемых картографических основ (рисунок 14).
84
Рисунок 14 – Пространственно-временные уровни КМГС
На уровне элементарного объекта природопользования исследуется динамика отдельного географического тела, на уровне класса – динамика нескольких однородных тел, их взаимосвязей и структуры, на уровне типа объекта возникает необходимость совместной оценки разнородных физических образований (точечных и площадных, площадных и линейных и т.п.). Например: развитие отдельного оврага на территории одного землепользователя можно исследовать и прогнозировать на небольшом временном отрезке, а развитие овражной сети целесообразно изучать на значительной территории и в пределах более
длительных периодов.
Характер и механизм генерализации КИ о природопользовании при ее
развёртке на уровнях КМГС определяются с помощью понятия информационного сценария природопользования, представляющего собой совокупность тематических слоев природопользования территории и топоосновы соответствующего масштаба. При развертке КИ от местного уровня (урочище, населённый
пункт и т. п.) к региональному – масштаб увеличивается, следовательно, меняется разрешающая способность информационных сценария.
Организация комплексного КМГС представляет собой сложную многофакторную задачу, заключающуюся в разработке принципов и технологий регистрации объектов природопользования в полевых и камеральных условиях, в
обосновании картографируемых показателей, в сборе и систематизации значительных информационных массивов различной ведомственной принадлежности, в унификации электронных форматов документов и т.п. Кроме того, необходимы адекватные социальные и программно-технические условия. Реализация КМГС в обществе происходит в рамках научно-практических направлений
с помощью организации социально-технических мероприятий. Мероприятия
объединены общественно значимой задачей и осуществляются в результате ин85
теграции производственной и научно-технической деятельности различных отраслей промышленности, науки, образования посредством специализированных
трудовых коллективов (рисунок 15).
86
Рисунок 15 – Функциональная структура КМГС
Каждое мероприятие представляет собой совокупность специализированных действий и характеризуется определёнными производственными условиями. Создание КИ заключается в непрерывной регистрации территориальных
параметров базовых пространственных и тематических объектов и осуществляется топогеодезическими и картографическими коллективами в рамках производственной деятельности. Хранение КИ заключается в формировании информационных массивов, их унификации, каталогизации и т.п. в рамках научнотехнической (архивной, библиографической, информационной) деятельности.
Преобразование КИ осуществляется научными и учебными коллективами
в рамках научно-исследовательской, научно-технической и образовательной деятельности. Воспроизводство и распространение КИ в обществе заключается в
обеспечении широких кругов общественности и органов территориального
управления актуальной и надежной геоинформацией и осуществляется посредством издательской, информационной рекламно-агитационной, образовательной деятельности.
Таким образом, в историческом аспекте, КМГС представляет собой непрерывную социально-техническую деятельность по созданию, хранению и ретрансляции КИ в обществе. В географическом аспекте он является междисциплинарным способом анализа разновременной КИ и основным приёмом изуче-
87
ния динамики ГС. В технологическом аспекте он представляет собой автоматизированную систему картографической регистрации и моделирования ГС.
3 ИНФОРМАЦИОННАЯ КОНЦЕПЦИЯ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО
МОНИТОРИНГА ГЕСИСТЕМ
3.1 Современные теоретические концепции картографии
В современной методологии понятие «концепция» (лат. conceptio – понимание, единый замысел, ведущая мысль) интерпретируется как «определенный
способ понимания, трактовки какого-либо предмета, явления, процесса, основная точка зрения на предмет, руководящая идея для их систематического освещения» [36]. Сущность модернизации картографического метода исследования
и новых взглядов на картографическую науку наиболее адекватно отражается
термином «информационный подход», предоставляющим новые возможности в
исследовании явлений действительности на базе обобщающей категории КИ.
Реализация подхода осуществляется посредством предлагаемой концепции как
системы мировоззренческих взглядов, составляющих информационное понимание картографируемых географических явлений. В общем смысле концепция
– способ оформления, организации и развертывания картографического метода
как системы создания, моделирования и использования КИ в современных
условиях информатизации общества.
88
Изучение развития теоретических изысканий показывает, что в картографии с 40-х до начала 60-х годов XX в. господствовала модельно-познавательная
концепция, опиравшаяся на теорию картоведения, разработанную Н.Н. Баранским и К.А. Салищевым и их многочисленными последователями. Модельно-познавательная концепция [18] делает акцент на познании действительности
посредством картографического моделирования, рассматривая карту как образно-знаковую модель действительности. Именно в рамках этой концепции
оформилось представление о картографическом методе познания действительности. В центр научных исследований были поставлены системный подход, системное моделирование природных и социально-экономических систем, методы
использования карт и математико-картографическое моделирование. В метакартографической трактовке познавательной концепции [6] карты – это одновременно идеальные и материальные модели конкретного пространства объектов и явлений. Подчеркивается, что карта – в значительной степени понятийная
модель, как важнейшее свойство карты выделяется ее пространственное подобие. Главное в метакартографической трактовке – признание способности и
назначения карты давать новые знания о моделируемом объекте. Имеющиеся
различия во взглядах модельной концепции сводятся к тому, что одни исследователи считают карты образно-знаковыми моделями, а другие полагают, что
«образность» не есть свойство самой модели, а лишь результат ее восприятия
человеком.
В результате развития информатики и внедрения в картографию информационных идей и компьютерных технологий в начале 60-х годов прошлого века
возникла коммуникационная концепция, которая трактует картографию, как
науку о передаче пространственной информации, как особую отрасль информатики, а карту рассматривает как канал информации, средство коммуникации
между создателем карты и ее потребителем. Отсюда, речь может идти лишь об
оптимизации этого канала, снижении помех в нем, совершенствовании способов передачи информации, понимаемой в формальном смысле. Картографическая генерализация связывается со сверткой информации и неизбежными ее по89
терями, основные направления исследований ориентированы на разработку методов и правил отображения информации, на теорию автоматизации, проблемы
восприятия карт и совершенствование их как средства передачи информации,
на оценку неизбежных потерь информации в процессе коммуникации. Главные
контакты картографии смещаются от сферы наук о Земле и обществе к автоматике, кибернетике, теории информации, семиотике, психологии восприятия. В
разработке коммуникационной концепции приняли участие многие видные зарубежные картографы - Е. Арнбергер, А. Колачный, А.Робинсон и Б. Печенник,
К. Борд, Дж. Моррисон, И. Кречмер и др.
С начала 80-х годов XX в. в картографию активно внедряется семиотический подход, результатом которого явилась разработка языковой концепции.
Истоки ее прослеживаются в трудах отечественных и зарубежных картографов:
М.К. Бочарова, Ж. Бертэна, А.Ф. Асланикашвили, Л. Ратайского. В разработке
теории языковой концепции активно участвовали А.А.Лютый, Я. Правда, А.
Володченко, Х. Шлихтманн, Е. Гроссер и др. Главные положения этого направления сводятся к тому, что картография - это наука о языке карты, одна из
отраслей семиотики, а следовательно карта – особый текст, составленный с помощью картографической языковой системы. Основные направления исследований – развитие и совершенствование языка карты, его грамматики, методов
автоматизированного конструирования картографических знаковых систем и
текстов, а главные внешние контакты картографии видятся во взаимодействии с
семиотикой, лингвистикой, теорией информации, компьютерной графикой, с
географическими науками.
С 80-х гг. XX в. начинается конвергенция концепций картографии, происходит она на базе становления новой картографической концепции, которую
исследователи называют геоинформационной: «Формирование новой интегральной концепции идет не на пустом месте, она имеет глубокие корни в теории системного картографирования, а ее истоки прослеживаются в математикокартографическом моделировании и в картографическом методе исследования»
[23]. Говоря об интеграции этих парадигм в рамках новой геоинформационной
90
концепции, А.М. Берлянт представляет картографию как науку о системном
информационном моделировании и познании ГС. Этот вид моделирования реализуется на базе географических информационных систем, а карты трактуются
как информационные слои в цифровой или графической форме. Перспективные
тенденции в развитии теории картографии представляются ученому в дальнейшем сближении модельно-познавательной и коммуникационной концепций,
формировании интегральной геоинформационной концепции, в которой заметное место займет общая теория геоизображений.
Отсутствие концептуально оформленного информационного подхода,
охватывающего все сферы картографического метода, сдерживает техническое
развитие и системное осмысление картографической науки в целом и каждой
дисциплины в частности, тормозит обоснованное предвидение результатов их
развития. При этом очевидно, что создание такой концепции не может быть
осуществлено в отрыве от ранее оформившихся картографических концепций, а
только на их основе. Создание такой концепции не является внутренней потребностью картографии самой по себе, а является проблемой такой широкой
области знания как территориальная деятельность и все, что с ней связано.
3.2 Модернизация картографического мониторинга геосистем
3.2.1 Информатизация картографического метода исследования
В настоящее время под информатизацией понимается глобальный процесс
внедрения микропроцессорной техники и технологии во все сферы жизнедеятельности общества. Он сопровождается повсеместным применением современных технологических и информационных инноваций: использование микропроцессорной техники; цифровое хранение КИ; использование математических алгоритмов, имитирующих мыслительные процессы; интеграция идеальных и виртуальных моделей; автоматизация методик составления, оформления
и издания карт; использование сети Интернет; использование систем глобаль91
ного позиционирования. В результате информатизации происходит замена традиционных способов производства на программно-управляемые механизмы
преобразования исходных сведений, при этом в информационных системах
происходит синтез разнородных данных, которые хранятся и обмениваются по
причине их формализации программными средствами [31].
Основными результатами информатизации картографического метода исследования является создание и использование картографических ресурсов,
средств их хранения, обработки и передачи, а также автоматизация большинства процессов картографического производства на базе новых средств картографирования и создания карт – специальных картографических программ. Современное программное картографирование характеризуется совершенствованием процедур обработки геоданных и промежуточных результатов путем их
интерактивной визуализации, анализа и корректировки в реальном масштабе
времени. Такое программно-управляемое картографирование оптимизирует
решение традиционных задач, связанных с выбором математической основы и
компоновки карт, позволяет оперативную смену проекции, свободное масштабирование, обеспечено новыми изобразительными средствами и алгоритмами
автоматической генерализации и т.п. Многие картометрические операции, связанные с подсчетом длин и площадей, преобразованием изображений и их совмещением, стали полностью автоматизированными процедурами. Кроме того,
разработка математической основы, составление и оформление карт, подготовка к изданию реализуются на одном рабочем месте с помощью единой системы
логико-математических моделей, в интерактивном режиме.
Широкое использование микропроцессорной техники, средств глобального
позиционирования и доступность картографических программ привело к тому,
что все большая часть исследований в науках о Земле реализуется в картографической форме, а само картографирование становится исследовательским
процессом. При цифровом картографировании имеется возможность поддержки
рабочих процессов на основе общей базы данных, что подразумевает формирование единой программной среды для создания и использования бесконечного
92
множества картографических представлений, которые меняют лишь способ
отображения объектов на карте, а целостность и связность массивов данных сохраняется вне зависимости от вариантов их представления. В ходе компьютерного картографирования происходит постоянное трансформирование и редактирование изображения, что сближает процессы создания и использования карт.
Кроме того, информационное картографирование позволяет устранить необходимость промежуточного закрепления геоинформации в виде бумажной карты
(составительские и издательские оригиналы) как источника ошибок.
Таким образом, основной предпосылкой модернизации картографического метода исследования служит современная информатизация картографических дисциплин, способствующая техническому и технологическому переоснащению процессов картографического производства. В настоящее время
модернизация картографического мониторинга идет по следующим научнотехническим направлениям: технологическому, программно-техническому и
информационно-телекоммуникационному.
3.2.2 Технологическая модернизация картографического мониторинга
Технологическая модернизация КМГС обусловлена внедрением в процесс
«создание – использование карт» современной информационной технологии,
которая основана на изучении интеллектуальной деятельности человека и воспроизведении отдельных актов в виде автоматизированных операций микропроцессорной техники, среди которых: прием и обработка сигналов; анализ и
синтез разнородной информации; запоминание и передача информации. Информационные технологии (в общем случае) - это совокупность информационных процедур и операций, выполняемых в определенной последовательности и
определяющих процесс преобразования некоторой исходной информации в информационный продукт. Информационная технология обладает интегрирующим свойством по отношению ко всем остальным технологиям.
93
Особенностью технологии создания геоданных является охват широкой
области территориальной деятельности, так или иначе связанной с приспособлением естественных процессов и явлений географической оболочки к человеческим нуждам. В практическом аспекте посредством технологии человек создает геоданные как определенный продукт (потребительную стоимость), который имеет самостоятельную ценность и может быть использован совместно с
продуктом другой технологии. Практическая технология создает промежуточный продукт с позиции конкретно поставленной задачи, и его конечный образ
диктует вид, необходимые средства производства и квалификацию исполнителей. Научный аспект технологии создания геоданных заключается в изучении и
оптимизации процессов взаимодействия практических технологий, средств труда, предметов труда и окружающей среды при создании всего многообразия конечных продуктов. Поэтому при использовании любой технологии создания
геоданных (например, гравиметрическая съемка, GPS-съемка и т.п.) важно не
только что создавать, но и как организовать отдельные действия в общем технологическом процессе.
Материальная обусловленность технологии предполагает наличие трех
компонентов объективного мира: объекта труда, средств труда и самого труда.
Объектами труда при КМГС являются земная поверхность, ГС и объекты природопользования. Средствами труда являются различные приспособления и
устройства, позволяющие регистрировать геосвойства. Процесс труда реализуется через производственные процессы (межевание, издание карт), управленческие (как обработать информацию и принять решение), а также творческие (как
получить новые технологии). Эти процессы совершаются при обязательном
участии человека, благодаря его творчеству и труду. Сами по себе объекты труда не создают динамики, а выступают лишь как материальные носители мотивированных воздействий. Соединение труда с его объектом и составляет содержание технологического процесса создания КИ как результирующего продукта,
имеющего потребительную стоимость.
94
В настоящее время основным способом создания картографических моделей является геоинформационная технология на базе микроэлектронной техники, которая формирует фундамент современных средств регистрации, передачи
и обработки КИ. Важным свойством геоинформационной технологии является
то, что для нее информация является не только продуктом, но и исходным сырьем. Преимущество этой технологии состоит в возможности однозначной обработки метрических и семантических геоданных с помощью единой системы
логико-математических моделей в рамках единого программно-аппаратного
комплекса. В геоинформационной технологии используется векторный формат
представления графической информации, который представляет собой оптимальный способ локализации данных с высокой точностью координатной привязки. Методический стержень геоинформационной технологии – картографический метод исследования, позволяющий символьное кодирование и проекционное преобразование земной поверхности в геоинформационные модели различной территориальной иерархии.
Геоинформационная технология способствует объединению действий по
регистрации геосвойств, их однозначной локализации и созданию различных
моделей-заместителей, а также позволяет снизить уровень субъективизма в географических исследованиях и обеспечивает междисциплинарную интеграцию
процессов познания и оценки объектов и территорий земной поверхности. Связующей основой интеграции выступают геоданные, которые описываются математическими формулами и являются базовыми единицами для создания
предметной КИ. Таким образом, геоинформационная технология – это совокупность научно-технических знаний, решений, материалов и оборудования, которые
используются
при
создании
и
использовании
пространственно-
координируемой информации.
Важное положение в социуме в короткий срок заняла технология глобального позиционирования. В настоящее время крупнейшими системами глобального позиционирования (GPS) являются отечественная «Глонасс» и американская «Navstar». В американской системе используется World Geodetic System
95
(WGS84) — всемирная геодезическая система, принятая в 1984 году. В глобальной навигационной спутниковой системе «Глонасс» используется ПЗ90 —
система параметров Земли, принятая в 1990 году. Они отличаются параметрами
земного эллипсоида, поэтому координаты, используемые в этих геодезических
системах, могут расходиться на 100–150 м. Основой идеи определения координат GPS-приемником является вычисление расстояния до нескольких спутников, расположение которых считается известным (эти данные содержатся в
принятом со спутника альманахе). Этот метод вычисления положения объекта
по измерению его удаленности от точек с заданными координатами известен
как трилатерация. Каждый GPS-приемник имеет собственный генератор, работающий на той же частоте и модулирующий сигнал по тому же закону, что и
генератор спутника, по времени задержки между одинаковыми участками кода,
принятого со спутника и сгенерированного самостоятельно, можно вычислить
время распространения сигнала, а, следовательно, и расстояние до спутника и
координаты местоположения.
Таким образом, технологическая модернизация обеспечивает автоматизацию всех операций, приёмов и методик картографирования и моделирования,
способствует снижению трудозатрат и оперативности обновления картографической продукции.
3.2.3 Программно-техническая модернизация картографического
мониторинга
Программно-техническая модернизация картографического мониторинга
связана с внедрением современных приборов оценки геосвойств и повсеместной организации баз географических данных, позволяющих хранить и обрабатывать значительные информационные массивы. Современные технические
средства оценки земной поверхности представляют собой электронные приборы, позволяющие определение и математическую обработку геосвойств различной природы происхождения. Действие прибора осуществляется в результа96
те реализации установленной программы, представляющей собой совокупность
математических алгоритмов регистрации, параметризации и численного воспроизведения геоданных на базе микропроцессорной техники. Современное
программное обеспечение позволяет автоматизировать интеллектуальные операции, преобразовав их в ряд типовых приёмов обработки геоданных: математические операции; аналитические и символьные преобразования; качественноколичественная классификация; визуализация; хранение и передача геоданных
и другие. Кроме того, современные геохимические и геофизические приборы
укомплектованы приемниками глобального позиционирования, что обеспечивает одновременную регистрацию субстанциональных и топологических геоданных и их последующий экспорт в геоинформационную среду.
Каждое техническое средство предусмотрено для создания геоданных отдельной области географической реальности (рисунок 16). Физическая и химическая дифференциация географической оболочки определяет необходимость
классификации средств создания геоданных по происхождению регистрируемых геосвойств, что заключается в различии материальных мер оценки и систем отсчета.
97
Рисунок 16 – Современная классификация средств создания геоданных
Познанные геосвойства могут быть выявлены и зафиксированы с помощью
различных информационных источников, например шаговое, радиоволновое
либо визуальное измерение расстояния. Информационные источники представляют собой формы изученных явлений, материализованные в виде технических
устройств и проверенные практикой. Они определяют дифференциацию технических средств по источнику взаимодействия с географической оболочкой.
Принцип действия физических приборов заключается в непрерывном измерении какого-либо физического параметра околоземного пространства. Действие
химических приборов основано на определении молекулярной структуры, состава или химических изменений в географической оболочке.
Возможность размещения средств создания геоданных в любой точке околоземного пространства способствовала оптимальной локализации точки
наблюдения. Современные регистрирующие приборы установлены на искусственных спутниках Земли, различных летательных и подводных аппаратах.
Соответственно, по условиям эксплуатации они разделяются на наземные, околоземные и космические.
При регистрации любой физической или химической величины неизбежны
ошибки, вызванные объективными и субъективными факторами. Поэтому важной характеристикой средств создания геоданных является точность, как показатель объективности и надежности используемых принципов качественной и
количественной оценки, а также приемов пространственных измерений. Точность измерений характеризуется ошибками измерений, которые бывают систематические, вызванные ограниченной чувствительностью прибора, недостатками применяемой методики и т.д., и случайные – вызванные не поддающимися учету факторами.
Класс точности прибора устанавливается при выпуске путем калибровки
его шкалы по образцовым средствам измерения в нормальных климатических
условиях. Точность измерительного прибора численно равна величине ошибки,
98
которая обычно выражается в процентах от полного значения шкалы и остается
постоянной по всему пределу измерения. Например, точность химических
определений зависит от избранного метода анализа, а также от химикоаналитических приемов и чаще всего выражается величиной среднего арифметического результата некоторого числа повторных анализов и отклонениями
отдельных результатов от этого среднего значения.
Средства создания топологических геоданных предназначены для регистрации углов, направлений и расстояний на земной поверхности. Современное
программное обеспечение, установленное на приборах, полностью решает задачи обработки наземных и спутниковых измерений и позволяет совместно обрабатывать результаты оценки пространственных параметров объектов, включая
строгое уравнивание методом наименьших квадратов.
Формализация геоданных осуществляется на базе микропроцессорной техники посредством предметно ориентированных программных продуктов. Каждая программа содержит необходимые сведения и правила решения определенной задачи и численные алгоритмы ее реализации, основанные на единицах измерения изучаемой предметной области. В результате формализации однородных геоданных создается математическая модель действительности как совокупность математических формул, описывающая оцениваемый объект или процесс, при помощи которых исследователь может получать решение сформулированной задачи.
Материальные технические средства создания геоданных представляют
собой результат практической реализации интеллектуальных решений человеческих коллективов в процессе развития социума. Следовательно, первичным
средством познания реальности являются психические способности человека,
позволяющие анализировать внешние сигналы. Использование одних и тех же
признаков земной поверхности привело к формированию аналитических приемов обработки и упорядочивания отраженного многообразия геосвойств с помощью субъективных умозаключений. Повторение операций оценки территории способствовало закреплению этих приемов в коллективной памяти в виде
99
обобщений, шкал и классификаций геосвойств, которые, с одной стороны, являются продуктом субъективной мыслительной деятельности, а с другой – коллективной собственностью всех членов общества. Таким образом, в процессе
развития социума сформировалось два типа средств создания геоданных: материальные и виртуальные.
Материальные средства выступают как предметы трудовой деятельности
и представляют собой специальные приборы и инструменты, имеющие нормированные метрологические свойства и единицы измерения оцениваемых параметров. Виртуальные средства выступают как предметы интеллектуальной деятельности. Они представляют собой аналитические приемы упорядочивания
разнообразия географической реальности с помощью умозаключений и выводов и закрепились в социуме в виде обобщений и классификаций. Виртуальные
средства реализуются с помощью специализированных программ, которые позволяют автоматизировать интеллектуальные действия, преобразуя их в ряд типовых приемов обработки геоданных. Отличие виртуальных моделей от идеальных заключается в том, что первые являются коллективной собственностью
и представляют собой формализованную и закрепленную в цифровом виде КИ.
Таким образом, помимо материальных средств в социуме развивались виртуальные средства создания геоданных (от лат. virtualis – мнимый, воображаемый) как аналитические приемы оценки географической реальности. Основой
виртуальных средств оценки являются шкалы упорядочивания отражаемой информации. При использовании номинальной шкалы оцениваемые объекты различаются по главным субстанциональным признакам в соответствии с их значением в территориальной структуре жизнеобеспечения. Эта классификация
позволяла транслировать в коллективе основные свойства объектов природопользования, не сравнивая их между собой (гора, озеро и т.п.). Параллельно
разрабатывалась и закреплялась в социуме порядковая шкала классификации
объектов по их значению на занимаемой территории. Эта шкала использовалась
для определения, насколько один объект отличается от другого, она основана на
одном аспекте, отражающем один набор условий. Разрабатывалась также хро100
нологическая шкала классификации развития природных процессов для оптимального использования биологических ресурсов (пастбище летнее, зимнее).
Для оценки количественного разнообразия в социуме разрабатывались интервальные шкалы и шкалы отношений. Как и в случае с порядковой шкалой, с
помощью интервальной также можно сравнивать параметры объектов, но эти
сравнения делаются с более высокой точностью. Она позволяет получать только численную разность измеряемых объектов и процессов и делать на ее основе
какие-либо выводы. Для сравнения величин относительно друг друга используется шкала отношений, которая является абсолютной шкалой, т. е. ее начало, в
отличие от начала интервальной шкалы, имеет определенный физический (абсолютный) смысл и не может быть установлено произвольно. Помимо мыслительных приемов свертывания и оценки субстанциональных геосвойств в обществе разрабатывались способы объективной локализации их местоположения на
земной поверхности. Результатом этих усилий явилась разработка картографических проекций, учитывающих размеры и форму Земли.
Современные виртуальные средства создания геоданных представляют собой автоматизированные алгоритмы анализа и синтеза регистрируемых свойств
ГС и закреплены в социуме с помощью программного обеспечения, а также отраслевыми правилами и нормативами. Материальным носителем этих средств
является микропроцессорная техника. Взаимодействие средств выполняется в
результате создания крупных территориальных систем мониторинга географической оболочки, позволяющих осуществлять непрерывное создание, обработку
и анализ геоданных.
Таким образом, программно-техническая модернизация обеспечивает высокую точность топографической съемки и математической основы карт, возможность интерактивного редактирования геоинформации на всех этапах составления и подготовки к изданию. Кроме того, средства визуализации геоинформационной технологии обеспечивают оперативное создание и оформление
промежуточных документов (схем, диаграмм, графиков) производственного
или исследовательского процесса в удобном виде.
101
3.2.4 Информационно-телекоммуникационная модернизация
картографического мониторинга
Особенностью современного развития социума является глобальное информационное взаимодействие субъектов, организаций и сообществ посредством распределённых сетей передачи данных. Важное значение в обществе
приобретают предметные телекоммуникационные системы, обеспечивающие
доступ к информационным ресурсам и сервисам. Такое технологическое решение позволяет поиск и преобразование КИ с помощью картографических сервисов удалённого доступа. Современный уровень стандартизации интерфейсов,
методик и средств доступа, языков запросов и описания геоданных позволяют
пользователю взаимодействовать с любой базой геоданных, вне зависимости от
ее архитектуры и технологической реализации. В этих условиях большинство
государственных и научно-исследовательских организаций, связанных с системой территориального управления и планирования формализовали значительные массивы КИ в виде предметных банков и баз данных. Организация удалённого доступа к таким информационным ресурсам и непрерывное функционирование телекоммуникационных систем позволяет говорить о формировании глобального информационного пространства, в котором возникают территориальные задачи, осуществляется взаимодействие данных, информации и знаний, сосредоточены пользователи информации.
Образование и развитие информационного пространства всецело связано с
информационной деятельностью общества, а его виртуальную основу составляет информация, отчуждаемая от субъективного сознания и функционирующая в
телекоммуникационных системах и по каналам связи. Таким образом, материально-идеальной базой информационного пространства являются люди – субъекты информационного взаимодействия в лице пользователей, организаций, сообществ и государств. Именно от их экономической мотивации и активности по
созданию и использованию информационных ресурсов, внедрению средств ин102
формационного взаимодействия, строительству телекоммуникационных магистралей и зависит состояние информационного пространства и доступ населения к его составляющим (рисунок 17).
Геоинформационное пространство является сегментом глобального информационного пространства, его сущностная особенность заключается в том,
что оно базируется на пространственно координируемых ресурсах, описывающих природные и социально-экономические объекты и процессы. Сущностную
основу пространства составляют современные географические теории, практические методики, модели географических знаний субъектов, национальных и
корпоративных сообществ, которые в результате формализации и обеспечения
доступа, преобразуются в геоинформационные ресурсы. Полезность и востребованность геоинформационных ресурсов определяется их значением при решении конкретной территориальной задачи. Процесс «создание-использование
геоинформационных ресурсов» осуществляется под влиянием требований пользователей: с одной стороны – как производителей ресурсов (форматы, классификации и т.п.), а с другой – как потребителей ресурсов (наглядность, обзорность, язык представления и т.п.).
103
Рисунок 17 – Локализация информационных ресурсов
Локализацию геоинформационного пространства на земной поверхности
обеспечивают источники геоданных – описываемые пространственные объекты
и процессы. Воспроизведение пространства в моделях осуществляется посредством картографического метода исследования на базе геоинформационной
технологии. Основными показателем информатизации территории является
обеспеченность социума средствами информационного взаимодействия и информационными ресурсами, а также наличие и возможность доступа населения
к информационным услугам.
Материальным носителем геоинформационного пространства на земной
поверхности
является
ИПД
территории
–
«информационно-
телекоммуникационная система, обеспечивающая доступ граждан, хозяйствующих субъектов, органов государственной и муниципальной власти к распределенным ресурсам пространственных данных, а также распространение и обмен
данными в общедоступной глобальной информационной сети в целях повышения эффективности их производства и использования» [ГОСТ Р 52438, 2005].
ИПД представляет собой линейно-узловую пространственную структуру.
Размещение объектов ИПД во многом определяется заселённостью территории,
а именно сосредоточением значительного количества субъектов, участвующих
в процессе создания, распространения и использования геоинформационных
ресурсов. Компонентами ИПД являются:
104
- пользователи (граждане, органы государственной и муниципальной власти,
сообщества и организации);
- геоинформационные ресурсы (базовые пространственные данные, предметные
цифровые банки и базы данных и метаданных, стандарты данных);
- средства информационного взаимодействия;
- телекоммуникационная инфраструктура.
Линейно-узловая структура ИПД дублирует сложившуюся селитебную и
транспортно-коммуникационную инфраструктуру территории. Пользователи,
ресурсы и средства информационного взаимодействия сосредоточены в населенных пунктах, причем объем и предметная специфика информационных ресурсов, а также количество средств информационного взаимодействия обусловлены количеством и деятельностью пользователей. Эта особенность пространственного размещения определяет крупные административные и экономические
центры как системообразующие узлы ИПД (рисунок 18).
Рисунок 18 – Компоненты ИПД на территории Байкальского региона
105
В этих населённых пунктах сосредоточены основные государственные и
академические учреждения, органы управления территориальным развитием,
они обладают высоким научным и производственным потенциалом, развитой
инфраструктурой и технологическими инновациями. Наличие этих условий
определяет такие населённые пункты как центры производства и потребления
пространственных данных и обеспечивает механизм связи и информационного
взаимодействия посредством телекоммуникационных систем. Именно в крупных населённых пунктах формируется рынок информационных продуктов и
услуг как экономическая основа современной ИПД.
Помимо этого, ИПД предоставляет возможность поиска геоинформационных ресурсов, хранящихся в различных источниках. Поиск осуществляется по
каталогам метаданных, входящим в геоинформационные узлы ИПД – геопорталы. Каталоги метаданных обычно представляются в виде веб-сайтов, содержащих интерфейс для взаимодействия с базами геометаданных – специализированных стандартных текстовых описаний пространственных данных и других
геоинформационных ресурсов, содержащих особые описательные характеристики, такие как пространственный охват данных, их проекция, ключевые слова, тематика, автор, публикатор, время создания, информация о доступности,
URL-ссылки. Метаданные создаются параллельно с самими геоинформационными ресурсами, затем отделяются от них и публикуются автором на сервере
геопортала. Кроме среды получения ресурсов, ИПД для пользователя – это еще
и возможность публикации собственных ресурсов. Обратившись к одному из
геопорталов в системе ИПД, можно получить возможность пополнения каталога метаданных геопортала описаниями своих произведений. Не представляет
проблемы и вопрос конфиденциальности ресурсов, поскольку пользователю не
обязательно выкладывать в общий доступ саму карту, а можно ограничиться
только метаданными.
Таким образом, совершенствование технических и программных средств,
доступ к данным по телекоммуникационным сетям расширили возможности
исследователей, нуждающихся в информационных ресурсах для картографиче106
ского мониторинга любой точки планеты. Анализ тенденций в развитии Интернет-индустрии показывает: непрерывное увеличение числа картографических
информационных ресурсов и сервисов; рост числа проблемно-ориентированных
баз данных и метаданных, отраслевых стандартов; внедрение открытого программного обеспечения; предоставление пользователям доступа к информационным и вычислительным ресурсам (в той или иной мере) всех государственных ведомств, образовательных и научно-исследовательских учреждений и т.п.
3.3 Морфологическая структура информационной концепции
картографического мониторинга геосистем
Необходимость разработки информационной концепции в картографической науке обусловлена информатизацией всех этапов процесса «созданиеиспользование карт», но что не менее важно, в этих условиях картографический
метод приобрел конкретный и универсальный объект исследования – геоданные. Именно информационный подход к картографированию ГС способствует
объединению всех процедур картографического исследования в один управляемый процесс.
Сущность информационной концептуализации картографического метода
заключается в выявлении информационных концептов, описывающих отдельные этапы картографического исследования ГС и установлении связи между
этими концептами на основе информационных закономерностей. Системообразующим основанием формирования информационных концептов служат базовые постулаты, утверждающие понятие КИ на каждом этапе картографического
отображения и являющиеся исходными принципами для логических построений и дедуктивных выводов концепции. Информационный постулат определяет форму КИ на конкретном этапе её преобразования, а концепт раскрывает
107
смысловое содержании этапа и выполняемых при этом человеко-машинных
действий. Каждый концепт характеризует современное знание определённого
вида картографической деятельности и даёт научное обоснование специфики
КИ как продукта этой деятельности. Он закреплен в обществе посредством
научной, технической, нормативной и учебной литературы и функционирует в
режиме объяснения-обучения (рисунок 19).
Теоретические концепты реализуются в производственных, учебных и
научно-исследовательских коллективах на основе организации управляемых
информационных процедур. Процедуры определяют порядок действий по картографическому отображению географической реальности и созданию цифровых
моделей-заместителей на основе геоинформационной технологии.
108
Рисунок 19 – Структура информационной концепции КМГС
Они базируются на опыте и прикладных знаниях соответствующих научнотехнических дисциплин и выступают как практические методики создания КИ
на каждом этапе ее преобразования. Кроме того, научно-технический прогресс
при модернизации процедур способствует развитию соответствующих концептов. Процедуры формализации и кодирования обеспечивают однозначное математически определенное подобие и визуализацию КИ. Продукт этих процедур – материальные копии географической реальности. Процедуры преобразования и воспроизводства КИ, благодаря отражению меняющейся географической реальности, непрерывно воспроизводят новую КИ и обеспечивают географическими сведениями новых членов социума. Результаты этих процедур –
географические знания, гипотезы, концепции, а также новые механизмы пространственного поведения социума. Процедуры формализации и кодирования
геоданных формируют технологический механизм КМГС, который обеспечивает коммуникацию между субъектом и географической действительностью.
Процедуры моделирования и воспроизводства КИ формируют общественноисторический механизм КМГС, обеспечивающий познание географической
действительности и ретрансляцию КИ для нужд общества.
Материально-технической основой концепции служат информационные
конструкты, обеспечивающие материализацию КИ отдельными субъектами и
109
коллективами. Конструкты отражают инструментальный аспект процедур и
обеспечивают взаимосвязь теоретического знания с практической реальностью.
Каждый конструкт фиксирует наблюдаемые сущности конкретного вида картографической деятельности и представляет собой регламентированный процесс
оформления конечного информационного продукта.
Разрабатываемая концепция базируется на универсальных принципах
теории картографии, ее законах, основных смыслообразующих категориях и
понятиях. Она формирует современную организационную структуру картографического метода исследования, в которой постулаты выражают объектнопредметный аспект КМГС, концепты характеризуют его методологическиисследовательские задачи, а процедуры и конструкты обеспечивают практически-целевую реализацию.
3.4 Информационные концепты картографического
мониторинга
3.4.1 Математический концепт
Этап регистрации геоданных раскрывает математический концепт, который
базируется на законах математической картографии, определяет математическую связь между виртуальной программной средой и отображаемой земной
поверхностью. Для опосредованной локализации геоданных необходима некоторая опорная плоскость, на которой распределяется множество мест – пространственных позиций и задается однозначный порядок расположения информационных единиц на этом множестве. В геоинформационной технологии такой плоскостью является геоинформационное поле – векторная модель земного
геоида, определенная геодезическими измерениями и формализованная посредством картографической проекции. Поле представляет собой позиционную систему счисления, организованную в программной среде в виде трёхмерного
множества пространственных позиций и устанавливающую однозначный поря110
док их локализации. Создание КИ происходит в результате устанавливаемого
однозначного соответствия пространственного и содержательного состояния
позиционируемого объекта. Как модель объективно существующей реальности,
геоинформационное поле непрерывно и имеет свои метрические параметры.
Топологические связи поля устанавливаются на основе географических элементов – полюса, экватора, нулевого меридиана, полярных кругов.
В геоинформационной технологии используется наиболее объективная
форма представления КИ – векторные изображения. Векторный формат представления данных оптимально подходит для локализации сведений с высокой
точностью координатной привязки. В основе векторного изображения лежат
элементарные графические примитивы: точка, линия, полигон. Таким образом,
каждый объект геоинформационного поля определяется однозначными числовыми величинами земного геоида: планово-высотные координаты, ориентировка относительно сторон света и уклон относительно нормали силы тяжести. Совокупности точек геоинформационного поля выражены графическими примитивами и организованы в виртуальные модели. Каждая точка геоинформационного поля в определенное время (Т) имеет геодезические координаты (X,Y,H) и
субстанциональную сущность (К) (таблица 5).
Таблица 5 – Координаты точки геоинформационного поля
Математическая основа поля состоит из отдельных математических элементов - масштаба и картографической проекции. Каждая позиция поля соответствует ограниченному ареалу земной поверхности и регистрируется метрическими величинами. Экспериментально установлено, что минимальная площадь позиции поля, в зависимости от программного продукта, составляет 1-4
мм2 земной поверхности [33]. Таким образом, можно предположить, что каждая
111
позиция геоинформационного поля представляет собой масштабируемый полигон земной поверхности, вмещает один векторный узел и потенциально содержит геобит пространственной информации.
В соответствии с позиционным порядком поля отдельные информационные единицы вступают в топологические отношения, составляя единое целое –
информационную модель описываемого объекта. Порядок пространственного
расположения единиц, связи и отношения между позициями поля определяется
математическими алгоритмами используемой картографической проекции. В
качестве таксономической единицы картографической оценки геообъектов целесообразно использовать территорию – любую совокупность точек геоинформационного поля, единовременно локализованных для формирования координатных моделей. Как объект информационной оценки и моделирования, территория представляет собой сегмент геоинформационного поля, в пределах которого условно частные масштабы длин и площадей равны главному масштабу.
В процессе создания КИ происходит заполнение позиций поля векторными
примитивами (векторизация) в соответствии с геодезическими координатами
узлов картографируемого объекта и создание его информационной модели.
Информационный размер пространственной модели объекта фиксируется совокупностью векторизованных позиций поля и определяется в виде алгебраической суммы векторных узлов. Метрический размер пространственной модели
определяется масштабом поля и фиксируется в метрической системе отсчета.
Например, объект «сельский населённый пункт» при масштабе 1:1 000 000 будет изображён в виде одного векторного узла как условной точки земной поверхности, занимать одну позицию поля и содержать объём в один геобит при
нулевом метрическом размере. В масштабе 1:10 000 этот же объект будет представлен совокупностью геобит по количеству узлов, описывающих границу занимаемой территории и иметь соответствующую площадь. Такая форма записи
дает возможность вероятностно-статистического подсчета объема КИ.
Образование субстанциональной модели картографируемого объекта происходит в автоматическом режиме посредством формирования таблицы атрибу112
тов описываемого объекта, где хранятся субстанциональные данные в виде кодированного набора чисел или символов. Каждая таблица связана с координатами позиции поля уникальным идентификатором объекта. Информационный
объём субстанциональной модели определяется количеством атрибутов и размером их описания и измеряется в битах. В результате интеграции пространственной и субстанциональной модели однородных объектов образуется цифровой картографический слой.
Таким образом, геоинформационное поле, с одной стороны, представляет
собой совокупность реальных местоположений векторных примитивов, регистрирует пространственные параметры геообъектов и позволяет геометрический анализ (буферизацию, сетевой анализ и др.) параметров ГС. С другой стороны, поле содержит совокупности значений атрибутов, для которых определены операции оверлея, сложения, вычитания, деления и умножения, и описывает
субстанциональные параметры географических объектов и в этом аспекте позволяет математический анализ состояния и динамики ГС.
Геометрические данные об объектах поля образуют класс координатных
моделей ГИС и хранятся в виде геодезических координат, что дает возможность
определения пространственных связей и отношений между бесконечным множеством различных объектов. Это достигается построением топологической
модели территории, благодаря которой определяются положения точек, направления и длина линий и характер полигонов, а также пространственные взаимоотношения между объектами: связность, соседство, близость, пересечение, расположение в пределах, относительное положение, превышение. Данные о группах однородных объектов логически организуются в цифровые тематические
слои, субстанциональные данные объектов хранятся в таблице атрибутов в виде
кодированного набора чисел или символов и связаны с координатами уникальным идентификатором объекта. Для разновременных данных дополнительно
вводится идентификатор времени и объекты организуются в разновременные
слои.
113
Для создания информационной структуры атрибутов геообъектов используется реляционная модель представления геоданных, которая разработана на
основе математической теории отношений и опирается на систему понятий:
таблица, отношение, строка, столбец, первичный ключ, внешний ключ. В состав
Arc GIS включены полная реляционная база данных и язык программирования
для обработки табличной информации. Процедуры управления базой данных
позволяют осуществлять ввод, манипулирование, обработку и анализ геоданных, арифметические и логические операции, а также подготовку итоговых документов.
Таким образом, математический концепт раскрывает смысловое содержание математических элементов геоинформационного поля: масштаба, используемой картографической проекции и координатной системы. Кроме того, положения концепта устанавливают принципы генерализации геообъектов при масштабировании поля, а также обосновывают проекционное моделирование КИ
(равновеликое, равноугольное, равнопромежуточное) на этапе её создания.
3.4.2 Семиотический концепт
Понимание картографирования как информационного процесса тесно связано с идеей кодирования – перевода информации на язык сигналов, специально
приспособленный к особенностям конкретного канала связи с целью повышения его пропускной способности. Носителем КИ является сообщение - кодированный эквивалент геообъекта, выраженный последовательностью условных
физических символов. Пригодность тех или иных объектов и процессов географической оболочки для природопользования служит основой их соответствующего обозначения. Многократное воспроизведение одних и тех же объектов
приводит к нормированию обозначения, которое закрепляется в рефлексии, относящей знаки к объектам.
