CC BY
204
УДК 004.9:332.3:528.9(571.13) ГРНТИ 39.19.27
Е.В. Коцур, М.Н. Веселова
ПРИМЕНЕНИЕ ГИС MAPINFO PROFESSIONAL ПРИ СОЗДАНИИ КАРТЫ АГРОЛАНДШАФТОВ (НА ПРИМЕРЕ ПАВЛОГРАДСКОГО
РАЙОНА ОМСКОЙ ОБЛАСТИ)
Представлена методика создания карты агроландшафтов в программе MapInfo Professional. Актуальность создания карт агроландшафтов предопределила необходимость совершенствования методик рационализации землеустройства на ландшафтно-экологической основе. Основное назначение карты агроландшафтов - изучение их морфологической структуры. Имея карту агроландшафтов в электронном виде, удобно последующее изучение территории путем наложения информационных слоев на единую картографическую основу с использованием современных компьютерных продуктов. Из множества инструментальных ГИС настольного типа в нашей стране MapInfo Professional - наиболее распространена и удобна для создания картографического материала. Можно выделить пять этапов создания электронных тематических карт в данной программе: первый - преобразование исходных графических материалов в растровую форму; второй - преобразование растрового изображения в цифровую векторную форму; третий - обработка цифрового графического изображения; четвертый - за-рамочное оформление карты; пятый этап - вывод карты на печать. В статье пошагово рассмотрены все этапы создания карты агроландшафтов на примере территории Павлоградского района Омской области. За основу для ее создания взята почвенная карта Павлоградского района. На карте агроландшаф-тов показаны местоположение каждого его вида; воспроизводство структуры антропогенных территориальных комплексов, отражена морфологическая структура агроландшафтов. Карта служит основой для разработки схем эколого-хозяйственного зонирования и схем совершенствования использования агроландшафтов. Ее применяют при оценке сельскохозяйственных земель, решении прикладных мелиоративных задач, проведении землеустроительных, лесоустроительных и инвентаризационных работ актуально. Использование ГИС-технологий способствует сокращению времени проведения данных работ и улучшению качества результатов.
Ключевые слова: ландшафтно-экологический подход, агроландшафты, почвенные разности, карта агроландшафтов, ГИС-технологии, MapInfo Professional, растровое изображение, слой (таблица), векторизация (оцифровка).
E.V. Kotsur, M.N. Veselova
MAPINFO PROFESSIONAL USE GIS TO CREATE MAPS AGROLANDSCAPES (AS AN EXAMPLE PAVLOGRADSKY DISTRICT OF OMSK REGION)
The technique of creating maps of agricultural landscapes using the MapInfo Professional program is presented. The importance of creating agricultural landscapes maps has predetermined the need to improve methods of rationalization of land management on the landscape-ecological basis. The main purpose of agricultural landscapes maps is the study of the morphological structure of agricultural landscapes. With an agricultural landscapes map in electronic form it is more convenient to carry out the subsequent study of the territory by superimposing layers of information on a single cartographic base with modern computer products. MapInfo Professional is the most common and convenient for creating cartographic material of many GIS desktop tools popular in our country. There are five stages of creation of electronic thematic maps in this program: the first stage is the transformation of basic graphical data in raster graphic form; the second stage -transformation of raster images into digital vector form; third stage -processing of digital images; fourth stage - marginal representation; fifth stage - printing maps. This article considers stepwise all the stages of creation of agricultural landscapes maps on an example of territory of Pavlogradsky district of Omsk region. The basis for creating maps was derived from the soil map of Pavlogradsky district of Omsk region. The map shows the location of each type of agricultural landscapes. This map serves as a visual reproduction of the structure of anthropogenic territorial complexes, reflects the morphological structure of agricultural landscapes and serves as a basis for the development of ecological and economic zoning schemes and improving the use of
© Коцур Е.В., Веселова М.Н., 2016
agricultural land. Thus, the use of maps of agricultural landscapes for evaluation of agricultural land reclamation, solving applied problems of land management, forest management and inventory work with the use of GIS technology helps to reduce the time of these works and to improve the quality of the results.
