Валерий Новиков, Владимир Гришенков, Национальный парк «Угра», тел. (0842) 725-791
Елена Сурикова, Сергей Филиппов, Константин Ленский, ЗАО «Геоцентр-консалтинг»
Национальный парк «УГРА» (НП «УГРА») создан в Калужской области в 1977 г. с целью сохранения ландшафтов рек Угры и Жиздры. Площадь парка составляет около 100 тыс. га. Расположение парка на границе нескольких географических зон определяет смешанный характер и большое разнообразие флоры и фауны. На территории парка располагаются многочисленные памятники истории и культуры (рис. 1).
Рис. 1. Национальный парк Угра.
Основными направлениями деятельности парка являются охрана и восстановление природных комплексов, сохранение историко-культурного наследия и культурных ландшафтов, научно-исследовательская деятельность и экологический мониторинг, организация отдыха и туризма, содействие социально-экономическому развитию территории.
Необходимым условием комплексного подхода для решения стоящих перед парком задач является наличие информационной системы, основанной на геоинформационных технологиях. В 2001 г. в ходе подготовки менеджмент-плана развития национального парка на 2002-06 годы были начаты работы по созданию первой очереди информационной системы НП, основой которой является геоинформационная система на базе пакета ArcView.
Геоинформационная система
Первый этап разработки ГИС проводился в рамках договора между ЗАО «Геоцентр-Консалтинг» и НП «УГРА». При разработке ГИС использовалось программное обеспечение ArcView 3.2 с дополнительными модулями Spatial Analyst и 3D Analyst, предоставленное национальному парку фирмой ESRI при поддержке DATA+.
Основной целью ГИС НП «УГРА» является информационная поддержка управленческих решений для разработки природоохранных мероприятий по сохранению и восстановлению природных и исторических комплексов национального парка.
Основными задачами, выполняемыми с помощью ГИС, являются:
- инвентаризация природных и историко-культурных комплексов парка;
- создание и ведение баз данных экологического мониторинга;
- обработка и анализ данных мониторинга с целью оценки экологического состояния территории и разработки природоохранных мероприятий;
- моделирование и прогнозирование экологических ситуаций.
Все технические решения базировались на использовании стандартных функций ArcView и специализированных приложениях, разработанных в среде Avenue.
В процессе реализации первой очереди ГИС УГРА были выполнены следующие виды работ:
- разработана концептуальная модель ГИС НП УГРА;
- проведена инвентаризация имеющихся материалов;
- определена структура банка данных ГИС;
- создана топографическая основа и цифровая модель рельефа масштаба 1:100 000 на всю территорию парка;
- по материалам комплексного мониторинга создана серия тематических карт и баз данных;
- имеющиеся данные дистанционного зондирования были трансформированы в единую систему координат;
- разработан специализированный модуль ArcView «ГИС УГРА»;
- создано специализированное программное обеспечение для ведения базы данных лесопатологического мониторинга и базы данных нарушений природоохранного законодательства;
- проведено ГИС- обучение двух сотрудников парка.
Банк данных ГИС
Состав банка данных показан на рис. 2. Он определялся исходя из задач геоинформационной системы, а также наличием исходных материалов, в том числе картографических, в бумажном и в цифровом виде. В процессе ведения экологического мониторинга и научно-исследовательских работ на территории национального парка структура банка данных будет расширяться.
Рис. 2. Состав банка данных ГИС УГРА.
В состав картографической базы данных (КБД) входят цифровые топографические основы различных масштабных уровней: 1:1 000 000, 1:500 000 (на территорию Калужской области); 1:200 000, 1:100 000 (на территорию парка), а также геологические карты дочетвертичных и четвертичных отложений, карты размещения редких видов растительности, памятников истории и культуры, пунктов наблюдений экологического мониторинга, цифровые картографические материалы лесоустройства в виде лесоустроительных планшетов и покрытий повыдельной сети по отдельным лесничествам.
В банк данных также входит база данных по материалам лесоустройства 1998 г, справочник редких видов растительности. Формируется база данных по памятникам истории и археологии.
