Примеры создания карт природоохранной тематики на основе аэрокосмической информации

Эколого-географическое картографирование, имеет немало примеров картографических произведений, созданных по материалам дистанционного зондирования. Однако не следует забывать, что содержание тех карт, которые составлены исключительно по аэрокосмическим снимкам, как правило, основано на исследовании одного доминирующего объекта: динамики ландшафтов, деградации почвенного покрова, нарушений растительности. Все они полноценны с точки зрения анализа нарушенности одного, двух и более элементов природной среды, отдешифрированных по снимкам. Таковы «Карта геоэкосистем Нижней Месопотамии», составленная по КС масштаба 1:1 000 000; «Карта процессов опустынивания ландшафтов неорошаемой части дельты Амударьи» (КС масштаба 1:500 000); «Карта районов экологического бедствия, кризиса, стабильных ландшафтов в Раджастхане» (масштаб 1:500 000); «Карта пылевых выбросов Приаралья и Прикаспия»; «Карта распространения аномально-нагретых вод вблизи побережий Северного и Балтийского морей»; «Карта весенней почвенной засухи на Ишим-Тобольском водоразделе»; «Карта растительности Сарпинской низменности»; «Карта динамики экосистем дельты реки Селенга»; «Карта геоэкологической обстановки в Приаралье» и пр.

Если картографическое произведение претендует на комплексность отображения экологических проблем, многогранность исследуемого материала и полноту оценки нарушений природной среды, вероятнее всего должны быть использованы также другие источники информации, поскольку визуально по снимкам невозможно выявить ни перенос конкретных вредных соединений, содержащихся в атмосфере, ни происходящие в глубинных слоях Земли процессы химических реакций в результате попадания туда ядовитых веществ. Прежде всего, это литературный фонд, анализируя который можно в полной мере дать оценку исторического и экономического развития исследуемой территории, а также материалы полевых изысканий. При этом карта становится не только объективной констатацией результатов дешифрирования, но и материалом научных исследований для специалистов различных профессий. На ней могут отражаться природные и антропогенные процессы, невидимые человеческим глазом, но наносящие огромный ущерб территории на много километров вокруг, а также различные результаты анализа экологической обстановки и рекомендации по оптимизации природной среды. В качестве примера создания эколого-географических карт по материалам дистанционного зондирования предлагается рассмотреть серию карт природоохранной тематики на нефтедобывающие регионы Западной Сибири.

Для картографического обеспечения природопользования нефтедобывающих регионов необходимо создание серии разномасштабных карт от обзорных, охватывающих целые производственные объединения до крупномасштабных карт, отражающих экологические ситуации отдельных частей конкретных месторождений. Входящие в серию карты должны отличаться друг от друга не только по масштабу, но и по содержанию, то есть по основному объекту экологического анализа. Из всех эколого-географических карт именно ландшафтнои почвенно-экологические карты объективно отражают наиболее сложные из известных сегодня науке систем «человеческое общество — среда обитания».

Серия представлена следующими картами: «Ландшафтно-экологическая карта Цеха добычи нефти и газа 1 Западно-Сургутского месторождения нефти» масштаба 1:20 000, «Почвенно-экологическая карта Сургутского Приобъя» масштаба 1:50 000, «Карта объектов нефтедобычи ПО «Когалымнефтегаз» масштаба 1:100 000, «Картограмма нарушености земель в результате развития нефтедобывающей промышленности» масштаба 1:200 000. Поскольку не существует стандартного масштабного ряда эколого-географических карт, выбор данных масштабов может осуществляться из практических соображений.

Таблица 2 — Соотношение физико-географических и почвенно-географических единиц различных уровней организации.

