автореферат диссертации по геодезии, 05.24.03, диссертация на тему:Цифровое картографирование в региональных эколого-геохимических исследованиях

московски!"] ордена ленина, орд 1:на октябрьской революции и ордена трудового красного знамени государстве! ii1ыи университет имени м в ломоносова

р р 5 ге^рафнческии факультет

' ' ■ На правах рукописи

Коспков Анатолий Георгиевич

цифровое картографирование в региональных эколого--геохимических исследованиях

05 21.03. - Картография

автореферат диссертации па соискание ученом степени кандидата географических наук

Москва - 1991

Работа выполнена на кафедре картографии 1 геоинформатнкп географического факультета Московской государственного университета им.М.В.Ломоносова

11аучный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

- доктор географических наук, профессор В.Т.Жуков

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

ПКО "Картография" при Федеральной службе геодезии и картографии России

- доктор технических наук, профессор Е.И.Калугин

Зашита состоится 1994 год ----*-

в часов на заседании специализированного совета п

геоморфологии, эволюционной географии, мерзлотоведению картографии ( Д-053.05.06 ) при Московском государственно университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москв; ГСП 1-3, Ленинские горы, МГУ, Географический факультет, 2 этаж, аудитория 2109.

С диссертацией можно ознакомится в библиотек географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан " '" 1994 года

Ученый секретарь специализированного совета профессор

/О. ¡б+си^-шь

Ю.Ф.Книжнике

ОБ ШЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время изучение проблем рационального природопользования все больше сосредотачивается в рамках целевых комплексных программ. Необходимым условием их успешной реализации служит системное информационно-картографическое обеспечение данных программ на базе использования современных средств вычислительной техники и ГИС-технологип. Для их эффективного применения особое значение приобретает совершенствование методов и средств обработки цифровых геоэкологических данных.

Данная диссертационная работа посвящена развитию методов оперативного создания н использования цифровых карт для целей анализа региональных экологических ситуаций с применением персональной вычислительной техники.

АКТУАЛЬНОСТЬ проведенных разработок обусловливается потребностями географии и экологии в развитии оперативных и объективных компьютерных методов оценки состояния природных комплексов, в повышении эффективности использования геоэкологических данных, в обеспечении мониторинга окружащей среды. В диссертации предложены подходы в решении различных задач науки и практики, реализованные на примере разработки и создания цифровых карт экологической оценки состояния районов, испытывающих антропогенные изменения, вызываемые падением отделяющихся частей ракетоносителей. Комплексное изучение и картографирование подобных территории ориентировано на определение оптимальных направлений их дальнейшего хозяйственного использования.

ОСНОВНАЯ ЦЕЛЬ диссертационной работы состоит в разработке методических основ , конкретных способов и средств оперативного создания с применением персональных компьютеров цифровых карт, необходимых для информационного обеспечения эколого-геохпмическнх исследований и экологической паспортизации.

Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены основные ЗАДАЧИ:

- обобщить и углубить теоретико-методологические вопрось создания и использования цифровых геоизображений в регио нальных эколого-геохимическнх исследованиях;

- разработать методические основы комплексной автома тизированной обработки картографических, дистанционны> материалов и данных геохимических исследований для создашь цифровых тематических карт природных условии и геохимн ческого загрязнения территорий;

- определить содержание л принципы оформления цифровы> геизображений, необходимых для анализа и представления ре зультатов эколого-геохимических исследований;

- отработать эффективные методы и практические приемь обработки и анализа геоэкологической и картографическо! информации, включая рекомендации по средствам и нрактп ческим способам создания цифровых оценочных экологически: карт.

Работа базируется на материалах и данных полевых I камеральных геоэкологических и картографических исследовашп районов падения отделяющихся частей ракетоносителей проводящихся с 1991 года в лаборатории Московского региона I партии Космоэкологических исследований Географической факультета МГУ в рамках темы: "Комплексные геохимически исследования районов падения".

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы:

- усовершенствованы и разработаны новые подходы 1 автоматизированному составления цифровых тематических кар экологического содержания;

- разработана новая методика и средства комплексно] обработки на персональных ЭВМ картографической, геоэколс гической и аэрокосмической информации для создания векторны: и растровых цифровых карт различной тематики и содержания;

- предложены новые подходы к автоматизированной обра ботке цифровых геопзображений на персональных компьютерах.