Семиотический концепт характеризует процесс картографического кодирования КИ с целью её визуализации в программной среде посредством языка
114
карты [85]. Он базируется на опыте проектирования систем картографических
знаков и оформления карт. Картографический код как знаковую систему образуют совокупности графических элементов, а также принципы их сочетания и
комбинирования в картах-текстах. Элементы языка карты реализуются в материальных графических знаках и связаны со зрительным аппаратом человека и
физиологической работой мозга. Они отражают смысл и идею объекта кодирования и хранятся в сознании субъекта в форме идеального отображения. В результате картографического кодирования геоданные приобретают свойства
воспроизводить значения объектов в рамках картографической знаковой системы: с одной стороны выражать пространственную определенность географических объектов, а с другой – характеризовать их субстрат.
Механизм картографического кодирования определяют законы и алгоритмы визуального восприятия объективной реальности, а в качестве элементов
картографических знаков выступают зрительно воспринимаемые графические
примитивы и фигуры, цветовые стимулы, их комбинации и совокупности. Благодаря устанавливаемым отношениям значений между сигнификатами и денотатами геообъектов графические конструкции выражают и дифференцируют
действительность и, следовательно, воспроизводят ее смысловые значение. Через эти значения реализуются топологические связи субъективных геоинформационных моделей с объективной реальностью посредством закрепления в сознании субъекта в виде мысленных карт и географических образов.
Пространственные геоданные локализуются в геоинформационном поле на
основании установленных геодезических координат посредством 1-го подъязыка карты [86], с которым связана специфика языка карты. Его средствами обеспечивается отражение данных о размещении объектов картографирования, их
взаимном положении, пространственной форме и ориентации. Субстанциональные геоданные локализуются посредством 2-го подъязыка карты. Его средствами обеспечивается отображение в картах содержательной определенности
объектов картографирования – что представляет собой или каков картографируемый объект.
115
Разработка картографических условных знаков для отображения динамики
объектов ГС базируется на знании и рациональном использовании семиотических аспектов, с одной стороны, и глубоком изучении сущности исследуемых
объектов с другой. Понимание существа объекта картографирования, его специфических черт облегчает поиск путей к повышению информативности знаков, способствует адекватному выражению их смыслового содержания средствами языка карты. Эффективное применение основных правил синтактики,
семантики и прагматики обеспечивает стройность и логичность передачи КИ, а
также графически экономное и зрительно хорошо воспринимаемое изображение объекта картографирования. Рассматривая содержание карты как отображение некоторой ГС в ее развитии, К.А. Салищев [117] разработал общие основы проектирования систем картографических знаков. Системный принцип проявляется в отображении графическими средствами иерархических ступеней КИ,
он обусловливает определенную логику в построении знаков, четко выделяя
различия между знаками подсистем, сохраняя их графическое сходство внутри
каждой подсистемы. Универсальной, для визуализации КИ, является разработанная М.К. Бочаровым [38] буквенно-цифровая система логических связей
графознаков. Она нацелена на обеспечение соответствия планов выражения и
содержания в системах знаков карт и может применяться для проектирования
систем знаков значительной сложности.
Для отображения информации о динамике интерес представляет система
графологического исчисления, разработанная Ж. Бертеном [24], которая дает
возможность определять свойства формально-семантического характера комбинаций графических средств, исходя из свойств каждого средства, входящего
в комбинацию. Учёный выделяет физические константы, константы цветового
восприятия и социо-культурные константы.
А.В. Востокова [47] в плане психологического соответствия графознаков
предлагает:
- использовать, в качестве конструктивных элементов, элементарные геометрические фигуры;
116
- завершенность композиции, уравновешенность и симметричность частей
знака относительно главного центра;
- правильность пропорций между конструктивными элементами.
Эти рекомендации тоже своего рода константы, так как направлены на построение картографических знаков, обеспечивающих максимальное соответствие между двумя каналами информации чтения карты: визуальным и психологическим.
3.4.3 Технологический концепт
Технологический концепт базируется на теоретических положениях составления и редактирования карт, раскрывает механизм преобразования КИ и
описывает совокупность программно-технических устройств и выполняемых
действий при её преобразованиях. Оценка современных картографических
изысканий позволяет сделать вывод, что познавательный замысел картографического метода сегодня реализуют две технологии – геоинформационного картографирование и геоинформационного моделирования. Каждая технология используется в определенной сфере человеческой деятельности, присуща разным
этапам процесса «создание – использование карт» имеет функциональные особенности, обосабливается логической очередностью и спецификой решаемых
задач (рисунок 20).
117
Рисунок 20 – Технологии картографического мониторинга ГС
Создание КИ обеспечивает технология картографирования, которая реализуется в материальной сфере человеческой деятельности, представляет собой
коллективный производственный процесс, строго регламентирована и снабжает
территориальную деятельность социума актуальными сведениями в виде топографических карт и ведомственных пространственных документов. На этапе создания КИ картографический метод опирается на практические операции и методики регистрации геосвойств. В результате топографической съемки и камерального картографирования производится систематизация и классификация
фактических данных на основе способов картографического изображения и
осуществляется закрепление КИ в геодезической системе координат. Таким образом, в процессе создания КИ картографический метод решает задачу инвентаризации ГС и нацелен на воспроизводство, закрепление и распространение
КИ в виде материальных документов для нужд хозяйства, населения, образования и т.д.
Использование КИ обеспечивает технология моделирования, которая реализуется в идеальной сфере человеческой деятельности, представляет собой
творческий процесс индивидуального характера, базируется на индуктивных
обобщениях и дедуктивных умозаключениях и осуществляется одновременным
манипулированием идеальных и виртуальных картографических образов. Таким образом, на этапе использования КИ картографический метод решает задачу моделирования географической реальности и нацелен на познание и прогнозирование развития ГС.
Продуктом технологии картографирования являются материальные копии
реальности. Как средства закрепления и ретрансляции территориальных сведений
они
способствуют
реализации
коммуникативной
общественно-
исторической функции языка карты. Технология моделирования базируется на
118
идеальных и виртуальных моделях. Результатом моделирования являются пространственные гипотезы и концепции, описания, рекомендации и т.п. Соответственно, как средства познания действительности эти модели способствуют реализации познавательной общественно-исторической функции языка карты.
В историческом аспекте возникновение технологии картографирования
можно связать с возникновением земледелия и появлением геометрических
операций регистрации и документирования земельных угодий. Технология моделирования появилась намного позже, как сформировавшаяся способность
развитого мыслительного аппарата и результат общественно-исторического
опыта использования земной поверхности. В зависимости от специфики пространственной задачи реализация картографического мониторинга может осуществляться как на основе одной технологии, так и при различном их сочетании.
В зависимости от внешних условий меняется актуальность технологий для конкретных регионов: например, при оценке последствий стихийного бедствия
определяющее значение имеет технология картографирования, а при прогнозировании ущерба определяющей будет технология моделирования.
При традиционном картографировании реализация аналитических функций картографического метода требует механических действий и зависит от
навыков и уровня подготовки исследователя. При информационном картографировании специализированные программные пакеты обеспечивают автоматизацию необходимых геометрических операций и действий с субстанциональными данными. Особенность информационной технологии в том, что информация для нее является и продуктом, и исходным сырьем, поэтому дифференциация технологий метода обоснована, прежде всего, по месту и значению КИ в
процессе «создание – использование карт». При технологии картографирования
сырьем служат топографические геоданные, при технологии моделирования
сырьем служат камеральные геоданные.
Хранение и ретрансляцию КИ в обществе в виде карт и процедур их составления обеспечивают государственные стандарты и нормативы, регламентирующие метрическую и содержательную унификацию создаваемых докумен119
тов. В различных сферах территориальной деятельности используются специальные пространственные документы, отличающиеся методиками составления,
элементами содержания, точностью, оформлением и т.п. Метрической базой
ведомственных документов являются топографические карты, создаваемые по
результатам государственных геодезических съемок в установленном масштабном ряду на основании единых картографических проекций.
3.4.4 Социально-экономический концепт
Социально-экономический концепт раскрывает процедуру обновления и
воспроизводства КИ в обществе, заключающуюся в её непрерывном создании,
подготовке специалистов и надзоре за её производством и использованием. Он
описывает совокупность производственных и социальных процессов создания
топографических и тематических карт, разработки ГИС и баз данных для обеспечения территориальной деятельности общества. Общегосударственная значимость геодезических и картографических данных и материалов состоит в их
интеграционном характере, поскольку они используются многими министерствами, ведомствами, учреждениями и гражданами при решении различных
территориальных прикладных и научных задач. В этом аспекте КИ понимается
как общественно-полезный продукт научно-практической деятельности.
Основной вклад в производство КИ вносят топографо-геодезическая и
картографическая деятельности, характеризующиеся большим разнообразием
технологических процессов и операций. К общим научно-техническим принципам организации производства КИ следует отнести:
- установление научно обоснованных исходных дат и единой системы координат и высот;
- принятие для всех топографо-геодезических и картографических работ общегосударственного значения размеров референц-эллипсоида Красовского;
- построение опорных геодезических сетей по единой научно-обоснованной
программе;
120
- использование единой разграфки и номенклатуры листов топографических
карт;
- использование единого масштабного ряда;
- осуществление научно-технического контроля за качеством выполнения всех
основных видов геодезических, топографических и картографических работ.
Строгое соблюдение этих принципов обеспечивает создание высокоточных
геодезических данных, топографических, общегеографических и многих других
тематических и специальных карт и атласов.
В настоящее время в России ведущая роль по обеспечению социальнозначимой картографической продукцией (топографические карты, каталоги координат геодезических пунктов, учебные, научно-справочные, общегеографические, политико-административные, тематические карты и атласы) государственных нужд в области образования, экономики, науки и культуры, а также
национальной безопасности принадлежит Федеральной службе государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр). Росреестр является приемником ГУГК и, затем Роскартографии, и высшим органом хозяйственного
руководства топографо-геодезическим и картографическим производством. Основными производственными звеньями Росреестра являются: аэрогеодезические предприятия (АГП), Союзный маркшейдерский трест (Союзмаркштрест),
государственные институты инженерно-геодезических изысканий и съемок
(ГИИГИСы), картографические фабрики, научно-редакционная картосоставительская часть (НРКЧ). Работы по поддержанию эффективности производства
геодезических, топографических и картографических работ федерального
назначения выполняют научно-исследовательские и научно-производственные
организации Росреестра, работающие в тесном контакте с аэрогеодезическими
предприятиями, центрами геоинформации и картографическими предприятиями отрасли. Научную деятельность в отрасли осуществляют: Центральный ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки
и картографии им. Ф.Н. Красовского (ЦНИИГАиК); Государственный научноисследовательский и производственный центр «Природа» (ГЦ «Природа»);
121
Государственный научно-внедренческий центр геоинформационных систем и
технологий («Госгисцентр»); Сибирский научно-исследовательский и производственный центр геоинформации и прикладной геодезии («Сибгеоинформ»).
Опытно-конструкторские работы выполняет Экспериментальный оптикомеханический завод (ЭОМЗ) и Оптико-механическое экспериментальное производство (ОМЭП) совместно с научно-исследовательскими организациями.
По мере внедрения геоинформационной технологии в картографогеодезическую отрасль появляются новые технические разработки и эффективные подходы к анализу и решению широкого круга территориальных проблем.
Эта технология приобретает все большее значение и признание в нашей стране,
а цифровая КИ начинает играть ведущую роль в различных сферах деятельности общества. При этом, многие ведомства и организации сталкиваются с проблемой отсутствия квалифицированных кадров, знающих как использовать
ГИС-технологии, какие данные могут потребоваться для решения конкретной
задачи или принятия решений и т.п.. В настоящее время, существует значительная диспропорция задач по освоению и использованию геоинформационной
технологии в нашей стране и уровнем развития профессионального геоинформационного образования. Анализ современного состояния геоинформационного
образования в мире позволяет сделать вывод о значительном отставании России
от США и стран Европы в области геоинформационной подготовки специалистов. Это, прежде всего, количество образованного и обученного персонала,
уровень которого в состоянии обеспечить профессиональное освоение и использование ГИС-технологий и цифровых пространственных данных без дополнительной подготовки. При этом потребность в профессиональных кадрах в
области геоинформатики и ГИС увеличивается гораздо быстрее, чем растут
бюджетные вложения на развитие геоинформационного образования и обучения.
Как показывает мировой опыт, развитие ГИС-технологий и национальных
инфраструктур пространственных данных, расширение области их применения
приводят к формированию особой научно-технической деятельности и образо122
ванию самостоятельной отрасли производства и потребления КИ – геоинформационной индустрии. В контексте определения направлений и содержания
профессиональной подготовки геоинформационных кадров, следует отметить,
что в ГИС-индустрии в настоящее время работают специалисты, занятые следующими видами профессиональной деятельности: сбором, архивированием и
обновлением КИ; проектированием баз пространственных данных; проектированием предметных ГИС; планированием, управлением и администрированием
геоинформационных проектов; разработкой и эксплуатацией ГИС; маркетингом
и распространением геоинформационных услуг; профессиональным геоинформационным образованием и переподготовкой служащих. За рубежом перечисленные виды деятельности уже сейчас формируют определенные требования к
рынку специалистов в области картографии и ГИС со стороны организаций и
учреждений, определяя стандарты геоинфоромационного образования и обучения [125].
Эти проблемы могут успешно решаться только профессиональными кадрами, владеющими современными геоинформационными знаниями и навыками.
Помимо повышения уровня профессионального геоинформационного образования среди специалистов, занятых разработкой, созданием и использованием
ГИС, не менее важной проблемой остается геоинформационное просвещение и
повышение уровня геоинформационной грамотности среди лиц, принимающих
решения на различных уровнях административного или отраслевого управления.
Государственный надзор за производством КИ осуществляется в целях
обеспечения соблюдения законодательства Российской Федерации всеми участниками отношений в области геодезической и картографической деятельности.
В настоящее время Росреестр является федеральным органом исполнительной
власти, осуществляющим специальные контрольные, разрешительные и надзорные функции при производстве геодезических и картографических работ, создании цифровых карт и геоинформационных систем.
123
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ
КАРТОГРАФИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ГЕОСИСТЕМ
4.1 Информационная регис трация геосистем
4.1.1 Регистрация пространственных параметров геосистем
Информационная регистрация ГС представляет собой процесс однозначного и подобного отображения метрических и субстанциональных параметров
используемых объектов в геоинформационном поле на основании картографической проекции. Информация о статическом состоянии объекта представлена в
виде цифровых разновременных слоев и таблиц атрибутов. Оценка динамики
объектов представляет процесс компьютерной обработки цифровых разновременных геоданных с целью получения математически определенной картографической, графической и табличной информации, а также оптимизации пользовательских запросов об изменениях этих объектов.
Регистрация объектов осуществляется посредством полевого и камерального способов создания КИ. В полевых условиях регистрация пространственных параметров объектов осуществляется с помощью топографических съёмок
124
и глобального позиционирования. Субстанциональные характеристики регистрируются геофизическими и геохимическими приборами, посредством отбора
проб и т.п. Итоговые материалы в этом случае представлены в аналоговой и
цифровой форме, как правило, различных форматов.
В камеральных условиях для создания КИ используются ДДЗ либо ранее
изданные карты. Бумажная карта является растровым изображением и представлена двумерным массивом точек, каждая из которых имеет свой цвет. В
геоинформационной технологии используется объективная форма представления графической информации – векторные изображения. Векторный формат
представления данных оптимально подходит для локализации пространственных данных с высокой точностью координатной привязки. В основе векторного
изображения лежат элементарные графические объекты (примитивы): точка,
линия, полигон. Каждый примитив характеризуется набором параметров: тип
векторного объекта, размер, координаты базовых точек. При масштабировании
векторных изображений пропорционально увеличиваются (или уменьшаются)
значения внутренних параметров примитивов при их выводе на монитор. Таким
образом, важной и наиболее трудоемкой задачей КМГС является процесс ввода
(векторизации) геоданных в информационную среду.
Процесс векторизации представляет собой замену совокупностей растровых точек на векторные примитивы, являющиеся их геометрическими аналогами. Основные задачи векторизации заключаются: минимизация числа векторных примитивов; восстановление информации, утраченной или искаженной изза износа бумажного носителя, дефектов чертежных инструментов, погрешностей сканирования; расслоение изображения по тематическому содержанию;
построение корректной топологической модели территории, соответствующей
требованиям конечной ГИС. Векторизация разновременных картографических
материалов выполняется в последовательной очередности и состоит из ряда повторяющихся операций (рисунок 21). Порядок операций задан не жестко и может быть изменен с целью оптимизации технологии.
125
Точность и качество векторизации зависят от сканирования растрового
материала. Опыт показал, что для большинства картографических произведений оптимальным является разрешение сканера 300-400 dpi. Использование более высокого разрешения требует большой свободной памяти и замедляет
оцифровку. Занижение же разрешения затрудняет автоматическую оцифровку.
При невозможности сканировать всю площадь карты одним сеансом, следует
получить набор перекрывающихся фрагментов. Если на исходном картматериале имеются опорные точки, то для корректной сшивки фрагментов необходимо,
чтобы фрагмент захватывал их как можно больше (не менее 4 по горизонтали и
2 по вертикали). В процессе редактирования готовых фрагментов целесообразно залить локальные пустоты в полилиниях, установить оптимальную глубину
фильтрации, добиться правильной ориентации фрагментов, обрезать фрагменты
до минимальных зон перекрытия.
126
Рисунок 21 – Технологическая схема векторизации геоданных
Каждый проект векторизации представляет собой файл формата программы
Easy Trace, который интегрирует в себе структурированную по слоям векторную информацию, настройки графической среды и ссылки на внешние растры и
базы данных. Каждый проект сопровождается стратегией векторизации которая
представляет собой именованный набор параметров какой-либо операции, сохраняющийся неизменным между сеансами работы. Стратегия может разрабатываться заново для каждого проекта или наследоваться по шаблону. При создании нового проекта необходимо указать минимальные и максимальные размеры векторного поля, границы векторного поля, единицы измерения, точность
представления.
Импорт векторных данных в созданный проект необходим, в случае если
оцифровку растра необходимо выполнять, ориентируясь на уже имеющуюся
векторную информацию (обменные форматы DXF, GEN, SHP, MIF, ASC,
DGN), либо на стадии финальной сводки векторных слоев в единое покрытие.
При этом передается не только векторная информация, но и полная настройка
среды векторизации, а также набор растровых слоев. При необходимости следует импортировать связанные слои с файлом базы данных. При добавлении
информации в уже существующие базы данных типы полей записей должны
совпадать.
Построение топологической модели векторного слоя представляет собой
математическую процедуру определения пространственных свойств и взаимоотношений объектов. В первую очередь определяется связность, направление и
длина линий и выполняется построение полигонов. Затем формируются пространственные взаимоотношения между объектами: связность, соседство, близость, пересечение, расположение в пределах, относительное положение, превышение.
В процессе векторизации целесообразно задавать различный характер
построения цепочно-узловой модели для случаев пересечения с линией своего
слоя и с линией другого слоя. В каждом случае необходимо задать тип полили127
нии и выбрать одну из трех опций построения модели: игнорировать (искать
продолжение); формировать вершину; формировать узел. Кроме того, целесообразно осуществлять контроль целостности топологической модели на всех
этапах. Для этого необходимо создать стратегию верификации – именованный
постоянный набор выбранных тестов, который будет применяться к постоянному набору выбранных слоев
В случае переноса с карты не только самих объектов, но и связанной с
ними атрибутивной информации необходимо определить структуру базы данных. Базы данных слоев определяются независимо для линий и точек каждого
векторного слоя и должны иметь имена полей, их типы и размерность. Ввод атрибутивной информации целесообразно осуществлять после оцифровки группы
однотипных объектов. Используя групповой редактор можно значительно ускорить заполнение записей в таблицах. После ввода атрибутов всех объектов
необходимо выполнить проверку состояния их баз данных. Редактирование
векторной информации заключается в верификации топологии и оценке точности графической оцифровки объектов и осуществляется на всех этапах векторизации и непосредственно перед экспортом в геоинформационную систему.
Пространственные данные, полученные при помощи векторизации, хранятся в условной системе координат исходного растрового изображения. Чтобы
разновременные векторные слои можно было использовать для оценки динамики объектов их необходимо трансформировать в картографическую проекцию.
Для этого необходимо выбрать опорные точки, для которых известны реальные
географические координаты и создать файл опорных точек. Затем заменить
условные единицы координат опорных точек на реальные географические, измеряемые в градусах и десятичных единицах градусов и перепроектировать это
покрытие в координаты проекции соответствующего растрового изображения.
Далее необходимо выполнить преобразование исходного слоя в координаты
проекции. Полученные слои Arc GIS являются разновременными цифровыми
моделями физико-географического состояния ГС и исходной информацией для
КМГС. Таким образом, пространственная информация о геообъектах может
128
быть определена как совокупность точек, линий, контуров и площадей, имеющих метрические значения и отражающих трехмерную реальность. Эта информация образует класс координатных моделей ГИС, являющийся обязательной
характеристикой ГС.
4.1.2 Регистрация субстанциональных параметров геосистем
Оцифрованная совокупность однородных пространственных объектов в
ГИС хранится в виде тематических слоев. Каждый объект характеризуется уникальным местоположением и набором атрибутов. Топология определяет пространственные связи объектов и устанавливает соседство полигонов. При создании топологии данные хранятся более эффективно, и в результате построения автоматически создается соответствующая типу слоя атрибутивная DBFтаблица.
Для того чтобы полностью отобразить геообъекты реального мира и все их
свойства, понадобилась бы бесконечно большая база данных. Поэтому, используя приемы генерализации и абстракции, необходимо свести множество данных
к конечному объему, легко анализируемому и управляемому. Таким образом,
важным этапом организации КМГС является обоснование выбора моделей описания и представления параметров ГС для создания информационной основы
базы данных, которые бы сохраняли основные и не содержали бы второстепенных свойств. Для решения этой задачи используются инфологические, иерархические, реляционные и сетевые модели, а также квадратомические деревья. Для
создания информационной структуры ГИС на основе пакета Arc GIS используется реляционная модель представления геоданных, которая разработана на основе математической теории отношений и опирается на систему понятий, важнейшие из которых – таблица, отношение, строка, столбец, первичный ключ,
внешний ключ. Таблица состоит из строк и столбцов и имеет уникальное имя
внутри базы данных. Таблица отражает тип объектов реального мира, а каждая
ее строка – конкретный объект. Основным средством структурирования данных
129
в реляционной модели является отношение. Каждая строка таблицы имеет записи. Каждая запись имеет набор атрибутов. Каждый столбец – это атрибут.
Диапазон допустимых значений определяется для каждого атрибута. Степень
отношения – число атрибутов в таблице. В этой модели не предусматривается
логической упорядоченности, однако строки помещаются в память таблицы в
соответствии с некоторым порядком, с помощью которого производится необходимая выборка. Каждый столбец имеет уникальное имя в таблице, однако
различные таблицы могут иметь столбцы с одинаковыми именами. Столбцы
расположены в таблице в соответствии с порядком следования их имен при ее
создании. Строки не имеют имен, порядок их следования не определен, а количество логически не ограничено. Любая таблица имеет один или несколько
столбцов, значения которых однозначно идентифицируют каждую ее строку.
Такой столбец называется первичным ключом.
В состав Arc GIS включены полная реляционная база данных и язык программирования для обработки табличной информации. Процедуры базы данных
позволяют осуществлять ввод, манипулирование, обработку и анализ геоданных, арифметические и логические операции, а также подготовку итоговых документов. Реляционная модель базы данных позволяет создавать сложные таблицы, входящие одна в другую. Одновременно может быть связано между собой до десяти таблиц сопряженных признаков, что дает возможность использовать до 4000 знаков для описания каждого объекта. В качестве сопряженных
характеристик объектов могут быть использованы данные различных типов:
целые и дробные числа, буквенные и цифровые символы, даты.
Например, таблица «Объекты природопользования» (таблица 6) содержит
сведения об объектах сельскохозяйственного природопользования, а ее строки
являются наборами значений атрибутов. Каждый столбец – это совокупность
значений конкретного атрибута объекта, а первичным ключом является столбец
«Идентификатор». В таблице «Обеспеченность землепользователей пашней»
(таблица 7) первичными ключами являются столбцы «Идентификатор» и «Зем-
130
лепользователь». Взаимосвязь таблиц поддерживается внешним ключом. Для
этих таблиц внешним ключом является столбец «Землепользователь».
Таблица 6 – Объекты природопользования
Идентификатор
Код
Объект
Землепользователь
2
11
Пашня чистая
8
12
Пашня чистая МО Цолгинское
9
10
Пашня орошаемая
12
11
20
10
Содержание гумуса
(тыс. га) (м/г почвы)
10/100
20/100
1550
1528
8240
1140
МО Заганское
620
540
Пашня орошаемая
МО Родина
413
1500
Пашня осушаемая
МО Родина
220
512
МО Заганское
Таблица 7 – Обеспеченность землепользователей пашней
Иденти- Землепольфикатор зователь
Пашня чистая (тыс.
га)
Пашня ороша- Пашня осушаеемая (тыс. га) мая (тыс. га)
1
МО Заганское
6850
120
480
2
МО Цолгинское
14900
3050
-
3
МО Родина
5800
1450
240
Одним из приемов анализа атрибутивных данных в ГИС является их оценка посредством специальных предметных шкал. Общей характеристикой шкал
является соответствующий набор допустимых операций с их значениями, а
сравнение атрибутивных данных корректно только внутри одной шкалы измерений. Всякая формальная классификация предполагает, прежде всего, четкое и
резкое обособление объектов или процессов одной группы от объектов или
процессов другой группы. Любая классификация фиксирует закономерные связи между классами объектов с целью определения их места в базе данных, которое указывает на их свойства, а также служит средством хранения и поиска
информации. Результатом такой классификации должно быть установление некоторого порядка в расположении самих этих групп, хотя при этом установлен131
ный порядок носит нередко искусственный и произвольный характер. Классификация, основанная на формальных принципах, предполагает какое-либо распределение по группам, в основе которого лежит сходство предметов каждой
группы благодаря наличию общего свойства. В содержательных классификациях акцент делается на раскрытие внутренних закономерностей дифференциации
между группами классифицируемых объектов и территорий.
Геоинформационные программные пакеты предлагают, как правило, пять
методов содержательной классификации КИ. Метод натуральных границ устанавливает границы классов по существу различий
в местах сравнительно
больших скачков в значениях и минимизирует вариации в пределах каждого
класса. При методе квантилей каждому классу приписывается одинаковое число оцениваемых объектов. Этот метод лучше всего подходит для классификации данных с равномерным линейным распределением и когда нужно выделить
значение развития одного объекта относительно других. Равноплощадной метод позволяет классифицировать полигоны по интервалам в значениях атрибутов так, чтобы общая площадь полигонов в каждом классе составляла одинаковую величину. Метод равных интервалов с помощью равнопромежуточной
классификации делит все значения атрибутов на равные классы. Этот метод используется в случаях, когда необходимо выделить величину значения атрибута
по сравнению с другими значениями или для данных, вариации которых заранее известны. Метод стандартных отклонений показывает разницу значения атрибута оцениваемого объекта по сравнению со средним значением всех величин. Таким образом, выбор метода и шкалы классификации для построения
геоинформационной модели объекта или явления представляет собой аналитический процесс и может способствовать как адекватной оценке исследуемой
территории, так и искажению географической реальности (рисунок 22).
132
Рисунок 22 – Пример различной классификации КИ
4.1.3 Картографическое хранилище векторных геоданных
для мониторинга геосистем
Картографическая оценка геообъектов, как правило, регламентирована
пространственными критериями территориального исследования, которые
определяются исходя из целей и задач оценки. Если стоит задача комплексной
оценки конкретной территории (ГС, административный район и т.п.), то используются геоданные о всех объектах природопользования, ограниченных
данной территорией. Если же исследователя интересует развитие отдельных
процессов природопользования (распаханность, селитьба и т.п.), то используются геоданные, относящиеся к исследуемому предмету. Например, при оценке
роста численности населения в населенных пунктах геоданные оцениваются в
точках локализации этих населенных пунктов, а при оценке изменения плотности населения геоданные оцениваются в пределах административных единиц.
Таким образом, в качестве пространственных критериев картографической
оценки ГС используются отдельные тематические слои, упорядочивающие геоданные: административно-территориальное деление, бассейны рек, ландшафты,
133
почвы, а также различные регулярные и нерегулярные сети геометрических
ячеек.
Пространственные критерии картографической оценки ГС ограничивают
массивы геоданных и позволяют выделить региональные и локальные пространственно-временные структуры динамики ГС из всего объёма данных с более низким уровнем территориальной организации. В результате оверлейных
операций над тематическими слоями создаётся картографическое хранилище
векторных геоданных для КМГС, которое состоит из рабочего векторного покрытия формата Arc GIS и реляционной базы данных (рисунок 23). База данных
хранилища содержит основные физико-географические и административные
характеристики исследуемых ГС (ландшафты, почвы, природопользование, административное деление), а также описывает их планово-высотные метрические параметры. Для каждого атрибута базы данных создана avl-легенда, позволяющая моментальное формирование визуального представления геоданных.
Рисунок 23 – Картографическое хранилище векторных геоданных для КМГС
Методика реализации хранилища векторных данных представляет собой
совокупность последовательных операций программной среды и заключается в
формировании множества картографических представлений, в которых меняются лишь элементы содержания и способы картографического изображения
134
объектов, а целостность и топологическая связность массивов данных сохраняется и не зависит от их комбинирования. Применение указанного подхода
обеспечивает топологическую целостность данных и удобство применения любых преобразований, как в интерактивном режиме, так и в автоматическом, по
заданному алгоритму. Такое управляемое картографирование оптимизирует
решение традиционных задач, связанных с выбором математической основы и
компоновки карт, позволяет оперативную смену проекций, свободное масштабирование, обеспечено новыми изобразительными средствами и алгоритмами
автоматической генерализации, а составление и оформление карт, подготовка к
изданию реализуются на одном рабочем месте.
Хранилище открыто для ввода разновременной цифровой КИ о любых
геообъектах. При картографическом мониторинге хозяйственного освоения ГС
в хранилище вводятся ретроспективные слои. Каждая точка рабочего покрытия
имеет пространственные координаты и атрибуты всех совмещенных векторных
слоев (рисунок 24). В зависимости от целей и задач мониторинга хранилище
позволяет создавать производные покрытия по введенным пространственным
критериям, например: площадь объектов природопользования в пределах муниципальных образований (рисунок 25).
Рисунок 24 – Фрагмент хранилища векторных данных
135
Рисунок 25 – Производное покрытие
4.2 Картографирование геоданных
Современная методика КМГС представляет собой совокупность механических и интеллектуальных действий по использованию разновременных картографических материалов в информационной среде для регистрации и оценки
динамики параметров ГС и разработки рекомендаций по оптимизации их хозяйственного использования (таблица 8).
Таблица 8 – Методика картографического мониторинга ГС
Этапы мониторинга
Операции мониторинга
1
2
1. Редакционно-
Оценка картографических материалов,
подготовительные
разработка редакционных указаний
работы
2. Формализация лис- Сканирование листов, создание растровых покрытий
тов ретроспективных по параметрам исходной картографической проекции,
карт
векторизация элементов содержания (EasyTrace)
3. Создание ретро-
Экспорт векторных слоёв в среду ArcGIS, склейка
спективных объект-
объектных слоев, редактирование слоев, создание то136
ных слоев
пологии
4. Геометрическая
Проецирование современной топоосновы по парамет-
коррекция ретро-
рам исходной картографической проекции (создание
спективных объ-
эталонных слоёв), создание сети регистрационных то-
ектных слоев
чек, координатная трансформация ретроспективных
слоев по сети регистрационных точек, оценка точности преобразования, редактирование слоев с помощью
алгоритма «резиновый лист»,
обновление топологии ретроспективных слоев
5. Наполнение таб-
Разработка системы классификации и кодирования
лиц атрибутов ретро- объектов природопользования, ввод атрибутивных
спективных слоев
данных по слоям
6. Создание объект-
Совмещение ретроспективных и современных вектор-
ных слоев динамики
ных слоев по необходимым временным срезам, устранение осколочных полигонов, обновление топологии,
редактирование таблиц-атрибутов
7. Создание рабочего Совмещение объектных слоёв динамики, разработка
покрытия
системы интерактивных запросов.
8. Геоинформацион-
Создание ГИС-проекта, составление карт динамики
ное картографирова-
природопользования, пространственная оценка дина-
ние динамики приро- мики, ранжирование территории по степени динамики
допользования
9. Геоинформацион-
Пространственное моделирование динамики (геомет-
ное моделирование
рическое, проекционное, масштабное, сетевой анализ,
динамики природо-
буферизация), субстанциональное моделирование ди-
пользования
намики (математическое, семиотическое), моделирование посредством запросов
10. Представление
Инвентаризационные карты динамики объектов при-
результатов монито-
родопользования, синтетические карты взаимосвязей
ринга
динамики объектов природопользования, аналитиче137
ские карты зонирования и районирования территории
во взаимосвязи с экологическими последствиями динамики природопользования, прогнозные карты сценариев развития природопользования, системы запросов динамики природопользования, графические и
табличные материалы, метаданные
4.2.1 Редакционно-подготовительные работы
В настоящее время значительный объём КИ хранится в виде бумажных
карт. При КМГС важное место занимает этап редакционно-подготовительных
работ. Это единственная операция, которая выполняется исключительно субъектом-исследователем и не зависит от аналитического аппарата геоинформационной среды. К редакционно-подготовительным работам относятся:
- сбор картографических и других материалов, необходимых для долгосрочного
мониторинга природопользования;
- изучение района картографирования;
- изучение картографических материалов;
- отработка редакционных указаний;
- отработка редакционно-технических указаний, образцового листа карты на
район картографирования и образцов составления отдельных элементов содержания карты;
- подготовка исполнителей к выполнению работ.
Перед началом работ необходимо осуществить поиск и сбор всех картматериалов на исследуемую территорию. При работе с ранее изданными картами,
в зависимости от поставленных задач, целесообразно идти двумя путями:
- сбор всех имеющихся картматериалов на территорию исследования и формирование из них выровненного временного ряда;
138
- сбор картматериалов, отображающих интересующие этапы развития природопользования и формирование временного ряда с определенными временными
координатами.
Сбор картографических материалов производится заблаговременно, до
начала отработки редакционно-технических указаний. К таким материалам относятся: материалы ведомственных топографических съёмок, специальные карты и планы (геологические, лесные, землеустроительные, планы городов и посёлков и т.п.), сведения о состоянии дорог, водном хозяйстве, количестве жителей в населённых пунктах и др.; сведения о геодезических, топографических и
аэрофотосъёмочных работах, выполненных различными ведомствами на районы картографирования, с заключениями об их качестве.
При выборе основного картографического материала для составления карты устанавливаются:
- обеспеченность района материалом и его качество;
- математическая и геодезическая основа, точность и достоверность материала;
- современность, подробность и полнота содержания материала, классификация
элементов местности, система условных обозначений, наличие необходимых
количественных и качественных характеристик;
- правильность передачи собственных названий объектов местности.
Исследование ведется путем сличения основного материала с другими материалами, а также изучения описаний ранее проведённых работ, отчетов, формуляров листов карт, справочников картографической обеспеченности и т.п.
Все картматериалы, включаемые в исследование должны быть оценены.
После оценки новых материалов разрабатываются указания по их использованию. Картматериалы, формирующие временной ряд, необходимо использовать
как основные, а картматериалы не попадающие во временной ряд - как дополнительные. Материалы, поступившие в процессе работы, должны включаться
в исследование в зависимости от оценки и от даты на равных правах с уже используемыми.
139
Картографический материал, который предполагается положить в основу
составляемой карты, в отношении точности, современности, полноты и подробности, а также классификации элементов содержания оценивается отдельно по
каждому элементу содержания. Если изображение некоторых элементов на исследуемом материале устарело или требует дополнения и детализации, то выбираются дополнительные материалы, по которым необходимо исправить или
дополнить карту, и определяется способ их использования.
Для уточнения отдельных вопросов и дополнения характеристик объектов,
данных на основном картографическом материале (например, для установления
отдельных населённых пунктов, железнодорожных станций, пристаней, уточнения класса дорог и т.д.), отбираются необходимые справочные материалы. На
дополнительных и справочных материалах подробно изучаются только те элементы их содержания, которые необходимы для дополнения, исправления или
проверки основного материала.
Следующим этапом редакционно-подготовительных работ является изучение территории, на которой производится мониторинг. Анализ территории
необходимо выполнить в двух аспектах – географическом и историческом. Географическое изучение выполняется по картографическим и литературным источникам на основе ландшафтного подхода. Первоначальное ознакомление
производится по картам мелкого масштаба, при этом особое внимание уделяется тем объектам природопользования, динамика которых будет оцениваться. В
историческом аспекте необходимо изучить характеристики факторов изменения
ландшафтов, акцентируя внимание на естественных процессах развития и природопользовании. Историю изменения и освоения ландшафтов целесообразно
изучать в границах последних и в пределах исторических периодов. Также
необходимо выявить и углубленно исследовать ведущие взаимосвязи между
природой, населением и хозяйством, свойственным конкретным историческим
периодам, тщательно установить временные границы, определяющие отдельные динамические процессы. Изучение района картографирования осуществляется с целью получения сведений о местности, необходимых для отработки ука140
заний по её изображению, выбора технологии работ, обеспечивающих создание
итоговых документов мониторинга с наименьшими затратами времени, сил и
средств. Район картографирования изучается по топографическим картам, географическим описаниям. Также необходимо собрать и оценить литературные,
статистические и специальные источники, содержащие информацию об оцениваемых объектах. В результате изучения выявляются типичные черты и характерные особенности картографируемой территории и производится её районирование по степени хозяйственного освоения.
Результатом общего ознакомления с оцениваемой территорией является
описание физико-географического состояния природопользования исследуемой
территории по всем временным срезам. В описании следует отразить:
- особенности пространственных форм и структуры оцениваемой территории;
- закономерности размещения оцениваемых объектов природопользования и
предварительные сведения об их динамике;
- сведения о природных и антропогенных рубежах, определяющих динамику
ГС.
В результате изучения района картографирования и картографических материалов подготавливаются краткая характеристика района и характеристика
картографических материалов, схема района картографирования и расположения картографических материалов и формуляр создаваемой карты. Формуляр
карты является документом хронологического фиксирования всех этапов создания карты и персональный состав исполнителей.
Подготовка исполнителей к выполнению работ является одним из важнейших условий обеспечения высокого качества создаваемых карт. Перед составлением карты редактор проекта обязан ознакомить картографов-составителей с
особенностями района картографирования и картографическими материалами,
разъяснить особенности технологии составления листов карты и основные
установки редакционно-технических указаний по изображению отдельных элементов природопользования. В дальнейшем картографы-составители самостоятельно изучают редакционно-технические указания, картографируемую терри141
торию и картографические материалы на заданные для составления листы карты и выписывают из редакционно-технических указаний в формуляры листов
установки по составлению карты применительно к составляемым листам, а
также характеристику используемых материалов (с обозначением их на схеме).
Редактор проекта проверяет знание составителями основных установок редакционно-технических указаний и правильность выписок из них в формуляры,
подписывает их, после чего разрешает приступить непосредственно к составлению карт.
4.2.2 Визуализация геоданных
Визуализация геоданных представляет собой процесс кодирования параметров ГС картографическими условными знаками. Картографические модели
следует разрабатывать на основе установления соответствия свойств модели
свойствам исследуемого объекта. Картографические модели должны создаваться на основе законов психологии визуального восприятия, быть информативно
ёмкими, компактными, простыми для компьютерного построения (таблица 9).
Таблица 9 – Система картографических моделей для отображения динамики
объектов природопользования
Движение
Точечные
Линейные
Площадные
- совмещение локали-
- совмещение линейных - совмещение ареалов;
зованных значков;
знаков;
- ареалы совместно со
- локализованные знач- - линейные знаки сов-
знаками движения;
ки совместно со знака-
местно со знаками
- знаки движения;
ми движения;
движения;
- изолинии.
- знаки движения.
- знаки движения.
Изменение
Точечные
Линейные
- локализованные знач- - линейные знаки.
142
Площадные
- изолинии;
ки;
- картограммы;
-локализованные
диа-
- картодиаграммы;
граммы.
- качественный фон;
- количественный фон;
- точечный способ.
Замещение
Точечные
Линейные
Площадные
- локализованные
- совмещение линейных - качественный фон;
значки;
знаков;
-локализованные диа-
- ленточные диаграммы. - картодиаграммы.
- картограммы;
граммы.
Способ локализованных значков целесообразно использовать для построения моделей содержательной динамики объектов, не выражающихся в масштабе карты и локализованных в конкретных пунктах. Наиболее приемлемы
для этой цели абстрактные знаки. Они просты для автоматизированного исполнения, экономичны, точно указывают местоположение объекта. При построении абстрактных знаков следует использовать свойство информативности формы, создавая знакоряды с логической иерархией. В случаях, когда в одной точке
оценивается динамика нескольких объектов, если они однородны и соизмеримы, их можно объединить в общий структурный знак. В случаях, когда трудно
объединить оцениваемые объекты вследствие различной природы их динамики,
целесообразно отдельные знаки размещать возле пункта расположения. Наиболее наглядным при отображении содержательной динамики будет способ
нарастающих значков, где размер знака показывает количественную характеристику на определенную дату, а его структура или цвет - скорость развития. Количественную динамику следует отображать нарастанием одинаковых фигур,
качественную - совмещением разных фигур. Качественную динамику также
можно передавать структурными знаками. При отображении динамики явлений, определяемой в точках наблюдений целесообразно использовать значки
в виде стрелок. Длиной стрелки можно отобразить количественные характе143
ристики динамики, толщиной - интенсивность, а направлением - преобладающие азимуты движения объекта.
