ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2014, № 1, с. 85-93
== геоинформационные системы и картографирование =
УДК 631.4:911.52:528.9: 004
тематическая интеграция пространственных данных о природных элементах ландшафтов
в среде гис1
© 2014 г. А.А. никифорова*, М.З. Флейс**, М.М. Борисов**
*Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова **Институт географии РАН
Поступила в редакцию 18.12.2012 г.
Тематической интеграцией пространственных данных о природных элементах ландшафтов названо их объединение в одно целое, или систему, на основе единой иерархической генетической классификации природных ландшафтов-систем. Результат тематической интеграции представляется в виде одного векторного слоя площадных объектов ландшафтной ГИС с привязанной к нему таблицей атрибутивных данных. Различные варианты автоматизированного оформления слоя позволяют получать системные ландшафтные карты, к которым отнесены карты природных ландшафтов разных иерархических уровней и карты свойств их элементов. В настоящее время концепция, технология и инструменты тематической интеграции пространственных данных о природных элементах ландшафтов апробированы при ландшафтном картографировании Саратовской области на географической основе масштаба 1:1 500 000. Представленная в статье новая методология интеграции пространственных данных о элементах ландшафта в геоинформационной среде позволяет делать картографический синтез обратимым, а его результаты обновляемыми.
К настоящему времени накоплен огромный объем пространственных данных о природных элементах ландшафтов. Однако в силу разных причин эти данные крайне разнородны, разнока-чественны, часто не согласованы и противоречивы [8, с. 24, 32, 33, 45, 21]. В результате "наложение одной карты на другую дает нередко искаженную картину взаимосвязи явлений" [8, с. 32].
Проиллюстрируем это на примере двух комплексных географических атласов - Калужской области [3] и Алтайского края [2]. Атласы такого рода традиционно рассматриваются как системы взаимосвязанных, взаимодополняющих друг друга и согласованных между собой карт или как модели географических систем [11, с. 239, 250-252; 22, с. 5, 13]. Однако карты названных атласов не являются полностью согласованными. На рис. 1 представлено наложение отвекторизо-ванных фрагментов трех карт Атласа Калужской области, масштаб карт 1:1 125 000. Из ландшафтной карты атласа следует, что на водоразделах рек Ресса, Неполоть и Неручь распространены моренные суглинистые отложения прерывистого распространения небольшой мощности, подстилаемые опоками. В этом же месте на геоморфологической
1 Работа проведена при поддержке гранта РФФИ №12-04-00467-а
карте показаны водно-ледниковые пески и супеси небольшой мощности (до 1 м), подстилаемые мореной, а на карте четвертичных отложений -покровные суглинистые, иногда лёссовидные отложения, подстилаемые водно-ледниковыми песками и супесями с гравием, галькой и валунами. Сравнив содержание контуров на почвенной и ландшафтной картах атласа Алтайского края, можно увидеть, что в то время как на почвенной карте рядом с населенным пунктом Угловская выделен контур лугово-болотных почв (Бл), на ландшафтной карте показаны ландшафты на солонцах луговых, солончаках и луговых солончаковатых почвах (№ 42 в текстовом дополнении к легенде карты на с. 150). Далее на северо-западе края на месте выделенного на почвенной карте контура лугово-черноземных солонцеватых солончаковатых почв (Чл), на ландшафтной показано распространение солонцов лугово-степных (№ 35), солонцов луговых, солончаков и луговых солончаковатых почв (№ 42) и луговых солончаков и солонцов (№ 43).
Объяснить такое положение дел можно тем, что при создании комплексных географических атласов и серий тематических карт, а с развитием компьютерных технологий и географических информационных систем (ГИС) задача тематической интеграции пространственных данных не ставилась.
10 км
Рис. 1. Пример несогласованности тематических данных о природных элементах ландшафтов в Атласе Калужской области: 1 - прерывистые моренные отложения, подстилаемые опоками; 2 - пески и супеси небольшой (до 1 м) мощности, подстилаемые мореной; 3 - покровные отложения междуречий (суглинки, иногда лёссовидные), подстилаемые водно-ледниковыми отложениями (песками и супесями с гравием, галькой и валунами).
В настоящее время термин "тематическая интеграция" в русскоязычной научной литературе не используется, а в зарубежной в обозначаемое им понятие ("thematic integration7) вкладывается иное содержание, а именно содержание понятий "тематическое согласование" и "синтез" данных [30-32]. При этом тематическое согласование
предусматривает единую математическую основу и единые принципы составления и генерализации карт, общие подходы к их оформлению, одинаковую детальность легенд, но не единую классификационную основу карт и слоев ГИС, а синтез состоит в получении интегральных, но не структурированных характеристик картографируемых объектов.
