автореферат диссертации по геодезии, 05.24.03, диссертация на тему:Географо-картографическое обоснование локальной геоинформационной системы высокогорного селевого бассейна (на примере р. Кубасанты, Приэльбрусье)

Piß u

ЮСКОВСКИЙ ОРЛЕНА ЛЕНИНА. ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ И ОРЛЕНА ТРУДОВОГО KP ACH О] О ЗНАМЕНИ 1VCУД AFCTBEHHblí-I УНИВЕРСИТЕТ пм.М.В.ЛОМОНОСОВА

Геогра фический факультет

На правах рукописи

БАЛ ДИНА Елена Александровна

УДК [910:528.71:У2*1.9(234.9}

ГЕОГРАФО-КАРТОГРАФИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ГЕОИНООРМАЦИОННОЙ СИСТШЫ ВЫСОКОГОРНОГО СЕЛЕВОГО БАССЕЙНА (ni: примере р.Кубасанты, Приэльбрусье)

05.24.03 - картография

АВТО ? ЕФЕРАТ диссертации ка соискание ученой степени кандидата географические наук

МОСКВА 199<1

Работа выполнена в лаборатории аэрокосмических методов кафед Картографии и геоинформатнки географического факульп Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Научный руководитель - доктор географических наук

ирофессор Ю.Ф.Книжников

Официальные оппоненты -доктор географических наук,

старший научный сотрудник В.Ф.Перов

- кандидат географических наук, старший научный сотрудник В.Г.Линник

Ведущая организация - Институт географии РАН (Лаборатория горн

геосист«

Защита состоится " ? " /ХлЫШи^ 1994 г в /5" на заседании Специализированного совета по геоморфолоп Эволюционной географии, мерзлотоведению и картографии (Д-053.05.06).при Московском государственном университете ] М.В.Ломоносова по адресу : 119899, Москва. ГСП-3, Ленинские Го] МГУ, Географический факультет, 21 этаж, ауд. 2109

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географнческ! факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан " 3 " уХЛСЬ^ШО^- 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета ликтор географических наук /

профессор и с С- у _Ю. Ф. Книжников

Ч

J

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В результате интенсивного )своения и использования высокогорья в хозяйственную ¡еятельность все больше вовлекаются территории, подверженные ^благоприятным природным процессам. Планирование размещения объектов в высокогорье, уменьшение опасности :тихийных бедствий во многом зависят от достаточности 1нформации о свойствах территории и своевременности выявления 1роисходящих на ней изменений (С.М.Мягков, 1989, 1990). В >той связи особое значение приобретают современные •еоинформационные технологии, позволяющие быстро и эффективно обрабатывать различные виды пространственных данных и тредоставлять потребителю необходимые сведения. Актуальность разработки локальных геоинформационных систем (ГИС) )бусловлена возрастанием роли местных органов власти в решении проблем природопользования. Создание для небольших ■ерриторий локальных ГИС, разработанных в интересах сонкретного пользователя, способствует распространению гео-шформационных технологий и в конечном счете повышению ■ровня использования географической информации.

Достижения в разработке технологических аспектов ГИС, в ом числе существование большого числа коммерческих про-раммных средств, предназначенных для обработки географической информации "выдвигают на передний план более : ложные проблемы концептуального, содержательно-географического обеспечения ГИС" (А.М.Берлянт, 1992).

Заметное отставание в практическом использовании геоинформационных систем в нашей стране стимулирует поиск наибо-¡ее простых и быстрых путей их реализации, в частности, ориентацию на использование персональных компьютеров стандартной конфигурации и распространенных коммерческих программ.

IIель диссертационного исследования состоит в разработке географо-картографического обоснования локальной геоинформационной системы на примере высокогорного селевого бассейна и ее картографо-аэрокосмического обеспечения с использованием распространенных аппаратно-программных средств. Для достижения поставленной цели необходимо:

— определить круг вопросов, представляющих географические аспекты создания локальной геоинформационной системы;

— проанализировать опыт создания геоинформационных систем, нацеленных на решение проблем использования высокогорных территорий и определить пути применения геоинфорационных технологий для изучения селевых явлений и селепасных территорий;

— выявить и оценить источники информации для локальной ГИС высокогорного селевого бассейна и обосновать необходимость создания специализированного картографического обеспечения локальных ГИС;

— разработать методику использования материалов крупномасштабной аэрофотосъемки высокогорной территории при создании ГИС;

— оценить наиболее распространенные программные и технические средства реализации локальной геоинформационной системы.