ПРЕДМЕТОМ защиты являются теоретические положения методологические принципы, методы и практические прием! обработки картографической, геоэкологической и аэрокосмичес-

кой информации для создания цифровых карт экологической оценки территорий эколого-геохимического обследования.

АПРОБАЦИЯ работы: по теме диссертации были сделаны доклады на научно-технических конференциях системы ГУГК (Москва, 1989, 1990) и Московского филиала Географического общества СССР (1990). Основные результаты работы докладывались на заседании кафедры картографии и геоннформатики Географического факультета МГУ в 1993 и 1994 годах. По теме диссертации опубликовано 3 научные работы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ( внедрение ) разработок осуществлена в научных отчетах за 1991, 1992, 1993 годы о научно-исследовательских работах по теме "Комплексные геохимические исследования районов падения" (Выполняются в рамках программы "Экое", п. 1.2. Решение Государственной комиссии СМ СССР N 263 от 10.09.1990г.).

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ: В соответствии с решаемыми задачами работа разделена на четыре главы. В первой главе определяются цели, объекты и методы эколого-геохимических исследований, место и значение компьютерных методов обработки данных в рамках этих исследований. Во второй главе рассматривается современное состояние проблемы создания и научно-практического использования экологических ГИС и цифровых карт. В третьей главе изложены способы и практические приемы, используемые на подготовительных этапах к разработке п созданию цифровых экологических карт. В четвертой главе дается изложение методики создания и использования цифровых экологических карт на примерах создания карт экологической оценки районов падения отделяющихся частей ракетоносителей.

Работа выполнена в лаборатории Московского региона географического факультета МГУ под руководством профессора кафедры картографии и геоинформатики, член-корреспондента РАЕН В.Т.Жукова. Существенное влияние на постановку проблемы оказала университетская школа географической картографии и прежде всего работы С. Н.Сербенюка, А.М.Берлянта, В Т.Жукова, Б.А.Новаковского, Ю.Ф.Книжнико-

ва, В.С.Тикунова и др. Значительную роль при выполнении работы сыграли исследования, проводимые на кафедрах и в лабораториях географического факультета МГУ, в том числе лабораториях автоматизации и аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики, и на кафедре географии почв и геохимии ландшафтов.

Автор выражает признательность А.П.Ворожейкину, Ю.И.Фивенскому, Ю.В.Проскурякову, Е.Г.Харьковцу и другим географам факультета, с которыми проводились совместные исследования, обработка материалов и эксперименты, многократно обсуждались результаты работ.

СОДЕРЖАНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ

Глава 1. ЦЕЛИ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ РЕГИОНАЛЬНЫХ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В главе дается характеристика основных целей, общей методики и методологии эколого-геохимических исследований на примере их постановки в работах по эколого-геохимическому обследованию районов падения отделяющихся частей ракетоносителей, включая рассмотрение возможностей и областей применения автоматизированных технологий на базе персональной вычислительной техники.

Основная цель данных исследований состоит в комплексного эколого-геохимическом изучении состояния территорий. Для реализации этой цели проводятся: анализ характеристик ландшафтов территории и сезонных климатических условий качественная и количественая оценка источников поступления загрязнителей в компоненты ландшафтов; установление пространственного положения, интенсивности и состав; техногенных геохимических аномалий загрязнения; исследованш процессов миграции, трансформации и аккумуляции загряз няющих веществ и продуктов их распада в компонента? ландшафтов; изучение распределения компонентов загрязнения

- -

между водораздельными и водосборными ландшафтами; установление геохимических барьеров; разработка прогноза миграции загрязняющих веществ; оценка распространения загрязняющих веществ в атмосфере; определение уровня допустимой экологической нагрузки на исследуемые территории с учетом проведения природоохранных мероприятий; рекомендации по экологически безопасным условиям природопользования для населения.

Реализация столь широкого круга задач традиционными методами затруднена из-за необходимости обработки значительных объемов информации и сложности комплексного эколого-геохпмического анализа. Этим обосновывается целесообразность привлечения средств вычислительной техники и автоматизированного картографирования, что обусловливает важность развития методов, средств и практических приемов автоматизированной обработки геоэкологических данных и создания цифровых компьютерных карт экологической оценки территорий.

Общей методологической базой эколого-геохпмических исследований служит системный подход, основы которого, как сопряженного анализа ландшафтно-геохимических систем, были заложены трудами Б.Б.Полынова и его учеников.

