Многоцелевая национальная геоинформационная система республики Адыгея Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 316.334.5 (470.621)

ББК 28.081 (2Рос. Ады)

Х 98

Р.Д. Хунагов, Т.П. Варшанина

Многоцелевая Национальная Г еоинформационная система Республики Адыгея

Аннотация:

Геоинформационная платформа Территориального банка данных Республики Адыгея разрабатывается в виде информационного сервера, интегрирующего распределенные базы отраслевых данных на единой основе базовых топографических и тематических данных. ГИС обеспечивает эффективное взаимодействие между данными тематических блоков, комплексный совмещенный анализ, работу пользователей с данными в условиях разграниченного доступа.

:

, , , , экологическая оценка рельефа, экологическая оценка климата, интегрированная ГИС.

В России каждый регион самостоятельно строит стратегию социально-экономического развития и

.

условиях возросли требования к быстроте и точности принятия стратегически важных решений в области жизнедеятельности территории на всех ее

.

,

и результативность управления экономическими,

,

деятельности субъекта являются автоматизированные геоинформационные системы или ГИС. ГИС-технологии позволяют создать единое оптимально организованное информационное пространство региона, дают возможность производить эффективный обмен информацией между ее ,

научных и практических целях социально-экономического развития по иерархии административных единиц .

С позиций организации устойчивого развития региона важна оценка стратегических ресурсов социальноэкономического развития: структуры природно-^с^сного потенциала, демографических и трудовых ресурсов, экологического состояния, экономики и экономических связей территориальной системы. Держателями перечисленных категорий информации в регионах являются отраслевые ведомства, административные образования, частные компании. В соответствие с современными требованиями многие из них разрабатывают или приобретают специализированные информационные системы. Специализированные системы приспособлены к решению конкретных задач и не обеспечивают возможности комплексного регионального анализа. В то время как для решения широкого спектра экономических, организационных, территориальнопланировочных, демографических, экологических и иных вопросов с учетом многообразия взаимосвязанных региональных процессов неоценимое значение имеет принцип комплексности, роль которого усиливается в рыночных условиях хозяйствования и управления. Возможности адресного многовариантного анализа

территориальных процессов расширяют компетентность местных органов управления, призванных в пределах предоставленных им прав решать все вопросы социального, экономического, демографического,

экологического и политического развития территории. Эффективному обмену информацией между ее

держателями в целях комплексного анализа препятствует разработка в регионе множества разнородных отраслевых баз данных. Связано это с информационной

несовместимостью отраслевых ГИС вследствие различий в системах управления базами данных (СУБД), структурах данных, языках их описания. Кроме этого, возникают проблемы неэкономичного дублирования информации, сложности ее одновременного обновления,

противоречивости сведений неизбежно возникающей в разных банках данных. Не вызывает сомнения необходимость разработки единого информационного банка данных региона, интегрирующего комплекс базовых сведений о местности и предоставляющего возможности решения разнообразных задач категориям пользователей, связанным с управлением территорией.

,

геоинформационного обеспечения территориального развития состоит не в создании множества специализированных территориальных информационных

,

информационных баз данных держателей информации на единой геоинформационной платформе Территориального .

Эффективность функционирования территориальных социально-экономических систем определяется тем, насколько объективно оцениваются региональные условия , -временное приспособление общественной системы

-

.

региональных ГИС первостепенное значение приобретает разработка географических (тематических) основ информационного построения сложных пространственно,

целей системы управления.

Пространственно-временной анализ позволяет выявить территориальное распределение объектов географического пространства, их устойчивые сочетания, районировать, строить и прогнозировать оптимальную модель территориальной организации региона. Система методов пространственно-временного анализа обеспечивает комплексную оценку статики, динамики и прогноза развития региона в виде его пространственновременных моделей, отображаемых в картах. Карты создают пространственный образ региона, моделируют территориальную дифференциацию природной и социально-экономической компонент, особенности взаимодействия природы и общества

Географические исследования сфокусированы на познание закономерностей пространственной организации природы и человеческой деятельности и районирование, ..