Научная новизна исследования заключается в том, что автором впервые:

— сформулировано положение о географо-картографическом обосновании ГИС;

— обоснована концепция и разработано содержание базовой карты для ГИС высокогорного селевого бассейна;

— разработана и опробована методика использования аэрофотоснимков высокогорной территории разных масштабов при подготовке данных для локальной ГИС;

— выделены и исследованы картографические аспекты применения распространенных коммерческих программ для персональных компьютеров стандартной конфигурации при выполнении геогра-фо-картографических работ.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается получением согласованных результатов при использовании различных картографических и аэрокосмических материалов и применении разных методов их обработки. В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором при полевых и аэровизуальных обследованиях территории (1988-1991 гг.) и обработке материалов аэрофотосъемки с вертолета, архивных аэрофотоснимков, а также материалы полевых обследований и стационарных наблюдений на территории бассейна р.Кубасанты, полученные разными организациями в 1962-1988 гг.

Работа в своей теоретической части опирается на труды ведущих отечественных и зарубежных картографов и географов (И.П.Заруцкой, К.А.Салищева, А.М.Берлянта, Ю.Ф.Книжнико-ва, С.Н.Сербенюка, А.В.Кошкарева, В.С.Тикунова, Г.С.Ананьева, Ю.Г.Симонова, В.Ф.Перова, Р.Вшто^Ь, М.СтооскЫИ, Б.Шппс!, К. ТотНшоп и др.). Научные положения и выводы апробированы на научных совещаниях и семинарах.

Практическое значение и внедрение результатов, Практическая значимость работы обусловлена ориентацией на использование наиболее доступных и распространенных программно-технических средств.

Материалы диссертационного исследования используются при организации наблюдений за работой селезащитных сооружений и оценке селеопасности в районе Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН. Карта селевого бассейна р.Кубасанты масштаба 1:25 ООО включена в Атлас "Сели России", создаваемый по заказу Госкомитета РФ по чрезвычайным ситуациям. Концепция и методика создания базовой карты селевого басссейна внедрены при разработке динамических ГИС по разделу Государственной программы "Экологическая безопасность России". Рекомендащш по выполнению картографических работ с помощью распространенных коммерческих программ для персонального компьютера используются при обработке пространственно-распределенных данных в Институте археологии РАН; методика ввода картографических материалов с по-

мощью издательского сканера, основные положения географо-кар-тографического обоснования ГИС применяются при создании учебной ГИС "Сатино" на географическом факультете МГУ.

Принятая методика исследований включает обобщение и анализ литературы, сбор и систематизацию фактического материала из архивов и полученного в результате аэрофотосъемок с вертолета, полевых работ и аэровизуальных наблюдений, дешифрирование, стереофотограмметрические измерения, экспериментальные работы по подготовке данных для ГИС с использованием стандартных коммерческих программ на PC/AT.

Основными материалами служили повторные аэрофотоснимки бассейна р.Кубасанты с вертолета, полученные при участии автора в 1988-1991 гг., архивные аэро- и космические снимки Приэльбрусья. Использованы также материалы полевых обследований и стационарных наблюдений бассейна р.. Кубасанты: Эро-зионно-селевой экспедиции географического ф-та МГУ (1963-1968 гг.); Пятигорского проектного института Севкавгипроводхоз (1970-1972 гг.); Северо-Кавказской инженерно-геологической партии МГУ (1981-1984); Проблемной лаборатории снежных лавин и селей географического факультета МГУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Межведомственном семинаре "Геоинформационные системы горных территорий" (Тер-скол, 1989), Рабочем совещании секции гляциологии при МГК СССР по ГИС "Гляциология" (Звенигород, 1990), Ломоносовских чтениях МГУ (апрель, 1990), Межведомственном рабочем совещании по проблемам использования ГИС для решения вопросов охраны окружающей среды и рационального природопользования в стране (Москва, 1991), Межведомственном семинаре по коммерческим геоинформационным системам (Москва, 1991), X Всесоюзной конференции по тематическому картографированию (Ленинград, 1991); заседаниях кафедры картографии и геоинформатики, семинарах лаборатории аэрокосмических методов.

По теме диссертации опубликовано 12 статей.

Структура и объем работы. Текст диссертации состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит 190 страниц текста, 43 иллюстрации, 7 табл. Список литературы включает 179 наименований, в том числе 35 зарубежных.

