авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Геоэкологическая оценка антропогенной трансформации ландшафтов астраханской области с применением геоинформационных технологий и дистанционного зондирования

-- [ Страница 3 ] --

Глава 3. Анализ антропогенной трансформации природной среды с использованием геоинформционного моделирования. В главе приведён разработанный алгоритм оценки антропогенной трансформации территории (рис. 2), его обоснование и результаты апробации на территории Астраханской области.

При изучении географического пространства с помощью методов геоинформатики производится создание геоинформационной модели — цифровой модели геопространства, которая представляет собой совокупность цифровых записей (файлов, элементов файлов, записей баз данных, связей между ними) находящихся в определённой связи с элементами (объектами и явлениями) географической действительности. Такие модели относятся к типу информационных моделей. Они являются информационной основой геоинформационных систем (ГИС) (Цветков, 1999; Лурье, 2001; Тикунов и др., 2004). На базе геоинформационной модели возможно построение практически всех видов картографических произведений, включая традиционные и новые. Можно выделить несколько наиболее распространенных моделей пространственных данных, используемых при преобразовании географического пространства в цифровую форму и различных по своему внутреннему устройству.

Это растровая, регулярно-ячеистая, квадротомическая и векторная (топологическая и нетопологическая) модели данных (Основы геоинф, 2004). Построение геоинформационной модели территории Астраханской области было выполнено на основе регулярно-ячеистой модели. Операционно-территориальной единицей (ОТЕ) была выбрана регулярная пространственная квазиравновеликая ячейка прямоугольной формы со сторонами 5х5 км (средняя площадь ячейки 25,03 км2). Модель была реализована в ГИС MapInfo 8.0. ОТЕ характеризуются набором переменных, в роли которых выступают величины различных видов использования земли. Число этих переменных достигает 26-ти (табл. 1). Эти данные использовались далее для математико-картографического моделирования  — получения интегральных характеристик антропогенной трансформации территории по каждой из ОТЕ и построения промежуточных и итоговых картографических изображений.

Применение факторного анализа показало, что выделяемые факторы в слабой степени описывают изменчивость исходных данных: первые пять компонент вбирают около 35% общей дисперсии. Исследование факторных нагрузок показало отсутствие значимых устойчивых нагрузок на факторы. Это позволяет сделать вывод о независимости параметров анализа друг от друга и что они не могут быть сведены к небольшому количеству факторов, объясняющих вариации их значений. Далее мы выполнили получение интегральной оценки антропогенной трансформации в виде обобщающего индекса.

Получение обобщающей оценки антропогенной трансформации. Теоретико-методологической основой послужили концепции современного ландшафта (Антипова, Мильков, Солнцев) и эколого-хозяйственного баланса территории (Кочуров). Были проанализированы известные методики оценки антропогенной трансформации и геоэкологической оценки территорий (Дончева, Марковская и др., 1990; Блануца, 1982; Ротанова, 1994; Мильков, 1973; Кочуров, 1997-2003; Антипова, 1998; Некрич, 2008). Работа выполнялась на базе ГИС MapInfo 8.0 откуда выполнялся экспорт данных в программы STATISTICA и MS Office Excel для расчётов и импорт результатов в MapInfo. Исходный массив из 26 переменных был разделен на 2 группы  — площадных и линейных параметров. Далее были получены интегральные величины для каждой из этих групп, после чего был рассчитан интегральный показатель, характеризующий антропогенную трансформацию каждой из ОТЕ.

Ниже приводится последовательность математико-статистических и логических действий выполненных для получения оценки антропогенной трансформации ландшафтов астраханской области.

Первоначально параметры каждой из групп, для приведения к сопоставимому виду, были нормированы по алгоритму, предложенному В.С. Тикуновым (1997), который был модифицирован нами согласно имеющимся данным и логике анализа. Перед расчетами исходные данные были «взвешены» коэффициентами, отражающими степень влияния на ландшафт конкретного параметра. Было выполнено ранжирование участвующих в анализе антропогенных параметров по степени трансформации природной среды методом опроса группы экспертов. Экспертами был проведён интуитивно-логический анализ предложенных параметров с последующим ранжированием суждений о степени влияния на ландшафт конкретного фактора. Обобщённое мнение экспертов определялось методом «средних рангов» М. Кэндалла. Полученное обобщенное мнение экспертов было принято как решение задачи определения весовых коэффициентов, показывающих различную степень влияния параметра на ландшафт (табл. 1).

