Картографічне моделювання стану земельних ресурсів та їх сучасного використання (на прикладі Фастівського району Київської області)

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ЗМІСТ

  • ВСТУП
  • РОЗДІЛ 1. НАУКОВІ ЗАСАДИ КАРТОГРАФІЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ СТАНУ І ВИКОРИСТАННЯ ЗЕМЕЛЬНИХ РЕСУРСІВ АДМІНІСТРАТИВНОГО РАЙОНУ
    • 1. 1 Аналіз існуючих підходів до картографічного моделювання стану і використання земельних ресурсів адміністративного району
    • 1.2 Методичні аспекти картографічного моделювання стану і використання земельних ресурсів району
    • 1.3 Програмне забезпечення і технології укладання тематичних карт атласу
    • 1.4 Технології та алгоритми створення картографічних моделей стану і використання земельних ресурсів
  • РОЗДІЛ 2. ПРИРОДНІ ТА ГОСПОДАРСЬКІ УМОВИ ФОРМУВАННЯ ЗЕМЕЛЬНИХ РЕСУРСІВ ФАСТІВСЬКОГО РАЙОНУ
    • 2. 1 Рельєф
    • 2.2 Геологічна будова і тектоніка
    • 2.3 Ґрунтоутворювальні відклади, їх властивості
    • 2.4 Ґрунти
    • 2.5 Кліматичні умови
    • 2.6 Поверхневі і підземні води як чинники впливу на стан і використання земельних ресурсів
    • 2.7 Рослинний покрив
    • 2.8 Господарська діяльність людини як чинник впливу на стан земельних ресурсів
  • РОЗДІЛ 3. АТЛАСНІ ГЕОІНФОРМАЦІЙНО-КАРТОГРАФІЧНІ МОДЕЛІ СТАНУ І ВИКОРИСТАННЯ ЗЕМЕЛЬНИХ РЕСУРСІВ АДМІНІСТРАТИВНОГО РАЙОНУ
    • 3.1 Структура атласу стану і використання земельних ресурсів району
    • 3.2 Джерельна база атласу
    • 3.3 Картографовані показники і параметри стану земельних ресурсів
    • 3.4 Серії тематичних карт, їхній зміст
    • 3.5 Оцінка стану земельних ресурсів адміністративного району за даними створеного атласу
  • ВИСНОВКИ
  • СПИСОК ВИКОРИСТAНИХ ДЖЕРЕЛ
  • ВСТУП
  • Взаємодія геоінформаційних систем і картографії стала основою для формування нового наукового напрямку — геоінформаційно-картографічного моделювання, яке являє собою автоматизоване складання та використання карт на основі геоінформаційних технологій і баз географічних (геологічних, екологічних, соціально-економічних та ін.) даних [24].
  • У рамках геоінформаційно-картографічного моделювання можна виділити окремий напрям, що знаходиться на перетині геоінформатики, землевпорядкування та земельного кадастру, а також картографії - геоінформаційне картографічне моделювання стану земель, сутність якого полягає в автоматизованому укладанні та використанні карт як складової земельно-кадастрової системи на основі геоінформаційних технологій та земельно-інформаційних баз геоданих (БГД) [10] з метою вирішення широкого спектра наукових і прикладних завдань у сфері землекористування та охорони природи на рівні області, району, сільської ради, агроформувань різних типів.
  • Актуальність картографічного моделювання стану земельних ресурсів адміністративного району та їх сучасного використання зумовлена?? кількома причинами:
  • 1) необхідністю отримання комплексної інформації про стан наявних земельних ресурсів адміністративного району, характер їх використання, існуючі проблеми землекористування;
  • 2) відсутністю сучасної різнобічної інформації про стан і властивості ґрунтів, про природні ресурсах адміністративних районів і складністю її отримання;
  • 3) динамічними змінами, що відбуваються у структурі і стані земельних ресурсів, їх використання і на сучасному етапі розвитку суспільних відносин [26];
  • 4) необхідністю забезпечення раціонального використання земель та захисту їх від прояву деградаційних процесів.
  • Ці проблеми особливо актуальні для Фастівського району, в якому домінантним типом землекористування є землеробство.
  • Загальнотеоретичні та методологічні положення геоінформаційного картографічного моделювання земель викладені у працях таких відомих вчених, як Є.Л. Бондаренко [15−16], О. М. Берлянт [10−11], Ю.С. Білич і О. С. Васмут [13], Д. М. Курлович [33], Т.І. Козаченко [27−28] та інших. Щодо картографування земель на рівні адміністративного району та його підрозділів, тут успіхи значно скромніші [26,46].
  • Дані геоінформаційного картографічного моделювання земельних ресурсів адміністративного району (серії карт, тематичні атласи) виступають в якості основи для розробки стратегії сталого розвитку. Вони дозволяють отримати об'єктивну оцінку станів земельних ресурсів, удосконалювати систему обліку земельних ділянок, і методи еколого-економічної оцінки земель з метою адекватного визначення їх реальної вартості, вирішувати природоохоронні питання.
  • Метою роботи є створення модельного електроного атласу стану і використання земельних ресурсів Фастівського району Київської області.
  • Для досягнення мети необхідно вирішити такі завдання:
  • 1. Проаналізувати досвід картографічного моделювання стану земельних ресурсів та їх використання на основі сучасних геоінформаційних технологій;
  • 2. Розробити модель атласу та апробувати методику збирання, аналізу, класифікації, упорядкування, поновлення інформації, формування структури геоінформаційної бази даних, необхідної для побудови електронних карт стану земельних ресурсів;
  • 3. Здійснити аналіз фізико-географічних умов і чинників території Фастівського району Київської області як модельного регіону, їх впливу на формування і стан ґрунтів та земельних ресурсів;
  • 4. Оцінити стан земельних ресурсів району та їх використання (за допомогою сучасних комп’ютерних технологій) і відобразити його у вигляді Атласу;
  • 5. Обґрунтувати систему заходів, спрямованих на забезпечення раціонального використання, охорони та відтворення родючості ґрунтів Фастівського району.
  • Сучасне використання та стан земельних ресурсів Фастівського району Київської області є об'єктом картографічного моделювання, яке здійснюється за допомогою геоінформаційних технологій.
  • Предметом дослідження є науково-методичні засади створення і використання картографічних моделей, баз даних та ГІС-технологій, а також методика побудови електронних карт за допомогою сучасних геоінформаційних технологій.
  • Методологія і методи дослідження:
  • · вихідну методологічну і теоретичну основу роботи становлять положення сучасної географічної науки в галузі екологічного та геоінформаційного картографування [24] концепція проблемно-орієнтованого картографування [15], практика створення тематичних карт, їх серій та фундаментальних комплексних атласів [26], весь комплекс традиційних методів створення та використання карт і геоінформаційних технологій;
  • · аналіз потенціалу сучасних ГІС переконує в необхідності поєднаного використання інформаційних та модельних властивостей карт. Це сприятиме поєднанню теоретичних концепцій геоінформатики і картографії. В геоінформаційній концепції є змога інтегрувати найбільш ефективні методи картографічного моделювання, реалізувати модельно-пізнавальну, комунікативну та мовну функції картографічних моделей [28].

