Карта - Центр геоинформационных исследований

ОЦЕНКА И СОГЛАСОВАНИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ И КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ О ПОЧВАХ
НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА
Проблема оценки и согласования географических и
картографических данных о почвах, привязанных к
мелкомасштабным картам, может быть решена путем их
интеграции на основе системного подхода к
дифференциации территории.
В геоинформационной среде с оздается
географическая база интегрированных данных в виде
системы тематических векторных слоев, содержащих
информацию о наиболее устойчивых свойствах
природных компонентов ландшафтов и объединенных
одной интегральной, общей для всех слоев, легендой.
Результатом интеграции являются системные
векторные карты (карта природных условий и почвенная
к а рт а ) , к от о р ы е к о р р е к т и р у ют с я в п р о ц е с с е
интерактивного картографирования.
Для работы с большим количеством разнородных
картографических и текстовых источников в СУБД Access
создается база, основанная на связи ГИС-проектов. Под
ГИС-проектом понимается система слоев и карт в
определенной программной среде. Необходимая
текстовая информация и легенды традиционных карт
переносятся в геоинформационную среду и
привязываются к растровым изображениям карт,
трансформированным в базовую систему координат.
ГИС-проект, содержащий трансформированные
р а с т р о в ы е с л о и и « к ваз и л е ге н д ы » , я вл я етс я
инструментом для оценки, согласования и интеграции
данных о почвах.
А.А. Никифорова1, М.Э. Флейс2, М.М. Борисов2, Д.В. Болодурин3
1Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, [email protected]
2Институт географии РАН (ИГ РАН), Москва, [email protected]
3Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК), Москва
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
– исследование объектов как
систем
СИСТЕМА – определенным образом
упорядоченное множество
взаимосвязанных между собой
компонентов, которые образуют между
собой некоторое целостное единство
КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ неделимы
в пределах системы
ЛАНДШАФТЫ КАК ПРИРОДНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ
Географическая оболочка Земли
Полученные результаты планируется
распространить сначала на
Черноземную зону Европейской
России, а затем всю Европейскую
Россию.
Ландшафтная оболочка Земли
(часть географической оболочки)
Ландшафты-системы
(элементарные структурные единицы ландшафтной
оболочки)
Природные компоненты ландшафтов-систем
(взаимосвязанные, взаимообусловленные и далее
неделимые составные части ландшафтов-систем)
Основные: верхняя часть земной коры, воздух,
природные воды, растительность, животный мир
Производный: почвы
ГИС-проект - integral
Карта-источник 1
ГИС-проект трансформация 1
ГИС-проект легенда 1
ГИС-карта 1
Карта-источник 2
ГИС-проект трансформация 2
ГИС-проект легенда 2
ГИС-карта 2
ГИС-проект трансформация i1
ГИС-проект легенда i1
ГИС-карта i1
1
Гипсометрическая карта
Карты использования
земель
Геоморфологические
карты
Ландшафтные карты
Агроклиматические
карты
Почвенные карты
Топографические карты
Карты растительности
Макроклимат
2
ПОЧВЫ рассматриваются как один из
природных компонентов ландшафтов-систем и
одновременно как результат взаимодействия
других природных компонентов таких систем.
Ярусность макрорельефа
4
Формы и генетические типы макрорельефа в связи с геологическим
фундаментом
5
Генезис, литологический и гранулометрический составы
почвообразующих и подстилающих пород
Генетические группы почв (однотипность строения генетического
профиля)
6
СИСТЕМНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ КАРТЫ
Глубина залегания и химический состав грунтовых вод
7
отображают взаимосвязи между почвами и всеми
остальными природными компонентами
ландшафтов-систем.
Системные векторные почвенные карты – карты,
полученные из векторных карт ландшафтов-систем.
Они являются одним из тематических слоев таких
ландшафтных карт. ВЕКТОРНЫЕ КАРТЫ ЛАНДШАФТОВ-СИСТЕМ
(или системные векторные карты природных
условий) отображают взаимосвязи и иерархию
свойств природных компонентов ландшафтовсистем.
Существующие мелкомасштабные почвенные карты отображают только некоторые взаимосвязи
между почвами и другими природными компонентами ландшафтов-систем.
Это одна из главных причин несогласованности и противоречивости картографических данных
о почвах, привязанных к мелкомасштабным картам.
Другие карты
Легенды традиционных карт
переносятся в геоинформационную
среду и привязываются к
преобразованным растровым
изображениям карт.
С этой целью создаются векторные
точечные слои с таблицами,
содержащими информацию из
бумажных легенд карт.
