Семинар ГИС. Семинар Использование гис в географии гис в географических исследованиях. Общая характеристика

• Название: Семинар Использование гис в географии гис в географических исследованиях. Общая характеристика
• Дата: 13.04.2022
• Размер: 153.98 Kb.
• Имя файла: Семинар ГИС.docx
• Тип: Семинар; #470972
• страница: 2 из 5

5. ГИС в метеорологии и климатологии

Географическая информационная система (ГИС) - это аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий сбор, хранение, обработку, доступ, накопление, отображение и распространение данных.

ГИС Мегео - специализированная геоинформационная система, которая представляет собой интерактивный и работающий в режиме реального времени инструмент, предназначенный для использования в оперативной работе метеорологов. Область применения ГИС Метео: метеорология, агрометеорология, гидрология, океанология, экология и т.п.

Особенностью ГИС Метео является работа с быстро изменяющимися данными: гидрометеорологическая информация поступает со всех гидрометеорологических подразделений в течение ближайшего времени после срока наблюдений. Ещё одной характерной особенностью является многоканальная система ввода информации (проводная, телефонная, спутниковая и т.д.). Таким образом, перед ГИС Метео стоит задача приёма, обработки, накопления и визуализации большого объёма информации в оперативном режиме.

Разработка ГИС Мегео началась в конце 80-х гг. прошлого века научно-производственным центром Мэп Мейкер (Россия), и первые версии продукта носили это же название. В 1990 г. разработчики установили первую версию в Южно-Сахалинске. С 1995 г. система носит название ГИС Метео.

К настоящему времени многие оперативные подразделения Росгидромета переведены на «безбумажную» технологию обработки карт погоды и вспомогательного материала с помощью ГИС Метео.

При необходимости ГИС Метео предоставляет возможность распечатать подготовленный картографический материал, таблицы и графики на любом типе принтеров.

Комплекс может быть подключен к узлам современной глобальной системы телесвязи, к Internet и к приёмной станции SADIS. Вся обработка данных выполняется в среде Microsoft Windows и может быть распределена между несколькими компьютерами, включёнными в локальную сеть.

ГИС Метео создаёт совершенно новую технологию работы синоптика по анализу и прогнозу погоды - без бумаги.

Программный комплекс ГИС Метео, в порядке спонсорской поддержки высших учебных заведений, был передан на кафедры метеорологии многих российских университетов (Московского, Казанского, Саратовского, Санкт-Петербургского, Пермского, Иркутского и др.) и на кафедру метеорологии, экологии и охраны окружающей среды Кыргызско-Российского славянского университета (г. Бишкек), а также в вузы гидрометеорологического профиля в Санкт-Петербурге, Владивостоке, Одессе. Благодаря системе ГИС Метео студенты-метеорологи могут использовать в учебном процессе и научной деятельности современные мировые технологии в области анализа и прогноза метеорологических полей.

Программный комплекс ГИС Метео - это универсальный инструмент метеоролога, предназначенный для изготовления, обработки и документирования метеорологических карт на персональном компьютере.

Программный комплекс ГИС Метео предназначен для организации оперативной работы метеорологов, в том числе в метеонод- разделениях аэропортов, аэродромов и центров управления воздушным движением. Он позволяет создавать метеорологические карты в любой картографической проекции и любого масштаба с использованием данных, распространяемых по глобальной сети телесвязи Всемирной метеорологической организации (ВМО), через 1гИегпеГ а также спутниковых снимков, данных радиолокационного зондирования и других, что способствует организации работы гидрометеорологического центра любого ранга.

Программный комплекс ГИС Метео состоит из геоинформаци- онной системы, её различных компонент, метеорологической базы данных, отдельных приложений, а также из многочисленных технологических средств сбора и распространения данных. ГИС Метео позволяет с малым штатом сотрудников организовать высокоэффективную технологию оперативного гидрометеорологического обеспечения при очень малых затратах на её эксплуатацию.

ГИС Метео представляет пользователю удобный графический интерфейс для работы с картами, графиками, диаграммами и т.д. Приложения к ГИС Метео реализуют большое число расчётных методов, разработанных в организациях Росгидромета и за рубежом.

ГИС Метео при помощи различных компонент по заранее подготовленному сценарию автоматически или в интерактивном режиме подготавливает многочисленные слои информации на фоне географической карты любого масштаба. Такое совмещение слоёв на мониторе компьютера позволяет осуществлять «безбумажную» технологию работы синоптика по анализу и прогнозу погоды.

ГИС Метео сертифицирована в Росгидромете и рекомендована для использования во всех его подразделениях.

