Ландшафтно-екологічний аналіз агрогеосистем для цілей управління

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

УДК 911.2:581.5

ЛАНДШАФТНО-ЕКОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ АГРОГЕОСИСТЕМ ДЛЯ ЦІЛЕЙ УПРАВЛІННЯ

11.00.11 - конструктивна географія і раціональне використання природних ресурсів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук

БІЛОУС ЛЮДМИЛА ФЕДОРІВНА

Київ 2001



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі географії України географічного факультету Київського національного університеті імені Тараса Шевченка

Науковий керівник:

член-кореспондент АПН України, доктор географічних наук, професор Шищенко Петро Григорович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри географії України

Офіційні опоненти:

доктор географічних наук, професор Денисик Григорій Іванович, Вінницький державний педагогічний університет імені Михайла Коцюбинського, завідувач кафедри фізичної географії

кандидат географічних наук Даценко Людмила Миколаївна, Інститут передових технологій, заступник директора Провідна установа: Інститут географії НАН України, відділ ландшафтознавства, м. Київ

Захист відбудеться 24 вересня 2001 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.07 у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, Київ - 22, вул. Васильківська, 90, ауд. 212.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка (01017 м. Київ, вул. Володимирська, 58)

Автореферат розісланий 23 серпня 2001 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор географічних наук, професор Іщук С.І.

агрогеосистема ландшафтний екологічний управління



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ретроспективний аналіз суспільних аксіологічних орієнтирів, які визначають потребу й зміст регулювання природокористування показав, що рис ландшафтно-екологічної обумовленості воно набуло в кінці ХХ століття внаслідок різкого погіршення стану довкілля, прийняття концепції sustainable development, визнання необхідності організації природоцентричної життєдіяльності людини, нації, суспільства.

В зв'язку з цим актуальною проблемою є обгрунтування теоретико-методологічних основ інформатизації системи природоцентричного регулювання природокористування. Результативним шляхом її вирішення в умовах переходу цивілізації в постіндустріальну формацію розвитку є науково-практична ітерація поля інтеграції ландшафтної екології та геоінформатики, в якому відбувається синтез мобільної, достовірної, придатної до багатоцільового використання, доповнення й поновлення інформації про особливості функціонування й розвитку ландшафтів, причини їх деградації, потенційні можливості господарського використання, шляхи оптимізації природно-господарської територіальної організації. Така інформація є конче необхідною в умовах переходу до державно-ринкових механізмів регулювання соціально-економічного розвитку. За її відсутності неможливими є ефективна організація екологічної культури функціонування господарюючих суб'єктів, розвиток фінансово-кредитної та інвестиційної діяльністі.

А тому суттєвого переосмислення в новому ландшафтно-геоінформаційному інтеграційному полі потребують засади ландшафтно-екологічного аналізу територій як науково-дослідної системи стандартизації інформації та процесу інформатизації, що визначає особливості інтеграції різноманітних даних про довкілля й перетворення їх в інформаційний ресурс систем регулювання природокористування.

За умов активізації процесів приватизації землі, переходу до фермерського господарювання, реорганізації структури землекористування, пріоритетної уваги вимагає проблема обгрунтування теоретико-методологічних основ ландшафтно-екологічного геоінформаційного аналізу агрогеосистем та синтезу інформаційного ресурсу природоцентричного агроуправління й менеджменту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Ряд теоретико-методологічних положень ландшафтно-екологічного геоінформаційного аналізу територій було реалізовано при виконанні наукової теми “Етно-геоекологічне районування території України та розробка схеми розміщення станцій фонового моніторингу для обгрунтування і організації науково-навчального полігону моніторингових ландшафтно-екологічних досліджень на базі Канівського заповідника” (1997-2000, № д.б. 97100).

Освоєння інструментарію програмних продуктів ArcView3.2.а з модулями Spatial Analyst й 3DAnalyst, Arc/Info7.1, ERDAS Imagine7.5 здійснювалось за участі в програмі стажування спеціалістів ERIM/Nansen, що реалізується Українським Центром Менеджменту Землі і Ресурсів (УЦМЗР).

Мета дослідження - побудова концепції ландшафтно-екологічного геоінформаційного аналізу агрогеосистем та синтезу інформаційного ресурсу агроуправління.

Об'єкт дослідження - агрогеосистеми Верхньоінгулецького басейнового регіону.

Предмет дослідження - ландшафтно-екологічна організація агрогеосистем, інформація про яку є основою агроуправлінсько-менеджментної діяльності в умовах прийняття концепції sustainable development й впровадження державно-ринкових механізмів регулювання природокористування.

Для досягнення мети вирішувалися такі завдання:

обґрунтування теоретико-методологічних основ ландшафтно-екологічного геоінформаційного аналізу агрогеосистем та побудови логічної моделі процесу створення агроуправлінсько-менеджментного інформаційного ресурсу;

розробки методики геоінформаційного моделювання ландшафтної територіальної структури (ЛТС), що є джерелом інформації для обгрунтування геоекологічної культури агрогосподарювання;

районування природно-функціонально цілісних геосистем, що є елементами ЛТС, за комплексом характеристик, котрі визначають специфіку організації природно-агрогосподарської адаптації ;

геоінформаційного моделювання актуальних агрогеосистем з застосуванням методики ландшафтного розпізнання дистанційних образів, їх статистичної інвентаризації та дистанційного розпізнання ландшафтних образів;

ландшафтно-екологічного оцінювання природно-агрогосподарської організації й виявлення геосистем, що потребують пріоритетної уваги управлінців стосовно оптимізації їх функціональної структури;

створення ландшафтно-екологічного інформаційного ресурсу для обгрунтування управлінських програм природно-агрогосподарської адаптації.