Keywords: landscape-environmental approach, agricultural landscapes, soil phases, map agricultural landscapes, GIS technology, MapInfo Professional, raster image, layer (table), vectorization (digitization).
Введение
Необходимость совершенствования методик рационализации землеустройства на ланд-шафтно-экологической основе предопределила актуальность создания карты агроландшафтов, в соответствии с которой проводят оценку и учет ландшафтно-экологического состояния земель сельскохозяйственного назначения и разработки различных картограмм для анализа экологического состояния земель, как итог - схем ландшафтно-экологического и эколого-хозяйственного зонирования.
На карте агроландшафтов наглядно воспроизведена структура антропогенных территориальных комплексов, отражена морфологическая структура агроландшафтов, ее можно брать за основу для проведения разных видов типизации и районирования земель. Основное ее назначение - изучение морфологической структуры агроландшафтов. В связи с этим работы по оценке сельскохозяйственных земель необходимо сопровождать составлением агроландшафтных карт в комплекте с другими специализированными, дающими возможность учета в комплексе особенностей ландшафтно-экологических и пространственно-технологических условий исследуемой территории [1].
В основу рационализации землепользования положен ландшафтно-экологический подход, который может быть реализован при создании ландшафтно-экологической информационной базы [1]. Создать такую базу, привязанную к цифровым картам, можно с помощью ГИС-технологий.
ГИС позволяют решать большой объем задач по изучению ландшафтно-экологических условий, организации территории на этой основе с конкретной привязкой к первичным ландшафтным выделам, ареалам проявления различных ландшафтно-экологических процессов, выраженных в экологическом состоянии [1]. ГИС-технологии дают возможность анализировать обширные пространственные и тематические информационные базы, необходимые при переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию.
Имея карту агроландшафтов в электронном виде удобно проводить последующее изучение территории при наложении информационных слоев на единую картографическую основу с использованием современных компьютерных продуктов.
Объекты и методы
Одной из наиболее распространенных в нашей стране инструментальных ГИС настольного типа является MapInfo Professional, позволяющая создавать пространственные объекты путем ввода координат с клавиатуры, оцифровкой по растровому изображению, вводом информации с GPS-приёмника и других геодезических приборов, а также импортом графических данных из других ГИС. Кроме того, в MapInfo можно просматривать и обрабатывать графические изображения, ставлять и редактировать карты, строить графики и диаграммы, работать с базами данных, осуществлять поиск по запросу и многое другое. MapInfo Professional имеет достаточно хорошо продуманный интерфейс, оптимизированный набор функций для пользователя, удобную и понятную концепцию работы как с картографическими, так и с семантическими данными [2]. Для создания карты агроландшафтов Павлоградского района Омской области была выбрана именно эта программа.
Можно выделить пять этапов создания электронных тематических карт:
- первый: преобразование исходных графических материалов в растровую форму;
- второй: преобразование растрового изображения в цифровую векторную форму;
- третий: обработка цифрового графического изображения;
- четвертый: зарамочное оформление карты;
- пятый: вывод карты на печать.
