Введение

Особо охраняемые природные территории это участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные обьекты и комплексы, которые имеют особое природоохранное, научное, рекреационное, оздоровительное и эстетическое значение, изьяты решениями органов государственной власти частично или полностью из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны. [3]

Для получения качественной, новой информации широко используются геоинформационные системы. ГИС позволяет на новом уровне организовать систематизацию, анализ и сбор информации об окружающей среде .На сегодняшний день в основе системы особо охраняемых природных территорий России стоят 104 государственный природный заповедника, 49 национальных парков и 68 федеральных заказников.

Информация по многим ООПТ России много лет собиралась в рамках ведения Летописей природы, однако процесс был прерван в 90-е годы 20 в. и возобновлен в настоящее время лишь в сокращенном объеме. Большинство ООПТ являются «закрытыми», обмен информацией между ними фактически не налажен, унифицированной системы хранения данных не существует.

ГИС являются инструментом решения указанных проблем, к тому же с помощью ГИС можно оценивать и прогнозировать степень определённого антропогенного воздействия на охраняемую территорию, проводить инвентаризационные мероприятия, анализировать особенности распространения процессов и явлений, оптимизировать инфраструктуру, разрабатывать эколого-просветительские и научно-тематические экскурсии, а также решать множество других актуальных задач.

Глава 1. ГИС в природоохранной деятельности

Природоохранные ГИС занимаются решением задач инвентаризации, мониторинга, прогноза, управления и планирования. Различают территориальный тип природоохранного ГИС и предметную специализацию. Предметная специализация определяется конкретными задачами, которые интересны и необходимы для изучения и выявления определенной природоохранной территории.

Задачи использования ГИС для изучения особо охраняемых природных территорий:

Зонирование особо охраняемых природных территорий

Предоставление справочной информации о территории ООПТ, создание условий для регулируемого туризма в природных условиях

Анализ и обработка данных мониторинга с целью оценки экологического состояния территории, разработки природоохранных мероприятий

Формирование банков и баз данных на основе фактических наблюдений

Формирование баз и банков данных по флоре и фауне

Анализ данных о благоустройстве различных участков особо охраняемых природных территорий

Классификация ГИС особо охраняемых природных территорий по территориальному захвату

Локальные (для определенного заповедника)

Региональные (морские и прибрежные ООПТ России)

Глобальные (для всех ООПТ на территории России)

Морские и прибрежные ООПТ России

Морские охраняемые природные акватории создаются для защиты морских и прибрежных экосистем, сохранения морского биоразнообразия от негативных воздействий хозяйственной деятельности и природопользования. Международный союз охраны природы определяет морские ООПТ как любую территорию, находяющуюся в приливной или подводной зоне, вместе с покрывающими ее водами и относящейся к ней флоре и фауне. К охраняемым морским акваториям относятся заповедники, национальные парки, заказники. В настоящее время к морским и прибрежным ООПТ относятся 19 заповедников, 2 национальных парка, 12 федеральных заказников.

Глобальные ООПТ

К глобальным пока можно отнести базы данных по ООПТ по всей территории России и электронные атласы. Это сайт Министерства природных ресурсов, где в электронном виде представлен ГИС-атлас “Недра России”. Здесь представлены различные карты по федеративным округам и субъектам РФ, в том числе карты ООПТ. Затем стоит упомянуть не менее значительный проект oopt.info, содержащий базу данных и картографическое отображение границ всех ООПТ России федерального значения.

Особенности и преимущества использования ГИС для заповедников

Переход к использованию ГИС-технологий не требует вносить никаких изменений в содержание наблюдений, однако, форма фиксации наблюдений становится более адаптированной для компьютерной обработки. Картографическая основа для создания ГИС: топографические и тематические карты.

 

Глава 2. Практическое использование ГИС в работе ООПТ. Алтайский государственный природный заповедник

Развитие геоинформационных систем для охраны природы в горном Алтае продолжается в заповедниках республики. В настоящее время ГИС-лаборатория экоцентра и заповедника имеет в своем распоряжении разнообразное программное обеспечение: PCARC, INFO 4.0, ArcView, GIS 3.2, SpatialAnalist, ArcPress, обширные наборы векторных и цифровых данных, аппаратное обеспечение. Основная задача ГИС-лаборатории: внедрение геоинформационной системы как эффективного инструмента анализа пространственных данных, управления и планирования в практику научного и инспекторского отделов заповедника. Управление, охрана и научная работа на такой обширной и разнообразной территории немыслима без постоянного обращения к географической информации. Систематизация и обработка информации в рамках ГИС способствует повышению эффективности выполнения задач организации.

Рисунок 1. «Алтай Золотые горы». Объект Всемирного природного наследия ЮНЕСКО. Республика Алтай

Первым ГИС проектом Алтайского заповедника было создание пространственной базы данных по распространению алтайского горного барана – аргали. Накопление больших массивов данных по аргали, полученных в экспедициях, требовало систематизации и регулярной обработки информации по редкому виду. ГИС стала идеальным инструментом для хранения и обработки этих данных. В качестве электронной топографической основы для баз данных были использованы многослойные цифровые карты масштаба 1:200000. Каждой встрече горных баранов присваивался уникальный номер. Печатались рабочие карты местности, на которых фиксировались все места встреч групп аргали, перемещения, типы местообитаний. Для выявления пространственных закономерностей размещения аргали из векторных данных, содержащих информацию по высоте местности, создавались цифровые модели рельефа. Использование ЦМР позволило анализировать распределение аргали в связи с такими параметрами как высота местности над уровнем моря, экспозиция, крутизна склона, удаленность от стоянок скотоводов, основных дорог, мест выпаса скота. Пространственный анализ данных по распределению аргали в северной части хребта Чихачева позволил выявить места постоянных зимних концентраций горных баранов, построить пространственные модели распределений оптимальных зимних местообитаний вида по всему хребту. [11]

Рисунок 2. Места встреч горного барана аргали на хребте Чихачева в 1999-2001 гг.

Рисунок 3. Пространственная модель распределения оптимальных зимних местообитаний для аргали в северной части хребта Чихачева

В 1998 году был создан электронный вариант кадастра земноводных и пресмыкающихся республики Алтай. Кадастр содержит все известные сведения о распространении 4 видов амфибий и 7 видов рептилий. Карты к кадастру построены в ArcView на основе электронной топографической карты масштаба 1:1000000. Кадастр используется как справочная система для планирования исследовательских работ по земноводным и пресмыкающимся на территории республики Алтай, содержит ценные сведения о местах встреч редких видов. [14]

Рисунок 4. Места встреч узорчатого полоза на территории республики Алтай

В дальнейшем планируется введение ГИС в повседневную практику администрации, научного отдела и отдела охраны заповедника для повышения эффективности управления и планирования природоохранных мероприятий в заповеднике и за его пределами. Для этого работники ГИС лаборатории разработали программу занятий по обучению сотрудников заповедника основам ArcView и его основных модулей. Большой интерес для дальнейшего развития ГИС представляет и использование данных дистанционного зондирования для слежения за динамикой растительного покрова и лесных пожаров в заповеднике. Данные дистанционного зондирования необходимы и для создания геоботанических карт заповедной и сопредельной территории. Интересны перспективы использования ГИС для поддержки развития экологического и научного туризма в Горном Алтае и систематизации материалов по ценным и зрелищным природным объектам региона (водопадам, горным вершинам, урочищам, озерам и тд). Для верификации космических снимков и эффективного полевого картирования природных объектов мы планируем внедрять широкое использование приборов наземного позиционирования (GPS) и мобильных ГИС (ArcPad) в практику исследовательской и охранной работы. Все это предполагает активное участие Алтайского заповедника в различных природоохранных и научных проектах совместно с другими организациями не только на территории заповедника, но и по всему Горному Алтаю. [10]

Глава 3. Практическое использование ГИС в работе ООПТ. НП Лосиный остров

Геоинформационная система Национального парка "Лосиный остров" разрабатывалась под операционную систему WindowsNT 4.0 и выше фирмы Microsoft. Эта операционная среда обеспечивает необходимую надежность при взаимодействии пользователей с банком данных ГИС подсистемы. На файл-сервере должен быть установлен WindowsNTserver, обеспечивающий взаимодействие всех технических средств, объединенных в локальную сеть, а также ее защиту от несанкционированного доступа. На сервере должно быть установлено программное обеспечение, организующее и обеспечивающее работу компьютера, как FTP сервер. На рабочих компьютерах пользователей должна быть установлена операционная система WindowsNTWorkstation, обеспечивающая достаточно высокую производительность при выполнении 32-разрядных приложений. Однако клиентские приложения могут выполняться на более слабых персональных компьютерах с операционной системой Windows 95 или 98. [12]

В качестве программного обеспечения ГИС экологического мониторинга национального парка "Лосиный остров" были выбраны программные продукты фирмы ESRI: ARC/INFO, ArcView и ArcExplorer. В течение многих лет ESRI лидирует в инновациях в ГИС-технологии с крупными достижениями в области программного обеспечения. Лидерство ESRI, выразившееся в широком распространении ARC/INFO, дало десяткам тысяч пользователям полномасштабные действующие системы ГИС, способные решать огромное количество общих и частных задач и проблем, связанных с необходимостью накопления, обработки, анализа и наглядного представления в виде графиков, диаграмм и карт любой распределенной в пространстве информации. Поскольку ARC/INFO одинаково успешно работает с разнообразным аппаратным обеспечением и периферийными устройствами, пользователи всегда имеют возможность быстро модернизировать свои системы под новые задачи и адаптировать их к самой современной компьютерной технике Программный продукт ARC/INFO использует новейшие достижения компьютерной индустрии, работает на самых современных аппаратных платформах и в среде самых последних версий операционных систем, архитектура ARC/INFO способна использовать преимущества работы в локальной сети с использованием технологии клиент-сервер Программное обеспечение ARC/INFO является набором программных средств для создания и редактирования географических баз данных, для целей пространственного анализа, поиска, представления и управления данными. Программный комплекс ArcView предназначен для конечного пользователя. Его особенностью является масштабируемая архитектура программного продукта. В нее закладывается возможность создания ряда внешних и внутренних модулей, по мере необходимости добавляемых к ядру пакета и расширяющих его функции. Архитектура ArcView 3.0 обеспечивает исключительно гибкую среду для поэтапного подключения/изъятия дополнительных средств анализа географической информации. При этом расширение функциональности может проводиться за счет набора внутренних, внешних и определенных пользователем опций, наилучшим образом отвечающих его текущим потребностям. С помощью объектно-ориентированного языка программирования Avenue возможно создание собственных расширений, выполняющих определенные функции, необходимых как для решения задач обработки данных экологического мониторинга, так и для обеспечения поддержки управленческих решений. ArcExplorer представляет собой простое и эффективное средство для доступа, визуализации и анализа данных ГИС, распространяется бесплатно. [12]

Рисунок 5. Изображение территории НП на космическом снимке SPOT

Глава 4. Практическое использование ГИС в работе ООПТ. НП Калевальский

Национальный парк «Калевальский» был создан для сохранения коренных экосистем Севера, последних в Европе крупных массивов коренных хвойных лесов. Для эффективной охраны и использования территории НП «Калевальский» необходимо глубокое знание ее природы и культуры. [6]

Наиболее эффективный способ хранения пространственных данных реализует технология географических информационных систем, объединяющая в себе как базы данных об объектах природы и культурного наследия, так и электронные карты их размещения и распространения. Планируется, что ГИС будет включать в себя информацию о 15–20 уровнях иерархии природно-культурной среды. На этой базе будут создаваться тематические карты и таблицы для моделирования в целях администрирования, организации экологического туризма и научных исследований. Как показывает мировой опыт последних лет, эффективной основой для интеграции знаний о территориях служат географические информационные системы, объединяющие в себе как разнообразные базы данных, так и электронные карты пространственного распространения различных объектов и факторов среды. В этой связи важной функцией НП в плане научного информационного обеспечения является организация и поддержание функционирования ГИС по всем компонентам природной и культурной среды. [6]

Для территории НП «Калевальский» еще 9 лет назад была создана ГИС, которая включала в себя серию карт (топографические, растительности, почв, четвертичных отложений, расположения объектов культурного наследия), а также базы данных по видовому составу животных и растений и др. Она предназначалась для обоснования выделения охраняемой территории и точного обозначения ее границ и, в конечном итоге, выполнила свою функцию. Одна из основных функций парка – охрана природы. ГИС позволяет формировать научную информационную базу для анализа и получения оценки состояния объектов природы, и в виде конечного продукта – карты состояния природы, в частности, пожарной опасности, областей распространения вредителей, степени антропогенной нагрузки. В этом случае мониторинг состояния природы будет состоять в сопоставлении карт территорий, полученных в разные моменты времени, что позволит своевременно принимать решения, направленные на стабилизацию и улучшение ситуации. Опыт использования ГИС на других территориях показывает, что с ее помощью удается эффективнее организовать учет посещаемости парка, разрабатывать маршруты охраны, выбирать оптимальные места для организации образовательных мероприятий, планировать создание коммуникаций и расположение кордонов. Информационной базой для обеспечения эффективного экологического туризма являются базы данных и карты, построенные при выполнении научных исследований. Выполняя роль общего источника знаний об объектах парка, ГИС может использоваться и как основа для планирования экологических маршрутов, прокладки экологических троп. Объекты экологической тропы должны быть интересны той или иной категории туристов (школьники, отдыхающие, любители природы, исследователи). ГИС-карта, созданная для целей экологического туризма, должна строиться по конкретным запросам и отображать комплексную характеристику привлекательности той или иной территории для данной категории туристов. Решается эта задача путем оценки значимости отдельных компонентов территории для целей образования и отдыха данной категории туристов с последующим «взвешенным» обобщением этих оценок в единственный интегральный показатель «приоритет локальных выделов». Распространение полученной характеристики на карте территории ясно показывает наиболее интересные участки парка, позволяет быстро и обоснованно спланировать места проведения экскурсий, экспедиций или экологических лагерей. Научную работу обслуживает ряд технических и методологических средств ГИС. Например, она позволяет подготовить для исследователя планшет – многотиражную карту местности, выполненную в любом масштабе с включением в нее разнообразной дополнительной информации, на которой можно отмечать положение объектов, делать пометки и подписи и которая сама послужит основой для дополнения тематических баз и карт. В существенные функции ГИС входит хранение разнородной информации об изучаемой территории. Информация любого рода представлена в форме взаимосвязанных баз данных и электронных векторных карт. Любая ГИС может иметь несколько уровней интеграции знаний. Наш опыт позволяет говорить о трех основных пластах информации в ГИС природной среды 1) топографические карты, аэро- и космоснимки, 2) материалы специальной полевой съемки, лесоустройства, литературные данные, 3) синтетические тематические карты, черпающие и перерабатывающие информацию из всех источников. Структура информации первого блока имеет стандартный формат, независимый от пользователя; в силу этого для ее обработки разработано большое количество вполне стандартных методов использования (визуализации и анализа). Третий блок, тематические карты, настолько же разнообразны по задачам и способам исполнения, насколько разнообразны научные и практические задачи, решаемые с их помощью. В то же время структура второго информационного блока (данных полевых съемок) требует описания, чтобы сыграть роль прототипа для любого рода исследований, которые будут выполняться на территории НП. Организация конкретных частных баз данных, разработка легенды, их описание и построение карт по частным дисциплинам должны выполняться, естественно, совместно с соответствующими специалистами Каждая из специальных баз данных должна быть ориентирована на интеграцию с любой другой базой данных в рамках ГИС НП «Калевальский». Интеграция означает, что частные базы с помощью специальных процедур могут быть объединены в общую базу – таблицу, в которой соседствуют характеристики разных компонентов среды. Один из вариантов такой выборки – оценки численности животных в разных местообитаниях, снабженные характеристиками условий среды (описание почвы, растительности, уровня загрязнения и пр.). В техническом плане для интеграции необходимо, чтобы объекты разных компонентов среды могли быть отобраны по некоторым общим для всех характеристикам, т. е. частные базы должны содержать общие поля – показатель времени и координаты места отбора пробы (выполнения маршрута, писания площадки). Естественно, для всех баз должно выполняться общее правило их составления – равноценная уникальность всех записей равномерную насыщенность информацией и возможность идентификации каждой записи отдельно. [6]

Глава 5. Практическое использование ГИС в работе Центрально-лесного государственного природного биосферного заповедника

Реализация проекта ГИС “Заповедник” была начата в 1998 г.
Работы по проектированию, разработке и внедрению в деятельность Центрально-Лесного заповедника геоинформационных систем осуществляется в рамках Менеджмент-плана заповедника, выполненного в соответствии с принципами организации биосферного резервата. [2]

Основные функции ГИС были направлены на:
разработку и апробацию концепции устойчивого развития региона,
решение задач по эффективной охране заповедника,
организацию научных исследований и экологического мониторинга,
содействие экологическому образованию населения. Структурными единицами ГИС “Заповедник”, разработанными в 1998-2001 годах, были базы данных для ввода информации о пространственных объектах, программное обеспечение для работы с ГИС, топографические основы, эталонные топокарты, шаблоны, векторная карта лесной таксации на часть заповедника, тематические топографические карты, геомодели рельефа.
За период 2002-2007 года производилось проектирование и внедрение блока ГИС для управления территорией заповедного комплекса. В 2002 году выполнены проекты НИОКР «Введение первичных материалов в базы данных управленческого блока ГИС «Заповедник» и создание электронной карты и базы данных сети пробных площадей Центрально-Лесного биосферного заповедника» и «Результаты апробации базы данных Лесохозяйственные работы и заповедно-режимные мероприятия. [2]

За период 2008-2010 года основными задачами исследований заповедника являлось
формирование структуры пространственных данных заповедника на базе ГИС-технологий. Для решения этой задачи в 2008 году на основе «Концепции создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации» и Постановления правительства Российской Федерации «О порядке получения, использования и предоставления геопространственной информации» была разработана «Концепция создания и развития структуры пространственных данных Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника». [2]

В 2009 году проведена инвентаризация электронных пространственных ресурсов заповедника, спроектирована и заполнена база метаданных, в которой суммирована данная информация. [2]

В 2010 году заповедник начал работать над постановкой мониторинга состояния территории заповедного комплекса с помощью сезонных космических снимков высокого линейного разрешения 2—1 метра в пикселе. В качестве оператора космической съемки выступает Научный центр оперативного мониторинга Земли.Позднее была создана первая версия интегрированной среды ГИС «Заповедник», содержащая 77 рабочих наборов топографических и тематических карт, разработан проект «Концепции создания и развития структуры пространственных данных Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника», куплен сканер A3 и начата оцифровка аэрофотосъемки 2005 года на территорию заповедного ядра и ее подготовка к регистрации в ГИС «Заповедник». [2]

Рисунок 6. Пространственные данные ГИС. Центрально-лесной государственный природный биосферный заповедник

Рисунок 7. Интегрированная среда ГИС заповедник

Глава 6. Практическое использование ГИС в работе ООПТ. НП Угра

Национальный парк «Угра» создан в Калужской области в 1977 г. с целью сохранения ландшафтов рек Угры и Жиздры. Площадь парка составляет около 100 тыс. га. Расположение парка на границе нескольких географических зон определяет смешанный характер и большое разнообразие флоры и фауны. На территории парка располагаются многочисленные памятники истории и культуры. Основными направлениями деятельности парка являются охрана и восстановление природных комплексов, сохранение историко-культурного наследия и культурных ландшафтов, научно-исследовательская деятельность и экологический мониторинг, организация отдыха и туризма, содействие социально-экономическому развитию территории. [1]

Необходимым условием комплексного подхода для решения стоящих перед парком задач является наличие информационной системы, основанной на геоинформационных технологиях. В 2001 г. в ходе подготовки менеджмент-плана развития национального парка на 2002-2006 годы были начаты работы по созданию первой очереди информационной системы НП, основой которой является геоинформационная система на базе пакета ArcView. При разработке ГИС использовалось программное обеспечение ArcView 3.2 с дополнительными модулями SpatialAnalyst и 3DAnalyst, предоставленное национальному парку фирмой ESRI при поддержке DATA+. [1]

Основной целью ГИС НП «Угра» является информационная поддержка управленческих решений для разработки природоохранных мероприятий по сохранению и восстановлению природных и исторических комплексов национального парка. Основными задачами, выполняемыми с помощью ГИС, являются: инвентаризация природных и историко-культурных комплексов парка, создание и ведение баз данных экологического мониторинга, обработка и анализ данных мониторинга с целью оценки экологического состояния территории и разработки природоохранных мероприятий, моделирование и прогнозирование экологических ситуаций. Все технические решения базировались на использовании стандартных функций ArcView и специализированных приложениях, разработанных в среде Avenue. [1]

В процессе реализации первой очереди ГИС “Угра” были выполнены следующие виды работ: разработана концептуальная модель ГИС НП “Угра”, проведена инвентаризация имеющихся материалов, определена структура банка данных ГИС, создана топографическая основа и цифровая модель рельефа масштаба 1:100 000 на всю территорию парка, по материалам комплексного мониторинга создана серия тематических карт и баз данных. Имеющиеся данные дистанционного зондирования были трансформированы в единую систему координат, разработан специализированный модуль ArcView «ГИС УГРА», создано специализированное программное обеспечение для ведения базы данных лесопатологического мониторинга и базы данных нарушений природоохранного законодательства, проведено ГИС - обучение двух сотрудников парка.

Рисунок 8. Состав банка данных ГИС УГРА

Состав банка данных определялся исходя из задач геоинформационной системы, а также наличием исходных материалов, в том числе картографических, в бумажном и в цифровом виде. В процессе ведения экологического мониторинга и научно-исследовательских работ на территории национального парка структура банка данных будет расширяться. [1]

В состав картографической базы данных входят цифровые топографические основы различных масштабных уровней: 1:1 000 000, 1:500 000 (на территорию Калужской области); 1:200 000, 1:100 000 (на территорию парка), а также геологические карты дочетвертичных и четвертичных отложений, карты размещения редких видов растительности, памятников истории и культуры, пунктов наблюдений экологического мониторинга, цифровые картографические материалы лесоустройства в виде лесоустроительных планшетов и покрытий повыдельной сети по отдельным лесничествам. В банк данных также входит база данных по материалам лесоустройства 1998 г, справочник редких видов растительности. Формируется база данных по памятникам истории и археологии. Специализированный программный модуль ArcView ГИС УГРА разработан в среде Avenue и реализован как самостоятельное расширение AVX со следующими основными функциями: ведение каталога данных администратором ГИС, организация распределенного доступа к данным в зависимости от задач пользователей, создание удобного интерфейса, обеспечивающего быстрый доступ из набора ниспадающих меню к цифровым слоям, базам данных, материалам дистанционного зондирования, справочникам и классификаторам непосредственно в среде ArcView. [1]

В 1998 г. в национальном парке Брянским лесоустроительным предприятием было проведено лесоустройство, в результате которого были созданы: картографическая база материалов лесоустройства в формате WinGIS, таксационная база данных, содержащая описание каждого таксационного выдела более чем по 100 показателям, и база данных лесопатологического мониторинга. При проведении анализа данных лесоустройства реализованы возможности автоматизированного построения тематических лесных карт по стандартному набору показателей, формирования запросов к таксационной базе данных для построения нестандартных лесных карт, также реализован просмотр электронной формы карточки таксации. [1]

Подготовка электронных карт и их макетов является достаточно трудоемким процессом и включает в себя создание легенд для цифровых слоев, определение масштабов воспроизведения тех или иных объектов, изменение проекции карт, создание текстовых аннотаций и т.д. В ГИС УГРА реализованы функции сохранения электронных карт и макетов печати в виде объектов ODB, внесения их в каталог данных и организации доступа к ним через пользовательское меню.

Следующим шагом развития ГИС является разработка процедур и алгоритмов моделирования изменения состояния природных комплексов для выработки управленческих решений и проведения природоохранных мероприятий. Для визуализации результатов моделирования в среде ArcView разработано приложение, позволяющее просматривать результаты моделирования в зависимости от выбранного сценария лесоустроительных работ на 200-летний период. [1]

Рисунок 9. Элементы пользовательского интерфейса ГИС УГРА

Для сбора данных экологического мониторинга на базе ACCESS разрабатывается комплекс специализированных программ. Одной из актуальных задач НП является охрана природных и историко-культурных комплексов парка. Созданная база данных предназначена для оптимизации работ по охране парка. База данных представляет собой совокупность реляционных таблиц: база данных нарушителей, база данных сторонних пользователей на территории парка, классификатор и база данных нарушений. Предусмотрено построение различных отчетных форм по данному виду деятельности парка.

В настоящее время при участии сотрудников Международного института леса, Пущинского университета и «Геоцентр-Консалтинга» (анализа состояния лесов с использованием ГИС-технологий) проводятся научно-исследовательские работы по оценке состояния широколиственных лесов Березичского лесничества НП «Угра». Результатом поведенных научно-исследовательских работ являются базы данных геоботанических и почвенных обследований, почвенные разрезы, разработанная типология лесного покрова, анализ лесных сукцессий. Полученные материалы служат основой для создания геоботанической и почвенной карт, разработки карты и рекомендаций по восстановлению широколиственных лесов. [1]

Глава 7. Практическое использование ГИС в работе ООПТ. НП Хвалынский

Национальный парк “Хвалынский” был создан в 1994 году на северо-востоке Саратовского правобережья для сохранения ландшафтов лесостепной зоны европейской части России на самой южной границе их распространения. Основными задачами национального парка является сохранение природных комплексов, уникальных и эталонных природных участков, историко-культурных обьектов, создание условий для регулируемого туризма и отдыха в природных условиях. Выполнение таких задач невозможно без привлечения новых достижений науки и техники, ГИС-технологий, данных дистанционного зондирования. [5]

Процесс создания ГИС начался в 2002 году. Именно тогда были проведены первые комплексные ландшафтные исследования на территории парка и в охранной зоне. Большое внимание было уделено анализу опубликованных и фондовых материалов, обработку данных дистанционного зондирования, лесотаксационные материалы. Накопленный массив данных позволили сформулировать концепцию и принципы создания будущей ГИС, структуру и содержание баз данных. [5]

Методологическими и структурно-информационными особенностями ГИС НП “Хвалынский” являются: использование в качестве основы крупномасштабной цифровой карты с различным набором базовых слоев, интеграция данных дистанционного зондирования Земли на различные периоды времени и с разным разрешением, представление материалов баз данных в разных видах и формах. Также среди особенностей можно выделить тематическое разнообразие картографических материалов, оцифрованных по имеющимся картам и построенных на основе полевых исследований, организация и хранение баз данных согласно иерархической структуре, наличие синтетических и аналитических карт, созданных на основе имеющихся данных с применением методов математического, картографического моделирования. [5]

Базы данных являются информационной основой всей ГИС. Исходными данными для формирования баз данных являются: топографические карты Хвалынского района и Саратовской области, тематические карты территории парка и охранной зоны, данные полевых наблюдений и исследований, фондовые и опубликованные материалы различных организаций и ведомств, нормативные данные для специализированных расчетов. Основой картографической базы данных служит открытая для пользования крупномасштабная цифровая векторная карта территории Хвалынского муниципального района масштаба 1:50000, дополненная цифровой векторной картой масштаба 1:200000 Саратовской области.

Наличие цифровых карт с линейкой разного масштаба обеспечивает лучшую визуализацию и вывод данных с нужной степенью их визуализации. Цифровые картографические слои соответствуют геореляционной модели хранения данных и содержат атрибутивные таблицы, являющиеся компонентами пространственных данных. Это позволяет обрабатывать запросы пользователей ГИС с привлечением картографических и атрибутивных данных. Карты сопровождаются текстовыми описаниями, фотографиями, графикой. Картографическая база данных НП “Хвалынский” в настоящее время включает десятки цифровых карт различного содержания и масштабов, выполненных в векторном формате. [5]

Наряду с двухмерными данными в ГИС представлены трехмерные – цифровая модель GRID-модель рельефа территории Хвалынского муниципального района с размером сети 50 на 50 см. Созданная ЦМР территории Хвалынского муниципального района позволяет использовать ее в туристко-рекреационных целях при построении и анализе профилей планируемых и существующих туристических троп, провести их увязку с панорамными точками, определить длину и крутизну маршрута. [5]

В ГИС НП “Хвалынский” добавлены также данные дистанционного зондирования. Основной частью базы данных является фрагмент крупномасштабного космического снимка территории Хвалынского муниципального района, полученный с российского спутника “Ресурс-01” в августе 1999 года. Фотокосмоснимок был отпечатан с негатива, сканирован и переведен в цифровую форму. Затем с помощью программы AutoCADMap и модуля RasterDesign была сделана геометрическая коррекция снимка по серии опорных точек и его территориальная привязка в системе координат WGS-84. В систему также добавлен среднемасштабный мультиспектральный снимок октября 2007 года, полученный с помощью сенсоров MSS и американского спутника Landsat-5. Снимки могут использоваться как самостоятельно, так и в качестве подложки цифровых векторных карт, обеспечивая достоверное определение признаков обьектов при выделении участков, занятых разными типами растительности и типами землепользования, выявление нарушенных и застроенных территорий, выбор эталонных участков и другое. Изучение цвета, структуры, текстуры различных комбинаций каналов мультиспектрального космического снимка позволило определить ареалы хвойных, мелколиственных древесных пород, площадь, локализацию вырубок, травянистых участков, садовых плантаций. [5]

Основу атрибутивной базы данных составляют лесотаксационные описания по Хвалынскому лесничеству, выполненные в 1994 году, материалы полевых ландшафтных описаний модельных площадок и полигонов, Картографические и атрибутивные базы данных дополняются блоком моделирования. [5]

В рамках ГИС НП “Хвалынский” с помощью программ были определены зоны видимости и невидимости с разных точек, рассчитана толщина снежного покрова, определены площади рассеяния различных загрязняющих веществ в приземном воздухе, определены микроклиматические различия, рассчитаны значения транспортной доступности и удаленности рекреационных угодий, оценена степень опасности эрозионных процессов. [5]

Глава 8. Практическое использование ГИС в работе ООПТ. НП Водлозерский

ГИС «НП «Водлозерский» является ресурсной геоинформационной системой и создана в целях получения комплексной пространственно - привязанной информации о территории Национального парка «Водлозерский» и прилегающих территориях, обеспечения администрации парка актуальной, достоверной и комплексной информацией для оперативного принятия, всестороннего исследования, оценки и обоснования управленческих решений, организации системы проведения научных исследований.
ГИС «НПВ» разработана на основе обширных банков и баз данных цифровой информации, куда кроме картографических материалов включаются данные многолетних непосредственных наблюдений, статистические сведения, данные дистанционного зондирования. ГИС «НПВ» как инструмент научных исследований реализует две основные функции: моделирование и информирование об объекте. Она поддерживает научно-исследовательские работы в пределах Национального парка «Водлозерский» и прилегающей части, обеспечивает распространение информации всем заинтересованным пользователям и принятие решений по природоохранным и защитным мерам, направленным на сохранение уникальной экогеосистемы Водлозерья.
Основной информационной единицей в ГИС «НПВ» является карта, сопровождаемая легендой, текстовым описанием и дополнительной информацией, относящейся к картографируемым объектам. При этом сама карта рассматривается как набор слоев и при выводе на экран они накладываются один на другой. Каждому слою приписываются следующие атрибуты: название слоя, соответствующее представленным объектам; признак видимости; признак активности. Обычно карта имеет один тематический слой и слой географической основы. [4]

Всего ГИС «НПВ» содержит около 200 карт, сгруппированных в восемь тематических разделов. Внутри каждого из разделов содержатся наборы аналитических и синтетических карт, организованных в иерархические древовидные структуры. Навигатор ГИС позволяет перемещаться по иерархии вперед или назад вдоль любой из ветвей, для просмотра содержания разделов, подразделов или отдельных карт. Пользователь имеет возможность выбрать любую карту в разделе или подразделе, открыть ее для просмотра и получить информацию о представленных на ней объектах. [4]

В настоящее время в Национальном парке «Водлозерский» ГИС «НПВ» функционирует в Экологическом центре на 6-ти рабочих местах с выделенным ГИС-сервером в единой локальной сети и на 2-х рабочих местах в филиалах НП «Водлозерский».
Геоинформационная система «НП «Водлозерский» и комплекс информационных ресурсов Национального парка являются интегрирующей основой проведения разнообразных научных исследований, призванных обеспечить на современном уровне решение природоохранных, эколого-просветительских и управленческих задач Национального парка “Водлозерский”.[4]

Заключение

Геоинформационные системы являются эффективным средством для исследования среды обитания отдельных видов животных и растений. В некоторых ООПТ с помощью ГИС решаются задачи, связанные с созданием условий для регулируемого туризма и отдыха, с предоставлением справочной информации о территории и инфраструктуре ООПТ, с зонированием ООПТ.

Также задачи, решаемые посредством ГИС, связаны с обработкой и анализом данных мониторинга с целью оценки экологического состояния территории и разработки природоохранных мероприятий, с созданием и ведением экологических баз данных, с моделированием и прогнозированием экологических ситуаций, с анализом данных о благоустройстве различных участков ООПТ, с проектированием ООПТ.

Список литературы

Выпуск 2004 4 (31) ГИС и окружающая среда Информационная система национального парка Угра

Геоинформационные системы – Центрально-лесной государственный природный заповедник URL:http://clgz.ru/?page_id=2845 Режим доступа: свободный Дата обращения:15.05.2021

ГИС для ООПТ в России: состояние и перспективы URL: http://www.geotochka.ru Режим доступа: свободный. Дата обращения: 15.05.2021

ГИС НП URL: http://vodlozero.ru Режим доступа: свободный. Дата обращения: 16.05.2021

Данилов В. А. Структура и особенности функционирования ГИС-национальный парк (на примере «ГИС-национальный парк “Хвалынский”»)//Известия СГУ - Том 1 выпуск 1- 2010- с.41-47

Коросов А.В. Интеграция знаний о территории национального парка “Калевальский” на основе ГИС // Труды Карельского научного центра РАН – 2 – 2009 - с. 84-90

Новые информационные технологии в науке и образовании URL:http://e-lib.gasu.ru/konf/nit/archiv/2002/2/6.html Режим доступа: свободный. Дата обращения: 15.05.2021

ООПТ России – список морских и приморских особо охраняемых территорий России URL: http://oopt.info/index.php?page=154 Режим доступа: свободный. Дата обращения: 16.05.2021

Пальцын М.Ю. Распространение и численность некоторых видов млекопитающих на территории РП-326 (Алтайский государственный заповедник) // Тезисы 4-й научной конференции "Алтай - Космос - Микрокосм". Барнаул, 1998. Стр. 134-144

Пальцын М.Ю., Майкл Белц. Экологический Центр способствует развитию ГИС для охраны природы в России. // Arcreview, N^o 1 (20), 2002. Стр. 14.

Пальцын М.Ю., Спицын С.В.. Использование программного обеспечения ESRI для определения численности алтайского горного барана аргали в южной части хребта Чихачева // Тезисы Первой Сибирской Конференции Пользователей ESRI&ERDAS. Новосибирск, 25-26 октября 2001 г. Стр. 8-10.

Проект ГИС НП Лосиный остров программы URL:http://www.ifi.rssi.ru/LO/PROG.html Режим доступа: свободный Дата обращения:15.05.2021

Санкт-Петербургский государственный университет URL: https://dspace.spbu.ru Режим доступа: свободный. Дата обращения: 15.05.2021

Яковлев В.А. Кадастр земноводных и пресмыкающихся Республики Алтай. // Животный мир Алтае-Саянской горной страны (сборник научных трудов). Горно-Алтайск, 1999. Стр. 175-214

Код для цитирования: Скопировать