Содержание эколого-географических карт должно включать в себя две составляющие: природную и техногенную. Природной составляющей, в частности, ландшафтно-экологической карты нефтедобывающего региона являются естественные ландшафты — генетически единые геосистемы, однородные по зональным и азональным признакам и заключающие в себе специфический набор сопряженных локальных геосистем. Природная составляющая почвенно-экологической карты — почва, экологическая роль которой заключается в том, что она представляет собой полупроницаемую земную оболочку, своеобразную геомембрану, способную избирательно отражать, поглощать или пропускать и трансформировать энергетические и вещественные потоки между внутренними и внешними оболочками Земли. Наименьшей таксономической единицей в дифференциации природной составляющей эколого-географических карт на данной территории предлагается урочище (или мезопедохора в почвенно-географических единицах) (табл.2).

Следует различать два рода техногенных элементов географической среды: фоновые и очаговые. Содержание эколого-географических карт может быть представлено в более широком виде: естественный ландшафт, нарушенные участки природного фона, искусственные сооружения.

Содержание подобных карт можно представить также с точки зрения пространственного простирания элементов: общий план, группы освоенных участков более мелкого ранга, связанные коммуникациями, отдельные площадки, как правило, с источниками очаговых техногенных воздействий.

При разработке оформления необходимо учитывать тот факт, что экологические карты на подобные регионы зрительно нужно воспринимать с двух позиций. Во-первых, как визуальную модель, отражающую экологическую ситуацию территории вообще. В таком случае карту можно оценивать только издали. Вторая позиция — исследование карты детально, с близкого расстояния. Выбор красочного оформления подчиняется законам усиления цветовых оттенков для тех территорий, где нарушения природной среды выражаются наиболее ярко.

Можно предложить несколько способов построения легенд геоэкологических карт на нефтедобывающие регионы Западной Сибири: способ ранжированных характеристик, блоковый и матричный. Для карт с большим количеством элементов содержания (таких как почвенно-экологические) наиболее приемлем матричный способ «объект — степень воздействия», когда по одной оси откладывается ряд почв, по другой — степень их преобразования. Не исключается возможность давать в легенде перечень рекомендаций по оптимизации экологической обстановки, причем не только для конкретных нарушенных территорий. Те условные знаки, которые находят свое отражение на нескольких картах серии, целесообразно показывать зрительно сопряженно: либо одинаково, либо — при замене площадных условных знаков внемасштабными — одним цветом.

В качестве картографической основы предлагаются листы «Государственной топографической карты» масштаба 1:100 000; отдельные листы масштабов от 1:10 000 до 1:50 000; масштаба 1:1 000 000 на Ханты-Мансийский автономный округ, Сургут; листы «Государственной почвенной карты СССР» масштаба 1:1 000 000; «Карта лесов СССР» масштаба 1:2 500 000.

Основной источник информации — аэрокосмические снимки: комплекты космических спектрои многозональных снимков (КС) масштаба от 1:100 000 до 1:5 000 000 на всю исследуемую территорию и аэрофотоснимки масштаба от 1:10 000 до 1:100 000 на каждое конкретное месторождение.

Дополнительные источники информации — материалы литературного фонда. При создании карт на нефтедобывающие регионы это могут быть различные методические указания и пособия по оценке воздействия на окружающую среду; перечни природоохранных мероприятий для предприятий нефтяной промышленности, а также литература по физико-географическим аспектам и почвенно-географическому районированию территории. Желательно использовать материалы полевых изысканий. В рассматриваемом случае предлагаются данные по наблюдениям за загрязнением почв нефтью (выявление характера и степени нарушенности почв на ключевых участках), загрязнением рек нефтью и сопутствующими компонентами (исследование химического состава воды в местах отбора проб, разбросанных по территории производственного объединения), а также загрязнением атмосферы в непосредственной близи от нефтяных скважин и мест переработки нефти.

В выборе математической основы большую роль играет величина искажений. Для топографических и обзорно-топографических карт масштабов 1:10 000 — 1:1 000 000 искажения (преувеличение) длин линий на краях плоского изображения в проекции Гаусса составляют 0,009, 0,006, 0,004, 0,003 км соответственно на параллелях 40, 50, 60, и 70) градусов, что позволяет не считаться с ними при практическом использовании топографических карт.