Результаты исследований
Для создания карты агроландшафтов взята почвенная карта Павлоградского района Омской области, выполненная в ЗапСибГипроземе в 1981 г. на основе полевого обследования от 1977 г. в масштабе 1 : 100 000 на бумажном носителе. В программе MapInfo с помощью сканера она переведена в электронный цифровой вид. Результатом проделанной работы является изображение почвенной карты в виде растровой (поточечной) картинки, сохраненной в формате TIFF. Это первый этап создания тематической карты. Второй этап - регистрация растрового изображения в программе MapInfo. Для этого указывают географические координаты предварительно определенных контрольных точек; их должно быть не менее трех, не лежащих на одной прямой. Перед началом привязки следует установить вид проекции карты (план-схема, метры). Регистрацию проводят в диалоговом окне «Регистрация изображения» (рис. 1). Изображение регистрируют один раз, после программа автоматически вычисляет географические координаты для каждого пикселя на растре, это позволяет в дальнейшем узнавать координаты, рассчитывать длину, периметр и площадь разных векторных объектов, осуществлять геокодирование и проводить иные аналитические операции [2]. Для более точной привязки, исключающей искажение изображения, перед сканированием на основу с помощью линейки Дробы-шева нанесена реперная сетка (точки) с шагом, зависящим от масштаба регистрируемой карты. Нанесение репер-ных точек возможно и после сканирования с помощью компьютерных программ.
В начале третьего этапа для дальнейшего перевода растрового формата графических данных в векторный (векторизация) необходимо создать
Рис. 1. Регистрация изображения
набор слоев. Можно представлять слои как прозрачные пленки, лежащие друг на друге. Каждый содержит разные виды информации: области, точки, линии, тексты; все вместе они составляют карту. Слой векторной карты Мар1п£э иначе называют таблицей.
Для создания нового слоя, в который будет нанесена векторная графическая информация, следует:
1. Выполнить команду Файл ^ Новая таблица.
2. В открывшемся диалоговом окне поставить «галочки» в нужных опциях; установить флажки для показа нового буфера:
- показать Списком - только в новом окне Списка;
- показать Картой - только в новом окне Карты;
- добавить к Карте - в окне Карты (рис. 2).
3. В появившемся окне структуры новой таблицы (слоя) ввести название первого поля таблицы; сформировать структуру базы данных таблицы, введя тип поля (колонки); в строке /Знаков/ поставить количество символов, которое можно внести в строку поля (колонки) таблицы; количество полей (колонок), используя кнопки /Добавить поле/ или /Удалить поле/; проверить проекцию карты /Проекция/ (рис. 3).
Нажмите кнопку /Создать/ и в появившемся окне введите название слоя и нажмите /Сохранить/.
Мар1пйэ не понимает пробелов, знаков пунктуации, цифр в начале названия слоя. Вместо этого используется нижний дефис. Кроме названия слоя, необходимо поставить масштаб карты и проверить проекцию. По умолчанию ставится проекция, которой был привязан векторизуемый растр.
При необходимости возможно изменить таблицу (слой). Для этого следует выполнить действия: Таблица ^ Изменить и в появившемся меню выбрать нужную операцию. Настраивать каждый слой в отдельности, добавлять новые слои, перемещать или удалять существующие, а также изменять режимы их отображения можно в диалоговом окне «Управление слоями».
Рис. 2. Диалоговое окно «Новая таблица»
Отмена | Справка |
Рис. 3. Диалоговое окно «Создать структуру таблицы»
На данном этапе карта готова к векторизации (оцифровке), нанесению поверх растровых объектов аналогичных векторных. В Мар1пйэ векторизация происходит в ручном режиме ломаной линией /полилинией/, площадных объектов (у которых ширина выражена в масштабе) -многоугольником /полигоном/, символьных объектов /символами/.
Перед оцифровкой необходимо открыть диалоговое окно «Стиль области» (для площадных объектов) или «Стиль линии» (для линейных объектов), или «Стиль символа» (для символьных объектов) и задать все необходимые атрибуты для создаваемого объекта (цвет, рисунок, толщину стиль т.д.).
Для формирования карты агроландшафтов Павлоградского района Омской области созданы слои: Почвенные разности, Угодья, Полевые агроландшафты, Кормовые агроландшаф-ты, Ситуация, Границы; каждый несет необходимую информацию. Набор слоев и занесенная на них информация могут быть разными, это не влияет на качество карты.
Слой «Почвенные разности» состоит из одного поля «Название», содержит 99 оцифрованных объектов (почвенных разностей). Их векторизация проведена инструментом «Полигон» с заданным стилем: без рисунка, граница - сплошная линия, толщиной 2 пикселя, с занесением в атрибутивную базу данных (семантику) названия каждой почвенной разницы.