Поведение загрязнителей в природной среде дифференцировано и зависит как от их физико-химических свойств, так и от ландшафтно-геохимической обстановки, в которой протекает их миграция. В одних условиях миграционная способность загрязнителя и его окисление может увеличиваться, в других -резко падать. Распределение плотностей концентрации загрязнения на территории наиболее изменчиво в местах геохимических барьеров, т.е. участков, на которых происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических соединений.

Комплексные эколого-геохимические исследования территории включают полевой, лабораторный и камерально-тематическнй блоки работ.

В рамках полевых работ проводятся почвенно-геохимические,6иогеохнмические, гидрохимические и собственно

ландшафтно-геохнмические исследования, в которых изучаются основные типы почв и растительного покрова, определяются данные по содержанию загрязнителей в природных средах, выявляется степень и формы деградации растительности, вероятности и активности перехода загрязнителей в биологические объекты, исследуется миграционная структура ландшафтов, пути, направления и интенсивности выноса загрязнителей, факторы и процессы, способствующие или препятствующие самоочищению природных систем от загрязнения или его закреплению в ландшафтах.

Основным видом лабораторных работ при эколого-геохимическом обследовании территорий является анализ почво-грунтов, растений и вод на содержание загрязнителей и продуктов их окисления.

На этапе камеральных работ ведется обработка материалов, собранных в полевой период, данных лабораторных анализов и материалов, полученных в результате изучения фондовой и опубликованной литературы, создаются базы геоэкологических данных и разрабатываются серии оценочных карт природных условий и загрязнения территорий.

В методическом и практическом плане комплексные эколого-геохимические исследования районов падения отделяющихся частей ракетоносителей представляются одним из наиболее показательных примеров региональных геоэкологических исследований и обеспечивают широкое поле для приложения автоматизированных геоинформационных технологий.

Глава 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

В этом разделе диссертационной работы изложены результаты обзора и анализа возможностей использования существующих средств и методов автоматизированной обработки эколого-географических данных и создания цифровых электрон-

пых карт. Рассматриваются основные положения и понятия, связанные с развитием и применением геоинформацпопных технологий за рубежом и в практике отечественных исследовании.

Мировой опыт показывает, что эффективность решения задач, реализуемых в рамках геоэкологических исследований, заметно повышается при использовании геоипформационных систем (ГНС). Возрастание экологической направленности научных исследовании объясняет бурное развитие новой разновидности ГИС - экологических геоинформационных систем (ЭкоГИС), а в рамках геоинформатики - появление и совершенствование нового научного направления - геоэкоинформатики.

В основной круг задач, для решения которых предназначаются ЭкоГИС, входит разработка, создание и поддержка баз геоэкологических данных, разработка обновляемых цифровых геоэкологических карт регионов, определение тенденций в развитии состояния природной среды, мониторинг за состоянием и использованием природных ресурсов, обеспечение комплексных экологических оценок территорий.

ЭкоГИС предусматривают возможность комплексного исследования геоэкологических процессов различных уровней и территориального охвата, оценки суммарных результатов воздействия антропогенного фактора на окружающую среду на основе принципов и методов ландшафтной экологии. Для выполнения этих исследований предлагается использование формализованных цифровых математических моделей ландшафтных систем и составляющих их компонентов, серий электронных карт природно-ресурсной и экологической тематики, позволяющих оценивать развитие экологических процессов во времени и пространстве.

К настоящему времени создано значительное число методик автоматизированной обработки и использования цифровых геоизображеппп, опирающихся па широкий спектр программных продуктов, реализованных на различных типах ЭВМ.

По возможностям, предоставляемых потенциальному пользователю, а так же их применимости в соответствующих

областях хозяйственной и социальной деятельности выделяется несколько классов данных средств:

- наиболее мощные и универсальные по функциям обработки геоданных зарубежные ГИС, базовые версии которых разработаны на рабочих станциях тина Sun SPARCstation или UNIX workstation ( ARC/INFO, SPANS GIS/SPANS MAP, MGE, ERDAS IMAGINE, TNTmips, и др.),

- специализированные системы обработки изображении типа PERICOLOR, являющиеся едиными аппаратно-программными комплексами, ориентированные на обработку цифровых данных дистанционного зондирования,

- информационные системы, реализованные на персональных компьютерах типа IBM PC,

- программные средства систем автоматизированного проектирования (САПР), изначально не предназначенные для решения геоинформационных задач ( AutoCAD и др.),

- коммерческие программные пакеты по созданию и обработке на персональных компьютерах цифровых векторных и растровых изо6ражений( PaintBrush, CorelDraw и т.п.).

