CC BY
780
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ СОЗДАНИЯ ПОЧВЕННЫХ КАРТ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ
Ярослава Георгиевна Пошивайло
Сибирская государственная геодезическая академия, Россия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры картографии и геоинформатики, тел.(383) 361-06-35, e-mail: [email protected]
Инна Петровна Каретина
Научно-производственный центр «Грид», Казахстан, 070004, г. Усть-Каменогорск, ул. Казахстан, 27, офис 101, заместитель директора по вопросам науки и перспективного развития, аспирант кафедры картографии и геоинформатики СГГА, тел. (7232) 21-61-32, email: [email protected]
В статье рассматриваются возможности и предпосылки моделирования цифровой почвенной карты-реконструкции населенных пунктов. Предлагается технология воссоздания почвенной карты городских территорий.
Ключевые слова: почвенное картографирование, почвенная карта, цифровая модель, реконструкция.
THE IMPROVEMENT OF THE METHODS TO CREATE SOIL MAPS OF SETTLEMENTS
Yaroslava G. Poshivajlo
Siberian State Academy of Geodesy, Russia, 630108, Novosibirsk, Plahotnogo st., 10, Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department of cartography and geoinformatics, phone: (383) 361-06-35, e-mail: [email protected]
Inna P. Karetina
Research and production center «Grid», Kazakhstan, 070004, Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan st., 27, office 101, scientific and development director, post graduate student, department of cartography and geoinformatics SSGA, phone: (7232) 21-61-32, e-mail: [email protected]
The opportunities and conditions of modeling the digital soil map-reconstruction of settlements are considered. The authors propose methods for reconstruction of soil maps for city territories.
Key word: soil mapping, soil map, digital model, reconstruction.
Картография почв - наука о почвенных картах, методах их создания, их содержании, оформлении и использовании. При картографировании почв выполняется совокупность вполне определенных действий, которые можно выстроить в следующей последовательности:
- Съемка на местности;
- Иерархизация информации с группировкой почв-образов в классы (в статистическом смысле термина) и разработка легенды к ним;
- Отображение границ между различными картографическими единицами;
- Графическое уменьшение карты до масштаба публикации;
- Редактирование примечаний [1 ].
Почвенная съемка всегда являлась наиболее информативным и целенаправленным методом при характеристике почвенного покрова, состава слагающих его компонентов, свойств и перспектив использования. В практике почвенно-картографических исследований существует несколько видов почвенной съемки, из которых каждая имеет свое целевое назначение и свои методы исследования [2].
Обычно полевые обследования и картографирование почв складываются из общего маршрутного знакомства с территорией, полевого изучения почв, заложения и описания почвенных разрезов, взятия почвенных образцов для последующих исследований, выделения почвенных контуров, сбора сведений об использовании почв, оформления полевой почвенной карты [3].
Таким образом, главным методом диагностирования почв в полевых условиях является почвенно-профильный метод. Закладывая почвенные разрезы на определенную глубину, мы получаем представление о принадлежности данного почвенного индивидуума к определенной классификационной единице [2].
Переход к цифровым методам и электронным картам позволил автоматизировать последующие этапы почвенного картографирования, а развитие почвенных информационных систем третьего поколения - сетевых -связанных с использованием связки реляционных баз данных, ГИС-методов и возможностей глобальной сети Интернет - создать региональные цифровые модели почв. Так, были разработаны международная SOTER, европейская EUROPEAN SOIL DATABASE, австралийская ASRIS, канадская CANSYS, -цифровые модели почв. Связанные с моделями климатических изменений и изменений поверхности Земли, они позволяют почвоведам моделировать почвы и почвенные процессы, принимать оперативные решения об изменении систем землепользования, контролировать и предсказывать результаты воздействия человека на окружающую среду. [4].
В России работы, посвященные вопросам стандартизации, кодирования показателей свойств почв, направленные на разработку унифицированной почвенной терминологии, связаны с именами Рожкова, Корнблюма, Михайлова. Многие работы Столбового посвящены вопросам создания почвенногеографических баз данных, в том числе международного уровня. В Почвенном институте им. В.В. Докучаева под руководством В. А. Рожкова были созданы первые почвенные информационные системы - АИПС “Подзол”; “Арарат”; “АИС Мерон” [5].
Почвенно-информационная ГИС «Почвы России», создаваемая в лаборатории почвенной информатики Почвенного института им. В.В. Докучаева, содержит серию цифровых карт, находящих широкое применение в тематической картографии [6].
Специфика цифрового почвенного картографирования заключается в использовании возможностей современных технологий для пространственного количественного анализа почвенного покрова на разных этапах исследования: при сборе первичной информации (GPS, полевые сканеры); цифровые модели рельефа, материалы ДЗЗ - как источники цифровой информации о факторах среды; ГИС, геостатистика, математические и статистические модели - для унифицированного хранения информации и обработки данных [7].
Почва как объект моделирования, характеризуется следующими особенностями: высокая сложность и иерархичность строения, незамкнутость, полифакторность внешней среды, целостность, динамичность,
нестационарность, инерционность, нелинейность [8].
Для описания почв используются различные наборы данных, которые могут быть применены для создания качественных, количественных, одномерных линейных, плоских двумерных, объемных трехмерных и временных цифровых моделей почв [4].
Очень часто модели строят с целью прогнозирования последствий тех или иных антропогенных воздействий на изучаемые системы. Поскольку такие системы как почва обладают случайными входами (например, погода) которые не всегда могут быть предсказаны, в почвоведении целесообразно строить модели не столько для получения точных детальных прогнозов, сколько для нахождения оценок, позволяющих видеть допустимые границы антропогенных воздействий, и определения тенденций развития почвообразовательного процесса [8].