Методи дослідження. Теоретико-методичні основи дослідження формувались в інтеграційному полі ландшафтної екології й геоінформатики при залученні критичного аналізу практики ландшафтного, ландшафтно-екологічного аналізу геосистем й геоінформаційного аналізу просторових даних. Основними дослідницькими підходами в роботі є ноосфер ний метатеоретичний, інформаційний, системно-структурний й конструктивістський загальнонаукові, які визначили риси ландшафтно-екологічного аналізу агрогеосистем та спектр методів дослідження. Вагома роль надана методам: просторового геоінформаційного моделювання (побудови інтерполяційних, тріангуляційних поверхонь, класифікації результатів інтерполяції, застосування математичних дій з поверхнями); ландшафтно-екологічної інтерпретації просторових моделей; комплексно-ознакового районування; статистичного аналізу; семантичного, евристичного, інваріантного та інформаційного моделювання; ландшафтного розпізнання дистанційних й дистанційного розпізнання ландшафтних образів та деяким іншим.

Наукова новизна одержаних результатів визначається:

поглибленням теоретико-методологічних основ ландшафтно-екологічного аналізу агрогеосистем;

розробкою методики геоінформаційного пізнання структури цифрової моделі рельєфу (ЦМР) та синтезу інформації про ландшафтну територіальну організацію, що є основою обгрунтування механізмів природно-агрогосподарської адаптації;

застосуванням принципу природно-функціональної цілісності регіону при агрогеоекологічному комплексно-ознаковому районуванні для управлінських цілей;

обґрунтуванням методики геоінформаційного аналізу оперативних цифрових даних дистанційного зондування Землі (ДДЗЗ) й ландшафтно-дистанційного розпізнання агрогеосистем;

використанням методики інваріантного моделювання ГІС для синтезу конструктивного інформаційного ресурсу агрогеоекологічного управління Верхньоінгулецьким басейновим регіоном.

Практичне значення отриманих результатів. В ході організації ландшафтно-інформаційної системи забезпечення агроуправління запропоновано методику структурного аналізу ЦМР та синтезу інформації про територіальні особливості прояву сучасних фізико-географічних процесів, зокрема інтенсивність речовинного змиву й акумуляції. Простота реалізації запропонованої методики та швидкість і точність отримання результату забезпечують її привабливість для установ й організацій, діяльність яких пов'язана з регулюванням природокористування і котрі займаються проблемами інвентаризації територіального прояву акумулятивно-денудаційних процесів, інформація про який є передумовою розуміння причин деградації геосистем та обгрунтування шляхів їх оптимізації. В результаті ландшафтно - екологічного аналізу агрогеосистем Верхньоінгулецького басейнового регіону створено новий мобільний відкритий інформаційний ресурс регулювання природокористування, що представлений конструктивними, науково обгрунтованими рекомендаціями стосовно оптимізації природно-агрогосподарської організації.

Теоретико-методологічний доробок дисертаційного дослідження використаний при розробці навчальних програм з дисциплін: “Основи прикладної географії”, “Геофізика ландшафтів”,“Комп'ютерні методи в геоекології”.

Особистий внесок здобувача. Запропоновано концепцію ландшафтно-екологічного аналізу територій для агроуправлінсько-менеджментних потреб. В результаті комп'ютерного експериментування та ландшафтного експертування розроблено методику створення моделей сучасних фізико-географічних процесів, що є базовими при побудові цифрової моделі ЛТС регіону, як потенційного інформаційного ресурсу ландшафтно-екологічної оптимізації агрогеосистем.

Обґрунтовано наукові засади агрогеоекологічного районування територій, суть якого в індуктивному впорядкування природно-функціональних цілісностей за комплексом характеристик, що визначають специфіку ландшафтно-екологічної оптимізації природно-агрогосподарської взаємодії.

Проведено експедиційні дослідження (2000-2001рр.) з метою верифікації інформації, що містять в собі моделі територіального прояву сучасних фізико-географічних процесів та сегментації цифрової космокарти для класифікації й моделювання агрогеосистем.

В результаті обробки оперативних цифрових ДДЗЗ створена модель агрогеосистем Верхньоінгулецького басейнового регіону, що характеризується високою точністю позиціонування та є інформаційним джерелом ландшафтно-екологічного обгрунтування програм агрогосподарської адаптації.

Побудовано цифрову модель територіального прояву конфліктності природно-агрогосподарської взаємодії, що є мотиваційною основою регулювання агрогосподарювання.

Самостійно здійснювались підбір, уніфікація, семантичне моделювання й комп'ютерне оперування просторовими даними в середовищі освоєних самостійно й за підтримки УЦМЗР програм: MapInfo5.0, Microsoft Excel, Microsoft Access, ArcView3.2.а з модулями Spatial Analyst, 3D Analyst, Arc/Info7.1, ERDAS Imagine7.5.

Апробація результатів дисертації. Основні положення й результати дослідження пройшли апробацію на наукових конференціях молодих вчених та аспірантів географічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка (1996-1998); на міжнародних наукових конференціях “Ландшафт як інтегруюча концепція ХХІ століття” (Київ, 1999), “Геоінформаційні технології сьогодні” (Львів, 1999), “Еколого-географічні дослідження в сучасній географічній науці” ( Тернопіль,1999 ), “Буття ландшафту та буття в ландшафті” (Київ 2001), “Геоінформаційне картографування держав і регіонів” (Київ, 2001); на семінарі “Аерокосмічні методи й охорона ландшафтів”; (Київ,2000), на VIII з'їзді Українського географічного товариства (Луцьк, 2000).

Публікації. Результати дослідження опубліковані в 7 наукових працях (у т.ч. 3 у виданнях, рекомендованих ВАК України) загальним обсягом 1.7 друкованих аркушів.

Об'єм і структура роботи. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків; викладена на 135 сторінках друкованого тексту,містить 25 додатків та список літератури (192 найменування). Загальний об'єм роботи - 200 сторінок.



ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ

В першому розділі “Ландшафтно-екологічна складова інформаційного ресурсу державно-ринкового регулювання природокористування” означено пріоритетну роль геоекологічної інформації в обгрунтуванні програм державно-ринкового регулювання природокористування; визначено суть та зміст поняття “інформаційного ресурсу” за умов переходу цивілізації в постіндустріальну формацію розвитку й прийняття нею концепції sustainable development; проведено аналіз становлення теоретико-методологічних основ ландшафтно-екологічного аналізу, як науково-дослідної програми створення інформаційного ресурсу регулювання природокористування та запропоновано концепцію ландшафтно-екологічного геоінформаційного аналізу агрогеосистем для цілей управління.

Природозбережного змісту інформація для регулювання природокористування набула в 60-70 роках ХХ століття внаслідок погіршення стану довкілля та визнання наукової парадигми охорони природи й раціонального використання природних ресурсів, а ландшафтно-екологічної обумовленості, глобальності, економічної визначеності та статусу інформаційного ресурсу - в кінці ХХ століття, в результаті прийняття концепції sustainable development, науково-дослідних програм ноосферного, тотального, коадаптивного розвитку та переходу цивілізації інформаційну формацію розвитку.

Інформаційний ресурс регулювання природокористування є результатом інтелектуальної діяльності по накопиченню, збереженню й конструктивному перетворенню інтегрованих знань та даних про об'єкти, в якості яких визначені природно-господарські територіальні системи, в інформацію, що слугує джерелом мотиваційної діяльності по їх оптимізаційному перетворенню.

Фундаментальність ландшафтно-екологічних теоретико-методологічних основ інформатизації системи державно-ринкового природоцентричного регулювання природокористування, організаційними структурними складовими якого є управління й менеджмент, може бути визначена залежностями:

F_t (К_п) <F_t+1 (К_п), (1)

F_t (К_п) ? F_t+1 (К_п), (2),

де: (1) - категорично-імперативне природоцентричне регулювання природокористування (характерне для економічно розвинених країн), (2) - гіпотетично-імперативне природоцентричне регулювання природокористування (властиве країнам, що розвиваються й перехідним);

К_п = К_п.ст. + К_п.кр., К_{п.кр t} ? К_{п.кр t + 1, і}

К_п - природний капітал (природно-ресурсний та асиміляційний потенціал), К_п.ст. - штучно створений природний капітал, К_п.кр - критичний природний капітал, t - фактор часу. Приведені залежності засвідчують обов'язкову умову збереження критичного природного капіталу, а отже і потребу глибоких ландшафтно-екологічних досліджень, задачею яких є продукування актуальної, мобільної, достовірної інформації про довкілля, достатньої для обгрунтування регіональних програм природно-господарської адаптації.

Ландшафтно-екологічний геоінформаційний аналіз (ЛЕГА) як цілісна концепція ландшафтно-екологічного дослідження та науково-дослідна система продукування мобільної інформації про особливості функціонування й розвитку сучасних геосистем, що сформувались в полі взаємодії природи й суспільства, потенційні можливості їх господарського використання, розкриття причин деградації та оптимізаційних механізмів стабілізації їх структури здатен задовольнити потреби природоцентричного управління й менеджменту в базовому інформаційному ресурсі. Ландшафтно-екологічний інформаційний ресурс управління природокористуванням забезпечує мотиваційною основою діяльність державних структур, акцентовану на вирішення проблем програмування національного й регіонального шляхів екополітичного розвитку, розробку стратегії й тактики природоцентричної оптимізації регіонів та нормотворчо - стандартизаційного забезпечення природокористування. Ландшафтно-екологічний інформаційний ресурс менеджменту - це підгрунтя ініціативної діяльності економічного суб'єкту (підприємства, організації), спрямованої на досягнення власних екологічних цілей, що базуються на принципах екоефективності та екосправедливості.

Результативність ЛЕГА в створенні інформаційного ресурсу регулювання природокористування визначається принципами його організації, зокрема: комплексності; процесно-функціональної акцентації; стадійності; проведення багатоваріантного експериментального проектування й оцінки результатів; експертування та прийняття рішень на основі математичних моделей і процедур що реалізуються засобами обчислювальної техніки; інтерактивної взаємодії з цифровою моделлю; слабкої залежності інформаційного ресурсу від конкретної області застосування.

Основними методами моделювання в ході ЛЕГА, що базуються на вищеозначених принципах є семаничне, інваріантне, евристичне та інформаційне. Семантичне моделювання пов'язане із задачами кодування й лінгвістичного забезпечення. Чим більш різнорідна вихідна інформація за структурою і змістом, тим більшим є об'єм семантичного моделювання. Інваріантне - ґрунтується на роботі з повністю чи частково уніфікованими інформаційними елементами й структурами, передбачає використання групових операцій, що підвищує оперативність та продуктивність обробки інформації в порівнянні з індивідуальним моделюванням. Прикладом інваріантного моделювання є оверлейне. Евристичне - застосовується при: необхідності експертних рішень, вивченні дуальних властивостей об'єктів на відеозображенні, вирішенні спеціальних нетипових задач, при інтерактивній обробці даних. Інформаційне - пов'язане зі створенням і перетворенням різноманітних форм інформації, зокрема графічної чи текстової у вид, що задається користувачем. Тобто відбувається вивчення інформаційної ємкості об'єктів та синтез інформаційного ресурсу. Реалізація інформаційного моделювання здійснюється шляхом організації підсистем документаційного забезпечення що включають різноманітні методи по створенню звітів, довідок та інших документів.

Побудова ландшафтно-екологічної геоінформаційної системи, як результату ЛЕГА агрогеосистем та синтезу агроуправлінського інформаційного ресурсу відбувається в три стадії: вербального обґрунтування концепції ЛЕГА, деталізації завдань й побудови концептуальної моделі ЛЕГА, реалізації концепції.

