Иванов Д.А. член-корреспондент РАН, Ковалев Н.Г., академик РАН,
Иванова Л.В., Полозова В.Г. ФГБНУ «Всероссийский НИИ мелиорированных земель» (ВНИИМЗ), г. Тверь, Россия, e-mail: vniimz@list.ru
GIS for Present-day Agrarians
Важной задачей современной агрономической практики является природообустройство территории сельскохозяйственного предприятия и его окрестностей. Адаптивное размещение угодий в пределах агроландшафта, позволяющее наиболее полно использовать производственный потенциал геосистемы не снижая ее экологической устойчивости, определение мест, наиболее приемлемых для посева конкретных культур, для дорог, производственных зданий, ирригационных сооружений и т.п. – это основные вопросы, решаемые при проектировании систем земледелия нового поколения. Создание современных природоустроительных проектов невозможно без комбинирования и анализа пространственно-распределенной информации, получаемой из различных источников, в том числе и с помощью средств дистанционного зондирования Земли. Применение современных информационных технологий с использованием пакетов прикладных компьютерных программ – геоинформационных систем (ГИС), позволяет на деле реализовать системный междисциплинарный подход к комплексному природопользованию.
Необходимость использования геоинформационных технологий на селе продиктована общим прогрессом в производстве растениеводческой продукции – развитием систем адаптивно-ландшафтного, точного (прецизионного) земледелия, реорганизацией землепользований, революционными подвижками в теории и практике землеустройства. Современные агрономы в своей производственной деятельности должны учитывать не только особенности сортов сельскохозяйственных культур, параметры техники и агрохимикатов, экономические и конъюнктурные аспекты хозяйствования, но также и разнообразные внутренние ресурсы ландшафта – особенности перераспределения в его пределах тепла, влаги, света, питательных веществ. Адаптация производства к ландшафтным условиям позволяет уменьшить себестоимость продукции и замедлять, а то и вовсе прекращать, протекание деградационных процессов в природной среде – истощения, засоления или подтопления почв, загрязнения вод и воздуха, снижения уровня биоразнообразия экосистем, оврагообразования и т.д.
Для решения насущных задач землепользования система подготовки современных агрономов должна включать элементы освоения теории и практики геоинформационных технологий, дистанционного зондирования земли, являющиеся составными частями ландшафтного инжиниринга. Однако в этой связи следует отметить, что в настоящее время учебно-методические материалы по овладению навыками работы с геоинформационными системами практически не затрагивают сельскохозяйственной тематики. Для восполнения этого пробела группой ученых ВНИИМЗ разработано учебное пособие «ГИС для сельскохозяйственных ВУЗов», в котором описаны основы программно-картографических методов в агрономии.Оно предназначено для ознакомления студентов сельскохозяйственных ВУЗов с начальными элементами геоинформационных технологий в среде ArcGIS и на конкретных примерах позволяет уяснить принципы функционирования геоинформационных систем, их базовые возможности и инструментарий (см. рисунки).
Учебно-методическое пособие «ГИС для сельскохозяйственных ВУЗов. Программно-картографические методы в агрономии», подготовленное ФГБНУ «Всероссийский НИИ мелиорированных земель».
В настоящем учебном пособии представлены только самые начальные сведения о геоинформационных системах вообще и об ArcGIS в частности. Это обусловлено, во-первых, форматом издания, которое предназначено для изучения в течение одного семестра; во-вторых, компетенцией авторов, которые не являются профессионалами в этой области; в-третьих, крайней скудностью, поверхностностью и фрагментарностью учебных и описательных материалов по этой тематике (в основном англоязычных); в-четвертых, динамизмом предмета, который стремительно развивается в последние годы и завоевывает все новые сферы применения.
При работе с инструментом «Пространственная привязка» студенты учатся присваивать проекцию изображению – превращать его в географическую карту и тем самым знакомятся с методами переноса элементов шарообразной поверхности на плоскость.
Эта книга основана на компьютерном пакете ArcGIS 9,3, который авторы имеют в своем распоряжении, тогда как на сегодняшний день на рынке можно приобрести более совершенные продукты компании Esri в версиях с номерами 10.n. Однако, освоение данного учебного пособия отнюдь не бесполезно, так как позволит получить основные навыки работы с геоинформационными системами, что даст возможность пользователю легко осваивать и более продвинутые версии программных ГИС-продуктов этого семейства, выпущенные в последние годы.
