CC BY
123
РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ ЗООГЕОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ С ПОМОЩЬЮ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОРНИТОЛОГИИ
Ирина Петровна Кокорина
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры картографии и геоинформатики, e-mail: [email protected]
Предложена методика создания системы карт распределения и запасов боровой дичи в предпромысловый период на базе ГИС-технологий. Разработана структура базы данных и созданы карты трех типов: по выделам, группам выделов карты растительности ЗападноСибирской равнины и группам ландшафтов. С целью получения количественных характеристик обилия использованы методы интерполяции. Создана складная карта предпромыслового обилия боровой дичи.
Ключевые слова: карты распределения, численность, геоинформационное
картографирование, интерполяция.
SCIENTIFIC METHODOLOGICAL PRINCIPLES OF THE ZOOGEOGRAPHICAL MAPS CREATION WITH GIS-TECHNOLOGIES FOR ORNITHOLOGY
Irina P. Kokorina
SSGA, Novosibirsk, senior teacher, department of cartography and geoinformation, e-mail: [email protected]
It is proposed the methodology of creating a series of distribution map and abundance of upland fowl in before hunting period based on GIS-technologies. Developed database structures and created maps of the three types: at the lowest parts of maps, groups of landscapes and the group identified the vegetation map of the Western Siberia. In order to obtain the quantitative characteristics of fullness in the polygons these interpolation methods are used. It is created the folding map of upland fowl in before hunting period.
Key words: distributional maps, population number, geoinformatic mapping, interpolation.
Исследования выполнены по государственному контракту от 05 апреля 2010 г. № 02.740.11.0035 «Разработка инструментальной справочно-
аналитической географической информационной системы» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
При создании зоогеографических карт существует проблема картографирования некоторых животных, в том числе птиц, в результате их подвижности и плохой заметности при учетах. При этом в зоогеографическом картографировании применяют методы экстраполяции биологических данных на необследованные территории.
В Западной Сибири объектом промысловой и спортивной охоты является боровая дичь семейства тетеревиные. Наиболее ценные представители -
тетерев, рябчик и глухарь. В связи с этим актуален вопрос картографирования их распределения и численности.
В существующих методиках зоогеографического картографирования применяется экспертный анализ данных специалистом-предметником. Экспертная оценка предполагаемого обилия птиц по выделам, на которые не получены статистические данные, заключается в уточнении принадлежности необследованных выделов к их ближайшим аналогам, чтобы на картах не оставалось условно необследованных территорий.
Методический цикл картографирования запасов и обилия боровой дичи на Западно-Сибирской равнине в предпромысловый период включает в себя создание системы карт.
При создании карт распределения и запасов охотничьих видов птиц с применением геоинформационных технологий необходим определенный перечень и порядок технологических этапов. Известно, что проектирование баз данных ГИС является одним из важных этапов геоинформационного картографирования. В работе по проектированию баз данных системы карт распределения и запасов боровой дичи в качестве источников тематического содержания использованы статистические материалы из банка данных лаборатории зоологического мониторинга Института систематики и экологии животных СО РАН (г. Новосибирск) по результатам учетов птиц в период с 16 июля по 31 августа 1959-2005 гг. Картографической основой послужила карта «Растительность Западно-Сибирской равнины» масштаба 1:1 500 000. Цифровой вариант карты в формате ГИС МарМо составлен в Центральном сибирском ботаническом саду (ЦСБС) СО РАН.
Для решения поставленных задач в ГИС МарМо создан новый проект карты, в который добавлены следующие слои географической основы: «Растительность Западно-Сибирской равнины», «Гидрография» и «Населенные пункты». В качестве проекции, общей для всех слоев создаваемых карт, выбрана прямая равновеликая коническая проекция.
В ходе работы созданы и добавлены к существующим полям базы данных слоя «Растительность Западно-Сибирской равнины» тематические поля. Также созданы слои легенды и оформления для каждого типа карт.
Следующий этап работы с таблицами базы данных - районирование по выделам карты растительности. В работе использована типологическая схема геоботанической карты Западно-Сибирской равнины. Тип растительности каждого выдела карты отнесен нами к определенной природной зоне, подзоне и группе ландшафтов. В пределах зон и подзон выделены следующие группы ландшафтов: суходольные, внепойменно-болотные и пойм крупных рек.
В процессе редактирования таблицы атрибутов соотнесены номера интервалов и ландшафты. Затем в базу данных внесена информация по обилию и численности птиц. Поля «Зона», «Подзона» и «Группа ландшафтов» заполнены для каждого выдела карты растительности с учетом границ природных зон и подзон. Внесенные значения для целей картографирования объединены по интервалам и в зависимости от того, в какой интервал легенды карты они входят, внесены в поле «Интервал».
По внесенным количественным данным обилия и численности птиц произведено ранжирование по выделам, группам выделов карты растительности или по группам ландшафтов в зависимости от тематики создаваемой карты.
В результате выполненной работы создана система трех типов карт на основе выделения уровней предварительного усреднения данных: по выделам карты растительности; по группам выделов карты растительности; по группам ландшафтов.
В ходе работ по картографированию запасов и распределения охотничьих видов птиц также была решена задача типизации охотничьих угодий ЗападноСибирской равнины и составлена карта на данную территорию. Типизация проведена по результатам классификации территориальных комплексов боровой дичи с помощью кластерного анализа на основе коэффициентов сходства Жаккара для количественных признаков после предварительного усреднения учетных данных по выделам, а потом по группам выделов карты растительности Западно-Сибирской равнины и других специфических усреднений.