На стадії вербального обгрунтування концепції ЛЕГА були вирішені такі проблеми: постановки мети, завдань, вибору об'єкту й предмету, вивчення теоретико-методичного досвіду предметного дослідження, формулювання технічного завдання на зміст вихідних даних в зв'язку з нормативними вимогами програмно-технічного забезпечення. Стадія деталізації завдань та побудови концептуальної моделі ЛЕГА є найскладнішою так як передбачає алгоритмізацію завдань логічними схемами задач та обгрунтування в процесі еврестичного моделювання методик реалізації останніх.

Концепцією ЛЕГА агрогеосистем Верхньоінгулецького басейнового регіону передбачено виконання 2-х блоків завдань, а саме організації ландшафтно-екологічної системи забезпечення агроуправління та ландшафтно-екологічної оцінки актуальних агрогеосистем і синтезу інформаційного ресурсу програмування адаптивного агрогосподарювання (рис.1).

Обгрунтовуючи спектр завдань, котрі необхідно вирішити, створюючи ландшафтно - екологічну систему забезпечення агроуправління, визначимо такі: 1) розробку методики синтезу цифрової моделі ЛТС, що відображає специфіку територіального прояву сучасних фізико-географічних процесів, котрі визначають особливості функціонування й розвитку агрогеосистем, а також містить інформацію про ландшафтно-функціональні цілісності, що відіграють роль природно-територіального базису виділення об'єктів агроуправління й менеджменту і є передбачуваними; 2)районування природно-функціонально цілісних геосистем за комплексом ознак, що визначають специфіку організації культурного, адаптивного агрогосподарювання.

Завданнями блоку ландшафтно-екологічної оцінки актуальних агрогеосистем й синтезу інформаційного ресурсу програмування адаптивного агрогосподарювання є: 1)інформаційна інвентаризація актуальних агрогеосистем Верхньоінгулецького басейнового регіону для пізнання їх місця в природній організації території; 2)вирішення проблем пошуку агрогеосистем, що характеризуються конфліктністю природно-господарської взаємодії, і в межах яких відбувається інтенсифікація деструктивних процесів, що призводять до деградаційного розвитку Верхньоінгулецької басейнової геосистеми; 3)ландшафтно-екологічне геоінформаційне забезпечення обгрунтування управлінських програм природно-агрогосподарської адаптаціїї.

В другому розділі “Організація ландшафтно - інформаційної системи забезпечення агроуправління” пропонується методика вирішення завдань геоінформаційного моделювання ЛТС й агрогеоекологічного районування, що забезпечує синтез потенційного інформаційного ресурсу природоцентричного агроуправління.

За умов визначальної ролі флювіальних процесів в ході ландшафтогенезу, що є характерним для Верхньоінгулецького басейнового регіону, головну роль в природній організації території відіграють позиційно-динамічні відношення, а тому наявність інформації про особливості їх прояву є основою обгрунтування конструктивних управлінських програм природно-агрогосподарської адаптації. В зв'язку з цим основним завданням даного етапу ЛЕГА є інформаційна інвентаризація особливостей прояву позиційно-динамічних відношень, та створення однойменної цифрової моделі ЛТС, що є інформаційним джерелом ландшафтно-екологічної оптимізації природно-агрогосподарської взаємодії.

Складовими елементами позиційно - динамічної ЛТС є ландшафтні смуги (ЛС) та парадинамічні райони (ПДР), що виділяються, відповідно за інтенсивністю та напрямком руху речовинно - енергетичних площинних потоків, специфіка яких визначається топологічною організацією території. Вивчення останньої в геоінформаційному середовищі забезпечує гідрологічний та структурний аналіз ЦМР. А тому задача створення ЦМР потребувала першочергового вирішення. В зв'язку з цим нами в результаті багатоваріантного процесу евристичного моделювання, спрямованого на алгоритмізацію процедури синтезу ЦМР прийнято рішення застосування для інтерполяції вихідних даних методики Topogrid Interpolation програмного середовища Arc/Info7.1. Зазначена методика передбачає можливість інтерактивної взаємодії з моделлю (моделювання озерних зон, зон перегину рельєфу та ін) шляхом задавання умови на потребу сумісного застосування так званих “глобальних” (крігінг, сплайн) та “локальних” (зворотна зважена відстань) методів інтерполяції. ЇЇ результативність визначається досконалістю організації масиву вихідних даних, що включає цифрові моделі орграфа базисних лінійних елементів; вершинних лінійних елементів топологічної структури; озер, ставків, водосховищ; базисних, вершинних й додаткових точок. Вибір саме цієї методики та задоволення технічних нормативних вимог програмного забезпечення до організації вихідних даних дозволило побудувати достовірну ЦМР регіону, верифікація якої методом профілювання, довела її високу точність та коректність.

В руслі розв'язання завдання побудови ПДР, що розглядаються нами як природний базис моделювання об'єктів агроуправління й менеджменту, необхідно було вирішити задачі гідрологічного аналізу ЦМР та евристичної побудови ПДР. Гідрологічний аналіз ЦМР здійснювався в програмному середовищі ArcView3.2а з застосуванням модуля Hydro-logic Modeling, за допомогою якого були створені цифрові моделі басейнів та акумуляції потоків. Вивчення останніх забезпечило можливість побудови в інтерактивному режимі цифрової моделі напрямку руху потоків. Ландшафтно-екологічний експертний аналіз топології її елементів, спрямований на пошук структуроформуючих вузлів ПДР, дозволив в інтерактивному режимі створити їх цифрову модель.

