CC BY
271
УДК 528.94 И.П. Кокорина СГГ А, Новосибирск
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ МЕТОДОВ В ЗООГЕОГРАФИЧЕСКОМ КАРТОГРАФИРОВАНИИ
В статье рассматриваются вопросы картографирования животного населения на основе расчетов коэффициентов сходства сообществ. Данный подход используется для создания геоинформационных систем (ГИС) орнитологической тематики
I.P. Kokorina
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo UL., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
GIS APPLICATION IN ZOOGEOGRAPHICAL MAPPING
The article puts forward the problems of animal population mapping on the basis of the calculated coefficients of the communities similarities. The approach is used for ornithological GIS development.
В современной тематической картографии выделяют самостоятельный раздел карт природы. Карта природных явлений - любая карта, на которой показаны природные комплексы, явления или процессы. В данный раздел входят биогеографические карты. Берлянт А.М. [1] приводит следующее определение: "Биогеографическая карта - общее название карт биосферы, включая ботанические и зоогеографические карты". Зоогеографическое картографирование как инструмент пространственного изучения и отображения сообществ животных (животного населения) сформировалось в России, опираясь на достижения геоботанического и ландшафтного картографирования. Будем считать термины "зоологическая" и "зоогеографическая" карты синонимами [2]. В работе [1] А.М. Берлянта дано определение зоогеографической карты как "...карты, показывающей размещение животных, их численность, миграции, связи со средой обитания" [1].
Среди зоогеографических карт отдельной группой выделяются карты животного населения. Такие карты публикуются нечасто. Это обусловлено высокой трудоемкостью сбора материала по численности и распределению животных. Основная сфера приложения карт животного населения связана с решением учебных и исследовательских задач [2,3].
К настоящему времени накоплен и обобщен определенный опыт картографирования населения животных с использованием результатов факторной классификации территориальных сообществ по коэффициентам сходства на основе кластерного анализа [4,5]. Созданные таким образом карты выделяют как отдельный тип по подходу к классификации населения животных - по индексу общности [2]. В зоогеографии ландшафтная или
геоботаническая карта используются в качестве основы для проведения кластерного анализа, результатом которого является карта животного населения, представляющая собой окончательный, хотя и не единственный результат исследования [3]. Результатами зоогеографического исследования могут быть также графы в многомерном факторном пространстве, классификации и др., но картографическое отображение территориальной изменчивости населения животных, особенно на больших площадях, является наиболее наглядной формой представления пространственной информации.
В последнее время наблюдается тенденция объединения традиционных подходов к оценке биоразнообразия с возможностями анализа, предлагаемыми геостатистикой, фрактальной геометрией и др. Использование данных дистанционного зондирования (ДДЗ) по отдельным параметрам, таким как наличие или численность мелких животных или растений, затруднено вследствие недостаточно крупных масштабов получаемых данных и большой подвижности животных. В связи с этим широкое применение для анализа пространственной информации, в том числе для оценки биоразнообразия и принятия решений по его сохранению без организации полномасштабных исследований животных в природе, находят геоинформационные технологии [6].
Анализ географической информации является одной из основных функций ГИС. Геоинформационные системы предлагают богатый выбор инструментов для обработки пространственной информации [7]. В совокупности команды и объекты данных формируют основу среды обработки географических данных (геообработки). Геообработка связана с применением инструментов и процедур, используемых для генерирования производных наборов данных [8].
Алгоритмы математической обработки геопространственных данных (пространственный анализ, моделирование) в ГИС включают в себя такие функции, как операции вычислительной геометрии, оверлей и прочие аналитические, графоаналитические и моделирующие функции [9].
Так, компания ESRI предлагает широкий спектр дополнительных модулей программного продукта ArcGIS для анализа пространственных данных. Все эти модули работают с ArcGIS Desktop (ArcView, ArcEditor, ArcInfo).
