Профессор В. А. Шальнев Вопросы географии и краеведения

Вид материала

Документы

Содержание Статистический параметр Ставропольский государственный университет Программа SAS.Планета Программа Global Mapper ГИС-пакет Mapinfo. Vertical Mapper. Ставропольский государственный университет

Подобный материал:

• В. М. учитель географии, биологии и краеведения, высшей категории, Ношенской оош., 36.1kb.
• Вопросы, вопросы. На все эти вопросы учащиеся находят ответы на уроках биологии и географии, 36.93kb.
• Региональный курс краеведения (7-8 кл.), в рамках которого изучается ряд проблем, 628.85kb.
• Географии и краеведения, 1771.64kb.
• Захарова Елена Викторовна, учитель начальных классов моу«сошуиоп №8» Формы и методы, 21.42kb.
• Школьного географического краеведения стр, 311.91kb.
• Методические рекомендации по методике организации и проведению учебно-тематических,, 400.41kb.
• Учебное пособие историко-культурные туристские ресурсы Северного Кавказа для студентов, 496.84kb.
• Учебное пособие историко-культурные туристские ресурсы Северного Кавказа для студентов, 671.13kb.
• Кутняхова Наталья Анатольевна, аспирантка кафедры литературы и методики преподавания, 75.18kb.

Литература

Боглачев С.В. Архитектура старого Пятигорска. – Пятигорск, 2005. – 392 с.

Васильев Ю.В., Малахова Г.Н. Времен связующая нить … Пятигорск. Год 1898, год 1998. – Пятигорск, 1999. – 120 с.

Дьяконов К.Н., Дончева А.В. Экологическое проектирование и экспертиза. – М.: АСПЕКТ-ПРЕСС, 2002. – 384 с.

Ландшафтное планирование с элементами инженерной биологии. – М.: Т-во научн. изданий КМК. 2006. – 239 с.

Шальнев В.А. Ландшафты Северного Кавказа: эволюция и современность. – Ставрополь: СГУ, 2004. – 264 с.

Шевченко Г.А. «Благословенный край – Пятигорье». История управления курортами Кавказских Минеральных Вод 1803-1916 г. Т.1. МИЛ, 2005. – 424 с.


И. Ю. Каторгин

Ставропольский государственный университет

Геоинформационный анализ точности данных SRTM


Повсеместное внедрение геоинформационных технологий в географические исследования предполагает наличие данных об исследуемых объектах в цифровой форме. В связи с этим важную роль приобретают цифровые модели рельефа (ЦМР) земной поверхности, а также методы их создания.

Под цифровой моделью рельефа принято понимать средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов в виде трехмерных данных, образующих множество высотных отметок и иных значений координаты Z в узлах регулярной или нерегулярной сети или совокупность записей горизонталей или иных изолиний.

Для многих российских пользователей наиболее доступный источник получения ЦМР – топографические карты. Однако методы моделирования поверхностей по горизонталям, включенные в блоки моделирования коммерческих ГИС, и использующие триангуляцию, создают «ступенчатое» представление рельефа, тем самым нарушая структурную достоверность модели.

До определенной степени альтернативой ЦМР, созданной по горизонталям, может послужить доступная в настоящее время широкому кругу пользователей Интернета информация о цифровой модели рельефа Земли (Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) – радиолокационная топографическая миссия шаттла).

Данные SRTM были получены в 2000 году в результате радарной топографической съемки с детальностью до 30 м с борта космического корабля многоразового использования Индевор (США). Существуют в нескольких версиях: предварительные (версия 1, 2003 г) и окончательная (версия 2, февраль 2005 г). Окончательная версия прошла дополнительную обработку, выделение береговых линий и водных объектов, фильтрацию ошибочных значений. Данные распространяются в нескольких вариантах - сетка с размером ячейки 1 угловая секунда и 3 угловые секунды. Более точные односекундные данные (SRTM1) доступны на территорию США, на остальную поверхность земли доступны только трехсекундные данные (SRTM3). Файлы данных представляют собой матрицу из 12011201 (или 36013601 для односекундной версии) значений, которая может быть импортирована в различные программы построения карт и геоинформационные системы.