Для вирішення проблеми синтезу цифрової моделі ЛС був проведений структурний аналіз ЦМР, суть якого в математичному маніпулюванні польовими моделями (ЦМР, полівершинною 1-го порядку (ПВП1) та полібазисною 1-го порядку (ПБП1)), а тому вбачається необхідність перетворення побудованих в результаті гідрологічного аналізу ЦМР базисних і вершинних лінійних елементів в цифрові поверхні. Процес моделювання останніх, засобами ArcView 3.2.а передбачав виконання таких дій: присвоєння тальвегам і вододілам за ЦМР значення висоти і побудови шляхом нерегулярної інтерполяції TIN (Triangulated Irregular Network) відповідних структурних (базисних, вершинних) топологічних поверхонь; перетворення TIN-поверхонь в GRID-поверхні (GRID- інтерполяція даних на регулярну сітку) для можливості застосування до них функції математичного маніпулювання.

В ході структурного аналізу ЦМР й моделювання інтенсивності прояву сучасних фізико-географічних процесів було запропоновано декілька продуктивних з точки зору синтезу ландшафтно-екологічної інформації математичних дій з поверхнями, що реалізовані в програмному середовищі ArcView3.2.а:

ПВП1-ЦМР = потужність зденудованої літо-педогенної складової ландшафтних комплексів;

ЦМР-ПБП1 = потужність залишкової літо-педогенної складової ландшафтних комплексів.

Для ландшафтно-екологічної інтерпретації поверхонь, отриманих в результаті зазначених математичних дій був обраний метод класифікації їх даних за середньоквадратичним відхиленням, застосування якого надало можливість оцінити відмінність значень від фонового (середнього) та виявити специфіку прояву сучасних фізико-географічних процесів.

В результаті класифікаційного впорядкування даних поверхні залишкової потужності літо-педогенної складової геосистем за обраним методом, виділились території зі значеннями рівними нулю та меншими за нуль. Їх слід інтерпретувати як ландшафтні смуги вираженого прояву алювіально-делювіальних процесів. На цій же поверхні добре виділяються акумулятивні ландшафтні комплекси, що відповідають максимальній потужності літо-педогенної товщі (більше26.082м) і які приурочені до ввігнутих морфологічних форм для яких характерною є топологічно обумовлена висока ймовірність накопичення забруднень. Щодо результатів класифікації моделі потужності зденудованої літо-педогенної складової геосистем, то слід відмітити тісну кореляцію її структури з інтенсивністю прояву сучасних ерозійних процесів. Ця залежність була встановлена нами в результаті верифікації методом порівняльного аналізу та експедиційним. Виділені класи потужності зденудованої літо-педогенної складової ландшафтів співвідносяться з ландшафтними смугами позиційно-динамічної ЛТС. Зокрема, аналізуючи рисунок 2А, відмітимо, що класи, порогові значення яких - 0,151м - 2,885м; 5,623м - 8,358м та11,094м - 13,829м, відповідно тісно корелюють з ландшафтними смугами, що характеризубться комплексами грунтів слабозмитих з незмитими, середньозмитих з слабозмитими та сильнозмитих з середньозмитими. Такі ландшафтні смуги формуються в топологічно обумовлених місцях зміни інтенсивновті розвитку фізико-географічних процесів і їх слід визначити як ландшафтні смуги-регулятори інтенсивності прояву денудаційних процесів.

Загалом створення інформаційної моделі ЛС позиційно-динамічної ЛТС відбувалось в програмному середовищі ArcView3.2а й MapInfo5.0 в ході послідовної реалізації задач: вибору з моделей потужності залишкової й зденудованої літо-педогенної складової ландшафтів відповідних контурів класів й наповнення їх атрибутивною інформацією про грунтовий покрив і крутизну схилів згідно з кодифікацією попередньо створених бази даних грунтів та цифрової моделі крутизни схилів.

Щодо блоку задач реалізації завдання агрогеоекологічного районування ПДР, котрі визначені нами як операційні територіальні одиниці (ОТО) комплексно-ознакового аналізу, то необхідно було вирішити проблеми: атрибутивної їх інвентаризації агроекологічно значимими характеристиками за допомогою методів статистичного й геометричного аналізу ArcView3.2a; розрахунку ознакових й комплексно-ознакових дистанційних коефіцієнтів між ОТО в програмному середовищі Microsoft Excel з залученням графів сусідства ОТО; створення цифрової моделі агрогеоекологічних мікро- й мезорайонів.

В якості агрогеоекологічно значимих характеристик визначені: густота й глибина розчленування; показники співвідношення довжини базисних лінійних елементів першого порядку до загальної їх довжини; середнє, мінімальне й максимальне значення потужності залишкової та зденудованої літопедогенної складової ландшафтів; максимальне, мінімальне та середнє значення крутизни схилів; частки площ привододільних незмитих, яружно-балкових та різного ступеня змитості ландшафтних смуг; співвідношення площ привододільних незмитих ландшафтних смуг та різного ступеня змитості; частки площ геосистем, що характеризуються високим, топологічно обумовленим потенціалом накопичення забруднень; та деякі інші.

Розрахунок ознакових й комплексно-ознакових дистанційних коефіцієнтів було реалізовано за формулою простої Евклідової дистанції в програмному середовищі Excel з залученням графів сусідства ОТО. В результаті процесу районування нами було об'єднано 68 ПДР в 26 агрогеоекологічних мікрорайонів, а останні об'єднані в 7 агрогеоекологічних мезорайонів, що представляють собою ландшафтно-функціональні цілісності, відрізняються між собою за особливостями прояву фізико-географічних процесів та є ландшафтно-територіальним базисом організації природно-агрогосподарської збалансованої територіальної структури.