Изолинии можно использовать как для построения моделей содержательной, так и пространственной динамики геообъектов. При показе содержательной динамики изолинии удобны для выражения количественных изменений
объектов, а также для отображения качественной повторяемости явлений. Изолинии приемлемы для отображения интенсивности непрерывно меняющейся в
пространстве и/или времени динамической информации. Изолинии следует использовать в тех случаях, когда нужно отобразить непосредственно время: либо время возникновения, либо длительность развития, либо возраст объекта.
Количественные данные, используемые для построения изолиний динамической информации должны быть сопоставимыми и однородными. Для правильного построения изолиний динамической информации оцениваемых объектов
необходимо учитывать их особенности и общие закономерности размещения,
взаимосвязи с другими объектами местности. Интервалы между изолиниями
следует выбирать в зависимости от природы объекта природопользования,
пределов, в которых колеблются параметры его динамики, от масштаба карты
и от целей и задач исследований. При построении полей динамики объектов
следует использовать равные постоянные интервалы между изолиниями. Уточнение системы изолиний по косвенным факторам и природным и антропогенным рубежам, влияющим на динамику, позволяет наиболее наглядно оценивать
ее пространственную структуру.
Качественный фон следует применять для районирования территории по
преобладанию пространственной или содержательной динамики, либо для подразделения территории на участки однородной динамики, но различающиеся
интенсивностью параметров. При картографировании динамики природопользования, дифференциацию территории следует производить согласно разработанной классификации исследуемой предметной области. Наиболее простой
путь здесь - подразделение территории по интенсивности одного параметра динамики. Более сложная задача - районирование территории по интенсивности
144
проявления различных параметров одного вида динамики и так далее до учета
различных параметров разных типов динамики. Особое внимание следует уделить разработке легенды карты. Первостепенную важность при использовании
способа качественного фона приобретает задача определения местоположения
границ выделяемых участков. Эти границы являются элементами способа и для
их нанесения следует выполнить либо тщательный картографический анализ по
картам различных масштабов, либо анализ космических снимков, либо полевые
обследования. В случаях, когда смена одного параметра динамики происходит
постепенно, через переходную зону, следует применять чересполосную окраску, изменяя ширину полос и тем самым передавать различные соотношения в
зоне перекрытия.
Количественный фон следует применять для подразделения территории
по интенсивности проявления какого-либо параметра динамики. Для этого целесообразно первоначально определить значения оцениваемого параметра динамики по всей территории, разработать ступенчатую шкалу и провести границы участков, относящихся к различным ступеням.
Точечный способ следует применять для отображения содержательной
динамики рассредоточенных объектов и явлений природопользования. В случае
значительного расхождения между минимальными и максимальными значениями динамических характеристик по территории целесообразно выбирать
большой вес точки, так как это облегчит размещение точек в местах наибольшей плотности оцениваемых объектов. При небольшой количественной дифференциации параметров динамики и при расположении объектов отдельными
небольшими группами следует выбирать малый вес точки. Следует согласовывать площадь точки с количественной величиной ее веса. В зависимости от цели мониторинга весу точки можно придавать как абсолютное, так и относительное значение. Применяя точки разного цвета можно совместно отобразить
качественно различные параметры динамики одного и того же объекта, а использование разных фигур в качестве точки позволит совместно отобразить динамику разных объектов. При контрасте плотности оцениваемых объектов сле145
дует использовать точки различного веса. Этот прием позволит отобразить особенности динамики оцениваемых объектов в районах их малой плотности и
обеспечит различимость точек в районах их максимальной плотности.
Линейные условные знаки, в первую очередь, следует использовать для
отображения динамики линейных объектов. Перемещение линейных объектов
легко передается сочетанием линейных знаков, отнесенным к разным временным срезам. Содержательную динамику линейных объектов следует показывать
структурными линейными
знаками, используя ширину, цвет, внутреннюю
структуру. Совмещением линейных знаков относительно одной оси можно передавать возраст.
Локализованные диаграммы следует использовать для дискретной характеристики динамической информации объектов сплошного и линейного распространения. Точки для построения диаграмм необходимо выбирать в пунктах, наилучшим образом отражающих особенности объекта или прилегающей
территории. Для оценки динамики явлений, имеющих циклический характер
(сезоны, стексы) диаграммы целесообразно строить в полярной системе координат. Для объектов и явлений с поступательным развитием во времени диаграммы оценки следует строить в декартовой системе координат. Для оценки
таких параметров как качественная и количественная повторяемость динамики
следует использовать круговые диаграммы, а для оценки параметра повторяемости динамики по направлению - различные розы-диаграммы.
Ареалы следует применять при пространственной оценке динамики, когда
необходимо выделить бывшее и настоящее положение объекта, для фиксирования отдельных участков изменений, либо для выделения интересующих параметров и типов динамики. Этот способ целесообразно применять, когда динамическая информация имеет распространение не на всем поле карты. Для отображения ареалов можно использовать различные приемы: ограничение линейным знаком, окрашивание ареалов, передача ареала заполняющими значками.
Знаки движения. Этот способ наиболее удобен при оценке пространственной динамики объектов и явлений любой природы и любого характера
146
размещения. С помощью знаков движения можно отобразить направление, расстояние, способ и скорость перемещения, а также качественные и количественные характеристики объекта. В качестве основного графического средства здесь
следует использовать различные векторы, отличающиеся по форме, ширине,
светлоте, внутренней структуре. Для оценки содержательной динамики линейных объектов целесообразно использовать ленты, соизмеримость которых может быть абсолютной или условной, непрерывной или ступенчатой. Также
можно использовать структурные ленты и системы параллельных линий.
Картодиаграммы целесообразно использовать при оценке исследования
динамики природных и антропогенных объектов в пределах единиц какоголибо территориального деления. Этот способ следует применять в случаях, когда необходимо оценить динамику территориальных единиц в целом для сравнения их между собой, не акцентируя внимание на динамики отдельных объектов. Интенсивность сравниваемых параметров можно отобразить линейными,
площадными, объемными, звездными либо структурными диаграммами. Для
оценки изменений конкретных объектов в одной территориальной единице,
необходимо отображать интенсивность их динамики несколькими диаграммами, построенных для ряда периодов.
Картограммы следует использовать для отображения средней интенсивности динамических процессов в пределах геометрических, географических либо административных единиц в тех случаях, когда нет необходимости показывать различия интенсивности внутри самих оцениваемых единиц. Этот способ
одинаково успешно можно использовать для отображения интенсивности всех
динамических характеристик природных и антропогенных объектов. Для оценки динамики таких явлений как распашка или залесённость, наиболее удобен
способ построения картограмм по сетке геометрического деления в точках пересечения линий километровой сетки, так как он менее зависит от каких-либо
границ и отображает естественное районирование интенсивности динамики.
При построении картограмм следует использовать относительные показатели,
получаемые в результате деления двух рядов абсолютных величин динамиче147
ской информации, вычисленных для одних и тех же территориальных единиц,
или же из подсчета процентных соотношений.
Полученную информацию о динамике геообъектов также целесообразно
представлять в удобном для анализа графическом виде. Программы Arc GIS и
Excel позволяют строить различные профили, графики, диаграммы, розыдиаграммы, гистограммы. Такие построения, помимо содержательной оценки,
наглядно представляют особенности динамики географических объектов в
иных плоскостях. Для представления скорости изменения объектов и тенденций развития во времени целесообразно использовать линейные диаграммы.
Для отображения итога изменения и различия между двумя и более группами
атрибутов лучше применять площадные диаграммы, которые наглядно передают динамику измеряемого количества. Для сравнения абсолютных значений
данных и анализа тенденций развития объектов следует использовать ленточные и столбчатые диаграммы. Для оценки относительных значений нескольких
атрибутов одного объекта целесообразно применять круговые диаграммы, которые показывают взаимосвязи между частями и целым и особенно пригодны
для отображения пропорций и соотношений. При анализе данных, имеющих
причинно-следственные связи, следует использовать точечные диаграммы разброса x и y. Для анализа высотной динамики объектов следует строить профили высотной динамики, где по горизонтали откладываются координаты либо x,
либо y, а по вертикали - координата z. При содержательной оценке целесообразно сравнить между собой общие величины (площади, плотности, длины)
оцениваемых объектов. Для этого необходимо строить графики, где по горизонтали откладываются даты временных срезов, а по вертикали - суммарные
величины оцениваемого объекта. Для наглядного представления динамики, вертикальные и горизонтальные оси профилей и графиков, следует строить в определенном масштабе. В случаях, когда величины динамической информации колеблются в ограниченных пределах, целесообразно строить гистограммы частот, где по горизонтали откладываются количественные характеристики оце-
148
ниваемых объектов, а по вертикали - критерии оценки (высотные ступени, административные районы).
4.2.3 Создание карт мониторинга геосистем
При решении отдельной территориальной задачи реализация мониторинга
заключается в сравнении разновременных картографических материалов в геоинформационной среде и создании карт происшедших изменений отдельных
объектов и процесса природопользования в целом. Эти действия выполняются
посредством картографического модуля пакета Arc GIS программы Arc Map.
Приложение Arc Map организовано в виде настольной ГИС с графическим интерфейсом пользователя, позволяющим загружать пространственные и табличные данные для отображения их в виде карт, таблиц и диаграмм. Arc Map является интерактивной программой и обеспечена всеми необходимыми средствами
для запроса и анализа данных, их геокодирования и редактирования. С помощью её инструментов можно выполнять стандартные аналитические операции,
устанавливать географические отношения между данными одного класса и
определять отношения между различными наборами данных. Карты Arc Map
являются динамическими и любые изменения в данных автоматически влекут
за собой изменения в карте.
В Arc Map все действия происходят в пределах созданного проекта. Проект это группа сообщающихся между собой документов, использующихся в течение сеанса Arc Map. Проект является технологической единицей геоинформационной технологии, его реализация заключается в создании и манипулировании разновременными цифровыми слоями геообъектов (рисунок 26).
149
Рисунок 26 – Технологическая схема создания карт мониторинга ГС
Каждый проект, как правило, содержит пять типов документов. Вид имеет
параметры картографической проекции и отображает отдельные тематические
слои объектов природопользования. Каждый слой образует тему вида и представляет собой векторное изображение данных одного типа (точечные, линейные, полигональные), имеющее параметры установленной картографической
проекции. Разновременные слои объектов природопользования в программе Arc
Map также хранятся в виде отдельных тем.
Таблицы содержат атрибутивную информацию векторных слоёв. Таблицы
позволяют работать с данными из различных источников табличных данных и
производить запросы. Для отдельных полей таблиц возможно применение различных алгебраических операций (сложение, вычитание, умножение и т.п.).
Кроме того, возможно объединение таблиц по общим атрибутам. Любая таблица может быть связана или соединена с таблицами других тем.
Диаграммы являются графическими выражением табличных данных и могут быть площадными, ленточными, столбчатыми, линейными, круговыми и
150
разброса X,Y. Диаграммы обеспечивают дополнительную возможность наглядно представлять, сравнивать и анализировать атрибутивные данные. Компоновка позволяет интегрировать в единое окно различные документы и другие графические элементы, чтобы создать окончательный вариант карты.
Запросы представляют собой коды, написанные на языке программирования Avenue для автоматизации часто повторяющихся однотипных территориальных задач. При пространственном анализе атрибутов объектов Arc Map позволяет выполнять пространственное соединение и пространственное слияние
различных тем. Пространственное соединение может быть двух видов. При
ближайшем соединении каждому объекту в таблице назначения присваиваются
атрибуты ближайшего к нему объекта из таблицы источника. При внутреннем
пространственном соединении каждому объекту в таблице назначения присваиваются атрибуты объекта из таблицы источника, который полностью его содержит. Пространственное слияние позволяет группировать объекты на основе
однородных значений атрибутов.
Разработка содержания
топографической
основы
каждой
кар-
ты мониторинга ГС производится в зависимости от целей и физикогеографического состояния оцениваемых объектов. Разработка содержания топоосновы сводится к составлению перечня топографических элементов, указаний по генерализации их количественных и качественных характеристик. Целесообразно составлять одну основу для всех карт динамики в одном проекте, но
в зависимости от поставленных задач, основы могут быть различными. В любом случае, при разработке содержания топоосновы необходимо обосновать
необходимость изображения и степень генерализации тех или иных элементов
ландшафта. Разработка специального содержания карт сводится к выбору классификационных показателей динамической информации в зависимости от целей оценки.
Программа Arc Map имеет широкий набор графических и математических
операций для геоинформационного картографирования, при этом различным
типам тематических карт соответствуют различные типы легенд. Отображение
151
данных способом единый символ дает представление о расположении объектов
природопользования, их группировании и распределении, и может прояснить
скрытые пространственные тенденции. Легенда уникальное значение отображает все объекты одной темы различным цветом, фиксируя их уникальные количественные либо качественные значения. Этот тип легенды предназначен для
отображения атрибутов, которые обозначают название, тип, состояние, размеры
или категорию объекта. Обычно каждое уникальное значение обозначается отдельным цветом. Карты, создаваемые при помощи легенды цветовая шкала,
имеют набор символов, чьи цвета изменяются согласно значениям одного атрибута. Этот тип легенды лучше всего использовать для изображения ранжированных данных или данных, представленных в виде цифровых прогрессий. Тип
легенды Градуированный символ отображает точечные объекты единым значком разных размеров, представляющих прогрессию значений. При использовании этого метода важно правильно выбрать шкалу размеров значков. Значки не
должны перекрывать друг друга и диапазон их размеров должен быть достаточным, чтобы каждый класс оцениваемой характеристики был отличим от других.
Тип легенды плотность точек отображает полигоны в виде точек, расположенных внутри полигонов, чтобы показать значение какого-либо атрибута.
Каждая точка имеет определенный вес количественного значения этого атрибута. В типе легенды Локализованная диаграмма используются круговые или
столбчатые диаграммы. Этот тип легенды удобен при изображении множества
данных на одной карте или когда нужно показать связи различных атрибутов
между собой.
По причине сложности такого явления как динамика ГС, итоговые карты
мониторинга целесообразно создавать, разрабатывая уникальные способы составления, принципы генерализации и оформления каждой карты. Карты оценки
динамики ГС целесообразно делить на: инвентаризационные, отображающие
индексы динамики объектов; аналитические, отображающие параметры динамики объектов; синтетические, отображающие взаимосвязи динамики различных
объектов, дифференциацию и пространственно-временную структуру динамики
152
территории; прогнозные, показывающие тенденции и сценарии дальнейшего
развития объектов.
Возможность оперировать в одном проекте одновременно множеством
картографических изображений позволяет первоначально создать и проанализировать промежуточные карты индексов динамики оцениваемого объекта природопользования по отдельным периодам. Затем, в результате совмещения разновременных слоёв, отследить развитие объекта за весь период исследования.
Полученные карты параметров динамики отдельных объектов природопользования являются результирующими документами КМГС и служат основой для
создания синтетических и прогнозных карт (рисунок 27).
Рисунок 27 – Итоговая карта КМГС
153
4.3 Картографическое моделирование
4.3.1. Пространственное моделирование
В современных условиях наличия значительных объемов КИ во всех областях знаний, а также внедрения автоматизированных систем мониторинга процессов динамики ГС возрастает значение камерального способа создания КИ, а
именно моделирования реальности на основе формализованных геоданных. В
общем смысле моделирование – это «опосредованное практическое или теоретическое исследование какого-либо объекта или явления, при котором изучается не сам объект или явление, а некий его заместитель: вспомогательная искусственная или естественная система» [98]. При этом модель находится в объективном соответствии с изучаемым объектом или явлением, замещая его на отдельных этапах познания и давая новые сведения о самом моделируемом объекте. Построение модели, отражающей множество свойств географической
оболочки, позволяет объединить, с одной стороны, стремление к разложению
сложного объекта на системообразующие элементы, а с другой – к объединению этих элементов как территориальных систем. «Это удачное сочетание двух
противоречивых тенденций делает модели незаменимым инструментом исследования таких сложноорганизованных объектов, как ландшафты. Вместе с тем
они привлекают внимание науки как эффективное средство свертывания разнообразной информации» [105].
Применение геоинформационной технологии в географических исследованиях позволяет ограничить многообразие геосвойств на основе упорядочивания
геоданных, знаний, моделей и теорий. Реализация такого интеграционного подхода при анализе и синтезе объектов и территорий географической оболочки
привела к разработке методологии полисистемного моделирования, заключающегося в проективном расслоении сложного объекта на множество системных
154
интерпретаций через отображение его свойств в разных предметных областях с
установлением структуры отношений между этими свойствами [150].
При информационной оценке действительности в качестве основного заместителя объективной реальности выступает картографическая модель. При создании картографических моделей используются эмпирические геоданные, получаемые при качественно-количественной оценке и геодезических измерениях
параметров ГС. Технологической основой этого процесса является «картографическое моделирование – создание, анализ и преобразование картографических произведений как моделей объектов и процессов с целью их использования для приобретения новых знаний об этих объектах и процессах, … где сами
карты рассматриваются как математически определенные, пространственные
образно-знаковые
модели
действительности»
[19];
либо
«математико-
картографическое моделирование» – системное сочетание математических и
картографических моделей для создания новых карт и расширения области их
применения в исследовательских целях [63].
На этапе использования КИ картографический мониторинг опирается на
интенсивную мысленную работу, теоретические методики и математический
аппарат специализированного программного обеспечения, позволяющий формализованный анализ и синтез развития пространственных объектов и процессов. Наиболее эффективным способом использования КИ является теоретикокартографическое моделирование [22] как результат совместного применения
идеальных и материальных образно-знаковых моделей. Целью моделирования
является установление пространственно-временных инвариантов, формулирование пространственных гипотез и имитация сценариев развития территориальных объектов и процессов. Закрепление получаемой при этом индуктивной информации осуществляется посредством аналитических, синтетических и прогнозных карт. Соответственно, в процессе моделирования КИ картографический метод решает задачу объяснения пространственно-временной структуры
земной поверхности и нацелен на познание фундаментальных связей и законов
географической оболочки.
155
Двойственная природа происхождения геоданных определяет существование двух типов картографического моделирования геообъектов: пространственного и субстанционального (рисунок 28). Надежность пространственного
моделирования определяется точностью топоосновы. Для различных программных пакетов характерен общий набор средств пространственного анализа, обеспечивающий решение широкого круга территориальных задач. Оценка современного программного обеспечения позволяет выделить три вида пространственного моделирования, определяющих характер изменений параметров модели. При геометрическом моделировании осуществляется изменение местоположения объектов и их геометрических параметров в системе геодезических
координат. В результате проекционного моделирования происходит преобразование метрических характеристик объектов посредством изменения параметров
картографической проекции (равноугольное, равновеликое, равнопромежуточное). Масштабное моделирование заключается в манипулировании объектов и
территорий на основе изменения масштаба геоинформационного поля и использовании диапазона видимых масштабов.
Рисунок 28 – Картографическое моделирование
Для каждого ГИС-пакета характерен свой набор средств пространственного анализа, но, как правило, все программы обеспечены основными аналитическими алгоритмами. Обобщение данных может проводиться по равенству зна156
чений определенного атрибута, в частности для зонирования территории. Еще
один способ группировки – объединение объектов одного тематического слоя в
соответствии с их размещением внутри полигональных объектов других тематических слоев. Геометрические функции нацелены на расчеты геометрических
характеристик объектов или их взаимного положения в пространстве. Оверлейные операции (топологическое наложение слоев) являются одними из самых
распространенных и эффективных. В результате наложения двух тематических
слоев образуется новый слой в виде графической композиции исходных слоев.
Учитывая, что анализируемые объекты могут относиться к разным типам (точка, линия, полигон), возможны разные формы анализа: точка на точку, точка на
полигон и т.д. Наиболее часто анализируется совмещение полигонов. Одним из
средств анализа близости объектов является построение буферных зон, границы
которых вычисляются на основе анализа соответствующих атрибутивных характеристик. При этом ширина буферной зоны может быть как постоянной, так
и переменной. Сетевой анализ позволяет пользователю проанализировать пространственные сети связных линейных объектов и служит для решения задач
определения ближайшего пути, кратчайшего расстояния, определения соседства объектов и др. Анализ пространственного распределения объектов позволяет оценку расположения объектов в пространстве, при этом мерой распределения служит плотность. Кроме плотности распределения можно оценить форму распределения: равномерное, регулярное, случайное, кластерное.
При пространственном анализе атрибутов объектов программное обеспечение позволяет выполнять пространственное соединение и пространственное
слияние различных объектных слоёв. При ближайшем соединении каждому
объекту в таблице назначения присваиваются атрибуты ближайшего к нему
объекта из таблицы источника. При внутреннем соединении каждому объекту в
таблице назначения присваиваются атрибуты объекта из таблицы источника,
который полностью содержит его. Пространственное слияние позволяет группировать объекты на основе одинаковых значений атрибутов.
157
Для анализа взаимосвязей между динамикой различных объектов математический аппарат геоинформационной среды позволяет выполнить нормализацию атрибутов. Данные одного объекта можно нормализовать по отношению к
сумме всех значений атрибутов. Можно также нормализовать атрибуты по значениям других атрибутов, принимая во внимание пространственные различия
географических объектов и их динамики.
В некоторых случаях для запрашиваемых объектов возникает задача агрегирования данных, которое предполагает объединение и суммирование определенных атрибутов, что облегчает интерпретацию, анализ и управление данными. Первый способ агрегирования данных – суммирование выбранных атрибутов точечных, линейных или полигональных объектов одной темы в соответствии с их размещением внутри полигональных объектов другой темы. Другой
способ агрегирования данных – объединение выбранных объектов по равенству
значений определенного атрибута.
Для анализа взаимосвязей между динамикой различных объектов математический аппарат программного обеспечения позволяет выполнить нормализацию атрибутов. Данные одного объекта можно нормализовать по отношению к
сумме всех значений атрибутов так, что полученные относительные значения
представляют собой процент от суммы. Отображение этих процентов позволяет
определить относительный размер величины динамики объекта или значимость
процесса. Этот способ целесообразно использовать при анализе числовых (абсолютных) данных. Можно также нормализовать атрибуты по значениям других атрибутов, принимая во внимание пространственные различия географических объектов и их динамики.
4.3.2 Семиотическое моделирование
В результате манипулирования способами картографического изображения и изменения штрихового и фонового оформления отображаемых объектов
осуществляется семиотическое моделирование графических параметров модели.
158
Итогом является построение информативно емких условных знаков, обеспечивающих адекватное отображение картографируемых объектов и процессов. В
процессе познания окружающей действительности субъект воспринимает, запоминает и хранит географические образы и представления как совокупности
различных материальных форм, простых фигур, линий, поверхностей, а также
чистых цветовых стимулов, которые он встречает лишь как принадлежность какого-либо объекта. Память помогает ускорить процесс узнавания и анализа уже
знакомых визуальных параметров. Новые же, незнакомые фигуры, формы, цветовые сочетания заставляют субъекта последовательно исследовать и анализировать признаки и особенности воспринимаемого объекта. Кроме того, любые
визуально воспринимаемые свойства географической оболочки человек отражает, прежде всего, относительно точек отсчета, определяемых схемой собственного тела, а при акте визуального восприятия (равно – при чтении карты),
имеет место семантическое взаимодействие между анатомической иерархией
органов тела человека и видимыми объектами анализируемого пространства.
Таким образом, в процессе эволюции у человека сформировался ряд психологических констант. Эти константы обусловлены привычными формами и структурами объективной реальности, постоянством их физико-химической дифференциации и хронологией развития, а также законом всемирного тяготения.
Являясь непосредственным выражением развития ГС, непрерывная КИ
определяется специфическими характеристиками: быстрое – медленное; стабильное – динамичное; опасное – безопасное; старое – новое и т.п. Вполне очевидно, что именно благодаря своему влиянию на жизнедеятельность КИ характеризуется психологическим взаимодействием со знаниями субъекта, поскольку
определяется различного рода ассоциациями, опытом, ощущением последствий
изменений. Следовательно, при разработке системы картографических моделей
возникает проблема воспроизведения субъективной и психологически обусловленной непрерывно меняющейся географической информации статичными
графическими моделями. Другими словами, возникает необходимость семанти-
159
ческого взаимодействия между тем, что субъект знает о геообъекте, процессе,
явлении, и тем, что он видит в картографической модели.
Наши эксперименты по психологии визуального восприятия [27] показали,
что при определенном конструировании графических монохромных и цветных
графознаков
можно
создавать
знаковые
ряды,
имеющие
формально-
семантическую иерархию картографических моделей, конструировать соответствие субъективным психологическим константам и, наоборот, вводить психологические неопределенности. Для этой цели при семиотическом моделировании динамики ГС были использованы свойства информативности цвета и формы. Было установлено, что при определенном конструировании графических
значковых и площадных моделей можно вызвать психологическую зависимость
читателя карты и использовать эту зависимость для оптимального соответствия
плана содержания динамических геоданных плану выражения их средствами
языка карты.
Степень психологического воздействия на субъект определенной значковой модели связана с объемом информации, который она в себе содержит. Эта
информация определяется сложностью структурного плана модели, она имеет
ассоциативное и генетическое происхождение и не зависит от какого-либо семантического содержания графознака. Чем сложнее графическая модель, тем
большую мысленную работу вынужден проделать субъект, тем сложнее ему
выполнить каждую операцию визуального анализа: восприятие, различение,
идентификацию, сравнение и запоминание. Информативность графической модели определяется сложностью графознака и зависит от различных психологических констант: форма, ориентировка, асимметрия, визуальное соответствие
закону всемирного тяготения (рисунок 29).
160
Рисунок 29 – Информативность графических моделей
Это основные параметры информативности, варьируя которыми, можно
создавать качественно и количественно различимые информативные ряды графических моделей, имеющих формально-семантическую иерархию. Наличие
различного объема информации в моделях подтверждают и те факты, что
наименее сложная модель быстрее и легче запоминается, а использование в качестве плана выражения наименее информативных фигур (круг, треугольник,
квадрат) усиливает выделение графознаков из информационного текста карты.
Круг лучше всего воспринимается как графознак именно по причине наименьшей информативности: он симметричен, не имеет углов, не зависит от закона
всемирного тяготения и от расположения фронтальной плоскости.
О психологическом взаимодействии между картографируемыми геоданными и восприятием их специфики читателем карты можно сказать следующее.
При изучении статичного объекта субъект анализирует лишь его одномоментное качественно-количественное состояние. При исследовании же динамики
объекта помимо определения качественно-количественных характеристик субъект вынужден выполнить ряд дополнительных аналитических операций анализа
развития этого объекта в едином пространстве-времени, что, несомненно, является более сложной задачей. Выполненные эксперименты позволяют сказать,
что наибольшая динамичность геообъекта, наибольшая его изменчивость в пространстве - времени, а также наибольшая продолжительность существования
одного качества или одного количества (наибольший возраст) объекта ассоциируются человеком с наибольшей информативностью.
161
Используя в качестве средств языка карты свойства информативности цветовых стимулов для отображения КИ, можно также добиться успешного соответствия плана выражения плану содержания. Цвет является важным изобразительным средством в языке карты. Для разработки принципов оптимального
цветового отображения КИ необходимо учитывать основные характеристики
цвета: цветовой тона, светлоту и насыщенности. Необходима также оценка физиологических и психологических факторов, влияющих на восприятие цвета и
количественных характеристик чувствительности глаза.
Анализ карт и атласов позволяет сказать, что цвет в языке карты имеет
условный и символичный смысл. Качественные характеристики объектов картографирования, как правило, реализуются в способах качественного фона, ареалов, знаков движения. Количественные характеристики наиболее часто отображаются картограммой и количественным фоном. С помощью цвета наглядно
передается динамика объектов и явлений. Для объектов, локализованных в точках или линиях, динамику, как правило, выражают насыщенностью цвета в сочетании с размером знака. Для площадных объектов строят цветовые шкалы,
где цветовым тоном отображают различие в качествах объектов, а насыщенностью – возраст.
На основании экспериментальных работ [27] можно определенно сказать,
что цвет всегда несет субъекту некоторый объем информации. Когда субъект
говорит: нравится или не нравится ему тот или иной цветовой стимул, он имеет
в виду: меньший или больший объем информации ему приходится анализировать. Эта информация имеет генетическое происхождение. По этой причине чистые цвета (красный, желтый, зеленый, синий), содержащие минимум информации, наиболее привлекательны для человека. Смесь же цветовых стимулов
обладает большей информативностью, так как увеличивает нагрузку на работу
зрительных анализаторов.
Информативность цвета имеет также и ассоциативное происхождение. По
причине отсутствия в природе абстрактного цвета субъект сталкивается лишь с
поверхностным или пространственным цветом как принадлежностью какого162
либо объекта. Известно, что основой чувственного образа являются тактильнокинестетические и осязательные ощущения и на их основе формируются зрительные, не имеющие самостоятельного значения. Поэтому понятно стремление
субъекта зрительную информацию снабдить тактильно-кинестетической (холодный голубой, тяжелый серый и т.п.).
На основании анализа экспериментального материала следует сделать вывод, что чем дальше друг от друга в спектре расположены смешиваемые цветовые стимулы, тем информативнее будет их смесь. Наиболее информативными
будут красно-синий и сине-красный, а наименее – желто-зеленый и зеленожелтый. Следовательно, цветовой тон здесь выступает как независимый графознак, имеющий помимо формально-семантического свойства способность
выражать порядковые различия денотатов как насыщенность и светлота. Следует также отметить, что с увеличением светлоты информативность цветового
стимула уменьшается, а влияние насыщенности на информативность цвета не
определяется.
Таким образом, под информативностью цвета и формы мы понимаем объем информации, возникающей при анализе субъектом визуальной модели, обусловленный психологическими особенностями восприятия, которые имеют генетическое и ассоциативное происхождение. Если визуальная модель соответствует параметрам психологических констант восприятия человека, то она обладает минимальной информативностью. Информативность цвета и формы –
величина относительная и определяется степенью отклонения от этих параметров. Нами было установлено, что оптимальное количество порогов информативности цвета – шесть, формы – от четырех до восьми, в зависимости от используемого параметра и размера модели.
При разработке условных знаков в семантическом аспекте свойство информативности цвета и формы позволяет добиться соответствия плана содержания геоданных плану их выражения средствами языка карты с помощью выявленных закономерностей: динамичное – максимально информативное и стабильное – минимально информативное. В формальном аспекте эти свойства
163
позволяют строить формально-логические знаковые ряды, имеющие легко читаемую иерархию.
4.4 Геоинформационная система картографического
мониторинга прир одопользования
4.4.1 Геоинформационная модель территории
Первым шагом картографического мониторинга природопользования
территории является создание, на основе единого геоинформационного поля,
модели исследуемой ГС. Для плановой оценки территории используется векторная топографическая основа, а для высотной – цифровая модель рельефа
(grid-покрытие). Именно эти топологические геоданные служат метрическим
базисом информационной оценки и определяют точность и надёжность исследований.
Для картографического мониторинга типов природопользования бассейна
оз. Байкал создана топографическая основа масштаба 1 : 1 000 000. При ее создании в качестве базовых, были использованы цифровые топографические основы масштаба 1 : 1 000 000: основа Роскартографии; основа DCW (The digital
chart of the world for use with ARC Info), созданная исследовательским центром
Environment System Research Institute (ESRI) на основе Карты мира. Для уточнения отдельных участков территории использовались топографические карты
масштабов 1 : 200 000 Роскартографии (рисунок 30).
164
Рисунок 30 – Топографическая основа бассейн оз. Байкал (1:1 000 000)
Для мониторинга объектов природопользования создана топографическая основа масштаба 1 : 100 000 (рисунок 31). Кодирование тематических слоёв и объектов выполнено на основе классификатора Роскартографии для цифровых топографических карт.
Рисунок 31 – Топографическая основа бассейн оз. Байкал (1:100 000)
Высотной основой для локализации векторных слоёв и объектов является цифровая модель рельефа (ЦМР). Построение ЦМР требует определённой
165
формы представления исходных данных (набора координат точек X,Y,Z) и способа их структурного описания, позволяющего восстанавливать поверхность
путем интерполяции или аппроксимации исходных данных. Одними из наиболее распространенных способов цифрового отображения рельефа являются
растровое представление пространственных данных GRID, а также векторное
представление TIN, основанное на аппроксимации рельефа многогранной поверхностью с высотными отметками (отметками глубин) в узлах треугольной
сети. Процесс цифрового моделирования рельефа включает создание цифровых
моделей, их обработку и использование. Исходными данными для формирования ЦМР исследуемой территории являлись векторные изолинии рельефа и отметки высот и глубин покрытия масштаба 1 : 1 000 000, размер стороны пространственной ячейки – 500 м (рисунок 32).
Рисунок 32 – ЦМР бассейна озера Байкал
166
Обработка ЦМР служит для получения производных морфометрических
или иных геоданных, включая вычисление углов наклона и экспозиции склонов; анализ видимости-невидимости; построение трехмерных изображений;
профилей поперечного сечения; оценку формы склонов; вычисление объемов;
проектирование маршрутов и т.п. К категории измерительных задач относятся
задачи расчета длины объекта и произвольной линии с указанием дирекционного угла и азимута; длины и площади объекта с учетом рельефа; определения
расстояния между объектами; статистика площадей однотипных объектов; поиск объектов по параметрам и т.п.
Для моделирования объектов природопользования созданы ЦМР крупных
масштабов на ключевые участки (рисунок 33) и осуществлена привязка данных
дистанционного зондирования (рисунок 34).
Рисунок 33 – Пример ЦМР м-ба 1:100 000, созданной по изолиниям рельефа
167
Рисунок 34 – Пример ЦМР на основе ДДЗ м-ба 1:100 000
4.4.2 Разработка ГИС картографического мониторинга
природопользования бассейна оз. Байкал
Специфика современного картографического мониторинга заключается в
использовании автоматизированных процедур измерения параметров объектов
природопользования и программного картографирования результатов слежения
в информационной среде на основе геоинформационного поля. Необходимость
создания универсальной ГИС для мониторинга хозяйственного преобразованиия ГС и пространственных структур природопользования вызвана сложностью и многооперационностью процесса исследования, заключающегося в
накоплении
и
формализации
значительных
массивов
пространственно-
временных геоданных, их оценке, анализе и создании новой КИ. При накоплении значительного объема геоданных в смежных областях знаний и необходимости решения новых задач возникает проблема совместного использования
этих геоданных и, следовательно, возникает интеграция знаний. Интеграция
168
означает, что помимо бесконечно больших массивов геоданных имеется определённая концептуальная схема, оптимально объединяющая разнообразие данных, технологий их обработки и аналитических алгоритмов.
Современные ГИС представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки
данных многих ранее существовавших автоматизированных систем, с другой –
обладают пространственно-метрической спецификой организации и обработки
данных. Эта особенность определяет ГИС как многоцелевые и междисциплинарные системы. Таким образом, ГИС – это автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служат географические данные. Технологию
процессов обработки геоданных составляет моделирование развития пространственно-определенных объектов в едином геоинформационном поле. Главная
задача такой системы – непрерывная информационная оценка пространственного и содержательного развития процесса природопользования на конкретной
территории во взаимосвязи с экологической оценкой последствий этого развития. Конечная цель системы – разработка универсальных моделей и типовых
геоинформационных запросов развития объектов природопользования, целевое
назначение и принципы создания которых формируются под влиянием требований пользователей. Необходимость создания ГИС также обусловлена включением в процесс исследования ряда технических и программных средств, а
также средств оперативного издания карт.
Для организации непрерывного мониторинга природопользования бассейна озера Байкал создана Геоинформационная система картографического мониторинга природопользования (ГИСКМП), состоящая из пяти открытых подсистем (рисунок 35).
169
Рисунок 35 – Функциональная структура ГИСКМП
Техническую базу измерительной подсистемы составляют геохимические
и геофизические приборы, предназначенные как для полевой регистрации геосвойств, так и для камеральной обработки геоданных. Наличие дифференциальной станции глобального позиционирования обеспечивает надёжное измерение параметров объектов природопользования и высокую точность математической основы мониторинга. Основу информационной подсистемы составляют разновременные цифровые покрытия, аэрокосмическая, статистическая,
литературная информация и фотографические материалы. Информационная
подсистема решает задачи накопления, структурирования, хранения и обновления первичной пространственно-временной информации на электронных носителях.
Технологическая подсистема состоит из методики автоматизированного
использования разновременных геоданных различных типов и форматов и технических и программных средств, необходимых для компьютерной оценки территории (рисунок 36).
170
Рисунок 36 – Технологическая подсистема ГИСКМП
Она обеспечивает надежное функционирование всех операций геоинформационного исследования процесса природопользования региона и представлена необходимыми техническими и программными средствами, обслуживается
квалифицированным персоналом, обеспечивающим ввод, обработку, анализ и
хранение пространственной и атрибутивной информации, и соединена локальной сетью. Рабочая станция одновременно является сервером информации.
Наличие в подсистеме приемника системы глобального позиционирования
(GPS) обеспечивает возможность съемки координат объектов непосредственно
в поле с последующим конвертированием в Arc GIS. Подсистема обеспечивает
возможность как интерактивной работы пользователя в режиме запроса, так и
малотиражную печать информации в любом виде.
Семиотическая подсистема состоит из методики геоинформационного
оформления карт и таблиц информативности цветов и графознаков. Главная задача этой подсистемы заключается в адекватном отображении развития объектов природопользования с помощью геоинформационных моделей на основе
законов синтактики, семантики и прагматики.
Аналитическую подсистему представляют методика геоинформационного
картографирования, система геоинформационных запросов, а также система
геоинформационных моделей процесса природопользования. Она решает задачи обработки геоданных, анализа и получения новой КИ. Материальная реали171
зация результатов информационной оценки природопользования осуществляется посредством картографических моделей.
Важным механизмом моделирования является интерактивная работа с
ГИС посредством запросов – совокупности последовательных операций программной среды, формируемых пользователем и отвечающих заданным субстанциональным и топологическим критериям (рисунок 37).
Рисунок 37 – Система запросов объектов природопользования
Топологической основой для запросов является цифровое рабочее покрытие, созданное в результате совмещения цифровой модели рельефа и векторных
тематических слоев. Например, на запрос «Создать модель динамики распаханности природных ландшафтов в XX в.» первым шагом реализации запроса является выбор объектов моделирования (пашня и ландшафты). Затем устанавливаются топологические отношения между этими слоями и выполняется
автоматизированная метрическая оценка образовавшихся полигонов. В результате этих операций создается новый слой, регистрирующий в координатах картографической проекции, пространственное и количественное состояние моделируемого явления (в данном случае распаханность ландшафтов) (рисунок 38).
172
Рисунок 38 – Схема интерактивной работы с ГИСКМП
Созданная ГИСКМП обеспечивает автоматизированную реализацию всех
аспектов метрической и субстанциональной оценки географической оболочки
и, в настоящее время, является основным технологическим комплексом анализа
регионального природопользования. ГИСКМП соответствует всем требованиям
для аналогичных продуктов, открыта для дополнения любой КИ, методически
проста и управляема. Управление системой предполагает возможность создания
различных по типу и предмету карт и геоинформационных запросов развития
объектов природопользования и выполнять комплексный КМГС (рисунок 39).
173
Рисунок 39 – Механизм реализации ГИС
Таким образом, технологическая реализация системы позволяет надежно
оценивать качественные и количественные изменения объектов природопользования, выявлять и исследовать структуру пространственно-временных инвариантов их динамики, прогнозировать тенденции и направления изменений,
фиксировать позитивные и негативные стороны преобразования природы и
формулировать рекомендации по оптимизации природопользования.
4.5 Контроль качества картографического
мониторинга геосистем
Необходимым условием надежного КМГС является наличие эффективной
системы редакционно-технического контроля качества (СКК) итоговой продукции. Целью такого контроля является её соответствие своему назначению, масштабу и точности, а также требованиям нормативных документов. Современные системы менеджмента качества базируются на международных стандартах,
обобщающих передовой мировой опыт в области управления производством:
174
ISO 9000:2005, ISO 9001:2008 и ISO 9004:2008. В России введены в действие
три аналогичных российских (национальных) стандарта: ГОСТ Р ИСО 90002008, ГОСТ Р ИСО 9001-2008 и ГОСТ Р ИСО 9004-2008. Ключевое понятие,
используемое в стандартах – «система менеджмента (управления) качества».
Особенностью стандартов является то, что они предъявляют требования не к
качеству продукции напрямую, а к системе организации управления производством, которое призвано обеспечивать предсказуемый и стабильный уровень
качества продукции. С точки зрения стандартов серии ISO 9000, качественной
считается та продукция, которая удовлетворяет как специфицированным (прописанным), так и предполагаемым (не прописанным) ожиданиям пользователя.
Важным условием СКК картографического мониторинга является наличие
валидационного полигона – ареала природопользования, выбранного для проведения мониторинга основных пространственных и субстанциональных параметров ГС с использованием данных дистанционного зондирования Земли и
наземных обследований и характеризующего территорию слежения типичными
физико-географическими характеристиками. В качестве такого полигона выбрана территория бассейнов рек Куйтунка и Тугнуй, совпадающая по границам
с Тарбагатайским и Мухоршибирским соответственно, административными
районами республики Бурятия. Исследуемый участок находится в центре бассейна оз. Байкал в зоне лесостепи, причём бассейн р. Куйтунка представляет
лесную территорию, а бассейн р. Тугнуй – в большей степени степь. Кроме того, бассейн р. Куйтунка относится к недавно освоенным русскими земледельцами территориям, а бассейн р. Тугнуй является ареалом исторического освоения кочевых этносов (рисунок 40).
175
Рисунок 40 – Расположение валидационного полигона КМГС
При разработке СКК КМГС используются принципы системного и процессного подходов. Принцип системности реализуется в управлении мониторингом как системой взаимосвязанных процессов, направленных на достижение
общей цели мониторинга. Процессный подход позволяет выделить процессы, в
наибольшей степени, влияющие на решение конкретных задач мониторинга.