Диссертационное исследование выполнено в лаборатории аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики географического ф-та МГУ. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору Ю.Ф.Книж-никову, сотрудникам лаборатории аэрокосмических методов и преподавателям кафедры картографии и геоинформатики за плодотворные обсуждения и советы в процессе работы над диссертацией. Автор искренне благодарен к.г.н. И.Б.Сейновой за консультации и предоставленные материалы, а также к.т.н. Р.Н.Гельману за предоставленные программы и рекомендации по стереофотограмметрической обработке аэрофотоснимков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены научно-методические "предпосылки создания локальной геоинформационной системы.

Определяющее влияние на распространение геоинформационных технологий в нашей стране оказывают следующие факторы:

а) признание приоритетным направлением деятельности топо-графо-геодезической службы страны создание цифровых, электронных карт и геоинформационных систем, ориентация на геоинформационные технологии при организации работ по созданию многоцелевого кадастра природных ресурсов (Н.Д.Жданов, 1992);

б) рост потребностей в географической информации на всех территориальных уровнях, включая локальный, обусловленный изменением экономической ситуации в стране и повышением значения местных органов власти;

в) резкое увеличение в последние годы общего числа современных вычислительных средств, в первую очередь персона ль-

ных компьютеров (ПК) и стандартных 'прикладных программ, а также зарубежных коммерческих программных средств ГИС (ARC/INFO, MAP/INFO, TERRASOFT, SPANS, EPPL7 и мн.др.).

Первый из этих факторов создает основу развития ГИС на государственном уровне, но требует для их практической реализации значительного времени и ресурсов, в частности, сдерживается недостатком квалифицированных пользователей. Второй — свидетельствует о необходимости создания локальных и небольших региональных ГИС для решения конкретных задач природопользования на местах, кадастровых и инвентаризационных систем для местных органов власти. Третий фактор обеспечивает условия для относительно быстрого решения частных задач с помощью современных вычислительных средств. Распространение персональных компьютеров создает условия для широкого применения цифровой картографической информации и геоинфор-мационьхх технологий. Это обстоятельство необходимо использовать для распространения географических знаний о территории, в частности, в форме локальных геоинформационны!; систем'.

. Влияние персональных компьютеров на развитие ГИС и ци фровое картографирование в нашей стране проявляется двояко. С одной стороны, их использование в крупных научных и произвол ственных центрах профессиональной картографии и в неболылш научно-производственных учреждениях, местных органах упра вления и т.п. способствует распространению цифровых карт i соответствующих технологий на всех уровнях. С другой стороны ориентация массового пользователя на минимальные технически средства и наиболее доступные коммерческие программы неиз бежно вынудит производителей цифровых карт предусмотреть и: использование на ПК с коммерческим программным обеспечением

Изучение опыта практического применения геоинформацио} ных технологий для решения географических задач в выс.окогоръ выявляет следующие направления их эффективного использова-

ния: хозяйственное освоение и управление ресурсами высокогорных территорий; выявление и контроль высокогорных неблагоприятных природных процессов; научные исследования. Сдерживают применение геоинформационных технологий в этой области относительно более слабая изученность и, соответственно, обеспеченность горных территорий подходящими для использования в ГНС картографическими материалами, сложность пространственной привязки данных. В связи с этим обеспечение пространственной локализации необходимой информации с требуемой точностью определено как первоочередная задача при создании ГНС высокогорных территорий.

Появление в последние несколько лет термина "геоинформационные технологии" отражает достигнутый высокий уровень разработки технических аспектов ГНС. Он проявляется в существовании большого числа готовых пакетов программ обработки географических данных, но при этом также и в отрыве технологической компоненты ГНС от содержательной — свойств территорий и особенностей источников данных. Это вызывает необходимость предварительного решения географических и картографических вопросов создания ГИС для каждой конкретной территории и проектируемого набора задач. Обсуждение географических вопросов разработки ГИС рассматривается как развитие на новом технико-технологическом уровне проблемы соотношения традиционных и математических методов в географии, поставленной Ю.Г.Симоновым (1.987), и другими учеными.

Опираясь на неоднократно отмеченное в литературе (А.М.Берлянт, 1989, В.С.Тикунов, 1989, С.Н.Сербенюк, 1990, А.В.Кошкарев, 1990, Е.И.Халугин и др., 1992, Ю.Ф.Книжников, 1993, М.В1акешоге, 1987, М.СкюёсЫЫ, 1988 и др.) многообразие связей картографии и геоинформатики, а также на опыт решения географических вопросов создания ГИС (В.Г.Линник, 19.90, Ю.Г.Симонов, 1990) автором предложено в процессе создания ГИС обозначить этап, соответствующий разработке программы

карты. Совокупность работ, предшествующих созданию карты, проанализированная с позиций геоинформационных технологий, позволила выделить четыре взаимосвязанные группы вопросов, решение которых, должно предшествовать созданию ГИС:

— предметно-географические — анализ особенностей территории, на основе которого определяются способы их формализованного представления в ГИС;

— информационного обеспечения: определение основных видов источников информации, их сбор, анализ и оценка, рекомендация способов их представления в базах данных;

— программно-технические: выявление возможностей и ограничений доступных пользователю технических и программных средств реализации ГИС с точки зрения представления информации о территории;

— организационные: рекомендации по использованию ГИС, определение ее места в практической деятельности пользователя.