После сканирования и погружения в среду ГИС и анализа математической и географической основ карт растровые слои трансформируются в базовую систему
координат. В качестве базовой выбрана коническая равнопромежуточная проекция Красовского, в которой составлены многие мелкомасштабные карты России и
СССР, с осевым меридианом 40 градусов восточной долготы. Географическая основа для привязки тематического содержания соответствует созданной для
тематических карт бланковой карте масштаба 1:1 500 000. При трансформировании применялись преобразования: аффинное, картографической проекции, локальноаффинное. В качестве опорных точек использовались узлы картографической сетки и/или характерные точки географической основы.
ГИС-проект векторизация
ГИС-проект трансформация 50
ГИС-проект легенда 50
(фрагмент традицонной Агроэкологической почвенно-мелиоративной
карты Нечерноземной зоны Европейской Росси
масштаба 1 : 1 500 000)
ГИС-ПРОЕКТ - ЛЕГЕНДА
БУМАЖНАЯ ЛЕГЕНДА
...
...
Карта источник 50
Применение системного подхода к дифференциации
территории вне геоинформационной среды
ГИС-ПРОЕКТЫ - ТРАНСФОРМАЦИИ
...
Карта-источник i2
(дополнительный)
Тепло- и влагообеспеченность территории
(почвенно-географические зоны и подзоны)
Степень континентальности климата
(почвенно-географические провинции)
3
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ
Работа с большим количеством разнородных картографических и литературных источников
потребовала создание базы данных в СУБД Access, основанной на связи ГИС-проектов. База
данных включает в себя три связанные между собой таблицы: картографические источники,
слои, ГИС-проекты.
ГИС-проект - система векторных и растровых слоев и
карт в определенной программной среде.
Карта - композиция векторных и растровых слоев.
Слой может включаться как в различные проекты, так и
различные карты одного ГИС-проекта.
Карта-источник i1
Геологические карты
Каждый из природных компонентов ландшафтов-систем
обладает относительно однородными генетическими
свойствами
БАЗА ДАННЫХ СУБД ACCESS
...
В геоинформационной среде интегрируются максимально возможное количество
географических и картографических данных, как о почвах, так и остальных
природных компонентах ландшафтов, которые могут быть использованы при
составлении тематических карт масштаба 1:1 500 000. В настоящее время к работе
привлечено около 50 карт.
Признаки классификации
(наиболее устойчивые свойства природных компонентов
ландшафтов-систем)
Иерархические
уровни
КОНЦЕПЦИЯ
Краткий философский словарь / Под ред.
А.П. Алексеева. -2-ое изд., перераб. и доп.
М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2005
МОДЕЛЬНАЯ ТЕРРИТОРИЯ
В качестве модельной территории
выбрана С аратовск ая область,
которая занимает площадь в 100,2
тыс. км 2 и отличается большим
разнообразием природных условий.
ИЕРАРХИЧЕСКАЯ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАНДШАФТОВ-СИСТЕМ
ГИС-карта 50
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ СВЕТОСТОЛ
АФФИННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ +
ЛОКАЛЬНО-АФФИННОЕ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
Почвенная карта РСФСР М 1:2 500 000, 1988
Почвенная карта Саратовской области М 1: 2 250 000, 1978
Карта типов засоления почв Европейской части СССР М
1:3 000 000, 1973
Карта типов химизма засоления почв СССР М 1:2 500 000,
1976
АФФИННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ + ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ПРОЕКЦИИ
БАЗОВАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ
Для оптимизации процесса интеграции данных о почвах в
геоинформационной среде создается географическая база
интегрированных данных, представляющая собой систему
тематических слоев с данными о наиболее устойчивых
свойствах природных компонентов ландшафтов-систем.
Слои связаны между собой одной
интегрированной легендой (общей для всех слоев),
разработанной с использованием иерархической
генетической классификации ландшафтов-систем.
Результат наложения имеющихся на семи картах контуров с одинаковым усредненным тематическим
содержанием (темно-каштановые солонцеватые почвы в комплексе с солонцами и лугово-каштановыми
или лугово-черноземными почвами) демонстрирует серьезную несогласованность существующих
картографических данных о почвах, привязанных к мелкомасштабным картам.
РЕЗУЛЬТАТ ИНТЕГРАЦИИ ДАННЫХ
1. Векторная карта ландшафтов-систем.
2. Системная векторная почвенная карта.
Содержание карт в определенный момент времени
соответствует текущему состоянию согласования
данных.