При этом идентифицируются и сравниваются результаты оценки точности картографируемых показателей на входе и выходе отдельных технологических
процессов. Выполнение всех процессов для всех элементов организационной
структуры документируется. При этом эффективность функционирования СКК
на каждом этапе преобразования КИ подтверждается соответствующими документами о качестве. Таким образом, современная СКК КМГС объединяет в себе
организационную структуру, документацию и методику контроля качества продукции мониторинга (рисунок 41). Качество выполняемых работ и соответствие
создаваемой продукции заданным требованиям достигается за счет постоянного
повышения квалификации персонала и улучшения программно-технического
обеспечения организации, а так же работы группы контроля качества и приёмки работ на всех стадиях выпуска продукции.
176
Рисунок 41 – Система контроля качества продукции картографического
мониторинга (на примере БИП СО РАН).
Юридическим основанием разработки СКК являются законодательные,
нормативные и редакционно-технические документы: Федеральный закон «О
геодезии и картографии»; Федеральный закон «О лицензировании отдельных
видов деятельности»; «Положение о лицензировании геодезической и картографической деятельности»; нормативные документы Роскартографии (инструкции, РТМ, руководства и др.). Организация контроля и приёмки работ
осуществляется на основе разработанного Положения контроля качества и приёмки картографических работ организации на всех этапах создания картографической продукции. Редакционно-технический контроль выпускаемой продукции выполняет группа контроля (ГК) качества и приёмки картографических
работ, которая осуществляет входной контроль картографических материалов,
выборочный контроль на промежуточных этапах технологии, выходной контроль и полную приемку готовой продукции.
При контроле качества исходных картографических материалов проверяются: наличие выходных данных; современность материала; точность математической основы (размеры сторон и диагоналей для топографических карт не
должны превышать 0,2 мм и 0,3 мм от теоретических, для обзорногеографических карт и планов городов -- 0,3 и 0,4 мм от теоретических); полно177
та содержания. Для исходных материалов, имеющих отклонения от указанных
требований, принимаются отдельные редакционные решения, которые записываются в формуляры карт.
Контроль качества сканирования входных материалов включает контроль
точности и полноты результатов сканирования, а также оценку качества растрового изображения. Точность сканирования контролируется измерением рамки и
диагоналей растрового изображения исходного картматериала. Отклонения не
должны превышать 0,2 мм от фактических размеров. Полнота и качество сканирования проверяются методом визуального сравнения растрового изображения на экране монитора с исходным картматериалом. На растровом изображении должны быть все элементы исходного картматериала, а само изображение
не должно иметь разрывов, слипаний и посторонних пятен.
Контроль качества векторизации включает оценку: точности цифрования;
полноты оцифрованной информации; достоверности оцифрованной информации. Для этого контроля представляются следующие материалы: исходный картографический материал; формуляр карты; контрольные графические копии на
номенклатурные листы; протоколы статистики цифровой информации; протоколы результатов программного контроля метрической и семантической информации.
Точность цифрования пунктов и точек геодезической основы, километровой и картографических сеток проверяется путем сравнения с теоретическими
данными (программно) и со списками (каталогами) координат, остальная информация проверяется наложением оцифрованной информации на растровое
изображение или на контрольные графические копии. Полнота оцифрованной
информации проверяется по контрольно-графической копии или по растровой
подложке.
Для программного контроля используются:
1) программные средства контроля метрической (графической) информации,
которые обеспечивают: контроль достаточности точек для представления линейных, площадных и условно линейных объектов с установленной точностью;
178
контроль самопересечений; контроль висячих узлов; замыкание и доведение до
рамки; контроль направления векторизации; контроль вложенности подобъектов;
2) программные средства контроля семантической информации, которые позволяют контролировать: допустимые коды характеристик (присутствие атрибутов,
нехарактерных для данного вида объектов); соответствие кодов (атрибутов) характеру местности; обязательные характеристики; допустимые значения характеристик;
3) программные средства контроля: структуры формата; логики пространственно-логических связей объектов; присвоения абсолютных высот;
4) визуальный контроль соответствия семантической информации оцифрованным объектам карты, осуществляемый путем последовательной идентификацией объектов и сличения семантической информации объектов с данными растровой карты.
Визуальный контроль метрики объектов, находящихся в пространственнологических связях, осуществляется в соответствии с предъявляемыми к ним
требованиями, установленными в правилах цифрового описания электронных
карт. Контроль проводится путем последовательного просмотра участков
(фрагментов) карты с увеличением (вплоть до максимального) участков пространственного взаимодействия метрики объектов.
Контроль качества создаваемых карт и геоинформационных продуктов
осуществляется на всех этапах их создания и включает: редакционноподготовительные работы; редактирование в процессе составления; редактирование в процессе подготовки к изданию; проверку и приёмку законченных видов работ и готовой продукции. Учёный Совет осуществляет приёмку научных
результатов картографической продукции и создаваемых геоинформационных
систем.
Система контроля качества картографической продукции строится на следующих принципах:
179
- на отдельных этапах технологии, создающих конечные и промежуточные виды продукции, обязательно выполняется входной и выходной контроль;
- самостоятельный контроль исполнителя - ежесменная самокорректура в конце
рабочего дня;
- контроль во вторую руку, т.е. редактирование более квалифицированным исполнителем;
- цифрование с одновременным контролем;
- постоянное редакционное сопровождение специалиста ГК;
- контроль и приемка ГК;
- максимальная степень выполнения контроля программным способом;
- ведение формуляра создания карты или геоинформационной системы (этапы
создания, исполнители и ответственные на каждом этапе создания и контроля).
Проверка качества и приёмка законченных видов работ осуществляется в
соответствии с требованиями Положения и нормативно технических документов группой контроля качества и приёмки картографических работ и утверждается руководителем группы контроля. Порядок сдачи оригиналов устанавливает
заведующий лабораторией при выдаче работы исполнителю; при этом должен
быть обеспечен надёжный контроль качества оригиналов, предъявляемых в
группу контроля и приёмки качества картографической продукции. При создании геоинформационных систем и тематических карт каждый законченный
процесс (вид работы) должен быть проверен, а готовая продукция должна быть
принята и оценена по качеству исполнения.
Обязательному утверждению подлежат: редакционно-технические указания на районы работ; образцовые листы карт на районы работ; составительские
и издательские оригиналы, изготовленные как эталоны для оценки качества работ по созданию карт.
Исполнитель в процессе составления листа карты по выполнении определённого вида работ и после окончания составления каждого элемента содержания карты (участка листа) обязан проверить законченность и качество работы и
только после этого переходить к дальнейшей работе. По окончании составления
180
исполнитель должен тщательно проверить (откорректировать) составительский
или издательский оригиналы, а также макеты фоновых закрасок, чтобы убедиться в полном окончании работы, соответствии оригиналов по содержанию и
оформлению редакционно-техническим указаниям и условным знакам. После
исправления всех выявленных при проверке недостатков и ошибок исполнитель
передаёт законченный и подписанный им составительский оригинал (издательские оригиналы) со всеми необходимыми приложениями и материалами заведующему лабораторией. Электронные оригиналы карт сдаются на приёмку в
группу контроля и приёмки качества картографической продукции с корректурой заведующего лабораторией.
Откорректированные заведующим лабораторией оригиналы карт предъявляются руководителю группы контроля на приёмку. При приёмке законченного
составительского оригинала обязательно проверяются: комплектность материалов; полнота и правильность использования картографических и других материалов; точность математической и геодезической основы; полнота и правильность заполнения формуляра листа карты; точность совмещения элементов раздельно составленных оригиналов; сводка со смежными оригиналами карт.
Полнота и правильность содержания оригиналов, а также качество корректуры (самокорректуры) контролируются путём полной или выборочной проверки содержания.
На оригиналах листов карт, обязательной проверке с подписью и заведующего лабораторией подлежат: построение математической и геодезической основы; монтаж основных картографических материалов или их копий; соответствие фактических размеров рамок составительских и издательских оригиналов
теоретическим; сводки со смежными листами (оригиналами); заполнение формуляра листа карты.
По остальным элементам содержания заведующий лабораторией, дающий
разрешение на сдачу оригинала карты в ГК, осуществляет проверку в объёме,
необходимом для установления его законченности и комплектности, проверяет
исправление оригинала по замечаниям, данным при его приёмке, оценивает ка181
чество оригинала и записывает эту оценку в формуляре листа карты. Оригиналы со всеми приложениями к ним (в установленной комплектности), подписанные заведующим лабораторией, предъявляются на приёмку в ГК. При обнаружении ошибок руководитель группы контроля возвращает оригинал карты для
доработки. Записи об обнаруженных ошибках фиксируются в формуляре карты. При обнаружении грубых ошибок продукция возвращается заведующему
лабораторией на доработку (редактирование) с составлением акта. Перечень
ошибок и их количество на номенклатурном листе карты представлен в приложении 5.
5 ОБЩЕСТВЕННО-ИСТОРИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ГЕОСИСТЕМ
5.1 Нормативная социальная система картографического мон иторинга геосистем
Общественно-историческое развитие социума сопровождалось совершенствованием операций оценки территории, нормированием технологий измерения земной поверхности и разработкой необходимых метрологических средств.
Разделение труда способствовало формированию стандартных индивидуальных
и коллективных действий по регистрации и отслеживанию используемых объектов и территорий. Создаваемые при этом знания передавались от поколения к
поколению в устной форме, а также в виде образцов деятельности (чертежи,
карты и т.п.) и функционирующих структур жизнеобеспечения. Таким образом,
в социуме формировалась особая нормативная система, как «способ существования социальной памяти общества, заменивший в социальных системах генетический код живых организмов» [111], определяющая порядок действий и ретрансляцию опыта по отслеживанию хозяйственного преобразования земной
поверхности с помощью географических карт.
182
Нормативная система обеспечивает организацию целенаправленного поведения участников, установленного набора действий, которые сохраняются, воспроизводятся и передаются от участника к участнику за счет обучения и копирования. Включение субъекта в систему общественных отношений, приобщение его к трудовой и познавательной деятельности через эти отношения определяют овладение социальным опытом, знаниями (предметами, средствами и
продуктами труда и т.п.) и приводят к тому, что познание человека совершается
через призму сложившихся в обществе приёмов и способов интеллектуальной
деятельности [82]. Эти отношения служат базой закрепления функции системы
и создают социальную волну, которая распространяется в социуме и включает в
себя новых участников. Индивидуальная память участников важна в системе
постольку, поскольку она обеспечивает способность к обучению и действиям
по образцам в тех общественно-исторических условиях, которые складываются
внутри общества.
Для нормативной системы по картографическому мониторингу характерна
специфическая внутренняя организация, и как любой кибернетический механизм, она нацелена на обеспечение своего непрерывного развития. Каждый
участник, подключаясь к системе, осуществляет определенные действия (межевание, картографирование, космосъемку и др.), чем обеспечивает постоянно
повторяющийся процесс создания и использования КИ. Кроме того, благодаря
отражению меняющейся географической реальности каждый участник создает
новую КИ. В любой момент в системе могут быть выделены участники, с которыми связана функция памяти (кто помнит технологию или образцы деятельности), но в следующий момент это будут другие участники. При этом сами
участники являются носителями знаний, а образцы (модели-заместители) являются предметами ретрансляции этих знаний.
Возникновение системы упорядоченных действий по отслеживанию земной поверхности способствовало формированию отдельных профессиональных
коллективов для реализации промежуточных действий: геодезических, картографических, фотограмметрических и т.д. Научно-технический прогресс спо183
собствовал автоматизации большинства процедур нормативной системы и высвобождению трудовых ресурсов и как следствие – к активизации аналитической составляющей картографического мониторинга и усилению его значения в
территориальной деятельности социума. Общественный характер производства
обусловил необходимость ретрансляции получаемых навыков новым членам
коллектива в виде современных обучающих технологий.
Эволюция нормативной социальной системы сопровождалась появлением
технологических уровней мониторинга и обусловил переход индивидуальных
действий в научно-практическую деятельность по КМГС. Мотивом этой деятельности является необходимость познания экологически важных ГС и точной
регистрации их пространственных параметров на занимаемой территории для
удовлетворения своих потребностей (рисунок 42).
Рисунок 42 – Общая схема деятельности по КМГС
Цель этой деятельности – оптимизация территориальной структуры природопользования достигается непрерывным созданием точной и объективной КИ, обеспечивающей эффективность управленческих решений. Цель определяет две самостоятельные задачи, решаемые разными способами: оценка параметров ГС и воспроизведение результатов этой оценки в виде адекватных
184
моделей-заместителей, приемлемых для практического использования. Средствами деятельности являются сознательно используемые ГС, природные и антропогенные территориальные образования, а также их модели-заместители.
Предметами деятельности служат материальные приборы и инструменты, методики и технологии оценки и анализа физико-географических характеристик
географической оболочки, а также виртуальные программные разработки.
Субъектами деятельности являются индивидуумы и коллективы, объектами являются природные ландшафты как территориальные ресурсы размещения
структур жизнеобеспечения. Ограничителем логико-теоретических построений
и материальных преобразований этой деятельности является сферическое
устройство географической оболочки. Инновации деятельности реализуются и
доходят до всех потребителей в ходе научно-технического прогресса.
Общественно полезным продуктом этой деятельности является КИ, которая реализуется в новых знаниях, государственных и административных решениях, природохозяйственных и экономических мероприятиях и т. п. В идеальном виде – это фиксированные в мышлении модели отдельных субъектов, а
также региональных, национальных и корпоративных коллективов. В материальном виде – это различные модели-заместители и копии географической реальности.
5.2 Эволюция картографического мониторинга геосистем
Место и значение общественно-исторического механизма КМГС могут
быть раскрыты полно и адекватно только в общем контексте научнотехнического прогресса на основе анализа исторических, географических и технологических закономерностей развития общества. Такая оценка обеспечит выявление генетических аспектов происхождения и современного состояния
КМГС как технологического базиса отслеживания динамики ГС и развития
пространственных структур жизнедеятельности.
185
Процесс отслеживания используемых ГС как форма сознательного отношения к окружающему миру, начался с появлением вида Homo sapiens и поэтому его хронологию целесообразно рассматривать с начала антропогенового периода. В своем историческом развитии человечество прошло несколько обособленных и в то же время преемственных периодов этого процесса, характеризующихся общим уровнем географических знаний, состоянием операций, процедур и методов, а также материальными результатами оценки. Развитие процесса
связано с освоением земной поверхности и преобразованием ландшафтной оболочки Земли. В частности, Ф.Н. Мильков [91] при анализе антропогенового
этапа развития ландшафтной сферы, выделяет:
- древнейший период (40 тыс. лет – 10 тыс. лет назад);
- древний период (10 тыс. лет – 3 тыс. лет назад);
- новый период (начало 1 тыс. лет до н. э. – середина XX в.);
- новейший период (середина XX в. – современность).
Периоды развития процесса «создание-использование геоинформации» характеризуются технологической преемственностью промежуточных действий и
реализуют стратегическое направление развития деятельности – повышение
точности геоинформации и обеспечение возможности хранения и передачи
наибольшего объема сведений о географической реальности. В целом можно
выделить пять периодов этого процесса (рисунок 43).
186
Рисунок 43 – Развитие КМГС
5.2.1 Топонимический период
Топонимический период является наиболее продолжительным периодом
развития, начало его формирования мы связываем с появлением протоязыков на
территории обособленных регионов Земли около 40 – 30 тыс. лет до н.э. [65].
Возникновение звуковой речи была мотивировано необходимостью организации эффективного коллективного природопользования, что способствовало
упорядочиванию сигнальной информации, циркулирующей как внутри первобытного сообщества, так и между соседями. Соответственно, именно в этот период произошла первая смена технологий коммуникации географических сведений – замена наглядно-образной жестикуляции на более экономичные артикулированные средства общения, каковые содержал звуковой язык.
Новая технология способствовала совмещению указательной и смысловой
характеристики объектов коллективного природопользования и их наименованию. В итоге такого наименования на земной поверхности была организована
система визуально определяемых объектов-ориентиров, локализованных на занимаемой территории с помощью нематериальных и социально передаваемых
знаков – топонимов. Таким образом, впервые была создана искусственная система отсчета, приемлемая для всех членов коллектива и позволяющая создавать опосредованные идеальные модели занимаемого участка земного пространства. Телами отсчета топонимической системы являлись географические
объекты (согласно иерархии), а маршруты между ними служили системообразующим каркасом.
187
Формирование систем топонимии происходило в процессе этнической организации человеческих коллективов и характеризовалось их территориальной
обособленностью и спецификой природопользования. Первичная система топонимов любого территориального ареала деятельности человека представляла
набор ограниченного числа предикатов, характеризующих ландшафты, крупные
элементы рельефа, гидрографии, почвенно-растительного покрова. Описание
объекта давалось по наиболее выдающемуся наблюдаемому признаку либо по
значению в жизнеобеспечении. Экономическая принадлежность территории закреплялась с помощью родовых топонимов.
При мобильном природопользовании, в культурах кочевых народов, важное место занимали сакральные центры. Они использовались не только как места исполнения культовых обрядов, но и как наблюдаемые ориентиры при сезонных кочевках. Эти центры представляют собой, как правило, выдающиеся
природные объекты, именованные божественными титулами либо названиями
частей человеческого тела. Таким образом, любая система топонимии представляла собой закрепленную совокупность первичных знаний о занимаемой
территории и являлась результатом долговременного обследования земной поверхности.
В целом этот период определяется значительным расширением географической среды и формированием родовых общин как пользователей ограниченной территории. Этому периоду также принадлежат первые материальные продукты геоинформационной оценки территории – наскальные рисунки. Семантика рисунка в этом случае коммуникации содержит определенное сообщение
об общественно значимом событии (охота, стихийное бедствие и т.п.), а пространственная привязка осуществлена локализацией некоего объема информации на земной поверхности.
Главным результатом этого периода является возникновение геоданных,
как новой материально-идеальной субстанции географической оболочки.
Именно локализованный на земной поверхности, топоним как результат
наблюдения, измерения и описания географического объекта представляет со188
бой информационную единицу, поскольку, с одной стороны, является частью
объективного пространства, а с другой – продуктом человеческого сознания.
5.2.2 Геометрический период
Геометрический период начинается в эпоху неолита, когда человеческие
сообщества обособляются по культурно-хозяйственным особенностям на отдельные группы земледельцев, скотоводов, развитых охотников и рыболовов. В
этот период человек впервые закрепился на определённом участке земной поверхности с целью его интенсивного использования. Переход к оседлости и
возникновение земельных общин требовали экологических знаний о занимаемой территории при выборе места проживания, для организации природопользования, а также для общей оценки территории как возобновляемого ресурса.
Организация оседлого природопользования определила необходимость точного
пространственного закрепления границ занимаемой территории, разработки
технологий строительных и ирригационных работ, знания объективных размеров жизненно важных объектов и закономерностей их хронологического развития. Именно в этот период человек впервые поставил под свой контроль некоторые природные процессы и начал создавать стабильные геоструктуры жизнедеятельности.
Начавшееся одомашнивание животных привело к возникновению скотоводства, что способствовало закреплению родовых общин на земной поверхности, а также необходимости получения новых географических знаний о пространственном поведении животных, оценки территориальных параметров
пастбищ, объема биомассы, сезонных ритмах состояния растительного покрова.
В некоторых регионах Земли оседлости социума способствовало возникновение
развитого рыболовства, что обусловило необходимость изучения и оценки прибрежных ландшафтов.
Наиболее прогрессивной формой природопользования этого периода было
поливное земледелие. Его организация требовала значительных людских и тер189
риториальных ресурсов, обширных геометрических знаний о занимаемой территории и пространственно-временных характеристиках ее развития. Эти условия предопределили организацию первых государств как регуляторов общественной деятельности при создании ирригационных систем, их геометрической инвентаризации, разработке специальных устройств для измерения почвенных слоев, подготовке специалистов и т.п.
Первые измерения земной поверхности имели прикладное значение и
представляли собой элементарные геометрические операции. Средствами измерений служили специально обученные шагатели и измерительные приспособления, практические геометрические знания развивалась из измерений объемов
и поверхностей при земляных и строительных работах. В Древнем Египте в качестве главных геометрических понятий и в то же время объектов измерений
использовались «поле», «границы поля», «длина поля».
В начале периода появились первичные геометрические сведения, ставшие
основой современной геометрии. Зачатками науки следует считать установление первых общих закономерностей соотношения объектов природопользования как обладающих постоянством форм и размеров геометрических величин. В
процессе практического получения и использования геоданных для создания
графических документов отвлечение от протяжения географических объектов
привело к понятиям поверхности, линии и точки. Появились рассуждения о
возможности масштабирования объектов географической реальности, возникло
общее понятие о геометрической фигуре, под которой понимается не только тело, поверхность, линия или точка, но и любая их совокупность. При возведении
построек и земляных работах вырабатывались правила организации геоструктур
природопользования по прямым линиям и под прямыми углами.
Геометрический период заканчивается формированием прикладной геометрии как свода правил и примеров решения практических задач. Главным результатом деятельности по геоинформационной оценке природопользования
этого периода является разработка операций измерения земной поверхности и
методики глазомерной съемки территории. Разработка системы геометрических
190
фигур, как общих моделей географических объектов, позволила сформулировать правила их опосредованного преобразования и основы анализа пространственных отношений объектов природопользования. В этот период начинается
формирование этносов и организация системы современных геополитических
границ, их закрепление на местности и фиксирование в виде письменных документов.
5.2.3 Географический период
Начало географического периода мы связываем с появлением в социуме
осознания шарообразности планеты и возникновением планетарного мышления. Древние греки сформулировали теорию о форме Земли и небесного свода,
вращении небесных тел вокруг одного общего центра (Земли) и разработали
необходимый для этого математический аппарат – тригонометрические функции и сферическую астрономию. Астрономы и математики Древней Греции в
этот период установили понятие о географической широте и долготе места,
ввели сетку меридианов и параллелей на картах, предложили первые методы
определения взаимного положения точек земной поверхности из астрономических наблюдений. В частности, Птолемей разработал геоцентрическую систему
мира, согласно которой Земля неподвижно покоится в центре мира, а все небесные светила движутся вокруг нее.
Первые
географические
идеи
развивались
в
рамках
структурно-
организационной картины мира. Познавательные усилия ученых были направлены на описание ближайшего пространства, с целью представить окружающую территорию как упорядоченную целостность [132]. Даже наиболее развитым народам были известны лишь небольшие участки земной поверхности.
Теоретические представления имели отрывочный характер и находились под
влиянием религиозного мировоззрения. Фундаментальными научными задачами этого периода были: определение местоположения географических объектов
на земной поверхности, описание их физико-географических характеристик и
191
картографирование пространственных параметров. Соответственно, основными
документами оценки территории того времени являются письменные описания
участков земной поверхности и чертежи разного масштаба.
Великие географические открытия произвели переворот в пространственном кругозоре человечества, дали возможность составить представление о соотношении материков и океанов и о земной поверхности в целом. С этого времени в социуме происходит перелом исключительно религиозного мировосприятии и начинается научное исследование действительности. В основе геоинформационной оценки географической оболочки этого периода была концепция
описательного регионального страноведения, где пространство является универсальной формой упорядочения.
В конце этого периода в обществе начинается формирование современной
системы знаний об окружающем мире, впервые создаются крупные массивы
геоинформации в виде архивов и библиотек. В течение всего периода географическая карта является главным метрическим документом в процессе познания
действительности и инвентаризации ее отдельных территорий. В 1490 г. немецким географом М. Бехаймом был создан первый глобус. В конце периода разрабатываются основы сравнительно-описательного и картографического методов
исследования территории.
В целом географический период представляет процесс расширения знаний
о географической оболочке и формирования целостной картины земной поверхности.
5.2.4 Геодезический период
Начало геодезического периода обусловлено утверждением гелиоцентрической системы мира и пониманием Земли как вращающегося космического тела. Основоположником этой теории стал Н. Коперник, который использовал догадки Аристарха Самосского (310–250 гг. до н.э.) о том, что звезды и Солнце
неподвижны, а также развил взгляды Н. Кузанского о бесконечности и вечности
192
мира. В своей книге «Об обращении небесных сфер» (1543) Коперник впервые
связал известные эмпирические зависимости движения наблюдаемых планет и
Солнца в одно органическое целое и представил Землю как одну из планет этой
системы [130]. Развитие гелиоцентрической теории продолжил Д. Бруно, который отстаивал бесконечность Вселенной благодаря возможности и сообразности бытия бесчисленных миров, подобных нашему. Эти взгляды получили
дальнейшее развитие в книге Г. Галилея «Диалог о двух главнейших системах
мира» (1632).
В середине XVI в. голландский картограф Меркатор предложил новые, математически обоснованные принципы построения карт, в частности несколько
картографических проекций, из которых наиболее известна цилиндрическая
равноугольная проекция карты мира. Следующим достижением картографии
этого времени можно считать создание Меркатором и Ортелиусом первых атласов Земли.
На рубеже XVII и XVIII вв. было выявлено гравитационное поле Земли и
определены ее главные геофизические параметры. Впервые наиболее полно это
было осознано английским ученым И. Ньютоном, который в 1687 г. в труде
«Математические начала натуральной философии» сформулировал основы гравитации и численными методами доказал действие закона тяготения. Исходя из
этого закона и гипотез о внутреннем строении Земли, И. Ньютон и X. Гюйгенс в
начале XVIII в. теоретическим путем определили сжатие земного эллипсоида. В
середине XVII в. был изобретен барометр, явившийся одним из инструментов
для определения высоты точек земной поверхности. В это же время были разработаны графические методы топографической съемки, упростившие задачи
составления топографических карт.
К середине XVIII в. были проведены первые исследования по теории фигуры Земли. Французский математик А. Клеро вывел линейное дифференциальное уравнение, связывающее плотность и сжатие внутренних сфероидальных
слоев Земли. Эти исследования привели к открытию закона распределения силы
тяжести на поверхности земного эллипсоида и установили связь изменения си193
лы тяжести на земном сфероиде в зависимости от географической широты. В
конце XVIII в. во Франции была измерена дуга меридиана и установлена длина
метра и получены первые достоверные выводы о размерах земного эллипсоида.
В первой половине XIX в. К. Гаусс внес усовершенствования в методы измерения углов и впервые применил для дневных наблюдений гелиотроп, а также предложил принять за условную поверхность Земли уровенную поверхность
потенциала силы тяжести, совпадающую со средним уровнем моря. В то же
время Гаусс и Бессель разработали новые способы решения геодезической задачи на поверхности земного эллипсоида.
К середине XIX в. на основе градусных измерений был выполнен ряд
определений размеров земного эллипсоида и дальнейшая разработка вопроса о
фигуре Земли. Отечественный геодезист Ф. Ф. Шуберт в 1859 г. впервые высказал мысль о трехосности Земли и определил размеры трехосного земного эллипсоида [132]. В дальнейшем возникло понятие о геоиде, введенное немецким
физиком Листингом в 1873 г., и наметились методы изучения фигуры геоида по
результатам астрономо-геодезических и гравиметрических измерений.
В XIX в. и в течение первой половины XX в. работы по построению астрономо-геодезических сетей и гравиметрической съемке охватили значительные
территории многих стран мира. Одновременно с этим продолжалось дальнейшее развитие теории геодезии и методов геодезических работ. К концу XIX в.
определились принципы и методы обработки астрономо-геодезических сетей и
вывода размеров земного эллипсоида из их обработки. С конца XIX в. методы
геодезии стали использоваться для решения различных инженерных задач, а
также для изучения движений земной коры и выяснения ее внутреннего строения. К середине XX в. для измерения расстояний начали применяться новые
физико-технические методы, основанные на интерференции света и радиоволн.
С конца XIX столетия стали производиться точные инструментальные
съемки на больших пространствах и издаваться современные топографические
карты государств в различных масштабах. К середине XX столетия была полностью решена задача создания мелкомасштабной карты мира.
194
В этот период произошло размежевание естественных наук на точное естествознание (физические науки), геологию и биологические науки. Ведущей общенаучной установкой этого периода признано естественнонаучное направление, а также концепция географического детерминизма. В естественных науках
(геология, климатология, гидрология, геоморфология и др.) определился четко
обозначенный объект и предмет исследования, а также свой комплекс методов.
В прикладных интересах географии главным становится разведка природных
ресурсов. В этот период развивается атласное картографирование, систематизируются накопленные массивы геоинформации и создаются тематические базы
данных. Впервые создаются закрепленные государственные геодезические сети
и разрабатываются современные методы топографической съемки.
В целом геодезический период характеризуется исследованием и оценкой
формы и размеров Земли, а также формированием современной теории естествознания.
5.2.5 Геоинформационный период
Начало геоинформационного периода обусловлено появлением в середине XX в. ЭВМ на базе микропроцессорной технологии, позволяющих автоматизировать вычислительные операции и хранить значительные массивы геоинформации. Этому способствовал многолетний опыт исследований принципиальных возможностей кодирования, закрепления и трансляции сообщений различной природы происхождения посредством их формализации. Таким образом, от упорядочивания и унификации накопленных сведений человек смог
приступить к их концептуальной организации в виде различных систем хранения и использования ГИ.
Выход человека в Космос определил утверждение галактической системы
отсчета в развитии Земли и обусловил активизацию деятельности по исследованию географической реальности с использованием данных дистанционного
зондирования. Определение точной траектории искусственных спутников поз195
волило провести ряд геофизических исследований, уточнить форму Земли, изучить ее сплюснутость, выявить неравномерность поля земного тяготения и распределение масс в земной коре.
Успехи физики, математики и биологии способствовали становлению таких общенаучных направлений как кибернетика и системный подход. В географических исследованиях начинают широко применяться методы математического и логического анализа. Существенно расширяется масштаб прикладных
исследований. Активно идет дифференциация географии и формирование новых научных дисциплин о Земле.
Главное нововведение этого периода – разработка и внедрение геоинформационной технологии, позволяющей ограничение разнообразия свойств географической оболочки посредством их формализации в едином геоинформационном поле на основе геодезической системы координат. Первый крупный опыт
реализации геоинформационной технологии – разработка и создание ГИС Канады в начале 60-х гг. Ее назначение состояло в анализе многочисленных данных, накопленных канадской службой земельного учета, а также в получении
статистических данных о земле, которые использовались при разработке планов
землеустройства огромных площадей преимущественно сельскохозяйственного
назначения [20]. Создатели ГИС Канады разработали основы геоинформационной технологии: использование сканирования для автоматизации ввода геоданных; разложение картографической информации на тематические слои; разработка концептуального решения о таблицах атрибутивных данных, что позволило разделить файлы пространственной информации о местоположении объектов и файлы, содержащие тематическую информацию об этих объектах.
Большое влияние на развитие ГИС в период становления оказала Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа Массачусетского технологического института [158]. Программное обеспечение Гарвардской лаборатории широко распространялось и послужило базой для развития многих ГИС-приложений. В этой лаборатории были заложены основы картографической алгебры, создано семейство растровых программных средств.
196
В конце 60-х гг. геоинформационная технология впервые была применена
в США на государственном уровне для обработки и представления данных переписи населения. Потребовалась методика, обеспечивающая корректную географическую привязку данных переписи. Алгоритмы обработки и представления картографических данных были заимствованы у разработчиков ГИС Канады и Гарвардской лаборатории. В этой разработке впервые был использован топологический подход к организации географической информации, основанный
на математическом описании пространственных взаимосвязей между объектами
[60].
Развитие крупных геоинформационных проектов в 1970-е гг., поддерживаемых государством, определило этот период как время государственных инициатив по формированию национальных институтов в области ГИС, внедрению
геоинформационной технологии в процесс принятия управленческих решений,
а также способствовало снижению роли отдельных ученых и небольших групп
и формированию крупных научно-исследовательских коллективов [162].
В 1969 г. был основан ESRI как частная консалтинговая фирма, специализирующаяся на разработке территориальных проектов в строительстве и природопользовании. Оперативные методы обработки и анализа пространственной
информации, а также успешные результаты решаемых задач позволили компании занять одно из ведущих мест в мире на рынке соответствующего программного обеспечения. В начале 1980-х гг. ESRI реализовал программный пакет ARC Info, который остается наиболее успешным воплощением идей о раздельном представлении геометрической и атрибутивной информации. Для хранения и работы с атрибутивной информацией в виде таблиц был успешно применен формат реляционной системы управления базами данных, а для хранения
и работы с графическими объектами в виде дуг были разработаны специальные
приложения.
Широкий рынок разнообразных программных средств, появившихся в
1980-е годы, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за
счет интеграции с базами непространственных данных, появление значительно197
го числа непрофессиональных пользователей способствовало коммерческому
развитию ГИС и широкой популярности во многих сферах человеческой деятельности. Это потребовало существенных наборов цифровых геоданных, а
также наличия специалистов по ГИС.
Во второй половине XX в. ведущей установкой в географии становится
восприятие мира как многомерного пространства со сложной системой связей и
зависимостей. Базисными категориями такого пространства становятся «пространство-место» и «территория-район». Обобщающими категориями теоретического фундамента географии стали: геопространство, место, регион, территория, местоположение, единство пространства и времени, устойчивость и изменчивость, географическая среда. Пополнение предмета географии четвертым измерением – временем дополнило систему категорий функционированием, динамикой, эволюцией. В настоящее время неотъемлемой частью научного мышления в географии становятся эволюционные концепции. Выводы об историческом возникновении и исчезновении, о чередовании состояний во времени
находят все большее признание в научной мысли.
В настоящее время средствами информационной оценки ГС являются
спутники Земли, как базовые тела искусственной геоцентрической системы отсчета, а также оптико-электронные и лазерные приборы, проблемно ориентированные программно-технические комплексы и экспертные системы. Внедрение
систем глобального позиционирования позволило экономически оптимизировать операции геодезических измерений. В качестве моделей-заместителей географической реальности широко применяются геоинформационное поле и геоизображения.
С середины 90-х гг. прошлого века во многих государствах (США, Австралия, страны ЕЭС) стали создаваться национальные инфраструктуры пространственных данных. Этот процесс затрагивает все сферы человеческой деятельности, где используются координатные данные. В настоящее время эти инфраструктуры
представляют
собой
государственные
198
информационно-
телекоммуникационные системы, обеспечивающие оперативный доступ к географической информации широких слоев общественности.
Таким образом, главной особенностью этого периода является техническая
модернизация территориальной деятельности, которая определяется тремя фундаментальными инновациями: переходом к электронным средствам преобразования ГИ; минимизацией всех узлов, механизмов и приборов; созданием программно-управляемых устройств и процессов, а также систем искусственного
интеллекта. В целом геоинформационный период характеризуется формализацией накопленных геоданных, внедрением геоинформационной технологии во
все виды пространственной деятельности, технологическим совершенствованием методов исследования, а также формированием крупных информационных
систем централизованного хранения и использования КИ.
5.3
Морфологическая
структура
общественно -исторического
механизма картограф ического мониторинга геосистем
5.3.1 Создание и использование картографической информации в социуме
В эволюционном развитии деятельность по информационной оценке используемой территории способствовала формированию непрерывного общественно-исторического процесса по созданию и использованию КИ (рисунок
44). Неотъемлемым условием этого процесса являются действия по информационному преобразованию свойств земной поверхности и закреплению сведений и механизмов их получения в виде различных образцов и моделей поведения для последующего воспроизведения. При сохранении этих сведений в обществе накапливается знание – «селективная, упорядоченная, определенным
способом (методом) полученная, в соответствии с какими-либо критериями
(нормами) оформленная информация, имеющая социальное значение и признаваемая в качестве именно знания определенными социальными субъектами и
обществом в целом» [36]. Территориальные знания представляют собой проверенный практикой и удостоверенный логикой результат метрической оценки и
199
познания действительности, отраженный в сознании человека в виде географических представлений, понятий, суждений и теорий.
Знания, характеризующие конкретную информационную подкатегорию
географической реальности, описывают определенную предметную область
окружающего мира, объекты и закономерности которой отображаются специальным формальным языком и определяют пределы изучения объекта в конкретном исследовании.
200
Рисунок 44 – Общественно-исторический механизм КМГС
Действия и мероприятия по информационному отображению действительности и создаваемые при этом сведения формируют уникальную систему знаний, описывающую структуру процесса создания и использования КИ в социуме. Механизм этого процесса определяют три главных направления научнотехнического развития общества, обеспечивающие преобразование сущностных
и пространственных свойств географической оболочки в знаниевые конструкции.
Направления знаний отражают современный уровень познания отдельной
предметной области и решают задачу познания одной информационной подкатегории в общем процессе исследования КИ. Они описывают информационные
конструкции высшего порядка и характеризуются спецификой процедур и методов, а также особенностями промежуточных и итоговых результатов. Социальное развитие направлений сопровождается организацией специальных научно-исследовательских и производственных учреждений, а также обеспечено отраслевыми учебными заведениями. Направления определяют в социуме фундаментальные пути создания и использования КИ и формируют предметные системы знаний. Методической основой направлений являются специальные
научно-технические дисциплины.
201
5.3.2 Геодезическое направление общественно-исторического
механизма КМГС
В геодезическом направлении системообразующей дисциплиной является
геодезия – наука, занимающаяся изучением фигуры и размеров Земли. В основе
принципов геодезии лежат действия по определению устройства географической оболочки и планово-высотному измерению земной поверхности. Геодезическое направление объединяет научные дисциплины, ориентированные на получение и использование пространственных параметров ГС и топологических
отношений географических объектов. Главная задача этого направления – разработка теории фигуры планеты и построение опорных геодезических сетей,
позволяющих определять положение точек на земной поверхности. В этом существенную роль играют измерения характеристик гравитационного поля Земли и изучение геодинамики, связывающие геодезию с геофизикой и астрономией.
Геодезические работы выполняются государственными службами и ведутся на трех уровнях. В первую очередь, это планово-высотная съемка местности
для локализации точек земной поверхности относительно местных опорных
пунктов в целях топографического картографирования территории. Следующий
уровень включает проведение съемок в масштабах всей страны; при этом площадь и форма поверхности определяются по отношению к глобальной опорной
сети с учетом кривизны земной поверхности. Наконец, в задачу высшей геодезии входит создание опорной сети для всех остальных видов геодезических работ, определение фигуры Земли и оценка ее гравитационного поля.
5.3.3 Географическое направление общественно-исторического
механизма КМГС
202
Система наук географического направления сформировалась в ходе развития и дифференциации единой географии, которая была энциклопедическим
сводом знаний о природе, населении и хозяйстве разных территорий. Трудовая
деятельность людей была связана с освоением ресурсов ландшафтов при значительной зависимости от природных условий. Методической базой топографической географии был простой анализ распределения географических объектов на
земной поверхности. Процесс разделения труда привел к специализации познания отдельных компонентов географической среды (рельеф, климат, почва и
др.), хозяйства (промышленность, сельское хозяйство и др.) и населения (национальный состав, миграции и др.), а также – к необходимости синтетического
исследования территориальных сочетаний этих компонентов, в виде природных
и производственных комплексов.
Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов – области науки, включающая изучение структуры, эволюции и функционирования ландшафтной сферы Земли и отдельных ее составляющих (почвенного и растительного покрова, животного населения). Географическое
направление включает также исследование сущности геохимических, геофизических и биологических процессов, обуславливающих пространственнотерриториальное разнообразие ландшафтов, биоты и почв на глобальном, региональном и локальном уровнях. Практическое значение методологических и
методических разработок направления состоит в обеспечении научных основ
для экологического обоснования проектов хозяйственной деятельности человека, географического прогноза состояния окружающей среды, повышения биопродукционной способности естественных и культурных ландшафтов, оптимизации использования природных ресурсов и управления биосферными процессами.
Таким образом, в географическом направлении выделились физикогеографические и социально-экономические дисциплины. При единстве цели у
каждой географической дисциплины есть собственный объект исследования,
который изучается различными методами, есть свои теоретическая и приклад203
ная части. Каждая географическая дисциплина в теоретических выводах опирается на материалы территориальных исследований, проводимых полевыми и
камеральными методами. Формирование в среде географических наук географии природопользования как новой междисциплинарной области исследований
способствовало
интеграции
ландшафтно-географической,
инженерно-
технологической и социально-экономической информации о географической
оболочке в рамках изучения взаимодействия общества и природы [74].
Современные приборы и технологии оценки и измерения земной поверхности, позволяют определить все познанные субстанциональные характеристики географических объектов и процессов, а также обеспечивают сбор и формализацию предметных массивов КИ. Для хранения и централизованного использования этих сведений создаются специализированные банки и базы данных,
проблемная ориентация которых, в основном, определяется классификацией
наук о Земле. Каждая научная дисциплина нацелена на определение конкретных свойств географической оболочки, которые, будучи территориально зафиксированными и измеренными, облекаются в форму геоданных и служат сырьем
для создания новых знаний (зонирование, стратиграфия и т.п.).
5.3.4 Геоинформационное направление общественно-исторического
механизма КМГС
Оформление геоинформационного направления как самостоятельной области знаний о географической реальности произошло благодаря созданию электронно-вычислительных средств преобразования и формализации геоданных на
базе микроэлектроники. В настоящее время микропроцессорное моделирование становится неотъемлемой частью интеллектуальной деятельности человечества. Сопоставление «электронного мозга» с человеческим привело к идее создания нейрокомпьютеров и географических экспертных систем. Системообразующей дисциплиной этого направления является геоинформатика – научнотехнический комплекс, объединяющий одноименную отрасль научного знания,
204
технологию и прикладную деятельность, которые связаны со сбором, хранением, обработкой и отображением пространственных данных.
Геоинформатика – область науки и техники, отражающая и изучающая
природные и социально-экономические системы, их взаимодействие и развитие
посредством компьютерного моделирования на основе информационных систем и технологий, баз данных и баз знаний. В задачи геоинформатики входит
изучение общих свойств геоинформации, закономерностей и методов ее получения, фиксации, накопления, обработки и использования. Кроме того, сюда
входит развитие теории, методологии и технологий создания геоинформационных систем с целью сбора, систематизации, хранения, анализа, преобразования,
отображения и распространения пространственно-координированных данных.
