Гис-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Культура народов Причерноморья |
|---|---|
| Дата: | 2001 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Кримський науковий центр НАН України і МОН України
2001
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80707 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | ГИС-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга / С.В. Плотницкий // Культура народов Причерноморья. — 2001. — № 22. — С. 26-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859621847787634688 |
|---|---|
| author | Плотницкий, С.В. |
| author_facet | Плотницкий, С.В. |
| citation_txt | ГИС-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга / С.В. Плотницкий // Культура народов Причерноморья. — 2001. — № 22. — С. 26-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Культура народов Причерноморья |
| first_indexed | 2025-11-29T04:41:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
Плотницкий С.В.
ГИС-ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ И ОПТИМИЗАЦИИ
СЕТЕЙ НАБЛЮДЕНИЯ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
Практически все развитые страны уже приступили к созданию своих государственных систем эколо-
гического мониторинга. В сферу этого вида деятельности должно входить не только состояние окружаю-
щей природной среды, но ресурсы, технологии и окружающая (не только природная) среда в целом, т.е.
в предмет исследований войдет взаимодействие природы и общества. Одна из тематических разновидно-
стей такого комплексного социально-экологического мониторинга-агроэкологический мониторинг, была
разработана коллективом ученых Одесского национального университета под руководством Г.И. Швебса.
Агроэкологический мониторинг (АЭМ) – это информационно-управленческая система, опирающаяся
на базовые наблюдения общегосударственной системы экологического мониторинга и специальные агро-
экологические наблюдения за факторами воздействия и состоянием агроландшафта и сельскохозяйствен-
ной продукции. АЭМ направлен на определение и оценку существующего уровня загрязнения, а также
экологическое нормирование и прогнозирование состояния сельскохозяйственных угодий и территорий,
подвергающихся воздействию сельскохозяйственных технологий с целью разработки управленческих ре-
комендаций. Он базируется на представлении о природе как среде, компоненты которой (в первую оче-
редь, почва) являются ресурсом, а технологии – неотъемлемыми элементами тех новых природно-
хозяйственных систем, которые образовались на месте прежних природных ландшафтов. Наконец, АЭМ
сразу рассматривается как система, включающая социальную составляющую, в том числе и население
[1,2].
Общая схема использования ГИС-технологии в агроэкологических исследованиях базируется на
предложенной Г.И. Швебсом концепции раздельного отражения объекта моделирования (собственно аг-
роландшафта) и окружающей среды, в которой этот объект функционирует. Здесь могут использоваться
самые разнообразные источники исходной информации: топографические и тематические карты, спектро-
зональные аэро- и космоснимки, статистические материалы, лабораторные анализы, архивные литератур-
ные материалы и т.д. Поиск и интеграция в единую систему таких материалов даже для сравнительно не-
большой территории без использования геоинформационных технологий весьма затруднительны, а с уче-
том все возрастающих требований к оперативности – практически невозможны.
Важнейшим элементом любой системы мониторинга являются наблюдения, организация которых
требует выполнения ряда требований. К числу основных относится репрезентативность объектов и точек
наблюдения, оценить которую можно только на основе предварительного исследования территории, про-
ведения ландшафтной дифференциации и районирования. Именно ландшафтное районирование служит
теоретической основой выбора пунктов наблюдения, а в дальнейшем интерполяции и экстраполяции по-
лученных в процессе мониторинга оценок и прогнозов. Развертывание системы наблюдений АЭМ проис-
ходит на пространственной основе сформировавшихся агроландшафтных систем.
При организации сети наблюдений, основываясь на материалах агроландшафтного районирования,
организуется полигон АЭМ, включающий систему экспериментальных и наблюдательных стационаров. В
ходе районирования проводится выделение границ водосборных территорий для определения направле-
ний возможной миграции токсических веществ, выделяются элементы ландшафта, играющие роль геохи-
мических барьеров. В качестве полигона предпочтительно выбирать замкнутый водосбор малой реки (300
– 1000 км2), по возможности включающий метеостанцию и сортоиспытательную станцию. В устьевом
створе малой реки желательна организация водомерного поста.