Несмотря на то, что в книге затронута, прежде всего, сельскохозяйственная тематика, она будет полезна для студентов, бакалавров, магистров, аспирантов и специалистов многих смежных специальностей, а также ученых, занимающихся природоустроительными вопросами и тематикой пространственного планирования и анализа.
Освоение процесса масштабирования карты позволяет будущим аграриям освоить навыки коррекции отсканированного изображения при помощи таблицы связей и ознакомиться с методами его первичного анализа (измерение длин и площадей объектов).
Достоинством данной книги является и то, что она рассчитана на людей с разной профессиональной и технической подготовкой, в том числе и на совершенно неподготовленного читателя, и начинается с таких основ, как сканирование бумажных документов, внедрение их электронных версий в среду ГИС, проецирование и масштабирование изображений. Значительное место в издании отводится описанию работы с растровыми изображениями, показаны основные методы их исследований (с помощью инструментов измерения площадей/длин).
Далее в книге достаточно подробно описан процесс создания полигональных векторных файлов и работы с ними (редактирование, действия с атрибутивной таблицей, векторная трансформация, присвоение названий и т.д.). Особое место отведено процедурам картографических расчетов – использованию инструментов «Вычисление геометрии…», «Калькулятор поля»… Показаны приемы объединения и слияния полигонов.
Объединение и слияние полигонов – важнейшая процедура при создании карт многих природных объектов, состоящих из однородных разорванных ареалов (почвенного покрова, лесных насаждений, агрохимических свойств пашни и т.д.).
Описаны процедуры создания линейных векторных файлов и особенности работы с ними. В этой же главе приведены способы первичных статистических вычислений, преобразования карт с помощью инструмента «Colorramp». В краткой главе «Добавление надписей на карту» показаны способы нанесения текста на карту и его трансформации. В главе «Вывод изображений на печать» показан не только механизм распечатки изображений, но и способы создания компоновок – картографических документов, обладающих основными атрибутами карт: названием, масштабной линейкой, легендой, стрелкой севера и т.д.
Редакция метода классификации позволяет не только найти оптимальный способ изображения изучаемых явлений, но и провести их глубокий визуальный и статистический анализ. Изменение метода классификации дает возможность оценить пространственный характер изменчивости изучаемого явления.
Основной целью данного учебного пособия является раскрытие аналитических возможностей ArcGIS и ознакомление студентов с некоторыми инструментами анализа картографических изображений. Для этого подробно описывается инструмент «Диаграммы» и на конкретных примерах показывается его использование для получения данных на основе анализа карт. Описаны специальные инструменты ArcGIS, собранные в разделе «Toolbox».
Большую часть книги занимает описание работы с дополнительным модулем ArcGIS Spatial Analist. Студенты и читатели знакомятся с понятием интерполяции – основой создания изолинейных карт. Дано понятие Z-координат, показаны способы их внесения в атрибутивную таблицу (копирование и соединение с внешними данными). Описаны инструменты интерполяции, задействованные в ArcGIS, виды представления интерполированных данных, способы их классификации и экстракции.Показаны методы исследования изолинейных карт с помощью инструментов опций «Surfaceanalyst» (изолинии, экспозиция, статистика по ячейкам, статистика по зонам, калькулятор растра) и «Local» (комбинирование). Отдельная глава посвящена описанию принципов и методов выбора данных.
Работа с приложением «ModelBuilder» – основа создания разветвленного аналитического комплекса инструментов для изучения и визуализации сложных агрогеографических явлений. На рисунке изображена панель модели создания комбинированного растра после наложения извлеченных по маске изолинейных карт продуктивности пашен и сенокосов в пределах Тверской области.
Главы «Использование инструмента «Modelbuilder»» и «Элементы многофакторного анализа в ArcGIS» предназначены для студентов, желающих более полно познать предмет. В первой главе показаны принципы автоматизации процесса получения и исследования сложных синтетических изображений без создания отдельных промежуточных продуктов, а во второй освещены вопросы использования мультирегрессионных моделей при анализе агрогеографических закономерностей.
Завершается учебное пособие набором лабораторных работ и контрольных вопросов, который охватывает все темы учебного курса. Работа с ним позволит создать реальный ГИС-проект. Авторы надеются, что предлагаемый ими учебник будет хорошим подспорьем для студентов и молодых специалистов в области сельского хозяйства при овладении ими теорией и практикой современного ландшафтного земледелия.