В слое «Угодья» - одно поле «Название». В данном слое оцифрованы все сельскохозяйственные угодья. Произведена оцифровка инструментом «Полигон» с заданным стилем: без рисунка, граница - сплошная линия толщиной 2 пикселя, с занесением в атрибутивную базу данных (семантику) названия угодий (пашня, сенокос, пастбище).
Слой «Ситуация» состоит из одного поля «Название», в нем оцифрованы леса, водные объекты и населенные пункты. Проведена оцифровка объектов инструментом «Полигон» с заданным стилем: рисунок - D2, цвет - по выбору, граница - сплошная линия толщиной 2 пикселя, с занесением в атрибутивную базу данных (семантику) названия угодий.
Границы смежных земельных участков и геоморфологических зон оцифрованы инструментом «Полилиния» в слое «Границы». Слой создан с одним полем по умолчанию, так как нет необходимости в занесении информации по данным объектам в базу данных.
Для последующей работы созданы еще два слоя: «Полевые агроландшафты», «Кормовые агроландшафты».
Во время работы необходимо постоянно сохранять изменения в таблицах. При нескольких таблицах создаются Рабочие Наборы, позволяющие открывать сразу все ранее созданные карты, а не каждый файл вручную отдельно. Рабочий набор «Карта агроландшафтов» создан из
образованных шести слоев: Почвенные разности, Угодья, Ситуация, Границы, Полевые агро-ландшафты, Кормовые агроландшафты.
Перед началом обработки цифрового графического изображения (третий этап) проведен анализ экспликации почвенной карты и технического отчета к ней. В ходе анализа, применяя метод обобщения, близкие почвенные разности объединили, взяв за основу условия залегания по рельефу, развели по видам агроландшафтов.
Для более удобного нахождения из 99 почвенных разностей тех, которые нужно объединить, их отсортировали по алфавиту с помощью команды «Выборка». В семантику вновь образованных объектов в поле «Название» занесли названия агроландшафтов. Например: «равнинные на лугово-черноземных почвах» или «западинные на солодях лугово-степных». На карте агроландшафтов Павлоградского района Омской области выделено их 36 видов. Затем все выделенные виды разделили на полевые и лугово-пастбищные, то есть равнинные на лугово-черноземных почвах агроландшафты могут быть и полевыми, и лугово-пастбищными. Для этого, начиная с первого вида агроландшафта, поэтапно выделяли каждый объект, если он накладывался на кормовые угодья, оцифровывали его по границам угодий и его собственным границам. После оцифровки полученный объект вырезан из основного объекта с помощью команды «Удалить часть» (Выбрать объект, из которого удаляется часть ^ Объекты ^ Выбрать изменяемый объект ^ с кнопкой «Ctrl» выбрать удаляемую часть ^ Объекты ^ Удалить часть).
Заключительный момент третьего этапа - окраска всех полученных видов агроландшафтов, полевых и лугово-пастбищных, - в цвета (рис. 4). В результате на «Карте агроландшафтов Павлоградского района Омской области» выделены полевые и лугово-пастбищные агроландшафты (31 - в каждом) [3].
Рис. 4. Карта агроландшафтов Павлоградского района Омской области
Четвертый этап включает формирование отчета и зарамочное оформление карты. Для этого в окне «Карта» необходимо выполнить действия:
- выключить (сделать невидимым) слой Растр;
- привести все слои в надлежащий вид таким образом, чтобы все объекты находились на своих слоях, не было бы наложений и перекрытий между объектами;
- разместить Карту так, чтобы в главном окне (на мониторе) была видна полностью вся карта (со всеми объектами);
- сформировать новый отчет: Главное меню ^ Окно ^ Новый Отчет.
