Анна Квашнина, Государственный заповедник «Денежкин Камень», г. Североуральск, село Всеволодо-Благодатское, тел.: (34310) 9-0216
Одной из наиболее полных попыток для сохранения биоразнообразия в России является создание сети особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Среди всех типов ООПТ заповедная система уникальна по своей системности, длительности существования, строгости режима природоохраны. Большое научное и прикладное значение имеет работа заповедников по слежению за естественными природными процессами (Соколов и др., 1997). Наблюдения ведутся по унифицированной программе, что обеспечивает преемственность сбора данных. За время существования заповедной системы накоплен уникальный материал, но форма хранения информации часто не позволяет его эффективно использовать (Петросян и др. 1993).
С развитием и широким внедрением информационных технологий всё более необходимыми становятся создание электронных баз данных, хранение и выдача данных по мониторингу в формате, доступном для компьютерного анализа и обработки. Для обработки и хранения информации, собираемой в заповедниках, идеально подходят геоинформационные системы (ГИС), так как они позволяют включать в анализ данных территориальные факторы.
Создание ГИС
В заповеднике «Денежкин Камень» (Свердловская область) в настоящее время создана основа ГИС, ведется ввод данных в соответствующих форматах. Работа начата в 1996 г. в университете Пурду (США). ГИС создавалась на основе программного обеспечения ESRI (ARC/INFO версии 7.х, ArcView GIS 3.х) и системы обработки изображений ERDAS IMAGINE 8.3. Первым этапом в наполнении ГИС был сбор данных о территории заповедника, включающий краткое геоботаническое описание по 16 трансектам, анализ литературы, краткое геоморфологическое описание, обработку данных лесоустройства. Вторым этапом было создание топоосновы в формате ГИС. Для этого использовались топографическая карта масштаба 1:25 000 и черно-белый космический снимок SPOT с разрешением 10 м. Реки, дороги и тропы, высотные изолинии были оцифрованы в ARC/INFO. Для высотной карты создан растровый слой. В результате получены следующие тематические слои: Реки и ручьи; Дороги и тропы; Цифровая карта высот (рис. 1); Карта экспозиций склонов; Карта углов наклона (рис. 2).
Рис. 1. Трёхмерное отображение растра топоосновы.
Рис. 2. Карты экспозиций и уклонов.
В формат ГИС ввели данные лесоустройства. Для этого оцифровывали контуры выделов и вводили данные таблиц в EXCEL. В ARC/INFO табличные данные были связаны с картой выделов. В результате были созданы слои «Квартальная сеть» и «Лесоустройство».
Геоморфологическое и геоботаническое описания территории, материалы лесоустройства и спутниковые изображения были использованы для создания карты природно-территориальных комплексов заповедника. По снимкам с помощью ERDAS IMAGINE были проведены преобразование главных компонент (PCA) и декорреляционное преобразование (Decorrelation stretch), проанализированы сочетания спектров отражения в диапазонах 432, 451 и 452 Тематического картографа (ТМ) спутника LANDSAT c разрешением 30 м, а также преобразование цветового пространства Красный-Зеленый-Синий (RGB) в Интенсивность-Тон-Насыщенность (IHS). Затем произведена контролируемая и неконтролируемая классификация спектров отражения по 10 основным типам комплексов (Jensen, 1996). Наилучшие результаты (совпадение с материалами лесоустройства и геоботанических описаний) дали декорреляционное преобразование по диапазонам 451 и преобразование главных компонент по диапазонам 432. Дешифрирование плохо различило сосновые леса и леса со значительной примесью сосны кедровой, видимо, из-за сходности спектров отражений этих типов леса (рис. 3).
Рис. 3. Лесоустроительная карта и результаты дешифрирования космоснимка.
Результаты и перспективы
Созданные тематические слои ГИС позволили детально анализировать структуру территории, соотношение основных типов леса и природно-территориальных комплексов. В результате проведенного анализа была пересмотрена и приведена в соответствие со структурой территории сеть маршрутов для ведения учётов млекопитающих, птиц, а также учётов продуктивности ягодников и кедровников. Так, например, в ходе анализа выяснилось, что в заповеднике существующими маршрутами недостаточно представлены смешанные леса, в то же время слишком много маршрутов проходит в сосновых лесах (рис. 4). Новая сеть включает 7 маршрутов, представляющих основные типы леса пропорционально их распространению по территории. Сеть маршрутов оцифрована в ARC/INFO.
Рис. 4. Диаграммы распределения основных типов леса по материалам лесоустройства, анализа космоснимка и по маршрутам.
Анализ структуры территории также позволил наметить оптимальный вариант размещения фенологического маршрута. Сроки вегетации в большой степени связаны с такими характеристиками, как экспозиция склона, угол наклона и тип леса. Используя слои с этой информацией, удалось найти место, в котором наблюдается наибольшее разнообразие фаций, представлены основные типы леса заповедника и наиболее типичные ландшафтные характеристики.
С помощью созданных и распечатанных ГИС- карт существенно улучшилось качество сбора полевого материала. Так, использование новых абрисов для проведения зимних маршрутных учётов (ЗМУ), учётов тетеревиных птиц, учётов продуктивности ягодников и кедровников позволяет точно ориентироваться на местности, заносить след животного именно в той фации, в которой он встречен, облегчает обработку картографического материала. Особо следует отметить значимость того, что материалы лесоустройства, ранее «запертые» в объёмных бумажных томах, стали легко применяться сотрудниками.
Перечисленные выше слои основы позволяют переводить данные Летописи природы в формат ГИС. В настоящее время вводятся данные по встречам животных и следов их жизнедеятельности за период с 1993 г. Для этого были созданы точечные слои на каждый вид животного. Материалы ЗМУ заносятся в линейные слои. Вводится значение показателя учёта (ПУ — количество пересечений на 10 км в сутки) для каждой фации маршрута. Данные по каждому виду хранятся в отдельном слое. Таким образом, даётся довольно точное значение ПУ для каждого типа леса. После завершения ввода, данные из ArcView экспортируются в таблицы EXCEL, где проводится их итоговая обработка — подсчёт средних ПУ по биотопам и по сезонам.
Необходимо подчеркнуть, что перечисленное – лишь начало работы с ГИС в заповеднике. Объем данных из Летописи природы, вводимых в ГИС формат, постепенно растет.
Литература
Jensen, J.R. Introductory Digital Image Processing. A Remote Sensing Perspective. Prentice Hall. New Jersey, 1996 Петросян B.Г., Букварева Е.Н., Марин Ю.Ф. Интерактивная информационная система Висимского заповедника//Экология, 1993
Соколов В.Е., Филонов К.П., Нухимовская Ю.Д., Шадрина Г.Д. Экология заповедных территорий России. М.: Янус, 1997
