Ротанов А.Ю., Огарь Н.П., Гельдыева Г.В., Шпарфов А.А., Самсонов А.М.
Центр дистанционного зондирования и ГИС ”Терра”, г.Алматы, Казахстан, тел./факс: +7 (327) 293-94-27, e-mail: terra@mail.online.kz, www: gis-terra.kz
Технологии ГИС и дистанционного зондирования являются эффективным инструментом при выполнении работ по ландшафтному планированию и функциональному зонированию, в том числе и для особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Они позволяют оперативно анализировать большой объем тематических карт, разрабатывать новые картографические модели на заданные сценарии. В статье приводятся результаты работ по разработке генерального плана инфраструктуры ООПТ на примере государственного национального парка «Бурабай», расположенного на севере Казахстана (Акмолинская область). Актуальность работ связана с реализацией государственной Программы развития Щучинско-Боровской курортной зоны на 2007-2010 годы, составной частью которой является ГНПП «Бурабай» (52,2% от общей территории, не включая буферную зону).
Комплексная оценка современного состояния территории парка проводилась на основе анализа методами ландшафтного планирования [1, 2] сформированной средствами ГИС серии тематических карт (геологической, геоморфологической, гидрогеологической, почвенной и т.п.). Специально под задачи проекта на базе космического снимка Landsat 5 ТМ были созданы крупномасштабные карты целевого назначения – ландшафтная и экосистем, которые служили основой при планировании. При создании этих карт использован ландшафтно-биогеоценотический подход. Это позволило разработать типологическую классификацию природно-территориальных комплексов (ПТК) и экосистем различного таксономического уровня и установить взаимосвязь компонентов биоты и абиотической среды.
Территория национального парка характеризуется большим разнообразием природно-территориальных единиц и их сложной пространственной организацией. Различные типы ландшафтов имеют свою индивидуальную морфологическую структуру, отражающую генезис ПТК и их свойства, от которых зависит выбор направления функциональной принадлежности природных комплексов. Ландшафтная морфология является одним из критериев оценки научно-обоснованного планировочного и проектного решения при выборе режимов охраны и объёма рекреационно-туристической деятельности.
Ландшафтная карта отражает основные закономерности пространственной и внутренней организации ПТК различного таксономического ранга. Основным объектом отображения стали виды сложных урочищ. Всего выделено 37 видов таких урочищ, характеристика каждого из них дана в развёрнутой легенде.
Экосистемное картографирование выполнено на основе автоматизированной обработки космического снимка. На созданной карте отражены пространственная структура и разнообразие природных экосистем территории (лесных, лесостепных, степных, луговых, болотных, аквальных). Основным объектом картографирования является элементарная экосистема, соответствующая понятию «биогеоценоз» [3]. Всего выделено 16 типов экосистем. Их характеристика приводится в легенде к карте, она включает основные типы растительности, почв и их приуроченность к определенным элементам рельефа.
Дальнейшее развитие инфраструктуры на территории ГНПП «Бурабай» предполагает, прежде всего, сохранение устойчивости механизма межландшафтных и внутриландшафтных связей, а также связей между узловыми структурными элементами природной и социально-экономической систем. В этом случае большое значение имеют ландшафтно-экологические исследования региональных закономерностей структурной организации ПТК, пространственной дифференциации экосистем и связанного с ними биоразнообразия, а также зональных естественных и антропогенно-обусловленных процессов.
Эта работа выполнялась Центром дистанционного зондирования и ГИС «Терра». Был проведен анализ имеющейся информации, проведено рекогносцировочное обследование территории ГНПП «Бурабай» и его охранной зоны, отражающее современное состояние природно-территориальных комплексов территории. В результате с использованием ГИС технологий и материалов обработки космических снимков Landsat 5 TM (2006) был создан набор тематических карт:
- карта экосистем;
- ландшафтная карта;
- карта функционального зонирования территории (рис. 1);
- карта плановой современной структурной организации ПТК;
- карта лесоустройства;
- карта размещения посторонних землепользователей;
- карта размещения объектов туристского и рекреационного назначения;
- карта размещения объектов природно-заповедного фонда, памятников истории и культуры, и др.
Рис. 1. Фрагмент карты функционального зонирования территории ГНПП «Бурабай».
На их основе создана серия карт оценочного и прогнозно-рекомендательного типа, таких как:
- карта устойчивости ландшафтов к антропогенному воздействию;
- карта антропогенной трансформации экосистем;
- карты природоохранной ценности экосистем и ландшафтов;
- карта планирования размещения объектов инфраструктуры;
- карта планирования природоохранных мероприятий;
- карты-планы участков, пригодных для размещения объектов капитального строительства (рис. 2) и др.
Рис. 2. Карта-схема участка, планируемого под строительство ипподрома.