Наукова новизна одержаних результатів Найважливіші результати магістерського дослідження, які характеризуються науковою новизною, полягають у такому:

вперше: створено тематичний великомасштабний атлас стану і використання земельних ресурсів Фастівського району Київської області;

удосконалено: методику укладання тематичних карт складових атласу стану і використання земельних ресурсів адміністративного району;

отримали подальший розвиток: методологія і методика оцінювання стану земельних ресурсів адміністративного району за даними тематичного атласу.

РОЗДІЛ 1. Наукові засади картографічного моделювання стану і використання земельних ресурсів адміністративного району

1. 1 Аналіз існуючих підходів до картографічного моделювання стану і використання земельних ресурсів адміністративного району

Картографія як сфера суспільної діяльності, що забезпечує наочне відображення реальної дійсності, переживає певну трансформацію, пов’язану з використанням геоінформаційних і комп’ютерних технологій та з одночасним концентруванням уваги на сучасних проблемах. Картографічне моделювання стану земельних ресурсів є новим актуальним проблемно-орієнтованим напрямом тематичної картографії, який характеризується різноманіттям теоретичних установок і спрямуванням на вирішення конкретних прикладних завдань. Його сутність полягає в інформаційній взаємодії між базами даних земельно-кадастрової інформації шляхом побудови спектру картографічних моделей, які відображають стан, використання земельних ресурсів, господарські та економічні проблеми, управлінські завдання [24]. При цьому геоінформаційні системи дозволяють у зручному вигляді відображати вихідну інформацію та використовувати отримані в результаті картографічного моделювання стану земельних ресурсів електронні картографічні моделі для проведення наукових досліджень і вирішення практичних завдань оптимізації використання земельно-ресурсного потенціалу України.

Головною специфічною рисою картографічного моделювання стану земельних ресурсів є його проблемна орієнтованість, яка передбачає цілеспрямоване (за тематикою, потенційним користувачем) проектування, створення та практичне використання картографічних моделей, що виступають в якості інструменту для вирішення конкретних завдань в межах вузької галузевоорієнтованої спрямованості - удосконалення землеустрою.

Третяк А.М. та Другак В. М. у дослідженні землекористування та землевпорядкування виділяють такі групи конкретно-наукових методичних підходів:

· моніторингові -- методичні прийоми відстежувального характеру, коли дослідження провадяться способом безпосереднього спостереження об'єктів спостереження. До них належать: інвентаризація, контрольні заміри, вибіркові та суцільні спостереження, технологічні та хіміко-технологічні дослідження, експертизи;

· розрахунково-аналітичні -- функціонально-вартісний аналіз (ФВА), економічний аналіз, статистичні розрахунки, економіко-математичні методи;

· документалістичні -- інформаційне моделювання, дослідження документів, нормативно-правове регулювання тощо [38].

Головним підходом до картографічного моделювання земельних ресурсів району є системний. Він був запроваджений В. П. Разовим [46].

Системний підхід — один із головних напрямків методології спеціального наукового пізнання та соціальної практики, мета і завдання якого полягають у дослідженнях певних об'єктів як складних систем. Системний підхід сприяє адекватному формулюванню суті досліджуваних проблем у конкретних науках і вибору ефективних шляхів їх вирішення [34].

Методологічна специфіка системного підходу полягає в тому, що метою дослідження є встановлення закономірностей і механізмів утворення складного об'єкта з певних його складових. При цьому особлива увага звертається на різноманіття внутрішніх і зовнішніх зв’язків системи, на процес (процедуру) об'єднання основних понять у єдину теоретичну картину, що дає змогу виявити сутність цілісності системи.

Системний підхід — це категорія, що не має єдиного визначення, оскільки трактується надто широко і неоднозначно. Різні вчені наводять наступні трактування або визначення системного підходу:

1. Інтеграція, синтез розгляду різних сторін явища або об'єкта
(А. Холл) [6].

2. Адекватний засіб дослідження і розробки не будь-яких об'єктів, що довільно називаються системою, а лише таких, котрі є органічним цілим (С. Оптнер) [32].

3. Вираження процедур подання об'єкта як системи та способів їх розробки (В. Садовський) [47].

4. Широкі можливості для одержання різноманітних тверджень та оцінок, які передбачають пошук різних варіантів виконання певної роботи з подальшим вибором оптимального варіанта (Д. Бурчфільд) [1].

Системний підхід базується на таких методологічних принципах:

· органічна єдність об'єктивного та суб'єктивного у процесі наукового дослідження;

· структурність системи, що визначає цілісність і стійкість її характеристик;

· динамізм системи;

· міждисциплінарний характер системних досліджень;

· органічна єдність формального та неформального при проведенні аналізу.