Референц-эллипсоид данных – WGS 84. Горизонтальная точность - 20м (90%), вертикальная - 16м (90%).

Данные хранятся на сайте в формате GEOTIFF, в виде rar-архивов.


Для того чтобы провести анализ точности данных SRTM, в ходе выполнения работы был решен ряд задач.

1) Были выбраны два ключевых участка:

- первый – на юго-западе края, покрытый планшетом километровой топографической карты L-38-133, и обладающий разнообразным по степени пересечения и разнице высот рельефом, перепад высот – 1013 метров, минимальная высота – 441 метр н.у.м., максимальная – 1454 н.у.м.;

- второй – на востоке края, покрытый планшетом L-38-114, и имеющий плоскоравнинный рельеф, перепад высот – 168 метров, минимальная высота – 36 метров н.у.м., максимальная – 204 метр н.у.м.

2) С помощью векторизатора Easy Trace на ключевые участки были созданы на каждый планшет векторные покрытия «рельеф», представленные горизонталями и отметками высот. В Mapinfo, с использованием специальной утилиты из полилиний, представляющих горизонтали были экстрактированы формообразующие точки с присвоением им соответствующих высот. В результате для планшета L-38-133 было получен массив данных из 52234, а для L-38-114 – 6572 точек.

3) Данные SRTM3 в формате geotif, в виде rar-архивов были скопированы со специализированного американского сайта. Импорт файлов из geotif во внутренний формат модуля Vertical Mapper, в котором производился оверлей данных, проводилась с использованием Global Mapper, обладающего значительными возможностями конвертации, и Mapinfo.

4) Оверлей между поверхностями, построенными по данным SRTM3, и массивами векторных точечных данных позволил выявить разницу высот. Далее нами были найдены статистические параметры модулей разницы высот (табл. 1).

Таблица 1

Статистические параметры модулей значений разницы высот

Статистический параметр	L-38-114	L-38-133
Количество	6572	52234
Среднее арифметическое	2,1	10,3
Медиана (квартиль 2)	1,4	6,5
Квартиль 1	0,7	2,6
Квартиль 3	2,6	14,7
Минимум	0	0
Максимум	20,1	81,2
Дисперсия	5,2	110,5
Стандартное отклонение	2,3	10,5

Для плоскоравнинной территории в диапазон расхождения 0-6 м укладывается 93,8% отсчетов, причем значительная доля отсчетов приходится на диапазоны 0-2 и 2-4 м (рис. 2). Это позволяет судить о том, что данные SRTM в случае плоскоравнинного рельефа точны.

Территория с пересеченным рельефом имеет большие расхождения в данных. В диапазон 0-9 м, укладывается 60,1% отсчетов. Однако значительную часть ошибок вносят крутые склоны низко- и среднегорий южной части территории, на перегибах склонов величины расхождений не велики. Распределение отсчетов по диапазонам немногим более равномерно (рис. 1).




Рис. 1. Гистограмма распределения отсчетов по диапазонам (планшет L-38-133).




Рис. 2. Гистограмма распределения отсчетов по диапазонам (планшет L-38-114).


Для более точного анализа точности данных SRTM, менее зависимого от точности самих топографических карт, желательно использование карт масштаба 1:25000 на которых средние ошибки положения горизонталей по высоте 1-2 м, но пока, к сожалению, это не представляется возможным.

5) Анализ выявил постепенный и закономерный рост значений модулей расхождений между SRTM и рельефом километровых топографических карт с увеличением крутизны склонов (табл. 2, 3). Такое увеличение может быть связано с точностью, как самих топографических карт, так и данных SRTM.