Среди разнообразных цифровых геоизображений основное место занимают электронные карты - цифровые и аналоговые (аналого-цифровые) карты, сформированные программно-техническими средствами с использованием картографической информации и предназначенные для отображения, решення расчетных, информационных и других задач.

Методы создания электронных карт широко варьируют в зависимости от конкретных задач проводимых исследований и применяемых геотехнологий. При этом базовым методом создания электронных карт служит математнко-картографическое моделирование содержания, нагрузки и условных знаков, разрабатываемых с использованием инженерно-психологической оценки читаемости карт в системах отображения.

Для создания электронных карт используются исходные цифровые картографические материалы и цифровые геоизображения, данные пространственного моделирования, табличные данные. Требования, предъявляемые к точности,

содержанию и условным обозначениям исходных материалов и результатов картографического моделирования, определяют технологию создания электронных карт. Принятая для электронной карты система условных знаков должна отражать структуру и иерархию картографируемых общегеографических и специальных объектов.

В общем представлении технология создания электронных карт включает следующие основные процессы:

- подготовка исходных картографических и дистанционных материалов к цифрованию или сканированию;

- цифрование или сканирование, оптимизация и редактирование цифровой картографической информации;

- формирование электронных цифровых карт посредством объединения слоев цифровой информации, полученных в том числе в процессе обработки данных, например, в результате моделирования;

- создание легенды электронной карты;

- окончательное художественное оформление электронной карты.

Особую задачу представляет создание электронных экологических карт - разновидности природно-социальных тематических карт, отображающих состояние окружающей среды,ее изменение под воздействием природных и антропогенных факторов, используемых для оценки и прогноза развития экологических ситуаций.

Глава 3. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ

В главе 3 дается общая характеристика предлагаемой технологии создания и использования цифровых экологических карт, рассматриваются вопросы применения СУБД для хранения и обработки геоэкологических данных, описываются средства, способы и конкретные методические приемы цифрового векторного и растрового ввода картографической информации,

автоматизированного создания и оформления цифровых картографических основ на территории экологических исследований.

Исходя общих и конкретных задач эколого-геохнмических исследований применяемая компьютерная технология должна обеспечивать:

1. Оперативное создание цифровых картографических основ на обследуемые территории районов падения.

2. Ввод и обработку цифровых материалов дистанционного зондирования, включая их автоматизированное дешифрование с целью уточнения цифровых картографических основ, выявления зон антропогенной трансформации ландшафтов и степени загрязнения исследуемых территорий различными видами поллютантов.

3. Создание, ведение и манипуляции с базами тематических географических данных, в первую очередь с базами данных по составу и величине загрязнения как с пространственно-ориентированными информационными слоями.

4. Использование баз данных для построения цифровых математических и картографических моделей местности и загрязнения.

5. Разработку и создание цифровых тематических карт и фотокарт природных и социально-экономических условий.

6. Разработку и создание цифровых карт геохимического загрязнения территорий.

7. Оценку взаимодействия поллютантов и элементов природной среды.

8. Выделение ведущих процессов на территориях районов экологического обследования.

Для решения данных задач в качестве базовых аппаратных средств предлагается использовать комплекс вычислительный техники, включающий персональный компьютер типа 1ВМ РС/ АТ, автоматический настольный сканер (например, типа ОАЗСАЫ-ОБЗООО с разрешением 300 точек на дюйм[А4]), настольный дигитайзер (например, типа \VINTIME К0-5000[АЗ]) и черно-белый /цветной струйный принтер (например, типа

Hewlett Packard DeskJet 500C с разрешением 300 точек на дюйм| А4 ]).

В качестве программных средств предлагается использовать ряд оригинальных программ, реализованных автором на базе персонального компьютера в среде операционной системы MS DOS, и ряд зарубежных коммерческих программных пакетов п ГИС для IBM PC, предназначенных для управления базами данных, математнко-статистической обработки, создания и редактирования цифровых векторных п растровых изображений.

