Анализ тактических свойств горной местности на базе геоинформационных систем Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 358.39: 528(07)

Н.Н. Бардачевский, И.С. Новиков НВВКУ МО РФ, Новосибирск

АНАЛИЗ ТАКТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ НА БАЗЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Мы полагаем, что социальные и политические перемены, произошедшие в стране и в мире после распада СССР, приведшие к кардинальному изменению в геополитической ситуации, не только не являются началом необратимого распада страны, а напротив дают шанс повторить традиционный для нашего Отечества путь всесторонней модернизации общественно-экономического устройства, лежащий через глубокий и всесторонний кризис. Обновление коснется всех областей деятельности и в первую очередь военной области, поскольку есть все основания полагать, что резкое усиление позиций нашего государства может вызвать попытки силового противодействия.

Бурное развитие информационных технологий, совпавшее по времени с завершением периода информационной изоляции нашей страны позволяет резко повысить оперативность и качество информации о тактических свойствах различных ландшафтов. Под тактическими свойствами подразумеваются свойства, влияющие на ведение боевых действий и их обеспечение. Ландшафт образуется сочетанием рельефа земной поверхности, геологии поверхностных образований, климатом и растительностью. Первые два параметра взаимосвязаны и определяются тектоникой и геологической историей конкретных территорий. Климат и растительность взаимосвязаны, контролируются широтой, долготой и высотой (а соответственно и рельефом) конкретных территорий. Если рассматривать районирование территории бывшего СССР по характеру геологического и тектонического строения, то наиболее крупными подразделениями будут платформы и мобильные пояса. Платформы делятся на древние и молодые. К древним (высоким) платформам относятся Восточно-Европейская и Восточно-Сибирская. В рельефе они выражены одноименными равнинами. Для них характерны значительные высоты, существенное расчленение дренажной сетью и закономерная смена с юга на север и с запада на восток степных, лесных и тундровых ландшафтов (а в Восточной Сибири и ландшафтов полярных пустынь). Для древних платформ наряду с общим равнинным характером местности характерны значительные остаточные возвышенности, а наряду с преобладанием рыхлых грунтов - выходы скальных пород, особенно в долинах рек и в районах выхода на поверхность фундамента - щитах (скандинавском в пределах Восточно-Европейской платформы и алданского и анабарского в пределах Восточно-Сибирской). Молодые платформы представлены в рельефе Туранской и Западно-Сибирской равнинами. Для них характерна смена с юга на север пустынных, степных, лесных и тундровых ландшафтов. Мобильные пояса представлены складчатыми и глыбовыми горными системами. Типичным примером складчатых гор может служить Кавказ, а глыбовых гор

- Тянь-Шань и Алтай. В их пределах климат и растительность подчиняются высотной зональности и снизу вверх степные ландшафты сменяются горнотаежными, альпийско-луговыми и альпийскими ледниковыми. Складчатые горы возникли на месте сравнительно недавних осадочных бассейнов и в их пределах слабо литифицированные и рыхлые породы часто встречаются на значительных высотах. Глыбовые горы сложены исключительно скальными породами с ограниченным распространением рыхлых грунтов во впадинах и долинах рек.

Все наиболее масштабные боевые действия мировых войн, в которых принимала участие Россия, происходили в пределах Восточно-Европейской равнины, перейдя в последнем этапе Второй Мировой войны на ЗападноЕвропейскую. Много меньшие по количеству задействованных войск, но не по значению и важности, боевые действия происходили во время мировых войн на Кавказе. Все это, а на Кавказе и две войны 90-х годов прошедшего века, позволили накопить огромный опыт ведения боевых действий в этих ландшафтах. Опыт применительно к Восточно-Европейской равнине получил широкое освещение в специальной и учебной литературе. Опыт боевых действий в пределах горных сооружений, особенно полученный в последнее десятилетие, еще ждет своего обобщения. Однако здесь мы затронем вопросы тактических свойств не складчатых, а глыбовых гор, поскольку они все еще остаются совершенно не разработанными, поскольку военные бури ХХ века обошли Алтай и Тянь-Шань стороной.

Среди тактических свойств местности основными являются условия проходимости (дорожная сеть и что особенно важно, проходимость вне дорог), условия ориентирования (наличие естественных ориентиров, которые приобретают исключительное значение при подавлении спутниковых систем навигации), условия маскировки (определяемые рельефом, микрорельефом, растительностью) защитные свойства (от оружия массового поражения), условия наблюдения и ведения огня, а также условия инженерного оборудования и водоснабжения. Необходимо оценивать также пригодность местности для длительного пребывания (влажность, температура атмосферное давление, содержание кислорода) и прочие условия (включающие самые разные аспекты вплоть до сейсмической опасности, наличия опасных инфекций, насекомых). На уровне крупных районов отдельных ландшафтных провинций оценка тактических свойств местности, влияющих на действия воинских соединений и объединений, давно проведена в ходе специальных работ. На повестке дня стоит детальное изучение тактических свойств местности в масштабах действий тактических подразделений (батальон, рота, взвод). До последнего десятилетия исследования этого рода сдерживались трудностью совместного анализа больших массивов пространственных данных в рамках имевшихся технических возможностей. Все изменилось после широкого распространения компьютеров и геоинформационных технологий (ГИС). В рамках работ высокой детальности, главным фактором, контролирующим тактические свойства местности, становится ее рельеф.

Хотя увлеченность перспективами, открывающимися в области наук о Земле в связи со стремительным развитием вычислительной техники и ГИС к настоящему времени стала заметно ослабевать, применительно к геоморфологии это определенно не так. Связано это с тем, что если в рамках большинства геологических дисциплин выявилось резкое несоответствие объема имеющихся фактических данных и новых технологических возможностей, геоморфология страдала как раз от несовершенства технологий. Если в областях с преобладанием пространственно фиксированных данных (например, в топографии) ГИС-технологии уже прочно вошли в практику, то во многих отраслях геологии выявилась острая нехватка хорошо структурированных и пространственно привязанных данных, делающая невозможной сколько-нибудь полное использование возможностей мощного аналитического аппарата современных программ. На этом фоне геоморфология оказывается в исключительном положении. Дело в том, что она на протяжении последней четверти ХХ века, испытывала сильнейший системный кризис, вызванный как раз огромным несоответствием между теорией геоморфологического картографического моделирования и имевшимися тогда реальными технологическими возможностями построения и особенно анализа геоморфологических моделей. В конце 50-х годов в недрах Мингео СССР вызрела новая концепция построения моделей геоморфологического строения, до сих пор практически не имеющая мировых аналогов. «Практически», потому, что она все же имеет некоторое распространение в странах Восточной Европы с основным центром в Институте географии в Брно. Данная концепция была основана на том, что при анализе рельефа земной поверхности в масштабе 1:25000 - 1:50000, она по ряду формальных признаков разбивается на отчетливо-дискретные элементы, имеющие элементарное историко-генетическое объяснение. Основным признаком для выделения элементов рельефа является характер склоновых процессов, угол наклона поверхности, а вспомогательным -микрорельеф. Важно отметить, что как при увеличении, так и при уменьшении масштаба исследований данная элементарная делимость утрачивается, поскольку в первом случае весь исследуемый объект оказывается в пределах одной элементарной поверхности рельефа, а во втором - в результате генерализации, «теряются» границы между элементами рельефа. Однако сами результаты анализа легко поддаются генерализации и могут быть приведены к любому более мелкому масштабу. Поскольку новые технологические возможности полностью решили проблемы воплощения на практике геоморфологических моделей, послужившие в свое время препятствием для широкого применения метода, перед геоморфологией в настоящее время открываются отличные перспективы.

В рамках реализации программы перехода картографического моделирования на новый уровень качестве модельного объекта нами была выбрана территория Горного Алтая. На выбор территории повлияли: хорошая геологическая и геоморфологическая изученность, наличие необходимых топографических и аэрофотографических материалов. В постановке задач мы

себя решили не ограничивать. В качестве основных задач были определены: полная историко-генетическая интерпретация строения рельефа и рыхлых поверхностных отложений, сопровождающаяся построением модели современного состояния (базовая модель - основа для производных моделей) и перспективных (прогнозных) и ретроспективных картографических моделей; объяснение особенностей распределения шлиховых ореолов территории с выявлением источников сноса, выявление новейших разрывных нарушений и сейсмогенных структур с определением вероятностно-значимой потенциальной сейсмической опасности территории. В ходе работы выяснилось, что в рамках проводимых исследований можно построить также прикладные инженерно-геологические модели (районирование по степени пригодности для военного строительства с учетом распределения и динамики поверхностных отложений, изменения их состояния в случае сильных землетрясений и распределения многолетнемерзлых пород). Некоторые из открывшихся возможностей были также реализованы.

Остановимся на некоторых технических вопросах: во-первых на исходных материалах, необходимых для создания полноценного исследовательского ГИС проекта. Необходима топографическая карта на всю территорию в масштабе исследования или вдвое крупнее. На ее основе строится трехмерная модель рельефа (в нашем случае достаточно разрешения 50 м) и тематические слои, связанные с гидросетью (обычно три слоя: реки, выражающиеся и не выражающиеся по ширине в масштабе, и озера). В дальнейшем топографическая карта используется для привязки элементов рельефа и геологических данных, в сам проект не входит и это снимает ограничения в его дальнейшем использовании в связи с режимом секретности, распространяющемся на топографические материалы крупных масштабов. Необходимы аэрофотоснимки с разрешением не более 5 м, для определения характера поверхностных отложений по текстурным признакам (по этой причине большинство доступных космических снимков не могут служить основными материалами и играют вспомогательную роль). Геоморфологические карты приемлемого качества в крупных масштабах практически не встречаются, поэтому геоморфологическая карта должна быть построена на основе методических разработок по картированию генетически однородных поверхностей, использования вышеперечисленных материалов, а также результатов полевых наблюдений. Модель рельефа земной поверхности, построенная одновременно с учетом морфологических и историкогенетических характеристик элементов является точкой связности всех слоев проекта, без которой ни одна из заявленных задач не может быть решена. Она включает в себя легенду, в которой определяется морфология (угол наклона и микрорельеф), поверхностные отложения (генетический тип, литология, динамика) и возраст каждого из элементов (геологический, абсолютный или относительно смежных элементов); тему полигонов где выделены все элементарные поверхности, темы линий: в нашем случае это границы между поверхностями (гребни, бровки, тальвеги, тыловые швы), внемасштабные знаки (мореные валы, линии новейших разрывов, плечи трогов, береговые