Таблица 1

Экспертные оценки видов использования территории

№№ Наименование Класс территории по степени антропогенного воздействия (по А.В.Антиповой, Б.И.Кочурову (1997, 2003)) Итоговая экспертная оценка, баллы
Особо-охраняемые территории (федеральн. значения) Естественные угодья 1
Природные и охотничьи заказники Естественные угодья 2
Охотничьи хозяйства Естественные угодья 3
Прочие земли (рац. использ. пастбища, леса) Естественные угодья 4
Садовые насаждения Возделываемые 5
Распаханность территории Возделываемые 6
Пастбища (опустыненные, сбитые) Естественные угодья 7
Водохранилища Возделываемые 8
Линии электропередач (ЛЭП) Застроенные 9
Линии связи Застроенные 9
Караванные пути Застроенные 9
Грунтовые дороги полевые и лесные Застроенные 10
Грунтовые дороги просёлочные Застроенные 10
Оросительные каналы Возделываемые 10
Газопроводы Застроенные 11
Нефтепроводы Застроенные 11
Грунтовые дороги без покрытия (улучшенные) Застроенные 12
Автодороги с покрытием (шоссе) Застроенные 13
Железные дороги 1-путные Застроенные 14
Железные дороги 2-путные Застроенные 15
Автодороги с усовершенствованным покрытием (усовершенствованные шоссе) Застроенные 16
Посёлки сельского типа Застроенные 17
Посёлки городского типа Застроенные 18
Города с населением более 50 000 чел. Застроенные 19
Города с населением менее 50 000 чел. Застроенные 19
Терр. активной разработки природных ископаемых Застроенные 20

В качестве способа получения интегральных оценок часто предлагается суммирование или вычисление произведения величин исходных данных, приведенных к сопоставимому виду, часто предварительно взвешенных коэффициентами, корректирующими различную значимость параметров (Черп, Винниченко и др., 2000; Мильков, 1978; Кочуров, 1997-2003; Некрич, 2008). Эту операцию можно интерпретировать как нахождение расстояния территориальной единицы в признаковом пространстве от начала координат, которое представляет собой «идеальную» территориальную единицу, где все трансформирующие ландшафт параметры равны нулю. Свойства признакового пространства определяет формула, использующаяся при расчёте расстояния. При нахождении сумм нормированных и взвешенных показателей используется так называемое «Манхэттенское (городских кварталов)» расстояние, вычисляемое по формуле (1):

(1),

где m(x) расстояние от начала координат до точки с координатами x1, x2 … xn. Формул для расчета расстояний в признаковом пространстве большое количество. Наиболее интересны, на наш взгляд, расстояния Евклида, Чебышева и Манхэттенское. Рассмотрим процесс получения интегральной характеристики антропогенной трансформации территории на примере евклидова расстояния. Евклидово расстояние между двумя точками х и у — это кратчайшее расстояние между ними. В двух- или трёхмерном случае — это прямая, соединяющая данные точки. Обозначим евклидово расстояние от точки x до точки y как e. Пусть n – количество пар координат, а x1 - xn и y1 - yn координаты точек x и y. Тогда общей формулой для многомерного случая будет формула (2):

(2).

При помещении одной из точек в начало системы отсчёта, эта формула упрощается (формула (3)):

(3).

Обозначим через L линейные параметры, через w — их экспертные веса, через n  — количество линейных параметров. Тогда евклидово расстояние от начала координат до точки с координатами соответствующими величинам этих параметров будет рассчитываться по формуле (4):

(4).

Далее результаты нормируются путём деления на максимум («худшее» значение). В результате расчётов по формуле (5), мы получаем безразмерную (условные баллы) величину, заключенную в промежутке от 0 до 100:

, (5),

где e(L)max – максимальное значение e(L)j среди всех объектов анализа;

Аналогичные расчеты выполняются для группы площадных параметров, получая нормированную величину e’(S)i. Итоговая оценка рассчитывается по формуле расстояния городских кварталов (для нивелирования выбросов) (6), а нормированное на максимум значение  — по формуле (7):

(6),

(7).

где e(Si;Lj)max  – максимальное значение e(Si;Lj) среди всех объектов анализа;

Расчеты для остальных метрик аналогичны. Статистический анализ показал, что коэффициент корреляции между итоговыми оценками антропогенной трансформации по Чебышева и Манхэттенскому расстояниям с оценкой по Евклидову расстоянию достигает величины 0,97 и 0,91 соответственно, т.е они высоко коррелированны. Пространственный анализ распределения отклонений по территории показал отсутствие каких-либо закономерностей. Для дальнейшей работы был выбран коэффициент антропогенной трансформации рассчитанный с использованием Евклидова расстояния.