, -

,

.

объективную картину окружающего мира и происходящих в нем процессов, проектировать траекторию регионального .

В задачи районирования входит выявление иерархии объектов географических компонентов и систем, определение их параметрических и описательных

,

Базу знаний региона. Традиционный отраслевой подход формирования баз общеестественных пространственных данных региона определяется компонентной структурой природно-хозяйственных систем. К природной составляющей относят геологическое строение, рельеф, климат, природные воды, почвы, биоту, ландшафты; к общественной - отрасли хозяйства, состояние экономики, населения и расселения и качества жизни населения. В каждой предметной области сложилась своя методология и государственные стандарты обработки и представления .

интеграции методов частных наук при проведении

,

системные модели с применением методов математики и .

Разрабатываемая в ГИС-центре Адыгейского госуниверситета ГИС Республики Адыгея является . ,

,

поддержку исследований географических закономерностей организации природы и человеческой деятельности в

,

данных для текущего управления и планирования

- .

Построение информационной модели территориальных данных Республики Адыгея, отображающей комплексную систему «пр^зода - общество» основано на системном подходе с применением объектно,

теоретических основ математики в области геометрического моделирования и нейронных сетей,

- , климата, гидрографической сети, почв, растительности, , .

В цели разработки входит:

- организация фактологических пространственных данных, обеспечивающая накопление больших объемов информации и формализованные постановки прикладных задач;

-

,

процессов в географическом пространстве;

- , возможностями гибкой модификации и поддержки распределенных баз данных с модульной структурой построения.

-

придает системные свойства геоинформационной модели региона вследствие того, что объектноюриентарованная модель позволяет воссоздать естественную иерархию территориальных объектов и процессы взаимодействия

,

системы как единого целого. К существенным преимуществам метода объектноюриентарованного проектирования относятся и возможности: эволюционной, помодульной разработки системы; модификации в соответствие с развитием представлений в каждой ;

большого объема пространственных данных.

ГИС создается на платформе СУОРБД Oracle 9i. Банк , , предназначен для хранения информации, организации ее обработки и основывается на системе взаимосвязанных геоинформационных моделей данных подсистем, представленных иерархией пространственных объектов, относительно которых происходит - накопление/мониторинг тематической информации.

Картографическая реализация результатов анализа координированных данных осуществляется средствами ArcGIS 9.1.

Ядром Территориального банка данных Адыгеи является информационный сервер, на платформе которого создаются банк полномасштабного ряда электронной картографической информации территории, банк базовых тематических данных по рельефу, гидрографии, почвам, климату, биоте, ландшафтами, общественно-хозяй-, . сервер играет роль интегратора отраслевых ГИС на единой основе тематических и топографических материалов, что обеспечивает совместимость сведений, аккумулируемых в отраслевых базах данных. Основная задача такой платформы обеспечить эффективное взаимодействие между данными различных тематических блоков, комплексный совмещенный анализ, а также работу пользователей с данными в условиях разграниченного .

Для банка картографической информации в ГИС-центре АГУ разработаны электронные карты Адыгеи и прилегающих территорий масштабов 1:200000 и 1:50000, традиционно используемых в региональном анализе, и комплект карт масштабов 1:25000 и 1:10000. Оцифровка произведена средствами Easy Trace7.3 и Easy Trace Pro v.8.X. Банк электронных карт создан в среде ArcGIS 9.1. В общей сложности оцифровано 69 листов карт в соответствие с принятыми ГОСТами.

Мощной цифровой основой для комплексирования и интегрирования тематической информации территории, разработки математических моделей процессов в географическом пространстве служит созданная в ГИС-центре АГУ цифровая модель местности (Щ4М) с

.