Для ввода и представления цифровой картографической информации используются две взаимодополняющих технологии. Первая основывается на вводе и представлении информации в векторном виде. В этом случае для ввода и первичной редакции цифровых карт использовалась система автоматизированного проектирования AutoCAD.

Вторая технология базируется на вводе исходной картографической информации в растровом виде с использованием сканирующих устройств. Цифровые слои базовой картографической и тематической информации в этом случае представляются в виде битовых изображений.

Схема, приводимая на рисунке 1 иллюстрирует процесс разработки и создания цифровых картографических основ для территорий эколого-геохимических исследований.

По элементам содержания цифровую картографическую основу составляют следующие основные слон:

1 - гидрография;

2 - рельеф;

3 - растительность;

4 - транспортная сеть;

5 - населенные пункты;

6 - административные границы;

7 - сеть географических координат.

Технология работ предусматривает возможность совмещения информационных слоев в произвольном порядке, формируя 2-х, 16-ти и 256-ти уровнсвые цифровые геоизображения различного тематического содержания.

Исходная картографическая основа(топографическая карта)

Подготовка оригиналов цифрования картоосмовы вычерчиванием на бумаге или пластике

< 1 СЭ

сэ

( Гидрография ^

^Рельеф ^ _

^Растительность ^ ^Транспортная сеть ^ ' >

( Населенные пункты^__СИЭ

^Административные границы ^ СПЭ _(Сеть географических координат"^) СЭ

Цифрование на дигитайзере ( по слоям информации )

Редактирование

з:

Растеризация слоев картографической основы

Сканирование оригиналов

Утоньшение линий

Контрольное совмещение

Редактирование

Набор слоев картографической основы в растровом(6ит/пиксел) формате

\7 - .................. Совмещение слоев цифровой картографической основы с цифровыми космическими или аэрофотоснимками в 256-цветное(байт/пиксел) изображение

Редактирование и оформление картографической основы

Выделение слоев картографической основы в: Получение твердых копий цифровой картоосновы: |ч черно-белых I/ цветных

?-у 1тетные(Лит/пиксел) 1 6-ти гтетные 256-ти цветные(6айт/пиксел) растровые изображения

Рис 1. Схема создания цифровых картографических основ территорий эколого-геохимических исследований.

Базы данных по компонентам загрязнения предлагается создавать в ставшем стандартом для персональных компьютеров dBASE - формате с использованием СУБД FoxPro (FoxSoftware, USA). Элементы баз данных пространственно определяются в прямоугольной системе координат - общей или местной, действующей только для конкретной территории исследований. При необходимости эти прямоугольные координаты пересчи-тываются в географические. Рассмотрены основные типы запросов и виды обработки геоэкологических данных, реализуемых с помощью СУБД для обеспечения автоматизированного составления цифровых карт загрязнения территорий.

Построение точных цифровых моделей геохимического загрязнения требует математического аппарата, который учитывал бы как геоморфологические особенности территории, так и характер процессов миграции, трансформации и аккумуляции загрязняющих веществ и продуктов их распада в различных природных средах. Построение приближенных, интерполя-ционных моделей фактического загрязнения по данным полевого обследования территории, возможно в частности с исполь-зованием пакета программ SURFER(Golden Software Inc.), который и был применен при построении цифровых моделей геохимического загрязнения районов падения отделяющихся частей ракетоносителей.

Разработка содержания, создание и окончательное оформление цифровых карт материалов производится в интерактивном режиме с использованием пакетов Cluster[ разраб.авт.] и PaintBrush[ZSoft Corp.]. Для получения твердых копий цифровых карт применялся пакет PaintBrush[MicroSoft], обеспечивающий высококачественный вывод цифровых черно-белых (битовых) и многоцветных цифровых изображений в формате PCX на струйный принтер типа Hewlett Packard DeskJet.

Результаты использования данной методики приведены на примере создания цифровых картографических основ районов эколого-геохимического обследования "Колпашево", "Чистоозер-ное", "Северное"(Западная Сибирь).

Рис. 2. Фрагмент цифровой картографической основы района обследования "Северное"(Масштаб 1:300 ООО).

Использование данной технологии в совокупности с указанными аппаратными средствами обеспечивает точную пространственную привязку элементов цифровой основы и фактических данных по загрязнению, проведение компьютерного ана-

лиза геохимического загрязнения исследуемых территории и графическое отображение результатов моделирования с получением высококачественных (черно-белых или многоцветных) картографических и прочих геоизображений.