Тематическая интеграция данных является одним из видов интеграции. Помимо нее мы выделяем также пространственную интеграцию - приведение данных к единой системе координат, и географическую - привязку данных к единой географической основе (рис. 2). При согласовании данных с различных карт пространственная привязка - это первый шаг интеграции, а географическая привязка при нанесении на карту объектов в соответствии с их словесным описанием именно географическая привязка дает возможность получить координатное описание объектов. Но если способы пространственной и географической интеграции достаточно хорошо известны и широко используются (например, для наложения и сопоставления карт разных масштабов, систем координат и проекций), то решение задачи тематической интеграции еще только предстоит. По сути, в настоящее время интеграция пространственных данных ограничивается лишь пространственной и географической интеграцией с последующими тематическим согласованием и синтезом данных [5, с.13; 9, с. 3, 5; 11, с. 229; 21, 23, 28-32]. Мы считаем, что тематическая интеграция пространственных данных о природных элементах ландшафтов может быть осуществлена на основе еди-
Рис. 2. Результат приведения тематических данных к единой системе координат с помощью аффинного преобразования (слева) и к единой географической основе с помощью последующего локально-аффинного преобразования (справа) в среде ГИС.
Строение вертикального профиля ландшафтов
Наземные
Атмосферные воздух и вода -- (Наземные почвы) - Породы -- Подземные воды
Код: 1
Донные
Атмосферные воздух и вода -
Поверхностные воды -- (Подводные почвы) - Породы
Наличие или отсутствие влияния гор, отображаемого в почвенном профиле
Типичноравнинные
(признаки влияния гор отсутствуют)
Код: 1-1-1
Предгорноравнинные
(имеются признаки влияния гор)
Высота
над уровнем моря
Низинных равнин
(до 100 м)
Код: 1-1-1-1
Низменных равнин
(100-200 м)
Код: 1-1-1-2
Возвышенных равнин (200-400 м)
Код: 1-1-1-3
Форма поверхности макрорельефа
Междуречий
(положительная форма поверхности макрорельефа)
Код: 1-1-1-2-1
Речных долин
(отрицательная форма поверхности макрорельефа)
Код: 1-1-1-2-2
6-й Зональ-
ный тип
расти-
тельного
покрова
Лесостепные
21 > 10° ~ 2200-2400 Ку 0,60-1,00
Код: 1-1-1-2-1-1
Разнотравно-ковыльностепные
21 > 10° ~ 2400-2600 Ку 0,44-0,77
Код: 1-1-1-2-1-2
Типчаково' ковыльностепные
21 >10° ~ 2600-2800 Ку 0,33-0,55
Код: 1-1-1-2-1-3
рис. 3. Первый шаг к первому приближению единой иерархической генетической классификации природных ландшафтов-систем (фрагмент). Серым цветом выделены ландшафты, встречающиеся в Саратовской области.
ной иерархической генетической классификации природных ландшафтов-систем.
определение понятия "природные ландшафты-системы". Опираясь на философское определение системы и ее элементов [12, с. 348, 460], а также теоретические разработки отечественных ландшафтоведов [14, с. 17; 23, 19, с. 33-37], природные ландшафты-системы можно определить как элементарные структурные единицы ландшафтной оболочки Земли, все элементы которых обладают однородными генетическими свойствами [7, 16, 17, с. 27]. Понятие "ландшафты-системы" в наибольшей степени соответствует понятию "элементарные ландшафты", предложенному Полыновым [20, с. 494]. В то же время их нельзя отождествлять с фациями, так как последние являются элементарными единицами морфологической структуры ландшафтов.
Среди природных элементов ландшафтов-систем есть основные (породы, воздух, воды, организмы) и один производный почвы. Природные элементы одного ландшафта-системы представлены одной почвой, одной породой, грунтовыми водами одного химического состава и минерализации и т.д. Наличие основных элементов в ландшафтах обязательно, почвы - в некоторых случаях могут отсутствовать, например когда свойства одного или нескольких основных элементов препятствуют процессам почвообразования. Примерами ландшафтов без почв являются мощные торфяники, каменные осыпи, незакрепленные пески, ледники.
Принципы классификации природных ландшафтов-систем. Классификация строится сверху вниз - от общего к частному - и имеет вид перевернутого разветвленного дерева. Исходным
6-й Зональный тип растительного покрова Разнотравно-ковыльностепные 21 > 10° ~ 2400-2600 Ку 0,44-0,77
_ Код: 1-1-1-2-1-2
7-й
Генетические типы и формы макрорельефа в связи с геологическим фундаментом
Ледниковых полого-волнистых равнин
Код: 1-1-1-2-1-2-1
Сыртовых увалистых равнин
Код: 1-1-1-2-1-2-2
8-й
Генезис, лито-
логический и гранулометрический состав почво-образующих и подстилающих пород
На лёссовидных карбонатных тяжелых суглинках
и глинах, подстилаемых моренными суглинками и глинами
Код: 1-1-1-2-1-2-1-1
На лёссовидных высококарбонатных сыртовых тяжелых суглинках и глинах, подстилаемых
коренными глинами (N-0)
Код: 1-1-1-2-1-2-1-2
9-й
Засоление почвообра-зующих пород
На незаселенных почвообра-зующих породах
Код: 1-1-1 2-1-2-1-1-1
На незаселенных и близко залегающих слабоза-соленных и поч-вообразующих породах
Код: 1-1-1-2-12-1-2
На среднеза-соленных поч-
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.