До основних особливостей системного підходу можна віднести наступні:

· розглядаються всі теоретично можливі альтернативні шляхи і засоби досягнення мети, оптимальна комбінація та поєднання різних методів і засобів;

· альтернативи оцінюються з позицій перспективи, зокрема для систем, які мають стратегічне значення;

· відсутні стандартні, строго детерміновані рішення:

· чітко розмежовуються різні точки зору при вирішенні однієї проблеми;

· застосовується підхід до проблем, для яких не повністю визначені вимоги щодо термінів реалізації та вартості;

· визнається принципове значення організаційних і суб'єктивних чинників у процесі прийняття рішень і відповідно до цього розробляються процедури широкого застосування якісних (логічних) міркувань в аналізі й узгодженні різних точок зору;

· особлива увага приділяється факторам ризику і невизначеності, їх врахуванню й оцінці при виборі оптимального рішення серед декількох можливих варіантів.

Системний науковий підхід в картографічному моделюванні земельних ресурсів полягає в розгляді об'єкта дослідження земельних ресурсів як складової частини цілісної складної системи, що утворена низкою підсистем і має функціональні залежності та зв’язки в межах системи, між її окремими підсистемами [15].

Суть географічного підходу полягає в обґрунтуванні картографічного моделювання стану і використання земельних ресурсів, врахування накопиченого досвіду комплексних географічних досліджень та системного тематичного картографування у вигляді існуючих геоінформаційних систем, якими можна вважати раніше видані комплексні географічні атласи.

Ландшафтно-екологічний підхід в картографічному моделюванні земельних ресурсів передбачає показ природних об'єктів в їх сучасному (з урахуванням антропогенного впливу) вигляді та відображення діяльності людини (з оцінкою умов, в яких це відбувається) і її результатів. З практичної точки зору це означає пристосування змісту тематичних карт до сучасних вимог їх придатності для проведення екологічного оцінювання та експертизи або вирішення природоохоронного виховання та освіти [15].

Оцінювання екологічного стану усіх картографованих об'єктів, явищ і процесів здійснюється з урахуванням природоохоронних нормативів або по відношенню до вимог безпеки життєдіяльності людини. При цьому елементами оцінювання виступають об'єкти взаємодії в геосистемі, відносини між ними та географічні фактори (стійкість геосистем, показники геохімічного стану, несприятливі процеси та явища). В даному підході природа оцінюється по відношенню до людини не тільки як умова, а й джерело її існування, що значно розширює уяву про діапазон зв’язків.

Інформаційний підхід в картографічному моделюванні стану земельних ресурсів означає використання різноманітної (різнотипної) інформації з розробкою на її основі багатоваріантних картографічних моделей для вирішення відповідних проблемно-практичних потреб користувачів із застосуванням методів геоінформаційного аналізу та просторового моделювання. Він передбачає також застосування інфраструктур просторових даних для забезпечення: легкості доступу до інформації з боку різних суб'єктів, зручності інформаційної взаємодії між ними, більш ефективного їх використання [15].

Кібернетичний науковий підхід, який тісно пов’язаний з попереднім, дозволяє:

· проводити збір, накопичення, систематизацію, обробку різноманітної земельно-кадастрової інформації;

· створювати та розширювати функціональні можливості прикладного програмного забезпечення ГІС, засобів введення земельно-кадастрової інформації та виведення результатів її обробки, технічні і технологічні прийоми створення баз і банків даних, а також баз знань, тобто реалізації принципів функціонування штучного інтелекту;

· розробку інфраструктур просторових даних.

Стохастичний підхід в картографічному моделюванні земельних ресурсів означає використання різноманітних ймовірнісних методів (обчислення узагальнюючих показників, їх вірогідності, вивчення законів розподілу, перевірка теоретичних концепцій тощо) на етапі проведення геоінформаційного аналізу даних; розгляду створених картографічних моделей в якості випадкової реалізації певних процесів на етапі їх використання (прогнозування розвитку явищ у просторі і часі, визначення провідних факторів розміщення та розвитку явищ тощо) [15].

Історичний підхід передбачає укладання картографічних моделей стану та використання земельних ресурсів на різні проміжки часу (в т. ч. з використанням раніше створених карт), а також застосування та розрахунку відповідних показників картографування на основі діючих в даній галузі специфічних екологічних законів і закономірностей.

Конструктивний підхід забезпечує практичну спрямованість картографічного моделювання стану та використання земельних ресурсів, а також прикладний характер карт земельних ресурсів адміністративного району, що вимагає не тільки відповідного наукового аналізу земельних ресурсів, а й формування прогнозів розвитку землекористування регіону та рекомендацій з його оптимізації.

1.2 Методичні аспекти картографічного моделювання стану і використання земельних ресурсів району

Картографічне моделювання привертає до себе увагу як найбільш лаконічний спосіб впорядкування великої кількості географічної інформації. Воно особливо актуальне для землевпорядкування і земельного кадастру, де карта виступає засобом створення обґрунтованих уявлень про просторово-часові закономірності, які діють в ландшафтній сфері. Виявити їх безпосередньо на місцевості не завжди можливо, тому що вони завуальовуються різноманітними побічними ефектами. Такого виду моделювання має великі перспективи, оскільки представляє можливість знаходження раніше невідомих зв’язків і залежностей, які діють в природі. [44]

Сьогодні особливо актуальні дослідження з моделювання території на основі інформаційних технологій із застосуванням ЕОМ, що зумовлено значним збільшенням обчислювальних ресурсів і можливостей побудови детальної, одночасно узагальненої об'ємної моделі досліджуваного об'єкту [28].

Виходячи з викладеного, одною з важливих задач землевпорядкування є створення відповідної об'єктивних абстрактних математичних моделей об'єктів (земельних ресурсів), явищ і процесів раціонального землекористування.

Моделювання — ефективний засіб дослідження території, який дозволяє аналізувати її стан і розвиток при мінімальному обсязі вартісних польових робіт. Моделювання об'єктів зв’язано з необхідністю опису їх змістовної сутності, взаємозв'язків між ними, форми і розташування на даній території.

Моделювання з більшою достовірністю відображає реальну картину навколишнього світу, інтегруючи три базових групи ознак: речові (склад природних і техногенних об'єктів); просторові (давні геологічні структури, сучасний рельєф і техногенні поля); часові (геологічні епохи, періоди та історичні етапи, події). [28]

Всі об'єкти моделюються як елементи єдиної територіальної системи, причому геоінформація про ці об'єкти характеризується наступною структурою: метрична інформація про земельну ділянку відображає її просторове положення в певній системі координат, а семантична — відображає суть і характеристики земельної ділянки (географічний опис).