Таблица 2

Статистические параметры модулей значений разницы высот для разных диапазонов крутизны склонов (планшет L-38-114)

Диапазон	Min	Max	Среднее арифметическое	Медиана	Стандартное отклонение
0-3	0	12,2	1,9	1,4	1,4
3-5	0,1	15,1	3,4	2,9	2,2
5-10	0,1	16,3	4,6	3,9	2,8
Более 10	2,2	14,6	7,5	6,5	4,4

Таблица 3

Статистические параметры модулей значений разницы высот для разных диапазонов крутизны склонов (планшет L-38-133)

Диапазон	Min	Max	Среднее арифметическое	Медиана	Стандартное отклонение
0-3	0	56,2	3,0	2,3	3,1
3-5	0,1	56,3	4,9	3,9	4,2
5-10	0,1	62,1	8,4	6,6	6,3
10-15	0,3	63,0	13,8	11,9	8,1
15-20	1,1	64,4	16,1	14,2	9,4
Более 20	1,7	72,0	19,0	16,6	11,7

Причины роста расхождений нам видятся следующие:

Во-первых, из-за используемой в SRTM растровой модели данных с ячейкой 91,6 м, горизонтальной точностью – 20м (90%), вертикальной – 16м (90%). Горизонталь имеет более точное положение (средние ошибки в плановом положении не превышают 0,2 мм, или по километровой карте 20 м на местности). Соответственно, чем круче склон, тем больше вероятная ошибка в ячейке данных SRTM3.

Во-вторых, в покрытых лесом районах SRTM измеряет высоту вершин деревьев, а не поверхности, что приводит к значительным ошибкам в южной часть территории, показанной на планшете L-38-133 и имеющие лесные массивы, расположенные как раз на склонах гор.

В-третьих, задекларированная горизонтальная точность в 20 м. также может сказываться на результатах вычислений, внося свой вклад в ошибку.


Исходя из анализа, можно сделать выводы о применимости радарных высотных данных SRTM в качестве альтернативы стандартным методам построения цифровой модели местности.

1. По данным SRTM гораздо лучше моделировать такие морфометрические показатели рельефа как крутизна и экспозиция склонов, а также строить профили, что обусловлено отсутствием «эффекта террас», возникающего при построении ЦМР по горизонталям и отметкам высот.
   
2. Данные SRTM могут применяться для построения виртуальных моделей местности со степенью детализации ЦМР, сопоставимой с картами масштаба 1:50000.
   
3. Данные радиолокационной съемки используются в настоящее время в научных исследованиях в области геологии, геофизики, геоморфологии, гидрологии, экологии, изучении землетрясений, вулканов и наводнений, археология и т.п.
   

И. Ю. Каторгин

Ставропольский государственный университет

Портативный геоинформационый комплекс «Учебная полевая практика»


В настоящее время трудно представить себе современные научные географические исследования в полевых условиях и учебные полевые практики без применения технологий на базе ГИС и ГСП. Всегда актуально стоит вопрос и об источниках данных для последующего геоинформационного анализа и моделирования геосистем.

В связи с этим возникла необходимость в разработке геоинформационного комплекса для учебных полевых практик студентов географических специальностей.

Условия, в которых проходит часть выездных полевых практик студентов географического факультета, особенно таких специальностей как география и экология можно назвать сложными. Это связано с тем, что студенты и преподаватели зачастую живут в палаточных лагерях вдали от населенных пунктов, и соответственно от возможности пользоваться не только «благами цивилизации», но даже электричеством. Часто территории прохождения практики находятся вне зоны покрытия сотовой связью, что исключает возможность использовать услуги дешевого Интернета.

Требования к аппаратному обеспечению должны максимально отвечать соотношению цены, качества и универсальности. Использовать дорогую аппаратуру в учебных целях в полевых условиях, особенно в горах со сложными дорогами и погодой, часто приносящей неприятные сюрпризы, может быть не только очень «накладно», но и неоправданно, по отношению к поставленным в ходе практики задачам.

