1.5 Источники данных для гис

Одним из основных источников данных для ГИС являются материалы дистанционного зондирования. Они объединяют все типы данных, получаемых с носителей космического (пилотируемые орбитальные станции, корабли многоразового использования типа «Шаттл», автономные спутниковые съемочные системы и т.п.) и авиационного (самолеты, вертолеты и микроавиационные радиоуправляемые аппараты) базирования и составляют значительную часть дистанционных данных (remotely sensed data) как антонима контактных (прежде всего наземных) видов съемок, способов получения данных измерительными системами в условиях физического контакта с объектом съемки. К неконтактным (дистанционным) методам съемки помимо аэрокосмических относятся разнообразные методы морского (наводного) и наземного базирования, включая, например, фототеодолитную съемку, сейсмо-, электро-, магниторазведку и иные методы геофизического зондирования недр, гидроакустические съемки рельефа морского дна с помощью гидролокаторов бокового обзора, иные способы, основанные на регистрации собственного или отраженного сигнала волновой природы.

Аэрофотосъемку в нашей стране начали осуществлять с 30- х годов XX в. И к настоящему времени накоплен фонд снимков, полностью покрывающих страну, а для многих районов с многократным перекрытием, что особенно важно при изучении динамики объектов. Материалы аэрофотосъемки используются в основном для топографического картографирования страны, а также широко применяются в геологии, в лесном и сельском хозяйстве.

Виды космических материалов очень разнообразны. Существуют две технологии космических съемок: съемки с использованием фотографических и сканерных систем[14].

Дистанционно зондирование осуществляется специальными приборами — датчиками. Датчики могут быть пассивными и активными, причем пассивные датчики улавливают отраженное или испускаемое естественное излучение, а активные способны сами излучать необходимый сигнал и фиксировать его отражение от объекта. К пассивным датчикам относятся оптические и сканирующие устройства, действующие в диапазоне отраженного солнечного излучения, включая ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны. К активным датчикам относятся радарные устройства, сканирующие лазеры, микроволновые радиометры и др. В настоящее время в области разработки оперативных космических электронных систем дистанционного зондирования наметилась тенденция к комбинированному использованию различных многоканальных, многоцелевых датчиков с высоким разрешением, включая всепогодное оборудование. Наряду с этим по-прежнему используются неоперативные космические системы с панхроматическим фотооборудованием и многоспектральными фотокамерами, обеспечивающими высокое разрешение и геометрическую точность [14].

Результаты дистанционных измерений, осуществляемых с помощью бортовой информационно-измерительной аппаратуры аэрокосмической системы, представляют собой регистрацию в аналоговой или цифровой форме характеристик электромагнитного излучения, отраженного от участков земной (водной) поверхности или собственного излучения этих участков.

Для дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) используются ультрафиолетовый, видимый или световой диапазон, ближний или фотографический, инфракрасный, тепловой инфракрасный и микроволновый диапазоны волн электромагнитного излучения.

В условиях облачности, покрывающей 70 — 80% поверхности

Земли, зондирование в микроволновом диапазоне позволяет регистрировать излучение сквозь облака, при этом в миллиметровом и сантиметровом диапазонах еще необходимо учитывать влияние атмосферы, а в дециметровом диапазоне в этом нет необходимости-

При высоком качестве изображения фотографические съемки выполняются не систематически; лишь в отдельных случаях возможно получение повторных снимков на одну и ту же территорию. Из-за эпизодичности съемок и трудностей, связанных с облачностью, регулярное покрытие территории таким видом съемки не обеспечивается. Поэтому приходится обращаться к других типов — телевизионным и сканерным снимкам со спутников двойного назначения и ресурсных спутников. Эти снимки бывают сверхвысокого разрешения разрешения от 0,5 до 5 м (QuickBird-2, США и др.), высокого разрешения: от 5 (SPOT) до 30-40 м (Landsat ТМ, Ресурс-0 и др.); среднего разрешения: 150-200 м(Ресурс-0, Метеор-Природа) и малого разрешения: 1 км (NOAA, США) и более.

На сканерных снимках хорошего качества, особенно на цветных синтезированных, в целом выделяются те же объекты, что и на фотографических снимках, но при этом обеспечивается регулярная повторяемость съемки и удобство автоматизированного ввода в базы данных, поскольку они поступают в цифровом виде

К обзорным телевизионным и сканерным снимкам с метеорологических и ресурсных спутников относятся снимки, получаемые сканерами среднего и малого разрешения.