Цифрове геомоделювання здійснюється на базі ГІС, яка розглядається як середовище геомоделювання. В такому випадку геоінформаційна система територіальна, тобто обов’язково повинна бути визначена область земного простору, на яку створюється геомодель.

Розвиток автоматизованих систем збору та обробки просторової інформації про земельні ділянки і тісно зв’язані з ними об'єкти нерухомості спричинив появу нового напряму в моделюванні - цифрового моделювання, яке полягає у використанні можливостей математичних методів і програмних засобів для моделювання об'єктів земної поверхні. Основним елементом даного виду моделювання є цифрова модель місцевості (ЦММ), яку можна одержати за допомогою різних технологій. Цифрові моделі зберігаються двома способами: у базах даних або незалежно — у вигляді файлових структур [10].

Розрізняють два види моделей відображення дійсності. Перший вид — цифрова модель у вигляді картографічного зображення — це модель, представлена у цифровій формі, у встановленій структурі цифрового опису і кодування в пам’яті комп’ютера. Неодмінною умовою сприйняття цифрової карти є візуалізація закодованого в ній картографічного зображення шляхом висвячування її змісту на відео екрані. Другий вид — аналогова модель картографічного зображення — це модель, представлена у графічному вигляді [4].

Сформулюємо основні вимоги геосистемного підходу до відображення території у вигляді моделі. Відображення повинно бути: системним; формалізованим і машинночитаним; прив’язаним до державної системи координат.

Геомодель представляє собою складну ієрархічно організовану систему відкритого типу, яка містить замкнуті підсистеми. Для геомоделі характерна наявність обернених зв’язків. Вона включає в себе конкретні об'єкти та абстрактні поняття і включає наступні елементи: бази растрових, векторних та атрибутивних даних, банк знань і геомову.

Сучасні технології дозволяють перетворити вихідний масив розрізненої картографічної, фотограмметричної, геодезичної і тематичної інформації в єдину систему — базу даних, яка забезпечує сучасну обробку цифрових карт, знімків, таблиць, каталогів тощо. Зрозуміло, що така обробка вимагає певних знань.

Банк знань, як система понять про дійсність, необхідний для аналітичної пізнавальної діяльності у процесі геоінформаційного моделювання. Він дозволяє накопичувати і систематизувати загальні (фундаментальні), тематичні і технологічні знання, які у свою чергу можна класифікувати за рівнем (аксіоматичний, теоретичний, алгоритмічний, евристичний) і за якістю (достовірні, статистичні закономірності, гіпотетичні).

Важливою складовою геомоделей є геомова — засіб відображення і передачі інформації про об'єкти земного простору [18].У структурі геомови, необхідної для цифрового моделювання території, правомірно виділити наступні складові: параметри земного простору, систему класифікації і кодування, правила цифрового опису, формат цифрового представлення і бібліотеку графічних знаків.

Основними напрямками гоемоделювання є картографування. Карта розглядається як геоінформаційна модель дійсності, вона одночасно є інструментом пізнання і способом аналогового моделювання дійсності, засобом передачі інформації в цифровій формі.

Картографічна інформація завжди була основною вхідною інформацією в ГІС, основною формою подання цифрових моделей. її можна зберігати у графічній формі або у вигляді баз даних. Зараз величезна кількість географічної інформації зберігається в електронних базах даних, що керуються ГІС. Структура бази даних ГІС може бути задана у векторному або растровому форматі, а різні процедури картографічного моделювання використовують лише векторний формат.

Карта може бути розглянута як двовимірна модель, що відображає тривимірну поверхню. Побудова карти пов’язана з моделюванням (відображенням) тривимірної поверхні на площину.

Математичну основу карти вибирають як модель, найближчу до фізичної, що може бути відображена відповідними рівняннями.

У процесі картографічного моделювання створюють три групи інформаційних моделей. Суть першої визначається типом об'єкта, його властивостями, ознаками; другої - системністю обраної інформації про об'єкт; третьої - власне картографічною формою подачі і перетворення інформації.

Геоінформаційне модель має відображати системну організацію об'єкта моделювання та взаємозв'язки між ними. Ядром такої моделі є просторово-часова і змістова характеристики об'єкта у вигляді сукупності певним чином організованих масивів інформації, які відображають сутність модельованого об'єкта, відношення між його основними елементами, їх властивостями, ознаки (змістові внесення до певної понятійної категорії, включаючи його фізичні і логічні особливості просторово-структурні і тополого-геометричні форми просторових структур) [10].

Базуючись на цих вихідних положеннях, суть картографічного моделювання стану земельних ресурсів і їх господарського використання відобразимо у вигляді графа (рис. 1. 1).

Рис. 1.1. Зміст і послідовність картографування стану земельних ресурсів адміністративного району.

Картографічне моделювання стану об'єктів неможливе без формалізації вихідної картографічної інформації. Вихідним моментом створення будь-якої моделі є формалізований опис елементів її кодування.

Картографування повинно відображати, перш за все, як по компонентні характеристики, так і результати інтегрального аналізу, які виявляють закономірності структури, функціонування, динаміки та еволюції господарського об'єкта. Основна методологічна проблема, зв’язана з картографуванням, полягає в оцінці ступеня точності відображення цієї реальності на карті та подальшій її інтерпретації. При цих умовах побудова карти можлива лише в тому випадку, якщо обдумана концептуальна схема, яка визначає її побудову [30].

Методика картографування стану земельних ресурсів (рис. 1.1.) базується на теоретичному і методичному базисі розуміння системної якості земель як особливих утворень, виражених в різноманітних внутрішніх і зовнішніх взаємозв'язках геосистем, які не зводяться до суми властивостей складових їх елементів і підсистем.