Система должна быть дешевой, простой в использовании и надежной.

Рассмотрим ее элементы (рис. 1).




Рис. 1. Схема портативного геоинформационного комплекса.


1. Аппаратное обеспечение

Ноутбук Aser Aspire one и GPS-приемник NAVITEL RX-200 BT (или аналогичные им).

Параметры ноутбука:

• Стоимость: ноутбука — около 13000-14000 р.; дополнительных аккумуляторов — около 2000 р./шт.;
  
• Подлинная ОС Windows XP;
  
• Дисплей 11,6, разрешение 1366768 пикселей;
  
• Процессор — 1,33 ГГц, оперативная память — 1 ГБ, жесткий диск — 160 ГБ;
  
• Устройства ввода — клавиатура (с большими кнопками), мышь;
  
• Размеры и вес — 28202,5 см, 1,35 кг;
  
• Ресурс аккумулятора — 6-8 часов, полная зарядка за 2 часа;
  
• Рабочая температура — 5-35°С, влажность 20-80%.
  

Параметры GPS-приемника:

• Стоимость — около 2000 рублей;
  
• Соединение с ПК через Bluetooth, расстояние связи до 10 м.;
  
• Частота L1, 1575,42 МГц, поддерживает 20 каналов;
  
• Чувствительность — до 159 дбмвт;
  
• Точность: положения — 5-25 м.; скорость — 0,1 м/сек.; время — 1 мкс;
  
• Ресурс аккумулятора — 21 час в режиме непрерывной работы, полная зарядка за 3 часа;
  
• Вес — 60 г.;
  
• Рабочая температура — не ниже +5°С.
  

2. Программное обеспечение

Бесплатное, или недорогое, нетребовательное к машинным ресурсам, хорошо известное студентам, либо интуитивно-понятное.

Программа SAS.Планета. В качестве основной программы для системы обеспечения учебных полевых практик пространственно-координированными данными мы предлагаем бесплатно распространяемую программу SAS.Планета (адрес сайта разработчиков с которого можно скопировать программу — ). Программа не требует установки.

Проект «SASGIS» группы SAS посвящен созданию и обсуждению способов общего доступа к информации картографического характера, публикуемой в интернете. Программа SAS.Планета, призвана унифицировать возможность загрузки и просмотра карт большого количества картографических online-сервисов. В отличие от этих сервисов, карты можно закачать в так называемую папку «cache»в виде «тайлов» — изображений размером 256х256 ячеек. После чего они остаются в компьютере, и впоследствии их можно просматривать без подключения к интернету.

Программа предоставляет возможность работы с GPS-приемником.

Программа Global Mapper. Это универсальная программа, позволяющая просматривать, конвертировать, преобразовывать, перепроецировать, редактировать и распечатывать изображения в различных векторных и растровых форматах данных. Данные загружаются в качестве слоев. Программа может работать и в реальном времени, загружая данные с присоединённого к компьютеру GPS-приёмника. С ее помощью можно составлять мозаики из растровых изображений и поверхностей, подсчитывать расстояния от одного объекта до другого, подводить контуры изображения, настраивать контрастность и многое другое.

Программа не требовательна к ресурсам и очень быстро работает с большими по объему файлами.

Global Mapper поддерживает огромное количество форматов и может использоваться для конвертирования данных. Поддерживаемые форматы:

ГИС-пакет Mapinfo. Программа разработана фирмой MapInfo Corp. (США). Номер текущей Windows-версии 10.0. Пакет MapInfo (США, Mapping Information System Corporation) занимает одну из ведущих позиций среди геоинформационных систем для персональных компьютеров.

Несмотря на небольшой объем и малые потребляемые ресурсы программа обладает широкими возможностями, позволяющими на ее основе создавать как картографические произведения, так и геоинформационные системы. В ее состав входит специализированный язык программирования MapBasic, поставляемый в качестве расширения базовой системы.