После создания Нового Отчета необходимо внутреннее оформление карты: создание ее легенды (условные обозначения); написание надписей (вверху - название карты, внизу -масштаб); вычерчивание розы ветров и рамок (внутренней и внешней).
Заключительным этапом (пятым) является вывод карты на печать.
В итоге после оценки структуры агроландшафтов Павлоградского района Омской области разработана карта агроландшафтов, на которой показано местоположение каждого вида (рис. 4). На ней воспроизведена структура антропогенных территориальных комплексов, отражена морфологическая структура агроландшафтов. Карта послужит основой для разработки «Схемы эколого-хозяйственного зонирования агроландшафтов Павлоградского района Омской области» и «Схемы совершенствования использования агроландшафтов Павлоградского района Омской области».
Заключение
При использовании ландшафтных карт также могут решаться прикладные мелиоративные задачи, повышаться оперативность и точность проведения лесоустроительных и инвентаризационных работ с помощью наложения на них различных тематических карт (почвенных, геоботанических, карт мелиоративного состояния ЗЛН и т.д.) [2].
За основу для проведения научных исследований карту агроландшафтов берут многие ученые. Например, оценка агроландшафтов лесостепи Новосибирского Приобья в пределах ключевого участка с применением электронной картографии проведена С.Ю. Капустянчик и Н.И. Добротворской. Основой проведенного мониторинга сельскохозяйственных земель является электронная карта агроландшафтов с банком данных. Проведенная на ее базе типизация агроландшафтов позволила оценить экологическое состояние и использование сельскохозяйственных земель [4].
Оценку антропогенной нагрузки на агроландшафты волгоградского Заволжья осуществляли на основе сопряжённого анализа космоснимков высокого разрешения, находящихся в свободном доступе в сети Интернет, ландшафтной карты и показателя антропогенной изменённо-сти земель академик РАН К.Н. Кулик, аспирант Н.А. Ткаченко, кандидат сельскохозяйственных наук А.В. Кошелев. Полученные ими материалы с использованием ГИС-технологий дают возможность решить проблему оперативной, экономичной и достоверной оценки антропогенной нагрузки на агроландшафты Заволжья и могут стать основой для разработки региональных и детальных локальных крупномасштабных проектов адаптивно-ландшафтного агролесомелиоративного обустройства исследуемого региона [5].
Все сказанное позволяет сделать вывод о том, что применение карты агроландшафтов для оценки сельскохозяйственных земель, решения прикладных мелиоративных задач, проведения землеустроительных, лесоустроительных и инвентаризационных работ в настоящее время актуально, а применение при этом ГИС-технологий способствует сокращению времени их проведения и качеству полученных результатов.
Список литературы
References
1. Кочергина, З.Ф. Ландшафтно-экологические основы рационализации землепользования (на материалах лесостепной зоны Омской области) : монография / З.Ф. Кочергина. - Омск : Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2007. - 224 с.
2. Методика применения ГИС МарШо в агролесомелиоративном картографировании / А.С. Рулев, О.Ю. Кошелева, О.В. Рулева, // Изв. Нижневолж. агроунивер-ситетского комплекса. - 2013. - № 2 (30). - С. 8-13.
1. Kochergina, Z.F. Landscape-ecological basis of land use efficiency (according to the material of forest-steppe lone of the Omsk region): monograph / Z.F. Kochergina. -Omsk: Izd-vo OSAU, 2007. - 224 p.
2. Rulev, A.S. Method of GIS Maplnfo usage in ag-roforestry reclamation mapping / A.S. Rulev, O.Yu. Kosheleva, O.V. Ruleva // Izvestiya of Nizh-nevolzhskogo agrouniversity complex. - 2003. - № 2 (30). - P. 8-13.
3. Коцур, Е.В. Эколого-хозяйственное зонирование агроландшафтов Павлоградского района Омской области / Е.В. Коцур, В.Н. Веселова // Ом. науч. вестн. - ОмГТУ, декабрь, 2015. - С. 186-190.
