CC BY
10
А.В. Абросимов
Лаборатория геоинформационных исследований и технологий, Курганский государственный университет, г.Курган
ВОЗМОЖНОСТИ УПОРЯДОЧИВАНИЯ ТОЧЕЧНОЙ ПОЛЕВОЙ ГЕОИНФОРМАЦИИ, СОБРАННОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ GPS ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В статье рассматриваются подходы к решению проблемы упорядочивания огромных объемов пространственной информации, скапливающейся в исследовательских географических организациях, быстрого и легкого поиска нужной в данный момент геоинформации с помощью создания стройной, четко определенной системы хранения информации, включающей набор правил для последовательностей обработки входящей информации, форматов ее окончательного хранения, именования конкретных файлов и создания метаинформации; и в обязательной разработке специализированного интерфейса для доступа к геоинформации.
Проблема упорядочивания огромных объемов пространственной информации, скапливающейся в исследовательских географических организациях, быстрого и легкого поиска нужной в данный момент геоинформации - одна из основных проблем сегодняшнего дня. Очень сложно бывает разобраться в изобилии накопленных полевых данных, десятков и сотен векторных и растровых базовых и тематических карт, разнообразных данных дистанционного зондирования.
Решение задачи, на наш взгляд, заключается в создании стройной, четко определенной системы хранения информации, включающей набор правил для последовательностей обработки входящей информации, форматов ее окончательного хранения, именования конкретных файлов и создания метаинформации; и в обязательной разработке специализированного интерфейса для доступа к геоинформации. Интерфейс может представлять собой и автономное программное обеспечение, но наиболее эффективно создавать его на базе одной из распространенных ГИС-оболочек, которые уже располагают большинством функций доступа, визуализации и анализа. ГИС в таком случае реализовывает свою функцию хранилища геоинформации, программы, нацеленной именно на обеспечение доступа и оперирования пространственно распределенной информацией. Решив эти задачи, можно будет уже приступать к достижению второй цели ГИС-программ - анализу первичной геоинформации. В то же время, не исключается другой вариант, когда информация, собранная, упорядоченная, первично обработанная в ГИС-оболочке, может в дальнейшем передаваться в другие программные продукты для анализа. Это могут быть, например, пакеты геостатистического анализа, геомоделирования, обычные статистические программы. Впоследствии информация может в новой форме быть возвращена обратно в свое хранилище - ГИС.
Лабораторией геоинформационных исследований и технологий Курганского госуниверситета разработан ряд приложений для доступа к различным видам первичной и производной геоинформации на базе ГИС "Mapinfo Professional". В данной работе кратко характеризуются возможности доступа только к одному виду первичной геоинформации - материалам полевых обследований,
представляющим собой точки с географическими координатами, определенными с помощью GPS.
Все точки, наблюдаемые в полевых условиях с применением GPS, можно подразделить на три типа. К первому относятся привязочные точки (аналог топографических опознаков), используемые исключительно для уточнения географической локализации космических снимков, других растровых, а иногда и векторных геоизображений. Второй тип составляют точки, фиксирующие местоположение целевых объектов исследования, сопоставимых по размерам с точностью кодовых GPS-изме-рений или точечные засечки объектов в случаях, когда их площадные характеристики не важны. К этому же типу относятся точки, отмечающие границы, крайние пункты обширных географических объектов. Наконец, третий тип - это точки непосредственного сбора научной информации - выборочные, эталонные пункты, выполняющие главную роль в ходе географических исследований, применяемые для дальнейшей экспертной и автоматизированной экстраполяции и интерполяции геоинформации.