В третьому розділі “Ландшафтно-екологічна оцінка агрогеосистем та синтез інформаційного ресурсу програмування адаптивного агрогосподарювання” пропонується: 1)методика моделювання актуальних агрогеосистем, що базується на оперуванні цифровою моделлю ЛТС та цифровими ДДЗЗ; 2) ландшафтно-екологічна оцінка узгодженості природно-агрогосподарської взаємодії, що грунтується на концепціях адаптивного землеробства та функціонального зонування й інваріантне моделювання конфліктних з ландшафтно-екологічної точки зору агрогеосистем; 3)ранжування функціонально цілісних парадинамічних агрорайонів за ступенем конфліктності їх природно-агрогосподарської структури й виявлення тих, що потребують пріоритетної уваги управлінців; 4)система рекомендацій по ландшафтно-екологічній оптимізації природно-агрогосподарської взаємодії для дисбалансних агрогеоекологічних мікрорайонів.

При моделюванні актуальних агрогеосистем джерелом інформації були оперативні цифрові ДДЗЗ (спектрозональні космічні знімки SPOT), цифрові моделі ЛС позиційно-динамічної ЛТС й агрогеоекологічного районування, наземні картографічні матеріали, що несуть в собі інформацію про структуру землекористування. В основу моделювання агрогеосистем покладена методика ландшафтного розпізнання дистанційних образів, синтезу відповідної статистичної інформації та наступного дистанційного розпізнання ландшафтних образів. Роль програмного середовища реалізації методики виконували ERDAS Imagine 7.5, ArcView3.2.а. Успіх проблемно орієнтованої обробки ДДЗЗ визначався результативністю етапу деталізації задач та уточнення концептуальної моделі дослідження (рис.1), на якому була розроблена логічна схема контрольованої ітеративної класифікації, що передбачала: 1)підготовку вихідних даних до класифікації, а саме позиціонування, фільтрацію та зшивання 5 космічних знімків SPOT; створення схеми геосистем, які бажано виділити, як деякі “образи” в результаті класифікації; приведення в проекцію створеної космокарти цифрових моделей ЛС позиційно-динамічної ЛТС та агрогеоекологічних мікрорайонів; маскування космокарти за агрогеоекологічними мікрорайонами для можливості послідовного вибору кожного з них в якості ОТО в ході класифікації, з огляду на забезпечення достовірності результатів; 2)організаційно-класифікаційну діяльність, а саме сегментацію кожного агрогеоекологічного мікрорайону, що характеризується суттєвою внутрішньою подібністю геосистем з метою виділення еталонів (еталони - це набори пікселів (елементарних одиниць растру), що представляють образ чи потенціальний клас); розрахунок за еталонними пікселями статистичних показників для створення параметричної сигнатури класів; за параметричними сигнатурами пошук об'єктів подібних еталону; в разі достовірності результатів пошуку - прийняття створеної сигнатури в якості робочої при класифікації, в іншому випадку - маніпулювання сигнатурами, або нова ітерація еталонування та сигнатурної інвентаризації; 3)класифікацію ДДЗЗ й створення цифрової векторної моделі актуальних агрогеосистем. Суть класифікації зводилась до рознесення по певних групах всіх пікселів зображення за ознакою подібності до так званої групової сигнатури, що розраховувалась за формулою Евклідової дистанції.

У зв'язку з ландшафтно-екологічними принципами функціонального зонування й адаптивного господарювання для синтезу інформації про конфліктність природно-господарської взаємодії в межах агрогеоекологічних мікрорайонів було вирішено застосувати методику оверлейного аналізу програмного середовища ArcView3.2а до ландшафтних смуг позиційно-динамічної ЛТС, що не придатні для виконання агрогосподарських функцій (тих що характеризуються середнім в комплексі з сильним й сильним змивом і тих, що характеризуються високим ступенем забруднення) та актуальних агрогеосистем (рис.3).

В результаті оверлейного аналізу було створено векторну модель конфліктних агрогеосистем, до якої включені всі ті, що розорюються і в той же час характеризуються наявністю середньо- й сильнозмитих грунтів та топологічно обумовленим високим потенціалом забруднення

Геоінформаційне кодування конфліктних геосистем ідентифікаційними індексами агрогеоекологічних мікрорайонів надало можливість проведення класифікації останніх за ступенем конфліктності їх природно-агрогосподарської структури та виділення найбільш проблемних природно-функціональних територіальних цілісностей, що потребують пріоритетної оптимізаційної уваги управлінців.

Для надзвичайно конфліктних агрогеоекологічних мікрорайонів запропоновано обгрунтування механізмів природно-господарської адаптації з акцентацією уваги на проблемі моделювання елементів їх екологічної інфраструктури.



ВИСНОВКИ

Вдосконалення й конкретизація теоретико-методологічних основ продукування ландшафтно-екологічного інформаційного ресурсу є необхідною передумовою оптимізаційного управління й менеджменту природокористування, природоцентрична суть яких продиктована реаліями суспільного визнання концепції sustainable development. Науково-дослідною системою інформаційного забезпечення природоцентричного регулювання природокористування є ландшафтно-екологічний геоінформаційний аналіз територій, науково-практична ітерація основ якого визначає прогрес конструктивного напрямку географічних досліджень.

При обґрунтуванні теоретико-методологічних основ ландшафтно-екологічного геоінформаційного аналізу агрогеосистем застосування системно-структурного методологічного підходу дозволило певною мірою абстрагуватись від багатогранності об'єкту та акцентувати увагу на вивченні особливостей його статичної територіально - функціональної ландшафтно-екологічної організації, що відіграє визначальну роль в розробці рекомендацій по оптимізації природно-господарської взаємодії.

В ході ландшафтно-екологічного геоінформаційного аналізу застосування методів семантичного, інваріантного, інформаційного, евристичного моделювання допомогли синтезувати з потужного просторового інформаційного потоку геоінформаційні моделі ЛС та ПДР позиційно-динамічної ЛТС, інформація про які є основою організаційної й оптимізаційної управлінсько-менеджментної діяльності. Особливу роль в обґрунтуванні концепції інформаційної інвентаризації ландшафтно-територіальної організації відіграла достовірна ЦМР регіону. Машинне експериментування спрямоване на вивчення її структури та ландшафтне експертування результатів дозволило обґрунтувати нову методику створення моделей прояву сучасних фізико-географічних процесів, які є визначальними при виділенні ЛС позиційно-динамічної ЛТС.