Изменяя параметры в уравнениях, фиксирующих внутренние связи в системе, а также ее граничные условия (внешнее воздействие), в ходе численных экспериментов с моделью удается получить данные о роли того или иного фактора в функционировании системы и осуществить прогноз или реконструкцию ее поведения. В подавляющем большинстве работ по моделированию динамики свойств почвы используется именно такой подход с конечным результатом в виде конкретных зависимостей исследуемых свойств от переменных времени и пространства [9].
По степени антропогенной измененности выделяют ряд почв: неизмененные, почвы вырубок, пастбищ, пахотные, придорожные, почвы древних поселений, сельских поселений, промышленных территорий и городов. Антропогенные процессы в почвах этого ряда обусловлены характером и длительностью воздействия, а также условиями географической среды.
Почвы и культурный слой городов, особенно древних, являются примером почвенных систем, наиболее трансформированных антропогенными воздействиями. Основные отличия городских почв от природных обусловлены интенсивным накоплением антропогенных отложений (культурного слоя) особого состава и строения.
В профиле городских почв подробно записана история развития ландшафтов, а также история хозяйственного освоения территории и взаимодействия человека и природной среды. С помощью методов почвоведения и палеогеографии эта история может быть реконструирована. Для
изучения городских почв предлагается особый археолого-геолого-почвенный подход [10].
Естественный почвенный покров на большей части городов уничтожен или кардинально изменен и полученная традиционным путем почвенная карта населенного пункта будет отражать современное состояние почвенного покрова, т.е. преобразованную и трансформированную верхнюю часть культурного слоя.
Ретроспективные почвенные карты на территорию населенных пунктов, таким образом, будут относиться к разряду разновременных карт, а именно к картам-реконструкциям прошлых этапов в развитии природы.
СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА
Сбор исходных картографических материалов (топографические, геобот анические, геологические, гидрологические карты)
Оценка точности и качества исходных материалов Предварительный выбор основы для моделирования Обоснование оптимальной технологии моделирования
Сбор справочных, статистических и других материалов Преобразование информации в цифровую форму7
Цифровые модели рельефа, карта уровня грунтовых вод и т.д.
Моделирование почвенник процессов
Визуализация цифровой модели Вер и ф и ка и и я полученные моды ей
Окончательное оформленнепочвенных карт
Сводки, корректура, редактирование, контроль работ Корректура метрической информации и топологии объектов Корректура и редактирование семантической информации Согласование семантической и метрической информации
Рис. 1. Концептуальная схема общей цифровой технологии воссоздания почвенной карты земель населенных пунктов
По картам, позволяющим провести реконструкцию прошлой географической обстановки, прослеживают изменение облика палеоматериков и океанов, состояние земельных угодий, эволюцию ландшафтов, почвенного и растительного покровов и т.п. Разновременные картографические реконструкции не только восстанавливают прошлое, но и дают возможность составлять прогнозы на развитие в будущем [11].
Обобщенная схема разработанной цифровой технологии воссоздания почвенной карты земель населенных пунктов представлена на рисунке 1. [12].
Технология позволяет визуализировать результаты комплексного пространственного анализа в виде тематической почвенной карты, не используя методы почвенной съемки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лозе Ж., Матье К. Толковый словарь по почвоведению: Пер. с франц. — М., Мир, 1998. - С.138 - 139
2. Евдокимова Т.И. Почвенная съемка: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГУ, 1987. -С.35-44
3. Общесоюзная инструкция по почвенным обследованиям и составлению крупномасштабных почвенных карт землепользований. - М.: Колос, 1973. - С.8-9
4. Иванов А.В., Сафрошкин В.Ю., Рыбальский Н.Н. Сетевые почвенные информационные системы и цифровые модели почв // Материалы всероссийской суперкомпьютерной конференции «Научный сервис в сети Интернет: решение больших задач», 2008. - С.448 - 450
5. Колесникова В.М., Алябина И.О., Воробьева Л.А., Молчанов Э.Н., Шоба С.А., Рожков В. А. Почвенная атрибутивная база данных России // Почвоведение, 2010, № 8. - С. 899 - 908
6. Рухович Д.И., Вагнер В.Б., Вильчевская Е.В., Калинина Н.В., Королева П.В.
Проблемы использования цифровых тематических карт на территорию СССР при создании ГИС «Почвы России» // Почвоведение, 2011, № 9 - С.1043 - 1055
7. Сорокина Н.П., Козлов Д.Н. Опыт цифрового картографирования структуры почвенного покрова // Почвоведение, 2009, № 2, - С. 198-210
8. Рыжова И.М. Математическое моделирование почвенных процессов - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. - С. 4, 12, 15, 25
9. Моделирование динамики органического вещества почв / А.В. Смагин, Н.Б. Садовникова, М.В. Смагина и др. - М.: Изд-во МГУ, 2001. - С. 11
10. Александровский А.Л. Эволюция почв и географическая среда / А.Л. Александровский, Е.И. Александровская : Ин-т географии РАН. - М.: Наука, 2005. - С.142
11. Ивлев А.М., Дербенцева А.М., Ознобихин В.И., Крупская Л.Т., Саксин Б.Г.
Почвенно-экологическое картографирование. Учебное пособие. Владивосток: Изд-во
Дальневосточного ун-та, 2004. - С. 29
12. Максимов В.А., Пошивайло Я.Г., Каретина И.П. Технология ретроспективного картографирования почвенного покрова земель населенных пунктов // Материалы Международной конференции «ИнтерКарто/ИнтерГИС 17. Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт», Белокуриха, Денпасар, 14-19 декабря, 2011. - С. 272-276
© Я.Г. Пошивайло, И.П. Каретина, 2012