Общая программа наблюдений АЭМ включает сбор материалов и организацию исследований для ха-
рактеристики фоновой агроэкологической ситуации и наблюдения за динамическими изменениями агро-
ландшафта, отдельных компонентов природной среды, качества сельскохозяйственной продукции, оценки
здоровья населения в связи с сельскохозяйственным и другими видами деятельности. В первую очередь
организуются стационарные пункты наблюдений за характеристиками почвенного покрова, поверхност-
ных вод и растительной биомассы сельскохозяйственных культур.
Конкретное местоположение стационарных пунктов отбора проб определяется при анализе агроланд-
шафтной карты полигона АЭМ и уточняется рекогносцировкой на местности. В первую очередь такие
пункты располагаются на наиболее ценных для сельскохозяйственного производства типах агроландшаф-
тов, на охраняемых территориях (заказниках, водоохранных зонах), в пределах сортоиспытательных
участков. При заложении стационара необходимо учитывать его положение относительно линий поверх-
ностного тока, лесополос, линий электропередач, гидротехнических сооружений, путей прогона скота и
т.д. Территория стационара должна быть юридически защищена от случайных хозяйственных влияний
(например, застройки) и соответственно отмечена на кадастровом плане. Немаловажным фактором явля-
ется и транспортная доступность стационара.
В идеальном случае схема пространственной привязки пунктов пробоотбора и экстраполяции данных
выглядит следующим образом: в пределах границ полигона АЭМ представлено большинство характерных
для изучаемого региона типов агроландшафтов; в границах полигона на одном из выделов каждого типа
агроландшафта организуется стационар АЭМ; данные наблюдений агроландшафта на стационаре полно-
стью репрезентативны для всех однотипных выделов на остальной части полигона; все однотипные агро-
ландшафты полигона одинаково и одновременно реагируют на одинаковые внешние воздействия.
В условиях ограниченных бюджетных ресурсов нет возможности охватить регулярными наблюдени-
ями все типы агроландшафтов даже на небольшом по территории и ландшафтной дифференциации поли-
гоне. В первую очередь стационары с полной программой наблюдений организуются на наиболее ценных
и наиболее распространенных для данного региона типах агроландшафтов. На остальных типах агро-
ландшафтов могут проводиться эпизодические наблюдения или наблюдения по неполной программе.
Возникает необходимость оптимального размещения ограниченного количества стационаров в пределах
территории полигона для покрытия наблюдениями максимальной площади, а также для обеспечения дан-
ными различных тематических программ (например, баланса элементов питания, эрозии, миграции радио-
нуклидов в почве и растительной массе и т.д.). Такая оптимизация может быть выполнена средствами ин-
струментальных пакетов ГИС.
Кроме того, по мере удаления от стационара к внешним границам агроландшафтного выдела и грани-
цам полигона, снижается репрезентативность полученных для этого типа агроландшафтов данных. В свя-
зи с этим возникает необходимость проведения выборочных контрольных проверок репрезентативности
стационаров для удаленных выделов. В случае несоответствия выдел переориентируется на другой стаци-
онар, а в некоторых случаях даже на другой ближайший полигон.
В качестве экспериментального участка использовался полигон АЭМ «Балай» (бассейн р. Балай, пра-
вый приток Тилигульского лимана, площадь 561 км2), на территории которого в 1993 г. было размещено
100 стационаров почвенного мониторинга (здесь же производится и мониторинг растительной биомассы).
Обоснование привязки стационаров выполнялось на основе ландшафтной карты, учитывающей морфоге-
нетические формы рельефа и основные генетические виды почв, построенной по методике ручного рисо-
вания [3]. При определении местоположения учитывались равномерность распределения стационаров по
площади полигона и участие стационаров в построении склонового или вдольруслового профиля. В ходе
дальнейших исследований средствами ГИС ArcView, MapINFO, IDRISI и PCRaster была построена карто-
графическая база данных полигона, которая была использована при анализе репрезентативности сети
наблюдений почвенного мониторинга.
