Математическая основа - Картографирование территории республики камерун для целей геоэкологического мониторинга


^ Математическая основа создания топографических карт для геоэкологического мониторинга территории, включающая в себя масштаб, проекцию и компоновку, представляет вместе с геодезической основой измерительные свойства картографического изображения, геометрические законы его построения, то есть дает основу для создания карт. Учитывая потребности народного хозяйства и перспективные направления социально-экономического развития Камеруна, а также принятую систему линейных мер, был выбран масштабный ряд 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000, 1:200000, 1:500000, 1:1000000.

В соответствии с географическим положением Камеруна, размером и конфигурацией территории Камеруна для топографических карт была выбрана проекция UTM на эллипсоиде Кларка 1880 г. (табл. 3) и произведены математические расчеты для оценки достоверности применения данной проекции. Результаты вычисления доказывают полное преимущество использования проекции UTM по сравнению с другими вычисленными проекциями по всем критериям выбора оптимальной проекции для топографических карт на территории Камеруна.

Таблица 3.

Сравнительные характеристики проекций UTM и Гаусса-Крюгера для территории Камеруна


^ Наименование проекции

Характеристики

проекции



Критерий Эйри

Критерий Чебышева

Наибольшее искажение длин, %

Наибольшее искажение площадей, %

Среднее квадратичное искажение площади, %

UTM

0,055703

1,001378

0,097698

0,195491

0,111449

Гаусса-Крюгера

0,079431

1,001378

0,137753

0,275695

0,158959

Такой выбор обусловлен тем, что: 1) территория Камеруна в основном вытянута в меридиональном направлении и, следовательно, для редактирования и составления территориальных карт целесообразно использовать проекции, в которых изоколы примерно параллельны осевому меридиану; 2) в этой проекции поверхность эллипсоида вращения изображается по меридианным зонам в шесть градусов по долготе, причем эти зоны приурочиваются к колоннам международной карты масштаба 1:1000000. Вся территория Камеруна покрывается двумя такими зонами, совпадающими с колоннами №32 и №33. Осевые меридианы этих зон имеют долготы соответственно равные 9° и 15°.

Для топографических карт Камеруна целесообразно сохранить систему составных номенклатур, т.к. она может быть применена для обозначения любого листа любой карты предлагаемого основного масштабного ряда Камеруна и, зная номенклатуру, можно будет определить масштаб карты и географическое положение искомого листа и наоборот (табл.4). Создание цифровых карт диктуется необходимостью обеспечения основой начинающее картографическое производство в Камеруне.

Использование геоинформационных технологий позволяет оперативно осуществлять составление и обновление картографического материала, формировать эколого-географические модели применительно к решению разнообразных прикладных задач. В настоящее время существует множество программных продуктов, созданных специально для картографического обеспечения географических исследований, в том числе и экологической направленности. Но, ни одно из этих средств не может полностью обеспечить комплексные исследования оперативной информацией, в связи с чем, возникает необходимость сочетания различных программных продуктов, каждый из которых строго выполняет свои функции и отвечает за конкретный блок получения или интерпретации данных. В связи с малым количеством картированных участков Республики Камерун первоочередной задачей является составление топографических и географических карт как базы для создания тематических карт, с целью их последующего использования в системе геоэкологического мониторинга.

Таблица 4.

Размеры сторон и номенклатуры листов топографических карт, предлагаемых для территории Камеруна

Масштабы

Размеры сторон листов

Средняя площадь листа на широте 6°, км

Количество листов в одном листе карты масштабом 1:1000000

Номенклатура

По широте

По долготе

1:1000000





293763

1

NA-32

1:500000





73441

4

NA-32-C

1:200000





12242

24

NA-32-XXVI

1:100000

30°

30°

3061

96

NA-32-52

1:50000

15°

15°

765

384

NA-32-52-B

1:25000

7,5°

7,5°

191

1536

NA-32-52-B-b

1:10000

3,75°

3,75°

48

6144

NA-32-52-B-b-2

В зависимости от выбранного масштаба будущей карты, ее назначения и доступных данных автор выделяет три основных варианта технологии создания цифровых карт:

Все три технологии предполагают использование соответствующего программного обеспечения. В этом смысле они многовариантны. Для создания оригиналов топографических карт масштабов 1: 10000 автор предлагает использовать пакет программ «Topocad», который позволяет выполнять послойное структурирование информации, для этого должен быть разработан соответствующий классификатор слоев.