Разработка ГИС по этой схеме призвана учесть опыт географической картографии, основные принципы которой сформулированы И.П.Заруцкой (1982), и обеспечить географически достоверное отображение действительности при переходе к геоинформационным технологиям.

Во второй главе рассмотрены предметно-географические и организационные вопросы разработки локальной ГИС высокогорного селевого бассейна.

Обоснован выбор территории активного селевого бассейна р.Кубасанты для разработки методических вопросов создания локальной ГИС. Бассейн репрезентативен для всего Северного Кавказа и Приэльбрусья, где селеопасны девять из каждых десяти притоков р. Баксан (С.М.Флейшман и др, 1972). На сравнительно небольшой площади здесь представлены многие характерные для Национального парка Приэльбрусье природные комплексы. Территория хорошо изучена и обеспечена материалами предшествующих обследований (Н.Б.Сепнова. 1991) —это позволяет

оценить информативность разных источников информации и обоснованно выбирать наиболее подходящие для решения данного класса задач материалы и способы их. обработки, что имеет большое значение при проектировании геоинформационных систем для территорий-аналогов.

Для анализа селевых явлений с помощью геоинформационных технологий автором предложено различать факторы или условия селеформирования, под которыми понимаются комплекс природных условий, характеризующих потенциальную возможность селеформирования или селевую активность территории, и собственно селевой процесс, т.е. зарождение, движение, трансформация селевого потока, его параметры. Это должно позволить использовать для формализованного описания и анализа средствами геоинформационных технологий селевых явлений два принципиально разных подхода: с помощью методов совместного анализа карт разной тематики (традиционных для ГИС), для учета условий селеформирования, и с использованием математических моделей, описывающих селевой процесс и его отдельные стадии, что необходимо для расчета параметров селевых потоков и их прогнозирования.

Выполненный анализ традиционных методов изучения селей и получения информации о селеопасных территориях (В.Ф.Перов, 1989, А.И.Шеко, 1984, Ю.Б.Виноградов ,1980 и др.) а также опыта разработки ГИС в этой области (В.И.Никифоров , 1988, А.Н.Оли-феров и др, 1992) позволили рекомендовать применение следующих элементов геоинформационных технологий для организации информации: 1) создание баз данных на основе существующих каталогов и описаний, 2) организация картографических баз данных для комплексной характеристики селеопасных территорий, 3) автоматизированная обработка аэрокосмических снимков как основного источника информации для ГИС высокогорных территорий локального и регионального уровней; 4) имитационное моделирование селевого процесса на основе собранной информации.

Важность разработки организационных вопросов ГИС для их успешного функционирования отмечалась многими авторами (Р.Виггоиф1 , 1986, Ю.Г.Симонов, 1990, В.С.Тикунов, 1992 и др.). Потенциальных потребителей информации ГИС селевой направленности локального уровня можно условно разделить на две группы, наиболее существенно различающиеся по характеру запросов и требованиям к ГИС (таблица). Это позволяет рекомендовать организацию локальной ГИС высокогорного селевого бассейна в виде двух подсистем. Первая подсистема предназначается для административных органов. Ее существенными чертами являются информация об условиях селеформирования и объектах на селеопасной территории в доступной для пользователя форме и совокупность методов оперативного представления информации. Вторая подсистема обеспечивает исследование территории. Ее особенности — комплексный характер хранимой информации и большой набор методов ее обработки и анализа, в том числе методов моделирования ситуации.

Таблица

Основные задачи локальных геоинформационных систем селеопасных территорий разного назначения

Назначение (пользователи) Основные задачи

Адмшшстративно-управлен-ческие и проектные организации, тресты изысканий для строительства и т.п Научно-исследовательские учреждения 1) Планирование инженерной защиты, перепланировка территорий; 2) Оповещение населения о возможности селепроявлений; 3) Разработка проектов инженерной защиты отдельных объектов; 4) Контроль за состоянием защитных сооружений 1) Обеспечение изучения условий селеформирования; 2)Разработка и опробование моделей процессов селеформирования; 3) Информационное обеспечение административных и проектных ГНС.