При создании базы данных были использованы следующие материалы: цифровая модель рельефа на
основе крупномасштабной топокарты, карты почвенных агрогруппировок, карты внутрихозяйственного
землепользования. На основе ЦМР были построены картографические слои уклонов и экспозиций, линий
поверхностного тока, выделены водосборы различного порядка. Методом оверлейного сложения компо-
нентных слоев (8 исходных компонентов: морфогенетические формы рельефа, парагенетические полосы,
уклоны рельефа, экспозиции, мехсостав почвы, генетические типы и подтипы почв, типы землепользова-
ния, зоны влияния лесополос) были скомпонованы элементарные агроландшафтные выделы с автоматиче-
ской генерацией позиционного кода-классификатора [4,5,6]. Местоположение стационаров анализирова-
лось совместно с новой сеткой выделов (рис. 1).
Статистический анализ картографической
базы данных показал, что стационары располо-
жены на 69 типах агроландшафтных выделов из
2488 типов; суммарная площадь охваченных
наблюдениями типов выделов – 54.3% от площа-
ди полигона; суммарная площадь выделов одного
типа составляет от 5841 до 6 га; количество ста-
ционаров, приходящихся на выделы одного типа
– от 1 до 10; в среднем, на один стационар внут-
ри однотипных выделов приходится от 1075 до 6
га; в среднем, по всем наблюдаемым выделам –
по 158 га на один стационар. 14 стационаров раз-
мещены в пределах малоценных для сельскохо-
зяйственного или природоохранного использова-
ния выделов с суммарной площадью менее 150
га; группа выделов площадью более 1000 га
осталась вне сети наблюдений. Даже механиче-
ский перенос 14 стационаров с нижних выделов –
«аутсайдеров» на территорию высокорейтинго-
вых «запасных» позволит повысить охват поли-
гона наблюдениями до 70.4%.
Не менее актуальной является задача разме-
щения стационаров на территории полигона или
внутри мозаики однотипных агроландшафтных
выделов. Равномерность и репрезентативность
размещения стационаров может быть оценена
различными методами пространственного анализа, имеющимися в составе инструментальных средств
различных ГИС-пакетов. Наиболее быстрым, хотя и относительно грубым способом для территории поли-
Рис. 1 Схема размещения стационаров на полигоне
АЭМ "Балай"
Рис. 2 Пространственный анализ разме-
щения стационаров с использованием
полигонов Тиссена-Вороного
гона в целом является построение вокруг стационаров по-
лигонов Тиссена-Вороного (рис. 2). В пределах полигона
«Балай» размер зон тяготения стационаров варьирует от
1518 га до 2 га, средний размер зоны – 482 га. При повы-
шении равномерности размещения стационаров разброс
площадей зон тяготения будет уменьшаться. Другим спо-
собом количественной оценки равномерности распределе-
ния стационаров внутри однотипных выделов может слу-
жить определение дистанционного коэффициента ослаб-
ления относительной репрезентативности по мере удале-
ния от точки наблюдения.
Для выполнения этого вида оценки необходимо пред-
варительно произвести выборку всех однотипных конту-
ров и соответствующих им стационаров, для стационаров
строится поле равноудаленных дистанций. Принимается,
что репрезентативность максимальна на стационаре (1) и
минимальна на самой удаленной границе самого удален-
ного выдела (0). Допускается, что репрезентативность
убывает от стационара к внешним границам равномерно (хотя в ходе контрольных наблюдений может
быть выяснено, что репрезентативность может убывать по какой либо другой зависимости). Полученное
на основе дистанционного коэффициента поле относительной репрезентативности обрабатывается функ-
циями пространственной статистики. В зависимости от конфигурации мозаики анализируемой выборки
агроландшафтных выделов и размещения стационаров внутри мозаики средняя репрезентативность со-
ставляла от 0.32 до 0.68, средняя относительная репрезентативность для всех охваченных наблюдениями
выделов – 0.45 (рис. 3). Изменяя местоположение стационаров, проектировщик может судить о повыше-
нии репрезентативности на основе количественных
критериев.
Кроме наблюдений за локальными изменениями
структуры и компонентов агроландшафтов, необходи-
мо отслеживать и взаимовлияние соседних выделов
вдоль линий поверхностного тока. Многие простран-
ственно-аналитические ГИС позволяют строить по
ЦМР карты линий поверхностного тока, рассчитывать
количественные значения транспорта дождевого по-
верхностного и руслового стока, а также переносимых
с ним растворенных веществ и твердых наносов.