В исследовании, при составлении компьютерного плана участка местности, были организованы следующие слои: 1) геодезические пункты; 2) строения, здания и их части;

3) объекты промышленные, коммунальные и сельскохозяйственного производства; 4) автомобильные и грунтовые дороги, тропы; 5) гидрография; 6) рельеф; 7) растительность; 8) ограждения; 9) пояснительные надписи.

Используемая компьютерная программа позволяет создавать собственные классификаторы для разделения объектов по отдельным слоям, исходя из целей создания карты и ее масштаба. Координатная сетка также может быть построена автоматически.

Рамка и зарамочное оформление выполняется оператором в соответствии с образцами, приведенными в сборниках условных знаков для топографических планов и карт соответствующих масштабов. В результате выполнения перечисленных операций «Topocad» позволяет составить компьютерный (цифровой) топографической план участка местности по материалам тахеометрической съемки, который может быть экспортирован в компьютерные среды, например, Microstation (Bently), Autocad (Autodesk) или компьютерные издательские системы для окончательного оформления и объединения с другими материалами.

Разработка картографического материала для проведения комплексного мониторинга территорий должна учитывать следующие основные взаимосвязанные задачи и служить основой для их решения: а) прогноз возможных изменений окружающей среды при транспорте нефти для конкретных сочетаний природных условий и последствий антропогенеза, рекомендации по уменьшению нежелательных последствий влияния производства, как при нормальном режиме эксплуатации, так и при возникновении аварийных ситуаций; б) слежение, изучение и контроль за состоянием окружающей среды в местах наиболее вероятной потенциальной опасности загрязнений и возможных нарушений и изменений геоэкологических систем; в) контроль за восстановлением загрязненных и техногенно измененных экосистем, оценка качества восстановления природных объектов; г) прогноз изменения компонентов геоэкосистем, нарушенных в процессе производственной деятельности.

На рисунке 7 представлена разработанная автором блок-схема определения приоритетных направлений мониторинга природно-техногенных экосистем. Анализируя причины каких-либо изменений, произошедших в окружающей среде, или прогнозируя их, всегда приходится рассматривать не менее двух взаимосвязанных компонентов, образующих единую систему взаимодействия: природную основу экосистемы и техногенную составляющую. Структура природно-техногенных геоэкосистем (ПТГЭ) включает подсистему природных объектов (геологические тела, почву, водное пространство, атмосферный воздух, животный мир, растительный покров

и т.д.) и подсистему антропогенных объектов. Для получения наиболее объективной картины поведения любой системы необходимо учитывать возможные негативные изменения ПТГЭ, происходящие на всех этапах хозяйственной деятельности.

^ Реализация принципа раннего предупреждения негативных изменений ПТГЭ, особенно важна на региональном уровне, в первую очередь для регионов, таких как Республика Камерун, где сосредоточен значительный потенциал опасных производств и объектов в сочетании со сложной природной, социально-экономической и политической обстановкой и недостаточным финансированием. На основе изучения природно-техногенных экосистем Республики Камерун автором предложен алгоритм реализации принципа раннего предупреждения негативных изменений ПТГЭ (рис. 8) и основные принципы использования картографического материала.

^ Геоэкологическому мониторингу и созданию топографических карт подлежат следующие экологические опасности или их вероятности:

В соответствии с этим предлагается следующее содержание геоэкологического мониторинга (в т.ч. и в целях создания топографических карт) в Республике Камерун:

  1. Наблюдение за происходящими в ОПС физическими, химическими, биологическими процессами.

  2. Наблюдение за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, вод.

  3. Наблюдение за влиянием на животный и растительный мир.

  4. Создание единой информационной базы систем экомониторинга.

  5. Предупреждение и прогнозирование состояния ОПС.

  6. Обеспечение населения текущей и экстренной информацией о состоянии ОПС.


Рисунок 7. Блок схема определения приоритетных направлений мониторинга природно-техногенных экосистем. (Красным шрифтом выделены те этапы, при выполнении которых, наибольшее значение имеет разработка картографического материала)



Таким образом, цели геоэкологического мониторинга состоят в следующем:

  1. Оценка показателей состояния функциональной целостности экосистем и среды обитания человека.

  2. Выяснение причин изменения этих показателей и оценка последствии этих изменений.