основе авторского метода сферической квадроангуляции, с

-

и нейронных сетей ^^исенко, 2005). В основе ее математическая модель рельефа, сгенерированная его

,

поверхности с однородными свойствами. Классификация таких поверхностей и структурных линий по их природноэкологическим свойствам (Ласточкин, 2003) позволяет выполнить детальное районирование территории по экологическим особенностям рельефа, строить адекватные математические модели перераспределения в рельефе природных и антропогенных вещественно-энергетических потоков. Базовым свойством модели, концептуальные основы которой предложены АЛ. Ласточкиным, состоят в органичном единстве структурных линий рельефа и ,

ЦММ обеспечивает высокий уровень детальности и

-

перерасчета параметров стока

Векторная ЦММ дополняется растровой авторской моделью ЦММ (Пикин, 2005), разработанной на основе физической модели градиентного переноса Эта модель перспективна для моделирования процессов переноса вещества и энергии в геодинамическом слое земной коры, по поверхности рельефа и в атмосфере. ЦММ корректно строит речные долины и показала хороший результат при прогнозировании ареалов затопления в период паводков, может быть использована для моделирования оползневых и селевых процессов.

Совмещенный анализ тематических карт и комплекса описанных математических моделей местности открывает новые возможности пространственно-временного анализа закономерностей организации географического , -.

Банк электронных тематических карт республики в масштабе 1:200000, включающий все общепринятые , 200 .

110 карт представлены в изданном в 2005г. при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (п^ект № 02-05-78041) Атласе Республики Адыгея (Атлас..., 2005).

Тематический блок в ГИС <^^ыгея» содержит кроме общегеографических картографических материалов и данных результаты эколого-геофафического районирования: рельефа, климата, почв, ландшафтов,

,

, .

-

, .

, -, -.

-

географических региональных полей на всех уровнях их .

обусловливает сейсмическую безопасность территории и расположение объектов опасных экзогенных процессов. Экологическая оценка рельефа произведена по системе показателей, предложенных В.И. Кружалиным (2001).

В основе экологического районирования рельефа -блоковая структура земной коры. Иерархия тектонических ,

,

показателей (Ранцман, Гласко, 2004) (табл. 1).

1.

Индицирующие показатели подсистемы «Рельеф»

Морфоструктура Морфоклиматический район Элементарная поверхность

, относительной и абсолютной , прямолинейных элементов рельефа равнин и горных хребтов, тип рисунка и ориентация речной сети (Ранцман, Гласко 2003). Тип климата: : абсолютная высота: И=И(ху); уклон И'(ху); нормальная кривизна И"(х,у); горизонтальная кривизна Кг. Геотопологтеские параметры: азимут падения элементарной поверхности А°, относительные превышения ее нижней и . Тип ограничивающих структурных линий -25 - 20 Тип элементарной поверхности - 52 типа (Лаотмкин, 2002)

Ступени блоков разделены тектоническими

- .

( ).

По системе индикационных показателей произведена оценка ранга морфоструктурных блоков, линеаментов и , , , . сейсмически устойчивыми являются морфоструктурные

, - . К морфоструктурным линеаментам приурочены опасные явления: оползни, обвалы, сели. Выполненное

районирование дает детальные сведения по сейсмической безопасности инфраструктуры республики, позволяет исследовать закономерности распределения по территории опасных явлений и выполнить их обоснованное .

Тектоническое районирование рельефа дополняется

,

пространственное распределение спектра экзогенных

.

-

, -

зателей, характеризующих крутизну, форму,

, . определяющими при планировании работ различного рода строительных и сельскохозяйственных организаций.

Реализуемый комплекс методических подходов выявления иерархии объектов и формирования структуры базы данных по рельефу обеспечивает средствами ГИС:

-

комплексный анализ рельефообразующих процессов;

-

;

- ;

- ,

отвечающих за перераспределение локальных, внутрифо-

новых и фоновых вариаций ландшафтоформирующих

;

- -

ования и развития рельефа, перемещения вещества и энергии в области земной поверхности;

- -

;

-

.

Климатическое районирование Северо-Западного Кавказа произведено в соответствии с масштабом пространственно дифференцирующей роли средоформирующих факторов на нескольких уровнях генерализации ( . 2).

