научная статья по теме ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕМАТИЧЕСКИХ КАРТ НА ТЕРРИТОРИЮ СССР ПРИ СОЗДАНИИ ГИС “ПОЧВЫ РОССИИ” Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕМАТИЧЕСКИХ КАРТ НА ТЕРРИТОРИЮ СССР ПРИ СОЗДАНИИ ГИС “ПОЧВЫ РОССИИ”»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2011, № 9, с. 1043-1055

ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ

УДК 631.4:681.3:528.235

ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕМАТИЧЕСКИХ КАРТ НА ТЕРРИТОРИЮ СССР ПРИ СОЗДАНИИ ГИС "ПОЧВЫ РОССИИ"*

© 2011 г. Д. И. Рухович1, В. Б.Вагнер2, Е. В. Вильчевская1, Н. В. Калинина1, П. В. Королева1

Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7

e-mail: landmap@yandex.ru 2ООО "Криптоком», Москва e-mail: vitus@wagner.pp.ru Поступила в редакцию 21.06.2010 г.

Советскими и российскими почвоведами, ландшафтоведами, географами и геоботаниками и другими специалистами созданы карты и накоплен большой картографический материал на территорию СССР. В подавляющем большинстве эти материалы созданы на бумажной основе. Их перевод в электронную форму выявляет достоинства и недостатки тематических карт СССР, как и "по наследству" карт России.

Описан 20-летний опыт работы лаборатории почвенной информатики Почвенного института им. В.В.Докучаева по созданию цифровых карт, объединенных в геоинформационную систему (ГИС) "Почвы России". Показана последовательность хода работ и развития технологий, разработанных для решения возникающих в процессе работы проблем. Рассмотрены причины и трудности совмещения информации карт разных и одинаковых масштабов и проекций, проблемы геореференсиро-вания карт, использования материалов дистанционного зондирования (ДЗ) и цифровой модели рельефа (ЦМР). Обоснована необходимость и разработана технология создания единой картографической основы для тематических карт, входящих в ГИС "Почвы России" [28]. Разработаны методы исправления искажений топографических основ с использованием локально-афинного преобразования, реализованные в программном комплексе GeoDraw-GeoGraph. Сформулированы необходимые требования к качеству карт: геореференсируемость, топологическая корректность и совместимость версий. Подчеркнуты проблемы цифровой картографии при использовании объектно-ориентированных ГИС. Оцифрованная в 1997 г. Почвенная карта РСФСР М 1 : 2.5 млн. к настоящему времени создана в четырех версиях, сделанных по мере устранения возникающих противоречий. Обоснована необходимость создания пятой и шестой версий карт на основе накопленного опыта.

ВВЕДЕНИЕ

К настоящему времени подавляющее большинство тематических карт составлено и представлено на бумажных носителях, выполненных в разных масштабах и картографических проекциях. Их использование затруднено в силу ряда причин, связанных с совмещением этих материалов.

Появление геоинформационных систем (ГИС) привело к развитию цифровой почвенной картографии. Первые цифровые почвенные карты начали создавать в 1980-х годах XX в. Опыт сотрудников лаборатории почвенной информатики Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева в этой области — более 20 лет.

В последнее время авторы обычно ссылаются на цифровые почвенные карты и на другие работы по цифровой тематической картографии в СССР и России, начиная с 1993 г. [18]. Однако один из авторов данной статьи принимал участие в создании цифровых почвенных карт уже в

* Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 09-0413735 офи-ц.

1986 г. [31], работая в институтах ГипроВодХоз и "АИУС-агроресурсы" [33], где уже на тот момент опыт цифровой тематической (в том числе и почвенной) картографии составлял несколько лет. Другие авторы относят год начала цифровой тематической картографии в нашей стране к 1973 г., когда начала создаваться информационная система по лесам — ЛесИС [12, 37]. Цифровые модели местности и рельефа возникли также не позднее 1979 г. [23].

Расхождение в несколько десятков лет в оценках разных авторов связано, на наш взгляд, в первую очередь с режимностью предприятий, на которых проводилась компьютеризация картографии в СССР. Теоретические публикации сильно отставали от реальных практических разработок, да в целом отстают и сейчас. Режимные работы либо не публиковались вообще, либо публиковались в закрытых сборниках, либо в сильно цензурированном виде. Передача информации, к сожалению, происходила через ведомственные инструкции, отчеты и т.п. Поэтому сложно дать ссылки на эту информацию, но и от-

рицать существование к примеру цифрового лесоустройства на территорию СССР и России или автоматизированной информационно-управляющей системы комплексной обработки аэрокосмической и наземной информации для сельского хозяйства в течение десятков лет несправедливо, тем более что эти материалы становятся со временем доступнее.

Десятилетия развития тематической цифровой картографии позволили накопить опыт работ, требования к программному обеспечению, но не привели к массовому внедрению цифровых технологий в научных и образовательных учреждениях.