На першому етапі картографування найважливішим є створення класифікацій на достовірній науково-теоретичній та емпіричній основі в такому вигляді, в якому вони придатні для конструктивного використання — обґрунтування висновків, перевірки гіпотез, виконання запланованих робіт тощо.

Реалізація принципів картографування стану земельних ресурсів, має на меті відображення структурних рис диференціації земельних ресурсів і їх ієрархічних зв’язків, а також і показ зв’язків, які домінують на топологічному і нижчих підрозділах регіонального рівня диференціації [44]. Крім того, вони забезпечують впорядкування аналітичного матеріалу про тимчасові перетворення геосистем, пов’язані з внутрішньою перебудовою структури геосистеми, зумовленої процесом її розвитку — якісних системних змін, для яких властиві незворотність і виникнення внутрішніх протиріч.

Створення карти передбачається за допомогою дедуктивного підходу в сукупності з польовими дослідженнями, оскільки при використанні індуктивного методу необхідні достатньо повні описи фацій, які не обмежені зовнішніми візуальними ознаками і даними про будь-який момент з їх «життя», характеристика впливаючих на них субрегіональних та фонових факторів, діапазон природних варіантів і антропогенних модифікацій в їх динаміці, відомості про важливі природні режими [31]. Для регіонального рівня картографування ця методика поки що малоефективна через недостатню кількість матеріалу. Тому виникає необхідність створення дедуктивним способом картографічної моделі регіону, яка буде служити основою для впорядкування багатьох даних стаціонарних досліджень і крупно — та середньомасштабної картографічної інформації.

Збір та аналіз даних про ландшафтну структуру регіону передбачає широке застосування наземної та космічної інформації, яка дає можливість зорового сприйняття і прямого вивчення просторових закономірностей і взаємозв'язків явищ, безпосереднього укладання карт.

Другий етап включає в себе освоєння методів ГІС- картографування та аналізу різноманітних властивостей геосистем, оскільки підвищення ефективності досліджень на сучасному рівні передбачає використання автоматизованих систем картографування, організацію фондів цифрової інформації на основі обґрунтованої класифікації, формалізованого опису геосистем, правил генералізації і складання різноманітних виробничих карт на базі вихідної карти геосистем.

Третій етап передбачає створення різноманітних моделей для обґрунтування рекомендацій, прийняття управлінських і планувальних рішень, обґрунтування пріоритетного виду землекористування та охорони природного середовища.

Наявний картографічний досвід переконує, що на картах можна відобразити різні утворення (об'єкти, їх групи, сукупності, поєднання, таксони), процеси (руху, розвитку, функціонування, поширення), властивості і відношення (розміщення, щільність, територіальні пропорції, вплив, взаємодія, зв’язки, ієрархія, суміжність, залежність, відповідність, відстань, тяжіння, сумісність, пропорційність) [36].

Геоінформаційна модель здатна відтворити задану і варіативну сутність об'єкта, його якісну, кількісну та структурну визначеність. Об'єкти можуть відображуватися в дискретній і континуальній формах, у детермінованих та імовірних реалізаціях. Якісна визначеність може бути відображена як в абсолютних, так і відносних показниках, як у статиці, так і в динаміці, в широкому діапазоні просторових і часових масштабів.

В загальному випадку моделювання об'єктів та явищ складається із моделювання трьох основних змістовних складових геомоделі: природної, соціальної (суспільство) та економічної (господарство) компонент.

Щодо створення атласу земельних ресурсів, то цей процес можна поділити на декілька етапів. На першому етапі роботи над створенням атласу головна увага приділялася вивченню та узагальненню досвіду різномасштабного атласного картографування земельних ресурсів, а також аналізу запитів практики стосовно стану ґрунтів і використання земельних ресурсів. Наступним кроком буде розроблення структури «Атласу стану і використання земельних ресурсів адміністративного району». В Атласі варто обов’язково виокремити такі частини як: карти географічного розташування району, умов формування земельних ресурсів, чинників впливу на них; карти земельно-ресурсного потенціалу території району та його використання; карти обмежень при користуванні земельними ресурсами та шляхів оптимізації їхнього стану і використання.

У кожному з цих розділів міститиметься від 3−5 до 12−15 карт. Їх тематика доволі широка й охоплює як питання відображення стану досліджуваних компонентів природного середовища, так і характеру їх господарського використання та змін екологічного стану[26].

1. 3 Програмне забезпечення і технології укладання тематичних карт атласу

Найчастіше для створення окремих тематичних карт і їх серій використовують геоінформаційні технології, розроблені фірмою Mapinfo Corporation (США) — систему настільного картографування ArcGIS Professional, а також розробки фірми ESRI, зокрема ArcGIS, які:

1) створюють широкі можливості для експортування-імпортування графічних та атрибутивних даних;

2) володіють перевагами комерційного продукту (підтримуються фірмою розробником, мають якісну технічну документацію, мінімальну кількість помилок у програмах);

3) характеризуються простотою засобів укладання тематичних карт;

4) мають засоби геопросторового аналізу даних;

5) володіють зручними засобами класифікації рядів даних, статистичними функціями.

Автоматизація процесу укладання карт з залученням ГІС полягає у:

· використанні способів накопичення даних, які дозволяють застосовувати групування інформації при генералізації чи відборі елементів змісту,

· використання більш ефективних способів обробки при моделюванні елементів тематичного змісту карти,

· створенні нових можливостей при візуалізації даних (цифрові моделі рельєфу, цифрові моделі місцевості, в т. ч. тривимірні),

· створенні можливостей оперативного оновлення змісту,

· скороченні часових витрат на всіх етапах створення карти.

Інструменти і функції ГІС- пакетів при обробці даних по об'єкту картографування забезпечують можливість розв’язувати завдання створення цифрових сільськогосподарських тематичних карт як кінцевого продукту або з метою подальшого оформлення карт та передачі у видавничий пакет.

Наповнення БД, починаючи з перед картографічного етапу дослідження об'єкта картографування, робить можливим проведення в автоматичному режимі широкого спектру таких видів аналізу, які були б неможливі при використанні карт, створених за традиційною технологією.