климатической системы произведено с учетом

,

.

обусловливающих формирование пространственных единиц (объектов) климатической системы (табл. 3). Разработана функциональная схема Базы данных Модуля « ».

2.

Ландшафтно-адиматические районы

Мезорайон Район Подрайон

1. Северско-Габукайский 1.1. Афипсипско-Тжта^кайский 1.1.1. Афипсипско-Яблоновский 1.1.2. Энемско-Псе^пский

1.2. Козетско-Ха^кайский

1.3. Адыгейско-Ассоколайский

2. Г иагинско-Ус^абинский 2.1. Белосельско-Ха^ринохабльский

2.2. Красногвардейско-Киевский

2.3. Чумаковско-Бжедугаабльский

3. Белореченско-Курганинский 3.1. Келермесско^ертевский 3.1.1. - Красноульский 3.1.2. Сергиевско-Красненский

3.2. Егерухайско-Кошехабльский

4. Майкопско-Лабинский 4.1. Майкопе ко-Кужорский 4.1.1. Ханско-Майкопский 4.1.2. Кужорско-Карм^астхский

4.2. Натырбово-Ходжнский 4.2.1. Соколовско-Ходзенский 4.2.2. Игнатьевско-Ходзенский

5. Кубанско-Кададасинский 5.1. - 5.1.1. - 5.1.2. Майкопско-Каменномостский 5.1.3. Севастопольско-Новосвободненский

6. Мезмайско-Джовский 6.1. Даховско-Гузерипльский 6.1.1. 6.1.2. Хамышкинский 6.1.3.

7. Кишинско-Гузерипльский

8. Лагонакский

9. Фишт-Чу^шский 9.1. Фиштинский

9.2. Тыбгинско-Чу^шский

Структура Базы данных подразделяется на две части. Первая часть является реляционной, предназначенной для Гидрометцентра республики (рис. 1). Сведения, содержащиеся в ней, являются собственностью соответствующего .

данные по параметрам, измеряемым на метеорологических станциях. Эта часть Базы данных, в соответствие с

, ,

быть дополнена пакетом процедур необходимых для требуемой обработки сведений. Например, пакет разрабатываемых статистических алгоритмов для получения аналитических характеристик, таких как:

-

статистик эмпирической выборки (минимумы, максимумы, среднее, дисперсия, стандартное отклонение, медиана, квантиль, квартиль, мода);

- 266 -

Структуроформирующие показатели подсистемы «Климат»

Пространственный объект Уровень детализации Используемые показатели

климатические других компонентов

А) циркуляционного фактора Макроклимат, зоны V Та <5,5°/100км; V <800мм/100км

Б) динамической трансформации V Та >5,5°/100км; V >800мм/100км

<ґ 1) влияния умеренно-континентального воздуха секторный климат ГАТ - >26°С; ЕИ - < 550мм ТГХТ - континентальный; ТГХО - континент й 1 ГХПНВ- : тепло/вдагонесущих потоков, высота над у.м..

кЗ X о СП 2) переходный от морского к континентальному ГАТ - 23-26°С; - 550-920мм; ТГХТ - континентальный; ТГХО - континентальный 2, 3, 4; ГХПНВ

3) преобладающего влияния черноморского воздуха ГАТ - 19-23°С; - 720-1300мм; ТГХТ - морской 1 ТГХО - морской 1; ГХПНВ

ш оЗ 4) влияния умеренно-континентального воздуха ГАТ - 17-19°С; - 750-1300, ТГХТ - континентальный; ТГХО - континентальный 2; ГХПНВ

X о СП 5) преобладающего влияния черноморского воздуха ГАТ <17°С; 2^ - 1300-1800мм, на склонах до 3000мм ТГХТ - морской 3; ТГХО - морской 2; ГХПНВ