  3. Определение корректирующих функций в тех случаях, когда не достигается требуемых показателей экологических условий.

  4. Создание предпосылок для определения мер по исправлению возникающих негативных ситуаций.

Осуществление программы геоэкологического мониторинга Камеруна является толчком для внедрения методов автоматизированного картографирования при создании современных топографических карт Камеруна. Предоставленное в диссертационном исследовании программное средство «Topocad» подходит при создании современных топографических карт Камеруна с учетом геоэкологических особенностей территории страны. На примере картографирования антропогенной нарушенности земель автором показана целесообразность и необходимость применения топографических карт для ее создания. Для составления карты «Антропогенно-трансформированные экосистемы» (рис.9) необходима следующая содержательная информация:

  1. Анализ современных карт и атласов, которые могут содержать необходимые данные (топографические, экономические, земельные, все виды карт оценки состояния среды и угроз и т.д.) и выбор данных для оцифровки и переноса на нашу карту.

  2. Анализ космических снимков и составление по ним карт распашки, пастбищной нагрузки, состояния лесов и т.д.

  3. Сбор статистической информации по статистическим управлениям, охотоуправлениям, обществам охотников и другим организациям и изготовление карт.

  4. Совмещение полученных карт и создание единой комплексной карты.

Поскольку предлагаемая карта является вспомогательной, то размещение на ней общегеографической информации должно осуществляться выборочно. Так, крайне важно отображение всех линейных сооружений, так или иначе влияющих на среду обитания животных (в первую очередь, дороги – автомобильные с твердым покрытием и железные). Необходимо показать также магистральные линии электропередач, поверхностные трубопроводы, каналы, реки, защитные лесополосы. Вся эта информация обычно имеется на топографических картах. Следует отметить, что именно отображение этой информации в сочетании с анализом структуры экогеосистем поможет оценить возможность проектирования экологических коридоров.

Основные факторы антропогенной трансформации экосистем в Республике Камерун делятся на сельскохозяйственные, техногенные и лесной отрасли.

В таблице 5 представлена ориентировочная классификация земель Республики Камерун по степени антропогенной преобразованности.

Однако не всегда возможно предусмотреть все многообразие и масштабы возможных отрицательных последствий антропогенной деятельности.

При правильно проведенной оценке взаимодействия сооружений и природы, можно определить условия функционирования природно-техногенных экогеосистем, которые могут проходить при полном преобразовании природной среды, частичном ее изменении или при условии сохранения естественных природных условий. Следовательно, необходимо установить совокупность отношений и связей между компонентами природно-технической геоэкологической системы «антропогенные объекты - окружающая среда», в противном случае, оценить систему невозможно из-за отсутствия в объективной реальности критериев и эталонов значимости.





Рисунок 9. Антропогенно трансформированные экосистемы Республики Камерун

Таблица 5 .

Ориентировочная классификация земель Камеруна по степени антропогенной преобразованности

Степень АП

Баллы

Группа земель

Низкая

2

Неиспользуемые земли, земли под водой, болота

Средняя

3

Пастбища, плантации.

Значительная

4

Площади традиционного земледелия по стране, леса.

Высокая

5

Земли промышленности, транспорта, инфраструктуры, городской и сельской застройки; нарушенные земли, городские плантации, незастроенные земли.


^ В заключении диссертационной работы приведены наиболее существенные концептуально-методологические, теоретико-эмпирические, расчетно-аналитические и практико–прикладные результаты, полученные в результате исследований избранной научной проблемы. Картографическое обеспечение эколого-географических исследований состоит в проведении комплексного картографирования, которое может осуществляться в трех основных видах: отдельные комплексные эколого-географические карты, серии взаимосвязанных карт эколого-географического содержания и эколого-географические атласы.

В рамках данного исследования рассмотрены суть и формы геоэкологических представлений в науке; обобщен понятийно-терминологический аппарат геоэкологических исследований; раскрываются этапы развития геоэкологического картографирования и формулируются его принципы; проводится систематизация и классификация геоэкологических карт; анализируются методы построения картографических моделей; обосновывается необходимость применения геоинформационных технологий при проведении комплексного геоэкологического мониторинга и оценки территории.

В связи с малым количеством картографированных участков Республики Камерун первоочередной задачей является составление топографических и географических карт как базы для создания тематических карт, с целью их последующего использования в системе геоэкологического мониторинга. Создание основной базы топографических карт Республики Камерун основано на анализе ценного опыта и предпосылок оформления лучших картографических произведений (французских, российских и других стран), сыгравших большую роль в совершенствовании карт. В Республике Камерун наблюдается контрастная, значительно «лоскутная» изученность территории и полное отсутствие научно-ориентированного подхода к созданию современных топографических карт. Данное исследование является первым в области масштабного картографирования с целью геоэкологического мониторинга территории Республики Камерун на основе существующих топографических карт.

Впервые были произведены математические расчеты с целью определения достоверности и точности применяемых математических проекций в составлении топографических карт территории республики Камерун, и также впервые была обоснована разработка технологии для автоматизированного создания современных топографических карт республики Камерун.

Результатом проведенной работы могут служить следующие выводы:

В условиях все увеличивающихся информационных потоков о состоянии окружающей среды, значительного усложнения теоретических и методических проблем, требующих пространственного решения, возрастает роль геоэкологического картографирования. Высокая информационная емкость (степень «уплотнения» информации) картографических материалов, достигаемая за счет совершенствования картографической знаковой системы, наглядность и доступность карт для непосредственного восприятия, пространственного анализа и обобщения делают картографический метод незаменимым в научных и прикладных исследованиях.

Главной целью геоэкологического картографирования является картографическое моделирование процессов и явлений, возникающих при взаимодействии общества и природы, и его последствий, во многом определяющих состояние среды конкретной территории. Разработаны два алгоритма составления карт: при достаточном информационном обеспечении и при отсутствии необходимых данных. В первом случае используется метод формализованных оценок, во втором - метод географических экспертных оценок.

На территории Республики Камерун, протянувшейся с севера на юг более чем на тысячу километров, встречаются почти все ландшафты, свойственные тропической Африке: от сухих саванн на севере до влажных вечнозеленых экваториальных лесов на юге, которые формируют различные экосистемы и видовое разнообразие. Экосистемы Республики Камерун характеризуются, с одной стороны, уникальностью флоры и фауны, с другой – высокой чувствительностью и уязвимостью по отношению даже к незначительному антропогенному воздействию. Одним из крупнейших экотехногенных объектов на территории Республики Камерун является нефтепровод «Чад-Камерун», общая протяженность которого составляет 1070 км, протяженность внутри республики Камерун - 890 км. Трасса нефтепровода проходит через пять биоклиматических зон страны, каждая из которых имеет свои геокэологические особенности.

На сегодняшний день обеспечение Республики Камерун картографическими материалами является недостаточным. Анализ существующих топографических карт Республики Камерун выявил полное отсутствие количественных показателей в основных разделах содержания. Очевидно отсутствие научного подхода к изображению картографических объектов в целом.

При создании топографических карт или планов страны в масштабах 1:10000 и крупнее по материалам тахеометрической съемки представляется наиболее обоснованным использование технологического варианта, основанного на применении компьютерной программы «Topocad». При создании первичных карт или обновлении существующих топографических карт масштабов от 1:200000 до 1:2000 по материалам аэрофотосъемки целесообразно применение технологии, основанной на программном обеспечении «Photomod».

Применение геоинформационных технологий при разработке системы геоэкологического мониторинга земель обеспечит комплексный подход, заключающийся в сочетании экологического мониторинга с одновременным картографированием (в т.ч. наблюдаемых неблагоприятных экологических изменений). При составлении экологических карт Республики Камерун первоочередному картографированию подлежат отчужденные и нарушенных земли в районах прохождения трассы нефтепровода «Чад-Камерун».

Таким образом, опыт геоэкологического картографирования Республики Камерун показывает, что физико-географические и социально-географические исследования могут быть плодотворными только при всестороннем глубоком использовании современных топографических карт, которые являются основным средством фиксации результатов исследований геоэкологического состояния любой территории.

Предложенные принципиальные подходы к организации геоэкологического мониторинга территории, алгоритм реализации раннего предупреждения негативных изменений природно-техногенных экосистем на основе картографического материала, а также технология составления топографических карт для геоэкологического мониторинга территории (на примере картографирования антропогенной нарушенности земель) могут быть использованы и реализованы на других территориях со сходными геоэкологическими условиями.


Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора

4525948275898682.html
4526025613781014.html
4526218181947026.html
4526322476627020.html
4526358264077599.html