ГІС- аналіз вирішує задачі інвентаризації, обліку, статистичного та просторового аналізу, що дає можливості:

· доповнювати БД новими тематичними шарами та зображати результати їх зіставлень у вигляді карт з різними наборами тематичних шарів, а також будувати графіки, діаграми, таблиці.

· поєднувати, зіставляти, проводити сполучений ГІС- аналіз різних видів географічно прив’язаної тематичної інформації, поновлювати наповнення БД.

· фіксувати оперативні дані при проведенні моніторингу стану об'єкта картографування з метою оперативного періодичного оновлення змісту карт, прогнозування його розвитку, отримання якісно нових знань про об'єкт у результаті синтезу інформації.

Основними методологічними проблемами, пов’язаними з впровадженням системного підходу в картографування земельних ресурсів на основі ГІС — технологій, є:

· математизація і комп’ютеризація картографічних досліджень,

· застосування єдиних принципів та уніфікованої методики картографування і ГІС — аналізу.

Для вирішення завдання картографічного моделювання та ГІС — аналізу елементарної сільськогосподарської території і забезпечення проблемно-орієнтованого використання продукту доцільним є створення спеціалізованих ГІС.

При створенні електронних карт на основі геоінформаційних технологій першим етапом є створення електронної географічної основи та введення даних. Введення даних, їх геокодування здійснюється за допомогою ArcGIS Professional. Використовуючи інструмент «символ», на електронну карту наносяться тематичні об'єкти, інформація про які відразу вводиться в базу даних.

Суть попередньої обробки даних зводиться до систематизації інформації. Для цього використовуються засоби мови структурованих запитів (SQL — запитів) до бази даних. На основі цих запитів виконується робота з моделювання показників картографування, аналіз та групування даних щодо певних елементів змісту, подальші розробки змісту серій карт. За допомогою основної бази даних створюються таблиці для відповідних конкретних карт.

Використовуючи вікно «Map Basic» (Show Map Basic) з меню Options, автоматизовано виконують запити до бази даних, отримують табличну та іншу інформацію, яка використовується для побудови тематичних карт.

У процесі створення (укладання та оформлення) електронних карт часто користуються засобами ArcGIS 10.1. Кольорові композиції карт зберігаються у форматі робочих просторів ArcGIS. Тематичні шари створюються засобами ArcGIS з використанням програм карт і таблиць атрибутивних даних. Легенди карт створюються графічними засобами ArcGIS і зберігаються в окремих картографічних шарах, що дозволяє компонувати легенду з дотриманням існуючих у картографії вимог.

Умовні знаки кольорових композицій розробляються на базі бібліотеки символів ArcGIS.

Друк кольорових електронних карт (як кінцевого продукту або як кольорових проб) у форматі ArcGIS може здійснюватися за допомогою кольорових принтерів.

Для вирішення проблеми відповідності зображень на моніторі і твердих носіях (а також з метою покращення чи удосконалення оформлення) використовуються можливості експортування макетів карт з ArcGIS в обмінні формати *. bmp, *. jpg, *. wmf. Це дозволяє доопрацьовувати макети у програмах класу векторних редакторів Adobe Illustrator або FreeHand та спеціалізованих видавничих системах QuarKXPress або InDesing (Індизайн) та ін.

При передачі карт замовникам у цифровому вигляді передбачене їх збереження в обмінних форматах *. bmp, *. jpg, *. wmf, що дозволяє використовувати їх традиційними офісними програмами, які успішно працюють із зазначеними форматами.

Етапи створення спеціалізованих ГІС. Виділяють чотири етапи вирішення цього завдання:

1) проектування загальної архітектури спеціалізованої ГІС;

2) розроблення структури семантичних баз даних (БД) і просторової БД (карта-основа) та схем зв’язків між ними;

3) вибір методів обробки і перетворення даних;

4) вибір структури інтерфейсу користувача.

Результатом функціонування такої ГІС має бути підтримка зберігання вихідних даних для забезпечення обробки даних з метою ГІС-аналізу, в тому числі просторового, електронно-графічного моделювання, створення системи цифрових, електронних та паперових карт певної тематики, сукупності структурно-динамічних діаграм та графіків, що висвітлюють тематичний зміст.

Така спеціалізована ГІС як інструмент аналізу картографічних моделей має надати можливість роботи з картографічним продуктом в інтерактивному режимі, а також забезпечити накопичення, систематизації, візуалізації, аналізу і моделювання просторово визначеної інформації з прикладною і пізнавальною метою. Одним із завдань побудови такої БД є розроблення такої системи уніфікації вхідних даних, тобто, показників картографування (форм їх представлення), щоб при обов’язковій умові їх найнижчого рангу була можливість організації у групи вищого рангу для забезпечення універсальності їх використання при побудові карт різного призначення і масштабу. Цей принцип втілюється за допомогою умовного кодування характеристик об'єктів.

ГІС являє собою поєднання графічної та семантичної інформації. Графічна частина зберігає дані про розміщення й територіальну організацію об'єкта картографування (тобто карта-основа), семантична — відомості про об'єкт: кількісні та якісні характеристики елементів навантаження. Оперування інструментами ГІС — пакетів дозволяє в автоматичному режимі проводити різні види статистичного аналізу та перетворень з метою картографічного моделювання змісту карти загалом і побудови окремих складних діаграмних значків та інших графічних об'єктів для позиціонування їх на карті.

Для обробки даних у середовищі ГІС потрібно виконати:

а) інвентаризацію усіх елементів змісту, їх систематизацію за родом об'єкта та створити електронну базу даних;

б) класифікацію параметрів діяльності об'єктів соціально-економічного типу чи інтенсивності явищ фермерсько-господарських об'єктів, систематизацію їх у вигляді вхідних даних;

в) обробити результати попередніх етапів засобами ГІС — пакету;

г) позиціонування результатів обробки даних на карту-основу у вигляді графічних об'єктів (створення тематичної карти) [56].

Така технологічна схема дає змогу за допомогою інформаційного наповнення баз даних створювати окремі карти та їх серії, що у поєднанні з просторовим аспектом відображають як певні показники, так і об'єкт в цілому.