Система представляет широкие возможности для управления базами данных, созданными как в самой программе, так и в других программах, работающих под управлением Windows.

Vertical Mapper. Модуль трехмерного анализа для MapInfo. Позволяет создавать поверхности по точкам с известными координатами с помощью одного из методов интерполяции, а также проводить анализ полученных моделей.

В тех случаях, когда необходимо отобразить непрерывно распределенные в пространстве данные применяется механизм представления данных, дающий возможность получать значение признака в любой точке пространства. В программе Vertical Mapper такой механизм реализован путем создания растровых «подложек» для MapInfo, где каждый фрагмент растра соотносится с определенным значением признака, что открывает совершенно новые возможности показа и анализа данных.


3. База данных.

Карты и снимки с геоинформационных веб-сервисов таких как Google Earth, Google Maps, DigitalGlobe, «Космоснимки», Яндекс.карты, Yahoo! Maps, VirtualEarth, Gurtam, Navitel, OpenStreetMap, eAtlas, iPhone maps, снимки NASA, карты Генштаба на narod.ru (топографические карты России масштабного ряда 1:1000000 – 1:50000) и др., а также данные SRTM, топографические карты, схемы и т. п. в цифровом виде.


Функциональные возможности комплекса

Благодаря использованию рассмотренного выше аппаратного и программного обеспечения возможно решение в полевых условиях многих задач.

1. Ориентирование в пространстве.
   
2. Определение координат объектов, нанесение пройденного маршрута.
   
3. Создание привязанного к географическим координатам растрового изображения.
   
4. Выполнение картометрических операций.
   
5. Создание поверхностей методом интерполяции.
   
6. Создание виртуальных моделей местности.
   
7. Нахождение углов наклона и экспозиции склонов.
   
8. Нанесение векторного покрытия с одновременным использованием нескольких растровых подложек.
   
9. Работа с атрибутивной базой данных.
   
10. Географический анализ.
    

А.В. Скрипчинский

Ставропольский государственный университет

Геоинформационный анализ современного рынка недвижимости садоводческих товариществ г.Ставрополя


Темпы роста городов, как во всем мире, так и в России последние десятилетия возросли. Данная тенденция не обошла и город Ставрополь. Если общая площадь жилья, введенная в городе в 2000 году, составила 118 тыс.кв. м, то уже в 2008 году – 442,9 тыс. кв. м. В городе достаточно активно происходит развитие индивидуальной жилой застройки, которая в последние несколько лет развивается стихийно. Это привело не только к появлению многоэтажных жилых домов на месте детских площадок, но и появление земельных участков в садоводческих товариществах с разрешенным видом использования – под индивидуальное жилищное строительство. На данный момент времени во многих садоводческих товариществах города появляются индивидуальные дома, где на постоянной основе проживают люди. Соответственно эти жильцы имеют полное право на социальное, транспортное и инженерное обслуживание, которого зачастую нет, так как не предусматривалось при выделении земельных участков. За последние несколько лет процесс перевода дачных домов в индивидуальные жилые только активизировался, но с 2009 года этот процесс администрацией города прекращен. Таким образом, очевидна проблема, стоящая перед администрацией города – определить пути выхода из создавшейся ситуации. Одним из эффективных методов, позволяющим оценить пространственный аспект рассматриваемой проблемы и подготовить средство принятия решения, выступают геоинформационные системы.

При геоинформационном анализе важнейшим этапом, обеспечивающим успешность всего анализа, является источниковая база. При формировании базы данных, позволяющей проанализировать динамику рынка земли садоводческих товариществ города Ставрополя, было решено прибегнуть к официальным документам. Таковыми документами выступили: заключения комиссии по подготовке проекта правил землепользования и застройки города Ставрополя, результаты проведения публичных слушаний по вопросу изменения вида разрешенного использования, а так же кадастровые планы территории.

