Формирование геоинформационной базы данных для ландшафтно-экологических карт Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 528.94

ФОРМИРОВАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ

Юлия Григорьевна Никитина

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, соискатель кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (395-2)40-51-02, e-mail: [email protected]

Борис Николаевич Олзоев

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, кандидат географических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (395-2)40-51-02, e-mail: [email protected]

Обозначены определения понятий: база данных, реляционные базы данных, система управления базой данных. Представлены разновидности типов данных, поддерживаемых ГИС MapInfo. Предложена схема структуры и состава слоёв геоинформационной базы данных для ландшафтно-экологических карт. Рассмотрены способы ввода графической информации в структуру баз данных ГИС. Сформулирован вывод о важности составления базы данных при геоинформационном ландшафтно-экологическом картографировании.

Ключевые слова: ландшафтно-экологические карты; особо охраняемые природные территории; ГИС; состав и структура базы данных; типы данных, ввод данных, картографические слои, атрибутивные характеристики.

FORMATION OF GEOINFORMATION DATABASES FOR LANDSCAPE-ECOLOGICAL MAPS

Yulia G. Nikitina

Irkutsk national research technical university, 664074, Russia, Irkutsk, 83 Lermontov St., applicant of department of mine surveying and geodesy, tel. (395-2)40-51-02, e-mail: [email protected]

Boris N. Olzoev

Irkutsk national research technical university, 664074, Russia, Irkutsk, 83 Lermontov St., Ph. D., associate professor of department of mine surveying and geodesy, tel. (395-2)40-51-02, e-mail: [email protected]

There are marked the definitions of the concepts: database, relational database management system database in the article. The kinds of data supported by GIS MapInfo are presented. The scheme of the structure and layers composition of the GIS database for landscape-ecological maps are proposed. The input methods of graphical information into the GIS databases structure are considered. Conclusions about the importance of a database composition in a GIS for landscape-ecological mapping are formulated.

Key words: landscape-ecological maps, specially protected natural territories; GIS; composition and structure of the database; data types, data entry, cartographic layers, attribute characteristics.

Формирование полного представления о ландшафтно-экологической обстановке той или иной территории невозможно без картографической интер-

претации как одного из инструментов для наиболее эффективного управления и регулирования хозяйственной деятельности в природоохранных и особо охраняемых природных территориях (ООПТ) [7].

В процессе сбора тематических данных по антропогенному воздействию и экологическому состоянию требуется большой объём качественно-количественных (справочно-статистических) сведений, имеющихся в различного рода документальной литературе или в изданных отраслевых (ведомственных) и экологических картах и атласах. Широкий ассортимент имеющихся космических материалов в дополнении с полевыми исследованиями также являются эффективными и относительно доступными материалами для ланд-шафтно-экологического картографирования ООПТ [6].

Поэтому для упорядоченного совместного хранения и геоинформационной обработки полученных из разных источников и разными методами сведений производится создание общей базы данных (БД) ГИС, представляющую «совокупность данных, организованных по определённым правилам, устанавливающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными» [8], формирование которой сводится к:

- разработке общей структуры (концепции) БД;

- вводу и привязке графических элементов;

- заполнению семантических характеристик и метаданных.

В качестве программного продукта для составления ландшафтно-экологической БД может подойти ГИС MapInfo Professional, преимуществом которой считается наличие прямой связи между картографическим отображением и БД, в которой записаны все объекты карты [3].

В структуре БД для её объектов свойственны два типа информации: географическая и атрибутивная.

Географическая (или позиционная) содержит информацию о координатах объекта в декартовой или географической системе.

Атрибутивная (или непозиционная) информация представляет собой качественные (семантические) или статистические свойства объектов, фиксированные в текстовом или числовом виде - типе данных [2,3,8].

Так, например, ГИС MapInfo поддерживает следующие типы данных:

- Символьные (Character) - текстовые до 254 символов.

- Целые (Integer) - численные с целыми числами от -2*109 до 2*109.

- Десятичные (Decimal) - численные с десятичными числами с фиксированной точкой.

- Вещественные (Float) - численные с десятичными числами с плавающей точкой.

- Дата (Date) - календарные числа (даты) в формате «дд.мм.гггг».

- Логические (Logical) - выражения со значениями «истина/ложь».

Для серии ландшафтно-экологических карт (ЛЭК) разработана следующая структура БД (рис. 1), состоящая из представленного набора векторных слоёв, растровых изображений космических снимков, топографических и тематических карт.

*- за разные годы

Г

Рельеф

ГО

величина

Дороги

1

£

Надписи

Десятичный ГО Десятичный ГО

Символьный класс Символьный класс

Символьный имя Символьный имя

Десятичный длина Вещественный

1г

Границы

Г

Сетка

Тип поверхности*

Десятичный ГО Десятичный ГО Десятичный

Символьный класс Символьный градусы Символьный

Символьный имя Символьный DMS Символьный

длина Вещественный

ГО

периметр

площадь

площадь %

1.

Десятичный

Символьный

Вещественны

Вещественны

Вещественный

Населённые пункты

ГО

статус

численность

занятость

Реки

Десятичный ГО

Символьный класс

Символьный имя

Символьный длина

Вещественный глубина

Десятичный судоходность

Десятичный

Символьный

Символьный

Вещественный

Вещественный

Символьный

^_Ландшафты ^_^

ГО

номер-легенда

номер-карта

периметр

площадь

Десятичный

Целый

Символьный

Целый

Вещественный

Вещественный

ООПТ

го Десятичный

класс Символьный

имя Символьный

статус Символьный

периметр Вещественный

площадь Вещественный

Турбазы

ID

статус

район

контакты

Десятичный

Символьный

Символьный

Символьный

Вещественный

Целый

Г Лесное хозяйство 1 Г Промышленность 1 Г Сельское хозяйство 1 Водное хозяйство I Класс изменения КБУТ* 1

Т ▼ ▼ ▼ т г < г ♦ ?

ГО - Десятичный ID - Десятичный ID - Десятичный ГО - Десятичный ГО - Десятичный

класс — Символьный класс — Символьный класс - Символьный класс _ Символьный класс - Символьный

имя - Символьный имя - Символьный имя - Символьный имя - Символьный имя - Символьный

статус - Символьный статус — Символьный статус - Символьный статус - Символьный периметр - Вещественный

площадь - Вещественный нагрузка - Вещественный нагрузка - Вещественный периметр - Вещественный площадь - Вещественный

год - Целый площадь - Вещественный площадь - Вещественный площадь - Вещественный площадь ср% - Вещественный

Рис. 1. Структура и состав атрибутивной ландшафтно-экологической БД

Известно, что заметным изменениям наиболее подвержены физиономич-ные компоненты ландшафта, в первую очередь растительный покров [1]. В связи с этим в составе БД для различных целей геоинформационного моделирования представлены две ветви результатов автоматизированного дешифрирования растительности по космическим снимкам:

А) разновременные векторные слои разностных изображений различий (Change Detection) NDVI - классы изменений NDVI за временной период.

Б) разновременные векторные слои контуров типов поверхностей, построенных по итогам классификации изображений.

Также структура и состав слоёв БД представлены различными типами антропогенного воздействия (селитебным - населённые пункты, транспортным -дороги, рекреационным - турбазы, промышленным, лесо-, сельско- и водохозяйственным, природоохранным - ООПТ).

Далее выполняется ввод и локализация (привязка) собранных со всех исходных материалов основных объектов карты путём цифрования или конвертации, а также заполнение атрибутивной информации перечисленных слоёв.

«Программа ЭВМ, обеспечивающая ввод, изменение данных в базе, организацию связей между отдельными базами, обработку данных: сортировку, фильтрацию, формирование выборок объектов для количественного анализа, обновление данных, вычисление новых атрибутов, подготовку иллюстраций, отчётов» [3] называется системой управления базами данных (СУБД).

Именно она позволяет осуществлять графический ввод данных (преобразование в цифровой формат, цифрование), который воспроизводится несколько способами:

• клавиатурой - вручную вводятся значения непространственных атрибутов;

• ручными приборами - при указании на графический элемент, его координаты определяются компьютером;

• приборами, автоматически считывающие пространственные данные с карт и фотоснимков;

• переводом (импортом) из других источников.

Следует отметить, что для ввода цифровой информации имеются специальные технические приспособления: дигитайзеры - устройства для обводки специальным курсором графических объектов ручным или автоматизированным способом с любых бумажных носителей; а также сканеры - «.. .устройства автоматического построчного считывания информации по ячейкам регулярной сетки. В первом случае получается векторное изображение - набор пар координат (X,Y) и параметр для идентификации разных элементов (объектов), во втором - растровое изображение, характеризующееся числом строк и столбцов образующейся сетки (матрицы) и значением элемента изображения (пиксела), содержащего, как правило, код цвета графического изображения» [5].

Перевод данных с отсканированного и визуализированного на экране компьютера, иначе электронного, растрового изображения в цифровой формат называемый векторизацией, осуществляется ручным, интерактивным или автоматическим способом. Ручной метод подразумевает обводку каждого объекта

на изображении мышью, интерактивный - полуавтоматический режим, а автоматический - с помощью специальных программ [4].

Импорт из других источников предполагает конвертацию готовых цифровых векторных или текстовых файлов из внешних баз данных в формате, распознаваемом используемой ГИС (чаще всего шейп-файлы: *.shp).

Таким образом, создание БД является важным этапом для объединения, пополнения, накопления и картографического отображения сведений о пространственных объектах природоохранных территорий. Она также необходима для последующей геоинформационной обработки имеющейся информации и получении новых знаний об исследуемых объектах и явлениях.

Картографическая интерпретация хозяйственной деятельности человека позволит проводить анализ этих территорий в целях рационального природопользования и сохранения природных ландшафтов, подверженных антропогенному воздействию.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Востокова Е.А., Шевченко Л.А., Сущеня В.А. и др. Картографирование по космическим снимкам и охрана окружающей среды - М., Недра, 1982, - 251 с.

2. Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Тикунов А.В. и др. Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн. 1: Учеб. пособие для студ. вузов / Под ред. В.С. Тикунова. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 352 с.

3. Коросов А.В., Коросов А.А. Техника ведения ГИС. Приложение в экологии: Учеб. пособие. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2002. - 188 с.

4. Лайкин В.И. Геоинформационные системы. Конспект лекций // Электронная библиотека «Twirpx - Режим доступа: http://www.twirpx.com.

5. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков: учебник. - 2-е издание, испр. - М.: КДУ, 2010. -424 с.

6. Никитина Ю. Г., Гагин В. Е. Исходные картографические материалы при создании карт антропогенного воздействия на ландшафты // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2015. XI Между-нар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 1. - С. 94-99.

7. Никитина Ю.Г., Олзоев Б.Н., Пластинин Л.А. Карта антропогенного воздействия на ландшафты как инструмент развития и управления природоохранными территориями // «Географические, социально-экономические, экологические и этнокультурные факторы развития восточных территорий России»: Материалы XV Совещание географов Сибири и Дальнего Востока г. Улан-Удэ, 10-14 сентября 2015 г. - Улан-Удэ: - Иркутск: Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2015.- С. 515-517

8. Капралов Е.Г., Тикунов В.С., Заварзин А.В. и др. Сборник задач и упражнений по геоинформатике : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Под ред. В.С. Тикунова. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 512 с.

© Ю. Г. Никитина, Б. Н. Олзоев, 2017