Глава 4. МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ

В главе 4 рассмотрены основные вопросы автоматизированного создания серий цифровых экологических карт двух типов - карт природных и социально-экономических условий и карт загрязнения территорий эколого-геохимических исследований, предложены методические способы и приемы автоматизированной (в интерактивном режиме работы с персональным компьютером) разработки и оформления цифровых карт, показаны возможности привлечения цифровых материалов дистанционного зондирования на всех этапах разработки и создания цифровых карт, описаны способы получения высококачесвенных черно-белых и многоцветных копий цифровых карт и фотокарт, определены и охарактеризованы основные программные средства, используемые в предлагаемой технологии.

В блок основных карт, раскрывающих природные условия территории комплексного экологического обследования, входят:

1 - геологическая карта;

2 - гидрогеологическая карта;

3 - почвенная карта;

А - карта растительности;

5 - ландшафтная карта.

Помимо этого составляются карты прочностных свойств грунтов, пожароопасности и другие фактологические и оценочные карты, отображающие дополнительную информацию о природных и социально-экономических условиях региона.

На схеме, приводимой на рисунке 4 показаны основные источники, используемые при разработке и создании карт природных условий территорий обследования и последователь-

Рис. 3. Фрагмент цифровой карты почв района экологического обследования "Северное"(Масштаб 1:300 ООО).

ность их разработки.

Основой для создания конкретной тематической карты природных условий служит уже существующая, как правило более мелкого масштаба, тематическая карта данного региона, контурная часть которой переводится в цифровой вид. Для уточ-

нения контуров тематических разностей используются предвари-

Рис. А. Схема разработки серии цифровых карт природных условий территорий эколого-геохимических исследований.

Исходная тематическая карта

Цифрование контуров тематической карты

на дигитайзере.

Цифровая картографическая основа

[ЦКО] ( битовые изображения ) - ^

Вычерчивание контуров на пластике поверх копии ЦКО

Растеризация контуров

I1олучение твердой копии ЦКО на бумаге

Вычерчивание контуров на пластике поверх исходной тематической карты

Сканирование оригинала контуров

\7

Утоньшение контуров

Цифровое (растровое) изображение контуров тематической карты в масштабе и проекции картографической основы

Совмещение цифровой картографической основы и изображения контуров тематической карты

Цифровая контурная основа тематической карты ( 2-х, 16-ти или 256-градационне изображение )

Рис. 5. Схема создания растровых тематических карт природных условий территорий эколого-геохимических исследований.

тельно трансформированные в проекцию картографической основы цифровые космические или аэроснимки. С использованием данных полевого обследования, дополнительных фондовых данных и картографических материалов уточняются и вычерчиваются контура тематических разностей, подбираются цветовые шкалы, штриховые и фоновые заливки контуров, другие условные обозначения, подписываются названия и составляется легенда цифровой базовой карты.

Составленная таким образом цифровая карта может служить основой для автоматизированного создания других тематических карт. В этом случае содержание каждой новой карты воспроизводится в интерактивном режиме на экране дисплея поверх совмещенного изображения картографической основы и базовой тематической карты с сохранением ее в дальнейшем как отдельного слоя картографической информации.

Последовательность основных этапов данной технологии показана на схеме( Рис. 5).

Применение комбинации вышеуказанных способов для разработки и создания конкретной карты тематического содержания позволяют:

- обеспечить комплексность использования разнородных цифровых изображений и карт в процессе разработки тематического содержания карты,

- сделать процесс подготовки и создания карты более оперативным, наглядным и удобным для автора или составителя,

- объективизировать процесс составления карты, благодаря использованию материалов дистанционного зондирования,

- объединить в единое целое процессы разработки авторского оригинала карты с процессами ее составления и оформления.

Цифровые изолинепные карты загрязнения территорий экологических исследований создаются на основе цифровой интерполяционной модели распространения загрязнителей, (вычисляемой но данным полевого обследования местности с использованием па-кета программ SURFER [Golden Software Inc.]), либо на основе расчета более сложных кинематических и диффузионных моделей распространения загрязнителей в природ-

Рис. 6. Фрагмент цифровой карты загрязнения почвенного

покрова углеводородами нефти района экологического обследования "Северное"(Масштаб 1:300 ООО).

