Применение геоинформационных технологий в исследовании ландшафтов. (на примере построения цифровой модели рельефа Северо-Западного Кавказа)

Ландшафт, как целостная территориальная система, обладает определенным экологическим потенциалом, т.е. способностью обеспечивать живущих в нем людей необходимыми условиями существования: теплом, водой, средствами питания, условиями труда на открытом воздухе, возможностями отдыха (рекреационными ресурсами) и лечения.

Геоинформационная система (ГИС) ‒ это многофункциональная информационная система, предназначенная для сбора, обработки, моделирования и анализа пространственных данных, их отображения и использования при решении расчетных задач, подготовке и принятии решений [1].

Современные ландшафтные образования испытывают все большее влияние человеческой деятельности, в первую очередь это касается рельефной структуры территории. Одним из важнейших факторов формирования ландшафта является рельеф. Он оказывает большое влияние на процессы пространственной дифференциации компонентов всего географического комплекса, определяет пейзажный характер ландшафта и его эстетические характеристики. Выступая как ведущий фактор дифференциации, рельеф создает ландшафтное разнообразие природных комплексов разного ранга. От него зависят распределение и конфигурация гидрографической сети, характер почвенного и растительного покрова. Рельеф в значительной степени влияет на перераспределение в ландшафте солнечного тепла и осадков.

Исследование рельефа является базисным элементом географии, а методы его изучения отличаются большим разнообразием. Среди такого рода методов стоит выделить геоинформационный, представляющий собой, наглядное моделирование поверхности Земли в трехмерной проекции. ГИС-технологии позволяют не только создавать «текущую» модель, но и помогают спрогнозировать дальнейшую динамику развития геоморфологических структур [2].

Современная территории Краснодарского края отличается достаточно большой расчлененностью рельефа, который в свою очередь образует уникальные ландшафты, большинство из которых относится к природным памятникам. В данных условиях, моделирование поверхности края является актуальной задачей, решение которой способствует мониторингу состояния ландшафтных территорий Северо-Западного Кавказа.

Несомненно, мониторинг столь большой территории, направленный и на научную, и на промышленную часть, достаточно проблематичен. Однако помочь в этой проблеме может применение геоинформационного программного обеспечения Esri ArcGIS. В данном программном обеспечение поверхность территории выстраивается путем создания высотных изолиний, которые в свою очередь создают полигональные области, объединяющие в себе показатели Z в определённом диапазоне.

Исходными данными для моделирования являлись спутниковые снимки Landsat 8 (рисунок 1). Данные спутниковые снимки уже обладают некоторой атрибутивной информации о высотной структуре изображенной территории. При этом, информация такого рода – «сырая» подложка для последующей обработки в специализированном программном обеспечении.

Рисунок 1 – Спутниковые снимка Landsat 8 в ПО ArcGIS

Построение поверхности территории опирается на метод построения треугольников произвольной формы для всей изучаемой территории. Он представляет рельеф наиболее точно так как обеспечивает плотное «прилегание» треугольников к моделируемой поверхности. В силу этого такая модель применяется очень широко и известна как модель TIN

(Triangulated Irregular Network), или модель на нерегулярной сетке. Построение ЦМР с использованием модели данных TIN сводится к созданию оптимальной сети треугольников, элементы которой «стремятся» быть как можно ближе к равносторонним. При этом любая точка двумерного пространства обладает только одной высотной координатой (в модели TIN не могут быть отрицательные уклоны поверхности: нависающие утесы, гроты, полости) [3].

Рисунок – 2 TIN-модель рельефа Северо-Западного Кавказа

Основным инструментарием для получение цифровой модели в Esri ArcGIS является надстройка – Create TIN выстраивающая полигональные области с близкими высотными значениями, важно заметить, что диапазон выделения областей настраивается пользователем, также как и их количество. По окончанию выполнения операции, получаем готовую цифровую модель рельефа территории Северо-Западного Кавказа.

На Земле осталось очень малое количество ландшафтов, не тронутых человеком. В процессе хозяйственной деятельности человек изменяет некоторые природные компоненты: растительность, почву, водный режим, фауну, геоморфологические характеристики. Эти изменения нарушают сложившиеся в ландшафте связи и взаимодействия между природными компонентами. В такой ситуации, состояние ландшафтов требует постоянного мониторинга с применением наиболее современных, высокотехнологичных методов исследования. Функциональные возможности геоинформационных систем способны в полной мере решить поставленные задачи по контролю состояния тех или иных ландшафтов, в условия минимальной траты временных и производственных ресурсов.