Карты-планы отдельных участков разрабатывались на основе данных космической съемки со спутника QuickBird. Они позволили детализировать объекты и выбрать не покрытые лесом участки, потенциально пригодные для строительства объектов инфраструктуры и планирования мероприятий, связанных с рекреацией и туризмом на конкретных участках.
Электронные версии серии тематических карт созданы в программе ArcGIS 9 с использованием проекции UTM WGS84 (универсальная поперечная проекция Меркатора). Электронная карта – это картографическое изображение, визуализированное на мониторе компьютера на основе данных цифровых карт или баз данных ГИС, или картографическое произведение в электронной форме, представляющее собой цифровые данные вместе с программными средствами их визуализации. Полная цифровая модель объекта цифровой карты, отображающая в определённой системе координат пространственное положение и геометрическое описание объектов карты, включает: геометрическую (графическую) информацию; атрибутивную информацию, связанную с объектом и характеризующую его; топологические характеристики, которые объясняют связи между объектами [4].
Основой для создания картографического материала послужили оцифрованные топографические карты М 1:100 000. Все объекты на цифровой топографической основе разделены по блокам, классам, типам и имеют атрибутивную информацию (рис. 3). Вся информация организована в персональной базе геоданных с типами и атрибутами доменов объектов картирования. База геоданных сформирована из тематических блоков. Классификация объектов реализована в виде атрибутивных доменов. В рамках проекта создана библиотека условных знаков и стилей нужного масштаба. Каждый слой или класс пространственных объектов имеет полные метаданные по стандартам заказчика.
Рис. 3. Пример отображения фрагмента карты экосистем в ArcGIS.
Использование космических снимков значительно облегчает задачу экологического анализа объектов, а также их картирования. В настоящее время, в связи с развитием методов дистанционного зондирования и доступностью соответствующих данных, открываются хорошие возможности получения информации об экологической обстановке на территорию, где осуществляются целевые планировочные работы [5].
Для создания карты экосистем ГНПП «Бурабай» использовалась мозаика мультиспектральных снимков со спутника Landsat 5 TM. Применение этих данных позволило получить полную и достоверную информацию о состоянии исследуемой территории и основных компонентах природной среды. Вся обработка спектральных данных (формирование спектральных библиотек) была выполнена с помощью программного продукта ERDAS IMAGINE. Обработанные данные и полученные результаты были организованы в формате ArcGIS.
Основными критериями выбора мультиспектральных космических снимков в данном случае стали такие факторы как: разрешение, удовлетворяющее задачам проведения исследований; количество спектральных каналов; размер сцены съёмки; актуальность снимков; отсутствие облачности.
Выделение различных типов экосистем на снимке выполнено с использованием индивидуальных спектральных подписей объектов. Для классификации мультиспектрального изображения применялось три основных метода кластерного анализа (минимальных, максимальных дистанций и Махаланобиса) с визуализацией отдельных типов экосистем по картам-маскам различных объектов и контурам-полигонам (рис. 4).
Рис. 4. Карта-маска основных типов экосистем.
Такой картографический подход позволит в дальнейшем на единой картографической классификационной основе с использованием настольных продуктов ArcGIS осуществлять мониторинг природной среды.
Актуальной остаётся задача расширения природно-заповедного фонда и организации в ближайшие годы новых заповедных объектов на территории Республики Казахстан. На наш взгляд, немаловажное значение в ее решении может сыграть использование методов дистанционного зондирования и ГИС-технологий. Составление и обновление картографических материалов с помощью новейших методов дистанционного зондирования и ГИС позволяет осуществлять оперативное управление имеющейся информацией, проводить количественный анализ современного ландшафтно-экологического состояния проектируемой территории. Современные технологии дистанционного зондирования и геоинформационного картографирования позволяют с высокой точностью и достоверностью организовать и, в дальнейшем, архивировать результаты полевых исследований, моделировать различные сценарии, обусловленные изменением отдельных компонентов или факторов окружающей среды. Использование этих технологий очень эффективно при изучении современных физико-географических процессов и проведении экологического прогнозирования.
Литература
1. Ландшафтное планирование (инструменты и опыт применения). Под редакцией д.г.н. А.Н. Антипова. Бонн-Иркутск, 2005.
2. Дончева А.В. Экологическое проектирование и экспертиза, Москва, 2005.
3. Огарь Н.П. Принципы выделения экосистем как территориальных единиц для картографирования и экологической оценки. Научный журнал «Терра», № 1, 2006.
4. Варламов А.А., Гальченко С.А. Земельный кадастр. Т.6. Географические и земельные информационные системы. М.: КолосС, 2006. – 400 с.
5. Де Мерс М.Н. Географические информационные системы. Основы. — М.»Дата+», 2000.