ИНТЕРАКТИВНЫЕ ОЦЕНКА И СОГЛАСОВАНИЕ
ДАННЫХ О ПОЧВАХ
Карта типов засоления почв
Европейской части СССР М 1:3
Карта растительности
Европейской части РСФСР М 1:2
Карта растительности Европейской части
СССР и Кавказа М 1:2 000 000, 1985
Государственная почвенная карта
М 1:1 000 000, 1951
Контуры песчаных и супесчаных почв
на разных картах
Векторная карта ландшафтов-систем
(или системная векторная карта
природных условий)
Векторный тематический слой глубины залегания
и химического состава грунтовых вод
В специальном слое географической базы
интегрированных данных выделяются области
неопределенных и противоречивых данных, для
устранения которых необходима дополнительная
информация.
В процессе интерактивного картографирования данные
области могут уменьшаться, исчезать или, напротив,
увеличиваться.
Векторный тематический слой почвенногеографических зон
Векторный тематический слой почвенногеографических провинций
Векторный тематический слой ярусности
макрорельефа
Системная векторная почвенная
карта
Векторный тематический слой
генетических групп почв
В веб-ресурсе закладываются основы технологии для интерактивных
(с участием различных ученых и специалистов) оценки и
согласования географических и картографических данных о почвах с
инструментами просмотра слоев и карт.
ОБЛАСТИ НЕОПРЕДЕЛЕННЫХ И
ПРОТИВОРЕЧИВЫХ ДАННЫХ
Почвенная карта Российской Федерации М 1:4 000 000,
Область совпадения контуров почв с одинаковым
усредненным тематическим содержанием
ГИС-проект, содержащий трансформированные растровые слои и квазилегенды,
является инструментом для оценки, согласования и интеграции географических
и картографических данных о почвах.
Данный инструмент можно назвать геоинформационным светостолом.
ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ БАЗА ИНТЕГРИРОВАННЫХ ДАННЫХ
Государственная почвенная карта М 1:1 000 000, 1951
Карта природно-мелиоративного районирования
Саратовской области М 1:500 000, 1983
КВАЗИЛЕГЕНДА
Векторный тематический слой форм и
генетических типов макрорельефа в связи с
геологическим фундаментом
Векторный тематический слой генезиса,
литологического и гранулометрического состав
почвообразующих и подстилающих пород
Для этого используется веб-сервис WMS (Web Map Service)
картографического сервера с открытым исходным кодом MapServer
(http//www.mapserver.org), который по запросу клиента предоставляет
пространственную информацию в виде графического изображения и
атрибутивную информацию в виде текста и позволяет публиковать
данные в Интернете, а так же работать с ними в локальной ГИС.
Пользовательский интерфейс дает возможность масштабировать
карту, управлять набором слоев, получать информацию об объектах
и уточнять размещенные данные (механизм обратной связи). В том
случае, когда работа происходит на локальном месте в ГИС-пакете,
появляется возможность накладывать слои из базы на свои
тематические слои для согласования данных о природных условиях
при создании новых концептуальных карт.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, в настоящее время разработана концепция, методика и
инструмент для решения проблемы оценки и согласования географических и
картографических данных о почвах. Это позволяет во много раз увеличить
точность, достоверность, качество и скорость мелкомасштабного почвенного
картографирования, объективно оценивать имеющиеся данные о почвах,
перейти на более высокий методологический уровень накопления и обмена
информацией.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Агроэкологическая почвенно-мелиоративная карта Нечерноземной зоны Европейской России (по субъектам федерации) М 1:1,5 млн. / Гл. редактор Ф.Р.
Зайдельман. М.: ООО НПФ «Талка – ТДВ», 2006. 60 с.
Зайдельман Ф.Р., Никифорова А.А. «Агроэкологическая почвенно-мелиоративная карта Нечерноземной зоны Европейской России» масштаба 1:1 500
000 // Почвоведение. 2009. №11. С. 1393-1403.
Никифорова А.А. Дифференциация территории по природным условиям при агроэкологическом картографировании. Известия РАН. Серия
географическая. 2010. Вып.1. С. 120-127.
Флейс М.Э., Борисов М.М., Калиниченко Ю.Л., Никифорова А.А. Авторский период создания карты в геоинформационной среде. Изв. вузов. Геодезия
и аэрофотосъемка. Спец. вып. 2009. С. 124-128.
Nikiforova, A.A. 2007. Application of system approach towards small-scale mapping and classification of geographical landscapes for the purposes of
melioration and agriculture. Proceedings of the 7th IALE World Congress 8-12 July Wageningen, The Netherlands: 626.