ГИС Метео позволяет пользователю:

• 
  1) изготавливать географическую основу карты (бланк) любой территории;
  
• 
  2) выбирать метеорологические параметры из базы данных и наносить их на карту в различных формах (значения, изолинии, пуансоны, цветное поле и др.);
  
• 
  3) выбирать и наносить на карту в различных формах монтажи из снимков метеорологических спутников Земли;
  
• 
  4) проводить на карте фронтальные линии и линии других типов;
  
• 
  5) строить на карте траекторную модель по фактическим и прогностическим данным;
  

• 
  6) формировать сопровождающий текст к карге;
  
• 
  7) наносить на карту названия городов и (или) индексы метеостанций;
  
• 
  8) совмещать на одной карте разные данные;
  
• 
  9) запоминать изготовленные бланки и карты для использования в дальнейшей работе;
  
• 
  10) строить карты автоматически по заданному расписанию;
  
• 
  11) просматривать на экране дисплея имеющиеся метеорологические карты;
  
• 
  12) выделять отдельные области карты для изображения их в укрупнённом масштабе;
  
• 
  13) корректировать сомнительные данные на карте;
  
• 
  14) выводить карты на печатающее устройство.
  

ГИС Метео строит карты с оперативной информацией наземных гидрометеостанций и постов, морских и океанических станций, средств дистанционного зондирования атмосферы, поступающей со всего земного шара. По данным различных гидродинамических моделей, рассчитываемых в метеорологических центрах России (Москва, Новосибирск), Великобритании (Рединг, Эксетер), США (Вашингтон), Германии (Оффенбах), создаются карты с прогностическими параметрами различной заблаговременности (до 168 ч).

Осуществление оперативной работы в технологии ГИС Метео происходит с помощью автоматизированного рабочего места (АРМ) синоптика, авиационного синоптика, агрометеоролога, радиометеоролога, гидролога. АРМ - индивидуальный комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации работы.

АРМ синоптика позволяет организовать работу любого метеорологического центра путём оперативного создания следующих видов продукции:

- приземных карт погоды, карт абсолютной и относительной топографии, монтажей снимков орбитальных и геостационарных ИСЗ, стыкованных карт по данным МРЛ;

• 
  - прогностических карт давления, геопотенциала, температуры, влажности, ветра;
  
• 
  - карт прогнозов осадков с определением их фазового состояния, прогнозов облачности и фронтальных зон;
  
• 
  - карт прогнозов вертикальных скоростей ветра и турбулентности по модели пограничного слоя;
  
• 
  - траекгорных расчётов по аэрологическим данным и данным объективного анализа и прогноза полей геопотенциала или ветра;
  
• 
  - фактических и прогностических кривых стратификации температуры, влажности, ветра на бланках аэрологических диаграмм и расчётов по ним;
  
• 
  - вертикальных разрезов атмосферы;
  
• 
  - синоптических таблиц и таблиц осадков, графиков изменения метеорологических параметров.
  

6. ГИС в географии почв и почвоведении

Геоин- формационные системы (ГИС) — автоматизированные системы, предназначенные для обработки пространственно-временных данных, включающие автоматизированные системы картографирования: почвенные и земельные информационные системы, автоматизированные кадастровые системы и др. (Г.Я. Цветков, 1988; В.А. Рожков, 1989). ГИС базируются на обработке широкого набора данных, собираемых с помощью различных технологий — от аэрокосмических до обычной цифровой информации — по характеристике состава и свойств природных объектов. Благодаря широким возможностям ГИС на их основе интенсивно развивается математическое картографирование в геологии, геохимии, экологии, почвоведении и других науках о земле. ГИС характеризуются большей наглядностью и широкой доступностью выходных данных по сравнению с обычными географическими картами. Они позволяют представлять цифровые данные в виде карт разных масштабов, графиков, диаграмм, переходить из одного масштаба в другой, менять степень нагрузки в тематических картах, объединять разные виды географических карт путем наложения друг на друга в комплексные и на их основе создавать карты с новой информацией. ГИС включает экспертные системы, которые способны анализировать базы данных, группировать входные данные по их свойствам, делать выводы и прогноз.

В последние годы интенсивно развиваются почвенные информационные системы (В.А. Рожков, С.В. Рожкова, 1993). На рис. 36.4 перечислены разработанные и используемые в Почвенном институте им. В. В. Докучаева информационные системы разного назначения, которые в совокупности образуют интегрированную автоматизированную систему (АИС) «ПОЧВА».