Наиболее просто осуществить хранение первого и отчасти второго типов GPS-данных - достаточно создать на их основе векторные точечные слои с привязанной к ним атрибутивной информацией. В первом случае лучше всего сформировать единый точечный слой для всей территории региона, постоянно пополняемый во время все новых и новых экспедиционных выездов. Работы по сбору привязочных точек могут вестись как по ходу любых научных исследований, так и целенаправленно - для привязки того или иного вида пространственных данных. Атрибутивная информация минимальна и включает только числовой идентификатор точки, тип опознака (пересечение или примыкание дорог, просек, мост и т.п.), доступность точки, время сбора, точность GPS-определения, краткое название и подробное описание опознака, например "Примыкание автодороги на Лебяжье к трассе Курган-Омск".
Точки второго типа, представляющие собой целевые научные объекты, зафиксированные в ходе исследований, должны рассматриваться целиком в контексте общей научной базы данных, и организация пространственной и атрибутивной информации должна соответствовать структуре, разработанной в ходе исследования. Фактически, для исследователя это уже не GPS-точки, а конкретные географические объекты или их части, изображенные на электронных картах в виде точечных символов. Поэтому и доступ к данному виду геоинформации осуществляется в разработанном нами приложении через интерфейс, общий для всех векторных слоев. Этот интерфейс представляет собой систему ниспадающих меню и диалоговых окон, позволяющих простым нажатием на кнопку с названием слоя автоматически вызывать его на заранее сформированную карту, подписывать и оформлять определенным образом. Так, при нажатии на кнопку "Заправочные станции" диалога "Транспортная инфраструктура" автоматически вызывается точечный слой автозаправок Курганской области, который и является ГИС-представлением результатов полевой GPS-фиксации данных объектов с одновременным сбором необходимой атрибутивной информации (отраслевая принадлежность, пропускная способность, тип горючего и т.п.). Мгновенная загрузка целевого слоя позволяет сразу приступить к аналитическим процедурам.
Третий тип точечной информации - пункты обследования. Это базовая научная геоинформация и она должна, как и привязочные точки, храниться в виде отдельных точечных слоев с привязанной к ним атрибутивной информацией. Хотя при некоторых типах научных исследо-
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1
39
ваний можно ограничиться загрузкой точек из GPS в ГИС и непосредственным занесением в поля таблицы собранной на пунктах информации (например, при непосредственной фиксации в поле числовых характеристик объектов, при узкоспециализированных исследованиях), в большинстве случаев приходится вести обширный полевой дневник, фиксировать качественные параметры объектов. Кроме того, многие параметры не определяются непосредственно в поле, а требуют дополнительной камеральной обработки, например, проведения химических анализов при геохимических исследованиях или сравнительного визуального анализа с применением ДДЗ при изучении ландшафтов и соответственно в базу данных они будут заноситься не сразу, а постепенно. Все это создает дополнительные сложности при организации доступа к данному типу базовой геоинформации. Решение проблемы полевых дневников видится в использовании на этапе ввода и обработки информации полных текстовых описаний обследованных точек в виде и формате, наиболее удобном для исследователя. Это могут быть обычные текстовые файлы, файлы Microsoft Word, созданные непосредственно на ПК или загруженные с КПК (карманного компьютера). Современные ГИС-оболочки позволяют легко наладить связь между точечными объектами слоя электронной карты и вышеназванными файлами таким образом, чтобы при указании или щелчке по точке запускалось соответствующее приложение (например, Microsoft Word) и вызывался файл описания для данной точки обследования. Таким же образом можно наладить автоматический вызов любых других полевых электронных материалов - фотоснимков, видеофайлов, рисунков, схем, материалов, полученных с любых полевых электронных регистраторов. Технически для этого обычно достаточно создания дополнительного поля в атрибутивной таблице точечного слоя с занесением в нее путей открытия файлов и использования специального инструмента ("Геолинк", "Хотлинк" и т.п.) для интерактивного получения информации в дальнейшем. Постепенно в ходе работы заполняются все новые и новые поля в атрибутивной таблице точек обследования, а информация поступает именно из полевых дневников путем ее переосмысления, отбора, систематизации и формализации. Параллельно в базу первичной геоинформации добавляются результаты различных анализов, математической обработки сырой информации.