В соответствии с этим основная цель ГИС для территории высокогорного селевого бассейна р.Кубасанты состоит в накоплении и эффективном использовании данных об условиях селефор-мирования в данном селевом бассейне для мониторинга, обоснованного расчета характеристик селевых потоков и прогноза селевой активности при изменении условий селеформирования, информирования административных органов о степени селеопасности.

Предложен предварительный проект этой системы, рассматриваемый как аналог наброска программы карты. В отличие от "классических" схем. выделяющих основные элементы технологической составляющей ГИС (подсистемы ввода, хранения, обработки и анализа, представления данных) предлагаемая схема детализирует географо-картографическую составляющую ГИС, выделяя основные виды необходимых данных, методы их обработки и виды выходной продукции. Виды исходной информации различаются по способам получения, обработки и периодичности обновления: картографическая — слои тематической информации, содержащие инвентаризационные сведения об изучаемой территории; дистанционная — аэрокосмические снимки, обеспечивающие возможность постоянного обновления пространственной информации, метеорологическая — текущие характеристики метеообстановки, необходимые для оценки ситуации в определенный момент времени. Методы обработки этих видов информации: картографические — анализ тематических слоев, методы обработки снимков — фотограмм етртеские и тематзгческого дешифрирования, моделирование изучаемых природных процессов; выходная продукция: производные карты и сценарии развития ситуации.

Третья глава посвящена информационному обеспечению ГНС изучаемой территории на основе картографических и аэрокосмических материалов.

Сформулированы требования к точности планового положения объектов для оценки источников пространственной информации для ГИС. Основным признана возможность определения про-

странственного положения объектов с ошибкой, не превышащей 10 м для всей территории и 1 м для прирусловой зоны. Эти величины' обоснованы исходя из задач данной ГИС и параметров селевых объектов, а кроме того, особенностей представления графических материалов на экране персонального компьютера в процессе работы ГИС.

Оценка традиционных крупномасштабных картографических материалов на примере бассейна р.Кубасанты показала, что они большей частью не обеспечивают требуемый для локальной ГИС уровень детальности и точности планового положения объектов. В связи с этим для информационного обеспечения локальных ГИС высокогорной территории необходимо использование материалов аэрофотосъемки и разработка специализированного картографического обеспечения.

Аэрофотосъемочное обеспечение. Разработка автором приемов использования крупномасштабных плановых и перспективных аэрофотоснимков для изучения условий селеформирования представляет составную часть экспериментальных работ лаборатории аэрокосмических методов по созданию методики выполнения аэрофотосъемки с вертолета для изучения динамичных объектов в высокогорье. Эти работы включают конструирование аэро-фотоустановок для плановой и перспективной съемки, определение оптимальной съемочной аппаратуры и условий съемки, экспериментальные съемки конкретных объектов, обработку полученных материалов. Маршруты повторных аэрофотосъемок селевого бассейна р.Кубасанты, обеспечивающие наиболее полное покрытие всей территории и участков, подлежащих особому вниманию, предложенные автором, показаны на рис. 1.

Крупномасштабные плановые и перспективные аэрофото снимки с вертолета позволяют получить детальную характеристику исследуемой территории, сведя к минимуму необходимые полевые обследования. Однако значительные искажения за рельеф местности не позволяют использовать эти снимки для получения пространственных характеристик объектов, в связи с чем при подготовке данных для ГИС необходима стереофотограмметрическая обработка снимков.

Т1..—Ц!—V III

уи IX III-] - 2 И- 3 2644.4 - 4

Рис 1. Основные маршруты аэрофотосъемки бассейна р.Кубасанты:

1 - номер маршрута; 2 - направление полета; 3 - направление перспективной съемки; 4 - абсолютные высоты ориентиров.

С целью получения необходимых пространственных характеристик объектов по снимкам разных масштабов, не обеспеченных наземной геодезической опорой, исследована возможность координатной привязки материалов аэрофотосъемки по топографическим картам масштабов 1:25 ООО, 1:50 ООО, 1:100 ООО.

Проведенные эксперименты показали, что для привязки снимков может использоваться около 20% точек топограф1гчес.кой карты с подписанными высотными отметками.

Расчеты показывают, что относительная ошибка определения превышений и планового положения объектов по стереопаре снимков зависит прежде всего от точности масштабирования и горизонтирования построенной фотограмметрической модели, которая в свою очередь зависит от ошибок определения координат опорных точек. При привязке фотограмметрической модели, построенной по мелкомасштабным (1:100 ООО) аэрофотоснимкам к топографическим картам более крупных масштабов удается добиться точности, соответствующей точности определения координат по топографическим картам. В случае недостатка опорных точек на топографической карте для обработки крупномасштабных аэрофотоснимков возможна привязка материалов этого вида с использованием снимков более мелких масштабов.