Построение итоговых картографических материалов. Поскольку в качестве ОТЕ выступает формальная квазиравновеликая ячейка территории, то наиболее приемлемым способом для картографической визуализации этих данных является построение картограмм. Для построения шкалы картограммы нами были проведены следующие расчёты: для каждого из площадных классов использования земли взято его максимальное значение, далее оно взвешивалось соответствующим коэффициентом. Далее строилась диаграмма с учётом их доли в суммарной итоговой величине антропогенной трансформации (рис. 3). Анализ распределения ячеек позволил сформировать шкалу картограммы и дать содержательную интерпретацию интервалов. Эта шкала представлена в табл. 2. Картограмма построенная на её основе послужила базой для проведения зонирования территории Астраханской области по степени антропогенной трансформации ландшафтов.

 Рис. 3. Площадные объекты (с учётом их доли в суммарной итоговой величине) Под-9
Рис. 3. Площадные объекты (с учётом их доли в суммарной итоговой величине)

Под зонированием по степени антропогенной трансформации ландшафтов нами понимается выделение и ранжирование на определенной территории, дифференцированной по видам природопользования, участков территории, характеризующихся сходной степенью антропогенной трансформацией ландшафтов. Высокая степень антропогенной трансформации, как правило, указывает на ситуации и процессы, чреватые ухудшением или деградацией природной среды под воздействием техногенных или природных факторов. Эти экологические ситуации и процессы в природной среде, немедленно или в перспективе, как правило, негативно отражаются на комфортности среды обитания и здоровье населения. Эти зоны требуют определенной корректировки или пересмотра современного характера природопользования и, часто, проведения специальных мероприятий (Богданов, 2005). Этот процесс также можно назвать геоэкологической типологией или классификацией. В отличие от процесса районирования, когда акцент делается на территориальной нерасчлененности таксонов и их отличиях друг от друга, здесь идёт поиск сходства, однородности участков территории. Условие территориальной нерасчленённости также не ставится (Тикунов, 1997). Полученные на итоговой картограмме территориальные выделы из ячеек были генерализованны — границы сглажены, объекты малой площади внутри более крупных присоединены к ним. Итоговая карта зонирования территории Астраханской области представлена на рис. 4. В табл. 2 представлены результаты подсчёта площадей зон различной степени антропогенной трансформации, выполненные с помощью пространственных функций

Таблица 2

Соотношение площадей зон с различной антропогенной трансформацией на территории

Астраханской области

Величина итогового балла Величина суммарной оценки антропогенной трансформации Характеристика территории (степень трансформация природной среды) Общая
площадь, кв.км
Процент
площади АО
6 Свыше 60   тотальная 3 196 6.73
5 37 — 60 очень высокая 14 160 29.82
4 32 — 37 высокая 6 131 12.91
3 28 — 32 средняя 10 000 21.06
2 19 — 28 умеренная 11 180 23.54
1 Менее 19 фоновая 2 822 5.94

Далее нами рассчитаны коэффициенты абсолютной (Ка) и относительной (Ко) напряженности эколого-хозяйственного состояния (ЭХС) территории. Данные коэффициенты предложены Б.И. Кочуровым (1997-2006) и представляют собой в отношение площади земель с высокой степенью преобразованности к более низкой. В нашем случае к землям высокой нагрузки относятся баллы с 6 по 3, а к низкой  — 1 и 2. Соответственно, мы рассчитывали эти коэффициенты по формулам (8) и (9):

Ко = S6+S5+S4+S3 (8).
S1+S2
Ка = S6 (9).
S1 ,
где  S1-S6— площадь выдела с соответствующей степенью антропогенной трансформации

Напряженность ЭХС территории считается сбалансированной при его значениях около единицы. В этом случае территория оказывается сбалансированной по степени антропогенной трансформации и потенциалу устойчивости природы (Кочуров, 2006). Расчеты показали, что коэффициент абсолютной напряженности (Ко) для территории Астраханской области достигает величины 2,39. Это означает, что площадь земель со степенью антропогенной трансформации от средней до тотальной превышает площадь земель умеренной и фоновой антропогенной трансформации в 2,39 раза. Коэффициент относительной напряженности (Ка) равен 1,13, что указывает на относительную сбалансированность количества земель с самой высокой и самой низкой антропогенной трансформации. Аналогичные расчёты были проведены для ландшафтных выделов. Результаты представлены на рис. 5.

Рис. 4. Геоэкологическое зонирование территории Астраханской области по степени антропогенной трансформации ландшафтов
Рис. 5. Распределение коэффициента напряженности эколого-хозяйственного состояния по ландшафтным выделам на территории Астраханской области


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.