4. Капустянчик, С.Ю. Мониторинг сельскохозяйственных земель с использованием электронной картографии / С.Ю. Капустянчик, Н.И. Добротворская // ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРЬ. - 2015. - Т. 4, № 2. -С. 211-215.
5. Кулик, К.Н. Использование ГИС-технологий при оценке антропогенной нагрузки на агроландшафты волгоградского Заволжья / К.Н. Кулик, Н.А. Ткаченко, А.В. Кошелев // Изв. Оренбург. гос. аграр. ун-та. -Оренбург, 2015. - № 2 (52). - С. 161-163.
Коцур Елена Вильевна, старший преподаватель кафедры землеустройства, Омский ГАУ, [email protected]; Веселова Марина Николаевна, кандидат с.-х. наук, доцент, Омский ГАУ.
3. Kotsur, E.V. Ecology-economic zoning of agrolandscape of Pavlograd district of the Omsk region / E.V. Kotsur, M.N. Veselova // Omsk. scientific vestn. -December, 2015. - P. 186-190.
4. Kapustyanchic, S.Yu. Monitoring of agricultural land using electronic mapping / S.Yu. Kapustyanchic, N.I. Dobrotvorskaya // Interexpo GEO-SIBIR. - 2015. -№ 2 (Tom 4). - P. 211-215.
5. Kulik, K.N. Usage of GIS-technology during the assessment of anthropological loading on agrolandscapes of Volgogradsky Zavolzhjya / K.N. Kulik, N.A. Tkachenko, A.V. Koshelev // Izv. of the Orenburgsky State Agrarian University. - Orenburg, 2015. -№ 2 (52). - P. 161-163.
Kotsur Elena Vilevna, Senior Lecturer; [email protected], Veselova Marina Nikolaevna, Candidate of Agricultural Sciences, Docent Professor, OmSAU.
Статья поступила в редакцию 21 февраля 2016 г.
УДК 69.034.96 ГРНТИ 37.27.29
В.И. Сологаев, О.А. Парфентьев
О МОНИТОРИНГЕ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ ГОРОДОВ И СЕЛЬСКИХ ПОСЕЛЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ ПЯТИЭТАЖНОГО КИРПИЧНОГО ЗДАНИЯ
Предметом рассмотрения стало подтопление подземными водами пятиэтажного кирпичного здания и прилегающей территории. Проведены инженерно-геологические и инженерно-геофизические изыскания, обмерные работы и обследования. По результатам измерений уровня грунтовых вод и мощности водоносного горизонта составлены карты гидроизогипс и изопахит мощности первого от поверхности водоносного горизонта, на которых отражено направление движения грунтовых вод. Предложен новый термин «изопахиты», под которым понимается мощность водонасыщенного слоя техногенного водоносного горизонта, формирующегося на территории города или сельского поселения в условиях подтопления подземными водами. Предложена методика мониторинга для решения проблемы подтопления, предусматривающая составление системы из двух уравнений с двумя неизвестными k и л Решая полученную систему, можно найти искомые фильтрационные параметры. Их достоверно полученные величины позволят обоснованно запроектировать защитный дренаж.
Ключевые слова: подтопление, мониторинг, город, село, изыскания, бурение, дренаж, коэффициент фильтрации, коэффициента недостатка насыщения грунта.
V.I. Sologaev, O.A. Parfentyev
ON THE MONITORING OF UNDERFLOODING OF CITIES AND RURAL SETTLEMENTS ON THE EXAMPLE OF A FIVE-FLOOR BRICK BUILDING
Flooding by underground waters of a five-floor brick building and the adjacent territory became a subject for consideration. Engineering-geological and engineering and geophysical researches, measurement works and inspections were carried out. Using the results of measurements of level of ground waters and magnitude of water body maps of hydroisobaths and isopachytes of the magnitudes of the first and the second water bodies were
© СологаевВ.И., Парфентьев О.А., 2016
