Применение геоинформационных систем в геоэкологических исследованиях

Введение

Почти вся информация в сферах геоэкологии и природопользования является пространственно-координированной, т.е. имеющей географическую привязку. Поэтому любой специалист в этих областях вынужден применять в своей работе геоинформационные системы как для визуализации данных, т.е. создания электронных карт, так и выполнения различных видов пространственного анализа данных, хранения первичной информации, проведения экспертиз и подготовки принятия управленческих решений. Кроме того, геоинформационные системы могут включать в себя информационно-измерительные блоки. В этом случае возможна визуализация результатов постоянного мониторинга окружающей среды в режиме реального времени. Также геоинформационные системы могут служить источниками данных для компьютерных моделей распространения загрязняющих веществ в окружающей среде и моделей функционирования экологических систем. Результаты компьютерного моделирования также могут представляться на электронных картах геоинформационных систем. Разумеется, геоинформационные системы востребованы всеми науками о Земле, включая океанологию, гидрологию и метеорологию.

В пособии подробно изложена методика практической работы в среде ГИС ArcView 3.2, которая предназначена для локальной работы на отдельном компьютере. Поэтому данное пособие является первой частью учебно-методического пособия, посвященного использованию программных продуктов фирмы ESRI (Environmental systems research institute – «Институт исследований систем окружающей среды») в сфере геоэкологии и природопользования. Подготавливаемая к печати вторая часть пособия посвящена использованию программного пакета ArcGIS, который предоставляет широкие возможности работы с информацией, распределённой в глобальных компьютерных сетях. Поэтому в данном пособии не рассматриваются три последние темы программы дисциплины «Геоинформационные системы», посвященные работе в среде ArcGIS.

Пособие позволяет сделать в работе с ГИС ArcView 3.2 первые шаги, однако шаги достаточно уверенные для применения полученных навыков при оформлении курсовых, бакалаврских выпускных и дипломных работ. В пособии обобщен опыт преподавания курса ГИС и проведения практических занятий на факультете экологии и физики природной среды РГГМУ и факультете географии и геоэкологии СПбГУ. Оно может служить как руководством для выполнения практических занятий в компьютерном классе, так и самоучителем для изучения ArcView 3.2. Задания составлены таким образом, что все необходимые данные находятся в папке ESRI того диска компьютера, на котором установлена ГИС ArcView 3.2. В начале каждой темы пособия приводится разъяснение рассматриваемых вопросов, а после изложения задания – подробные указания по его выполнению. Если задания однотипны, то в последующих заданиях разъясняется только их специфика по отношению к предыдущему заданию. Начиная со 2-ой темы пособия, в большинстве случаев даются общие указания для групп заданий. Если какой-то вопрос подробно рассмотрен, например, в указаниях к первой теме пособия, то в последующих темах этот вопрос не освещается: предполагается последовательная проработка тем и заданий пособия. Поэтому при возникновении вопроса сначала следует внимательно прочитать пособие с самого начала – Вы обязательно отыщете ответ на Ваш вопрос. Помните, что многие последующие задания включают в себя элементы предыдущих заданий. Поэтому выполнение последующих заданий фактически включает в себя повторение уже проработанных тем.

При работе в компьютерном классе перед началом занятий необходимо создать на сетевом диске папку каждой группы, в которой каждый студент создает свою папку для хранения своих работ, а внутри неё – папки для результатов отдельных практических занятий, например: «Задание 1», «Задание 2» и т.п. Во избежание потери информации не следует сохранять информацию вне личных папок и изменять что-либо в чужих папках.

Очевидно, что специалист по направлениям геоэкологии и природопользования должен уметь представлять результаты исследований с помощью картографических материалов. Тема 1 пособия знакомит читателя с возможностями создания и редактирования электронных карт, их легенд, построения запросов по семантическим характеристикам, т.е. использования ГИС в качестве информационно-справочной системы. Объекты окружающей среды характеризуются большим количеством параметров. Вторая тема пособия «Работа с семантическими характеристиками» даёт навыки определения или расчёта новых показателей по значениям существующих, статистических характеристик, а также выполнения картометрических операций. Для оценки экологического состояния городских территорий полезны навыки геокодирования (тема 3) – локализации объектов по их почтовым адресам. Одно из преимуществ электронных карт по сравнению с бумажными заключается в широчайших возможностях создания новых пространственных объектов на основе уже существующих с наследованием семантики «родительских» объектов. Этому направлению использования ГИС посвящены темы 4 и 5 пособия: выполнению пространственных операций и созданию буферных зон (например, водоохранных). При выполнении геоэкологических исследований часто бывает необходимо поместить на карте точки отбора проб, измерений и тому подобных мест выполнения полевых исследований. Этому посвящена шестая тема пособия, предоставляющая методику нанесения на электронные карты точечных объектов по их координатам. Также часто для визуализации или анализа экологической информации требуется выполнить связывание или соединение реляционных таблиц (тема 7). Типовая задача геоэкологических исследований – пространственная интерполяция результатов полевых исследований и анализ полученных пространственных полей. Этим вопросам посвящены темы 8 и 9, предоставляющие методики создания гридов – прямоугольных матриц числовых значений и их пространственного анализа. При экологических исследованиях линейных объектов и сетей: рек, дорог, трубопроводов, линий электропередач часто возникает необходимость локализации объектов по расстоянию до них от начала или определённого места какого-либо линейного объекта. Методика подобной локализации рассматривается в теме 10. Для лучшего представления результатов геоэкологических исследований бывает полезным применение диаграмм – навыки их создания в среде ГИС можно получить в результате проработки темы 11. В ГИС возможно внедрение мультимедийных элементов, что полезно для представления данных исследований и при использовании ГИС в качестве учебно-информационных компьютерных систем (тема 12). Очень часто при исследованиях в областях геоэкологии и природопользования возникает необходимость географической привязки растрового слоя: отсканированного изображения бумажной карты или спутникового снимка. В теме 13 пособия подробно рассматривается методика привязки отсканированных изображений топографических карт. Темы 14 и 15 посвящены выполнению картометрических операций и созданию векторных объектов с помощью компьютерных программ на языке Avenue. В теме 16 рассматриваются возможности пользовательской настройки интерфейса ГИС ArcView 3.2.