-ных средах, рассмотрение которых оставлено за рамками диссертационной работы. Получаемое в результате изолинейное изображение лишь приближенно передает характер распределения концентраций загрязнителей по территории. Для

Совмещение растровой изолинейной карты концентраций с ЦКО

Рис. 7. Схема создания растровых цифровых карт геохимического загрязнения территорий.

отображения более верной картины необходимо учитывать реаль-

Рис. 8. Копия цифрового космического снимка территории экологического обследования "Северное" (Масштаб изображения -1:700 ООО).

ные закономерности распределения концентраций загрязнителей на территории, определяемые способностью загрязнителей по разному распространяться в различных природных средах, физическими и геохимическими процессами, преобладающими на отдельных участках изучаемой территории, наличием геохимических барьеров.

Окончательное составление карт содержания загрязнителей производится с использованием почвенных, ландшафтных и других карт природных условий, а так же оцифрованных мате-

* > »i-

' f T^'i'"" '■ 1 f - ■ ч •■jf.iVif —VI

Ж

1 i»

If J T,

V.T < M,

I" »

и •'»«*„.. p!

4

-■to J.

t-a, *t t , »

v

f ^л * л

I 4 &

> '■"Г4

' V < „ f '

s * i'

< ' t

t

■s *

f<

1 4

• J.. ■

•V - -4

Ui * 5 Is*

Mi It

4 i1 . * <

V*

i, ' i ^ r{

i: J.i <-. •"> ■'.■<!

A ^ A. * "

I 2 * »Hf * St £ 1 * v * ^

„ - л^л 'л, ! v-i

iit1

Рис. 9. Фрагмент цифрового космического снимка территории обследования "Северное", трансформированного в проекцию цифровой картографической основы(Масштаб 1:300 ООО).

риалов дистанционного зондирования с применением пакета программ обработки п интерактивного редактирования Cluster. На рисунке 7 представлена общая схема создания карт геохимического загрязнения районов экологического обследования.

Рис. 10. Фрагмент совмещенного изображения цифрового снимка и картографической основы района экологического обследования "Северное"(Масштаб 1:300 ООО).

Для геометрической коррекции цифровых дистанционных изображений, приводимых в полное соответствие с проекцией и масштабом цифровой картографической основы, предлагается использовать возможности геоинформационной системы ЕРРЬ7.

Цифровые снимки наряду с цифровыми картами природных условий местности могут служить основным материалом при автоматизированном составлении карты распределения концентраций загрязненения, если количество точек опробывания и характер их распределения по территории не позволяют достаточно точно построить модель загрязнения. В этом случае изоконцентрации плотности загрязнения проводятся в согласовании с отображающимися на снимке ареалами ландшафтных разностей.

Результаты применения данной методики для разработки и создания цифровых карт и фотокарт природных условий и загрязнения приводятся в тексте работы на примере районов экологического обследования "Колпашево", "Чистоозерное", "Северное".

Качество копий цифровых карт определяется возможностями применяемых аппаратно-технических средств и программного обеспечения, а также характером технических приемов подготовки цифровых карт к выводу на печатающие устройства. Предлагаемая технология опирается на использование струйного принтера серии Hewlett Packard Deskjet(520 - 550C) и программных средств вывода растровых графических изображений, реализуемых графическим редактором PaintBrush, входящим в стандартный комплект поставки программной оболочки Microsoft Windows 3.0 - 3.1. В тексте работы подробно описываются способы и приемы подготовки цифровых изображений к печати, условия, определяющие получение твердых копий цифровых карт и фотокарт высокой точности и качества.

В набор программных средств ввода, вывода и обработки исходных геоэкологических данных, материалов дистанционной съемки и картографической информации, обеспечивающих создание цифровых карт в процессе комплексных эколого-геохимичес-ких исследований территорий, на различных этапах технологии используются совместно оригинальные программы, разработанные автором данной работы, и широко распространенные коммерческие программные пакеты для персональных компьютеров.