Снимки в невидимом диапазоне спектра электромагнитных волн распространены менее широко, среди них тепловые инфракрасные и снимки в радиодиапазоне (микроволновом и ультракоротковолновом). В последние годы все большее значение придается гиперспектральной съемке.

Характеризуя различные стороны дистанционного зондирования, следовало бы сказать и о масштабах, проекциях, периодичности, орбитах, покрытии и других параметрах космических систем, что излишне для учебника по геоинформатике.

В последние годы стали широко использоваться уже упоминавшиеся глобальные системы позиционирования, дающие возможность получать координаты с точностью от нескольких метров до нескольких миллиметров, что в сочетании с портативными персональными ЭВМ и карманными персональными компьютерами со специализированным программным обеспечением обработки данных позволяет использовать их для полевых съемок в условиях необходимости их сверхоперативного выполнения (например, при ликвидации

последствий стихийных бедствий и техногенных катастрофах)

Теперь обратимся к статистическим материалам, имеющим цифровую форму и удобным для непосредственного использования в ГИС, среди которых особо выделим государственную статистику. Основное ее предназначение -дать представление об изменениях в хозяйстве, составе населения , уровне его жизни, развитии культуры, наличии материальных резервов и их использовании, соотношении а развитии различных отраслей хозяйства и др. Для получения государственной статистики на территории страны обычно используется единая методика ее сбора.

Для упорядочения всей совокупности данных государственной службой определены группы показателей по отраслям статистики. В качестве таких групп в нашей стране использовались отрасли статистики: промышленности; природных ресурсов и окружающей среды; технического прогресса; сельского 1С хозяйства и заготовок; капитального строительства; транспорта и связи; торговли; труда и заработной платы; населения, здравоохранения и социального обеспечения; народного образования, науки и культуры; бюджетов населения; жилищно- коммунального хозяйства и бытового обслуживания населения; материально-технического снабжения и переписей; финансов.

Каждая из отраслей характеризуется набором показателей. В качестве примера обратимся к статистике сельского хозяйства и заготовок. Так, статистика земледелия включает показатели, связанные с рациональным использованием и охраной земельных угодий, их мелиорацией и химизацией, подготовкой и проведением сельскохозяйственных работ, производством и распределением продукции земледелия, выявлением неиспользованных ресурсов производства, эффективностью и качеством работ в этой области сельского хозяйства. Широко используются показатели валового сбора сельскохозяйственных культур и их урожайности. Обширна статистика животноводства, кормов и заготовок сельскохозяйственных продуктов. Важна группа показателей основных фондов и производственных мощностей в сельском хозяйстве, а также в механизации и электрификации сельскохозяйственного производства. [13]

Статистика труда в сельском хозяйстве включает данные о численности, составе и движении рабочей силы; об использовании фонда рабочего времени, организации труда; об определении уровня и изучении динамики производительности труда, выявлении резервов повышения производительности труда; об анализе уровня и динамике заработной платы работников сельского хозяйства. Статистика себестоимости производства сельскохозяйственной продукции характеризует деятельность предприятий. Элементы производственных затрат составляют: оплата труда с начислениями, амортизация основных средств производства, затраты на текущий ремонт машин и зданий, расход семян, кормов, удобрений, ядохимикатов и др. В пределах других сфер (вне государственной статистики) сбор статистических данных в широком масштабе и регулярно не осуществляется. Широки возможности использования стационарных измерительно- наблюдательных сетей для получения, прежде всего, гидрологических и метеорологических данных, регулярный сбор и обработка которых имеет определенную историю. Так, метеорологические наблюдения включают синоптические характеристики у поверхности земли, показатели термобарического поля в свободной атмосфере (средние месячные значения давления, геопотенциала и температуры воздуха для уровня моря и основных изобарических поверхностей); данные актинометрических наблюдений (суммарная и отраженная радиация, радиационный баланс и т.д.); характеристики ветра в свободной атмосфере; нормы и аномалии средней месячной температуры воздуха; нормы месячных сумм осадков; месячные суммы осадков в процентах от нормы и еще многие другие показатели, исчисляемые несколькими десятками.

Гидрологические материалы содержат сведения о прошлом, настоящем и для некоторых элементов будущем состоянии рек, озер и водохранилищ. Данные собираются сетью из около 2000 опорных гидрометеорологических станций. Распространены и телеметрические станции, способные вести наблюдения и передавать данные в специальные центры без участия человека. Налажен автоматический сбор и хранение всего спектра данных — от срочных наблюдений до сводок за многолетние периоды — во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидрометеорологической информации — Мирового центра данных (ВНИИГМИ-МЦД) в Обнинске (Калужская обл.), в Государственном гидрологическом институте (ГГИ) в Санкт- Петербурге. Для этих целей собираются сведения по всем водомерным и гидрометеорологическим постам, которые до 90-х годов публиковались в виде отдельных изданий.

В массив гидрологических наблюдений входят данные: о средних, высших и низших уровнях воды; о средних месячных расходах воды; о максимальных расходах воды и слоях стока за половодье и паводки; о ледовых явлениях на реках с устойчивым и неустойчивым ледоставом; о гранулометрическом составе взвешенных, влекомых и донных наносов; о средних месячных и декадных температурах воды по бассейнам; о дождевом паводковом стоке; о расходах взвешенных наносов и мутности воды, а также ряд других данных.[13]

Многообразны работы, проводимые для нужд океанологии. Сбор осуществляется в глобальном масштабе с использованием судов погоды, научно-исследовательских судов, плавмаяков, океано-графических буйковых станций и др. Состав наблюдаемых данных включает следующие гидрометеорологические характеристики: температуру и соленость воды в приземном слое океана (моря) и щ стандартных горизонтах (до глубины 500 м); направление, высот и период ветровых волн и зыби; скорость и направление течений ] поверхностном слое и на некоторых горизонтах; скорость и правление ветра на установленной высоте; температуру воздуха; температуру точки росы; атмосферное давление; общую солнечную радиацию и др. В настоящее время

собираемые данные группируются в Центре океанографических данных ВНИИГМИ-М1 где они обрабатываются, контролируются и накапливаются носителях информации, в частности на микрофильмах и магнитных лентах.

При проведении тех или иных исследований, например на стационарах , собираются сведения о характеристиках ландшафтов ил» при учете населения птиц, где применяются интересные методики сбора данных, но, как правило, они не координируются в государственном и тем более в глобальном масштабах. Зачастую об следования проводятся отдельными экспедициями и используются для частных научно-исследовательских работ.

Велико информационное значение справочных изданий по отдельным типам географических объектов. Кроме вышеупомянутых справочников Гидрометслужбы, Госкомстата и др., хорошим примером может быть 40-томный Каталог ледников СССР, аккумулировавший в себе разнообразные гляциологические данные, в последующем обобщенные в Атласе снежно-ледовых ресурсов мира.

Отличительная особенность текстовых материалов — отчетов экспедиций, статей, книг — состоит в том, что, имея большой фактический материал, они не всегда представлены в специально классифицированном виде и не обеспечивают точную пространственную локализацию данных. Это позволяет разделить их по: годности для информационного обеспечения географических исследований. Во-первых, это книги и статьи обычного типа, содержащие разнообразные сведения, рассредоточенные как в региональном, так и в тематическом плане. Упорядоченному

использованию подобного типа данных помогает их библиографическая каталогизация, в частности региональные каталоги географических библиотек. Определенной тематической и региональной систематизации лавины вновь поступающих текстовых материалов способствует их прохождение через Реферативный журнал, издаваемый ВИНИТИ РАН, рубрики которого нацелены именно на системное информационное обеспечение исследований. [13]

Вторую группу составляют обобщающие тематические монографии по отдельным компонентам природы и хозяйства для крупных регионов (например, «Рельеф Земли», «Почвы мира» и др.) или комплексные географические работы (например, «Физико-географическое районирование СССР»). Близки к ним имеющие предметную и региональную направленность обобщающие глобальные и региональные географические работы, начиная от материков, океанов, крупных регионов мира (такие, как многотомное издание «География океанов», «Сохранение биоразнообразия» (2002) и др.) и заканчивая отдельными физико-географическими или экономико-географическими и политико-административными единицами «Малые реки Волжского бассейна» (под ред. Н. И. Алексеевского), «Геоэкология Прикаспия» (под ред. Н.С.Касимова) и др. В заключение необходимо отметить, что в ГИС редко используется только один вид данных. Чаще всего это сочетание разнообразных данных на какую-либо территорию