Модуль ArcView ГИС УГРА
Специализированный программный модуль ArcView ГИС УГРА разработан в среде Avenue и реализован как самостоятельное расширение AVX со следующими основными функциями:
Организация доступа к пространственным данным и базам данных в составе банка данных ГИС.
Данная функция предусматривает выполнение двух задач:
- Ведение каталога данных администратором ГИС, организация распределенного доступа к данным в зависимости от задач пользователей.
- Создание удобного интерфейса, обеспечивающего быстрый доступ из набора ниспадающих меню к цифровым слоям, базам данных, материалам дистанционного зондирования, справочникам и классификаторам непосредственно в среде ArcView.
Картографический анализ данных лесоустройства.
В 1998 г. в национальном парке Брянским лесоустроительным предприятием было проведено лесоустройство, в результате которого были созданы: картографическая база материалов лесоустройства в формате WinGIS, таксационная база данных, содержащая описание каждого таксационного выдела более чем по 100 показателям, и база данных лесопатологического мониторинга.
При проведении анализа данных лесоустройства реализованы возможности автоматизированного построения тематических лесных карт по стандартному набору показателей, формирования запросов к таксационной базе данных для построения нестандартных лесных карт, также реализован просмотр электронной формы карточки таксации.
Поддержка сохранения и воспроизводства результатов картографического анализа в виде электронных карт и макетов печати.
Подготовка электронных карт и их макетов является достаточно трудоемким процессом и включает в себя создание легенд для цифровых слоев, определение масштабов воспроизведения тех или иных объектов, изменение проекции карт, создание текстовых аннотаций и т.д. В ГИС УГРА реализованы функции сохранения электронных карт и макетов печати в виде объектов ODB, внесения их в каталог данных и организации доступа к ним через пользовательское меню.
Визуализация результатов моделирования динамики лесных систем.
Следующим шагом развития ГИС является разработка процедур и алгоритмов моделирования изменения состояния природных комплексов для выработки управленческих решений и проведения природоохранных мероприятий. Примером может служить планирование лесохозяйственной деятельности на территории Березичского лесничества, где сохранились реликтовые широколиственные леса, на основе моделирования динамики древостоев с использованием системы моделирования лесных объектов FORUS (Чумаченко С.И., МГУЛ).
Для визуализации результатов моделирования в среде ArcView разработано приложение, позволяющее просматривать результаты моделирования в зависимости от выбранного сценария лесоустроительных работ на 200-летний период (рис. 3).
Рис. 3. Элементы пользовательского интерфейса ГИС УГРА.
Специализированное программное обеспечение
Для сбора данных экологического мониторинга на базе ACCESS разрабатывается комплекс специализированных программ.
База данных лесопатологического мониторинга. Структура базы данных и основные функции анализа данных лесопатологического мониторинга разрабатывались при непосредственном участии профессора кафедры экологии и защиты леса Московского государственного университета Мозолевской Е.Г.
Основными функциями данного приложения являются:
- ведение базы данных лесопатологического мониторинга на лесопатологических пробных площадях;
- расчет индекса состояния лесных насаждений;
- построение графиков, отражающих динамику состояния насаждений.
База данных нарушений природоохранного законодательства.
Одной из актуальных задач НП является охрана природных и историко-культурных комплексов парка. Созданная база данных предназначена для оптимизации работ по охране парка. База данных представляет собой совокупность реляционных таблиц: база данных нарушителей, база данных сторонних пользователей на территории парка, классификатор и база данных нарушений. Предусмотрено построение различных отчетных форм по данному виду деятельности парка.
Опыт применения ГИС в научно-исследовательской деятельности НП
В настоящее время при участии сотрудников Международного института леса (геоботанический мониторинг), Пущинского университета (почвенный мониторинг) и «Геоцентр-Консалтинга» (анализ состояния лесов с использованием ГИС-технологий) проводятся научно-исследовательские работы по оценке состояния широколиственных лесов Березичского лесничества НП «Угра».
Результатом поведенных научно-исследовательских работ являются базы данных геоботанических и почвенных обследований, почвенные разрезы, разработанная типология лесного покрова, анализ лесных сукцессий. Полученные материалы служат основой для создания геоботанической и почвенной карт, разработки карты и рекомендаций по восстановлению широколиственных лесов.
