Использование материалов космических съемок для разработки экологических карт открывает новое важное направление в современном экологическом картографировании.

Специфические свойства космической информации как источника при составлении карт обеспечивают выполнение основных требований к экологическим картам:

многоаспектность интерпретации данных позволяет многосторонне и целенаправленнее картографировать природные комплексы;

единая фотокартографическая основа облегчает согласование характеристик природных объектов и их единообразную локализацию в картографическом изображении;

единовременность исходной информации по всем видам и направлениям картографирования - позволяет достоверно картографировать современное состояния среды;

сокращение сроков сбора тематической информации намного ускоряет цикл подготовки картографических документов за счет снижения объема трудоемких процессов наземных съемок;

возможность повторной регистрации состояния природных комплексов через определенные промежутки времени позволяет изучать особенности их динамики и развития, что способствует надежности прогнозирования.

На основе космических съемок создается система тематических карт. Она включает:

группу карт, отражающих природные условия и экологические характеристики изучаемой территории;

группу карт современного состояния природных ресурсов, отражающих характер использования природных ресурсов, качественные и количественные их характеристики;

группу карт прогноза изменений природных ресурсов при техногенном воздействии;

группу природоохранных карт, т.е. карт рекомендуемых мероприятий, направленных на рациональное использование природных ресурсов и защиту природной среды.

Все карты, базирующиеся на космической информации делят на:

констатирующие (базовые) - отражающие экологические возможности территории, основные природные закономерности, потенциальные природные ресурсы;

констатирующие (инвентаризационные) - отражающие современное использование земель, проведенные природоохранные мероприятия и уровень техногенного воздействия; предназначены для построения экологического прогноза и разработки природоохранных мероприятий;

прогнозные - графическое изображение экологического прогноза - отражение возможных изменений природной среды при существующем уровне воздействия или его целенаправленном изменении; предназначены для проектирования природоохранных мероприятий;

рекомендательные - графическое изображение наиболее экологически эффективных мероприятий по охране и рациональному использованию природной среды, рекомендуемые на основании экологического прогноза; предназначены для облегчения выбора оптимального решения планирующими органами.

Рассмотрим методику составления карт на основе дистанционных съемок. Все виды работ по картографированию с помощью материалов космических съемок разделяются на 2 группы:

работы, связанные с разработкой и составлением исходных оригиналов космофотокарт;

редактирование и составление оригиналов карт и их издание.

Методика составление исходных экологических карт на основе дешифрирования материалов космосъемки включает:

собственно ландшафтные и ландшафтно-индикационные исследования, направленные на выявление и оценку внутри - и межландшафтных взаимосвязей в изучаемом регионе и характера техногенного воздействия на природную среду;

ландшафтно-индикационную и другие виды тематической интерпретации снимков и комплекс работ по составлению серий тематических карт природных условий и современного состояния природной среды;

установление возможных дальнейших изменений природной среды в зависимости от планируемых хозяйственных мероприятий;

составление прогнозных карт;

составление результирующей комплексной карты (карта экологических ситуаций, карта охраны природной среды, карта рекомендуемых мероприятий по рациональному использованию природных ресурсов).

Собственно ландшафтно-индикационные исследования, имеющие цель изучение общих ландшафтных закономерностей, выявление индикационных связей, установление фотофизиономичных индикаторов и оценку их достоверности, а также их дешифровочных признаков, не отличаются от разработанного ландшафтно-индикационного метода для геологических, инженерно-геологических и прочих целей.

Однако для составления карт современного состояния природной среды особое внимание уделяется изучению динамики природных и техногенных процессов и последствий техногенных нарушений ландшафтов.

Результатом этой части исследований обычно являются ландшафтно-индикационные таблицы, в которых в наиболее обозримой форме рассматриваются индикационные внутриландшафтные связи. В таблицах приводится описание индикаторов, их дешифровочных признаков (или их типичное, эталонное фотоизображение) и объекты индикации.

При ландшафтно-индикационном дешифрировании космоматериалов изучаются как отдельные наиболее тесно взаимосвязанные пары компонентов ландшафта, так и весь комплекс физиономических компонентов. Это необходимо для полного отражения на картах природных явлений и процессов.

Комплекс работ по составлению карт природных условий и современного состояния природной среды включает дешифрирование космических материалов и проведение определенных полевых исследований. Все работы по составлению на основе космической информации серии экологических карт проводятся в 3 этапа:

предварительные камеральные работы;

полевые исследования;

окончательные камеральные работы.

Предварительный полевой этап заключается в подготовке работ, в предварительном знакомстве с районом и дешифрировании снимков, составлении ландшафтно-индикационных схем и легенд, составлении отдешифрированных фотосхем и предварительных макетов карт.