Запропоновано методику комплексно-ознакового агрогеоекологічного районування територій, базовим принципом якої є природно-функціональна цілісність елементу. В результаті її апробації для Верхньоінгулецького басейнового регіону виділені агрогеоекологічні мікро-, й мезорайони, що відособлюються за спектром геоекологічних проблем, особливостями природного агроресурсного потенціалу, специфікою обгрунтування норм оптимального агрогосподарювання й організації узгодженої природно-господарської взаємодії, та є природно-територіальним базисом моделювання об'єктів агроуправління й менеджменту.

В результаті обробки оперативних цифрових ДДЗЗ за методикою ландшафтного розпізнання дистанційних образів, їх статистичною інвентаризацією й наступного дистанційного розпізнання ландшафтних образів з залученням цифрових моделей агрогеоекологічних мікрорайонів й ЛТС створено цифрову модель сучасних агрогеосистем. Висока точність її просторового позиціонування в ландшафті дозволила виявити ті агрогеосистеми, що характеризуються конфліктністю природно-агрогосподарської взаємодії та ті, що функціонують в місцях інтенсифікації розвитку деструктивних процесів. А інформація про місцерозташування таких агрогеосистем є конче необхідною при розробці програм оздоровлення регіону та приватизації його угідь.

Здійснена ландшафтно-екологічна оцінка узгодженості природно-агрогосподарської взаємодії, що базувалась на концепціях адаптивного господарювання й функціонального зонування забезпечила інформаційною основою процедуру ранжування природно-функціонально цілісних агрогеоекологічних мікрорайонів з метою виявлення найбільш проблемних, для яких запропоновано систему рекомендацій стосовно ландшафтно-екологічної оптимізації їх функціональної організації.

В результаті ландшафтно-екологічного геоінформаційного аналізу створено відкриту ландшафтно-екологічну геоінформаційну систему, яка може оновлюватись та слугувати джерелом наукової й конструктивно-наукової інформації при вирішенні проблем природно-агрогосподарської взаємодії, а також є придатною для доповнення й зростання в універсальну інформаційну систему управління й менеджменту природокористування Інгулецького басейнового регіону.



ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Використання дистанційних даних в процедурі геоінформаційного аналізу якості земельних ресурсів.//Ландшафт як інтегруюча концепція ХХІ сторіччя: Збірник наукових праць. - К., 1999.;

2. Геоекологічне обгрунтування проектів оптимальної структурно-функціональної організації геосистем хоричного рівня.//Вісник Київ. ун-ту, Сер.геогр. - 1997. - вип.42.

3. Оптимальність створення земельного кадастру на основі геоекологічного аналізу просторово-часових геосистем. // Вісн. Київ. ун-ту.Сер. геогр. - 1999. - вип.44.

4. Актуальність геоінформаційного моделювання об'єкту конструктивного географічного дослідження.//Тези доповідей Міжнародної науково - практичної конференції - Геоінформаційні технології сьогодні, - Львів, 1999.

5. Виробничо-географічний інформаційний потік - основа конструктивного системного дослідження.//Вісн. Київ. ун-ту., Сер. геогр. - 1999.- вип.45.

6. Моделювання системи землекористування в еколого - географічних дослідженнях.//Матеріали міжнародної наукової конференції “Еколого-географічні дослідження в сучасній географічній науці”. - Тернопіль, 1999.

7. Шляхи вирішення проблеми програмування екорозвитку.//Україна та глобальні процеси:географічний вимір: 3б. наукових праць. 3 т. - Київ-Луцьк:Ред. - вид. “Вежа” Волин. держ. ун-ту ім. Лесі Українки, 2000. - т.3.



АНОТАЦІЇ

Білоус Л.Ф. Ландшафтно-екологічний аналіз агрогеосистем для цілей управління. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук зі спеціальності 11.00.11- конструктивна географія і раціональне використання природних ресурсів. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2001.

Пропонується теоретико-методологічне обгрунтування основ ландшафтно-екологічного геоінформаційного аналізу агрогеосистем й синтезу інформаційного ресурсу агроуправління.

Сформульована концепція та сформована методика інвентаризації ландшафтної територіальної структури; проведено комплексно-ознакове агрогеоекологічне районування території, що базується на принципі природно-функціональної цілісності регіону; вдосконалено й апробовано методику ландшафтного розпізнання дистанційних образів та моделювання агрогеосистем за даними дистанційного зондування Землі; здійснено ландшафтно-екологічну оцінку природно-агрогосподарської узгодженості, що базувалась на концепціях адаптивного господарювання та функціонального зонування й інваріантне моделювання конфліктних з ландшафтно-екологічної точки зору агрогеосистем; ранжовано функціонально цілісні агрорайони за ступенем конфліктності їх природно-агрогосподарської структури й виявлено ті, що потребують пріоритетної уваги управлінців; запропоновано систему рекомендацій стосовно ландшафтно-екологічної оптимізації природно-агрогосподарської взаємодії для конфліктних агрорайонів.

Ключові слова: управління й менеджмент природокористування, природоцентризм, ландшафтно-екологічний геоінформаційний аналіз, інформаційний ресурс, агрогеосистеми, цифрова модель, адаптивне господарювання, геоінформаційне моделювання, ландшафтно-екологічна геоінформаційна система.

Билоус Л.Ф. Ландшафтно-экологический анализ агрогеосистем для целей управления.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.11 - конструктивная география и рациональное использование природных ресурсов. - Киевский национальний университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2001.

Предлагается теоретико-методологическое обоснование ландшафтно-экологического геоинформационного анализа агрогеосистем и синтеза информационного ресурса агроуправления.

