| Результаты этапа: Подтема 1. Теория и методология интеграции картографии и геоинформатики
Рассмотрены вопросы автоматизации отображения дорожной сети и структуры населенных пунктов на мультимасштабных картах. Разработана методика, позволяющая на основе вычисления графической нагрузки определить масштабы смены отображаемых структурных уровней дорожной сети, модифицировать толщину линий, а также про-извести согласованную геометрическую генерализацию полигонального слоя застройки.
Предложена и апробирована методика использования картограмм и картодиаграмм на мультимасштабных картах. Методика корректировки насыщенности в цветовых шкалах картограмм позволяет показать изменение размаха вариации показателя при смене уровня картографирования.
Создана мультимасштабная гипсометрическая карта России и сопредельных террито-рий. Разработан ряд шкал послойной окраски для разных масштабных уровней.
На основе разработки блока методов, алгоритмов и программных средств сформирован начальный пакет программных утилит построения и визуализации геопространственных моделей произвольного пространственно-временного разрешения. Выполнены экспериментальные построения геопространственных объёмных моделей Земли и Антарктиды воксельного и доксельного типа различного пространственно-временного разрешения. Проведены исследования в области современных подходов к картографическому дизайну многомерных географических моделей, в рамках которых выпол-нен анализ новых типов аппаратных средств, применимых для объемной визуализации 3D-данных и влияния их развития на дизайн географических моделей.
Разработан оригинальный подход к генерализации множеств линейных объектов. В сравнении с предыдущими работами элементами его новизны являются принцип геометрического упрощения – стягивание ребра на основе среднеквадратической ошибки вместо удаления точек
Подтема 2. Тематическое картографирование природных, социально-экономических и геоэкологических систем
Проведен картографический анализ влияния на экосистемы заповедника «Белогорье» Губкинско-Старооскольким промышленным узлом.
Разработано содержание авторских макетов карт «Изменение температуры воздуха на территории России за последнее 20-летие» для нового издания Экологического атласа России в масштабе 1: 40 000 000. Выполнено редактирование содержания карт «Типы климата», «Дискомфортность клима-тических областей» и «Перенос загрязняющих веществ в январе, в июле» для нового издания Экологического атласа
России. Проведен анализ и сопоставление содержания авторских карт изменения температуры воздуха в январе и июле за периоды 1881-1935 гг. и 1961 -1990 гг. на Европейской территории России с распределением процессов атмосферной циркуляции.
Разработана карты растительности для «Атласа млекопитающих Архангельской области». Проведены эксперименты по созданию карты растительности на примере территории Аф-рики с учетом сезонной ритмики.
Для месторождений углеводородов выполнены исследования по созданию методики районирования территории на основе специфики размещения производственных объектов. Разработана структура и определено содержание базы данных на основе данных о природной среде, технических решений и свода требований по строительству объектов.
Исследованы вопросы потенциального воздействия строительства и эксплуатации линии электропередачи. Предложена методика выбора маршрута с минимальным воздействием на природно-антропогенные комплексы. Для территории острова Сахалин выполнены работы по изучению опасности отдельных природных явлений на электросетевое хозяйство.
На основе данных COSMI составлена и издана карта Луны масштаба 1:13 000 000.
Проведены исследования в области разработки цифровых фотограмметрических технологий для решения картографических и географических задач. На основе геоинформационных технологий с применением средств фотограмметрической обработки космических снимков проведено моделирование площади затопления города Крымск и последствий наводнения (июль 2012 г.).
Продолжены исследования в области геоинформационного картографирования для интегральной эколого-географической оценки присоединенных территорий г. Москвы. В 2014 г. составлены ряд основных и вспомогательных карт блока природно-ресурсного потенциала. К основным относится карта инфраструктуры минерально-сырьевого комплекса, содержащая информацию о наличии полезных ископаемых, а также о степени промышленного освоения месторождений. Начато формирование базы данных объектов хозяйственной и иной деятельности, оказывающих антропогенное воздействие в пределах муниципальных образований Троицкого и Новомосковского АО г. Москвы.