Подготовка к разработке карт включает:

составление программ карт серии (определение задач, типов и масштабов карт серии; определение территориальных границ исследования; организационное обоснование работ);

подбор топографических и фондовых тематических материалов соответствующих масштабов; составлении схемы обеспеченности дистанционными материалами территории исследований;

сбор и анализ опубликованных картографических и литературных данных по исследуемой территории; составление библиографической картотеки схем картографической изученности района работ;

подбор исходной космической фотоинформации, отвечающей требованиям составления карт экологической серии на исследуемый регион.

Важным разделом этих работ является составление программы серии карт. В программе освещается:

основные цели и задачи составляемой серии карт (с учетом перспектив хозяйственного развития территории);

современный уровень картографической изученности территории с точки зрения обеспечения мероприятий по охране природной среды;

состав серии, основное содержание и характерные особенности каждой карты, намечаемой для составления.

Результатами предварительного этапа являются:

программа работ;

космические снимки, фотосхемы и фотокарты района работ;

ландшафтно-индикационные таблицы; предварительные легенды;

результаты синтеза многозональных и разновременных снимков;

отдешифрированные снимки;

макеты карт или предварительные оригиналы карт;

схема расположения контрольных и малоизученных участков.

Полевые работы проводятся с разной степенью детальности в зависимости от особенностей территории, характера и количества участков, потребовавших доизучения и контрольного обследования.

Полевые работы включают:

составление плана-графика полевых работ;

аэровизульные, наземные маршрутные и детальные наблюдения;

сбор аналитического материала;

полевое дешифрирование;

полевая корректировка оригиналов карт.

На основе полевых работ получают следующие результаты:

план-график, схемы контрольных наземных и аэровизульных маршрутов;

дневники маршрутных и детальных описаний; описания профилей; карта фактического материала;

пробы вод, грунтов, растений;

отдешифрированные фотосхемы или исправления на преварительных оригиналах карт;

авторские оригиналы карт с полевыми исправлениями.

Полевые исследования осуществляются при аэровизуальных, рекогносцировочных наземных автомобильных маршрутах и детальных обследованиях.

Аэровизуальные наблюдения проводятся в 2 этапа:

в начале работ, когда осуществляется рекогносцировочный облет всей территории, с обязательным посещением всех выделенных при предварительном дешифрировании участков, требующих дополнительного изучения;

в середине срока полевых работ в дополнение к наземным исследованиям.

Аэровизуальная рекогносцировка в начале полевых работ позволяет окончательно наметить участки, требующие доизучения Во время аэровизуальных маршрутов осуществляется фиксация типов рельефа, характера растительности, иногда литологии поверхностных отложений, типа использования земель.

Детальные наземные наблюдения проводятся преимущественно только на ключевых участках или участках, требующих доизучения. Все виды полевых исследований выполняются по существующим методикам географических и экологических исследований.

Полевое дешифрирование включает использование космических фотоматериалов непосредственно во время аэровизуальных или наземных маршрутах или в условиях полевого стационара в промежутках между маршрутами.

При полевом маршрутном дешифрировании проводится идентификация объектов, наблюдаемых на местности, с их фотоизображениями на снимке.

При камеральном полевом дешифрировании на фотоматериалы наносятся собранные сведения о характеристиках рельефа, современных геологических процессов, почвенном покрове, растительности.

Окончательный камеральный этап включает:

систематизация и анализ собранных полевых материалов, включая анализ проб грунта, вод, почв и т.д.;

дополнительный анализ фондов материалов и публикаций с учетом знакомства с исследуемой территорией;

дополнительное дешифрирование космических снимков и окончательное составление контурной части карты;

доработка легенды и условных обозначений карты;

картографическое оформление;

составление пояснительной записки к карте;

построение экологического прогноза.

Результатом выполнения указанных работ являются следующие материалы:

аналитические профили и таблицы;

уточненные легенды к картам;

схема-таблица экологического прогноза (на определенный срок);

исходные оригиналы карт с легендами к ним;

пояснительные записки к картам.

Использование космической фотоинформации для составления экологических карт требует дешифрирования этих материалов.

Дешифрирование космоснимков - распознавание изучаемых природных комплексов и экологических процессов или их индикаторов по рисунку фотоизображения (тону, цвету, структуре), его размерам и сочетанием с другими (текстура фотоизображения). Эти внешние характеристики присущи только тем физиономическим компонентам ландшафтов, которые имеют непосредственное отражение на снимке.

В связи с этим только незначительное число природных компонентов может быть отдешифрировано по прямым признакам - формы рельефа, растительный покров, иногда поверхностные отложения.

Основные этапы дешифрирования космических снимков:

привязка;

обнаружение;

опознавание;

интерпретация;

экстраполяция.

Привязка снимка - это определение пространственного положения границ снимка. Заключается в точном географическом установлении территории, изображенном на снимке. Осуществляется при помощи топографических карт, масштаб которых соответствует масштабу снимка. Характерными контурами привязки снимка служат береговые линии водоемов, рисунок гидрографической сети, формы макрорельефа (горные массивы, крупные впадины).

Обнаружение - состоит в сопоставлении различных рисунков фотоизображения. По признаками изображения (тон, цвет, структура рисунка) осуществляется обособление фотофизиономичных компонентов ландшафтов.

Опознавание или идентификация объектов дешифрирования - включает анализ структуры и текстуры фотоизображения, по которым опознаются фотофизиономические компоненты ландшафтов, техногенные сооружения, характер использования земель, техногенная нарушенность физиономических компонентов. На этом этапе устанавливают прямые дешифровочные признаки фотофизиономичных компонентов.

Интерпретация - заключается в классификации опознанных объектов по определенному принципу (в зависимости от тематической направленности дешифрирования). Так, например, при ландшафтном дешифрировании интерпретируются физиономические компоненты геосистем, а опознанные техногенные объекты служат только для правильной ориентировки. При дешифрировании хозяйственного использования внимание обращается на опознанные объекты использования земель - поля, дороги, населенные пункты и т.д. Интерпретация деципиентных компонентов ландшафтов или их техногенных изменений производится ландшафтно-индикационным методом. Полная и достоверная интерпретация снимков возможна только на основании комплексного использования прямых и косвенных дешифровочных признаков. Процесс интерпретации сопровождается рисовкой контуров, т.е. созданием по отдельным снимкам схем дешифрирования.

Экстраполяция - включает выявление аналогичных объектов по всей территории исследований и составление предварительного макета карты. Для этого на фотоплан или фотосхему наносятся все данные, полученные при дешифрировании отдельных снимков. В ходе экстраполяции идентифицируют аналогичные объекты, явления и процессы на других участках; устанавливают ландшафты-аналоги.

Карты природных условий необходимы для выявления основных природных закономерностей и потенциальных экологических возможностей территории. Наиболее полно эти условия отражаются на ландшафтной карте.

Для обоснованности экологических прогнозов ландшафтная карта должна:

реализовывать принцип комплексности, что выражается в синтетической форме обобщения;

показывать динамическое состояние геосистем;

иметь повышенную информационную емкость.

Ландшафтные карты, удовлетворяющие этим требованиям, должны быть центральными в серии тематических карт экологического содержания и при создании серии должны служить основой для построения покомпонентных карт.

Построение таких ландшафтных карт возможно на основе космических снимков. Космические снимки благодаря оптической генерализации природных систем представляют оперативно читаемую информацию о морфоструктурах земной поверхности.

Особенности их фотоизображения позволяют строить ландшафтные карты на морфоструктурной основе, т.е. с учетом структурно-тектонического строения территории и его отражения в рельефе. Космические фотоснимки, обладающие значительной обзорностью, служат важным материалом для изучения пространственных межландшафтных связей.

При построении карт выделение картографических единиц проводится сверху вниз, т.е. от общего к частному. Первоначально выделяются наиболее общие закономерности и единицы наиболее крупного таксономического ранга.

Для составления ландшафтной карты на основе дешифрирования космических снимков выявляют взаимосвязи между компонентами геосистем и между геосистемами различного таксономического ранга. Это позволяет наиболее полно интерпретировать материалы космических фотосъемок.

Внутриландшафтные (вертикальные) связи изучаются при анализе структуры фотоизображения. Индикаторами являются физиономические компоненты (рельеф, растительность). Дешифрируемые объекты - деципиентные компоненты (почвы, литология, грунтовые воды).

Межландшафтные (горизонтальные) связи изучаются при анализе текстуры фотоизображения. Индикаторами являются морфологическая структура ландшафта, сопряженность ландшафтных элементов. Дешифрируемые объекты - стадии современных геологических и физико-географических процессов, генезис явлений и объектов.

Результаты выявленных взаимосвязей между физиономичными и деципиентными компонентами ландшафта обычно оформляются в виде различных таблиц, схем или графиков. Эти таблицы служат основой для построения легенд к ландшафтным и ландшафтно-индикационным картам. Они представляют собой результат ранжирования картографируемых ландшафтных единиц.

Основные принципы составления ландшафтных карт на основе космических фотоснимков:

ландшафтная карта должна отражать внутри - и межландшафтные взаимосвязи, а не только морфологическую структуру ландшафта или его физиономичных компонентов;

ландшафтная карта должна составляться на основе морфоструктурного анализа и отражать потенциальные возможности территории;

при построении ландшафтной карты дешифрирование проводят по принципу от общего к частному, руководствуясь таксономической классификацией ландшафтов;

морфоструктурная основа ландшафтной карты должна давать материал для создания карт растительности, почв, грунтовых вод;

покомпонентные карты строят на основе ландшафтной карты путем уточнения и детализации специфических особенностей конкретного компонента;

ландшафтная карта должна быть центральной в серии покомпонентных карт и использоваться при построении синтетических экологических карт.

При разработке ландшафтных карт на основе космических фотоснимков для составления легенды используются работы, характеризующие геоморфологические, геологические, тектонические, гидрологические, почвенно-растительные и климатические условия территории.

Лекция 7. Прогнозное экологическое картографирование