Всего созданных карт 17, опубликовано 7 карт.
Последовательность и взаимосвязи между элементами системы карт обилия и запасов боровой дичи показаны на рис. 1.
Масштаб карт 1:10 000 000, компоновка плавающая, проекция прямая равновеликая коническая. Общегеографическая нагрузка карт показана традиционными условными знаками. Тематическое содержание: границы природных зон и подзон показаны пунктирной линией и дополнены индексами; распределение и запасы птиц отражены способом количественного фона. Использовано следующее цветовое оформление: для карт тетерева - оттенки коричневого и синего цветов, глухаря - зеленого, для карт рябчика - оттенки желтого и коричневого цветов. Для цветового оформления карт суммарного обилия и запасов боровой дичи использованы оттенки оливкового цвета.
В ГИС ArcGIS проведено редактирование созданных карт распределения и запасов боровой дичи, так как ArcGIS обладает более широкими, по сравнению с MapInfo, возможностями для составления и оформления карт. Также ArcGIS использовалась для проведения интерполяции и построения моделей поверхностей.
Несколько карт подготовлено к печати офсетным способом. Допечатная подготовка выполнена в графическом редакторе CorelDRAW X4. С использованием цветового справочника 4-Color Pantone Process Guide произведен подбор цветов CMYK. Также создана складная карта «Предпромысловое распределение боровой дичи на Западно-Сибирской равнине» в формате графического редактора CorelDRAW для широкого круга потребителей.
Лицевая сторона складной карты представлена двумя картами: «Типизация охотничьих угодий Западно-Сибирской равнины по обилию боровой дичи в предпромысловый период» и «Природные зоны и подзоны Западно-Сибирской равнины», а также легендами к ним. Масштаб карты «Типизация охотничьих угодий Западно-Сибирской равнины по обилию боровой дичи в
предпромысловый период» равен 1:10 000 000, масштаб карты «Природные зоны и подзоны Западно-Сибирской равнины» - 1:16 000 000. На лицевой стороне складной карты также размещены ботанико-географическое описание ЗападноСибирской равнины и список карт с указанием их названий и масштабов.
Оборотная сторона складной карты представлена тремя картами: «Распределение глухаря на Западно-Сибирской равнине в предпромысловый период», «Распределение рябчика на Западно-Сибирской равнине в
предпромысловый период», «Распределение тетерева на Западно-Сибирской равнине в предпромысловый период» и легендами к ним. Итоговый масштаб трех карт в результате размещения их на листе формата А2 - 1:10 000 000.
Одной из сложностей зоогеографических исследований является невозможность собрать данные на всю изучаемую территорию, так как учет животных затруднен их перемещениями в пространстве. Однако по дискретным данным можно построить непрерывную модель поверхности, интерполирующую полученные значения.
С целью получения количественных характеристик обилия птиц в выделах, где охотничьи птицы обитают, но не были встречены из-за их редкости и скрытности, проведена сравнительная интерполяция на основе карты, созданной по данным эксперта-предметника. Для контроля результатов предлагаемой методики не учитывались некоторые известные значения обилия птиц из таблицы атрибутов.
Для проведения интерполяции использована карта «Предпромысловое распределение тетерева на Западно-Сибирской равнине (по группам ландшафтов)», выполненная на основе цифрового варианта карты «Растительность Западно-Сибирской равнины».
В работе использована ArcGIS 9.2 (ArcInfo) с применением аналитических модулей Spatial Analyst и Geostatistical Analyst по следующим методам интерполяции: сплайн, скользящее среднее значение, кригинг. Для создания поверхностей в ГИС MapInfo применены следующие инструменты интерполяции: IDW-интерполяция, TIN-интерполяция, построение полигонов Вороного.
В результате проведения интерполяции создано 6 моделей поверхностей. Достоверность полученных поверхностей оценена путем сравнения вариантов моделей с картой, где интерполяция проведена экспертами-предметниками, путем наложения сетки с узлами интерполяции. Из шести предложенных способов интерполяции наилучший результат был получен с применением кригинга.
Результаты работы могут быть использованы для создания экспертной системы. Применение данных и правил вывода, а также привлечение эксперта позволят повысить точность результатов интерполяции.
Рис. 1. Система карт распределения и запасов боровой дичи в предпромысловый период на Западно-Сибирской равнине
1. Кокорина, И.П. Опыт использования геоинформационных технологий при картографическом отображении численности и распределения глухаря на ЗападноСибирской равнине [Текст] / И.П. Кокорина, Ю.С. Равкин // Вестник Томского государственного университета. Биология. - 2010. - № 4 (12). - С. 54-59.
2. Равкин, Ю.С. Картографическое отображение распределения тетерева и рябчика на Западно-Сибирской равнине [Текст] / Ю.С. Равкин, И.П. Кокорина // Сибирский экологический журнал. - 2011. - Т. 18. № 4. Сибирский экологический журнал. - 2011. - Т. 18. № 4. - С. 527-533.
3. Кокорина, И.П. Картографическое обеспечение зоогеографических исследований на базе ГИС-технологий [Текст] / И.П. Кокорина // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 5. - С. 64-68.
4. Равкин, Ю.С. Опыт типизации и картографирования охотничьих угодий по обилию боровой дичи [Текст] / Ю.С. Равкин, И.П. Кокорина, И.Н. Богомолова // Птицы Сибири: структура и динамика фауны, населения и популяций (Труды института систематики и экологии животных СО РАН, вып. 47) / Ред. Л.Г. Вартапетов. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2011. - С. 251-258.
© И.П. Кокорина, 2012