Проведенные экспериментальные работы по привязке снимков разных масштабов и полученные величины расхождений на контрольных точках подтвердили возможность использования аэрофотоснимков, не имеющих геодезической привязки, для получения количественных характеристик объектов с требуемой точностью. Они показали, что точности, получаемой при привязке материалов съемки к топографическим картам и мелкомасштабным аэро-фотоснимам, достаточно для объединения результатов обработки снимков с картографическими материалами в государственной геодезической системе координат в процессе подготовки данных для локальной ГИС.

Подготовленные таким способом аэрофотоснимки обеспечивают возможность проведения стереофотограмметрических определений точек, необходимых для построения цифровых моделей рельефа разного уровня детальности и обзорности (рис. 2).

Картографическое обеспечение. Недостаточная детальность и точность традиционных крупномасштабных картографических источников определяют необходимость создания особой базовой карты для локальных ГНС.

Рис. 2. Блок-диаграмма рельефа исследуемого селевого бассейна.

Цифровая модель рельефа построена по 1620 точкам нерегулярной сетки, определенным по йтереопаре аэрофотоснимков масштаба 1:100 ООО

Базовая карта понимается как слой тематической информации, содержащий наиболее характерные сведения о территории и являющийся рабочей основой для координирования других источников пространственных данных.

Основные требования к базовой карте ГНС высокогорного селевого бассейна состоят в отображении свойств территории, характеризующих условия селеформировання: возможности получения пространственно-координированной информации и наличии

достаточного числа ориентиров для привязки картографических материалов, не имеющих плановой основы. В связи с тем, что важнейшим источником пространственной информации здесь являются аэрофотоснимки, наиболее подходящей основой для базовой карты может служить ортофотоплан территории.

Исходя из сформулированных требований, разработано содержание базовой карты для высокогорного селевого бассейна. В качестве основного параметра дифференциации территории выбран характер поверхности склонов — т.е. визуально различимые по снимкам виды поверхности разной степени устойчивости. Выделены участки задернованные и незадернованные: сложенные рыхлообломочным материалом, эродированные, скальные (рис.3).

Базовая карта в масштабе 1:10 ООО составлена в результате дешифрирования ортофотоплана и крупномасштабных аэрофотоснимков с вертолета. На ее основе составлена карта условий селе-формирования в бассейне р.Кубасанты.

Проведенные экспериментальные работы с разнородными картографическими и аэрокосмическими материалами, позволили выделить следующие основные этапы их подготовки, обеспечивающие их дальнейшее совместное использование локальной ГИС высокогорной территории:

- привязка материалов аэрофотосъемок с использованием топографических карт и мелкомасштабных аэрофотоснимков:

- стереофотограмметрическая обработка снимков и формирование цифровых моделей рельефа территории;

- изготовление ортофотоплана обследуемой территории в принятой системе координат, его дешифрирование и составление базовой карты;

- составление тематических слоев в результате привязки тематического содержания картографических материалов к базовой карте и ортофотоплану территории.

Четвертая глава посвящена вопросам программно-технического

обеспечения локальной ГНС высокогорного се левого бассейна.

Рис.3. Базовая карта селевого бассейна

(Черно-белый вариант. Основа введена сканером, карта оформлена на персональном компьютере средствами растровой графической программы)

- IS -

В условиях массового распространения персональных компьютеров (ПК) и ограниченности средств для приобретения специализированного программного обеспечения ориентация на использование доступных стандартных прикладных программ характерна для разных областей деятельности. В этих условиях особое значение имеет оценка распространенного программного обеспечения и технических средств с позиций соответствующей предметной области, наглядным примером которой могут служить работы Н.Л.Беручашвшш (1989, 1990) по использованию ПК для физико-географических и ландшафтных исследований. Наше исследование включало оценку наиболее массовых программно-технических средств с точки зрения выполнения картограф]гческих работ при географических исследованиях (в том числе при подготовке данных для локальной ГИС).

Анализ распространенных прикладных программ, предназначенных для обработки данных разного вида (цифровых, текстовых. графических), позволил нам выделить их минимальный набор, позволяющий выполнять на ПК стандартной конфигурации географо-картографические работы по подготовке данных для локальных ГИС. В него включены программы: а) векторной графики. б) моделирования поверхностей, в) растровой графики, г) электронных таблиц, д) создания демонстрационных фильмов.