Значение научных и технических проблем данной специальности для народного
хозяйства состоит в обеспечении информацией, контроле и поддержке принятия управленческих решений в сферах планирования и проектирования, исследований в науках о Земле и смежных с ними социально-экономических науках,
в развитии образования и культуры, сохранении экологического равновесия,
предупреждения чрезвычайных ситуаций, обеспечении обороноспособности
страны.
Одно из первых определений геоинформатики как науки принадлежит С.Н.
Сербенюку: «геоинформатика – понятие, обозначающее автоматическую переработку пространственно-временной информации о геосистемах различного
иерархического уровня и территориального охвата» [123]. Это определение указывает на связь геоинформатики с науками о Земле. А.В. Кошкарёв предложил
определение геоинформатики по аналогии с картографией: «геоинформатика наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию,
проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических
информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по
прикладным аспектам, или приложениям ГИС для практических или геонаучных целей» [83]. В других работах под геоинформатикой предлагается понимать научную дисциплину, изучающую природные и социально-экономические
205
геосистемы (их структуру, связи, динамику, функционирование в пространствевремени) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных и
географических знаний. Кроме того, геоинформатика - это технология (ГИСтехнология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распределения
пространственно-координированной информации, имеющая цель обеспечить
решение задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами.
Геоинформатика возникла как научная дисциплина о географической информации, как возможность изучения её пространственного аспекта. Пространственный анализ геоданных составляет основу математического обеспечения
современных геоинформационных программ. Именно векторное представление
КИ обеспечивает привязку непространственных, атрибутивных геоданных.
Геоинформационная технология представляет собой инструмент, обеспечивающий сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение координированных данных. Соответственно объектом «геоинформатики» является «геоинформация». Геоинформатика как косвенный способ изучения географической реальности развивается параллельно с собственно географическими
исследованиями, а работа с данными натурных обследований в рамках географической науки перерастает в работу с ними в рамках геоинформатики [151].
Существование двух аспектов познания географической реальности обусловливает необходимость решения важной задачи геоинформатики – разработки и
обеспечения оптимального интерфейса между человеком и аппаратнопрограммными средствами создания и обработки геоданных.
Основной инструмент геоинформатики геоинформационная технология
способствовал появлению оперативного картографирования – создания и использования карт в реальном или близком к реальному масштабе времени для
своевременного информирования пользователей и реагирования на ход негативных природных и антропогенных процессов. При этом реальный масштаб
времени понимается как характеристика скорости создания-использования карт,
то есть темпа, обеспечивающего немедленную обработку поступающей информации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга, управле206
ния, контроля процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе. Технические инновации геоинформатики материализуются и доходят до конечного
пользователя в виде информационной технологии как совокупности вычислительной техники и программного обеспечения. Современное программное
обеспечение позволяет автоматизировать интеллектуальные операции, преобразовав их в ряд автономных типовых функций обработки геоданных: математическое моделирование; аналитические и символьные преобразования; алгоритмизация; программирование; обработка текстовых и табличных геоданных;
техническая графика; обработка изображений; хранение, передача и распределение геоданных и другие.
Общественно-исторический механизм КМГС является методологической
основой информационного отображения действительности и ее воспроизведения в картографической форме для нужд общества. Он представляет собой
иерархическую совокупность массивов метаданных, описывающую последовательность практических и теоретических действий по оценке и познанию околоземного пространства. Кроме того, этот механизм моделирует три различных
аспекта общественно-исторического развития в области информационного преобразования
действительности:
объектно-предметный,
методологически-
исследовательский и практически-целевой. При этом операции решают задачи
создания геоданных, процедуры обеспечивают их объективную параметризацию и закрепление в социуме, а также разработку наиболее эффективных технологий их создания и хранения. Методы решают задачи создания КИ как общественно полезного продукта (товара). Связи между методами, процедурами и
операциями объективированы состоянием научно-технического развития конкретного коллектива, общества и каждого отдельного члена, который подключается к процессу путем обучения.
Таким образом, в историческом социальном процессе по созданию и использованию географических знаний КМГС имеет высокое интеграционное
значение, поскольку обеспечивает непрерывную пространственную регистрацию любых географических сведений. Он является междисциплинарным спо207
собом оценки и анализа разновременной предметной КИ и основным приёмом
изучения хозяйственной деятельности социума.
6 РЕТРОСПЕКТИВНЫЕ КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
В РЕГИОНАЛЬНОМ МОНИТОРИНГЕ ГЕОСИСТЕМ
6.1 Ретроспективные картографические материалы
В результате научно-технического прогресса в социуме сформировалась
система периодической картографической регистрации пространственных параметров ГС в виде государственного института топографо-геодезического
обеспечения хозяйственной деятельности. В настоящее время топографические
карты разных лет издания Корпуса военных топографов, ГУГиК, Генерального
штаба СССР и Роскартографии являются надежными и легитимными документами для организации КМГС на базе геоинформационной технологии. Они создаются уже около двухсот лет в единых картографических проекциях и системах координат, характеризуются единством картографируемых объектов и
отображаемых параметров, сходством принятых классификаций, преемственностью методов составления и принципов генерализации. Эти карты представляют собой разновременные модели физико-географического состояния
территории и являются исходной информацией для оценки и исследования
208
процесса освоения природных ландшафтов и развития регионального природопользования. Именно карта выступает первичным инструментом оценки хозяйственного преобразования территории, так как, еще не имея физических и химических анализов, человек начал фиксировать динамику географической среды с помощью языка карты.
Ретроспективными картами считаются картографические произведения,
утратившие свою актуальность для современной хозяйственной деятельности
по причине значительных изменений отображаемой земной поверхности. Такие
карты не пригодны для практического использования при организации природопользования, инвентаризации природных объектов и ресурсов, ориентирования на местности и т.п. При этом они имеют важное научное значение для исследования долговременных природных, социальных и экономических процессов, хозяйственного освоения территории, метрической оценки динамики и
трансформации природных ландшафтов и т.п.
Значительный вклад в картографическое изучение Байкальского региона
был сделан Переселенческим управлением Главного управления землеустройства и земледелия России. В 1896 г. при этом ведомстве была создана правительственная комиссия (комиссия Куломзина) для изучения вопроса об юридических основах землевладения и землепользования в Забайкальской области. В
1897 по единой программе было проведено исследование системы землевладения,
землепользования
и хозяйства
населения
чиновников,
офицеров
и учителей. Итоги работы комиссии изданы в 1899 в 16 томах. Комиссия выявила различные формы землевладения, не имевшие единой правовой основы и
выполнила картографирование хозяйственно освоенных земель, в основном, по
межевым материалам.
Первой топографической съемкой в бассейне озера Байкал следует считать
мензульную съемку территории прохождения трассы Транссибирской железнодорожной магистрали, выполненной Корпусом военных топографов в 18901912 гг. Говоря об обстоятельствах возникновения времени и истории этих работ следует сказать, что в 1877 г. правительство России «... предложило вести
209
съемки исключительно для нужд армии, ... в результате военное ведомство отказалось от работы во внутренних частях страны и сосредоточило усилия на
точных топосъемках полуверстного, а с 1907 г. одноверстного масштабов в западном пограничном пространстве, на двухверстных съемках в пограничных
районах Сибири и на Дальнем Востоке» [103]. К этому времени Корпус военных топографов имел более чем вековой опыт проведения съемок и создания
карт. Картографирование страны сопровождалось совершенствованием картографо-геодезической техники (создание высотной опоры, появление кипрегеля),
развитием способов картографического изображения (показ рельефа горизонталями), совершенствованием и унификацией систем условных знаков, введением
в картоиздание фототехники и литографии, а также началом теоретического
осмысления картографии. Эти факторы обусловили высокую точность и надежность этих картографических произведений.
Кроме топографического картографирования для нужд армии, начиная с
20-х годов прошлого века развивается земельно-кадастровое картографирование. Этими работами занимается Управзем Народного комитета по землеустройству Бурят-Монгольской АССР, широко используя опыт и материалы
дореволюционного Межевого ведомства. После введения в 1924 г. единого
масштабного ряда, органы землеустройства создавали сельскохозяйственные
карты в масштабах 1:50 000 - 1:200 000, отображающие размещение землепользователей, границы землепользований и сельскохозяйственных угодий, регистрируемых государственным учетом земель. Назначение карт земельного учета - показать особенности размещения сельскохозяйственных угодий, их размеры и очертания.
Таким образом, ретроспективные топографические и землеустроительные
карты представляют собой важные исторические документы, которые могут
быть использованы в качестве метрической основы долговременного КМГС.
6.2. Комплексный анализ пригодности ретроспективных
картографических материалов для мониторинга геосистем
210
6.2.1 Комплексный анализ топографических карт масштаба
1:84 000, созданных в 1890 - 1912 гг.
Карты масштаба 2 версты в 1 дюйме (1:84 000) составлены в поперечноцилиндрической проекции Гаусса в шестиградусной зоне на эллипсоиде Бесселя и отпечатаны литографским способом (рисунок 45). Геодезической основой
карт является сеть опорных тригонометрических пунктов, полученная методом
триангуляции, главный метод съемки - засечки с построением изображения
непосредственно в поле на мензуле. «... При крайней разреженности триангуляции местное геодезическое обоснование создавалось в виде системы инструментальных ходов по главным рекам и дорогам. Территория вдоль инструментальных ходов снималась в виде полосы шириной от 2 до 5 км, районы между
полосами инструментальной съемки картографировались глазомерно, с широким использованием межевых материалов» [103]. Карты предназначены для
ориентирования и передвижения войск на местности и ведения боевых действий.
211
Рисунок 45 – Фрагмент листа карты
Для определения приемов составления и принципов генерализации исследуемых карт выполнен сравнительный анализ ретроспективной карты со
сходной по назначению, но более новой и точной картой. В качестве сравниваемой были использованы листы карты масштаба 1:100 000 созданной Генеральным штабом в 1995 г по материалам съемки 1992 г. На основании сравнительного анализа можно сделать следующие выводы.
В первую очередь следует отметить, что размер картографического изображения изучаемых карт в 1,5 раза больше, чем современных, что в сочетании с
одноцветным рисунком уменьшает обзорность территории. Опорные пункты
отображены одинаково, их быстрое выделение на новой карте обеспечено многоплановостью изображения. Больший удельный вес ориентиров относительно
других элементов содержания обеспечен показом всех культовых знаков и сооружений, а также выделением отдельных рощ. Отбор ориентиров осуществлялся, во-первых, за счет более выдающихся, во-вторых, за счет более долговечных объектов.
На равнинных участках в сложных гидросистемах, в некоторых случаях,
искажена иерархия водотоков. Во многих случаях четко не зафиксированы
начала и концы водотоков. Отображена извилистость без выделения характерных особенностей русел. Отдельно расположенные озера иногда показаны с искажением ориентировки. Наибольшие ошибки на анализируемых картах встречаются при отображении групп озер. Отображены общие контуры района, относительная плотность озер и их общая конфигурация, но сильно искажены
размеры, ориентировка и соподчиненность. Это очевидно связано с труднодоступностью таких участков и малым числом точек наблюдений.
При картографировании дельты р. Селенга показаны лишь те протоки,
ширина которых выражается масштабом карты. Их соподчиненность отображена наглядно. Четко показана изрезанность береговой линии озера Байкал и
наиболее правильно произведена генерализация озер на участке. Следует указать на трудности, возникающие при чтении этого участка картографируемой
212
территории, обусловленные большим количеством условных знаков проходимого болота, луга и леса. В некоторых случаях графическая нагрузка достигает
80% поля карты.
При оценке отображения рельефа необходимо вспомнить, что эти карты одна из первых попыток применения горизонталей. Очевидно, перед составлением была установлена относительная значимость форм рельефа в соответствии
с масштабом и назначением карт. Определяющим моментом при этом были
пространственные размеры и превышения выдающихся объектов земной поверхности. Генерализация рельефа на анализируемых картах, в основном, сводилась к объединению возвышенностей и разрежению долин, благодаря чему
лучше выступают положительные формы рельефа. При генерализации участков
эрозионного рельефа во многих случаях исключены крупные балки, но сохранены незначительные по площади овраги, влияющие на проходимость. В некоторых случаях, чтобы передать особенности второстепенных долин и падей была утрирована их площадь. Очевидно, для этой цели, после первичной рисовки
рельефа были срезаны изгибы горизонталей выступающих склонов. Следует
отметить правильное изображение скоплений незначительных возвышенностей,
отображающее взаимосвязи форм рельефа. Выбранное сечение через 10 саженей (21,34 м) и грамотное применение полугоризонталей позволили показать
практически все формы рельефа системой горизонталей, что делает рельеф
наглядным. Отчетливый показ ответных понижений позволяет выделить
направление стока и положение седловин, перевалов. Также следует отметить
правильное изображение террас, прогнутых склонов, асимметрии склонов. Но в
целом необходимо сказать, что рисовка горизонталей происходила механически. Значительная генерализация при укладке горизонталей, несомненно, сделала рельеф более наглядным, но и исказила отдельные его участки. В некоторых случаях встречается согласование изгибов одноименной горизонтали, вырисовывающей противоположные склоны хребтов и долин. Заметно стремление составителя распределить горизонтали с равным заложением от подножия к
213
вершине, пренебрегая промежуточными перегибами склона. В случаях сгущения верхних горизонталей, хребты приобретают неестественную вогнутость.
Характерные особенности разных типов рельефа практически не отображены. Открытые долины со сложной гидросетью и слабо выраженными водоразделами показаны недостаточно наглядно. Резкие закругления горизонталей,
определяющих хребты, делают их гораздо уже и острее, чем в натуре. В некоторых случаях допускается слияние горизонталей. Высотные отметки представлены как наивысшими точками на листе, так и точками перегиба профилей
форм рельефа. Можно сделать вывод, что в целом генерализация рельефа не
нарушает существующих в природе взаимосвязей между рельефом и другими
физико-географическими объектами и сохраняет особенности рельефа,
опре-
деляющие размещение, структуру, планировку населенных пунктов и дорожной
сети.
При генерализации населенных пунктов с регулярной планировкой исключались второстепенные улицы, обобщалась внутриквартальная структура.
При отображении населенных пунктов с бессистемной застройкой правильно
показаны их относительная плотность и крайние
строения, особенности же
внутренней структурной организации и ориентировка в некоторых населенных
пунктах искажены. При изображении крупных населенных пунктов не достаточно наглядно отображена взаимосвязь их с объектами рельефа. Взаимосвязь
же между населенными пунктами и дорожной сетью показана наиболее четко.
Необходимо также указать на правильное составление сложных населенных
пунктов в районе дельты р. Селенги и четкую передачу их взаимосвязи с объектами гидрографии.
Следует отметить, что дорожная сеть отображена с наибольшей полнотой и подробностью. Также следует указать на наибольшую точность местоположения дорог, сохранение их длины и извилистости, выделение основных поворотов и формы характерных изгибов, имеющих значения
ориентиров. Хо-
рошая читаемость соподчиненности условных знаков дорог наглядно передает
214
принятую классификацию дорожной сети. Дороги хорошо увязаны с рельефом
и гидрографией, особенно с переправами.
Растительный покров и грунты, в первую очередь, характеризуются отсутствием
количественных
характеристик. Принятая классификация расти-
тельного покрова и грунтов
построена по внешним, легко различимым на
местности, признакам, внешнему облику, механическим свойствам. Следует
отметить подробное выделение на картах участков растительного покрова,
имеющих значение ориентиров. Отбор контуров произведен с сохранением
действительных соотношений площадей растительного покрова и грунтов. Помимо отбора выполнено и обобщение очертаний контуров как путем исключения деталей, так и путем объединения близко расположенных однородных контуров. Последний прием в некоторых случаях приводит к неверному представлению о величине и степени разобщенности участков растительного покрова и
грунтов.
Заметно тщательное выделение резко выраженных характерных выступов, поворотов, отдельных изгибов контуров, которые могут служить ориентирами. Следует отметить грамотное применение сочетаний условных знаков при
картографировании сложных комплексов растительного покрова и грунтов и
при постепенном переходе одного вида растительности в другой. Если контуры грунтов и травянистой растительности, в основном, четко локализованы
относительно форм рельефа, которыми они обусловлены, то сильно генерализованная граница леса в отдельных случаях не увязана с рельефом. К тому же
излишнее объединение близко расположенных участков леса приводит к
нарушению степени дробности контуров. В некоторых случаях сочетание полугоризонталей и условных знаков растительного покрова позволяет предположить о стремлении составителя передать особенности вертикальной микрозональности растительности. Также заметно желание автора при картографировании контуров пашни приблизить их очертания к конфигурации правильных
фигур. Рисунок границ правильно согласован с гидрографией и рельефом. Заметны случаи утрирования отдельных поворотов изгородей и границ, служа215
щих ориентирами. Четко выделены пересечения границ с другими элементами
содержания. Необходимо указать на высокую точность сводки листов карт по
рамкам.
Сравнительный анализ топонимического содержания исследуемых карт
позволяет сказать, что при фонетической форме передачи бурятских и монгольских топонимов допущен ряд ошибок. Это обусловлено тем фактом, что
бурятский и монгольский языки обладают звуками, не свойственными русскому. В основном, ошибки связаны с неправильной передачей шипящих и гласных звуков. Также часты ошибки в началах и окончаниях топонимов. Микротопонимия отображена со значительным отбором. Следует отметить примеры
субстантивации некоторых бурятских и монгольских топонимов в случаях придания им русских окончаний.
Сравнительный анализ исследуемых карт позволяет сказать, что отбор
элементов их содержания, принятые классификации, цензы и нормы генерализации, выбранные способы изображения, соотношение элементов содержания и
общий объем информации позволяют решать по ним задачи в соответствии с
назначением.
Анализ достоверности карт был выполнен совместно с изучением географической литературы
того времени, статистических источников, с привлече-
нием всех имеющихся ретроспективных картматериалов. На отдельных, наиболее динамичных участках ( например, дельта р. Селенги) были выполнены полевые обследования, проведены опросы местных жителей. Можно сказать, что
разработанные классификации применялись правильно. В целом сохранены типичные черты картографируемой территории и взаимная согласованность элементов содержания.
Оценивая качество оформления, следует отметить такой недостаток, как
одноцветность печати, но и подчеркнуть достоинства анализируемых карт наиболее совершенных картографических
произведений того времени. В
первую очередь необходимо указать на строгое соблюдение размеров условных
216
знаков и шрифтов, что говорит о тщательном редактировании процесса подготовки карт к изданию.
Правильное отображение принятых классификаций картографируемых
объектов достигнуто выделением в содержании логических смысловых групп и
закреплением за ними определенных графознаков. При выражении условными
знаками элементов содержания были учтены характер картографируемых объектов, назначение карты, возможности ассоциативного мышления. Для построения условных обозначений использованы все графические и некоторые художественные элементы, обеспечивающие натуралистичность и наглядность
знаков. Компактность и экономичность графознаков обеспечивает точность
их центрирования и минимум занимаемой площади в поле карты.
Анализируя совокупность графических форм, составляющих план выражения
картографируемых объектов можно сказать, что все графознаки по-
строены на основе однородных графоэлементов, находятся на определенном
иерархическом уровне, обладают преемственностью в построении графознаков
более высокого уровня. Типы картографируемых
объектов выражаются раз-
личием структурных уровней построения графознаков: от элементарных высотных отметок до сложных графических образований - населенных пунктов.
Значение объекта в смысловой группе, при отображении гидрографии,
выражено изменением размеров графознаков. Для выражения значения объектов дорожной сети используются дифференциация по размеру, деление графоэлементов, дублирование графоэлементов. Выделение значения населенных
пунктов выполнено при помощи рядов графознаков, обрамления графознаков и
их сочетаний. Значение объектов растительного покрова и грунтов показано
размером и лишь при отображении болот, исходя из назначения карт, непроходимые выделяются увеличением плотности графоэлементов.
В целом, разработка размеров условных знаков и шрифтов, применение
штриховок и заливок, использование контраста определили значительную дифференциацию и многоплановость элементов содержания. Правильное выражение классификаций с помощью логических связей графознаков облегчает зри217
тельное восприятие соподчиненностей. Необходимо указать на большее количество используемых графознаков для отображения объектов и явлений.
При всех перечисленных достоинствах необходимо указать на то, что некоторые графознаки, по причине сложного рисунка, имеют трудности в методике их построения и вычерчивания. Небольшой размер условных знаков затрудняет, в отдельных случаях, их выделение из совокупности элементов содержания, а в сочетании со сложностью рисунка некоторых знаков, сводит к
минимуму их различимость. К тому же и малые размеры, и сложность рисунка
графознаков снижают их пригодность к воспроизведению при издании.
В отдельных случаях общая графическая нагрузка карты, превышая допустимые нормы, достигает 80% площади печатного элемента, что значительно
затрудняет читаемость. Следует напомнить тот факт, что степная растительность на картах никак не выражена. Очевидно, исходя из назначения карты,
подразумевалось логическое соответствие: «пустое поле карты - легкопроходимый участок местности». Таким образом, на картах устанавливается четкая визуальная зависимость величины графической нагрузки от степени проходимости местности.
Элементарная легенда дана на некоторых листах справа от картографического изображения. Она построена в виде столбца условных знаков и их пояснений, следующих один за другим соответственно группировкам и классификациям элементов содержания. Следует отметить логичность размещения и соподчинения знаков в группировках, а также ясность и краткость пояснительных
текстов.
6.2.2 Комплексный анализ карт земельного учёта масштаба
1:50 000, созданных в 1933-34 гг.
Карты земельного учета масштаба 1 : 50 000 составлены в 1933-34 гг.
Народным Комитетом по землеустройству (рисунок 46).
218
Рисунок 46 – Фрагмент листа карты.
Карты созданы в поперечно-цилиндрической проекции Гаусса в трехградусной зоне. Обработка триангуляции выполнена на двух ориентировках эллипсоида Бесселя. В качестве дополнительных картматериалов при составлении
анализируемых карт использовались материалы топографических съемок, горизонтальных съемок Переселенческого Управления и Лесного управления
Народного комитета по землеустройству Бурят-Монгольской АССР. Исследуемые карты - рукописные, первоначально картографическое изображение составлено карандашом, а затем вычерчено тушью. Все листы подписаны составителем, корректором и руководителем группы по земучету.
Для выявления методов составления и принципов генерализации исследуемых карт был выполнен их сравнительный анализ с современными картами
земельного учета административных районов масштаба 1:100 000, составленными Государственным комитетом по землеустройству Республики Бурятия в
1991-1993 гг. и листами топографических карт масштаба 1:50 000, составлен-
219
ными Генеральным штабом в 1985 г. На основании анализа можно сказать следующее.
В первую очередь следует отметить большую степень генерализации гидрографии. Береговая линия рек в две линии и проток, за счет исключения мелких, но характерных извилин, во многих случаях приобретает утрированную
плавность и прямолинейность. При обобщении формы озер часто не сохранены
типичные особенности плановых очертаний, обусловленные происхождением и
степенью развития. При отборе рек учитывалась, главным образом, их длина.
Характер речной сети в целом и строение отдельных речных систем отображены не наглядно, а в некоторых случаях - с явным искажением соподчиненности
водотоков и относительной густоты речной сети. К тому же, отсутствие рельефа
на анализируемой карте, значительно затрудняет выявление водораздельных
поверхностей и выделение истоков рек. Обобщение извилистости рек производилось, в основном, за счет исключения форм, обусловленных гидрографической извилистостью рек и сохранения извилин, определяемых условиями орографии. Дельта р. Селенга показана с незначительным обобщением извилистости и отбором проток. При небольших искажениях ширины проток, их иерархия отображена наглядно. Следует отметить хорошую читаемость островов
дельты. Названия всех островов подписаны. Озера показаны лишь с площади 30
кв. мм., то есть с сильным отбором. Береговая линия озер значительно обобщена, в некоторых случаях нарушена их ориентировка. Имеется много ошибок при
генерализации групп озер.
Населенные пункты составлены с отображением индивидуальных черт,
определяемых структурой и планировкой. Прямоугольная планировка города
передана правильной раздробленностью кварталов, их небольшими размерами,
частой сетью улиц и проездов. Хотя генерализация кварталов и проездов и произведена без графического отображения главных и второстепенных улиц, все
же основная задача выделения главных сквозных путей, пересекающих город и
переходящих в дороги, достигнута. Структура сельских населенных пунктов
показана, главным образом, основным проездом и перпендикулярными улица220
ми, выражающимися в масштабе карты. При составлении населенных пунктов
учтена их взаимосвязь с изгородями и дорогами, которые часто служат внешними границами. При показе населенных пунктов с бессистемной застройкой, в
некоторых случаях условный знак отдельного строения необоснованно располагается в соответствии с ориентировкой ближайшей изгороди, что искажает
внутреннюю структуру населенного пункта. Следует отметить хорошее отображение взаимосвязи населенных пунктов и гидрографии при показе дельты р.
Селенги.
Дорожная сеть отображена полностью и подробно. В некоторых случаях
отмечается незначительное смещение условного знака относительно оси дороги, но в целом можно говорить о точной передаче местоположения, длины,
конфигурации отдельных дорог и пространственной структуры дорожной сети
в целом. Заметно смещение условного знака при прохождении дороги близко
вдоль береговой линии рек и озер.
При анализе растительного покрова и грунтов следует отметить, что картографическое изображение, ограниченное границей землепользования, составлено по материалам съемок Управзема Народного комитета по землеустройству
Бурят-Монгольской АССР, а картографическое изображение труднодоступных
участков - исключительно по материалам съемок Лесного управления Народного комитета по землеустройству Бурят-Монгольской АССР. Это обусловило
различие в цензах отбора некоторых элементов содержания. Участки пашни и
степной растительности, за границей землепользования показаны с площади 25
кв. мм, редкий лес с площади 2 кв. см., заросли кустарника не показаны. Назначение карты и масштаб определили полное и точное картографирование растительного покрова и грунтов, подлежащих земельному учету. Их контуры показаны подробно, с тщательным отображением размеров, выделением границ и
переходных пространств, но в отдельных случаях искажено соотношение площадей различных видов растительности. Это произошло за счет занижения
площадей редкого леса и зарослей кустарника в пользу других видов растительности.
221
Следует отметить, что при генерализации растительного покрова, прием
объединения близко расположенных однородных контуров, применялся в редких случаях. Благодаря этому правильно отображена степень разнородности
картографируемой территории и разобщенности ареалов растительного покрова
и грунтов. Необходимо указать на имеющиеся нарушения принципа однозначности карты при определенном совместном использовании знаков растительности. Сочетание условных знаков в некоторых ареалах не позволяет однозначно
определить физико-географическое состояние объекта. Это происходит, например, при показе в одном контуре условного знака сенокоса и пастбища. В легенде пояснения отсутствуют.
Изображение государственной границы увязано с гидрографией. Следует
отметить тщательное нанесение государственной границы даже при отсутствии
остальных элементов содержания.
Для передачи географических названий и терминов использована фонетическая форма. Необходимо указать на ошибки в передаче топонимов, обусловленные особенностями бурятского и монгольского языков. Часто встречаются ошибки в передаче шипящих и гласных звуков, в началах и окончаниях
названий падей и урочищ. Названия населенных пунктов отображены почти без
ошибок в написании, хотя в некоторых случаях даны их старые названия. Написание названий определялось наличием их на первичных картматериалах, используемых при составлении. В некоторых случаях встречаются участки с подробным отображением микротопонимии (до 6 названий на 1 кв. км.), отдельные же территории ограничиваются подписью населенного пункта или реки.
Сравнительный анализ исследуемых карт позволяет сказать, что отбор
элементов их содержания, принятые классификации, цензы и нормы генерализации, выбранные способы изображения, соотношение элементов содержания и
общий объем информации позволяют решать по ним задачи в соответствии с
назначением. Анализ литературных источников, ретроспективных и современных картматериалов, полевые обследования позволяют сказать, что классификации элементов содержания правильно были разработаны и использованы.
222
При наличии отдельных ошибок, принятые приемы и параметры генерализации, позволили авторам сохранить типичные особенности картографируемой
территории и отобразить взаимную согласованность элементов содержания.
Оценивая оформление анализируемых карт, в первую очередь необходимо сказать, что поскольку они составлены несколькими исполнителями, картографическое изображение отдельных листов заметно различается по индивидуальной манере вычерчивания графознаков. Во многих случаях встречается несоблюдение размеров условных знаков и шрифтов. Простота знаков обеспечивает их легкое построение и вычерчивание. Отображение гидрографии зеленым
цветом делает картографическое изображение многоплановым. Правильный
показ классификации дорожной сети с помощью логических связей графознаков облегчает читаемость дорог и обеспечивает наглядность взаимосвязи дорожной сети с другими элементами содержания.
Необходимо упомянуть о сложности определения плана содержания некоторых объектов растительного покрова при их выражении сочетанием условных знаков. Очевидно, что перед показом смешанных ареалов были выделены в
содержании логические смысловые группы, но закрепленные за ними сочетания
графознаков не объяснены в легенде. Ошибки при построении легенды привели
к нарушению принципа однозначности. Пояснительные условные знаки
аналогичны современным, просты по методике построения и вычерчивания,
имеют несложный рисунок, экономичны и удобочитаемы. Выражение знака
болот зеленым цветом значительно облегчает чтение растительного покрова и
грунтов. Знаки пригодны для компьютерного воспроизведения.
Следует отметить заполнение контуров большим количеством условных
знаков, что увеличивает графическую нагрузку карты, не обеспечивая никакого
положительного эффекта. Анализируя технологию штрихового оформления,
необходимо указать на ее определенную нерациональность. В первую очередь
была вычерчена гидрография, затем населенные пункты, растительный покров
и грунты, дорожная сеть и, в последнюю очередь названия объектов. Такой порядок вычерчивания обусловил частое пересечение условных знаков дорожной
223
сети и растительного покрова. К тому же, во многих случаях встречаются трудночитаемые подписи, вычерченные на условных знаках. Применение штриховок и заливок
для отображения населенных пунктов делает их наиболее
наглядными. Благодаря двухцветному отображению элементов содержания, почти все листы имеют приемлемую графическую нагрузку. Исключение составляют участки скопления населенных пунктов и топонимов, где нагрузка составляет до 40% поля карты. Элементарная легенда дана на некоторых листах в виде столбца условных знаков и пояснений к ним, без раскрытия содержания отдельных объектов растительного покрова и грунтов.
Таким образом, анализируемые ретроспективные карты представляют собой регламентированные и унифицированные исторические документы, обладающие необходимой геометрической точностью пространственной основы,
полнотой содержания, достоверностью и широкими временным диапазоном.
Они являются метрической базой долгосрочного мониторинга хозяйственного
освоения территории и могут быть использованы в качестве ретроспективного
источника кадастровой информации и справочного материала. По этой причине
они являются информационной базой для современного картографического мониторинга регионального природопользования и динамики долговременных
физико-географических и социально-экономических процессов.
6.3 Автоматизация ретроспективных картографических
материалов
К настоящему времени во всех сферах человеческой деятельности накоплены значительные массивы аналоговых документов, описывающие отдельные
предметные области географической реальности и являющиеся источниками
для создания геоинформационных ресурсов картографического мониторинга.
Оцениваемые ретроспективные карты регистрируют пространственную и атрибутивную информацию (физико-географическую, экономическую, социальную)
о природопользовании центральной части бассейна озера Байкал на начало XX
224
в. Разработка методики автоматизации этих карт является актуальной задачей,
поскольку обеспечит их централизованное хранение и использование в программной среде в качестве унифицированных и легитимных документов долговременного мониторинга регионального природопользования.
Для определения точности анализируемых карт были использованы «Каталог геодезических координат» издания 1984 г. И листы топокарты масштаба
1:100 000, составленной Генеральным штабом в 1995 г. по материалам съемки
1992 г. Два произвольно выбранных листа оцениваемых карт были оцифрованы
и конвертированы в картографическую проекцию Меркатора. Аналогичные
операции были выполнены с двумя листами современных топокарт. Затем на
цифровых основах были выбраны по десять твердых точек для оценки точности планового положения контуров и высотных отметок, для оценки точности
измерения площадей, для определения ошибок в положениях горизонталей по
высоте и ошибок в заложениях горизонталей. Все высотные отметки использовались для оценки точности высотного положения точек. Затем разновременные цифровые основы совмещались с помощью программы ArcGIS и производилось компьютерное определение величин оцениваемых параметров. При подготовке растровых покрытий для векторизации не учитывалась деформация носителя и ошибка сканирования. Векторизация покрытий осуществлялась одним
оператором при шаге векторизации 100 - 500 (м). С помощью оверлейных операций было произведено совмещение разновременных слоёв и выполнена оценка величин их планового несоответствия.
Оценка точности основывалась на регистрации изменения плановых координат положения твёрдых (однозначно установленных на разновременных
топоосновах) точек земной поверхности. Результаты оценки позволили выявить
среднеквадратические ошибки положения на местности для: тригонометрических пунктов – до 100 м; речной сети – до 200 м; дорожной сети – до 300 м;
населённых пунктов – до 200 м; контуров – до 400 м; высотных отметок – до
500 м. Необходимо отметить, что величина ошибки возрастает по мере удаления объекта от главной реки или дороги, по которым проходил съемочный ход.
225
Также была выполнена оценка измерения площадей и выявлены ошибки в положениях горизонталей по высоте и в заложениях между ними. Таким образом,
анализ точности позволил выявить относительно низкую и различную точность
математической основы ретроспективных топографических карт.
Минимизации искажений ретроспективной топоосновы позволит использовать эти карты как метрические документы при оценке хозяйственного преобразования природных ландшафтов. Для минимизации геометрических искажений ретроспективных карт была разработана методика геометрической коррекции, представляющая собой совокупность последовательных технологических операций исправления ретроспективных векторных слоёв на основе ряда
геометрических преобразований сети регистрационных точек. Регистрационные
точки представляют собой картографируемые точечные объекты, либо пересечения линейных объектов, однозначно установленные на современной и ретроспективной топоосновах.
Привязка листов карт осуществляется на основании параметров установленной картографической проекции по углам рамок съёмочной трапеции, являющихся пересечениями меридианов и параллелей. Для каждого листа формируется массив регистрационных точек, в качестве которых поочерёдно были использованы геодезические пункты, отметки высот, центры населенных пунктов,
устья рек, пересечения дорог, культовые объекты. В результате аффинного преобразования вариантов сети регистрационных точек выполняется координатная
трансформация ретроспективных векторных слоёв.
Было установлено, что наименьшую ошибку планового положения объектов даёт преобразование по устьям рек. На листах с хорошо развитой речной
сетью среднеквадратическая ошибка планового положения объектов уменьшалась до 20 м, а вблизи регистрационных точек было полное совмещение. На листах с бедной речной сетью вблизи регистрационных точек ошибка увеличивалась до 50 м, а на отдаленных участках она составляла 100 м. На обжитых территориях, с развитой дорожной сетью, в качестве регистрационных точек, целесообразно
использовать
пересечения
226
дорог.
В
этом
случае
средне-
квадратическая ошибка планового положения объектов снижается до 20 м. Для
необжитых территорий с преобладанием низкогорного рельефа, в качестве регистрационных точек, целесообразно использовать отметки высот, но в этом
случае ошибку удается снизить лишь до 100 м.
Для последующей коррекции на ретроспективной топооснове вновь указываются координаты регистрационных точек и выполняется координатная
трансформация посредством алгоритма «резиновый лист». В этом случае исправление геометрических искажений выполняется вручную векторами смещения. Чем больше регистрационных точек, тем выше точность первичной коррекции. Зная характер ошибок исследуемых карт, на разных листах целесообразно выбирать различные варианты расположения регистрационных точек.
Например: располагать точки равномерно по листу либо неравномерно, выбирать точки, относящиеся к разным объектам и т.п. Таким образом, в результате
геометрической коррекции векторных слоев, были минимизированы пространственно-геометрические искажения исследуемых карт (таблица 10).
Таблица 10 – Методика автоматизации ретроспективных карт в среде Arc GIS
Процедуры авто-
Операции автоматизации
матизации
Редакционно-
- оценка картографических материалов,
подготовитель-
- разработка редакционных указаний.
ные работы
Формализация
- сканирование листов,
листов ретроспек- - создание растровых покрытий по параметрам исходной
тивных карт
картографической проекции,
- векторизация элементов содержания (EasyTrace).
Создание ретро-
- экспорт векторных слоёв в среду ArcGIS,
спективных объ-
- склейка объектных слоёв,
ектных слоёв
- редактирование слоёв,
227
- создание топологии.
Геометрическая
- проецирование современной топоосновы по параметрам
коррекция ретро-
исходной картографической проекции (создание эталонных
спективных объ-
слоев),
ектных слоев
- создание сети регистрационных точек,
- координатная трансформация ретроспективных слоев по
сети регистрационных точек,
- оценка точности преобразования,
- редактирование слоёв с помощью алгоритма «резиновый
лист»,
- обновление топологии ретроспективных слоёв.
Наполнение таб-
- разработка системы классификации и
лиц атрибутов ре- кодирования объектов природопользования,
троспективных
- ввод атрибутивных данных по слоям.
слоев
Структура базы данных созданных ресурсов разработана на основе элементов содержания современных топографических карт и представляет совокупность тематических слоёв описания географической реальности: - математическая основа; - гидрография; - населённые пункты; - дорожная сеть; - растительность; - грунты; - промышленные объекты; - сельскохозяйственные объекты; социальные объекты; - рельеф; - границы.
Атрибутивные таблицы создаются автоматически при экспорте каждого
ретроспективного слоя в среду Arc GIS. Наполнение таблиц вручную осуществляет оператор ГИС. Например, слой «промышленные объекты» представляет
собой совокупность векторных точек, где каждому объекту, при проецировании
в картографическую проекцию, присваиваются однозначные геодезические координаты, а атрибутивная информация переносится с карты (кирпичный завод,
мельница и т.п.). Слой «сельскохозяйственные объекты» представляет собой
совокупность векторных полигонов, где помимо координат границ объектов,
автоматически определяются их метрические параметры, а атрибутивная ин228
формация характеризует тип объекта и особенности его использования (пашня,
сенокос и т.п.).
Для совместного использования ретроспективных и современных объектных слоёв, на основе классификатора Роскартографии для цифровых топографических карт, разработана система классификации и кодирования разновременных геоданных. Она представляет собой унифицированную легенду ретроспективных и современных топографических объектов, определяет однозначное
соответствие каждого объекта и его атрибута и описывает семантическую сторону ресурсов. Главной функциональной задачей этой системы является однозначная идентификация каждого моделируемого объекта для эффективного поиска в информационном массиве.
В результате формализации ретроспективных карт в среде Arc GIS можно
говорить о создании информационных ресурсов, представляющих собой массив
векторных слоёв (shp - файлы) и однозначно соответствующих таблиц атрибутов (dbf – таблицы). Ресурсы представлены в цифровой форме при соблюдении общих правил описания, хранения и манипулирования данными. Таким
образом, созданные ресурсы являются геоинформационными, поскольку характеризуют пространственные и содержательные характеристики описываемых
объектов земной поверхности, формализованы в среде Arc GIS и являются основой для создания электронных карт. Информационная структура базы данных
ресурсов разработана на основе элементов содержания топографических карт.
Созданные геоинформационные ресурсы имеют математическую основу (картографическая проекция, масштаб, эллипсоид), аналогичную параметрам современных векторных слоёв ГИС, имеют ту же систему классификации и кодирования и могут быть использованы при реализации всех аналитических операций Arc GIS.
6.4 Банк ретроспективных картографически х данных
для мониторинга геосистем бассейна оз. Байкал
229
В результате постоянной динамики природопользования, при значительном объеме обновляемых геоданных, при многообразии карт и пространственных слоев требуется их сбор и систематизации в едином хранилище для централизованного многопользовательского применения. Таким образом, возникает необходимость организации банка картографических данных как комплекса
технических, программных и информационных средств использования цифровых и аналоговых картографических данных. В общем случае под банком данных понимается автоматизированная информационная система централизованного хранения, обработки и коллективного использования данных. Банк должен
обеспечивать долговременное хранение, архивирование и централизованное ведение базовых пространственных основ, иметь удобный пользовательский интерфейс. Такое технологическое решение представляет пользователям широкие
возможности для удаленного применения картографических данных и оперативного получения необходимой пространственной информации при принятии
управленческих решений. В состав картографического банка данных, как правило, входят: картографические базы данных по одной или нескольким предметным областям; система управления базами данных; библиотеки запросов и
прикладных программ.
В результате систематизации ретроспективных материалов были сформированы два информационных массива, представляющих совокупность взаимосвязанных картографических данных по определенной предметной области с
единой системой классификации и кодирования отображаемых геообъектов.
Для каждого массива данных разработана своя информационная структура и
определены особенности автоматизации и геометрической коррекции. Установлено, что при низкой геометрической точности топоосновы, исследуемые карты
являются высоко информативными документами и подробно отображают физико-географическое состояние и систему природопользования территории в
начале XX в.
Карты созданные в 1896-1912 гг. фиксируют физико-географическое состояние территории в момент строительства и ввода Транссиба и являются ос230
новным материалом при исследованиях воздействия магистрали на географическую среду региона. Также эти карты отображают предреволюционное природопользование региона, а именно существование двух отдельных систем природопользования: полукочевой скотоводческой и земледельческой. Эти карты
позволят создавать карты-реконструкции системы адаптивного природопользования, до прихода русских поселенцев.
Ценность карт съемки 1934 г. заключается в том, что они отображают последний временной срез самостоятельного существования скотоводческой системы природопользования, до административного принуждения к оседлости.
Именно вторая половина 30-ых годов характеризуются возникновением постоянных бурятских населенных пунктов и строительством промышленных предприятий в регионе.