Сформулирована концепция и сформирована методика инвентаризации ландшафтной территориальной структуры; проведено комплексно-признаковое агрогеоэкологическое районирование территории, которое основано на принципе природно-функциональной целостности региона; усовершенствована и апробирована методика ландшафтного распознания дистанционных образов и моделирования агрогеосистем по данным дистанционного зондирования Земли; произведено ландшафтно-экологическую оценку природно-агрохозяйственного соответствия, которая основывалась на концепциях адаптивного хозяйствования и функционального зонирования а также оверлейное моделирование конфликтных с ландшафтно-экологической точки зрения агрогеосистем; ранжировано функционально целостные агрорайоны за степенью конфликтности их природно-агрохозяйственной структуры и выделено те, которые требуют приоритетного внимания управленцев; предложено систему рекомендаций по ландшафтно-экологической оптимизации природно-агрохозяйственного взаимодействия для конфликтных агрорайонов.

Ключевые слова: управление и менеджмент природопользования, природоцентризм, ландшафтно-экологический геоинформационный анализ, информационный ресурс, цифровая модель, адаптивное хозяйствование, геоинформационное моделирование, ландшафтно-экологическая геоинформацион-ная система.

Bilous L.F. The landscape ecological analysis of the agrarian geosystems for the governing. - Manuscript.

Thesis for competition of a scientific degree of the candidate of geographical sciences on speciality 11.00.11 - constructive geography and rational usage of natural resources. - Kyiv National University named after Taras Shevchenko, Kyiv, 2001.

Success of the optimization regulation of natural usage, whose nature protection essence is dictated by public acceptance of the concept of sustainable development, is predetermined by the development, improvement and concrete definition of theoretical and methodological bases of creation of a landscape - ecological information resource. The landscape - ecological geoinformation analysis (LEGA) of territories is a research system of information maintenance of nature protection regulation of natural usage. Creation of the mobile information on features of functioning and development of landscapes, potential opportunities of their economic use, to specificity of optimization of naturally - economic organization of regions is a task of the LEGA

At present activization of processes of land privatization and change of the territorial structure of land tenure a theoretical and methodological substantiation of the LEGA of agrarian geosystems and creation of an appropriate information resource of organization of region sustainable development is an urgent necessity.

The LEGA of the agrarian geosystems for the purposes of management consisted of several stages:

modeling of the position - dynamic landscape territorial structure (LTS), which in the conditions of a prevailing role of erosive processes defines features of agrarian-economic organization of territories;

agrarian regionalization and allocation of paradynamic agrarian regions, which represent a naturally - territorial basis of modeling of hierarchical system of objects of agrarian governing;

creation of model of modern agrarian geosystems as a result of processing operative digital space snapshots;

landscape - ecological estimation of urgent agrarian geosystems;

classification of paradynamic agrarian regions according to the degree of the conflict of their natural and agrarian-economic organization;

substantiation of the system of recommendations on optimization of natural and agrarian economic interaction for paradynamic agrarian regions, which are referred to a class of the maximum conflicts.

The proved concept of geoinformation modeling of landscape territorial structure is based on the structural analysis of digital elevation model (DEM), which was realized with the help of the programs ArcView3.2.а, MapInfo5.0. During computer - experimental development of the logic circuit of the structural analysis DEM it was determined that the main role in its realization was played by hydrological modeling and procedure of a mathematical manipulation by digital surfaces (watershed, flow accumulation, elevation).

As a result of subtraction of an elevation surface from а watershed and a flow accumulation surface from an elevation the models of classes of geosystems of different intensity of display of modern landscape processes, so called a landscape strips of the position - dynamic LTS are received. The information on organization of the landscape strips is determining at a substantiation of optimization systems of management.

During hydrological modeling the digital model of a direction of movement of a material-power plane flows is created, as an initial at construction of a map of paradynamic regions of the position-dynamic LTS which are intended for execution of a role of natural basis of modeling of agrarian management objects. In the given dissertation the concept of landscape - ecological agrarian regionalization that is based on the principle of natural functional integrity of region is offered. As a result of its realization paradynamic agrarian regions are allocated which are characterized by a spectrum of geoecological problems, features of natural agrarian resource potential, specificity of a substantiation of norms of optimum managing and are naturally - territorial basis of modeling of hierarchical system of objects of agrarian management.

The creation of the model of urgent agrarian geosystems was carried out in processing the operative digital space snapshots SPOT with use of technique of landscape identification of remote images, their statistical inventory and subsequent remote identification of landscape images. The digital model of the agrarian paradynamic regions for masking a space map was involved in process of modeling of urgent agrarian geosystems. It was done with the purpose to provide possibility of a serial choice of the paradynamic agrarian regions, which are characterized by high internal similarity of landscapes, as operative territorial units during classification. The performance of procedure of the masking has ensured truthfulness of results of classification and speed of their realization.

The presence of the digital models LTS and urgent agrarian geosystems has allowed having used a technique of the overlay analysis and toolkit of the program ArcView3.2а to synthesize the information on disputed agrarian geosystems, which have arisen as a result of absence of a substantiation of territorial norms of agrarian use of landscapes. As a result of the overlay analysis of the landscape strips position - dynamic LTS, which can not perform agrarian function and urgent agrarian geosystems the vector model of disputed geosystems has been created. As the landscape strips not suitable to perform agrarian function are determined what are characterized by averages in the complex with strong and strong display of erosive processes as well as natural predisposition to significant pollution, and accordingly to manufacturing of unhealthy production.

Geoinformation coding of disputed geosystems by identification indexes paradynamic agrarian regions and their according to the degree of discrepancy of natural and agrarian economic structure, making them, have allowed to allocate geosystems, which require priority attention of the managers.

Key words: governing and management of natural usage, natural-centering, landscape - ecological geoinformation analysis, information resource, digital model, adaptive managing, geoinformation modeling, landscape - ecological geoinformation system.

Размещено на Allbest.ru