В результате экспериментальных работ по подготовке данных для локальной ГИС высокогорного селевого бассейна, показано, что стандартные коммерческие прикладные программы мог\т быть приспособлены для решения задач в конкретной области при дополнении их вспомогательными программами пользователей, а также последовательном использовании двух и более коммерческих программ обработки данных разного вида, совместимых на уровне обмена данными.

С помощью пакета программ моделирования поверхносте!] SURFER (Golden Software, USA) построены изолинейные карты j: трехмерные изображения рельефа (см. рис.2) для всего бассейна i отдельных его участков по набору точек, полученных в результате

стереофотограмметрических измерений. Результаты эспернментов показали, что методы моделирования, применяемые для построения регулярных сеток и интерполяции для построения изолиний, а также ограничения объема исходных данных, не позволяют географически правильно отобразить все многообразие форм рельефа высокогорного бассейна. Тем не менее доступность и простота использования пакета программ SURFER в настоящий момент позволяет рекомендовать его для визуализации цифровых данных о рельефе, полученных при стереофотограмметрической обработке снимков, и для оформления отчетных материалов.

На основе проведенных экспериментальных работ предложено использовать программу векторной графики AutoCAD (Autodesk, London) для: 1) визуализации контуров, заданных массивами координат точек, определенных в результате измерений по снимкам, 2) редактирования и оформления изображений рельефа, построенных пакетом SURFER. 3)обеспечения процесса цифрования исходных картографических материалов и разделения графической информации на тематические слои, 4) выполнения простейших картометрических определений (измерения расстояний, площадей, координат). 5)наложения и совмещения векторных графических данных, полученных из разных источников (карт рельефа из SURFER'a. контуров со снимков, схем дешифрирования, введенных дигитайзером) (рис.4).

Исследована возможность использования доступных некартографических средств для ввода в ПК графических материалов. На основе экспериментальных работ определены возможности применения обычного черно-белого издательского сканера; установлено, что он может успешно применяться для цифрования контурных картографических материалов, включая рукописные, для последующей их обработки и оформления средствами растровых графических программ. Показано, что простейший способ ввода с помощью "мыши" дает ошибки взаимного положения контуров не превышающие 10%, и потому может быть использован для внесения изменений и дополнении в картографические материалы.

Рис.4. Совмещение при помощи системы AutoCAD картографических изображений, полученных разными способами:

1 - границы основных типов поверхности склонов бассейна с базовс карты, оцифрованной дигитайзером. 2 - изолинии рельефа, построеннь пакетом SURFER, по 1620 точкам, определенным в результате стереоф) тограмметрическоп обработки аэрофотоснимков масштаба 1:100 0( (сечение 50 м)

введенные при помощи специализированных средств, а также для ввода несложных географических основ с целью последующего оформления макетов серий тематических карт, электронных картосхем и атласов, для оформления схем дешифрирова-ния и других материалов средствами графических программ.

В качестве основных средств вывода графической информации локальных ГИС рассмотрены экран и обычный одноцветный принтер. Технические характеристики экрана в значительной степени определяют изобразительные средства электронных карт. Как показал анализ электронных карт из демонстрационных версий ГИС-пакетов. использование экранов для отображения картографической информации приводит к упрощению способов изображения: наиболее распространены цветные линии разной толщины, простейшие геометрические фигуры и цвета для заливки площадей.

Серия экспериментов по оформлению с помощью растровых графических программ черно-белых оригиналов карт и схем для вывода на принтер показала, что таким способом могут быть изготовлены несложные отчетные документы, иллюстрации (см. рис.3), хотя возможности их оформления с помощью простых графических программ сильно уступают возможностям специализированных картографических программ и ГИС-пакетов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью диссертационного исследования получены следующие основные результаты:

1. Сформулировано научное положение о географо-карто-графическом обосновании локальной ГИС и предложен соответствующий термин. Географо-картографическое обоснование понимается как важный этап предпроектной разработки ГИС, призванный обеспечить сбалансированное применение традиционных методов получения и использования географической информации и современных геоинформационных технологий в интересах эф -

фекгивного использования географической информации в практике. Он определяет необходимость участия географа-картографа в создании ГИС.

Географо-картографическое обоснование ГИС должно включать разработку следующих групп вопросов:

— предметно-географических;

— информационного обеспечения;

— оценки доступных программно-технических средств;

—организационных (определения путей использования ГНС).

Разработка географо-картографического обоснования ГИС в соответствии с предложенной схемой выполнена на примере высокогорного селевого бассейна, репрезентативного для Северного Кавказа.