Один из таких модулей - Geostatistical Analyst - включает в себя набор инструментов для анализа данных и построения оптимизированных поверхностей с использованием наиболее статистически подходящих методов. С помощью аналитических инструментов ArcGIS Geostatistical Analyst решается широкий спектр задач, например повышения качества интерполяции значений какого-либо параметра. Модуль позволяет решать задачи оценки качества пространственных данных, выявлять существующие тренды, создавать и отображать оптимальные поверхности. ArcGIS Spatial Analyst представляет широкий спектр инструментов для создания растровых данных, а также совместного анализа данных во всех растровых и
векторных форматах, поддерживаемых в ArcGIS. Модуль позволяет решать множество аналитических задач, таких как выявление пространственных взаимосвязей, анализ поверхностей на основе цифровых моделей рельефа и др. [8]. В частности, одной из задач пространственного анализа является экстраполяция данных на территории, на которых не были проведены исследования и в результате этого отсутствуют данные об изучаемом явлении.
В настоящее время ведутся работы по созданию видовых орнитологических карт на территорию Западно-Сибирской равнины. Исходные материалы предоставлены Институтом систематики и экологии животных (ИСиЭЖ СО РАН). В качестве картографической основы используется карта растительности Западно-Сибирской равнины в формате MapInfo.
Создание карт населения животных будет осуществляться по методике, основанной на использовании результатов факторной классификации. Сущность ее состоит в следующем. В результате натурных обследований получают границы размещения таксона на местности. По полученным данным создаются карты местообитания животных, на которых по коэффициентам сходства выявляются границы распределения таксонов в пределах обобщенного выдела. Карты местообитаний, по сути, являются картами ландшафтов, предпочитаемых определенными видами животных. На основе карт местообитаний создаются карты населения животных. При картографировании населения лучше всего использовать видовой уровень животных и единственный классификационный признак, отражающий влияние всех факторов среды. Таким признаком может служить сходство-различие вариантов населения животных по любому показателю факторов среды [3].
Поскольку на практике невозможно провести сплошное обследование территории с целью установления обитания животных, при создании карт населения встает задача экстраполяции данных о влиянии выявленных факторов среды на необследованные выделы. Таким образом, карта животного населения будет представлять собой результат генерализации и экстраполяции или деления выделов карты-основы [3].
В рамках проекта планируется создание серии орнитологических карт, карт растительности и почвенных экосистем на территорию Западной Сибири. Созданные карты будут экспортированы в ArcGis 9.1 для анализа данных средствами встроенного математического аппарата ГИС. С помощью аналитических инструментов модулей ArcGis будут созданы геоинформационные зоогеографические модели, в том числе орнитологической тематики. Научный интерес представляет выявление корреляции пространственных зоогеографических данных, полученных по результатам анализа, проведенного в ArcGis 9.1, и с применением математического аппарата, разработанного в ИСиЭЖ СО РАН.
1. Берлянт, А.М. Картографический словарь [Текст] / А.М. Берлянт. - М.: Научный мир, 2005. - 424 с.
2. Тупикова, Н.В. Принципы и методы зоологического картографирования [Текст] / Н.В. Тупикова, Л.В. Комарова. - М.: МГУ, 1979. - 192 с.
3. Равкин, Ю.С. Факторная зоогеография: принципы, методы и теоретические представления [Текст] / Ю.С. Равкин, С.Г. Ливанов. - Новосибирск: Наука, 2008. - 205 с.
4. Равкин, Ю.С. Пространственная организация населения птиц лесной зоны (Западная и Средняя Сибирь) [Текст] / Ю.С. Равкин. - Новосибирск: Наука, 1984. - 264 с.
5. Цыбулин, С.М. Птицы Алтая: пространственно-временная дифференциация, структура и организация населения [Текст] / С.М. Цыбулин. - Новосибирск: Наука, 2009. -234 с.
6. Компьютеры и суперкомпьютеры в биологии [Текст] / отв. ред. В.Д. Лахно, М.Н. Устинин. - М.: Ижевск, 2002. - 528с.
7. Прикладная геоинформатика [Текст] / А.Д. Иванников, В.П. Кулагин, А.Н.
Тихонов, В.Я. Цветков. - М.: МАКС Пресс, 2005. - 360 с.
8. Программы ESRI [Электронный ресурс] / - Режим доступа:
http://www.dataplus.ru/Soft/ESRI/index.htm.
9. Карпик, А.П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий: Монография [Текст] / А.П. Карпик. -Новосибирск: СГГА, 2004. - 260 с.
© И.П. Кокорина, 2010
