По материалам статьи Майкла Прентиса, Университет Нью-Хэмпшира,
в ArcNews, осень 2004 г.
Сухие долины Мак-Мердо на Земле Виктории – самая большая свободная ото льда область в Антарктиде, ее площадь достигает 8 000 квадратных километров. В многочисленных научных проектах в этом районе принимают участие ученые из многих стран, прежде всего из Соединенных Штатов и Новой Зеландии. Как сформировалась Антарктида, какова ее роль в глобальном изменении климата, какие биологические процессы необходимы для выживания в полярной пустыне – вот лишь некоторые из вопросов, на которые ищут ответы исследователи. И всем ученым, руководителям научных программ и техническому персоналу необходимы средства поиска и удобного использования цифровой географической пространственной информации высокого разрешения, описывающей физические особенности долин Мак-Мердо. Кроме того, поскольку местоположение точек наземных наблюдений и отбора образцов чрезвычайно важно для получения и интерпретации научных данных и обмена данными, сообщество исследователей долин Мак-Мердо нуждается в геопространственной технологии, облегчающей управление и доступ к данным. Вот несколько характерных примеров:
- Геологам для идентификации и картирования процессов породообразования и отложения рыхлых осадков необходимы пространственно привязанные цифровые изображения и топография местности. Точные карты позволяют проводить реконструкцию этих и многих других процессов.
- Биологи, изучая микроскопические организмы, населяющие полярную пустыню долин Мак-Мердо, что является частью долгосрочной экологической исследовательской программы Национального научного фонда США (NSF), нуждаются в цифровой геопространственной информации о скальных породах, осадках, льдах и водных объектах.
- Планетологи, изучающие Марс, используют долины Мак-Мердо в качестве близкого аналога, и им также необходим доступ к цифровым привязанным к местности геологическим, биологическим и метеорологическим данным.
- Согласно Договору об Антарктиде, сухие долины Мак-Мердо отнесены к особо охраняемым территориям. Поэтому при проведении научно–исследовательских программ и организации туризма требуется точная пространственная информация, позволяющая контролировать эту деятельность и минимизировать ее воздействие на природу.
Чтобы удовлетворить эти нужды, группа исследователей из Университета Нью-Хэмпшира создала первую геоинформационную систему по физическим объектам долин Мак-Мердо. Это стало возможным благодаря финансовой поддержке NSF, сотрудничеству с Геологической службой США (USGS) и Новозеландским институтом геологии и ядерной физики (NZ IGNS). ГИС состоит из двух основных компонентов. Первый — данные о структуре ландшафта, включающие в себя сеть географических контрольных точек, спутниковые снимки для базовой карты масштаба 1:50 000 и данные аэрофотосъёмки для карт масштаба 1:10 000. Второй компонент — табличная и пространственная информация об основных физических особенностях долин Мак-Мердо: геологические и геоморфологические данные, информация о почвах, ледниках, озерах и водотоках. Также добавлены исторические данные, поскольку в результате климатических изменений гидрологические объекты в этом районе изменились за последние десятилетия.
 Сухие долины Мак-Мердо практически свободны ото льда в течение 8 млн. лет. Это идеальное место для геологических и многих других исследований. |
В ГИС-проект, названный VALMAP (for Valleys in Antarctica: Layered Mapping, Analysis, and Planning — для Долин в Антарктиде: многослойная картография, анализ и планирование), вовлечено много ученых из США и Новой Зеландии. В качестве основного программного ГИС-обеспечения они выбрали настольные продукты ArcGIS, имеющие мощные функциональные возможности и широко использующиеся как в Соединенных Штатах, так и в Новой Зеландии. Для обработки изображений они также использовали программное обеспечение ERDAS IMAGINE от компании Leica Geosystems, бизнес партнера ESRI. Работа выполнялась на платформах PC и UNIX.
Структурные данные
VALMAP обеспечивает доступ к метаданным по географическим контрольным пунктам, ранее собранным в долинах Мак-Мердо. Команда USGS/VALMAP также занималась сбором данных о новых контрольных пунктах и сфотографировала их и прежние пункты. В результате был создан слой контрольных пунктов с изображениями и обширными метаданными. По этим контрольным точкам в ERDAS IMAGINE были географически привязаны три космоснимка SPOT, использованные в VALMAP в качестве базовой подосновы.