Безусловно, есть и другой вариант работы, не предусматривающий ведения полевых дневников в их традиционном виде. Он заключается в предварительной максимальной структуризации и формализации информации, необходимой для решения научной задачи, в целях выработки конкретных количественных характеристик, которые необходимо получить непосредственно в поле. Для трудноизмеряемых свойств геосистем уже на подготовительном этапе исследований вырабатываются системы ранжирований и балльных оценок, а для качественных параметров - системы типов с точным отнесением объектов к тому или иному типу. В дальнейшем все собранные таким образом характеристики точек обследования можно будет вносить непосредственно в базу данных, минуя все промежуточные этапы. Такой подход эффективен и особенный выигрыш он дает при больших объемах работ (тысячи точек обследования), узкоспециализированных, однотипных исследованиях, невысокой квалификации полевиков-исполнителей. Обеспечивается сравнимость, воспроизводимость результатов, легко формируются метаданные, гарантирующие прозрачность методики исследований, значительно ускоряется и упрощается обработка информации. В то же время, такой
"компьютеризированный" подход не дает преимуществ научным организациям или исследователям, ведущим разносторонние по своей тематике, методологии и разномасштабные исследования. Практически не происходит формирования единой научной базы данных, ранее собранные большие объемы информации не могут быть эффективно использованы в новых исследованиях, даже слегка отличающихся по тематике, так как вся "лишняя", избыточная с точки зрения конкретного исследования и компьютерной логики информация отсеяна. По этой же причине нельзя при проведении исследований большого территориального охвата опереться на более локальные работы. Выход, на наш взгляд, как всегда посередине - нужно собирать четко структуризированную информацию, но в большинстве случаев параллельно обеспечивать как можно более подробное ведение полевых дневников, отчетов, что позволит использовать преимущества обоих подходов.
В заключение кратко опишем интерфейс доступа к GPS-данным первого и третьего типов. Наилучший вариант поиска привязочных точек - интерактивная отрисовка и выделение площадного объекта, накрывающего территорию, интересующую исследователя с последующим выводом на карту всех имеющихся на данную территорию точек привязки. Теперь их можно использовать непосредственно для привязки космоснимков и карт в "Mapinfo Professional", или передать в любое другое программное обеспечение для решения тех же задач. Работа с эталонными точками схожа, единственное отличие: включение между выделением интересующего полигона и выводом точек на карту дополнительного этапа показа метаинфор-мации для отбора исследователем того или иного набора эталонных данных, собранных в рамках исследований другой направленности, наиболее соответствующей текущему исследованию. Для решения данных задач было разработано приложение "Поиск GPS-данных", которое позволяет после выбора на инструментальной панели соответствующего инструмента отрисовывать на заранее подготовленной карте область интереса и мгновенно получать метаданные о имеющиеся GPS-информации, отбирать и выводить ее на карту для выполнения стандартных процедур подготовки геоизображений (например для уточнения геопривязки космического снимка) или для аналитических процедур (классификация снимка с обучением по эталонам или автоматическая интерполяция данных случайной выборки геохимического апробирования).
А.В. Абросимов, А.В. Тихонов
Лаборатория геоинформационных исследований и технологий, Курганский государственный университет, г.Курган
ИЗУЧЕНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ВЫМОКАНИЯ ЛЕСОВ ВОСТОЧНЫХ РАЙОНОВ КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ
В статье приводятся результаты исследования антропогенного вымокания мелколиственных лесов Курганской области. Нами была выдвинута гипотеза о влиянии автомобильных дорог на процессы вымокания березовых лесных массивов на территории Курганской области. Эта гипотеза основывается на визуальных наблюдениях на местности, а также на данных дистанционного зондирования Земли в виде многозональных сканерных космических снимков, полученных со спутников Земли. Для подтверждения этой гипотезы были применены соответствующие методики.
40
ВЕСТНИК КГУ, 2005. №4