На основании выполненного анализа оцениваемых карт можно говорить о
возможности их совместного использования в географических исследованиях с
современными топографическими картами. Пространственная информация
представлена точечными, линейными и площадными объектами природопользования, содержательная - качественными и количественными их характеристиками. Сбор и анализ этих карт позволяет говорить о создании значительного
объема пространственной и содержательной информации об объектах природопользования по двум временным срезам, исторически важных в эволюции региона.
В результате автоматизации ретроспективных карт создан Банкретроспективных картографических данных (БРКД) (рисунок 47). Целью организации БРКД является формализация, архивирование и обеспечение доступа пользователей к разновременной пространственно-координируемой информации
для мониторинга динамики и оптимизации использования ГС региона.
231
Рисунок 47 – Банк ретроспективных картографических данных
Назначение БРКД заключается в:
- систематизации цифровых картографических данных;
- интеграции с источниками отраслевых карт;
- предоставлении доступа к картографическим материалам;
- предоставлении средств управления данными.
Информационную основу БРКД для мониторинга природопользования
составляют выше описанные базы ретроспективных картографических данных
и база топографических карт ГУГиК и Генерального штаба СССР издания 1950
–1990-х гг., покрывающих территорию Байкальского региона и Монголии (рисунок 48).
Банк является человеко-машинной системой и включает персонал и технические устройства, производящие необходимую обработку, пересылку пространственно-координируемых данных внутри системы и тиражирование выходной геоинформации для выдачи пользователю. Технология информационного процесса Банка базируется на операциях программной среды пакета Arc GIS.
232
Рисунок 48 – Покрытие листов БРКД
Автоматизированная картографическая система состоит из четырёх подсистем. Подсистема формализации геоданных предназначена для сбора картографической информации, контроля её полноты, обработки и оценки качества
информации, а также для каталогизации информационных ресурсов. Подсистема хранения и обмена выполняет бессрочное структурированное хранение картографических данных, обеспечивает информационный обмен между подразделениями института, а также позволяет эффективный поиск необходимой информации и предоставляет её пользователям в удобной для анализа форме.
Подсистема унифицированного доступа обеспечивает регламентированный доступ к картографическим данным при помощи запросов, в соответствии
с правами на основе системы классификации и кодирования объектов природопользования. Эта система разработана на основе классификатора Роскартографии для цифровых топографических карт. Сущность кодирования пространственной информации заключается в присвоении каждому географическому
объекту уникального условного обозначения. Система кодирования разработана
в соответствии с принципами иерархической классификации и отражает семантическую сторону хранимых пространственных объектов. Она предназначена
для систематизированного и компактного представления информации о географических объектах с целью ее дальнейшего описания на формализованном языке. Главной функциональной задачей этой системы является однозначная идентификация каждого моделируемого объекта и его атрибута, обеспечивающая
233
возможность эффективного поиска необходимых данных в информационном
массиве. В зависимости от архитектуры ГИС пользователя доступ к ретроспективным картографическим материалам может обеспечиваться средствами Вебклиента или настольного клиента БРКД, различающихся по способу обработки
пользовательских запросов. Так при использовании Веб-клиента все операции
выполняются на сервере БРКД, а в случае использования персональной ГИС,
данные обрабатываются на машине пользователя.
Подсистема вывода геоинформации позволяет создавать тематические
карты специального назначения и необходимого масштаба, диаграммы и таблицы атрибутов, а также выполнять построение территориальных моделей различной иерархии, производить первичную обработку данных дистанционного
зондирования, выполнять пространственный анализ в рамках алгоритмов программной среды Arc GIS, осуществлять подготовку картографических отчётов и
презентаций.
Сбор новых данных осуществляется посредством сканирования поступающих картматериалов, оценки их пригодности в качестве документа мониторинга и создания метаданных. В случае высокого значения материала осуществляется его векторизация. Процесс векторизации представляет собой замену совокупностей растровых точек на векторные примитивы, являющиеся их
геометрическими аналогами.
Важной составляющей Банка данных является наличие возможностей по
приему и преобразованию входных форматов файлов и экспорту выходных
форматов СУБД ArcGIS. Управление данными БРКД заключается в регистрации поступающих материалов, редактировании атрибутивных таблиц и картографических слоев и метаданных, в персонификации содержания и настроек.
Поиск материалов осуществляется на основании системы запросов с возможностью реализации различных критериев. Набор условий поиска можно сохранить
для последующего использования. Пользователь может самостоятельно составлять необходимые ему карты, которые сохраняются в персональном списке
пользователя и доступны по требованию. Печать итоговых документов осу234
ществляется через подсистему вывода ГИ средствами малотиражной полиграфии.
Основой созданного Банка являются принципы единства картографируемых объектов и их характеристик на используемых картах, единая картографическая проекция, сходство принятых классификаций, преемственность методов
составления и принципов генерализации. Материалы Банка являются точными
и надежными документами для геоинформационной оценки динамики ГС и
развития природопользования региона и могут использоваться, в качестве основных, во многих географических исследованиях. В частности, при детальном
изучении отдельных процессов природопользования, почвенных, геоботанических, геоморфологических и других исследованиях. Также это могут быть топонимические, ландшафтно-лексикологические, социальные исследования.
6.5 Телекоммуникационный атлас ретроспективных карт
приграничного Прибайкалья и З абайкалья
Создание геоинформационных ресурсов на основе топографических карт
и организация доступа к их хранилищам обеспечивают развитие научных основ
телекоммуникационного картографирования и формирование региональной
инфраструктуры пространственных данных. Для решения этой задачи в Байкальском институте природопользования СО РАН разработана методика создания телекоммуникационных ресурсов в среде Arc GIS на основе ретроспективных топографических карт. В результате организации удаленного доступа к
этим ресурсам создан Телекоммуникационный атлас ретроспективных топографических карт трансграничного Прибайкалья и Забайкалья (рисунок 49).
235
Рисунок 49 – Интерфейс атласа
Атлас представляет собой целостное электронное картографическое произведение, организованное в среде Веб-сервиса, в виде совокупности листов
единой топографической карты и массива метаданных. Структура базы данных
ресурсов дублирует содержание современных топографических карт и представляет собой набор векторных слоев и таблиц атрибутов. Ресурсы имеют математическую основу, аналогичную параметрам современных топокарт, а также
единую систему классификации и кодирования, позволяющую их использование при реализации всех аналитических операций среды Arc GIS.
Структура атласа включает: листы топографической карты (98 шт.); метаданные о картах; методики автоматизации и геометрической коррекции карт в
среде Arc GIS; список географических названий (рисунок 50).
236
Рисунок 50 – Информационная структура атласа
Основным ресурсом атласа являются листы карты масштаба 1 : 84 000,
созданные Корпусом военных топографов в период строительства Транссибирской магистрали. Каждый лист локализован на едином покрытии атласа и закреплён на основании уникального номера. Например, в номере листа 36-M-4833, цифра 36 обозначает порядковый номер листа в покрытии, а запись M-48-33
представляет собой номенклатуру листа в системе государственной номенклатурной классификации листов топографической карты масштаба 1 : 100 000.
Метаданные ресурсов содержат сведения о происхождении, математической основе, полноте содержания и достоверности карт. Методика геометрической коррекции представляет собой совокупность последовательных операций
исправления векторных слоёв на основе ряда преобразований сети регистрационных точек. Список географических названий включает около 4000 топонимов. Каждый топоним локализован в центре описываемого объекта. При значительных размерах объекта топоним указан один раз на листе. Все названия сведены в один векторный слой и зафиксированы порядковым номером и номенклатурой листа (рисунок 51).
237
Рисунок 51 – Список географических названий
Векторные геоданные представляют совокупность цифровых слоёв и таблиц атрибутов картографируемых объектов на территорию Селенгинского
среднегорья. В частности в слое «населённые пункты» каждый объект характеризуется численностью жителей в начале XX и XXI веков, а также динамикой
населения за этот период. В качестве примеров использования ресурсов Атласа
представлены практические разработки по картографированию динамики географической среды и мониторингу регионального природопользования.
Атлас реализован в системе управления сайтом Bitrix 5.0 с доступом по
стандартному протоколу HTTP, с регистрацией домена (www.baikalgis.ru) и
представляет сетевой узел одношлюзового доступа к интернет-ресурсам и сервису, публикующему надёжную ретроспективную информацию по заявленной
тематике и работающему на основе единой базы данных и единых стандартов
обмена информацией. Атлас является телекоммуникационно-информационной
системой, позволяющей интерактивную работу пользователей с геоинформационными ресурсами, проблемно ориентированными на комплексную оценку,
мониторинг и изучение территории бассейна озера Байкал - Участка всемирного природного наследия.
238
По пространственному охвату атлас является региональным узлом ИПД,
поскольку покрывает значительную территорию Байкальского региона. По содержанию атлас является комплексным, поскольку содержит карты взаимосвязанных явлений и фиксирует разнородные параметры отображаемой территории (природные и социально-экономические характеристики). По назначению,
создаваемый ресурс является атласом широкого использования и может быть
использован как для справочных целей, поскольку позволяет получить общее и
достаточно полное представление о состоянии территории на рубеже XIX-XX
веков, а так и может служить метрическим инструментом при научном исследовании современной динамики географической среды и мониторинге регионального природопользования.
Материалы Атласа фиксируют состояние земной поверхности в период
строительства Транссибирской железной дороги и являются основным пространственным источником при исследованиях воздействия магистрали на географическую среду региона. Также они отображают предреволюционное природопользование территории и позволяют создавать карты-реконструкции системы адаптивного природопользования.
Телекоммуникационные ресурсы на основе ретроспективных карт могут
быть использованы в различных областях человеческой деятельности. В первую
очередь, они являются метрической базой мониторинга природопользования
территории, поскольку представляют результат первой, наиболее точной, геодезической съёмки отображаемой части России. Большой объём содержательной
информации этих карт позволяет их использование при исследовании различных долговременных природных (опустынивание, заболачивание и др.) и социально-экономических процессов (миграция населения и др.). Кроме того, создание геоинформационных ресурсов будет способствовать интеграции усилий и
обмену опытом всех научных коллективов СО РАН, использующих в своих исследованиях ретроспективные карты.
239
7 КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
ГЕОСИСТЕМ БАССЕЙНА ОЗ. БАЙКАЛ
7.1 Инвентаризация природопользования бассейна оз. Байкал
Организация мониторинга природопользования бассейна оз. Байкал обусловлена территориальными и исторически сложившимися особенностями его
географического положения. Уникальность озера Байкал способствовала признанию его Участком мирового природного наследия лишь в 1996 г., хотя предложения и научно-практические рекомендации по организации режима особого
природопользования на территории бассейна озера звучали с 80-х годов прошлого века [43]. В середине 90-х годов прошлого века были сформулированы
основные принципы устойчивого развития региона [136], а особый статус озера
способствовал формированию на территории его бассейна политики экологиче-
240
ского планирования и разработке экологического зонирования Байкальской
природной территории [3].
Анализ научно-исследовательских и прикладных разработок позволяет
выделить два основных пространственно-временных уровня геоинформационной оценки и исследования бассейна: внешняя эволюция территории в совокупности одноранговых геосистем и внутренняя динамика геосистемы бассейна.
Первый уровень характеризуется планетарным и континентальным масштабами
географической оболочки Земли (воздушный перенос, эмиссия углерода, геологическое строение, сейсмика) и представляет концепции и гипотезы общего
пространственного развития территории. Второй уровень характеризуется региональными и локальными особенностями территории, легитимность его результатов в первую очередь определяется геометрической точностью используемых топографических основ, космических снимков, полевых координатных
данных.
Наличие межгосударственной границы и специфика территориальноадминистративного деления бассейна озера исторически препятствовали организации крупномасштабных региональных исследований и оценке территории
как единой ГС (рисунок 52). Это было вызвано режимом секретности использования картографических и аэрокосмических материалов, слабой изученностью
труднодоступных участков, высокой стоимостью полевых работ. Между тем
чрезвычайная важность возникающих трансграничных проблем природопользования обусловлена различием хозяйственного использования бассейна реки
Селенга - главного притока озера Байкал. В зоне влияния трансграничного загрязнения находится нижняя часть бассейна Селенги, входящая в буферную
экологическую зону Байкальской природной территории, при этом Республика
Монголия не определяет особых природоохранных требований к организации
природопользования на её территории.
241
Рисунок 52 – Водосборный бассейн оз. Байкал
Современные общественно-исторические условия, в некоторой степени,
снимают эти ограничения и способствуют интеграции усилий мирового научного сообщества по изучению бассейна озера Байкал как единого природного и
социально-экономического территориального комплекса. Этот процесс сопровождается активным внедрением во все сферы территориальной деятельности
электронного картографирования, характеризующегося оперативностью и
надёжностью итоговых результатов [13], использованием в географических исследованиях ДДЗ [107, 78], а также становлением регионального экологического [101] и атласного картографирования [12].
В географическом плане бассейн оз. Байкал занимает южный выступ Сибирской платформы, окруженный с юга и юго-востока горной территорией.
Приангарская и Приленская части Прибайкалья представляют собой участки
лесостепей, ограниченные горно-таежными массивами. Восточный Саян замыкает регион с юго-запада. Территория Забайкалья делится на Западное, Цен242
тральное и Восточное и состоит из ареалов степей и горных хребтов с таежной
растительностью, которые на юго-востке соединяются со степями Центральной
Азии.
Археологические памятники свидетельствуют, что первые люди появились на исследуемой территории свыше 80 тыс. лет назад. Первым государственным образованием в III-I вв. до н. э. было племенное объединение гуннов.
После распада их государства, сменяя друг друга, здесь жили племена сяньби,
курыкан, уйгуров, киданей, жужаней и меркитов. Письменные упоминания о
первых группах монголоязычных племен в этом регионе относятся к X в. В XI
в., когда была образована Великая Монгольская империя, многие из этих племен присоединились к военным походам Чингис-Хана. Ко времени прихода
русских в Сибирь, в Прибайкалье и Забайкалье проживали четыре основные
племенные группы: булагаты, эхириты, хонгодоры и хоринцы [73]. Основными
формами природопользования до XVII в. на территории бассейна были кочевое
скотоводство, охота и рыболовство.
Пограничное положение Байкальского региона между тайгой и степью способствовало тому, что, начиная с глубокой древности, возникновение и развитие природопользования проходило здесь при взаимодействии народов обширного ареала, включающего Центральную Азию, Восточную и Западную Сибирь.
Однородные степь и тайга со своими уникальными природными условиями
формировали специализированные типы природопользования, в тоже время
условия лесостепи со смешанным характером ландшафта определили диверсифицированный характер природопользования. Так, в Байкальском регионе у
скотоводов значительное место в хозяйстве занимала охота, существовало земледелие, рыболовство и даже промысел нерпы [100].
Контактная зона создавала все условия для развития как хозяйственного
разнообразия внутри одной культуры, так и хозяйственно-культурного внутри
Байкальского региона в целом, способствуя сосуществованию различных территориальных структур жизнеобеспечения. Разнообразие хозяйственной деятельности позволяло каждому народу иметь свою экологическую нишу, что
243
способствовало развитию высокой степени терпимости живущих здесь этносов.
Именно из лесостепей Северной Монголии вышли на арену истории монголы,
которые создали гигантскую империю, вобравшую в себя значительную часть
Старого Света [72]. Для кочевых культур степных скотоводов и, в частности,
монголов лесостепь Забайкалья и Прибайкалья была северной границей кормящего ландшафта, не являющейся жизненно важной территорией. Тем не менее,
лесостепной регион, благодаря своей географической специфике, обладал определенной привлекательностью и использовался в качестве даннических набегов.
Для Московской Руси лесостепной пояс Сибири явился той природной
базой, которая позволила ей прочно утвердиться на огромном пространстве Северной Азии и приступить к созданию многонациональной державы. Лесостепной ландшафт был знакомой географической средой, опыт освоения которой
русские уже получили в южных районах европейской части своего государства.
В лесостепной полосе, с почвами и климатом, пригодными для земледелия,
Россия смогла развить свой тип хозяйства (земледелие, животноводство), сосредоточить большую часть населения и заложить прочную основу русской
культуры и государственности. Географическое положение Байкальского бассейна как самой восточной части этой лесостепной территории и, в то же время,
находящегося в середине новых сибирских земель государства с уникальным
озером Байкал и мощными водными артериями, делало этот регион особенно
важным в стратегическом отношении.
В момент появления русских, кроме кочевых и полукочевых народов Байкальский регион населяли эвенки. Западные тунгусы занимали горно-таежные
районы Прибайкалья и южное побережье Байкала. Восточные тунгусы - были
расселены по многочисленным горным хребтам Забайкалья и северовосточного побережья Байкала, покрытых таежной растительностью [61]. Специфика этих этносов прежде всего была обусловлена особенностями таежного
ландшафта и выработанного на его основе экологичного природопользования
таежных охотников-оленеводов и пеших охотников. Таким образом, в Байкаль244
ском регионе территории, кочевого скотоводства перемежались с землями
охотников и рыболовов.
В XVII в. этот район, включая и земли, прилегающие к оз. Хубсугул, населяли несколько небольших народов, возникших на основе взаимодействия
древних самодийских и средневековых тюркских этносов – кайсоты и югдинцы
были охотниками-оленеводами, сойоты – скотоводами. Иркиты - охотники и
оленеводы, занимали горно-таежную зону района, хаасуты, в хозяйстве которых наряду с охотой и оленеводством заметную роль играло и скотоводство,
населяли остепненные долины рек и земли, прилегающие к оз. Хубсугул с запада. Сойоты, в хозяйстве которых доминировало скотоводство (при сохранении
важной роли охоты), населяли как остепненные районы с востока от оз. Хубсугул и долину р. Иркут [61].
Инвентаризация современного состояния природопользования бассейна
оз. Байкал позволяет сделать вывод, что полностью сельскохозяйственно освоенными являются межгорные селенгинские котловины. Здесь сосредоточены
почти все населённые пункты, основные земельные угодья и развита дорожная
сеть (рисунок 53). Наиболее освоенной частью является международный бассейн р. Селенга, расположенный в центре евроазиатского материка, в зоне мирового водораздела. В ландшафтном отношении бассейн р. Селенга находится в
области контакта таежной и степной природных зон, что предопределяет высокий уровень биологического разнообразия и повышенную чувствительность к
антропогенным воздействиям. Здесь расположены наиболее крупные предприятия топливно-энергетической, легкой и пищевой промышленности и уникальные месторождения минерального сырья. В этих условиях инвентаризация и
мониторинг процессов природопользования этой территории имеют важное
международное значение (рисунок 54).
245
246
Рисунок 53 – Современное использование ГС бассейна оз. Байкал
247
Рисунок 54 – Современное природопользование бассейна р. Селенга
7.2 Ретроспективный картографический мониторинг
природопользования Селенгинского средн егорья
7.2.1 Реконструкция природопользования Селенгинского
среднегорья (около 1600 г.)
Исследуемая территория характеризуется среднерасчленённым рельефом
с преобладающими высотами 600 – 1000 м над уровнем моря. Главной особенностью этого участка бассейна оз. Байкал является наличие Приселенгинских
котловин, объединённых в линейные комплексы и разделённых горными
хребтами [13]. Около 60% общей площади занимают склоновые ландшафты.
Доминирующими являются каштановые почвы, покрывающие значительные
площади в межгорных котловинах и имеющие наиболее легкий механический
состав. Свыше 80 % их площади представлены легкими суглинками и супесями,
которые в значительной степени подвержены пыльным бурям в условиях семиаридного климата.
Историко-географический анализ освоения этой территории выполнен
А.В. Мельником [90], где автор разработал классификацию антропогенных
ландшафтов Западного Забайкалья и выделил: промышленно-селитебные, сельскохозяйственные, лесохозяйственные, воднохозяйственные, рекреационные
классы антропогенных ландшафтов.
Организация пастбищного животноводства в кочевых обществах региона,
определялась особенностями их культуры, связанными с адаптацией хозяйства
к природной среде. Результатом этого многовекового процесса явилась система
природопользования, основанная на эксплуатации рассредоточенных по территории и во времени ресурсов [51]. Таким образом, до прихода русских поселенцев, эта историческая территория расселения кочевников монголов и бурят ха248
рактеризовалась дисперсным расселением по различным ландшафтам. Анализ
карты-реконструкции природопользования территории (рисунок 55) позволяет
сказать, что структура земельных угодий в то время во многом определялась
преобладающим типом почвы.
Наиболее ценными являлись земли, расположенные в основном на каштановых, черноземных и серых лесных почвах. Такие ареалы, как правило, локализовались в типичных степных и лесостепных котловинных урочищах, к которым относятся пологосклоновые и супесчано-песчаные степные, равнинные
лугово-степные и аллювиальные ландшафты.
Для исследуемой территории была характерна высокая насыщенность
естественными кормовыми угодьями – сенокосами и пастбищами. Сенокосы
размещались на аллювиальных и луговых заболоченных почвах. Пастбища были представлены остепнёнными пространствами и значительные их площади
размещались на черноземных, каштановых и аллювиальных почвах.
249
Рисунок 55 – Карта-реконструкция природопользования территории
Селенгинского среднегорья (около 1600 г.)
Наиболее качественные сенокосы и пастбища размещались в межгорных
котловинах
на
склоновых
землях.
Главной
формой
кочевого
при-
родопользования являлся способ циклического перемещения по занимаемой
территории согласно выявленным адаптивным пространственно-временным
инвариантам.
При циклическом типе передвижения кочевник имеет основное, главное
стойбище – зимник, к которому ежегодно возвращается, пройдя через весеннее,
летнее и осеннее пастбище. Именно такая форма хозяйствования определяла
основной рисунок расселения бурятского населения, состоящего из множества
мелких улусов (т.е. зимних стойбищ) и большого числа временных летников,
куда и относились места кочевок в летне-весеннее и осеннее время года. При
таком расселении сохранялась наименьшая нагрузка на пастбища, что способствовало быстрому их восстановлению. Общая характеристика территории:
дисперсное расселение по различным ландшафтам; развитое отгонное животноводство; основные социально-экономические функции ландшафтов - селитеб250
ные, сельскохозяйственные, транзитные; самая распространенная - циклическая форма кочёвок; мобильное фоновое природопользование.
7.2.2 Реконструкция природопользования Селенгинского среднегорья
(около 1900 г.)
С входом Забайкальских земель в общее число Российских изменился их
государственный статус. Вскоре сюда вслед за служилыми и промышленными
людьми начали направляться партии крестьян-земледельцев с наказом изыскивать удобные земли и «пахать государеву пашню». Такая политика государства
способствовала внедрению земледелия и определила начало транформации
природных ландшафтов. Первые пашни появились около Удинского острога в
конце XVII в., позже несколько рассредоточенных центров распашки появились
вверх по Селенге до г. Селенгинска. А уже в первой четверти XVIII в. эта территория становится одной из земледельческих баз Забайкалья [71].
Освоение природных ландшафтов начиналось с выбора места под пашню,
что в дальнейшем и определяло развитие селитьбы и дорожной сети. Выбранным пригодным землям делались описи и планы. В основном пашни выбирались на свободных землях, вблизи рек и ручьев. Переселенцы, селившиеся в лесостепной полосе, подыскивали поляны, чтобы уменьшить необходимость расчистки леса. Наиболее освоенными районами были долины Чикоя и Хилка. В
50-60-ые годы XVII столетия до Забайкалья докатилась волна переселенцев из
числа старообрядцев. Они образовали крупнейшую земледельческую базу Забайкалья – Мухоршибирскую, Куналейскую, Тарбагатайскую волости (рисунок
56).
По мере продвижения русских переселенцев по территории бассейна оз.
Байкал создавались постоянные населенные пункты вдоль крупных речных артерий, таких как Селенга с ее притоками, Чикой, Хилок, Джида. Появление русских ознаменовало формирование регулярной системы сухопутного и водного
транспорта, возникновение постоянных селитебных комплексов. В 1666 г по251
явилось Удинское зимовье (с 1690-город) и Селенгинский острог (с 1685город). Как правило, около острогов, под их защитой возникали заимки
острожных жителей, а затем и отдельные хутора. Эти хутора и заимки со временем образовывали одну слободу. В первой половине XVIII в. появляются заимки в бассейнах рек Чикой и Хилок. В середине XVIII в уже упоминаются
большие села Бичура, Верхний Жирим, Хонхолой, Никольское, Дунгуй, Жарниково, а также вотчины Троицко-Селенгинского монастыря – Куналейская,
Буйская, Хритоновская, Еланская. Основную хозяйственную деятельность русского населения составляло земледелие, скотоводство для них было побочным
хозяйствованием.
252
Рисунок 56 – Карта-реконструкция природопользования территории
Селенгинского среднегорья (около 1900 г.)
7.3 Мониторинг динамики природопользования
Селенгинского средн егорья в XX в.
7.3.1 Динамика селитебного природопользования
Изначально системы расселения русских формировались путем строительства крупных деревень по европейскому стилю с линейной поселковой формой
расселения, с центром, где, как правило, располагались церковь, а в последующем школы. Для каждого населённого пункта был характерен определённый
комплекс сельскохозяйственных угодий – прежде всего пахотных, и лишь отчасти сенокосных и пастбищных [97].
В начале 30-х годов на исследуемой территории число кочевых и полукочевых хозяйств составляло в Селенгинском аймаке 510 и 8130, в Кяхтинском –
3557, Закаменском – 670 и 1350 единиц. Была достаточно высокая плотность
253
улусов по территории аймаков, так как от 10 до 20 хозяйств на зимниках представляли улусы.
Кардинальные изменения в системах расселения произошли в период коллективизации единоличных хозяйств в разные формы – коммуны, сельхозартели, ТОЗы, ТОУСы и колхозы. Так, к 1930 г. удельный вес коммун составлял
74.9%, артелей – 18.6, ТОЗов и ТОУСов – 6.5%. В аймаках Южной Бурятии –
Селенгинском, Кяхтинском доля коммун составляла соответственно 84.6%
и 42.5%, сельхозартелей – 14.1% и 36.9%, ТОЗов и ТОУСов – 1.3% и 20.6%. Такие формы хозяйствования предусматривали необходимость осёдлости кочевых
и полукочевых хозяйств в условиях обобществления земли и скота. Политика
перевода хозяйств на оседлость вследствие коллективизации позволила уже к
1931 г. осуществить перевод 800 хозяйств в Селенгинском, 600 – в Закаменском
аймаках [71].
Для хозяйственных центров образовывающихся колхозов в некоторых случаях, строились новые населенные пункты, в основном эти центры размещались
в крупных, уже существующих улусах и деревнях, пригодных для постоянного
жительства значительной численности населения (рисунок 57).
Процессу оседания предшествовало всестороннее обследование намечаемой местности под будущие центры колхозов, при котором определяющее внимание уделялось: наличию источников воды; рельефу местности; отсутствию
различных эпизоотических заболеваний; площади территории для размещения
жилой и производственной зон; расстояниям до аймачного центра. На значительной части исследуемой территории сохранилась мелкоселенная сеть расселения, состоящая из центральных усадеб бывших малых колхозов, удаленных
от современных центров на расстояния до 30-40 км, жителей которых не успели
сселить во время проведения вышеуказанной компании.
Было установлено, что в начале века на исследуемой территории имелось
740 мелких улусов, 380 крупных (с площадью селитьбы около 400 кв. км), с
наибольшей концентрацией вокруг дацанов, и 124 русских населенных пункта.
Создание крупных бурятских пунктов привело к перестройке дорожной сети,
254
появлению главных и второстепенных путей. Наибольшее число главных дорог
появилось вместо изгородей, до этого отделявших угодья разных родов. Снизилась густота дорог, особенно на открытых участках, значительно сократилось
число пешеходных троп. Большое значение приобрели главные транзитные дороги, особенно через перевалы. Изменение рисунка расселения населения в этот
период обусловлено также строительством железнодорожной магистрали УланУдэ – Улан-Батор.
В дальнейшем основополагающим фактором в упорядочении сельского
расселения и формирования современного рисунка расселения исследуемой
территории стала политика укрупнения сельских населенных пунктов, проводимая повсеместно в стране с конца 50-х - начала 60-х годов с целью концентрации сельского населения для создания нормальных условий жизни, труда и
отдыха населения. Однако последствия проведения такой политики отразились
на усилении неравномерного развития разных категорий поселений.
255
Рисунок 57 – Динамика населённых пунктов на территории
Селенгинского среднегорья в XX в.
Поселения с большей людностью являются многофункциональными, в них
имеются возможности развития как производственного, так и непроизводственного назначения, выше уровень обеспечения социальными услугами, в первую
очередь школами и медицинскими учреждениями. В этот период и сразу после
исчезло еще 20 населенных пунктов, обострилась дифференциация поселений
по социально-экономическому предпочтению. Появились пункты с отрицательной (36) и с положительной динамикой численности населения (53) и площади
селитебной территории (рисунок 58).
256
Рисунок 58 – Динамика площади селитебной территории населенных
пунктов Селенгинского среднегорья в XX в.
7.3.2 Динамика аграрного природопользования
До присоединения Забайкалья к Российскому государству ландшафты исследуемой части бассейна подвергались внешнему воздействию главным образом при пастьбе скота, так как земледелие у коренного населения имело незначительное распространение, к тому же оно концентрировалось в пределах локальных увлажненных местностей. Распашка земель производилась в урочищах, для которых возможное проявление эрозионных процессов было нехарактерным. Доказательством этому служит сохраняющаяся в течение столетий пахотная форма землепользования в близи старинных сел.
Земледельческая колонизация развернулась с низовьев Селенги вверх по
Уде, Хилку и Чикою. Первое время переселенческий фонд составлял 33750 десятин земли, а в дальнейшем он вырос. Возрастание притока переселенцев объясняется вводом в действие в 30-40-х годах XVII в. Сибирского тракта. От
Верхнеудинска тракт делился на две ветви, идущие на восток и юг. Сибирский
тракт позволил переместить широтные экономические связи Сибири к югу, в
более ценные для сельского хозяйства лесостепные районы, способствовал их
скорейшему заселению и освоению.
Такое усиленное заселение края привело к созданию здесь развитого земледельческого хозяйства и одновременно внесло изменения в старые отрасли
местного хозяйства. В зависимости от природных и экономических условий, в
257
частности от плодородия почвы, близости к русским земледельческим селениям
и рынкам, развитие земледелия по отдельным бурятским аймакам происходило
неравномерно. Среди забайкальских бурят хлебопашеством занималась лишь
одна треть населения. «Всего в бурятских ведомствах Забайкалья было засеяно
в 1834 году 34164 десятины» [71]. Буряты возделывали в основном зерновые
культуры (ярицу, пшеницу), а также в незначительных размерах огородные
культуры (картофель, овощи).
Освоение целинных и залежных земель привело к большим сдвигам в
сельском хозяйстве и к сильному расширению посевных площадей. Анализ разновременных картографических источников показывает, что наибольшие площади были распаханы в период 1958-1972 гг. (рисунок 59).
258
Рисунок 59 – Динамика площадей пашни
на территории Селенгинского среднегорья в XX в.
Всего за 1954-1975 гг. на исследуемой территории было распахано 514 тыс.
гектаров новых земель, в том числе в 1954-1960 годах - 332 тыс. га или 65% целины [154]. В административных районах исследуемой территории было распахано: Джидинский район – 81 тыс. га, Мухоршибирский – 46 тыс. га, Селенгинский – 38 тыс. га, Кяхтинский – 34 тыс. га, Хоринский – 29 тыс. га, Бичурский –
28 тыс. га, Кижингинский – 28 тыс. га, Улан-Удэнский – 23 тыс. га, Заиграевский – 21 тыс. га. В результате освоения новых земель площадь пашни в обработке во всех категориях хозяйств увеличилась на 54%, но урожайность зерновых культур в южной части бассейна существенно не изменялась, и рост производства зерна достигался преимущественно за счет расширения посевных площадей. Если за 1956-1960 гг. в среднем в год было получено 311,8 тыс. т зерна с
посевной площади 366,8 тыс. га, то в 1971-1975 гг. среднегодовой валовой сбор
зерна с площади 542 тыс. га составил 510 тыс. т. Урожайность зерновых за эти
годы повысилась с 8,5 и до 9,4 ц/га.
259
В среднем на исследуемой территории минимальные размеры ареалов
пашни за 100 лет увеличились в 5 раз, средние размеры – в 3 раза, максимальные – в 4 раза. Общая площадь пашни увеличилась в 2 раза, а общее количество
ареалов сократилось в 1,5 раза, что говорит о значительной дробности пашни в
начале века и меньшей уязвимости природных ландшафтов.
7.4 Мониторинг экологических последствий
природопользования Селенгинского средн егорья
7.4.1 Оценка трансформации природных ландшафтов
Селенгинского среднегорья в XX в.
Большинство хозяйств, освоивших под зерновые и кормовые культуры целинные и залежные земли, достигло положительных результатов в росте производства
сельскохозяйственной
продукции.
При
этом,
были
распаханы
значительные площади природных ландшафтов. Интенсивной распашке
подверглись центрально-азиатские степные геосистемы, а по наибольшей
площади – горные западно-забайкальские даурского типа (рисунок 60).
260
Рисунок 60 – Диаграммы распаханности геосистем в XX в.
Сокращение площади пастбищных угодий в результате внедрения земледелия привело к интенсификации использования пастбищ и, как следствие, вызвало специфические изменения в растительном покрове ландшафтов исследуемой
территории [51]. Кроме того, земледельческое природопользование требовало
обширных пространственных ресурсов, что обусловило сведение лесного покрова на значительной территории Селенгинского среднегорья (рисунок 61).
С распашкой природных ландшафтов и сведением лесного покрова на исследуемой территории была изменена структура земельных угодий, значительно увеличилась площадь пашни, причем за счет распашки легких песчаных и
супесчаных почв. В основном были распаханы динамичные склоновые геосистемы – травяные с подлеском из рододендрона даурского остепнённые, террас
и шлейфов мелкодерновинно-злаковые, а также некоторые пологосклоновые и
долинные геомы (рисунок 62).
261
Рисунок 61 – Трансформация лесного покрова на территории
Селенгинского среднегорья в XX в.
262
Рисунок 62 – Динамика распаханности геосистем (ландшафтная основа по
карте «Ландшафты юга Восточной Сибири», ИГ СО РАН)
При этом не во всех урочищах была учтена природная сложность пространственного строения поверхности и засушливых дефляционно-опасных
условий степных понижений. Существовавшая здесь тонкая почвеннорастительная прослойка между толщами рыхлых отложений и динамичными
атмосферными процессами, регулировала потоки вещества и энергии в геосистемах и являлась стабилизатором целостности природной среды. Изменение
традиционных форм хозяйствования с переориентацией преимущественно на
растениеводство и земледелие, неверная оценка природных условий и сплошное распахивание песчаных эрозионно-неустойчивых почв равнинных и склоновых территорий межгорных понижений, в ряде местностей привели к появлению эрозионных процессов и ареалов антропогенных песков.
Геоинформационный анализ разновременных геоданных показывает, что
участки ветровой и водной эрозии на исследуемой территории появились почти
одновременно с подъемом целины, но активизация эрозионных процессов нача263
лась после 1980 г. [59]. Сейчас такие ареалы являются особенностью многих
распаханных и распахиваемых территорий, не защищенных от их проявления
естественными или искусственными способами. Ветровая эрозия преобладает в
засушливых местностях днищ межгорных котловин на рыхлых отложениях. На
большей части исследуемой территории на степных и сухостепных ландшафтах
участки проявления эрозионных процессов особенно характерны для пашни.
Существенное увеличение площадей дефлированных земель на исследуемой территории произошло в 80-90-х годах прошлого века. Значительно ареалы
дефлированных земель увеличились на сельскохозяйственных угодьях Мухоршибирского – более чем на 40 % и Бичурского районов – более чем на 30 %.
Сельскохозяйственная деятельность в названных районах в 80-х годах характеризовалась сильной интенсификацией, поэтому довольно быстрое расширение
площадей нарушенных сельскохозяйственных земель в них обусловлено антропогенными факторами (рисунок 63).
264
Рисунок 63 – Трансформация ландшафтов на территории
Селенгинского среднегорья в XX в.
Наряду с ветровой, до 25-35 % деструкционных процессов обусловлено
водной эрозией, которая развивается большей частью на горных участках лесостепных и частью степных ландшафтов, где выпадает значительное количество
атмосферных осадков. В таких местах почвенный покров, лишенный естественной защиты, под влиянием временных водотоков, часто ливневого характера,
интенсивно разрушается. Главным проявлением водной эрозии являются овраги. Лесостепи охвачены овражной эрозией в наименьшей степени, хотя количество осадков здесь относительно высоко. Это объясняется сохранившимися
участками леса, которые способствуют гашению гидродинамической энергии
водного потока. Наиболее интенсивно эрозионные процессы проявляются в лесостепных ландшафтах на пашнях, сформированных на лессовидных породах
легкого гранулометрического состава [131].
265
Совмещение разновременных цифровых слоев динамики пашни и современной эродированности сельскохозяйственных угодий позволило выявить и
пространственно зафиксировать ареалы концентрации участков деградации
земной поверхности (рисунок 64). Такие участки наблюдаются в хозяйствах,
близко расположенных к р. Селенга, а также на давно распахиваемой территории и в хозяйствах, имеющих значительные площади пашни.
Формирование участков деградации земной поверхности обусловлено совпадением пика ветрового режима с наиболее засушливым периодом (апрельмай-июнь), а также низкой степенью лесистости исследуемой территории.
Наиболее тесная связь между динамикой пашни и активизацией сопровождающих её эрозионных процессов проявляется в южных районах исследуемой территории, и особенно в Джидинском, ландшафты которого подверглись распашке только в XX в.
Возможности расширения площади сельскохозяйственных угодий в регионе практически исчерпаны, поэтому сохранение и увеличение продуктивности
земель возможно лишь путем оптимизации их использования, и в первую очередь,
путём такой организации аграрного природопользования, которая
предотвращала бы антропогенные и снижала природные предпосылки опустынивания. Для этого необходима разработка схемы агроландшафтного зонирования территории и составление общего плана землепользования, предусматривающего строгое соблюдение принципов дифференцированного подхода к использованию пашни в связи с разной степенью тепло- и влагообеспеченности,
подверженности ветровой и водной эрозии; максимальную биологизацию земледелия, оптимальное использование органических удобрений. При этом большое значение имеет учет оптимальных размеров технологически целесообразных рабочих участков пашни. Для локализации и закрепления очагов эрозии
необходимо осуществить перевод части эродированной пашни в луга и пастбища с одновременным облесением песков, оврагов и других нарушенных земель,
а также изменить структуру пастбищной нагрузки на природные ландшафты.
266
Рисунок 64 – Проблемные ареалы аграрного природопользования на территории Селенгинского среднегорья
Изменения в структуре земельного фонда на исследуемой части бассейна
озера Байкал по категориям за последнее время характеризуются уменьшением
площади земель сельскохозяйственного назначения, промышленности, лесного
фонда при увеличении площадей земель особо охраняемых территорий, городских, поселковых и сельских органов власти, а также земель запаса. В последнее время в целом по всей исследуемой территории прослеживается уменьшение площадей пахотных земель и увеличение доли залежей, сокращение размеров эрозионных ареалов и восстановление леса, что можно оценивать как тенденцию перехода от преобразовательной динамики к восстановительной.
7.4.2 Комплексный (камеральный и полевой) мониторинг геосистем
валидационного полигона
267
Анализ системы расселения, системы топонимии, а также системы пограничных пунктов - обо на карте-реконструкции позволяет сказать, что временной срез начала XX в. физико-географического состояния исследуемой территории определяется наличием двух моделей природопользования (рисунок 65).
Рисунок 65 – Система природопользования валидационного полигона
в начале XX в.
Земледельческая модель (1 и 2) функционирует преимущественно на склоновых и пологово-склоновых ландшафтах выше 800 м над уровнем моря и характеризуется концентрацией селитьбы, слабым выпасом и значительной распаханностью территории (25 % общей площади). Скотоводческая модель (3)
функционирует преимущественно на долинных и склоновых карагано-злаковых
и каменистых ландшафтах до 800 м над уровнем моря и характеризуется рассредоточенной и непостоянной селитьбой, интенсивным выпасом, слабой распашкой. Таким образом, в начале XX в. в бассейне р. Куйтунка функционирует
земледельческая, а в бассейне р. Тугнуй – и земледельческая и скотоводческая
модели природопользования.
В результате анализа карты распаханности территории (рисунок 66) было
установлено, что в течение XX в. земледельческое освоение территории происходило неравномерно. Общая площадь пашни в бассейне р. Куйтунка осталась
268
прежней за счёт распашки новых территорий и забрасывания более половины
старых пашен.
Рисунок 66 – Динамика пашни на территории валидационного полигона
В результате интенсивного освоения территории в течение последнего
столетия были распаханы значительные площади чувствительных ландшафтов.
Наиболее
интенсивной
распашке
подверглись
долинные
и
склоновые
ландшафты Тугнуйского увала и боковых долин рек Тугнуй и Сухара. Карта
динамики распаханности ландшафтов (рисунок 67) отображает динамику
увеличения площади пашни на отдельных типах ландшафтов, которая
характеризуется приростом пашни на 1 км2 отдельного типа ландшафта в пределах исследуемой территории.
Трансформация ландшафтов
за 100 лет
269
Рисунок 67 – Динамика распаханности ландшафтов валидационного полигона
Анализ диаграмм распаханности (рисунок 68) позволяет выделить давно и
наиболее распаханные динамичные склоновые ландшафты, на которых часты
смены функций в течение века (пашня – залежь – пастбище - пашня), относительно быстро распаханные пологосклоновые ландшафты и днищ котловин и
почти механически не нарушенные, занимающие небольшую площадь, отдельные долинные, равнинные и склоновые типы ландшафтов.