Все карты серии охватывают практически одну и ту же территорию. Самая крупномасштабная ландшафтно-экологическая карта решает задачи площадного отображения тех объектов, которые в более мелком масштабе показать невозможно (рис. 6 и 7). На почвенно-экологической карте находят свое отражение уже несколько месторождений; кроме того, происходит качественное изменение отображения природной составляющей, а ряд условных знаков претерпевают определенные изменения (рис. 8 и 9). Третья по масштабной лестнице карта представляет собой уже целое производственное объединение с изменением подачи информации о степени нарушения природных ландшафтов (рис. 10 и 11). Последняя карта отличается от всех прочих способом картографического изображения (картограмма)(рис. 12).В качестве элементов содержания могут быть названы следующие:

для ландшафтно-экологической карты (1) — естественные геосистемы; антропогенно-нарушенные геосистемы, как то: погребенные в результате отсыпки буровых площадок и дорог; измененные в результате обустройства нефтепромыслов; селитебные территории; подтопленные территории; территории, загрязненные «сеноманскими водами»; слабо-, среднеи сильно нефтезагрязненные геосистемы; вырубки; восстанавливающийся почвенно-растительный покров; озера, загрязненные нефтепродуктами; озера, загрязненные гидронамывом; наличие нефтепродукта в местах отбора проб; типы распространения загрязняющих потоков нефти и нефтепродуктов по микроформам рельефа и в толще почвенного горизонта (ограниченно-линейный, линейный, ограниченно-площадной, площадной, радиальный, латеральный); загрязнение геосистем продуктами выбросов, поступающими из атмосферы; мероприятия по восстановлению и рекультивации земель; водоохранные зоны; дороги различного значения; номера кустовых площадок, дожимных насосных станций; шламовые амбары.

для почвенно-экологической карты (П) — почвы и степени их преобразования (ненарушенные, слабонарушенные, измененные: эти градации включают в себя аналогичные ландшафтным антропогенные изменения, с некоторой разницей в терминологии в связи с переходом к другой природной единице); названия всех прочих элементов содержания аналогичны вышеупомянутой карте, за исключением мероприятий по восстановлению и рекультивации, а также номеров кустовых площадок и шламовых амбаров.

для карты объектов нефтедобычи (Ш) — месторождения нефти, вводимые в разработку в различные годы; места добычи нефти; территория приоритетного природопользования; селитебные территории; озера с составом воды не отвечающим санитарным нормам; наличие загрязняющих веществ в местах отбора проб; антропогенно-преобразованные ландшафты по каждому месторождению; автомобильные и железные дороги.

для картограммы нарушенности земель (1V) — нарушенность земель, относительно площади условного квадрата; количество кустовых площадок с прилегающими дожимными насосными станциями по каждому квадрату; элементы гидрографии.

Технологическая схема создания данных карт может быть представлена следующими этапами:

перенос исходного картографического материала на составительский оригинал (для карт с 1 по 1V);

создание накидного монтажа из АФС (только для 1);

дешифрирование элементов содержания по АФС и КС визуально-инструментальным методом (1 — Ш);

перенос результатов дешифрирования на составительский оригинал (1 — Ш);

разработка системы условных обозначений для отдешифрированных элементов содержания (1 — Ш);

разработка знаковых систем для прочих элементов содержания (1 — 1V);

построение легенд и разработка компоновки карт (1 — 1V).

Процесс переноса картографического материала на составительский оригинал может происходить как на универсальном топографическом проекторе (УТП-2) (при этом листы топографической карты либо уменьшаются до необходимого масштаба, либо остаются неизменными), так и с помощью компьютерных технологий путем сканирования или векторизации на дигитайзере и сохранении данных в цифровой форме, путем конвертирования в обменные форматы определенных программ.

Дешифрирование отдельных КС или накидного монтажа из АФС может происходить также либо вручную с переносом отдельных элементов содержания на пластик, с помощью оцифровки аэрокосмических изображений на дигитайзере, либо с помощью компьютерных программ (GIS Offis и пр.) с предварительным сканированием снимков.