Имеется более 20 000 аэрофотоснимков долин Мак-Мердо, полученных с конца 1940-х годов. В VALMAP создана линейная тема, в которой представлены 250 маршрутов облетов и соответствующие метаданные. Средствами ArcInfo созданы точечные покрытия центральных точек отдельных снимков. Майкл Рутье, ГИС-специалист из Нью-Хемпширского института по изучению Земли, океанов и космического пространства, отмечает, что «мощь ГИС предоставляет исследователям легкий доступ к неоценимым ресурсам, которые были труднодоступны с использованием методов традиционной картографии».
 Вид на запад через сухие долины Мак-Мердо, слева направо (с юга на север), расположены долины Тэйлор, Райт и Виктория. На приведенной 3D модели района постоянно покрытые льдом озера показаны синим цветом. Красные линии представляют русла временных водотоков. |
Поскольку детальное отображение было важной целью VALMAP, и только аэрофотосъемка за приемлемую цену обеспечила снимки с высоким разрешением, персонал VALMAP решил провести пространственную привязку части снимков. Подготовка этих снимков проводилась в среде ERDAS IMAGINE.
С помощью инструментов геообработки ArcInfo удалось выделить дополнительные структурные элементы, такие как ледники, зоны осадочных и коренных пород. Для этого использовались оцифрованные топографические карты USGS 1977 года с изолиниями через 50 м и ряд других топографических карт долин Мак-Мердо. Кроме того, в VALMAP добавлены данные измерений и оценок толщины ледников, глубины озёр и толщины чехла осадочных пород. Эти данные необходимы для разработки и тестирования геофизических моделей, описывающих динамику этих систем в прошлом. Хотя эти данные во многом фрагментарны, их размещение в ГИС важно для информирования научного сообщества.
Тематические данные
Данные для тематических слоев были предоставлены специалистами в соответствующих областях. Основную информацию по геологии большей части долин Мак-Мердо представили сотрудники NZ IGNS Майк Айзек, Ян Торнбалл и Дейв Эррон, она основана на картах, изданных этим институтом. Местоположения более 500 почвенных шурфов были реконструированы Джимом Бокхеймом из Университета Висконсина и новозеландскими учеными Иэйном Кэмпбеллом и Грэмом Кларидджем методом маркирования точек на аэрофотоснимках и базовых изображениях VALMAP. Значимость морфологических, химических, климатических и других данных по этим шурфам сильно возросла после их пространственной привязки. Данные о распределении и характере рыхлых осадочных отложений на поверхности и в толще, а также результаты их лабораторных исследований, заносились группой из университета Нью-Хемпшира с использованием литературных и оригинальных данных. ArcInfo позволил VALMAP объединить и обеспечить совместную работу с разными наборами данных, относящихся к территориям с общими границами. По словам Джеймса Гэйнора, аспиранта факультета наук о Земле Нью-Хемпширского университета: «ГИС, в особенности ArcGIS Desktop и приложение ArcMap, сильно облегчили экранное картографическое представление ледниковых отложений, позволили одновременно интерпретировать и редактировать разные слои и табличные данные, используя различные цвета, оттенение и варианты прозрачности. Это экономило время за счет исключения этапа вычерчивания карт вручную».
 Вьюер Атласа антарктических исследований USGS. Показан рельеф с отмывкой и центральные точки кадров аэрофотосъемки последних лет на Земле Виктории. |
Тематические слои были созданы и для динамических элементов ландшафта долин Мак-Мердо — ледников, снежников, озер и рек. Для отслеживания изменений в некоторых темах использованы материалы аэрофотосъемки за разные годы. Тревор Чинн из Новозеландского национального института исследований водных ресурсов и атмосферы предоставил данные, детализирующие сезонное снегонакопление и таяние льда на отдельных ледниках с 1972 по 1984 годы. В комплексе эти данные можно использовать для оценки баланса массы ледников. Анна Крузик, аспирант Нью–Хемпширского университета, использовала ArcInfo для интеграции данных о балансе массы в отдельных точках с топографией, чтобы определить баланс массы по высотным зонам на поверхности ледника и полный баланс массы для ряда ледников.
ГИС VALMAP использовалась и была значительно расширена участниками долгосрочного проекта экологических исследований долин Мак-Мердо. Компоненты этой ГИС доступны через интернет-приложение ArcIMS 9 на веб-сайте Атласа антарктических исследований USGS (http://usarc.usgs.gov/antarctic_atlas) и на сайте проекта по адресу http://www.valmap.unh.edu.
За дополнительной информацией по VALMAP обращайтесь к руководителю проекта Майклу Прентису (Michael Prentice), Университет Нью-Хэмпшира, E-mail: mike.prentice@unh.edu.