З метою реалізації процесу картографічного дослідження земельних ресурсів адміністративного району необхідно розробити технологічну схему створення карт на основі спеціалізованої (проблемно-орієнтованої) ГІС, яка дозволить за допомогою інформаційного наповнення баз даних створювати за оптимізованою технологією окремі карти та їх серії, що відображатимуть у поєднанні з просторовим аспектом як певні показники діяльності сільськогосподарських господарств, так і функціонування системи у цілому. Крім того, використання такої технології додає широких можливостей щодо подальшого використання та перетворення електронних карт: статистичні спостереження за динамікою показників, співставлення, накладання тематичних шарів для інтегрального аналізу процесів або ж, навпаки, розшарування (вибірка певних груп показників за певною ознакою чи територією) для аналітичних досліджень.

Ми вживаємо поняття спеціалізованої ГІС для позначення поєднання у середовищі ArcGIS Professional та MS Access масивів графічної та семантичної інформації про функціонування та розміщення певного формалізованого об'єкта для картографічного моделювання з метою реалізації завдання візуалізації тематичних даних на карті у електронному та паперовому вигляді.

Графічна частина зберігає дані про просторове розміщення та територіальну організацію об'єкта картографування (геодані), семантична — відомості про об'єкт чи систему, тобто кількісні та якісні характеристики його елементів (сільськогосподарських підприємств, елементарних сільськогосподарських територій). Множини цих показників утворюють масиви інформації. Оперування ними інструментами ГІС — пакетів дозволяє проводити в автоматичному режимі (наприклад, за допомогою запитів) різні види статистичного аналізу з метою як картографічного моделювання змісту карти загалом, так і побудову окремих складних діаграм, графіків та інших знаків для відображення на карті.

Структура семантичної БД спеціалізованої ГІС, в нашому випадку, повинна відповідати задачам картографування. Серед них однією з найважливіших щодо моделювання є забезпечення можливості відображення об'єкта на різних рівнях генералізації, а саме:

— сільськогосподарське підприємство як елементарна одиниця, що має точкову локалізацію (географічну прив’язку — поштову адресу, зв’язок «один до одного»);

— сільськогосподарський промисловий центр/пункт, який також має точкову локалізацію (географічна прив’язка — місто, зв’язок «багато до одного»);

— регіон з чітко визначеною площинною локалізацією (географічна прив’язка — адміністративні межі районів, зв’язок «багато до багатьох»).

З цього видно, що при відображенні використовуються різні типи способів картографічного відображення щодо видів зв’язків семантичної і графічної баз даних. А саме: такі, що мають прив’язку як до певної точки карти так і до полігону.

Окремо треба сказати про відображення на картах різних показників у динаміці, тобто процесів формування та розвитку системи. Щодо розробки технологічного ланцюга, поява додаткового виміру — часового, відбиватиметься в ускладненні етапу проектування структури атрибутивної БД (збільшенні кількості залучених таблиць БД та ускладненні операцій з підготовки даних).

Тепер детально розглянемо один із варіантів повного технологічного ланцюга - від проектування карти (серії карт) на основі спеціалізованої ГІС до їхнього видання. У загальному вигляді технологічний процес має такі етапи:

A Проектування:

A1 Розробка та проектування змісту карти.

A1 Розробка системи показників картографування.

A1 Вибір та проектування математичної основи карти.

A1 Розробка та проектування системи умовних позначень та способів картографічного зображення.

A1 Проектування графічної бази даних.

A1 Проектування семантичної бази даних.

B Укладання та оформлення карт:

B1 Обрання програмних продуктів (для векторизації, зберігання та обробки графічних даних, зберігання та обробки семантичних даних).

B1 Заповнення та підготовка графічної бази даних.

B1 Заповнення та підготовка семантичної бази даних.

B1 Проведення аналізу та моделювання (обчислення статистичних даних, автоматизована побудова та розташування умовних позначень) у середовищі спеціалізованої ГІС.

B1 Підготовка цифрової карти (ЦК).

B1 Підготовка ЦК до передачі у видавничий пакет.

C Підготовка до видання:

C1 Експорт-імпорт даних з середовища ГІС (у нашому випадку ArcGIS) у видавничий пакет до програм класу графічних редакторів (у нашому випадку FreeHand) або до програм типу MapLex (MapLex працює з даними ГІС без програм-посередників, отже експорт у нього не існує, навпаки засобами MapLex відбувається перетворення даних ГІС (ArcGIS) у дані Illustrator). Ми використовували перший шлях.

C1 Оформлення видавничого оригіналу.

D Видання:

D1 Кольороподіл та друк.

При підготовці серії карт можна скористатися наведеною схемою, опрацьовуючи кожну карту серії окремо, але для оптимізації технологічного процесу на етапі проектування БД потрібно врахувати перспективу застосування атрибутивної БД для інших потреб. Саме цю можливість широкого використання забезпечує ГІС — середовище. Всі ці роботи можна описати загальною схемою етапів створення та підготовки до видання карт земельних ресурсів адміністративного району за ГІС — технологією (рис. 1. 2).

Рис. 1.2 Технологічна схема етапів створення та підготовки до видання карт на основі спеціалізованої ГІС.

1. 4 Технології та алгоритми створення картографічних моделей стану і використання земельних ресурсів

Використання геоінформаційних технологій у картографії є відносно новим напрямом. Підходи до використання сучасних ГІС — технологій розроблені у Московському [35], Тбіліському [12], Харківському [31], Одеському [48] і Львівському [32, 53] університетах, Інституті географії НАН України [20] та інших наукових і навчальних установах. Цікавою розробкою у сфері практичного застосування ГІС — технологій є роботи І. Черваньова, С. Кострікова, Б. Воробйова, присвячені геоінформаційному моделюванню організації басейнових систем. Великий інтерес представляє система аналітичної обробки просторової інформації (САОПІ) Amber i Q [51].