На сайте администрации города Ставрополя в электронном виде представлены только материалы первых четырех заключений комиссии по подготовке проекта правил землепользования и застройки города Ставрополя в период с 20.11.2006 года. Исходя из этого, было принято решение о поиске информации в официальном издании Ставропольской городской Думы и администрации города – в газете Вечерний Ставрополь. В этом же издании публиковались результаты проведения публичных слушаний, на основании которых были приняты постановления главы города Ставрополя об изменении вида разрешенного использования. Для формирования базы данных о земельных участках, изменивших свой вид функционального использования, нами использовались выпуски газеты «Вечерний Ставрополь». Всего нами было проработано 769 номеров газеты, отражающих период с января 2007 года по конец марта 2010 года.

Рассматривая современные тенденции, влияющие на рынок земли города, необходимо отметить факт отсутствия до недавнего времени в городе генерального плана и правил застройки и землепользования, которые на сегодняшний момент прошли стадию публичных обсуждений. На данный момент времени назрела проблема, появления в садовых товариществах жителей, имеющих право на полное социальное, транспортное, инженерное обслуживание. Такое обслуживание в дачном массиве предоставить практически невозможно, отмечает в своем интервью Юрий Михайлович Расходов - главный архитектор города Ставрополя. Нет ширины улиц, позволяющей проехать пожарной машине, скорой помощи, нет возможности провести коммуникации — канализацию, водопровод, газ. На территориях дачных товариществ нет школ, детских садов, магазинов. Как правило, улицы зимой не расчищаются. Все это создает целый комплекс проблем, которые с каждым годом увеличиваются.

Дачные участки обрамляют городскую застройку в городе практически со всех сторон. Значительные массивы локализуются в окрестностях Кравцова озера, а так же в пределах юго-восточной и восточной окраинах города. Отдельные садовые товарищества «вкраплены» или примыкают к жилым кварталам города. Всего в кадастровой палате зарегистрировано 211 садоводческих товариществ, из них в Октябрьском районе города – 76, в Промышленном – 77 и в Ленинском - 58.

Рассмотрим изменения земельных участков в структуре административных районов города. Из 58 садоводческих товариществ, расположенных в Ленинском районе города, за четырехлетний период в 9 произошли качественные изменения земельных участков, особенно в 2007 – 2008 годов. В это время изменили свое функциональное использование 88 % всех подверженных этому процессу участков (табл.), что по всей видимости связано с политикой руководства города. В 2009 году наблюдается значительное снижение количества участков изменивших свое функциональное назначение, являясь следствием ужесточения градостроительной политики и сменой мэра города, коим стал Н.И. Пальцев.

Все садоводческие товарищества Ленинского района, где произошли качественные изменения рынка земли, располагаются в пределах городской застройки. Несмотря на то, что все описываемые товарищества находятся преимущественно на окраине района, в них активны процессы индивидуального жилищного строительства. Единый массив, ограниченный улицами Шевелева, Южной и Мичурина включает садоводческие товарищества Дружба-2, Металлист, Учитель и Коллективный труд. В этих товариществах отмечено 64 % земельных участков, изменивших функциональное использование от всех в районе. Несколько особняком от этого массива располагается садоводческое товарищество «Дорожник», но на незначительном расстоянии (300-500 м). Здесь так же активны процессы изменения использования земель.

Таблица

Динамика изменения видов функционального использования земель в садоводческих товариществах Ленинского района г.Ставрополя

Наименование	Года				Измененные, кол-во		Всего участков
	2006	2007	2008	2009	участки	%
Восовец	0	1	0	0	1	0,47	214
Дорожник	0	4	3	0	7	2,52	278
Коллективный труд	0	2	0	0	2	3,64	55
Здоровье	0	1	3	0	4	3,70	108
Зеленая роща	0	0	3	0	3	6,12	49
Станкостроитель	0	5	7	5	17	6,61	257
Учитель	1	8	9	1	19	6,91	275
Металлист	1	9	4	0	14	8,14	172
Дружба-2	0	14	6	2	22	12,64	174