линии). Геологическая карта крупного масштаба обычно недоступна, но стандартные геологические карты желательны как вспомогательный материал для определения роли влияния скальных пород на морфологию элементов рельефа (строение рыхлых образований на них обычно показано неудовлетворительно).

После сбора и обработки вышеперечисленных материалов и построения базовой геоморфологической модели дальнейшее решение поставленных задач превращается в техническую проблему. Прогнозные модели строятся путем изменения соотношения разновозрастных генетически-однородных поверхностей, путем объединения и поглощения или, напротив, разделения. Современные технические средства, при наличии достаточных данных о возрасте, позволяют строить динамические модели, демонстрирующие изменения, происходящие при заданных пошаговых тектонических или климатических изменениях, если только эти изменения лежат в пределах, не разрушающих целостность системы. Для построения специализированных моделей из базовой легенды выбираются необходимые характеристики с объединением полигонов сходных по рассматриваемому параметру. При этом может понадобиться организация сбора дополнительных данных, которая облегчается точной географической привязкой места, на которое требуется новая информация. Учитывая, что речь идет о дополнительных характеристиках типов элементов, число которых не превышает первые десятки, такой сбор данных в полевых условиях не встречает серьезных проблем: всегда есть выбор из ряда однотипных элементов, позволяющий оптимизировать маршрут по сложности и протяженности.

Таким образом, построенная средствами ГИС геоморфологическая модель является не столько описательной, сколько базовой исследовательской историко-генетической моделью. Она фиксирует не только современное состояние природной среды в части рельефа земной поверхности и формирующих его отложений, но информацию об истории его развития на последних этапах, т.е. можно говорить о явлении, называемом «памятью системы» что позволяет на ее базе реконструировать как обстановки прошлого в той мере, в какой позволяют сохранившиеся в рельефе и отложениях следы древних процессов, а также строить прогнозные модели развития природной среды в рамках различных сценариев. Ведь даже при резком изменении структуры рельефообразующих процессов, в рельефе еще длительное время будут сохраняться, постепенно сокращаясь в объеме и количестве, элементы существующей системы. Кроме того, она имеет огромное предсказательное значения в рамках определения современного состояния менее изученных территорий, позволяя прогнозировать на основе резко недостаточных данных наиболее вероятное геоморфологическое строение территорий принадлежащих к той же геоморфологической формации (т.е. имеющих сходную историю развития рельефа). Для прогнозных моделей, которые могут реализоваться под воздействием антропогенно-техногенных факторов в ходе хозяйственного использования территорий (в сельскохозяйственных и промышленных целях) или боевых действий, как частного случая в пределах глыбовых горных

сооружений имеется несколько актуальных сценариев. Например: 1 - ядерный взрыв большой мощности в условиях среднегорья, сопровождающийся значительными изменениями рельефа, 2 - ядерный взрыв большой мощности в условиях высокогорья, сопровождающийся таянием ледников, прорывом озер и катастрофическими паводками в долинах, 3 - возникновение единичного катастрофического сейсмического проявления с заданным эпицентром, сочетание этих сценариев между собой и т.д. Их разработка будет следующим этапом наших исследований.

Рассматриваемые модели выводят целую группу исследований в области наук о Земле на качественно новый уровень, как в отношении точности, так и в отношении доказательности и, вне всякого сомнения, в ближайшем будущем не просто найдут широкое применение в этих исследованиях, а станут обязательным базовым элементом при их проведении. Рассмотренный подход, основанный на моделировании на базе ГИС - технологии, представляет собой отнюдь не развитие одной только геоморфологии и военной топографии. По существу, в его рамках происходит интеграция геоморфологии, физической географии, общей и четвертичной геологии с динамической геологией и ландшафтоведением, при которой происходит взаимное методологическое обогащение и, что очень важно, независимая проверка исходных фактов. Это позволяет говорить об истинной интеграции, а не о механическом объединении, которым ее часто пытаются подменить.

© Н.Н. Бардачевский, И.С. Новиков, 2005