К последним относятся: система управления базами данных реляционного типа FoxPro-2.0[FoxSoftware Сотр.], система автоматизированного проектирования AutoCad(release 10.0-12.0) [AutoDesk], пакет программ ScanPaintPlus[OADatacomm Ltd.], графические редакторы растровых изображений PBrush[ZSoft Corp.] и PBrush(Windows)[Microsoft Corp.],

К числу оригинальных разработок автора относится программный пакет Cluster, спроектированный в качестве интегрального средства обработки черно-белых(битовых) и 256-градационных(байтовых) растровых изображений. Пакет соединяет в себе основные возможности!! системы обработки цифровых космических и аэроснимков с интерактивными средствами редактирования растровых изображений, обеспечивает создание цифровых карт, фотокарт и других производных геоизображений. Пакет написан на языке программирования С и предназначен для работы на персональных компьютерах класса IBM PC/АТ-286/486, продолжает развиваться и совершенствоваться автором. В работе приводятся основные технические и функциональные характеристики данного программного средства и описаны основные режимы его использования для разработки и создания цифровых карт и фотокарт.

Предлагаемая методика использования комплекса адаптированных и разработанных автором программных средств и технических приемов обеспечивает возможность оперативного создания в процессе эколого-геохимических исследований территорий различных тематических карт с соблюдением издательского качества их графического оформления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований разработаны теоретические, методические и практические вопросы создания на базе использования персональной вычислительной техники комплекса цифровых карт экологической оценки территорий.

Поставленные в работе цели и задачи достигнуты и на защиту выносится комплекс теоретических положений, методических способов и приемов создания электронных карт, которые можно использовать для обеспечения экологических исследований различной ориентации и территориального охвата.

В соответствии с поставленной целыо в диссертационном исследовании получены следующие основные результаты:

1. Па основе анализа современного состояния и перспектив развития геопнформационных технологий определены и обоснованы приоритетные направления применения автоматизированной интегральной обработки эколого-геохимических и картографических данных совместно с данными дистанционного зондирования в региональных эколого-геохимпческих исследованиях территории.

2. Выделены и систематизированы основные задачи, решение которых, в процессе эколого-гсохимических исследований, требует применения автоматизированной обработки информации; определены возможные средства и пути решения данных задач на базе использования персональной вычислительной техники.

3. Разработана методика, практические способы и приемы применения комплекса адаптированных и разработанных автором программно-технических средств для решения на базе персональной вычислительной техники основных задач эколого-геохимичес-ких исследований и картографирования районов экологического изучения, включая создание на основе данных полевого обследования, картографической информации и данных дистанционого зондирования серий цифровых тематических карт природных условий и загрязнения территорий.

А. Разработаны технологические схемы основных процессов:

- создания цифровых растровых многослойных картографических основ при использовании персональных компьютеров и 1ВМ-совместимых периферийных устройств;

- разработки комплекса цифровых карт природных условии для обеспечения эколого-геохимических исследований;

- создания цифровых карт природных условии на основе автоматизированной обработки данных натурных эколого-геохими-

ческпх исследовании, фондовых материалов, картографической и дистанционной информации о изучаемом регионе;

- создания цифровых карт геохимического загрязнения территорий на основе автоматизированной обработки натурных и фондовых данных о загрязнении региона, информации цифровых карт природных условий, космических и аэрофотоснимков.

5. Разработаны методические способы и приемы получения высококачественных черно-белых и многоцветных копий цифровых карт, фотокарт и других геоизображений.

6. Разработаны алгоритмические и программные средства, обеспечивающие совместную обработку на персональном компьютере растровых цифровых карт и космических и аэрофотоснимков для создания и оформления комплекса цифровых карт и фотокарт природных условий и загрязнения.

Таким образом, в диссертации разработаны новая комплексная методика и набор средств автоматизированной обработки экологической, картографической и дистанционной информации на базе персональной вычислительной техники, которые можно использовать для решения инвентаризационных, оценочных и динамических географических задач в процессе региональных комплексных и отраслевых экологических исследований.

Основные вопросы, рассмотренные в диссертации, освещены в следующих опубликованных работах:

1. Некоторые вопросы автоматизированной обработки графической информации.//' Сборник научных трудов ЦНИИГАиК "Перспективные направления развития картографии",Москва,ЦНИИГЛпК, 1989, с.59-64.

2. Создание и использование геоинформационных баз городов. // Автоматизированная картография и геоинформатика / Материалы к научной конференции, посвященной 50-летпю профессора С Н.Сербенюка. М: Географический ф-т МГУ,1990, с.99-109.( соавтор В.Т.Жуков )

3. Подходы к программно-алгоритмическому обеспечению региональных геоинформационных систем. / / Геоинформационное картографирование. М., 1993, с.67-78.