Зона А мезоклимат Направление по сезонам: V Т, V И, V Р Годовой ход: г, скорости и повторяемости ветра по направлениям; Тренды: Т, И Морфоструктуры: высота над у.м., экспозиция склонов, преобладающий уклон, энергия рельефа

Район климат Направление по сезонам: V Т, V И, V Р. ТСМ ;ТСГ ; 2^ Вертикальные градиенты температуры и осадков. Среднемесячные и годовая продолжительность . Обеспеченность осадков различной интенсивности, . Почва: Тсм ;^. Запас воды в снежном покрове : относительно основных тепло/вдагонесущих , , . Почвенный покров: альбедо, объемная теплоемкость, годовой ход влажности. Гидрологические объекты (озера, ) -

Местный климат Микроклимат. перерасчет параметров в рельефе, экстраполяция и интерполяция данных , , пунктов метеонаблюдений Мезорельеф: экспозиция; уклоны, энергия рельефа Почвенный покров: альбедо, , влажности. Гидрологические объекты -площадь; Древесная растительность: , . ландшафты: вид землепользования, площадь, альбедо

- 267 -

Рис.1. ER-диаграмма реляционной схемы БД по климату.

- процедуры построения функции распределения, - процедуры построения линейного и циклического

определения асимметрии и эксцесса; трендов;

- процедуры определения корреляции с помощью - процедура построения эллипса размаха и т.д. коэффициента парной корреляции и коэффициента

;

(^Элем трехмерные поверхности^ *

имеет / описывает

/ ^ N

, Местополож поверхи.^)

вычленяется из^определяет ^Цифровая матрицарельефа^)—| |

определяет / вычленяется из

о* ^

^ МестололожТочки

привязана к / описывает

III

имеет/опиАывает

^Метеостанция^)^^

Рис. 2. Фрагмент схемы классов,

Вторая часть Базы данных модуля «^имат» ГИС Адыгея» является объектно-^тационной и находится на

.

выделенных объектов климатической системы территории. Схема классов о&ьектов климатического блока приведена на рис. 2. Объекты, входящие в данную часть содержат структуроформирующие характеристики климатических , .

, , быть получены как перерасчетом данных с использованием пакета статистических процедур, так и редактированием соответствующих о&ьектов экспертом. Кроме

аналитических сведений объектно-^тащонная часть Базы данных содержит различные методы перерасчета

метеорологических характеристик для любой точки , .

Аналогичная структура Баз данных формируется по « ».

держателями баз данных регламентируется соответствующими инструкциями и осуществляется при

.

В соответствие с общей концепцией создаваемой интегрированной ГИС <^ыгеи» разрабатываемые инновационные решения оптимального структурирован™ и аналитической обработки всей полноты накопленных и продуцируемых пространственных данных обеспечивают:

расположена в пределах / содержит

представляющих модель климата.

-

;

- мощный инструментарий пространственно-в^мен-

ного анализа для научно-пра^ческих разработок;

-

для решения в области различных аспектов природопользования и сбалансированного развития республики.

Примечания:

1. Атлас Республики Адыгея. - М.: Изд-во ОАО ИПО <Шев Толстою), 2005. - 80 с.

2. Кружалин В.И. Экологическая геоморфология суши. - М.: Научный мир, 2001. - 176 с.

3. Ласточкин АН. Системно-мо^^логическое основание наук о Земле (Геттопология, структурная география и общая теория систем). - СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 2002. - 762 с.

4. Пикин С.Ф. Гравитационно-кинетическая модель рельефа // ИнгерКарго / ИнгерГИС 11: Устойчивое развитие территорий: Теория ГИС и практический опыт. - Ставрополь: Изд-во СГУ, 2005. - С. 228-231.

5. Плисенко О А. Цифровая модель местности, как основа для

// / 11: : практический опыт. - Ставрополь: Изд-во СГУ, 2005. - С. 48-54.

6. Ранлман ЕЯ., Гласко МЛ. Морфосгруюурные узлы - места экстремальных природных явлений. - М.: Медиа-Пресс, 2004. -224 с.