Проведено исследование процесса генерализации на примере карт транспортных сетей с точки зрения тематического аспекта картографирования. Проведена систематизация особен-ностей генерализции транспорта, предложены новые подходы к решению проблемы отбора и обобщения дорог на современном этапе.
Выполнены работы по геоинформационному картографированию Тебердинского заповед-ника (Архыз-Теберда-Домбай), в масштабе 1:100000. Вышел из печати справочник-путеводитель «Теберда-Домбай-Архыз», 180 с.
Составлена новая редакция (по состоянию на 2013 г.) учебно-топографической карты Са-тинского полигона в масштабе 1: 5000, с использованием современных данных дистанционно-го зондирования (включая материалы лазерного сканирования) и полевых исследований.
Произведена картографическая оценка пространственно-временных закономерностей распространения мобильной связи на территории России. Проанализированы тематические, картографические и статистические источники, создана база геоданных в среде ArcGIS, в которую можно вносить новые массивы данных и выполнять на ее основе пространственный анализ.
Проведен сравнительный анализ вариантов строительства мостовых переходов через Керченский пролив. С учетом архивных картографических материалов, по результатам де-шифрирования космических снимков за различные годы, а также на основе авторских поле-вых исследований различных лет (с 2003 по 2014 гг.), установлены особенности динамики берегов зоны Керченского пролива на полигонах «Тузла» и «Чушка» в районе планируемых мостовых переходов.
Подтема 3. Новые методы исследования и моделирования геосистем
Изучены особенности восприятия незрячими и слабовидящими людьми информации в целом и тактильной информации в частности, проведен анализ использования различных технологий издания тактильных графических материалов, создана экспериментальная карта уровня шума городской территории, разработаны и составлены навигационные карты для незрячих и слабовидящих по трем маршрутам, а также пять тематических карт.
Продолжение работы по разработке методики лазерного наземного сканирования для малых эрозионных форм. Проведены полевые измерения на малых река Бзугу и Цанык для изучения методики обработки полученных данных.
Выполнены исследования по изучению гравитационного поля земли по данным спутникового позиционирования. В рамках исследования проведена обработка геодезических данных пунктов ГГС и исходных спутниковых измерений на локальные участки земной поверхности. Для этих участков произведен анализ по существующим гравитационным моделям земли.
Разработан и реализован новый алгоритм для вычисления площади водосбора, основан-ный на построении линий тока. Разработан и реализован в виде программы алгоритм для вы-числения нового гидрологического показателя – максимальной длины линии тока, приходя-щей в данную точку поверхности.
Исследованы некоторые возможности использования морфометрического анализа циф-ровых моделей рельефа дна морей для целей обоснования гипотез о палеографических и со-временных процессах формирования рельефа данных территорий
Завершена разработка методики дешифрирования многовременных разносезонных тепловых космических снимков для картографирования тепловых космических снимков. Ме-тодика реализована на примере городских территорий: г. Ульяновск, Троицкого и Новомос-ковского административных округов г. Москвы. По этим территориям составлены карты теп-ловой структуры (по обеим) и тепловых аномалий (по Ульяновску), отражающие дифферен-циацию географических объектов по сезонной изменчивости интенсивности теплового излу-чения. На этих картах представлена внутренняя структура поверхностного острова тепла, различия в застройке местности. Эта методика также реализована на примере природных территорий: Алтачейский заказник (Мухоршибирский район Республики Бурятии), горный массив вулкана Менделеева (о. Кунашр, Курильские острова).
Проведены работы по сопоставлению данных полевых метеорологических измерений и тепловых космических снимков на примере города Апатиты (Мурманская область). Выявлено, что на всех использованных тепловых космических снимках проявляется поверхностный остров тепла в районе плотной застройки Апатит, ограниченном улицами Ферсмана, Строителей, Победы, Северной. Различия температуры поверхности между указанным районом и окружающей местностью достигают 5-6°С.