Перенос результатов дешифрирования на составительский оригинал происходит следующим образом: с помощью УТП-2(при этом материалы проецируются, возможно частями, уже в масштабе картосоставления; совмещение происходит либо по координатной сетке, либо по гидрографии, как наименее изменяемой во времени); с помощью компьютерных технологий, предусматривающих согласование между собой файлов картматериала и картосоставления.

Для крупномасштабного картографирования (масштаб АФС 1:10 000) можно предложить следующую схему создания издательского оригинала карты на основе современных компьютерных технологий:

Рис. 13. Схема создания издательского оригинала карты масштаба 1:10 000 на основе современных компьютерных технологий.

Способы картографического изображения, выбор картографического языка практически полностью совпадают с методикой создания тематических карт и подробно описаны в литературе.(10, 11).

По способу построения легенд для данных карт серии логичнее всего предложить свободную форму (1V), свободную форму с группировкой в блоки (1, Ш) и матрично-блоковую (П).

Любые созданные картографические модели, особенно экологической направленности, должны быть оценены по показателям полноты, достоверности, точности и современности.

Полнота содержания оценивается по достаточности, заключенной в карте информации для характеристики картографируемых явлений. При составлении экологических карт на нефтедобывающие регионы необходимо особенно обращать внимание на:

полноту комплекта АФС и КС, необходимых для полноценного картосоставления;

разрешающую способность снимков (наиболее доступны КС с ИСЗ «Космос», имеющие разрешение 10 — 15 м на местности и способные выдержать двадцатикратное увеличение);

поздневесенний аспект съемки.

Анализ достоверности предполагает ответ на вопрос, сколь хорошо переданы типические черты и характерные особенности картографируемых явлений, не возникли ли неточности в опознавании объектов.

В этой связи обратим особое внимание на ряд оценочных критериев, которые, являясь очевидным для всех прочих карт, теряют свое значение для эколого-географических. Например, в силу исторически определенного размещения населенных пунктов, которые впервые были заложены на местах непосредственной добычи полезных ископаемых, почти утрачена связь с рельефом и гидрографией, что является основой правильного отображения действительности для других тематических карт. Примером другой алогичности может служить оценка взаимной согласованности изображения различных явлений. Например, известно стремление людей прокладывать дороги по возможности минуя болота или другие труднопроходимые (с точки зрения затрат труда) участки. Как видно из оценки ситуации нефтедобывающего региона, линейные нарушения почвенно-растительного покрова (то есть дороги, с прилегающими к ним нефтепроводами и линиями электропередач) в подавляющем большинстве случаев имеют простирание по принципу кратчайшего расстояния, связывающего отдельные кустовые площадки с кустовыми насосными станциями или последние с дожимными насосными станциями. Это связано с тем, что себестоимость увеличения дины трубопровода во много раз превышает себестоимость прокладки трассы по неблагоприятным участкам.

Точность оценивается погрешностью положения контуров, а также через ошибки количественных характеристик. Точность переноса контуров для подобных карт может соответствовать 0,3 — 2,0 мм в зависимости от того, резкий или размытый контур обозначается. Для создания картографических произведений на нефтедобывающие регионы, особенно крупного масштаба, оказывается невозможным составить мнение о геометрической точности посредством сличения их с новейшими заведомо более точными картами, в связи с их отсутствием. Косвенное суждение о точности может быть основано на непосредственном полевом ознакомлении с картографируемой территорией, а также с типом съемки и используемых материалов.

Под современностью карты понимается ее соответствие состоянию отображаемой ситуации на момент составления. В данном случае подходят как новейшие сроки АФС и КС, так и ретроспективная оценка последних.

Поскольку многое зависит от темпов экономического развития территориального комплекса, то в экологически неблагоприятных регионах необходимость в обновлении карты возникает уже через год-два после ее создания, поэтому аэрокосмическая съемка является одним из факторов, позволяющих добывать оперативную информацию в кратчайшие сроки. Кроме того, современный уровень развития электронной техники превращает дорогостоящее ручное пересоставление оперативных карт в экономически выгодный технологический процесс, что наиболее важно для оценки регионов, находящихся на грани экологического бедствия.