2. Определены приоритетные источники информации для локальных ГИС. Экспериментально установлено, что аэрофотосъемка, в частности с вертолета, может служить основным источником информации для локальных ГИС высокогорной зоны.

Исследована возможность координатной привязки материалов крупномасштабно!! аэрофотосъемки, не обеспеченных наземной геодезической опорой, по топографическим картам масштабов 1:25 000-1:100 000 и мелкомасштабным аэрофотоснимкам. Выполненные расчеты и результаты экспериментов подтвердили, что получаемой при этом точности достаточно для определения количественных характеристик объектов и объединения результатов обработки снимков с картографическими материалами при подготовке данных для локальной ГИС.

3. Сформулирована концепция и определены требования к базовой карте для локальной ГИС. Разработано содержание базовой карты для высокогорного селевого бассейна. В качестве параметра дифференциации территории предложено использовать характер поверхности склонов, который позволяет выделить свойства территории, имеющие значение при характеристике условий развития высокогорных стихийно-разрушительных явлений, и одновременно обеспечивает локализацию объектов с необходимой точностью.

4. Разработана методика совместного использования картогра-тческих и аэрокосмических материалов при подготовке данных ля локальной ГНС высокогорной территории, основными эта-ами которой являются:

— координатная привязка аэрофотоснимков с использованием зпографических карт и мелкомасштабных снимков;

— стереофотограмметрнческая обработка снимков и формирова-ие цифровых моделей рельефа территории;

— изготовление и дешифрирование ортофотоплана территории и оставление базовой карты;

— привязка тематического содержания картографических мате-палов, не имеющих плановой основы, с использованием базовой арты и ортофотоплана территории и составление тематических лоев.

5. В. результате экспериментальных работ по подготовке анных для локальной геоинформационной системы определен ¡инимальный набор коммерческих программ, позволяющий ыполнять на персональном компьютере стандартной кнфигурации еографо-картографические работы.

Создание локальных геоинформационных систем на базе пер-ональных компьютеров рассматривается как важный путь распро-транения географической информации и ее эффективного епользования местными органами власти.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Геоинформационные системы и автоматизированная обработ-:а снимков. . ' / Космические методы изучения среды. Автоматизмов;) нный аэрокосмический практикум, М..МГУ,1990. с. 132-135

2. Проект локальной геоинформационной системы стихийно-разрушительных процессов в высокогорье, • ' Материалы гляциологических исследований, вып.70. 1990. с. 178-182

3. Упрощенный способ ввода картографических материалов в [ерсональньш компьютер Вестн.Моек-.Ун-та. Сер.5. География. 1991. X 5. Дсп. ВИНИТИ. X 2193-В.91

-244. Учебная геоинформационная система: облик, проект создания //Веста.Моск.Ун-та. Сер.5, География, 1991, N 3, с. 103-108. (Совместно с Ю.Ф.Книжниковым, И.К.Лурье)

5. Геоинформационные системы в практике управления природопользованием./'/ Вестн.Моск.Ун-та, Сер.5, География, 1991, N 5,с.97-98. (Совместно с И.К.Лурье)

6. Учебная геоинформационная система: проект создания./,/ Экологическое картографирование на современном этапе. Тезисы докладов X Всесоюзн. конф. по тематическому .картогр. Ленинград, октябрь 1991, Л.: изд.ГО СССР, 1991, Кн.2, с.96-97. (Совместно с Ю.Ф.Книжниковым, И.К.Лурье)

7. Использование коммерческого программного обеспечения персональных компьютеров при географо-картографических работах. // Вестн. Моск.Ун-та. Сер.5, География, 1992, N 1, Деп. ВИНИТИ, N 2823-В91

8. Geoinformation technologies for natural hazards monitoring in high mountain regions.//EGIS'92. Conference Proceedings. Third European Conference on GIS, Munich-Germany, March 23-26, 1992, v.2, pp.1612-1613.

9. Геоинформационные технологии в системе мониторинга Приэльбрусья на примере локальной ГИС/'/Вест.Моск.Ун-та. Сер.5, География, 1.992, N5, Деп. ВИНИТИ, N1533 от 08.05.92

10. Цифрование картографических материалов с помощью издательского сканера/' 'Вестн.Моск.Ун-та. Сер.5. География, 1992, N 6, с.37-41.

11. О возможности выполнения картографических работ на персональных ЭВМ// Геодезия и картография, 1993, N 1 с. 29-32

12. Разработка содержания базовой карты для локальной ГИС высокогорного селевого бассейна// Вестн.Моск.Ун-та. Сер.5, География, 1994. N1, Деп. в ВИНИТИ N 24.94 от 29.09..93

Tupas: 100 экз