Систематизирован накопленный опыт и сформулированы принципы и требования к созданию подобных геоизображений, введено понятие геоинфографика. Сделан акцент на проблемах, возникающих при ее создания.
Подтема 4. Развитие университетского географического образования в области картографии, геоинформатики и аэрокосмических методов
На примере создания виртуального глобуса для средней школы предложены новые варианты применения геоинформационных технологий в школьной географии.
Подготовлена компьютерная презентация «Картографирование глобальных климатических изменений» для курса «Эколого-географическое картографирование».
Выполнено обновление разделов и материалов учебного курса "Производственные и ком-мерческие геоинформационные системы" и программы повышения квалификации кадров «Ис-пользование программного обеспечения ГИС». Подготовлена программа новой учебной дисциплины по выбору для студентов кафедры 4-го года обучения "Теория и практика цифровой обработки геоизображений".
Выполнено обновление разделов и подготовлены новые материалы для учебного курса: «Мультимедиа и компьютерный дизайн в картографии» (для магистров 2-го года обучения). Созданы новые электронные презентаций (3 шт.) и 2 учебных упражнения.
Разработано содержание задания «Отображение иерархической структуры представления
объектов и явлений на картах промышленности», задача которого - на 3х-4х уровнях при переходе от более крупного к более мелкому масштабу показать переход от отдельных предприятий до сочетаний промышленных кластеров.
Подготовлено учебное пособие (лекции) по курсу «Геодезические основы карт». Элек-тронный ресурс. 2014. Кафедра картографии и геоинформатики. URL: http://www.geogr.msu.ru/cafedra/karta/materials/2_course/, 115 с. Лекции подготовлены с расчётом на аудиторные и самостоятельные занятия студентов.
Научно-методические разработки опубликованы в 2-х коллективных монографиях; 46 статьях (из них: 25 – в российских научных журналах из перечня ВАК, 1 – в научных журналах мира, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, 15 – в научных сборниках, 11 тезисов конференций). Cделано 20 докладов на российских и зарубежных конференциях. |
| Результаты этапа: • В рамках разработка методики проектирования картографических баз данных на основе объектных БД (содержание, методика оформления и визуализации электронных тематических карт в разных масштабах и графических переменных) на основе обобщения положений интеграционной концепции картографии, геоинформатики и аэрокосмического зондирования, разработанной в рамках деятельности научной школы, обоснована методологии современного тематического картографирования
• Проанализированы представления иностранных охраняемых территорий в сети Интернет, подобный российский опыт был также проанализирован и систематизирован. Анализ ситуации показал, что методы формирования баз данных для комплексных географических исследований на ООПТ разработаны недостаточно. Выдвинуты предложения по созданию единой базы данных ООПТ России.
• Изучены возможности применения геопортальных технологий для создания регионального геопортала ООПТ. На примере геопортала «Особо охраняемые природные территории Дальневосточного федерального округа» был реализован один из вариантов решения проблемы: создание единого онлайн-ресурса, консолидирующего тематическую пространственную информацию об определенной территории. Итогом работы стало создание веб-приложения (геопортала), доступного всем пользователям сети Интернет (http://maps.kosmosnimki.ru/api/index.html?permalink=VRIW3&59C67699DABD49F3B08BBE2EEA324CE5).
• Проведены экспериментальные работы по созданию тактильных и звуковых карт для людей с ограниченными возможностями по зрению. Создана серия тактильных и звуковых карт для людей с ограниченными возможностями по зрению
• Проведено исследование температурных аномалий по авторским картам изменения температуры воздуха в январе, апреле, июле и октябре за периоды: 1961 -1990 гг. и 1991-2010 гг. на европейской территории России (совместно с В.Н. Сорокиной, П.А. Тороповым, кафедра метеорологии и климатологии).