Водночас, на сьогодні накопичено досвід аналізу стану земельних ресурсів за допомогою геоінформаційних технологій. Серед них є роботи, присвячені земельному кадастру [17] та управлінню земельними ресурсами [14, 49]. Особливо багато уваги сьогодні присвячено створенню та інформаційному наповненню земельних інформаційних систем (ЗІС). Серед останніх розробок ЗІС і методичних підходів їхнього використання варто відзначити роботи В. Боклага [14], О. Качановського та ін. [25], О. Мкртчяна [39,40], А. Сохнича та ін. [49] і Т. Ямелинця [53].

Однією з найвдаліших комп’ютерних систем для виконання різнопланової оцінки земель населених пунктів вважають розробки Науково-виробничого центру «Земельні Інформаційні Системи» (НВЦ ЗІС) під назвою LPS 1.1 і LPS 1.2. Програмний комплекс розрахований на землевпорядників, архітекторів, оцінювачів земель й існує у двох версіях: із застосуванням графічного модуля — LPS 1.2 і без нього — LPS 1.1. Не можна залишити без уваги ще одну українську розробку — програмно-методичний комплекс «ТЕРЕН», який розробив Державний науково дослідний інститут автоматизованих систем у будівництві (ДНДІАСБ). Цифрове картографічне забезпечення комплексу «ТЕРЕН» здійснює науково-дослідний виробничий інститут «Геодезкартінформатика» [49].

Розв’язання нагальних проблемних питань потребує прискіпливішого вибору програмного забезпечення класу ГІС, що буде використане у процесі розроблення комплексних моделей атласу використання земельних ресурсів адміністративного району. У ході виконання цієї роботи ми здійснили аналіз наявного на ринку програмного забезпечення щодо ефективності його використання. В результаті проведеної роботи нами обрано останню розробку компанії ESRI (Інститут дослідження систем навколишнього середовища, США) — ГІС — програмний продукт ArcGIS 9.3.1.

Заснована ще у 1969 р. як консалтингова компанія, ESRI від початку фокусувала свої зусилля на організації та аналізі геопросторової інформації з метою дослідження та підтримки прийняття рішень у сфері планування та управління ресурсами навколишнього природного середовища. У 1982 р. компанією запропонований перший комерційний програмний продукт класу ГІС — ARC/INFO з функціональним інструментарієм введення, нагромадження й аналізу геопросторових даних. Характерною рисою ARC/INFO стало те, без чого на сьогодні неможливо уявити сучасні ГІС — продукти, а саме поєднання просторово координованої графічної інформації із системами управління базами геоданих. Обраний підхід дав змогу розширити можливості аналізу та набагато ефективніше використовувати геодані. Саме це вирізняє продукти ESRI від аналогічних геоінформаційних розробок із технологіями підтримки комп’ютерного проектування.

Розглядаючи можливості обраного програмного комплексу (від процесу підготовки та аналізу комплексного тематичного наповнення атласу, «on-screen» візуалізації до створення якісної паперової копії), охарактеризуємо основні модулі ArcGIS та інші ГІС — програми, що розширюють можливості головного програмного забезпечення (табл. 1). Варто зауважити, що їхня кількість та функціональні можливості залежать від версії програм і типу отриманої ліцензії.

ArcMap — програмний модуль, який забезпечує безпосереднє введення, аналіз та візуалізацію геопросторової інформації.

Введення геопросторової інформації в ArcMap реалізують кількома шляхами: автоматизованим, напівавтоматизованим та ручним. Повністю автоматичне введення інформації здійснюють за допомогою додаткових розширень, що інтегровані у програмне забезпечення ArcGIS. До таких розширень можна віднести можливість геокодування геопросторової інформації на основі бази даних, яка описує розміщення об'єктів у просторі (географічні і топографічні координати, адресну прив’язку в населених пунктах). До них відносять дані, що отримані за допомогою GPS та інших інженерно-геодезичних приладів. Можливості програмного забезпечення розширені наявністю спеціалізованих компонентів, таких як Survey Analyst (оброблення даних польових геодезичних вимірів та підготовлення кадастральних планів) [2−5].

Таблиця 1. 1 Основні модулі ArcGIS та іншого програмного забезпечення, які використано у процесі створення атласу земельних ресурсів адміністративного району і сільської ради

Операція геоінформаційного моделювання

Програмне забезпечення, модулі

Підготовка топографічних основ, картографічних матеріалів, аеро- і космознімків до опрацювання

PanaVue

Введення, аналіз та візуалізація геопросторової інформації

ArcMap

Напівавтоматичне та автоматичне введення геопросторової інформації

ArcScan, EasyTrace, Mpedit

Побудова гідрологічно коректної цифрової моделі рельєфу, структури річкової мережі

Spatial Analyst, ArcHydro, TauDEM, ANTJDEM

Опрацювання даних польових геодезичних вимірів, підготовлення землевпорядних планів

Survey Analyst

Дешифрування структури землекористування за допомогою аеро- і космознімків

ERDAS Imagine

Аналіз іншої геопросторової інформації, побудова різноманітних континуальних полів, перетворення растрових та векторних форматів

Spatial Analyst, ArcToolbox

Розроблення інтерактивних картографічних моделей, тривимірне (3D) моделювання, віртуальні моделі

ArcGIS 3D Analyst, ArcScene, ArcGlobe

Аналіз різнопланових статистичних даних, що відображають стан земельних ресурсів

Geostatistical Analyst

Управління геопросторовими даними та структурою баз гео даних «Земельні ресурси району і сільської ради»

ArcCatalog, Data Interoperability

Підготовка остаточного варіанту макету атласу для друку чи експорту в інших графічний формат

ArcToolbox, Maplex, Representatio

До засобів напівавтоматичного введення геоданих відносять розширення ArcScan, яке здійснює напівавтоматичне опрацювання просторово координованої векторної інформації із одночасним внесенням атрибутивних даних. Недоліком такого розширення вважають використання в якості основи для векторизації обмеженого набору форматів бітональних растрових даних, якість і точність яких подекуди залишається незадовільною. Для підвищення ефективності автоматизації процесу векторизації варто використовувати програмні продукти інших виробників, такі, наприклад, як EasyTrace чи Mpedit. На жаль, використання такого програмного забезпечення вимагає додаткових затрат на його придбання й підготовку відповідного персоналу [54].

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой