Картографическая база данных для обеспечения эколого-геохимических исследований городской территории

• Автор: Хайбрахманов, Тимур Салаватович
• Шифр специальности: 25.00.33
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Опыт современного эколого-географического картографирования городских территорий

1.1. Картографирование природных компонентов городского ландшафта

1.2. Картографирование планировочно-функциональных особенностей городской территории.
1.3. Картографирование загрязнения окружающей городской среды и его последствий для здоровья населения

1.4. Комплексное и синтетическое картографирование городов

1.5. Атласное картографирование городских территорий

Глава 2. Картографическая база данных для обеспечения эколого-геохимических исследований городских территорий

2.1. Принципы построения и функционирования картографической базы данных

2.2. Разработка базы пространственных данных

2.2.1. Систематизация исходной пространственной информации
2.2.2. Содержание тематических блоков данных
2.3. Создание, структура и содержание картографической базы данных
2.3.1. Основные положения составления цифровых карт
2.3.2. Структура и содержание картографической базы данных
2.4. Методы геоинформационного картографирования
2.4.1. Использование данных дистанционного зондирования
2.4.2. Атрибутивные и пространственные запросы к базе данных
2.4.3. Методы пространственного анализа. Оверлей слоев при синтетическом картографировании
2.4.4. Автоматизированная генерализация при геоинформационном картографировании
2.4.5. Математико-картографическое моделирование при синтетическом картографировании
Глава 3. Реализация методики и результаты исследования
3.1. Характеристика территории исследования
3.2. Методика составления карт
3.2.1. Исходные материалы и программное обеспечение
3.2.2. Карты планировочно-функциональных особенностей городской территории
3.2.3. Карты природных условий территории
3.2.4. Карты геоэкологического состояния городской среды
3.3. Перспективы внедрения и использования картографической базы данных
Заключение
Список литературы

Введение
Город представляет собой сложную природно-антропогенную среду, где все компоненты городского ландшафта оказывают взаимное влияние и формируют условия проживания человека. Сегодня в нашей стране большая населения живет на городских территориях, поэтому городская среда становится исключительно важным объектом совместных исследований множества экологических и географических дисциплин, в том числе геохимии ландшафта, исследующей закономерности миграции и аккумуляции химических элементов в геосистемах.
В ходе научных эколого-геохимических исследований городов накапливаются значительные объемы пространственных данных по различным направлениям. При этом во многих случаях благодаря развитию геоинформационных технологий эта информация организованно хранится в базах данных. Часто накопленные данные оказываются вовсе не связанными между собой, вопреки связям внутри городского ландшафта, либо оказываются взаимоувязанными посредствам картографического материала, например, в виде электронного атласа с единой географической и математической основой.
Единая методика по ведению баз пространственных данных (БПД) и картографических баз данных (КБД) для обеспечения эколого-геохимических исследований городских территорий сегодня пока не разработана, хотя именно она могла бы обеспечить рациональную организацию информации в близкую к реальности модель хранения с учетом связей между компонентами городского ландшафта. При отсутствии единых методик обмен и объединение этой информации крайне затруднены и не могут обеспечить достаточно надежный комплексный результат.
Цель диссертационного исследования - создание картографической базы данных для обеспечения эколого-геохимических исследований городской территории; определение ее структуры и содержания; разработка методик составления необходимого для ее функционирования картографического материала. Достижение цели подразделяется на следующие этапы.
1. Обобщение и анализ опыта эколого-географического картографирования городских территорий для выявления методик, соответствующих специфике работы;
2. Разработка структуры и содержания БПД, в которую на первом этапе наполнения входят обработанные пространственные данные - источники картографирования, построение связей между слоями данных и определение единицы картографирования, обеспечивающей эти связи;

3. Разработка структуры и содержания КБД, наполняемой цифровыми картами, составленными на основе БПД; изучение существующих методов геоинформационного картографирования и разработка на их основе методики создания карт, наиболее востребованных для обеспечения эколого-геохимических исследований: карт планировочно-функциональных особенностей территории, карты элементарных ландшафтов, классов водной миграции элементов, рыхлых отложений, ландшафтнофункциональных комплексов и др.
4. Реализация методики картографирования с учетом специфики территории исследования, исходных материалов и поставленной цели; наполнение баз данных, а также определение перспектив их использования и внедрения в научно-исследовательскую деятельность.
Методологическую основу исследования составляют работы отечественных и зарубежных ученых и специалистов в области градостроительного проектирования (Глазычев B.JL, Курбатова A.C., Перцик Е.Н. и др.), дистанционного зондирования для целей геоэкологических исследований (Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Лабутина И.А., Тутубалина О.В., Шовенгердт P.A., Guo Q., Kressler F., Miller R. и др.), экологогеографического картографирования (Макаров В.З., Чумаченко A.H., Жуков В.Т., Стурман В.И., Кочуров Б.И. и др.), геоинформатики (Сербенюк C.H., Жуков В.Т., Лурье И.К., Тикунов B.C. и др.), геохимии городских ландшафтов (Перельман А.И., Касимов Н.С., Сает Ю.Е., Никифорова Е.М., Кошелева Н.Е. и др.), городского ландшафтоведения (Авессаломова И.А., Ахмедова Е.А., Лихачева Э.А., Исаченко А.Г.) и др.
Работа выполнена в лаборатории аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. В ней использован разноплановый картографический материал, в том числе опубликованные результаты научной деятельности ряда специалистов из разных областей географической науки и смежных дисциплин; космические снимки различных съемочных систем; материалы полевых обследований; карты, составленные на их основе в тесном сотрудничестве с ведущими специалистами кафедры геохимии ландшафтов и географии почв. Технологическая поддержка исследования опиралась на использование ГИС-пакетов программ ILWIS 3.7 и ArcGIS Arclnfo 10.1.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Впервые создана картографическая база данных для обеспечения экологогеохимических исследований городской территории, функционирующая согласовано с

распространенный ряд 1:50 000-1:100 ООО, что подтверждается многочисленным опытом эколого-географического картографирования городских территорий (см. главу 1).
Таким образом, основными потребителями КБД станут научные организации и коллективы, специализирующиеся на исследованиях именно эколого-географических и, в особенности, эколого-геохимических аспектов функционирования городских ландшафтов. Исходя из этого, автором сформулированы три основные задачи, которые должна решать составляемая картографическая база данных.
Задачи, которые решает КБД. Первая задача - это обеспечение удобной системы хранения информации о городских территориях. Оно достигается за счет логичного состава исходных пространственных данных, коррелирующих со структурой КБД и содержанием слагающих ее эколого-географических карт. В геоинформационном плане это решается благодаря использованию конечного числа форматов данных, составления предварительных баз пространственных данных с цепочкой системообразующих связей между отдельными группами объектов, выбора СУБД и прочих программных решений. С точки зрения картографии решению поставленной задачи способствуют единые математические и географические основы карт, конечный ряд масштабов и их кратность друг другу для обеспечения удобного сопоставления карт, единые принципы генерализации и оформления и т.п., то есть практически все то, что соблюдается при атласном картографировании.
Вторая задача заключается в обеспечении возможностей для обработки информации, представленной в КБД, и ее сопоставления с другими источниками. Это удобная программная реализация базы данных с целью отображения цифровых карт, обеспечение их сравнительного анализа, как визуального, так и автоматизированного, а также способы вывода отдельных карт для печати на бумажных носителях или сохранения в отдельный файл. Сегодня доступен огромный ассортимент коммерческих и открытых геоинформационных продуктов, выполняющих эти функции. Это могут быть и комплексные программы для работы со всем спектром географической информации, такие как Arclnfo (ESRI inc.) или QG1S, или же программы «вьюеры» для просмотра цифровой картографической информации, в том числе и в форме веб-приложений, например, ArcGIS Online, GeoMixer, CartoDB и др.
Наконец, третья задача состоит в том, чтобы предоставить необходимые функции
для составления новых карт и пополнения ими картографической базы данных. Она
непосредственно связана с интеграцией с геоинформационной средой, обеспечивающей
инструменты для цифрования картографических источников, фотограмметрической