Рис. 36.4. Информационные системы «ПОЧВА»

Например, АИС «SOIL» содержит статические характеристики (банк данных) по ряду типов почв. В частности, АИС «ПОДЗОЛ» включает более 3 тыс. подзолистых почв европейской части России и прилегающих территорий; АИС «MERON» содержит описание всего многообразия типов почв, зафиксированных в принятой классификации; «PSEHORA» — перенесенная в память машины информация по природно-сельскохозяйственному районированию; «COBRA» — система, созданная для целей дешифрирования аэрокосмических снимков. Система «INDEX» (разработчики В.С. Столбовой с соавт., 1998) позволяет представлять результаты оценок в виде карты пригодности земель с учетом лимитирующих факторов; «PLOMOD» — банк моделей плодородия почв (А.С. Фрид, А.Н. Прохоров, 1989) — включает описание статистических и динамических моделей плодородия, позволяющих осуществлять прогноз.
7. ГИС в биогеографии, геоботанике, зооботанике

Деградация растительного покрова большинства парков Москвы, в результате возрастающей антропогенной трансформации ландшафтов, на данный момент, является весьма актуальной проблемой. Для решения этого вопроса осуществляются попытки создания сети объектов ПЗФ (природно - заповедного фонда), эко сетей и эко каркасов территорий, появляются законодательные ограничения и требования оценки, мониторинга и учета растительного покрова и т.д. Особое внимание уделяется вопросам учета и оценки растительного покрова в проектных работах, например в ДБН А.2.2-1-2003 «Состав и содержание материалов оценки воздействий на окружающую среду при проектировании и строительстве предприятий, зданий и сооружений».

Однако при проведении проектных работ исследователи неизбежно сталкиваются с двумя типами вопросов:

А. Обусловленные спецификой самого объекта исследования – растительного покрова, а именно: уникальность описаний ботанических объектов во времени и пространстве (например, наличие и отсутствие редких видов растений в одинаковых сообществах, состояние их популяций и др.), а так же с учётом географического положения; высокая степень изменчивости признаков объектов на протяжении ареала (в т.ч. явления дискретности и континуальности растительного покрова, вредное антропогенное воздействие и др.); динамика природных процессов (флуктуационная и сукцессионная); различные формы и степени антропогенных воздействий; большой объём фактической информации; сохранение биоразнообразия (исполнения требования соответствующих нормативно-правовых актов).

Б. Обусловленные спецификой проведения проектных работ, а именно: необходимость точного указания на местности контуров и местоположений объектов (которые зачастую не имеют четких границ); возможность сопряженного анализа разнородных пространственно-координированных данных (растительность, наличие объектов ПЗФ и экосетей, рельеф местности, инфраструктура, сельхоз использование т.д.); удобная визуализация данных и нанесение объектов на детальные планы и схемы; возможность использования узкоспециализированных данных специалистами других профилей и т.д.

Решение данного вопроса заключается в использовании ГИС – технологий при изучении растительного покрова.

За период с 2007-2009 гг., по соглашению с ООО «Крым-Ирей» нами была проведена экспертная оценка воздействия проектируемых ветроэлектростанций (ВЭС) на биокомплексы 7 площадок, в 5 административных районах АР Крым (Тарханкутская ВЭС, Донузлавская ВЭС, ВЭС в районе с. Солнечная Долина (г. Судак), Бахчисарайская ВЭС, Тургеневская и Холмогорская ВЭС, ВЭС Белогорского р-на, Ленинская ВЭС) (Рис.1). Общая площадь исследованной территории составляет более 33 000 га. Суммарная мощность проектируемых ВЭС более 1000 МВт.

Предпроектные этапы работы заключались в анализе картографических данных территорий, изучении литературных источников для данной территории, дешифрировании космических снимков, выделении однородных природно-территориальных комплексов (ПТК), а так же в прокладке полевых маршрутов, с учетом обязательного посещения всех крупных ПТК.

Отдельное внимание уделялось анализу территории на предмет наличия объектов природно-заповедного фонда Украины, территорий, перспективных для включения в перечень ПЗФ (зарезервированных), объектов, предложенных для включения в экологическую сеть АР Крым, территорий лесного фонда Украины. Анализ осуществлялся путем накладывания на картографический материал существующих в НИЦ «Технологии устойчивого развития» и разработанных коллективом НИЦ информационных слоев по природно-заповедному фонду АР Крым, экосети АР Крым, данных лесоустройства АР Крым, авторских данных. Первичный анализ осуществлялся на картографической основе масштаба 1:100 000 в программном модуле фирмы ESRI ArcGIS 9.0.

Согласно требованиям, предоставленным проектной документацией, при проведении полевых исследований для каждой территории проводились стандартные флористические и геоботанические описания. Составлялись списки обнаруженных видов растений, а для видов, занесенных в природоохранные списки , производилось картирование ареалов их обитания, учитывались количественные и качественные характеристики популяций. Для каждого участка проводилась детальная геоботаническая съемка территории с картированием группировок растительности на планах масштабом 1:50 000 и 1:25 000 (при необходимости на планах масштабом 1:10 000), предоставляемых заказчиками работ. Уточнение координат осуществлялось при помощи GPS-приемника с точностью до 3 м.