Можно проверить не только вложенность водосборов
стационаров вдоль линии контролируемого профиля,
но и разместить стационары в точках с заранее задан-
ным значением транзита.
В ходе проведенных исследований было построе-
но несколько вариантов размещения 100 стационаров
на территории полигона. При конструкции сети из
расчета 1 стационар на один тип агроландшафтных
выделов из первых 100 позиций рейтинговой таблицы
(суммарная площадь выделов + сельскохозяйственный
или природоохранный балл) статистическая репрезен-
тативность составит 76.8%; при размещении стацио-
нара в геометрических центрах мозаик однотипных
выделов суммарная относительная репрезентатив-
ность по дистанционному коэффициенту составит 0.38
без учета положения относительно линий тока. При добавлении по 2-3 стационара на 10 наиболее значи-
тельных по площади выделов относительная репрезентативность может быть повышена до 0.49. Рассмат-
ривались так же варианты размещения стационаров строго по тальвегам 1, 2 и 3 порядков и по склоновым
профилям, без учета или с учетом статистической и дистанционной репрезентативности.
Таким образом, в зависимости от программы наблюдений и лимита на количество стационаров можно
подобрать ту или иную оптимальную пространственную конструкцию сети наблюдений. Использование
ГИС-технологий в этой области ландшафтно-территориального анализа позволит значительно повысить
эффективность каждого стационара как по пространственному охвату, так и по возможности проведения
большего количества различных видов наблюдений.
Литература:
Рис. 3 Оценка относительной репрезентативности
на основе дистанционного коэффициента (для вы-
борки выделов, охваченных наблюдениями)
1. Швебс Г.И. Концепция комплексного мониторинга окружающей среды // Известия РГО. 1993. - Т.125. -
Вып.6. - С. 14-21; Пристер Б.С., Швебс Г.И., Медведев В.В. Агроэкологический мониторинг как мето-
дологическая основа оптимизации земледелия // Материали IV з'iзду грунтознавцiв i агрохiмiкiв
Украiни. УААН. - Харькiв, 1994. - С. 56-61.
2. Пилипенко Г.П. Агроландшафтне середньомасштабне районування території // Агроекологія і біотех-
нологія. - К.: Аграрна наука, 1996 - С. 12-19.
3. Плотницький С.В. ГІС в системі моніторингу агроландшафтів: проблеми та перспективи. В зб. Ланд-
шафт як інтегруюча концепція XXI сторіччя. - К. 1999. - С.336-338.
4. Плотницький С.В. Науково-методологічні та технологічні питання моделювання природно-
господарських систем засобами ГІС // Україна та глобальні процеси: географічний вимір.- Т.2. Київ-
Луцьк, 2000. - С. 389-391.
5. Плотницкий С.В. ГИС как средство изучения и управления природно-хозяйственными комплексами
приморских территорий. В сб. Исследование береговой зоны морей. - К. «Карбон Лтд». 2001. - С. 249-
256.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80707 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-0808 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T04:41:55Z |
| publishDate | 2001 |
| publisher | Кримський науковий центр НАН України і МОН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Плотницкий, С.В. 2015-04-23T14:25:08Z 2015-04-23T14:25:08Z 2001 ГИС-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга / С.В. Плотницкий // Культура народов Причерноморья. — 2001. — № 22. — С. 26-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-0808 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80707 ru Кримський науковий центр НАН України і МОН України Культура народов Причерноморья Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ Гис-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга Article published earlier |
| spellingShingle | Гис-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга Плотницкий, С.В. Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ |
| title | Гис-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга |
| title_full | Гис-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга |
| title_fullStr | Гис-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга |
| title_full_unstemmed | Гис-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга |
| title_short | Гис-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга |
| title_sort | гис-технологии в проектировании и оптимизации сетей наблюдения агроэкологического мониторинга |
| topic | Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ |
| topic_facet | Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80707 |
| work_keys_str_mv | AT plotnickiisv gistehnologiivproektirovaniiioptimizaciiseteinablûdeniâagroékologičeskogomonitoringa |