Рисунок 68 – Диаграммы распаханности ландшафтов валидационного полигона
Вся аналитическая информация о трансформации природных ландшафтов
сведена в реляционную базу данных Arc GIS (рисунок 69). В методическом отношении база данных представляет собой математическую основу для интерактивных геоинформационных запросов о распаханности ландшафтов. Она позволяет производить математически точную оценку динамики распаханности
ландшафтов, оперировать показателями в необходимом пользователю порядке
и открыта для новых показателей.
Каждый землепользователь представляет собой уникальную природнохозяйственную геосистему. Оценка динамики пашни в границах современных
землепользователей (рисунок 70) выявила различия хозяйств и административных районов в целом по развитию земледелия в течение века. Если в Тарбага270
тайском районе более половины хозяйств либо сократили площадь пашни, либо
оставили ее на прежнем уровне, то в Мухоршибирском районе во всех хозяйствах площадь пашни значительно увеличилась. Исключение составляют территории современных лесхозов.
База данных трансформации ландшафтов за 100 лет
Рисунок 69 – Реляционная база данных распаханности ландшафтов
Рисунок 70 – Динамика пашни в границах землепользователей
271
Высотная динамика пашни (рисунок 71) характеризуется увеличением
площади пашни по основным высотам рельефа исследуемой территории в границах бассейнов рек.
Высотная динамика пашни (км2)
Бассейн рек Тугнуй-Сухара
Бассейн реки Куйтунка
Рисунок 71 – Высотная динамика пашни валидационного полигона
Установлено равномерное увеличение плотности пашни по высоте в бассейне рек Тугнуй-Сухара. В бассейне реки Куйтунка выявлены различные тенденции высотной динамики пашни за 100 лет: значительно забрасывались низинные пашни (до 600 м) на ландшафтах днищ котловин с минимальными углами уклона рельефа (2-30) и высоким уровнем грунтовых вод; почти не изменилась плотность пашни самого распаханного высотного пояса (от 600 до 800
м) на склоновых ландшафтах; увеличилась плотность пашни на высоких открытых урочищах (выше 800 м) с большими углами уклоном рельефа (более 100)
По общей динамике освоения территории можно выделить две отдельные
природно-антропогенные геосистемы:
1 - долина р. Куйтунка незначительными изменениями структуры и площади системы природопользования, а также социально-экономических функций отдельных типов ландшафтов за 100 лет;
2 - долина рек Тугнуй и Сухара, со смешанной системой природопользования, характеризующаяся интенсивной распашкой ландшафтов, значительными
изменениями структуры и характера расселения.
272
Анализ карты зависимости эрозии сельскохозяйственных земель от динамки пашни (рисунок 72)
позволяет сказать, что наибольшая степень эрозии
наблюдается в хозяйствах близко расположенных к р. Селенге, а также на давно
распахиваемой территории и в хозяйствах, имеющих значительные ареалы
пашни. Участки распаханные в последние 100 лет имеют относительно незначительную степень эрозии.
Рисунок 72 – Зависимость эрозии земель от динамки пашни
Параметры рельефа являются основными лимитирующими факторами для
развития земледелия на данной территории. Сильные скорости ветра привели
впоследствии к сносу верхнего почвенного слоя, стала проявляться водная и
ветровая эрозия, прежде всего на участках среднегорного рельефа. Водная и
ветровая эрозия являются основными негативными последствиями распаханности исследуемой территории. Для изучения площади и особенностей эрозионных процессов в районе в камеральных условиях была составлена хронологическая карта распаханности территории масштаба 1:100 000, фиксирующая высотно-плановые параметры ареалов пашни, сроки распашки и периоды забрасывания и восстановления. В результате анализа карты, и крупно- и среднемасштабных космических снимков были выделены модельные участки, отражаю273
щие характерные особенности эрозионных процессов на данной территории. На
модельных участках было произведено полевое обследование. Было обследовано 34 залежных и 29 используемых участков пашни, взято 26 почвенных профилей, на каждом участке произведен анализ растительности и оценены последствия распашки. Было выполнено GPS-картографирование эрозионных
площадей и крупных систем оврагов. Картографирование систем оврагов позволило установить вероятные тенденции развития эрозионных процессов и различные стадии водной эрозии.
В результате полевых работ было установлено, что в районе наиболее существенно эрозия проявляется в весенний период на равнинных участках, лишенных древесных насаждений, на пашнях в нижней части долины р. Куйтунка
и на правых боковых долинах р. Тугнуй. Поверхностная водная эрозия наблюдается в виде небольших ареалов (150-200 кв.м.) поверхностного смыва на отдельных пашнях. Было установлено, что поверхностная эрозия чаще всего возникает после распашки и является причиной линейной эрозии. Были выявлены
и обследованы участки с совместным проявлением различных стадий развития
линейной эрозии. Усиление эрозионных процессов обусловлено увеличением
поверхностного стока в результате вырубок леса под пашни, распашкой больших открытых пространств и склонов, увеличением пастбищной нагрузки на
ландшафты. Например, на боковых долинах рек Акшанга и Галтай опасность
эрозии в большей степени определяется площадью открытого пространства
нежели уклоном рельефа и типом почв.
В районе исследования эрозия встречается не только на обрабатываемых
пашнях, но и на залежных землях, где она проявляется с большей степенью так
как здесь эрозионные проявления не удаляются посредством вспахивания. Так
что на 90% залежей, имеющих уклон более 30 наблюдается комбинация поверхностной и следующей за ней овражной эрозии. Установлено, что при всех равных условиях величина физических параметров оврагов прямо пропорционально зависит от периода распашки, времени забрасывания участка и уклона рельефа. Также можно сказать, что собственно распашка оказывает отрицательное
274
влияние на природные ландшафты района исследования не только потому, что
вызывает деградацию почв в результате линейной эрозии, но преимущественно
в результате поверхностной эрозии почв, которую вызывают ветер и вода. Положительная высотная динамика пашни сопровождается активным развитием
дорожной сети, которая в результате несоответствия ориентировки ландшафтным инвариантам и при больших углах уклона рельефа также приводит к
интенсивной линейной эрозии
Современное состояние показывает, что с уменьшением площади пахотных
земель на территории валидационного полигона уменьшается число и площади
эрозионноопасных ареалов при интенсивном восстановлении лесного покрова.
Оценка восстановительных свойств ландшафтов позволяет сделать вывод, что
основными индикаторами бывшей распашки являются структура поверхности и
растительность. Наиболее старые пашни, с полностью восстановившейся растительностью за 60-70 лет, определяются выровненной поверхностью и, по причине распашки плугом, имеют напашный вал высотой до 80 см. Участки, восстанавливающиеся после распашки трактором, характеризуются наличием параллельных валов до 20 см высотой и отсутствием напашного вала.
Растительность позволяет определить возраст восстановления более точно,
но лишь до момента окончательного восстановления. Было установлено, что в
первые 2-3 года после забрасывания, участок характеризуется наибольшим видовым разнообразием растительности, равномерным распределением видов,
наибольшим объемом биомассы и преобладанием различных видов полыни. В
период восстановления 5-10 лет происходит снижение видового разнообразия и
объема биомассы, выделяются отдельные ареалы растительности в соответствии с микрорельефом, преобладает полынь метельчатая. После 10 лет восстановления формируются ареалы типичной растительности. После 15 лет происходит значительное разрастание ареалов типичной растительности в соответствии с рельефом при наличии отдельных участков полыни метельчатой. Период 20-25 лет определяется восстановлением видового разнообразия типичной
растительности при пониженной биомассе и наличием остатков полыни ме275
тельчатой (3-5 на 25 кв. м). Окончательное восстановление растительности происходит после 35-40 лет.
На открытых участках сведения леса под пашню деревья появляются в
первую очередь в непосредственной близости от границы леса и вдоль эрозионных канав. На равнинных участках всходы появляются преимущественно через
10-15 лет после забрасывания пашни, а на склонах – после 15-20 лет. Наиболее
благоприятные экологические условия для лесовосстановления формируются в
теневой стороне экспозиции и выделяются три полосы с разным микроклиматом почвы. Первая – непосредственно у стены леса шириной 10-15 м с высокой
сухостью почвы и отсутствием травяного покрова из-за корневой конкуренции
деревьев. На второй полосе оптимальные условия восстановления с умеренным
освещением, без конкуренции корней деревьев и слабым развитием травяного
покрова. Третья полоса менее способствует появлению всходов, так как характеризуется преобладанием прямой солнечной радиации, развитием травяного
покрова и повышенной сухостью почв. После забрасывания пашни на полянах,
окруженных со всех сторон лесом восстановление начинается быстрее и зависит от размера окна, экспозиции и площади проективного покрытия трав.
7.5 Моделирование природопользования
7.5.1 Моделирование процессов почвообразования дельтовых геосистем
для оптимизации природопользования (на примере дельты р. Селенга)
Необходимость точной геометрической инвентаризации объектов природопользования дельтовых ландшафтов обусловлена важной ролью этих территорий как естественных биофильтров и механических барьеров, препятствующих миграции продуктов антропогенной деятельности в водоём.
Комплексная оценка процесса почвообразования как результата взаимодействия геофизических и геохимических условий осуществляется с помощью
276
геоинформационного картографирования и геоинформационного моделирования. Такой подход позволяет оптимизировать традиционные методики пространственного анализа распространения и миграции взвешенных веществ и
химических элементов на земной поверхности посредством интеграции картографического, полевого и лабораторного методов.
В качестве модельной территории выбрана дельта р. Селенга, которая, является областью аккумуляции механических и растворенных продуктов. Река
Селенга является одним из основных источников поступления в озеро загрязняющих веществ. В районе дельты наиболее явно проявляются изменения
уровня озера в связи с природными и антропогенными процессами, связанные с
деятельностью Иркутской ГЭС. Пропуская по своей территории основной водный поток, пополняющий объем оз. Байкал, дельта р. Селенга выполняет функции естественного биогеофильтра. Положительная роль водных, почвенных и
растительных экосистем дельты в их средообразующем и средоохранном аспектах существенно ослаблена хозяйственной деятельностью. Дельта и прилегающий участок поймы р. Селенга имеют важное значение для проживающего
здесь населения.
Водный режим реки в основном определяет характер местного природопользования. Вблизи дельты расположены крупные населенные пункты, в которых в 2002 г. проживало 20, 5 тыс. человек (по Переписи 1989 г. – 21, 6 тыс. человек), занятых, в основном, в сфере сельскохозяйственного производства. Общая площадь сельхозугодий - 68,2 тыс. га (61% дельты), из них пашня - 45,1,
сенокосы 13,2, пастбища - 9,9. Выпас скота на территории дельты составляет
около 10 тыс. голов крупного рогатого скота. Интенсивность эксплуатации
сельхозугодий в районе дельты самая высокая в Республике Бурятия.
По способу образования устьевая территория р. Селенга является дельтой
выдвинутого типа и представляет собой аккумулятивную поверхность с перепадами относительных высот межрусловых повышений и прирусловых валов
до 2 м. Территория ниже 456 м в наибольшей степени подвержена нагонным
явлениям и колебаниям уровня озера и образует динамичную периферическую
277
часть дельты с непостоянным урезом воды. На выдвинутом участке дельты
происходит деление основного русла на протоки (рисунок 73)
Рисунок 73 – Модель рельефа территории
Анализ модели рельефа позволяет сказать, что современное закрепление
аллювия наиболее активно происходит в западном секторе, где поток несёт основное русло, протоки Среднеустье и Галутай. По причине возвышения этой
территории как следствия Творогово-Истокского поднятия, здесь происходит
значительное понижение скорости водного потока и активная аккумуляция веществ. При сравнении гипсометрических отметок на разновременных картах
выявлено, что в северной части дельты подъем поверхности в результате аллювиальных процессов составляет в среднем от 0,3 до 0,6 м за 20 лет. Центральная
часть характеризуется незначительным приростом территории, преимущественно в зоне среднего течения, до 0,2 м за тот же период. Наиболее значимо
повышение поверхности в южной части дельты, ближе к урезу озера и составляет от 0,3 до 1 м за 20 лет [69]. Территория северо-восточной части дельты
имеет понижение вдоль протоки Лобановской и способствует высокой скорости
перемещения взвешенных веществ и выносу аллювия в залив Провал. Скорост278
ное поле водного потока также дифференцировано по территории дельты. Для
северных проток распределение скорости потока имеет равномерный характер,
постепенное снижение от 1,4 м/сек в точке разветвления основного русла до 0,2
– 0,4 м/сек в устьях проток. Скорости в центральных протоках изменяются в истоках и на средних участках от 1 м/сек до 0,5 м/сек. (рисунок 74).
Рисунок 74 – Скорость водного потока
Основным геофизическим фактором водного потока по территории является её геоморфологическое строение. В результате анализа разновременных картографических и аэрокосмических материалов, на территории дельты были
определены параметры геоморфологических объектов и установлено их значение в аккумуляции веществ и процессе современного почвообразования [57]
(рисунок 75).
279
Рисунок 75 – Геоморфологическая структура территории
Вещества на территорию дельты приносятся водами Селенги, малыми реками и временными потоками с обрамляющих впадину хребтов Хамар-Дабан и
Морской и выклинивающимися подземными водами. Они вовлекаются в почвообразование и закрепляются в различных горизонтах почв. В аккумулятивном
горизонте идет накопление органического вещества. В зависимости от направленности почвообразования накопление различных веществ на территории впадины происходит неравномерно. Аккумуляция аллювия и закрепление его в
процессе вовлечения в почвообразование характерны для островов русла р. Селенга и периферического сегмента дельты. Накопление аллювия наиболее интенсивно происходит в периоды наводнений, когда уровень воды в дельте повышается по сравнению с меженными на 1-1,5 м, а в русле Селенги и главных
проток – на 2-2,5 м, затапливая часть русловых островов и островов периферической части дельты. Скорость течения вод Селенги, составляющая 1,4 м/сек в
меженный период, в паводки увеличивается до 1,7 м/сек.
Данные гранулометрического состава верхнего 20-сантиетрового слоя почв
показывают неоднородность отложения аллювия в различных участках дельты
(рисунок 76).
280
Рисунок 76 – Гранулометрический состав почв
В северо-восточной части прирусловые валы имеют преимущественно песчаный состав, что свидетельствует о большей скорости водных потоков этого
направления. На формирование прирусловых валов большое влияние оказывает
растительность. В зарослях гидрофитов вода теряет скорость, при этом основная часть взвешенного материала оседает в прибрежной части. В пониженную
часть островов через прирусловые валы вода поступает лишь при очень высоких паводках, при этом в понижениях накапливаются илисто-пылеватые фракции. Западная часть дельты в пределах проток Игнатьиха и Галутай выдвигается в озеро с меньшей скоростью, а северная - между протоками Среднее устье и
Северная находится в динамическом равновесии в отношении роста, что свидетельствует о слабой несущей силе проток этих направлений, в связи с этим
здесь формируются суглинистые и глинистые отложения. Характер отложения
наносов отражается в строении профилей почв островов.
Таким образом, на механическом барьере в затапливаемой части дельты
(периферический сегмент и прирусловые повышения) происходит активная аккумуляция аллювия и закрепление его в процессе почвообразования. На прирусловых повышениях северо-восточной части и в русле р. Селенга в основном
накапливается песчаный материал, в центральной части островов, а также в западном и северном секторах - глинистый и суглинистый.
Аккумуляция веществ характерна для любых почв, а наибольшее накопление характерно для органического вещества зависит от продуктивности фито281
ценозов и направленности преобразования растительных остатков . На озерных
террасах и аллювиально-эологенных буграх формируются почвы лесного типа,
среди них наиболее активно гумус накапливается в серой лесной почве. В дерново-лесных и дерново-боровых почвах аккумуляция органического вещества
выражена весьма слабо (рисунок 77).
Рисунок 77 – Аккумуляция органического вещества в почвах
В периферической части дельты на затапливаемых в паводки островах запасы гумуса в разных ее секторах имеют существенные отличия. Для аллювиальных лугово-болотных почв западного и северного секторов характерно значительное
накопление
гумуса,
что
связано
с
образованием
органно-
минеральных соединений в условиях высокой продуктивности гидрофитов и
глинисто-суглинистого гранулометрического состава. Накопление органического вещества интенсивно происходит в аллювиальных луговых почвах центральной поймы и высоких островов лопастного сегмента дельты. В процессе
формирования высокой поймы и ослабления влияния грунтовых вод на почвообразование, аллювиальные луговые почвы преобразуются в аллювиальные
дерновые остепняющиеся. с высоким содержанием гумуса, что связано с совре282
менным растительным покровом, в котором преобладают степные дерновинные
злаки с развитой корневой системой.
Значительно меньше гумуса накапливается в аллювиальной дерновой слоистой почве лопастной дельты, что связано с интенсивным использованием территории в качестве пастбища. Слабо выражена аккумуляция органического вещества в аллювиальных дерновых слоистых примитивных почвах, в которых
почвообразование регулярно прерывается в паводковый период. В болотных
почвах органическое вещество накапливается в виде торфа. На Калтусном болотном массиве в зависимости от мощности торфа (0,5-8 м) запасы углерода
изменяются от 9,6 до 15,4 т/га. В составе гумуса торфяно-глеевых почв преобладают гуминовые кислоты, которые, соединяясь с железом, кальцием и глинистыми минералами, закрепляются в почве, образуя значительные запасы.
Полученные данные по запасам гумуса и углерода органического показывают, что наиболее активно органическое вещество аккумулируется в болотных
низинных торфяных и торфяно-глеевых почвах Калтусного понижения. Высоки
запасы гумуса в аккумулятивном горизонте аллювиальных лугово-болотных
почв западного и северного секторов дельты, дерновых остепняющихся почвах
высокой поймы и аллювиальных луговых почв лопастного сегмента и центральной поймы. Несколько ниже запасы гумуса в лугово-болотных почвах северо-восточного сектора периферического сегмента, почвах притеррасного сегмента и серых лесных почвах. Слабо аккумуляция гумуса выражена в аллювиальных слоистых примитивных и остепняющихся почвах, дерново-лесных почвах озерных террас и дерново-боровых почвах эоловых бугров.
Геохимические условия ландшафтов на террасах, в пойме и дельте определяет аккумуляцию элементов железа и кальция, содержание которых сильно варьирует в зависимости от типов почв. Болотные низинные торфяно-глеевые
почвы Калтусного понижения обнаруживают высокое содержание железа в
торфяных, глеевых и в глеевых окисленных почвах при осушении охристых горизонтов (рисунок 78).
283
Рисунок 78 – Валовое содержание железа в почвах
В аллювиальных лугово-болотных почвах периферической и притеррасной
частей дельты валовое содержание железа образует максимумы на отчетливо
выраженных геохимических микробарьерах в глеевых и гумусовых горизонтах.
В аллювиальных луговых почвах, также как и в лугово-болотных, максимум в
содержании железа приурочен к гумусовым и оглееным горизонтам. Для аллювиальных дерновых слоистых почв характерно изменение содержания железа в
различных слоях погребенных почв и аллювия. Максимальное содержание железа приурочено к гумусированным прослоям и снижается в светлых песчаных
прослоях. В среднем валовое его содержание составляет 1,84-2,21%. В автоморфных почвах озерных террас и эоловых бугров содержание железа относительно невелико (менее 2%) и лишь в серой лесной почве оно достигает 2,24%.
Дифференциация в распределении железа по профилю отчетливо выражена
лишь в дерново-лесных почвах, в которых оно составляет 2,31%.
Аккумуляция кальция в почвах происходит в почвенном поглощающем
комплексе в виде карбонатов, которые накапливаются в основном в подгумусовом горизонте, обусловленном резким снижением содержания биоты и, соответственно, двуокиси углерода. Карбонатными являются аллювиальные луговые и аллювиальные слоистые дерновые остепняющиеся почвы лопастного сег284
мента дельты и центральной поймы, а также аллювиальные болотные почвы
притеррасного сегмента. Для последних характерно максимальное валовое содержание кальция (рисунок 79). Интенсивная аккумуляция кальция в аллювиальной болотной почве притеррасного понижения обусловлена тем, что кальций
поступает с грунтовыми водами с озерных террас и с водами р. Шумихи.
Наиболее высоким содержанием кальция среди них отличаются аллювиальные
луговые почвы лопастной части дельты и центральной поймы.
В периферическом сегменте дельты относительно высокое содержание
кальция характерно для почв северо-восточного сектора, что в два раза выше,
чем в почвах западного сектора. Неравномерность содержания кальция в разных
секторах дельты связана с неравномерной промывкой почв нагонными водами
озера. Больше промываются почвы западного сектора. В северо-восточную
часть дельты поступают гидрокарбонатно-кальциевые воды Селенги, которые
дополнительно обогащаются, проходя через территорию, занятую карбонатными почвами. К группе почв с невысоким содержанием кальция относятся почвы
озерных террас, эоловых бугров, высокой поймы и Калтусного понижения. Зонами активной аккумуляции карбонатов являются аллювиальные болотные почвы притеррасного сегмента и аллювиальные луговые почвы лопастного сегмента и центральной поймы.
285
Рисунок 79 – Валовое содержание кальция в почвах
В результате геоинформационной оценки аккумуляции химических веществ на исследуемой территории можно сделать вывод о пространственной
структуре и качественно-количественных параметрах процессов почвообразования Усть-Селенгинской впадины. Между процессами геохимической аккумуляции и направленностью почвообразования существует тесная взаимосвязь.
Аккумуляция веществ на механическом барьере сопровождается закреплением
аллювия в процессе вовлечения его в почвообразование. Аккумуляции аллювия
песчано-супесчаного гранулометрического состава на прирусловых повышениях сопровождается формированием аллювиальных дерновых почв, на отложениях суглинисто-глинистого состава в понижениях рельефа формируются аллювиальные лугово-болотные почвы. Максимальная концентрация углерода органического фиксируется в торфяных болотных низинных почвах Калтусного
понижения. На озерно-аллювиальных террасах формируются почвы лесного типа почвообразования. Пойму и дельту занимает интразональный ряд аллювиальных почв. Для прирусловых эологенных бугров характерны дерновоборовые почвы. Крупные понижения рельефа заняты торфяными болотными
низинными почвами. На прирусловых валах островов северо-восточной части и
на островах в русле р. Селенга на отложениях песчаного гранулометрического
состава формируются аллювиальные дерновые слоистые почвы. В пониженной
центральной части островов, где откладывается аллювий среднесуглинистого
состава, формируются аллювиальные лугово-болотные почвы. В северном и западном секторах прирусловые повышения выражены слабо и здесь повсеместно
откладывается аллювий глинисто-суглинистого гранулометрического состава,
на которых формируются аллювиальные лугово-болотные почвы.
Таким образом, в результате интеграции полевых методов и геоинформационного моделирования было выполнено зонирование территории с целью
оптимизации природопользования (рисунок 80).
286
Рисунок 80 – Природохозяйственное зонирование территории дельты р. Селенга
7.5.2 Прогнозное моделирование динамики расселения на территории
Селенгинского среднегорья
Мониторинг населённых пунктов и численности жителей позволил выявить
тенденцию долговечности существования поселений, даже относящихся к категории мелких. Установлено, что процесс расселения на исследуемой территории
консервативен: возникнув в определенном месте, поселение имеет тенденцию к
существованию в течение длительного исторического периода, изменяясь под
влиянием природных и социально-экономических факторов. В системе расселения исследуемой территории удельный вес мелких поселений (до 100 жителей)
составляет в Кяхтинском районе – 8 %, Джидинском – 14 %, Селенгинском – 15
287
%, при 17,2 % в среднем по российской части бассейна. При этом доля населенных пунктов со средней людностью более 500 человек превышает средний региональный показатель (19,6%). Такие системы расселения имеют как положительные, так и негативные последствия для хозяйственного освоения территории и условий проживания населения. Поселения с большей людностью являются многофункциональными, в них имеются возможности развития производственного и социального потенциала. Отсутствие школ и медицинских учреждений в малых сёлах становится фактором миграции молодых семей. Таким
образом, на основании выявленных трендов динамики населения в XX в., а также за последние десятилетия и современных социально-экономических условий
можно предполагать, что на исследуемой территории ожидается снижение численности населения в мелких и средних населённых пунктах при увеличении
численности жителей в районных центрах и посёлках городского типа (рисунок
81).
Кроме того, эффективная эксплуатация земельных ресурсов, пастбищ и сенокосных угодий для качественного ухода за скотом возможны при рассредоточенной сети поселений, когда ресурсы каждого ландшафта и отдельного урочища могут быть использованы с меньшей потерей времени и материальных затрат для передвижения скота и транспорта. Это обстоятельство будет играть ведущую роль в современных условиях реформирования крупного сельскохозяйственного производства и способствовать формированию новых мелких животноводческих хозяйств на исторически освоенных участках.
288
Рисунок 81 – Прогноз динамики расселения населения на территории
Селенгинского среднегорья
6.5.3 Прогнозное моделирование динамики селитебной территории
г. Улан-Удэ
Картографический мониторинг селитебного природопользования крупного
города предполагает поэтапное рассмотрение его динамики на большой исторической дистанции, выявление внутренней логики его самоорганизации в едином пространстве - времени, определение всеобще-значимых и локальных характеристик. Важность изучения пространственно-временного развития селитьбы обусловлена возможностью выявления емкости градостроительной системы
и установления территориальных ресурсов, необходимых для перспективного
развития города. Для оценки динамики города Улан-Удэ использованы выше
описанные материалы БРКД, а также: план города Верхнеудинск масштаба 1:70
000 , составленный около 1750 г. Межевым ведомством; листы топографической карты масштаба 1 : 50 000, составленные по съемке 1952 г. ГШ; листы топографической карты масштаба 1:50 000, составленные в 1974 г. ГУГК; план
города Улан-Удэ масштаба 1:30 000, составленный в 1991 г. ГУГК. Кроме того, на основе ДДЗ (сцена Landsat) создана цифровая модель местности (рисунок
82).
289
Рисунок 82 – Цифровая модель местности г. Улан-Удэ на основе ДДЗ
Таким образом, был сформирован временной ряд представленный шестью
временными срезами и шестью периодами. В результате ретроспективного картографирования были выявлены два этапа развития селитебной территории: до
середины 30-х годов XX в., середина 30-х годов XX в. – настоящее время. Первый этап характеризуется континуальным центробежным движением селитьбы
на участках ниже 560 м с преобладанием низкоэтажной неогнестойкой застройки. Второй этап определяется возникновением дискретных центров селитьбы,
интенсивной застройкой, освоением левого берега р. Селенга, дифференциацией селитебной территории по социально-экономическим функциям.
В итоге составлена серия карт динамики селитебного природопользования
г. Удан-Удэ:
- карта движения селитебной территории (рисунок 83 (а)), отображающая ареалы селитьбы по каждому периоду;
- карта ускорения развития селитьбы, позволяющая определить участки, исчерпавшие градостроительные возможности и участки перспективного развития,
селитебные территории различного возраста;
- карта высотной динамики фиксирует развитие северной части города по
высотной координате и позволяет выявить параметры рельефа, ограничиваю-
290
щие развитие селитебной территории и определить участки завершения движения селитьбы по высоте и участки возможного строительства.
В результате картографического моделирования селитьбы выполнена
дифференциация территории по перспективности внутренних и возможности
вовлечения внешних градостроительных ресурсов, определены участки вероятной точечной застройки и пригородного сплошного освоения (рисунок 83 (б)).
Было установлено, что сложившаяся территориальная организация города
и пространственная структура его развития определяют два основных стратегических направления дальнейшей застройки. Это территориальные ресурсы
юго-восточного (падь р. Воровка) и юго-западного участков, примыкающих к
городу. Также важными и перспективными градостроительными ресурсами являются территория Батарейной горы в центре города и территория воинской
части в центре Октябрьского района.
291
Рисунок 83 – Прогноз динамики селитебной территории г. Улан-Удэ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ места и значения информационной технологии в познании географической действительности в контексте научно-технического прогресса позволяет сделать вывод, что при всей своей новизне она является лишь результатом технического оформления предыдущего человеческого опыта по картографированию околоземного пространства и ретрансляции сведений в виде картографических моделей. Информационный подход в полной мере обосновывает
«генетическую» преемственность технологических инноваций приемам традиционной картографии. При этом информатизация картографической деятельно-
292
сти радикально усиливает познавательные и коммуникативные позиции картографического метода исследования в условиях современного общества.
Предлагаемое программно-информационное видение КМГС базируется на
исходных принципах и законах картографии и раскрывает основные категории
картографической науки в информационных понятиях. На основании разработанной концепции установлено, что КМГС является социально-техническим
процессом, управляемым технологическим и общественно-историческим механизмами. Технологический механизм регулирует в социуме создание КИ и реализует коммуникативную функцию языка карты, общественно-исторический
механизм регулирует в социуме использование КИ и реализует познавательную
функцию языка карты. Таким образом, информационная концепция рассматривает принципы коммуникации и познания как приоритетные функции разных
этапов картографического отслеживания ГС. Кроме того, в отличие от существующих, предлагаемая концепция в полной мере обосновывает механизм картографического отображения параметров ГС от полевой регистрации геоданных
до приращения нового знания.
В теоретическом аспекте концепция дифференцирует социальную и техническую сферы деятельности в картографическом мониторинге и обозначает области применения КМГС как особого способа информационного описания действительности, характеризующегося высокой точностью и надежностью познания. В практическом аспекте концепция раскрывает алгоритм производственной
реализации КМГС и устанавливает его модерирующую позицию по упорядочиванию пространственных информационных массивов при междисциплинарной
интеграции наук о Земле.
Основными результатами диссертационного исследования являются:
1. Установлено происхождение КИ как продукта поэтапного отображения
географической реальности посредством идеальных, материальных и виртуальных пространственных моделей. Обосновано, что на каждом этапе КИ имеет
определённую физическую сущность, форму представления и хранения, характеризуется различными свойствами и возможной областью применения.
293
Определение структуры и разработка классификации КИ будет способствовать оптимизации процедур создания картографических баз данных и метаданных, повысит эффективность каталогизации и хранения картографических материалов.
2. Выявлены основные направления научно-технической модернизации
картографического метода исследования в условиях информатизации территориальной деятельности.
Определение этих направлений дает возможность прогнозирования развития картографической науки и позволяет обозначить инвестиционно перспективные сферы картографической отрасли.
3. Разработана информационная концепция КМГС как методологический
комплекс теоретических положений и практических действий по моделированию ГС на основе феномена КИ и закономерностей её преобразования.
Структура концепции может быть использована в качестве базовой основы
для раскрытия информационного устройства других картографических направлений.
4. Разработаны научные основы КМГС и выполнено теоретическое обоснование информационных картографических инноваций в контексте общей теории
картографии.
Это устраняет проблему несоответствия «аналоговой» теоретической формы и «цифрового» содержания картографической практики, обеспечивает информационную адаптацию картографии к требованиям современного общества
и повышает эффективность методологического аппарата картографии. Кроме
того, современные научные основы послужат междисциплинарной научноисследовательской установкой применения картографического метода при интеграции наук о Земле.
5. Создан Банк ретроспективных картографических данных как информационная основа долгосрочного мониторинга природопользования и трансформации ГС бассейна оз. Байкал.
294
Материалы Банка обеспечивают решение широкого круга научноисследовательских и прикладных задач: реконструкция видов природопользования, оценка трансформации ГС, исследования динамики заселения территории и
т.п.
6. Разработаны методические основы создания телекоммуникационных
картографических систем на базе ГИС и ВЕБ технологий и создан картографический сервис для КМГС.
Развитие методических основ Интернет картографирования будет способствовать повышению активности пользователей по созданию картографических
сервисов и формированию современной ИПД.
7. Создана и апробирована ГИС КМГС как управляемый программнотехнический комплекс непрерывной диагностики пространственных параметров
природопользования, проблемно-ориентированный на оптимизацию управленческих решений при организации территориальной деятельности в трансграничном бассейне оз. Байкал. Разработаны методические рекомендации КМГС на
базе геоинформационной технологии.
Внедрение ГИС в органы управления и планирования соседствующих государств (РФ и Монголия) будет способствовать формированию единого картографического пространства, и на его основе способствовать повышению эффективности межгосударственного информационного, природоохранного, социально-экономического взаимодействия.
8. Впервые выполнено картографическое исследование природопользования трансграничного бассейна оз. Байкал как единой ГС. Проведен мониторинг
аграрного и селитебного природопользования в течение XX в. Выполнена оценка трансформации природных ландшафтов и моделирование сценариев природопользования.
Дальнейшее отслеживание долговременного изменения населённых пунктов, пахотных земель, залежей, лесного покрова позволит разработать региональные картографические сценарии преобразовательной и восстановительной
динамики ГС.
295
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Алаев, Э.Б. Социально-экономическая география. Понятийнотерминологический словарь [Текст] / Э.Б. Алаев. – М.: Мысль, 1983. – 350
с.
2 Алексеев, В.П. Становление человечества. [Текст] / В.П. Алексеев. –
М.: Политическая литература, 1984. – 462 с.
3 Антипов, А.Н. Ландшафтное планирование в Прибайкалье [Текст] /
А.Н. Антипов, Ю.М. Семёнов // География и природные ресурсы – 2006. –
№ 1. – С. 11-18
296
4 Арманд, Д.Л. Наука о ландшафте [Текст] / Д.Л. Арманд. – М.:
Мысль, 1975. – 287 с.
5 Арманд, Д.Л. Географическая среда и рациональное использование
природных ресурсов [Текст] / Д.Л. Арманд. – М.: Наука, 1983. – 238 с.
6
Асланикашвили, А.Ф.
Метакартография:
основные
проблемы
[Текст] / А.Ф. Асланикашвили. – Тбилиси: Мецниереба, 1974. – 125 с.
7 Асланикашвили, А.Ф. Язык карты [Текст] / А.Ф. Асланикашвили //
Труды Тбилисского государственного университета – 1967. – Вып. 122. –
С. 13 – 36.
8 Афанасьев, В.Г. Социальная информация и управление обществом
[Текст] / В.Г. Афанасьев. – М.: Политиздат, 1975. – 386 с.
9 Ахлибининский, Б.В. Информация и система [Текст] / Б.В. Ахлибинский. – Л.: 1969. – 212 с.
10 Багров, Л.С. История картографии [Текст] / Л.С. Багров. – М.:
Центрполиграф, 2004. – 319 с.
11 Баранский, Н.Н. Научные принципы географии [Текст] / Н.Н. Баранский. – М.: Мысль, 1980. – 239 с.
12 Батуев, А.Р. Региональный экологический атлас [Текст] / А.Р. Батуев, А.В. Белов, В.В. Воробьёв и др. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998.
– 321 с.
13
Батуев,
А.Р.
Геосистемы
и
картографирование
эколого-
географических ситуаций приселенгинских котловин Байкальского региона [Текст] / А.Р. Батуев, А.Б. Буянтуев, В.А. Снытко. – Новосибирск: Издво СО РАН, 2000. – 164 с.
14 Батуев, А.Р. Картографическое обеспечение регионального развития. Диссертация на соискание степени доктора наук [Текст] / А.Р. Батуев.
– М., 2003. – 395 с.
15. Баюра, В.Н., Математико-картографическое моделирование в историко-экономических исследованиях [Текст] / В.Н. Баюра, Г.А. Горноста297
ева, П.В. Петров // Вестник МГУ. – Сер.5. География. – 1985. – №3. –
С.21-28.
16 Берг, Л.С. Климат и жизнь [Текст] / Л.С. Берг. – М.: Географгиз,
1947. – 356 с.
17 Бердников, К.В. Данные, информация, знания в картографии и геоинформатике [Текст] / К.В. Бердников, В.С. Тикунов // Известия Русского
географического общества. – 1992. – Т. 124, Вып. 4. – С. 369-374.
18 Берлянт, А.М. Картографический метод исследования [Текст] /
А.М. Берлянт. – М.: Изд-во МГУ, 1978. – 256 с.
19 Берлянт, А.М. Образ пространства: карта и информация [Текст] /
А.М. Берлянт. – М.: Мысль, 1986. – 240 с.
20 Берлянт, А.М. Геоинформационные системы: Сборник переводных
статей [Текст] / А.М. Берлянт, В.С. Тикунов. – М.: КартгеоцентрГеодезиздат, 1994. – 350 c.
21 Берлянт, А.М. Геоинформационное картографирование [Текст] /
А.М. Берлянт. – М.: 1997. – 64 с.
22 Берлянт, A.M. Картография [Текст] / А.М. Берлянт. – М.: Аспект
Пресс, 2001. – 336 с.
23 Берлянт, А.М. Геоиконика [Текст] / А.М. Берлянт. – М.: Изд-во
Астрея, 1996. – 208 с.
24 Бертен, Ж. Визуальное восприятие и картографическая транскрипция [Текст] / Ж. Бертен // Картография. Зарубежные концепции и направления исследований. – М., 1983. – Вып.1 – С.76-94.
25 Беручишвили, Н.Л. Картография и геоинформатика: общность путей развития [Текст] / Н.Л. Беручашвили // География и природные ресурсы. – 1992. – №3. – С. 171-172.
26 Бешенцев, А.Н. О языке карты [Текст] / А.Н. Бешенцев // География и природные ресурсы. – 1993. – №3. – С. 65-67.
298
27 Бешенцев, А.Н. Об использовании свойств информативности цвета
и формы в языке карты [Текст] / А.Н. Бешенцев // География и природные
ресурсы. – 1996. – №2. – С. 121-122.
28 Бешенцев, А.Н. Проблемы ввода и совмещения разновременных
картографических данных [Текст] / А.Н. Бешенцев, А.А. Лубсанов // Материалы 8-ой Всероссийской учебно-практической конференции «Проблемы
ввода и обновления пространственных данных»: тез. докл. – М., 2000. – С.
28-30.
29 Бешенцев, А.Н. Геоинформационная оценка территории как деятельность для сбалансированного развития природопользования [Текст] /
А.Н. Бешенцев // Материалы VIII конференции по тематической картографии: тез. докл. – Иркутск, 2006. – С. 35-39
30 Бешенцев, А.Н. Геоинформационный подход к картографическому
методу исследования [Текст] / А.Н. Бешенцев // Геодезия и картография. –
2009. – №11. – С. 40-43.
31 Бешенцев, А.Н. Модернизация картографического метода исследования [Текст] / А.Н. Бешенцев // Геодезия и картография. – 2011. – №2. –
С. 19-23.
32 Бешенцев, А.Н. Картографический мониторинг природопользования [Текст] / А.Н. Бешенцев // Геодезия и картография. – 2011. – №3. – С.
14-18.
33 Бешенцев, А.Н. Геоинформационная концепция картографического
метода исследования [Текст] / А.Н. Бешенцев // Геодезия и картография. –
2011. – №9. – С. 31-37.
34 Блюменау, Д.И. Информация и информационный сервис [Текст] /
Д.И. Блюменау. – Л.: Наука, 1989. – 192 с.
35 Богоявленский, Б.А. Урочища дельты р. Селенги [Текст] / Б.А. Богоявленский // Продуктивность Байкала и антропогенные изменения его
природы. – Иркутск: Изд-во ИГУ, 1974. – С. 5-16
299
36 Большая Советская энциклопедия [Текст] / 3-е издание. – М.: Советская энциклопедия, 1978. – 1800 с.
37 Большой экономический словарь [Текст] / М.: Издательство Институт новой экономики, 2007. – 1472 с.
38 Бочаров, М.К. Основы теории проектирования систем картографических знаков [Текст] / М.К. Бочаров. – М., 1966. – 136 с.
39 Бриллюэн, Л. Наука и теория информации [Текст] / Л. Бриллюэн. –
М.: Изд-во физ. мат. литературы, 1960. – 392 с.
40 Бровко, Е.А. Государственный топографический мониторинг: геокартографический аудит [Текст] / Е.А. Бровко, Р.Э. Софинов // Геодезия и
картография. – № 11. – 2009. – С. 2-5
41 Бунге, В. Теоретическая география [Текст] / В. Бунге, пер. с англ. –
М.: Прогресс, 1967. – 279 с.
42 Вежник, А. Типология динамики урожайности сельскохозяйственных культур [Текст] / А. Вежник, М. Конечный, B.C. Тикунов // География
и природные ресурсы. – 1989. – №1 – С. 174-182.
43 Викулов, В.Е. Некоторые экономико-географические и социальноэкономические особенности режима особого природопользования (бассейн
оз. Байкал) [Текст] / В.Е. Викулов // Географические проблемы формирования ТПК Восточной Сибири: Материалы научно-технической конференции: тез. докл. – Иркутск, 1982. – С. 143-145
44 Виноградов, Б.В. Аэрокосмический мониторинг динамики экосистем [Текст] / Б.В. Виноградов // География и природные ресурсы. – 1980.
– №2. – С. 26-30
45 Винер, Н. Кибернетика и общество [Текст] / Н. Винер. – М.: Иностранная литература, 1958. – 200 с.
46 Винер, Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине [Текст] / Н. Винер. – 2-е издание. – М.: Наука, 1983. – 344 с.
300
47 Востокова, А.В. Оформление карт [Текст] / А.В. Востокова. – М.,
1985. – 200 с.
48 Геоинформационные системы: обзорная информация. ЦНИИГАиК
[Текст] / Вып.1. – М., 1992. – 52 с.
49 Черкашин, А.К. Геоинформационная система управления территорией [Текст] / А.К. Черкашин, А.Д. Китов, И.В. Бычков и др. – Иркутск:
Изд-во Института географии СО РАН, 2002. – 151 с.
50 Герасимов, И.П. Научные основы современного мониторинга
окружающей среды [Текст] / И.П. Герасимов // Известия АН СССР. Серия
географическая – 1975. – № 3. – С. 13 - 25.
51 Гомбоев, Б.О. Аграрное землепользование Внутренней Азии
[Текст] / Б.О. Гомбоев. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. – 228 с.
52 Горная энциклопедия [Текст] / Под редакцией Е. А. Козловского. –
М.: Советская энциклопедия, 1984—1991. – 800 с.