Камеральная обработка собранных данных производилась на базе НИЦ «Технологии устойчивого развития» ТНУ им. В. И. Вернадского. При проведении работ широко использовались возможности современных ГИС-технологий (программный модуль ArcGIS 9.0), цветные космические снимки, а также находящиеся в свободном доступе Интернет-ресурсы фирмы GoogleTM.

В результате проведенных работ были получены детальные карты - схемы наличия и размещения на территории исследования и сопредельных территориях объектов природно-заповедного фонда Украины и территорий, зарезервированных для включения в список объектов ПЗФ. Таким образом, стало возможным на ранним этапах выбора площадок избежать территорий, связанных с природно-заповедным фондом, а также оценить возможное влияние антропогенной деятельности, а именно строительства и эксплуатации на природоохранные территории.

Также была получена поквартальная схема размещения лесного фонда на исследуемой территории. Это позволило при проектировании отсечь территории, занятые лесным фондом (или перспективные для посадки леса).

Для данных территорий была проанализирована Схема размещения элементов предложенного проекта региональной экологической сети АР Крым. В результате было установлено наличие или отсутствие территорий, предложенных для включения в региональные экоцентры, восстановительные и буферные территории, экологические коридоры.

Для каждого участка была получена схема детального геоботанического зонирования территории в масштабах 1:25 000 – 1:10 000 с нанесением основных типов растительности, степени их антропогенной трансформации. Как результат, для каждого участка был создан информационный слой «растительный покров территории» с сопряженной базой данных.
8. ГИС в туризме и сфере отдыха

Географическая информационная система (геоинформационная, ГИС, geographic information system, GIS) — это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных на основе электронных географических карт.

Пространственным объектом является любой конкретный объект или явление, которые могут быть определены однозначным содержанием и границами и описаны в виде набора данных. В ГИС используется послойное представление географической информации. Слой представляет собой совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной теме (классу объектов) в пределах некоторой территории и в единой системе координат. Геоинформационные системы позволяют сочетать любые карты, космические и аэроснимки, базы данных и массивы описаний объектов, в том числе и в разные временные интервалы, что позволяет оценить развитие этого объекта или явления во времени и пространстве. Данные в системе хранятся в векторной или растровой форме.

Геоинформационные технологии (ГИТ) — это информационные технологии обработки географически организованной информации.

Началом развития геоинформационных систем считается разработка и создание географической информационной системы Канады

(Canada Geographic Information System, CGIS) в 1960-х гг., где которой впервые был применен принцип разделения картографической информации на тематические слои.

Основные обеспечивающие компоненты ГИС следующие^[1]:

• 
  • информационное обеспечение ГИС — это совокупность взаимосвязанных баз данных, классификаторов, правил цифрового описания, форматов представления данных и комплект соответствующей документации;
  
• 
  • техническое обеспечение ГИС — это комплекс технических средств, используемых для реализации функциональных возможностей ГИС, включая средства ввода, обработки, хранения и передачи данных;
  
• 
  • программное обеспечение ГИС — совокупность программ и программных документов, реализующая функциональные возможности ГИС совместно с информационным и другими видами обеспечения;
  
• 
  • правовое обеспечение — совокупность правовых норм, регламентирующих правовые отношения при создании и функционировании ГИС.
  

В ГИС могут быть представлены следующие типы информации:

• 
  • географические данные — описывают положение объектов в пространстве относительно других, модели данных могут быть двух- и трехмерные, растровые, векторные и т.д.;
  
• 
  • атрибутивные данные — содержат разнообразные характеристики объектов;
  
• 
  • временные сведения — описывают текущий момент или период времени, которому соответствуют значения, при этом появляется возможность получать данные в онлайн-режиме.
  

ГИС содержит данные о пространственных объектах в виде цифровых данных (векторных, растровых, квадротомических и др.). Геоин- формационные системы могут содержать картографическую информацию, космические снимки, базы описаний объектов, что позволяет анализировать состояние и развитие объекта (явления) во времени и в пространстве.

Пространственные данные представляют собой цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении, форме и свойствах, представленные в координатно-времен- но0023й системе. Тематические данные — это пространственные данные, отнесенные к конкретной предметной области. Атрибутивные данные описывают свойства, качественные или количественные признаки пространственных объектов, представленные в цифровом виде.

Для обеспечения работы ГИС применяются спутниковые системы: американская GPS (Global Positioning System) и отечественная ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). ГЛОНАСС была запущена в 1993 г., она является государственной системой, работа которой базируется на информации, получаемой от 24 спутников. Управление ГЛОНАСС предполагает сбор, накопление и обработку траекторной и телеметрической информации обо всех спутниках системы, формирование и выдачу на каждый спутник команд управления и навигационной информации, а также контроль качества функционирования системы в целом; управление спутниками осуществляется в автоматизированном режиме. С помощью этой системы можно определить координаты объекта, его скорость движения, осуществить привязку к точному времени.