• Разработаны карты по отдельным показателям загрязнения атмосферы для включения в цикл лекций «Климатическое картографирование» по курсам «Картографирование природы», «Картография» (гидрометпоток), «Эколого-географическое картографирование», для обеспечения наглядными пособиями перечисленных курсов, а также для отработки методик составления эколого-климатических карт (совместно В.Н. Сорокиной, кафедра метеорологии и климатологии, А. И. Ильиным, кафедра картографии и геоинформатики).
• Разработаны экспериментальные образцы карт растительности с учетом сезонной ритмики и внутригодовой динамики климата (совместно с А. А. Акатьевым, кафедра картографии и геоинформатики). Разработанные образцы карт «Растительность Африки. Январь», Растительность Африки. Июль» внедрены в преподавание дисциплин «Картографирование природы», «Карты почв, растительности и ландшафтов», «Физическая и региональная геоэкология материков. Раздел «Африка», «Климаты мира» на географическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова.
• Подготовлены картографические наглядные пособия по теме «Картографирование состояния и изменений озонового слоя атмосферы» (совместно с Д. А. Шадровым, кафедра картографии и геоинформатики). Пособия внедрены в преподавание курса «Эколого-географическое картографирование» для магистратуры по направлению «Картография и геоинформатика».
• изучен существующий опыт картографирования электросетевой инфраструктуры и наиболее опасные для линий электропередачи природные явления. В основе предложенной методики картографирования лежат классификации территории по морфометрической защищенности, ветровому давлению, толщине стенки гололеда, которые в настоящий момент не в полной мере адаптированы под задачи картографирования. Разработка собственной модели обработки данных позволила учесть специфику территории и составить оригинальную методику картографирования, результатом которой являются карты ветровой и гололедной нагрузки на линии электропередачи.
• исследована спектральная отражательная способность антропогенных объектов месторожде-ния газа. Тестовым участком для выполнения работ выбрано Заполярное месторождение в Ямало-Ненецком автономном округе в зоне лесотундр. Анализ серии космических снимков, сделанных спутниками Landsat позволил выделить каналы, оптимальные для дешифрирования объектов промышленный инфраструктуры месторождения и выделения их от природных кон-туров. Исследованы возможности автоматизации дешифрирования как самих объектов так и выделения механически нарушенных территорий
• Выполнена разработка группы базовых методов, алгоритмов и программных средств построения и анализа многомерных пространственно-временных моделей окружающей среды высокого разрешения, включая методы виртуального моделирования, в том числе, в реальном времени. На базе разрабатываемого пакета программных утилит апробированы методы и программные инструменты получения статичных виртуальных геоизображений по пространственно-атрибутивным запросам, а также варианты их дизайна
• Разработан и реализован новый алгоритм коррекции цифровых моделей рельефа с целью устранения замкнутых понижений. Алгоритм предназначен для предварительной обработки ЦМР перед выполнением процедур гидрологического анализа рельефа с целью повышения корректности работы алгоритмов вычисления гидрологических показателей. Основным преимуществом разработанного алгоритма перед существующими на настоящий момент является формирование водотоков в границах замкнутых понижений. Работа алгоритма опробована на ЦМР различного разрешения и происхождения, представляющих различные типы рельефа. Алгоритм будет в дальнейшем совершенствоваться с учетом некоторых выявленных в результате тестирования недостатков.
• Разработана методика крупномасштабного эколого-почвенного картографирования зоны воздействия объектов газотранспортной отрасли в различных природных зонах с использовани-ем материалов производственного экологического мониторинга. Разработан алгоритм построе-ния ландшафтно-геохимических карт с учетом специфики ландшафтов и орографических осо-бенностей территории. Методика протестирована на примере объектов газотранспортной отрас-ли, расположенных в зонах тундры и горных широколиственных лесов (Северное Предуралье и Кавказ). Созданы инвентаризационные и оценочные карты состояния почвенного покрова, эле-ментарных ландшафтов, разработаны рекомендации по размещению участков и пунктов эколо-гического мониторинга компонентов ландшафта на основе выявленных особенностей районов и объектов исследования.
• Продолжалась работа по вопросам изучения и использования, а также перспективы развития нового направления – геоинфографики. Рассмотрены цели, задачи курса «Социально-экономические карты и геоинфографика», в котором было бы показано состояние, возмож-ности и перспективы развития такого нового направления, и который стал бы источником получения студентами знаний в вопросах переработки актуальной информации в востребованный продукт
• Произведено составление крупномасштабной карты Сатинского полигона (рельеф и гидрография) по материалам лазерного сканирования в рамках ГИС «Сатино». Актуализация учебно-топографической карты Сатинского полигона в масштабе 1: 5000. Продолжение работ по созданию высотной модели на территорию Сатинского полигона по материалам геодинамической модели (EGM). Геоинформационное картографирование объектов историко-культурного наследия Боровского района и смежных территорий (бассейн р. Протва), формирование тематической базы данных.
• Проанализированы территориальные закономерности формирования и распространения мобильной связи на территории России. Обновлена база геоданных и предложена методика создания карт распространения сотовой связи на территории РФ по различным показателям в программной среде ArcGIS v. 10.1. Проведено типологическое районирование территории РФ по уровню развития сотовой связи. На основе оставленных карт и статистических дан-ных проанализирована динамика распространения сотовой связи за последнее десятилетие. Изучена специфика дифференциации сотовой связи в России и выявлены географические особенности ее распространения
• Были продолжены работы по разработке структуры и тематического содержания Базы данных (БД) “Caspian_Sea” для эколого-географического картографирования территории Северного Каспия. Начаты работы по созданию ани-мационных климатических карт на акваторию Каспийского моря.
• Выполнено исследование динамики берегов в районе Керченского пролива с учетом действия природных факторов и антропогенных воздействий. Основное внимание было уделено раз-личным технологическим вариантам транспортного перехода через остров Тузла и прилегаю-щую дамбу. Использованы космические снимки, начиная с 1994 по 2002 года (до начала строи-тельства дамбы) и заканчивая снимками 2014 г., а также навигационные карты за 1928, 1989, 1998 и 2014 гг. По космоснимкам фиксировалось положение береговых линий о.Тузла, Таман-ского п-ва и отдельных участков Керченского п-ва; по навигационным картам составлены циф-ровые модели рельефа акватории для решения задач картографирования в средних масштабах. Составлена карты (м-ба 1:200000) динамики Тузлы - с учётом действия всего комплекса при-родных факторов в относительно естественных условиях (до 2003 г), а также динамики берегов на период создания и эксплуатации дамбы (2003-2014 гг) от Таманского п-ва к о. Тузле. Выяв-лены участки интенсивного отступания берегов, а также зоны повышенной аккумуляции влеко-мых наносов; получены численные значения таких процессов.
• Проведено обобщение достижений последнего десятилетия в области автоматизации мелкомасштабного и мультимасштабного картографирования рельефа. Выделено 3 основных направления развития методов: а) отмывка и наклонно-плановое (plan oblique) изображение; б) непрерывное тонирование (continuous color shading); в) гипсометрическое тонирование (hypsometric tinting). Показано, что все методы предъявляют специфические требования к генерализации цифровых моделей рельефа и разработке специализировнных алгоритмов. Все проанализированные методы представлены как реализации функции трех переменных: а) высоты, б) вектора освещенности от источников и в) прочих параметров (континентальность климата, топографическая открытость и т.д.). Отмечено, что существующие методы используют не более 2 из 3 переменных одновременно, что открывает перспективы разработки новых, более комплексных методов. |