53 Гохман, В.М. Принципы разработки картографических языков для
тематического картографирования [Текст] / В.М. Гохман, М.М. Меклер //
5-я Всесоюзная конференция по тематическому картографированию: тез.
докл. – Тбилиси, 1973. – Том 1. – С. 17-21.
54 Гришкин, И.И. Понятие информации. Логико-методологический
аспект [Текст] / И.И. Гришкин. - М.: Наука, 1973. – 230 с.
55 Грицанов, А.А. Социология. Энциклопедия [Текст] / А.А. Грицианов, В.Л. Абушенко, Г.А. Евелькин. – М.: Изд-во Книжный дом, 2003. –
1312 с.
56 Гумилёв, Л.Н. Этногенез и биосфера Земли [Текст] / Л.Н. Гумилёв.
– Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. – 496 с.
301
57 Гынинова, А.Б. Почвенный покров Селенгинского дельтового района Прибайкалья [Текст] / А.Б. Гынинова, В.М. Корсунов // Почвоведение.
– 2006. № 3. – С. 273-281
58 Гынинова, А.Б. Аккумуляция веществ в почвах Селенгинского
дельтового района и формирование почвенно-геохимических барьеров
[Текст] / А.Б. Гынинова, В.М. Корсунов, Л.Д. Балсанова, А.Н. Бешенцев,
В.И. Убугунова. // География и природные ресурсы. – 2007. – № 2. – С. 6569.
59 Дамбиев, Э.Ц. Антропогенное опустынивание в Бурятии [Текст] /
Э.Ц. Дамбиев, А.К. Тулохонов // География и природные ресурсы. – 1993.
– № 3. – С. 60-64.
60 Де Мерс, М. Н. Географические информационные системы. Основы
[Текст] / М.Н. Де Мерс – М.: Изд-во Дата+, 1999г. – 490 с.
61 Долгих, Б.О. Родовой и племенной состав народов Сибири в XVII
в. [Текст] / Б.О. Долгих – М.: Изд-во АН СССР, 1960. – 615 с.
62 Дьяконов, К.Н. Современные методы географических исследований
[Текст] / К.Н. Дьяконов, Н.С. Касимов, В.С. Тикунов – М., 1996. – 120 с.
63 Жуков, В.Т. Математико-картографическое моделирование в географии [Текст] / В.Т. Жуков, С.Н. Сербенюк, В.С. Тикунов – М.: Мысль,
1980. – 224 с.
64 Зятькова, Л.К. . Геомониторинг природной среды [Текст] / Л.К.
Зятькова, И.В. Лесных. – Новосибирск: Изд-во СГГА, 2004. – Том 2. –
315 с.
65 Иванов, В.В. Глоттогенез [Текст] / В.В. Иванов // Лингвистический
энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1990. – С. 108
– 109.
302
66 Измайлова, Н.В. Картографическая информация и системы картографических знаков [Текст] / Н.В. Измайлова. – Одесса: Изд-во Одесского
университета, 1976. – 104 с.
67 Израэль, Ю.А. Основные принципы мониторинга окружающей
природной среды и климата. [Текст] / Ю.А. Израэль // Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной среды. – Л.:,
1980. – С.5-14
68 Израэль, Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды
[Текст] / Ю.А. Израэль. – М.: Гидрометеоиздат, 1984. – 560 с.
69 Ильичёва, Е.А. Исследования динамики структуры речной сети р.
Селенга и её дельты [Текст] / Е.А. Ильичёва, А.Н. Бешенцев // Материалы
международной конференции «Трансграничные аспекты использования
природно-ресурсного потенциала бассейна р. Селенга»: тез. докл. – УланУдэ, 2006. – С. 58-60.
70 Иметхенов, А.Б. Природа переходной зоны на примере Байкальского региона [Текст] / А.Б. Иметхенов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997.
– 232 с.
71 История Бурятской АССР [Текст] / под редакцией Хаптаева П.Т. –
Улан-Удэ, 1954. – 644 с.
72 История Монгольской Народной Республики [Текст] – 3-е издание.
– М.:, Наука, 1983. – 480 с.
73 Ишмуратов, Б.М. Региональные системы природопользования и
основные проблемы их развития [Текст] / Б.М. Ишмуратов // География и
природные ресурсы. – 1983. – № 1. – С. 10-16.
74 Ишмуратов, Б.М. Региональное природопользование как фундаментальная проблема географии [Текст] / Б.М. Ишмуратов // Региональное
природопользование в Сибири: сб. ст. – Иркутск, 1984. – С. 7-29.
303
75 Ишмуратов, Б.М. Региональное природопользование и география
общества [Текст] / Л.А. Безруков, А.В. Гаращенко, А.Т. Напрасников, А.Ф.
Никольский, Г.В. Пономарёв, М.В. Рагулина, И.Л. Савельева // География
и природные ресурсы. – 2004. – № 3. – С. 18-27.
76 Карпик, А.П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий [Текст] / А.П. Карпик – Новосибирск: Изд-во СГГА, 2004. – 259 с.
77 Керженцев, А.С. Принцип интегрирования параметров природной
среды и факторов воздействия при экологическом картографировании
[Текст] / А.С. Керженцев // Принцип и методы экологического картографирования: сб. ст. – Пущино, 1991. – С. 62 - 61.
78 Китов, А.Д. Компьютерный анализ и синтез геоизображений
[Текст] / А.Д. Китов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 220 с.
79 Колмогоров, А.Н. Кибернетика [Текст] / А.Н. Колмогоров // Большая советская энциклопедия. – 2-е изд. – М.: Изд-во АН СССР, 1958. –
Том 51. – 650 с.
80 Книжников, Ю.Ф. Аэрокосмические исследования динамики географических явлений [Текст] /Ю.Ф. Книжников, В.И. Кравцова. – М.: Издво Московского университета, 1991. – 205 с.
81 Корытный, Л.М. Бассейновая концепция в природопользовании
[Текст] / Л.М. Корытный. – Иркутск: Изд-во Института географии СО
РАН, 2001. – 220 с.
82 Коршунов, А.М. Теория отражения и эвристическая роль знаков
[Текст] / А.М. Коршунов, В.В. Матвеев. – М.: Изд-во Московского университета, 1974. – 180 с.
83 Кошкарёв, А.В. Региональные геоинформационные системы
[Текст] / А.В. Кошкарёв, В.П. Каракин. – М.: Наука, 1987. – 126 с.
304
84 Лурье, И.К. Геоинформационное картографирование [Текст] / И.К.
Лурье. – М.: Изд-во КДУ, 2008. – 424 с.
85 Лютый, А.А. Язык карты [Текст] / А.А. Лютый. – М.: Знание, 1981.
– 48 с.
86 Лютый, А.А. Язык карты: сущность, система, функции [Текст] /
А.А. Лютый. – М.: Изд-во ИГ АН СССР, 1988. – 290с.
87 Лютый, А.А. Проектирование систем знаков тематических карт
[Текст] / А.А. Лютый, Н.Н. Казанцев, А.Н. Платэ, А.К. Суворов – М.: ИГ
АН СССР, 1987. – 239 с.
88 Марков, К.К. Избранные труды. Проблемы общей физической географии и геоморфологии [Текст] / К.К. Марков. – М.: Наука, 1986. – 288 с.
89 Макаров, А.В. Проблемы регулирования трансграничных воздействий в целях сохранения природного наследия в бассейне р. Селенга
[Текст] / А.В. Макаров, А.Н. Бешенцев, А.С. Михеева, Б.О. Гомбоев //
Проблемы региональной экологии. – 2008. – № 1. – С. 37-42.
90 Мельник, А.В. Динамика антропогенных ландшафтов Западного
За-байкалья (историко-географический аспект) [Текст] / А.В. Мельник. –
М.: Изд-во МИИГАиК, 1999. – 342 с.
91 Мильков, Ф.Н. Ландшафтная сфера Земли [Текст] / Ф.Н. Мильков.
– М., 1970. – 194 с.
92 Мильков, Ф.Н. Человек и ландшафты [Текст] / Ф.Н. Мильков. – М.,
1973. – 206 с.
93 Мириманова, М.С. Информация, знание, творчество [Текст] / М.С.
Мириманова // сб. ст. ВНИИСИ. – М.,1989. – №12. – С. 58-65.
94 Михайлов, Н.А. Численное статистическое моделирование [Текст] /
Н.А. Михайлов, А.В. Войтишек. – М.: Изд-во Academia, 2006. – 368 с.
95 Михеев, B.C. Ландшафты юга Восточной Сибири [Карта] / В.С.
Михеев, В.А. Ряшин. – М.: ГУГиК, 1977. – 4 листа.
305
96 Назаров, В.Н. Методы и изобразительные средства в картографии
[Текст] / В.Н. Назаров. – М.: Геодезиздат, 1962. – 88 с.
97 Намжилова, Л.Г. Эволюция аграрного природопользования в Забайкалье [Текст] / Л.Г. Намжилова, А.К. Тулохонов. – Новосибирск: Издво СО РАН, 2000. – 200 с.
98 Новик, И.Б. Аналогия и моделирование [Текст] / И.Б. Новик, А.И.
Уемов // Материалистическая диалектика и методы естественных наук: сб.
ст. – М., 1968. – С. 256-293
99 Общая психология. Словарь [Текст] / Под. ред. А.В. Петровского. –
М.: Изд-во «Психологический лексикон», 2005. – 251 с.
100 Павлинская, Л.Р. Становление и развитие хозяйственной традиции
на территории Прибайкалья и Забайкалья [Текст] / Л.Р. Павлинская, С.Г.
Жамбалова // Культурные традиции народов Сибири: сб. ст. – Л., 1986. –
С. 86-90.
101 Пластинин, Л.А. Региональное экологическое картографирование
Сибири на примере Прибайкалья и Забайкалья: Диссертация на соискание
степени д-ра наук [Текст] / Л.А. Пластинин. – Иркутск, 2000. – 355 с.
102 Помус, М.И. Бурят – Монгольская АССР [Текст] / М.И. Помус. –
М., 1937. – 395 с.
103 Постников, А.В. Развитие картографии и вопросы использования
старых карт [Текст] / А.В. Постников. – М., 1985. – 215 с.
104 Преображенский, В.С. Основы ландшафтного анализа [Текст] /
В.С. Преображенский, Т.Д. Александрова, Т.П. Куприянова – М.: Наука,
1988. – 185 с.
105 Преображенский, В.С. География в меняющемся мире. Век XX
[Текст] / В.С. Преображенский, Т.Д. Александрова, Л.В. Максимова – М.:
Изд-во ИГ РАН, 1997. – 140 c.
106 Психология развития. Словарь [Текст] / Под. ред. А.Л. Венгера. –
М.: Изд-во «Психологический лексикон», 2007. – 678 с.
306
107 Разработка ГИС района дельты реки Селенги (Кабанский район
РБ) [Электронный ресурс] / CD-диск под ред. Шапхаева С.Г. – Иркутск,
1998.
108 Реймерс, Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник [Текст] /
Н.Ф. Реймерс. — М.: «Мысль», 1990. — 639 с.
109 Ресурсы поверхностных вод СССР [Текст] / Том 16. АнгароЕнисейский район. Вып. 3. Бассейн оз. Байкал. – Л.: Гидрометеоиздат,
1973. – 400 с.
110 Робинсон, А. Карта как коммуникационная система [Текст] / А.
Робинсон, Б.Б. Петченек. // Картография. Вып. 1. Зарубежные концепции и
направления исследований. – М.: Прогресс, 1983. – С. 34-51.
111 Розов, М.А. Проблемы эмпирического анализа научных знаний
[Текст] / М.А. Розов. – Новосибирск: Наука, 1977. – 222 с.
112 Розова, С.С. Классификационная проблема в современной науке
[Текст] / С.С. Розова. – Новосибирск: Наука, 1986. – 223 с.
113 Руденко, Л.Г. Проблемы создания карт в программе мониторинга
среды региона [Текст] / Л.Г. Руденко. // Материалы X международной картографической конференции: тез. докл. – Токио, 1980. – С. 68-74
114 РТМ 68-7-95 Условные обозначения величин,
применяемых в
геодезии [Текст] / Федеральная служба геодезии и картографии России. –
М., 1995. 19 с.
115 Салищев, К.А. Взгляд на картографию в аспекте научнотехнической революции [Текст] / К.А. Салищев // Вестник Московского
университета. – Серия 5. География. – 1974. – № 3. – С. 10-20.
116 Салищев, К.А. О картографическом методе познания: анализ некоторых представлений о картографи [Текст] / К.А. Салищев // Пути развития картографии: сб. ст. – М.: Изд-во Московского университета, 1975. –
С. 36-45.
307
117 Салищев, К.А. Принципы и задачи системного картографирования
[Текст] / К.А. Салищев. – Системное картографирование природных и социально-экономических комплексов: сб. ст. – М., 1978. – С. 5-23.
118 Салищев, К.А. Картограф 2000-го года и его формирование в
высшей школе [Текст] / К.А. Салищев // Вестник Московского университета. Серия 5. География, 1980. – № 5. – С. 4-8.
119 Салищев, К.А. Картоведение [Текст] / К.А. Салищев. – М.: Изд-во
МГУ, 1982. – 406 с.
120 Свентэк, Ю.В. Теоретические и прикладные аспекты современной
картографии [Текст] / Ю.В. Свентэк. – М.: Изд-во «Эдиториал», 1999. – 80
с.
121 Семенюк, Э.П. Информационный подход к познанию действительности [Текст] / Э.П. Семенюк. – Киев: Наукова думка, 1988. – 239 с.
122 Сербенюк, С.Н., Автоматизация в тематической картографии
[Текст] / С.Н. Сербенюк, В.С. Тикунов. – М., 1984. – 110 с.
123 Сербенюк, С.Н. Картография и геоинформатика – их взаимодействие [Текст] / С.Н. Сербенюк // Вестник Московского университета. – Серия
5. География. – 1989. – № 5. – С. 3-8.
124 Сетров, М.И. Основы функциональной теории организации. Философский очерк [Текст] / М.И. Сетров. – Л.: Наука 1972. – 164 с.
125 Симонов, А.В. Геоинформационное образование в России: проблемы, направления и возможности развития [Текст] / А.В. Симонов // ИБ
ГИС-Ассоциации: сб. ст. – М.:1996. – № 3. – С. 54-55.
126 Смирнов, Л.Е. Аэрокосмические методы географических исследований [Текст] / Л.Е. Смирнов. – СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005. – 348 с.
127 Советский энциклопедический словарь [Текст] / М., 1988. – 1600
с.
128 Социология: Энциклопедия [Текст] / – М.: Книжный Дом, 2003. –
1312 с.
308
129 Сочава, В.Б. Введение в учение о геосистемах [Текст] / В.Б. Сочава. – Новосибирск: Наука, 1978. – 320 с.
130 Субботин, М.Ф. Введение в теоретическую астрономию [Текст] /
М.Ф. Субботин. – М.: Наука, 1968. – 800 с.
131 Тармаев, В.А. Линейная эрозия в Байкальском регионе [Текст] /
В.А. Тармаев, В.М. Корсунов, А.И. Куликов. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО
РАН, 2004. – 162 с.
132 Тетерин, Г.Н. Теория развития и метасистемное понимание геодезии [Текст] / Г.Н. Тетерин. – Новосибирск: Изд-во СГГА, 2006. – 162 с.
133 Тикунов, В.С. Некоторые теоретические вопросы картографии
[Текст] / В.С. Тикунов // Геодезия и картография. – 1991. – № 7. – С. 2731.
134 Тикунов, В.С. Моделирование в картографии [Текст] / В.С. Тикунов. – М: Изд-во МГУ, 1997. – 405 с.
135 Тикунов, В.С. Устойчивое развитие территорий: картографогеоинформационное обеспечение [Текст] / В.С. Тикунов, Д.А. Цапук. –
Смоленск, Изд-во СГУ, 1999. – 176 с.
136 Тулохонов, А.К. Байкальский регион: проблемы устойчивого развития [Текст] / А.К. Тулохонов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН. 1996. –
207 с.
137 Тулохонов, А.К. Создание геоинформационных ресурсов на основе ретроспективных топографических карт [Текст] / А.К. Тулохонов, А.Н.
Бешенцев, А.А. Лубсанов // Вычислительные технологии. Том 12. Специальный выпуск 3: Гис- и веб-технологии в междисциплинарных исследованиях. 2007. – С. 100-107
138 Урсул, А.Д. Информация. Методологические аспекты [Текст] /
А.Д. Урсул. – М.: Наука, 1971. – 296 с.
309
139 Урсул, А.Д. Проблема информации в современной науке. Философские очерки [Текст] / А.Д. Урсул. – М.: Наука, 1975. – 288 с.
140 Федеральный закон от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране
окружающей среды»
141 Хаггет, П. Модели в географии [Текст] / П. Хаггет, Р. Чорли. – М.:
Прогресс 1971. – 360 с.
142 Хаке, Г. Картографическая информация: особенности и показатели [Текст] / Г. Хаке // Картография. Вып. 1. Зарубежные концепции и
направления исследований: сб. ст. – М.: Прогресс, 1983. – С. 140-151.
143 Халугин, Е.И. Цифровые карты [Текст] / Е.И. Халугин, Е.А. Жалковский, Н.Д. Жданов. – М.: Недра, 1992. – 419 с.
144 Харвей, Д. Научное объяснение в географии [Текст] / Д. Харвей. –
М., 1974. – 503 с.
145 Харкевич, А.А. О ценности информации [Текст] / А.А. Харкевич //
Проблемы кибернетики: сб. ст. – М., 1960. – Вып. 4. – 200 с.
146 Хартли, Р. Передача информации [Текст] / Р. Хартли // Теория
информации и ее приложения: сб. ст. – М.: Изд-во. физ.-мат. лит., 1959. –
460 с.
147 Цапук, Д.А. О системности свойств географической информации
[Текст] / Д.А. Цапук. // Вестник МГУ. – 1995. – № 5. – С. 14-18.
148 Червяков, В.А. Концепция поля в современной картографии
[Текст] / В.А. Червяков. – Новосибирск, 1978. – 149 с.
149 Черкашин, А.К. Экологическое картографирование на основе полигеосистемного анализа и синтеза [Текст] / А.К. Черкашин. // Методология системного экологического картографирования: сб. ст. – Иркутск,
2002. – С. 22-40.
150 Черкашин, А.К. Полисистемное моделирование [Текст] / А.К.
Черкашин. – Новосибирск: Наука, 2005. – 280 с.
310
151 Черкашин, А.К. География и геоинформатика [Текст] / А.К. Черкашин // География и природные ресурсы. – 2006. – № 1. - С. 19-28
152 Черри, К. Человек и информация [Текст] / К. Черри. – М.: Связь,
1972. – 368 с.
153 Шеннон, К. Математическая теория связи [Текст] / К. Шеннон. –
Работы по теории информации и кибернетике: сб. ст. – М., 1963. – С. 128140
154 Шмулевич, М.М. Очерки истории Западного Забайкалья [Текст] /
М.М. Шмулевич. – Новосибирск: Наука, 1985. – 286 с.
155 Эшби, У.Р. Введение в кибернетику [Текст] / У.Р. Эшби. – М.:
Иностранная литература, 1959. – 430 с.
156 Яглом, А. М. Вероятность и информация [Текст] / А.М. Яглом,
И.М. Яглом. – М.: Наука, 1973. – 512 с.
157 Arnberger E. Eigenschaften der graphischen Darstellungsmittel. // Kartographische Schriftenreihe. Herausgegeben von der Schweizerischen Gesellschaft für Kartographie. – 1978. – № 3. – p. 7-13.
158 Chrisman N. Charting the Unknown: Haw Computer Mapping at Harvard Became GIS. – Redlands: ESRI press, 2007. – 340 p.
159 Gibson J.J. The Ecological approach to visual perception. – Boston:
Houghton Mifflin,1979 – 290 p.
160 Kolácný A. Cartographic information – a fundamental concept and
term in modern cartography // The Cartographic journal. – 1968. – v. 6. № 1. –
p. 47-49
161 Konecny M., Rais K. Geograficke informacni systemy. – Folia prirodoved. fak. UJEP v Brne, 1985. – Т. 26, № 13. – 196 p.
162 Laurini L., Thompson D. Foundamentals of spatial information systems. – Academic press, 1996. – 678 p.
163 Ratajski L. Metodyka kartografii spoteczno-gospodarczej. – Warszawa:
PPWK, 1973. – 380 s.
311
164 Ratajski L. Cartology: its developed concept. // The Polish Cartography. – Warszawa: CSPH, 1976. – p/ 7-23.
312
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
313
Объекты природопользования,
регистрируемые топографическими картами
Виды
Объекты
природо-
природопользования
пользования
Населенные пункты
Селитеб-
Кварталы
ное
Культовые сооружения
Отдельно расположенные строения
Постоянные стоянки юрт, чумов и т.п.
Пашня
Фруктовые и ягодные сады
Аграрное
Плантации технических культур
Рисовые поля
Оранжереи, теплицы, парники
Загоны для скота, скотомогильники
Заводы, фабрики, нефтяные и газовые скважины
Места добычи полезных ископаемых, соляные разработки
Автозаправочные станции, склады горючего и т.п.
Про-
Электростанции, радиостанции, метеостанции, телевизион-
мышлен-
ные центры и т.п.
ное
Линии электропередачи
Линии связи
Нефтепроводы, газопроводы
Карьеры, ямы
Железные дороги
Автомобильные дороги
314
Транс-
Мосты
портное
Туннели
Аэропорты, железнодорожные вокзалы и станции, порты
Насыпи, выемки
Перевалы
Паромы, перевозы
Реки и ручьи
Озёра
Каналы и канавы
Водохо-
Искусственные водоёмы
зяйствен-
Водопроводы
ное
Колодцы
Источники (ключи, родники, гейзеры)
Плотины, дамбы
Лесные массивы
Отдельные рощи
Узкие полосы леса и защитные лесонасаждения
Поросль леса
Лесное
Редкие леса
Горелые и сухостойные леса
Вырубленные леса
Просеки
Кустарники
Стланик
Населённые пункты
Поверхностные воды
Рекреа-
Культовые сооружения
ционное
Железные дороги
Автомобильные дороги
315
Аэропорты, железнодорожные вокзалы и станции, порты
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
316
(обязательное)
Классификатор Банка ретроспективных картографических данных
Код Тип объектов
Объекты
Атрибутивная информация
1
ОПОРНЫЕ ПУНКТЫ
Точечные объекты
10 Пункты ГГС
100. Геодезические пункты
101. Астрономические
пункты
11 Пункты нивелирной сети
110. Нивелирные реперы
- высота над уровнем
моря
- класс триангуляции
- высота над уровнем
моря
- класс нивелирования
2
ГИДРОГРАФИЯ
Точечные объекты
20
Источники во-
200. Ключи, родники
- качество воды
доснабжения
201. Колодцы
- дебит скважины
202. Колодцы с механическим подъемом воды
203. Артезианские колодцы
317
21
Переправы
210. Перевозы
- ширина реки, размер
211. Паромы
парома, грузоподъем-
212. Броды
ность
- глубина, длина, характер грунта, скорость течения
22
Оснащение су- 220. Порты
- название
доходных трасс 221. Причалы
222. Пристани
223. Якорные стоянки
224. Маяки
225. Навигационные огни
226. Водопады
227. Пороги
- высота падения
Линейные объекты
23
Водные объек- 230. Реки и ручьи постоян- - название
ты
ные
- направление скорость
231. Пересыхающие
течения, ширина, глуби-
232. Подземные
на, характер грунта дна
233. Пропадающие
234. Береговая линия
- высота обрыва
235. Берег обрывистый
24
Гидротехниче- 240. Каналы и канавы по-
- материал сооружения,
ские сооруже-
стоянные
длина, ширина, отметки
ния
241. Пересыхающие
верхнего и нижнего
242. Оросительные
уровней воды
243. Плотины
- материал сооружения,
244. Дамбы
ширина, высота
Полигональные объекты
318
25
Водные объек- 250. Озёра
- название
ты
- качество воды
251. Водохранилища
252. Острова
253. Береговые мели
3
НАСЕЛЕННЫЕ ПУНКТЫ
Точечные объекты
30
Строения
300. Отдельные строения
- название
301. Отдельные дворы
Линейные объекты
31
Пути сообще-
310. Улицы
- значение
ния
311. Проезды
- значение
Полигональные объекты
32
Жилая селитьба 320. Многоэтажные квар- - огнестойкость
талы
- огнестойкость
321. Одноэтажные кварталы
33
Социально-
330. Многоэтажные квар- - огнестойкость
культурная се- талы
литьба
- характер использова-
331. Одноэтажные кварта- ния
лы
34
Промышленная 340. Складского характера - огнестойкость
селитьба
341. Производственного
- характер производства
характера
35
Садовоогородная
350. Ареалы садовосе- огородной селитьбы
литьба
319
- название
4
ПРОМЫШЛЕННЫЕ, СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И СОЦИАЛЬНО-КУЛЬТУРНЫЕ ОБЪЕКТЫ
Точечные объекты
40
Промышленные 400. Сооружения башенно- - высота
предприятия
го типа
- материал постройки
401. Заводы
- характер производства
402. Фабрики
- характер производства
403. Мельницы
404. Лесопильни
41
Объекты хра-
410. Электростанции
нения энерго-
411. Электрические под-
ресурсов
станции
- название
- вид горючего
412. Склады горючего
413. Бензоколонки
42
Объекты связи 420. Радиостанции
421. Телецентры
422. Телеграфные конторы
423. Объекты сотовой связи
424. Метеорологическая
станция
43
Места добычи
430. Шахты
- вид ископаемого
полезных иско- 431. Штольни
паемых
432. Рудники
433. Прииски
320
44
Объекты соци- 440. Учебные
- характер объекта
ально-
441. Спортивные
культурного
442. Административные
назначения
45
Объекты куль- 450. Церкви
- название
тового назначе- 451. Часовни
- религиозная принад-
ния и
лежность
места
452. Дацаны
захоро- 453. Памятники
нений
454. Кладбища
Линейные объекты
46
Объекты пере-
460. Трубопроводы
- материал опор, высота
дачи энергоре-
461. Линии электропередач опор, напряжение
сурсов
47
Объекты связи 470. Линии связи
- вид связи
471. Подводные кабели
связи
Полигональные объекты
48
49
Места добычи
480. Карьеры
- вид ископаемого
полезных иско- 481. Соляные разработки
- глубина карьера
паемых
- высота отвала
482. Терриконы
Объекты расте- 490. Пашни
ниеводства
- вид культуры
491. Плантации технических культур
492. Огороды
493. Парники
5
ДОРОЖНАЯ СЕТЬ
Точечные объекты
321
50
Дорожные со-
500. Мосты
- длина
оружения
501. Эстакады
- ширина
502. Туннели
- материал
503. Станции
51
Перевалы
510. Постоянные
- высота
511. Сезонные
- период действия
Линейные объекты
52
Железные до-
520. Ширококолейные же- - количество путей
роги
лезные дороги
521. Узкоколейные железные дороги
522. Трамвайные линии
53
Автомобильные 530. Автомагистрали
дороги
- ширина проезжей ча-
531. Усовершенствованное сти, количество полос
шоссе
- материал покрытия
532. Шоссе
- ширина земляного полотна
54
Грунтовые до-
540. Автомобильные доро- - ширина проезжей части
роги
ги без покрытия
541. Полевые, лесные дороги
542. Грунтовые проселочные дороги
- период действия
543. Зимние дороги
544. Пешеходные тропы
6
РЕЛЬЕФ
Точечные объекты
322
60
Отметки высот 600. Командные
601. Прочие
61
- высота
Объекты рель- 610. Скалы
ефа
- название
- высота
611. Отдельные камни
612. Пещеры
613. Карстовые воронки
614. Кратеры вулканов
615. Курганы и бугры
Линейные объекты
62
Изолинии
620. Основные
- высота
621. Дополнительные
622. Вспомогательные
63
Формы релье-
630. Овраги, промоины
- высота
фа
631. Обрывы
- ширина
Полигональные объекты
64
Формы релье-
640. Ледники
фа
641. Фирновые поля
642. Скалы
643. Каменистые россыпи
644. Лавовые потоки
7
РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ
Точечные объекты
70
Объекты рас-
700. Отдельные деревья
тительного по- 701. Небольшие площади
крова
леса
Линейные объекты
323
71
Лесотехниче-
710. Защитные лесонасаж-
ские объекты
дения
- ширина
711. Просеки
Полигональные объекты
72
Древесная рас- 720. Леса хвойные
- порода
тительность
- характер древостоя
721. Леса лиственные
722. Леса смешанные
723. Поросль леса
724. Буреломы
725. Горелые леса
726. Вырубленные леса
73
Кустарниковая 730. Сплошные заросли ку- - порода
растительность старников
- средняя высота
731. Стланик
732. Фруктовые сады
74
Травянистая
740. Луговая раститель-
растительность ность
741. Степная растительность
742. Камышовые и тростниковые заросли
743. Осоковые заросли
8
ГРУНТЫ
Полигональные объекты
80
Болота
800. Непроходимые
801. Труднопроходимые
81
Солончаки
810. Непроходимые
811. Проходимые
324
- глубина
82
83
Кочковатые
820. Влажные
поверхности
821. Сухие
Пески
830. Ровные
831. Бугристые
832. Грядовые и дюнные
84
9
Галечники
ГРАНИЦЫ
Точечные объекты
90
Международ-
900. Железнодорожные по- - название
ные
граничные переходы
пограничные
901. Автомобильные погра-
переходы
ничные переходы
Линейные объекты
91
Администра-
910. Государственная гра-
тивные грани-
ница
цы
911. Границы субъектов
РФ
912. Районные границы
913. Границы отдельных
землепользователей
914. Металлические
ограждения
915. Каменные стены, заборы
92
Природные
920. Границы заповедни-
границы
ков
921. Границы заказников
922. Границы ландшафтов
325
93
Границы БПТ
931. Центральной экологической зоны
932. Буферной экологической зоны
933. Зоны атмосферного
влияния
326
ПРИЛОЖЕНИЕ В
(обязательное)
Перечень ошибок картографирования
Ошибка
Критерий возврата
1. Ошибка кода и характеристики объекта
Более 3 на HЛ
2. Ошибка в плановом положении объекта
Более 1 на HЛ
3. Ошибка в абсолютной высоте объекта
Более 3 на HЛ
4. Ошибка в математической основе ЭК (рамки,
точки плaново-высотной основы)
5. Несогласование объектов по сегментам (слоям), взаимное пересечение объектов, контуров
1 и более
Более 1% общего числа объектов на сегмент (слой)
6. Пропуск объектов
Более 1 на HЛ
7. Выбросы объектов в плановом положении
Более 3 на HЛ
8. Наличие двойных объектов
Более 2 на HЛ
9. Ошибки в паспортных данных HЛ
1 и более
10. Несоответствие рельефа орографическим ли-
Более 10% от общего
ниям (не более 1/3 заложения рельефа)
числа горизонталей
11. Отсутствие точек прогиба рамки (для топографических карт), ошибки структуры рамки
12. Несводкa HЛ по внутренним и внешним рамкам
Наличие ошибки
Наличие ошибки
13. Расхождение между положением точечного
Более 30% общего
объекта ЦКМ и его изображением на ИКМ более
числа объектов, D
0.15 мм в масштабе карты (но D доп. мах. не
доп. мах. не должны
327
должно быть более 0,30 мм); линейного
превышать 30%:
0,2 (0,4) мм соответственно; вершин углов рамки
- общего количества
и пунктов геодезической основы, километровой
точечных объектов;
и картографических сеток на 0,15 (0,15) мм
- общей длины линейных и периметра
площадных объектов
14. Наличие ошибок в протоколах контрольных
программ
15. Нарушение технологии работ, грубое нарушение требований руководящих документов
16. Несоответствие пpострaнственно-логических
связей установленным требованиям
328
1 и более
Наличие ошибки
Наличие ошибки
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
(рекомендуемое)
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации
В рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень изданий,
определённых ВАК Минобрнауки РФ:
1. Бешенцев, А.Н. Геоинформационный подход к картографическому методу исследования [Текст] / А.Н. Бешенцев // Геодезия и картография. – 2009.
– №11. – С. 40-43.
2. Бешенцев, А.Н. Модернизация картографического метода исследования [Текст] / А.Н. Бешенцев // Геодезия и картография. – 2011. – №2. – С. 1923.
3. Бешенцев, А.Н. Картографический мониторинг природопользования
[Текст] / А.Н. Бешенцев // Геодезия и картография. – 2011. – №3. – С. 14-18.
4. Бешенцев, А.Н. Геоинформационная концепция картографического
метода исследования [Текст] / А.Н. Бешенцев // Геодезия и картография. –
2011. – №9. – С. 31-37.
5. Бешенцев, А.Н. Создание Интернет-атласа картографических и спутниковых данных для междисциплинарных исследований дельтовых геосистем побережья оз. Байкал [Текст] / А.Н. Бешенцев, Б.З. Цыдыпов, Г.М. Ружников // Геодезия и картография. – 2013. – №6. – С. 33-37.
6. Бешенцев, А.Н. Картографическая оценка природного риска от наводнений в бассейне оз. Байкал [Текст] / А.Н. Бешенцев, Т.А. Борисова // Геодезия и картография. – 2013. – №7. – С. 26-30.
7. Бешенцев, А.Н. Картографический мониторинг трансграничных социально-экономических процессов [Текст] / А.Н. Бешенцев, Д.А. Дарбалаева,
У.В. Цыренжапова // Геодезия и картография. – 2013. – №8. – С. 33-38.
8. Бешенцев, А.Н. О языке карты [Текст] / А.Н. Бешенцев // География и
природные ресурсы. – 1993. – №3. – С. 65-67.
329
9. Бешенцев, А.Н. Геоинформационная технология как основа мониторинга леса. [Текст] / А.Н. Бешенцев, А.М. Гармаев // Вестник Бурятского
государственного университета. – 1998. – №3. – С. 183-185.
10. Бешенцев, А.Н. Геоинформационный мониторинг трансформации
природных ландшафтов в бассейне оз. Байкал на основе ретроспективных
картографических материалов [Текст] / А.Н. Бешенцев // Аридные экосистемы. – 2011. – №4. – с. 230-236
11. Бешенцев, А.Н. Об использовании свойств информативности цвета и
формы в языке карты [Текст] / А.Н. Бешенцев // География и природные ресурсы. – 1996. – №2. – С. 121-122.
12. Тулохонов, А.К. Создание геоинформационных ресурсов на основе
ретроспективных топографических карт. [Текст] / А.К. Тулохонов, А.Н. Бешенцев, А.А. Лубсанов // Вычислительные технологии. – 2007. – №12. – С.
100-107.
13. Тармаев, В.А. Прогнозный смыв пахотных почв на склонах разной
крутизны в Забайкалье [Текст] / В.А. Тармаев, А.Б. Иметхенов, А.Н. Бешенцев // Вестник Бурятского государственного университета. – 2006. – №7. – С.
120-127.
14. Гынинова, А.Б. Аккумуляция веществ в почвах Селенгинского дельтового района и формирование почвенно-геохимических барьеров [Текст] /
А.Б. Гынинова, В.М. Корсунов, Л.Д. Балсанова, А.Н. Бешенцев, В.И. Убугунова, // География и природные ресурсы. – 2007. – №2. – С. 65-69.
15. Макаров, А.В. Проблемы регулирования трансграничных воздействий в целях сохранения природного наследия в бассейне р. Селенги [Текст]
/ А.В. Макаров, А.Н. Бешенцев, Б.О. Гомбоев, А.С. Михеева // Проблемы региональной экологии. – 2008. – №1. – С. 37-42.
16. Тармаев, В.А. Овражные образования в Прибайкалье. [Текст] / В.А.
Тармаев, Н.Н Хаптухаева., А.Н. Бешенцев // Наука и образование. – 2010. –
№2. – С. 70-72.
330
17. Борисова, Т.А. Территориальная оценка риска от наводнений в Байкальском регионе в условиях экологических ограничений [Текст] / Т.А. Борисова, А.Н. Бешенцев // Безопасность жизнедеятельности. – 2011. – №12. –
С. 32-38.
18. Тармаев, В.А. Водная эрозия в Селенгинском среднегорье [Текст] /
В.А. Тармаев, Н.Н. Хаптухаева, Э.Н. Елаев, А.Н. Бешенцев, В.Х. Даржаев,
Г.У. Челпанов // Вестник Восточно-Сибирского государственного технологического университета. – 2012. – №2. – С. 102-106.
19. Екимовская, О.А. Экономико-географические особенности развития
хозяйств населения республики Бурятия. [Текст] / О.А. Екимовская, А.Н.
Бешенцев // География и природные ресурсы. – 2012. – №2. – С. 95-103.
20. Урбазаева, С.Д. Гидроэкология: основные формы миграции и распределение тяжелых металлов в воде, на взвесях и в донных отложениях проток
дельты р. Селенга. [Текст] / С.Д. Урбазаева, З.А. Хажеева, Л.Д. Раднаева,
А.Н. Бешенцев // Инженерная экология. – 2012. – №4. – С. 36-41.
21. Дарбалаева, Д.А. Система мониторинга и анализ особенностей социально-экономического развития трансграничных территорий России, Монголии и Китая [Текст] / Д.А. Дарбалаева, У.В. Цыренжапова, А.Н. Бешенцев,
С.Ж. Дагданова // Научное обозрение. – 2012. – №6. – С. 580-589.
Монография:
1. Бешенцев, А.Н. Геоинформационная оценка природопользования
[Текст] / А.Н. Бешенцев. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2008. – 120 с.
Карты:
1. Туристско-рекреационная карта «Байкал - Бурятия» [Карта] – М.:
Изд-во VIZA, 2010 г. Соавторы: Будаева, Д.Г., Бешенцев А.Н.
2. Отраслевые типы сельскохозяйственного производства. М 1 : 8 000
000 [Карта] // Атлас социально-экономического развития России. ─ М.:
331
ФГУП ПКО «Картография», 2009. ─ С. 206. Соавторы: Роговская, В.Н. Богданов, А.Н. Бешенцев, А.И. Литвинцева, О.А. Екимовская, Л.В. Хышектуева.
3. Структура посевных площадей. М 1 : 8 000 000 [Карта] // Атлас социально-экономического развития России. ─ М.: ФГУП ПКО «Картография»,
2009. ─ С. 207. Соавторы: Н.В. Роговская, В.Н. Богданов, А.Н. Бешенцев,
А.И. Литвинцева, О.А. Екимовская, Л.В. Хышектуева.
4. Динамика производства продукции растениеводства. М 1 : 8 000 000
[Карта] // Атлас социально-экономического развития России. ─ М.: ФГУП
ПКО «Картография», 2009. ─ С. 208. Соавторы: Н.В. Роговская, В.Н. Богданов, А.Н. Бешенцев, А.И. Литвинцева, О.А. Екимовская, Л.В. Хышектуева.
5. Динамика поголовья сельскохозяйственных животных. М 1 : 8 000 000
[Карта] // Атлас социально-экономического развития России. ─ М.: ФГУП
ПКО «Картография», 2009. ─ С. 209. Соавторы: Н.В. Роговская, В.Н. Богданов, А.Н. Бешенцев, А.И. Литвинцева, О.А. Екимовская, Л.В. Хышектуева.
6. Физико-географическое положение республики Бурятия. М 1 : 3 000
000 [Карта] // Энциклопедия Бурятии – Улан-Удэ: ЭКОС: Изд-во БНЦ СО
РАН, 2011. – С.326. Автор: Бешенцев А.Н.
7. Территория водосборного бассейна оз. Байкал. М 1 : 9 000 000 [Карта]
// Энциклопедия Бурятии – Улан-Удэ: ЭКОС: Изд-во БНЦ СО РАН, 2011. –
С. 328. Автор: Бешенцев А.Н.
8. Особо охраняемые природные территории республики Бурятия. М 1 :
3 000 000 [Карта] // Энциклопедия Бурятии – Улан-Удэ: ЭКОС: Изд-во БНЦ
СО РАН, 2011. – С. 334. Автор: Бешенцев А.Н.
9. Территориально-административное деление республики Бурятия. М 1
: 3 000 000 [Карта] // Энциклопедия Бурятии – Улан-Удэ: ЭКОС: Изд-во БНЦ
СО РАН, 2011. – с.336. Автор: Бешенцев А.Н.
10. Население республики Бурятия. М 1 : 3 000 000 [Карта] // Энциклопедия Бурятии – Улан-Удэ: ЭКОС: Изд-во БНЦ СО РАН, 2011. – С.338. Автор: Бешенцев А.Н.
332
11. Использование земель на территории республики Бурятия. М 1 : 3
000 000 [Карта] // Энциклопедия Бурятии – Улан-Удэ: ЭКОС: Изд-во БНЦ
СО РАН, 2011. – С. 340. Автор: Бешенцев А.Н.
12. Физико-географическое положение бассейн оз. Байкал. М 1 : 3 000
000 [Карта] // Байкал: природа и люди (энциклопедический справочник)
[Карта] – Улан-Удэ: ЭКОС: Изд-во БНЦ СО РАН, 2009 – С. 24. Автор: Бешенцев А.Н.
13. Население побережья оз. Байкал М 1 : 3 000 000 [Карта] // Байкал:
природа и люди (энциклопедический справочник) [Карта] – Улан-Удэ:
ЭКОС: Изд-во БНЦ СО РАН, 2009. – С. 124. Автор: Бешенцев А.Н.
14. Земельные ресурсы побережья оз. Байкал. М 1 : 3 000 000 [Карта] //
Байкал: природа и люди (энциклопедический справочник) [Карта] – УланУдэ: ЭКОС: Изд-во БНЦ СО РАН, 2009. – С. 324. Автор: Бешенцев А.Н.
333