Как показал опыт наших работ в 1990-х годах, прямая оцифровка бумажных карт не решает проблемы совмещения информации. Сложности работы с картами разных проекций и масштабов очевидны [34, 35]. Значительно менее ясной является проблемы использования карт на одну и ту же территорию в одном и том же масштабе и проекции. Например все карты масштаба 1 : 2.5 млн. (карта лесов, почвенная карта, ландшафтная карта, карта четвертичных отложений, инженерно-криологическая карта и т.д.) выполнены в проекции Красовского. Однако, несмотря на одну и ту же проекцию и масштаб, карты совмещаются далеко не идеально. Еще сложнее совмещение и использование карт разного масштаба (М 1 : 4 млн. и М 1 : 2.5 млн.), хотя теоретически проблема решается методом масштабирования, так как проекция одна. Наш опыт оцифровки всей серии карт для Высшей школы (карты растительности [16], карты земельных угодий [9], почвенной карты [27]) выявил большие сложности с их пространственным совмещением. До появления цифровой, а главное векторной картографии, совмещение карт было очень трудоемко и делалось редко, так как возможные механизмы совмещения исчерпывались светостолом, калькированием и фототрансформатором. Сведение оцифрованных карт в ГИС сделало проблему их совместного использования крайне актуальной.

Само понятие ГИС связано с точным географическим позиционированием на поверхности Земного шара — геореференсированием. Однако геореференсирование карт на территорию СССР не очевидно, поэтому необходимо выявить проблемы, их источники и методы их разрешения, в том числе в рамках создания единой цифровой геореференсированной картографической основы. Этому и посвящена данная статья.

Цифровая картография далеко не всегда была связана с ГИС. Так, довольно большой объем работ по цифровой картографии на территории СССР велся в инженерных графических системах типа AutoCad, а также сделанные в Photoshop и CorelDraw. Однако проблемы геореференсирова-

ния в этих системах не решаются и их использование, хотя и позволяет визуализировать и оформить карты для печати, но не позволяет провести анализ и коррекцию карт.

Наш опыт исходно был связан именно с ГИС как отечественной разработки (ГИС "АИУС-аг-роресурсы", GeoDraw-GeoGraph [46]), так и зарубежными (ArcInfo с версии 3.4.2 [53]), хотя при работе с соисполнителями и заказчиками приходилось и приходится пользоваться любыми материалами, выполненными, в том числе и в AutoCad или Photoshop. Опыт создания цифровых карт неразрывно связан с проблемами их совмещения между собой и геореференсирования.

ГИС находятся в постоянном развитии. Функциональность многих систем, сходного назначения, по мере развития сближается. Однако развитие конкретной ГИС, редко приводит к пересозданию ядра системы. Логика геореференсирования как и логика топологии, как правило, лучше всего реализуется именно на уровне ядра. Условно современные ГИС программы, позволяющие решать сложные проблемы геореференсирования и топологии, можно разделить на "ядерные" и "заплаточные". Из ГИС, активно используемых авторами, к "ядерным" относятся ArcInfo [53], Erdas [51], GeoDraw [46], к "заплаточным" — MapInfo [19], AutoCadMap, Панорама, TopoL. Также есть множество неплохих ГИС и векторизаторов, в которых проблемы геореференсирова-ния и топологии практически неразрешимы (WinGis, Wdflnfo).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРОБЛЕМЫ, ПУТИ И МЕТОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ

Первичный опыт создания почвенно-информационной ГИС "Почвы России". К 1996 г. накопленный в Почвенном институте опыт позволил приступить к созданию серии цифровых карт на всю территорию СССР. Был определен и необходимый для решения различных почвенных задач набор тематических карт в масштабах от 1 : 15 млн. до 1 : 2.5 млн.

К 1997 г. в лаборатории почвенной информатики была оцифрована почвенная карта РСФСР М 1 : 2.5 млн. [26]. Затем была проведена оцифровка следующей серии карт — ландшафтная карта СССР М 1 : 2.5 млн. [24], карта растительности СССР М 1:4 млн. [1б], почвенная карта СССР М 1 : 4 млн. [27] карта земельных угодий СССР М 1 : 4 млн. [9] и др. [36]. В 2000 г. начались работы, которые продолжаются до сих пор по оцифровке государственной почвенной карты (ГПК) М 1 : 1 млн. Оцифрованы также и серия карт М 1 : 8 млн. (природно-сельскохозяйственное районирование, почвенно-географическое райо-

нирование, серия геоботанических карт под редакцией Базилевич [2, 3, 10] и др.), М 1 : 16 млн. (почвенно-экологическое зонирование) и т.д.

В конце 90 гг. карты оцифровывались без учета искажений и ошибок исходных материалов, при этом была разработана оригинальная технология. Технология базировалась на калькировании контуров тематических карт [32]. Использовалось растровое программное обеспечение — ГИС EPPL7, позволившее разработать и создать растровые топологические версии тематических карт. Для редактирования растровых топологических карт и ввода базы данных к ним, нами был создан оригинальный растровый редактор — EppEdit (программист Михайлов С.И.). Технологические возможности растровой карты на тот момент составляли 32000 колонок на 16000 рядов, что позволяло получить точность оцифровки около 0.125 мм. Законченная растровая карта с базой данных конвертировалась в векторный формат ArcInfo с последующей проверкой топологии. По такой технологии были созданы первые версии тематических карт (слоев) почвенно-информационной ГИС "Почвы России".

Анализ использования ка

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком