Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоинформационное картографирование лесной растительности особо охраняемых природных территорий

ВАК РФ 25.00.33, Картография

Автореферат диссертации по теме "Геоинформационное картографирование лесной растительности особо охраняемых природных территорий"

11а правах рукописи

Цмдыпова Марина Владимировна

ГЕОИНФОРМЛЦИОИНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ОСОБО ОХРА11ЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА)

25.00.33 - «Картография»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

Новосибирск - 2013

005541083

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ИГУ»).

Научный руководитель- доктор географических наук, профессор

Батуев Александр Раднажанович.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

Пластинип Леонид Александрович, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный технический университет», профессор кафедры маркшейдерского дела и геодезии;

Пошивайло Ярослава Георгиевна, кандидат технических наук, доцент. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная геодезическая академия», доцент кафедры картографии и геоинформатики.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, г. Улан-Удэ.

Защита состоится 19 декабря 2013 г. в 12-00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.251.04 при ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия» по адресу: 630108, Новосибирск, ул. Плахотного, д. 10, ауд. 402.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «СГГА».

Автореферат разослан 19 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Дубровский А. В.

Изд. лиц. ЛР№ 020461 от 04.03.1997. Подписано в печать 15.11.2013. Формат 60 ' 84 1/16. Печ. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 131. Редакционно-издательский отдел СГГА 630108, Новосибирск, Плахотного, 10. Отпечатано в картопечатной лаборатории СГГА 630108, Новосибирск, Плахотного, 8

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Природоохранная и научно-исследовательская деятельность особо охраняемых природных территорий (ООПТ) требует привлечения различных картографических материалов, среди которых большое значение имеют карты лесной растительности (карты лесов), являющейся основным индикатором состояния экосистем. Карты лесной растительности различной направленности используются при организации территориального планирования, функционального зонирования, охраны и мониторинга редких видов растений и животных, в образовательной и рекреационной деятельности ООПТ. В связи с этим, особое значение имеет разработка методик геоинформационного картографирования лесов по данным дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Применение современных методов дешифрирования данных ДЗЗ для целей составления карт позволяет получить максимальную информацию о состоянии и изменениях в распространении растительного покрова, как естественного, так и антропогенного характера, что позволяет создавать на их основе разномасштабные карты лесной растительности и базы данных различной направленности.

Степень разработанности проблемы. Методы геоинформационного картографирования на основе данных ДЗЗ, использованные в работе, освещены в работах российских (Берлянт А. М., Лурье И. К., Кравцова В. И., Лисиц-кий Д. В., Верещака Т. В., Кашкин В. Б., Виноградов Б. В. и др.) и зарубежных (Вудс Р., Прэтт У., Дейвис Ш. М., Шовенгердт Р. А., Дженсен Дж. Р., Кэм-пбелл Дж. Б. и др.) исследователей.

Значительный вклад в исследование и картографирование растительности северо-восточного побережья Байкала и полуострова Святой Нос внесли такие исследователи, как Сукачев В. Н., Тюлина Л. Н., Попов М. Г., Малышев Л. И., Моложников В. Н., Бойков Т. Г., Аненхонов О. А. с коллегами и др.

Классификация лесной растительности Забайкальского национального парка как объекта картографирования составлена на основе структурно-г

/ .

динамических и географо-генетических принципов многомерной классификации растительных сообществ, разработанных академиком Сочавой В. Б. и его последователями (Белов А. В., Лавренко H. Н., Соколова JI. П., Ильина И. С. и др.).

Целью исследования является разработка методики геоинформационного картографирования лесной растительности ООПТ по данным ДЗЗ.

Достижение указанной цели потребовало решения следующих задач: проанализировать литературные данные о методах дистанционного изучения состояния лесов; разработать методику создания серии карт лесов ООПТ на основе геоинформационного картографирования по данным ДЗЗ на примере Забайкальского национального парка; разработать структуру и содержание базы данных геоинформационной системы (ГИС) лесов ООПТ; разработать структуру и содержание картографического Веб-сервиса для представления информации о лесной растительности ООПТ в сети Интернет; на основе разработанной методики создать серию карт лесной растительности, ГИС и картографический Веб-сервис Забайкальского национального парка.

Объектом исследования является геоинформационное картографирование лесной растительности, предметом исследования - методика геоинформационного картографирования лесной растительности по данным ДЗЗ.

Методология и методы исследований. В работе использованы основные понятия картографии и геоинформатики, методы автоматизированной обработки, анализа и дешифрирования данных ДЗЗ. Картографирование лесов Забайкальского национального парка основывалось на дешифрировании разновременных данных ДЗЗ с привлечением картографических и литературных материалов и проведением полевых исследований на территории парка.

Все работы по подготовке данных дистанционного зондирования, проведению их дешифрирования и составлению карт были выполнены с использованием программного обеспечения (ПО) ArcView 3.2 (с модульными расширениями Spatial Analyst, Image Analysis, ModelBuilder, EditTools), ArcGis 9.3, ERDAS Imagine 8.7, Maplnfo Professional 9.5. В работе использованы космиче-

ские снимки со спутников Landsat (1975-2013 гг.), фрагмент сцены со спутника IRS-P6 (съемочный прибор LISS-4 (2007 г.)) и космические снимки радиометра Aster со спутника Terra (2000-2002 гг.).

В качестве географической основы использованы топографические карты России М 1 : 100 000, 1 : 200 000. При составлении тематического содержания использовались карта растительности Забайкальского национального парка (М 1 : 300 000), планы лесонасаждений Чивыркуйского и Арангатуйского лесхозов (М 1 :50 000), карта растительности юга Восточной Сибири (М 1 : 1 500 000) и др.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- разработана и реализована методика геоинформационного картографирования лесной растительности ООПТ на основе дешифрирования данных ДЗЗ и структурно-динамического подхода к классификации растительности. Данная методика позволяет отразить на карте флороценотические, географо-генетические и высотно-поясные особенности, динамические тенденции, средо-защитные функции лесной растительности, особенности распространения редких видов растений и растительных сообществ;

- впервые создана серия карт лесной растительности Забайкальского национального парка в М 1 : 100 000, включающая в себя базовую карту лесной растительности, карту нарушенное™ лесов, карту средозащитных функций лесов, карту редких и уникальных видов растений и растительных сообществ, навигационную карту;

- разработаны структура и содержание базы данных ГИС лесов ООПТ, отражающая количественные и качественные характеристики лесной растительности;

- созданы ГИС и картографический Веб-сервис Забайкальского национального парка, обеспечивающая хранение, обобщение, анализ и представление в сети Интернет пространственных данных о лесах.

Теоретическая и практическая значимость. Разработанная методика геоинформационного картографирования лесной растительности ООПТ и созданная на ее основе серия карт могут быть использованы в природоохранной и научно-исследовательской деятельности ООПТ, при организации территориального планирования и функционального зонирования, при проведении различных геоботанических, экологических и других исследований.

Созданная серия карт и ГИС лесной растительности Забайкальского национального парка позволяет выполнять анализ, обработку и передачу пространственных и аналитических данных о лесной растительности.

Структура и содержание разработанного картографического Веб-сервиса могут быть использованы для создания картографического Веб-сервиса ООПТ любого ранга.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- классификация лесов на основе структурно-динамического подхода к классификации растительности является методической основой геоинформационного картографирования лесной растительности ООПТ;

- разработанная методика геоинформационного картографирования лесной растительности позволяет создать серию карт лесной растительности особо охраняемых природных территорий;

- серия карт лесной растительности ООПТ, созданная на основе разработанной методики, служит для оценки современного состояния, динамических тенденций, средозащитных функций лесной растительности, особенностей распространения редких видов растений и растительных сообществ.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту научной специальности 25.00.33 - «Картография», разработанного экспертным советом ВАК Минобрнауки РФ, по соответствующим позициям: 9 - «Геоинформационное картографирование и компьютерные технологии»; 10 - «Тематическое дещифрирование и методы дистанционного (аэрокосмического) зондирования».

Степень достоверности и апробация результатов исследования. Основные результаты диссертационных исследований представлены автором на 9 международных и российских конференциях: Международная конференция МегСаЛо-Ше^Б-М «Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» (Саратов - Урумчи, 2008), Седьмая Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2009), XVII научная конференция молодых географов Сибири и Дальнего Востока «Природа и общество: взгляд из прошлого в будущее» (Иркутск, 2011), Международная конференции 1п1егСаПо-1гПег01з-17 «Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» (Барнаул - Денпасар, 2011 г.), практическая конференция с международным участием сообщества природоохранных ГИС в России «Использование ГИС и данных дистанционного зондирования Земли для охраны природы» (Москва, 2013) и др.

Разработанные карты и база данных используются в научно-исследовательской и природоохранной деятельности Забайкальского национального парка.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации автором опубликовано 9 научных работ, в том числе 4 - в научных журналах, которые входят в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий.

Структура и объем диссертации. Объем диссертации составляет 126 страниц, включая 21 рисунок и 2 таблицы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и четырех приложений. Диссертация и автореферат диссертации оформлены в соответствии с СТО СГГА 002-2013.

Автор признателен за помощь и научные консультации научному руководителю - доктору географических наук, профессору, заведующему лабораторией картографии Института географии СО РАН им. В. Б. Сочавы Батуеву А. Р.,

а также доктору географических наук, профессору, заведующему лабораторией биогеографии Института географии СО РАН Белову А. В.

Автор признателен администрации и сотрудникам Забайкальского национального парка за помощь в организации полевых исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования.

Первый раздел посвящен характеристике физико-географических условий территории исследования, определяющих содержательную часть геоинформационного картографирования лесов ООПТ.

Во втором разделе рассмотрены история картографирования и современное состояние лесов Забайкальского национального парка, основные принципы структурно-динамической классификации растительных сообществ, разработанные академиком Сочавой В. Б. и получившие свое развитие в работах специалистов иркутской щколы картографирования растительности.

Согласно классификации, разработанной Сочавой В. Б., растительные сообщества представлены двумя категориями: фитоценомерами и фитоценохора-ми. Фитоценомер - гомогенный ареал растительного сообщества. Он представлен такими подразделениями растительного покрова, как растительные в, их группы, формации и т. д. Фитоценохора — гетерогенная пространственная система, образованная территориально примыкающими друг к другу разными фитоценомерами, представляющими в целом структурно-динамическое и функциональное целое. Фитоценомеры и фитоценохоры взаимосвязаны и взаимообусловлены в эволюционном, экологическом и структурном отнощении, что необходимо учитывать при классификации растительности. Через выявление и отображение на карте фитоценомеров и соответствующих им фитоценохор реализуется двухрядный принцип классификации растительности (Сочава В. Б. Классификация растительности как иерархия динамических систем // Геоботаническое картографирование. — 1972. С. 3-18).

Классификация растительного покрова, предложенная Сочавой В. Б., представляет собой систему иерархически соподчиненных таксономических единиц. Единицами классификации растительности на локальном уровне являются ассоциации, группы и классы ассоциаций; на региональном - формации, группы и классы формаций; на высшем - фратрии формаций и типы растительности. Им соответствуют таксономические единицы районирования растительного покрова - геоботанические районы, округа, провинции, геоботанические области и геоботанические пояса.

Известно, что растительность разделяется на коренные сообщества и их переменные состояния, возникшие под воздействием как естественных, так и антропогенных факторов. Классификация переменных состояний не должна проводиться в отрыве от их «материнского ядра» (коренной ассоциации). В связи с этим, Сочава В. Б. ввел понятие эпитаксонов (эпиформаций, эпиассо-циаций и т. д.). Эпиформации объединяют коренные формации и их производные фитоценомеры в единое динамическое целое. Показ эпитаксонов отражает не только динамические тенденции развития растительных сообществ, но и пространства геосистем со сходными экотопическими характеристиками (Сочава В. Б. Растительный покров на тематических картах. - Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1979. - 190 е.).

На основе описанных принципов разработана классификация лесной растительности Забайкальского национального парка, которая является основой легенды и базовой содержательной основой геоинформационного картографирования лесов.

В третьем разделе рассматриваются практика применения и основные требования к спутниковым данным для картографирования лесной растительности, особенности дешифрирования растительного покрова по космическим снимкам. Основное внимание уделено методам автоматизированной обработки и анализа данных ДЗЗ и методам геоинформационного картографирования лесной растительности.

В четвертом разделе приводится созданная в работе методика геоинформационного картографирования лесов и ее апробирование на примере Забайкальского национального парка. Картографирование лесов основывается на дешифрировании разновременных данных ДЗЗ с привлечением картографических и литературных материалов и проведением полевых исследований на территории парка.

В качестве базовых снимков использованы два актуальных снимка со спутника Landsat ЕТМ+, покрывающие всю территорию парка.

Предварительная подготовка данных ДЗЗ и картографического материала включает несколько этапов:

- приведение данных ДЗЗ, топографических карт и планов лесонасаждений в единую систему координат - в коническую равновеликую проекцию Альберса, с параметрами датум Пулково 42, сфероид Красовского;

- синтезирование цветных многозональных изображений;

- обрезка данных ДЗЗ и других картографических материалов по векторному слою границ Забайкальского национального парка.

Этапы тематической обработки данных ДЗЗ:

- визуальное дешифрирование космических снимков и определение количества выделяемых классов;

- автоматизированная классификация данных ДЗЗ без обучения в ПО Erdas Imagine. В порядке эксперимента нами проведена классификация без обучения на основе алгоритма ISODATA. Наиболее достоверные результаты классификации достигнуты при классификации снимков на 16 классов объектов.

В результате классификации без обучения данных Landsat ЕТМ+ получена предварительная карта лесной растительности, включающая основные классы объектов: мелколиственные, хвойные леса, гольцы, заросли кедрового стланика и подгольцовые редколесья, заболоченные луга и болота, горные луга, водные поверхности, затемненные склоны;

- автоматизированная классификация данных ДЗЗ с обучением в программе Erdas Imagine. Классификация с обучением включает в себя несколько эта-

пов: определение задач обработки снимка, создание эталонов спектральных значений дешифрируемых объектов, выбор способа классификации, процесс классификации и оценка качества результатов.

Для создания эталонов спектральных значений объектов необходимо оцифровать некоторые участки на снимке, идентифицирующие спектральные значения дешифрируемых объектов, на основании известных данных об исследуемой территории. В качестве таких данных использован точечный векторный слой ключевых участков, описанных в ходе полевых исследований, каждой точке которого присвоена информация о географических координатах мест описания, даты описания, названия лесного сообщества и краткое описание. Также использовался метод идентификации набора соседних пикселов с близкими спектральными характеристиками. Курсором выделяется пиксел на экране, который используют в качестве модельного пиксела - эталона, который создается на основе сопоставления его с соседними пикселами, первоначально в окне 3 х 3, с использованием введенных параметров - пороговых значений близости. В качестве таких параметров можно использовать географическое расстояние или среднее и стандартное отклонение яркостей для каждой зоны. Поиск подходящих пикселов в окне осуществляется среди соседних четырех либо восьми пикселов. Процесс выборки повторяется до тех пор, пока не останется пикселов окружения, подходящих заданным параметрам. Данный способ позволяет автоматизированно выделять области на снимке с одинаковыми спектральными свойствами.

Нами созданы эталоны следующих классов объектов: сосновые леса, лиственничные леса, кедровые леса, пихтовые леса, мелколиственные леса, мохово-лишайниковые тундры, подгольцовые редколесья, заросли кедрового стланика, заболоченные луга и болота, горные степи, альпийские и субальпийские луга и кустарники, вода, песчаные пляжи. На каждый желаемый для выделения класс создано от пяти до 10 обучающих выборок и произведена оценка качества выборок;

- оценка качества эталонов. Программа Erdas Imagine позволяет интерактивно оценивать выборки одновременно в двух зонах спектра, рассматривая их

как объекты пространства признаков. Оценка качества созданных эталонов основана на построении эллипсов рассеяния. По значениям яркости пикселов выборок рассчитываются параметры эллипсов рассеяния - средние значения и стандартные отклонения пикселов, сохраненных в файлах обучающих выборок. Основной критерий отбора обучающих полигонов - неперекрываемость эллипсов рассеяния. Получить эталоны различных типов лесов, которые бы не перекрывались полностью, практически не возможно, так как в природе они образуют чаще смешанные насаждения. Для проведения классификации отобраны наиболее разделимые в пространстве спектральных признаков обучающие полигоны, точно соотнесенные с данными полевых исследований и лесоустроительных материалов, представляющие область не менее 100 пикселов. В качестве решающего правила классификации выбран алгоритм классификации на основе метода максимального правдоподобия.

В результате классификации с обучением снимков Ьапска! получено результирующее изображение, состоящее из вышеперечисленных классов.

Генерализация результатов классификации. Результирующее изображение автоматизированно преобразовывается в векторный формат. В результате формируется полигональный векторный слой.

Недостатком такого векторного слоя являлась избыточность мелких «осколочных» полигонов. Для удаления таких полигонов на первом этапе рассчитываются площади всех полигонов. Далее выделяются те полигоны, площадь которых меньше определенной величины. В результате проведенных экспериментальных работ выбран метод, при котором выделенные полигоны присоединяются к наибольшему полигону, с которым соприкасаются. Для того, чтобы не потерять мелкие, но имеющие важное значение полигоны (например, лесных сообществ, имеющих ограниченное или узколокальное распространение), сгруппированные рядом друг с другом полигоны объединены между собой в более крупные вручную до проведения автоматизированной генерализации.

В результате последующей интерпретации классов результирующего изображения с учетом проведенной классификации лесной растительности на ос-

нове структурно-динамического подхода составлена карта лесной растительности Забайкальского национального парка (рисунок 1).

Подгольцовые редколесья и заросли кедрового стланика

Байкало-Джугджурские формации

Южносибирские формации

Горные таежные леса

Южносибирские формации

Байкало-Джугджурские формации

Подгорно-котловинные лес; Южносибирские формации

Рисунок 1 - Карта «Лесная растительность Забайкальского национального парка», масштаб 1 : 100 ООО (уменьшено)

Классификация лесной растительности легла в основу легенды карты. В соответствии с приведенной классификацией, ассоциации и группы растительных ассоциаций объединены в формации, формации объединены в региональные группы лесных формаций. В легенде карты восстановительные серии подчинены коренным сообществам и образуют с ними единые эпитаксоны (рисунок 2).

Для выявления условий произрастания лесных сообществ созданы векторные слои изолиний рельефа с шагом 100 м, крутизны (в градусах) и экспозиции склонов, растительно-высотных поясов на основе данных SRTM с помощью ПО ArcView 3.2 и модульного расширения Spatial Analyst (инструмент ModelBuilder).

Подгольцовые редколесья и заросли кедрового стланика Байкало-Джугджурские формации

«. Подгольцовые заросли кедрового стланика с редкими лиственницами и другими древесными породами в сочетании с горными тундрами ' преимущественно на подбурах литогенных тундровых

заросли березки Миддендорфа и других кустарников и куста рничково- травяные восстановительные серии на местах свежих гарей

л Ложноподгольцовые заросли кедрового стланика багульниково-бруснично-зеленомошные, бруснично-шикшево-лишайниковые, ^ бруснично-багульниково-сфагновые на древних байкальских террасах и конусах выноса

Южносибирские формации

о Пихтовые, иногда елово-пихтовые редколесья местами с березкой Миддендорфа, кедровым стлаником и рододендроном з< ^ на подбурах литогенных тундровых и подбурах перегнойных с выходами коренных пород

Ш Кедровые, иногда пихтово-кедровые редколесья с кедровым стлаником на склонах разных экспозиций и выровненных поверхностях на подбурах литогенных тундровых и подбурах перегнойных с выходами коренных пород

Горные таежные леса Южносибирские формации

_ Кедрово-пихтовые чернично-бадановые. чернично-травяно-зеленомошные леса крутых и средней крутизны склонов преимущественно 5 северных экспозиций на подбурах литогенных тундровых с выходом коренных пород

В

К? Березово-осиновая травяно-зепекомошиая восстановительная серия

Пихтово-кедровые чернично-зеленомошные бадановые разнотравные с кедровым нов преимущественно северных, северо-западных и северо-восточных экспозиций ► — Березово-сосиовые леса с участием пихты и кедра чернично-бруснично-зеленомошные с кедровым _ с баданом восстановительные серии

66;- Осиново-березовая травяно-зеленомошная восстановительная серия

ЗвЦ, С ос ново-осиновая травяно-злаковая восстановительная серия

©Г Осиновые куста рничково- разнотравные молоднякоеые восстановительные серии

В1

Р Березовая с примесью ели. кедра и лиственницы багульникоео-зеленомошная восстановительная серия

Лиственничные и кедрово-лиственничные душекиево-кедровостланикоеые багульниково-бруснично-зеленомошные. бруснично-баданово-зеленомошные леса склонов средней крутизны и крутых склонов преимущественно северных и северо-западных экспозиций на дерновых литогенных и подбурах литогенных с дерновыми лесными почвами и с подзолами иллювиально-гумусово-железистыми

831 С ос ново-березовые разнотравно-злаковые, травяно-зеленомошные восстановительные серии 8бр С ос ново-осиновые разнотравно-злаковые. бруснично-зеленомошные восстановительные серии

э

^г Осиновые кустарничково-разнотравные восстановительные серии

Сосновые и лиственнично-сосновые душекиево-рододендроновые бруснично-зелемомошные Л' преимущественно южных, юго-восточных и юго-западных экспозиций

9а Ё Редкостойные березово-сосновые рододендроновые бруснично-травяные и бруснично-зеленомошные восстановительные серии Сосново-березовые душекиево-рододендроновые разнотравные, бруснично-травяные восстановительные серии

^^^ Байкало-Джугджурские формации

1 О I Чозениевые с пихтой и кедром разнотравные злаково-разнотравные на галечниковых аллювиальных почвах речных долин

Подгорно-котловинные леса Южносибирские формации

Лиственничные и с ос ново-лиственничные рододендроновые, душекиево-рододендроновые бруснично-разнотравные леса на Н^Н выровненных поверхностях и пологих склонах преимущественно северных и северо-западных экспозиций на подбурах перегнойных и дерновых оподзоленных почвах с подбурами литогенными и дерново-карбонатных выщелоченных почвах

1 1 Березово-осиноеые с примесью лиственницы и сосны рододендроновые бруснично-травяные. бадановые восстановительные серии

Ц Сосновые и лиственнично-сосновые рододендроновые душекиево-рододендроновые разнотравно-брусничные, бруснично-бадановые а на выровненных поверностях и пологих склонах преимущественно южных, юго-западных экспозиций на подбурах перегнойных и дерновых оподзоленных почвах

. _ й Сосновые рододендроновые бруснично-толокнянкоеые бруснично-шмкшиевые с кедровым стлаником, часто с лишайниковым покровом ■ и песа на дерново-подзопистык почвах

Нелесные территории

. . Каменистые тундры с господством накипных пишайников и мохово-лишайниковые тундры местами в сочетании с альпинотипными ' ^ луговинами

л с I Альпинотипные и субальпинотипные луга в сочетании с кедровым стлаником и другими кустарниками на горно-луговых дерново-

^ торфянистых и дерновых почвах 16 Гоные степи на органогенно-щебнистых остепненных и горно-степных черноземовидных почвах

1 7 Заболоченные луга, облесенные болота и топи на болотных торфяных и торфяно-глеевых и аллювиальных пугово-бо потных почвах ■\ 8 Растительность песчаных пляжей

Рисунок 2 - Легенда карты «Лесная растительность Забайкальского национального парка», составленная на основе структурно-динамического подхода к классификации растительности

В качестве цветовой гаммы для показа различных лесных формаций использованы цвета, принятые для картографирования лесной растительности в отечественной геоботанике. Восстановительные серии отображены вводом полос дополнительного цвета по основному фоновому цвету с сохранением цвета коренного сообщества, нумерация имеет буквенные индексы. Поскольку карта посвящена лесной растительности, то растительные сообщества, не относящиеся клееным, выделены в структуре легенды карты как нелесные территории.

Методика создания карты нарупиенности лесной растительности. Основной причиной в изменении пространственной структуры лесного покрова на территории Забайкальского национального парка являются лесные пожары как естественного, так и антропогенного происхождения, процессы восстановления лесных сообществ после пожаров, рекреационная нагрузка.

Нарушения лесного покрова выявлялись при визуальном изучении данных ДЗЗ за разные годы, картографических материалов, литературных источников, в ходе полевых исследований. Основным источником информации о динамике лесной растительности за последние 38 лет послужили многозональные космические снимки со спутников Landsat (1975-2013 гг.), данные съемочного прибора L1SS-4 спутника IRS-P6 (2007 г.) и данные съемочного прибора ASTER VNIR со спутника Terra (2000-2001 гг.).

В основе картографирования нарушенное™ лесов предлагается классификация нарушенности лесов, разработанная лабораторией биогеографии Института географии СО РАН и представленная в карте «Нарушенность растительности Иркутской области» (Белов А. В. Картографическое изучение биоты / А. В. Белов, В. Ф. Лямкин, Л. П. Соколова. - Иркутск: Облмашинформ, 2002. -160 е.). В результате анализа и оценки состояния лесов по данным ДЗЗ, картографических материалов и результатов полевых исследований, согласно принятой классификации, выделено четыре категории нарушенности лесов: условно ненарушенные, слабонарушенные, средненарушенные, сильнонарушенные, ко-

торые легли в содержательную основу карты нарушенности лесной растительности Забайкальского национального парка (в соответствии с рисунком 3).

Рисунок 3 - Карта «Нарушенность лесной растительности», масштаб 1 : 100 ООО (уменьшено)

При оценке нарушенности растительности учитывались изменения в пространственном распространении, породном и возрастном составе насаждений, возникшие в результате лесных пожаров, рубок и рекреационной нагрузки.

Созданная карта нарушенности лесной растительности отражает изменения пространственной и возрастной структуры лесов под воздействием природных и антропогенных факторов.

Методика создания карты средозащитных функций лесной растительности. При картографировании средозащитных функций лесной растительности учитывались видовые и ценотические особенности лесной растительности, экото-

гшческая приуроченность и ее динамическое состояние. Карта средозащитных функций (рисунок 4) отражает основные (доминирующие или предпочтительные) и дополнительные функции. Выделение основных и дополнительных функций условно и необходимо для определения режима природопользования в различных функциональных зонах парка.

Рисунок 4 - Карта «Средозащитные функции лесной растительности», масштаб 1 : 100 ООО (уменьшено)

На карте не отражены такие планетарные функции лесов, как кислородо-продуцирующая, газопоглотительная, терморегулирующая и другие функции, так как они свойственны всем лесам и имеют слабую экотопическую привязку.

Контуры выделов растительных сообществ соответствуют контурам выде-лов базовой карты лесной растительности. В легенде карты группы ассоциаций, объединенные одной главной функцией, показаны одним фоновым цветом. Дополнительные функции отражены наложением различных видов штриховок по основному фоновому цвету. Функции, имеющие слабую площадную выраженность, показаны значками.

Матричная легенда карты (рисунок 5) отображает сочетание различных картографических способов изображения средозащитных функций.

Лесная растительность Функции

Основные Дополнительные

Водосборная и Биоаационная водорегулирующая Регенерационная Противо- Противо-эроэионная дефляционная Протиеоселевая и Нересто-противолавинная охранная

- Заросли кедрового с редкими лиственницами и др. породами деревьев Водосборная и водорегулирующая О ЕППЗ

» Заросли березки Мидден-дорфаи других кустарников и кустариичково-травяные восстановительные Босстановите- лш

2 Ложнолодгольцовые заросли кедрового стланика багульниково- бруснично-осоково- зеленомошные, бруснично-шикшово- лишайниковые. бруснично-багульниково- сфагновые на песчаных береговых валах и конусах выноса Регенера- А

3 Пихтовые, иногда елово-пихтовые подгольцовые редколесья с кедровым □ ГЛ V ! /V'

Кедровые, местами с елью гп ТТТТТ1

цовые редколесьяТкедро

вым стлаником

5 чноЧ5ада 1 новы^ черн ич но- биостационная ■ ЕЗ 17 .//

горнотаежные леса склонов средней крутизны и крутых склонов

Рисунок 5 - Фрагмент легенды карты «Средозащитные функции лесной растительности»

Методика создания карты уникальных и редких видов растений и растительных сообществ. Одной из задач ООПТ является охрана и мониторинг состояния редких видов растений и растительных сообществ. Для картографирования редких видов растений к работе привлекались литературные источники, гербарные коллекции Института общей и экспериментальной биологии СО РАН, результаты собственных полевых исследований.

На основе анализа приведенных источников и базовой карты лесной растительности создан точечный векторный слой редких видов растений, а также полигональный и точечный (для узколокальных сообществ) векторные слои редких растительных сообществ Забайкальского национального парка.

На основе созданных векторных слоев и слоя растительно-высотных поясов составлена карта редких видов сосудистых растений растительных сообществ Забайкальского национального парка (рисунок 6).

I ....

Рисунок 6 - Фрагмент карты «Редкие виды сосудистых растений и растительные сообщества», масштаб 1 : 100 ООО (уменьшено)

Способом значков отображено распространение редких видов растений и узколокализованных растительных сообществ. Значки, отображая места нахождения видов растений, также передают качественные свойства объектов, например, значками разного цвета и формы показаны разные категории статуса и уровни охраны растений (федеральный - виды, занесенные в Красную книгу РФ (2008), региональный - виды, занесенные в Красную книгу Республики Бурятия (2002)). Каждому виду присвоена нумерация в соответствии со списком видов в тексте диссертации. Редкие растительные сообщества, имеющие площадное выражение на карте, показаны способом ареалов.

ГИС лесов Забайкальского национального парка. На основе созданной серии карт Забайкальского национального парка, а также собранных пространственных и аналитических материалов создана база данных ГИС в среде ArcView GIS 3.2, включающая согласованные растровые и векторные слои и атрибутивные таблицы. База данных ГИС состоит из двух основных блоков: пространственных и атрибутивных данных (таблица 1).

Таблица 1 - Структура базы данных ГИС лесов на примере Забайкальского национального парка

ГИС «Леса Забайкальского национального парка»

Пространственные данные

Растровые

Исходные Аналитические

Векторные

Полигональные слои

Линейные слои

Точечные слои

Атрибутивные данные

1. Данные ДЗЗ.

2. ЦМР (на основе данных БЯТМ).

3. Топографические карты России

(М 1 : 100 000, М 1 : 200 000).

4. Тематические карты различных масштабов.

5. Планы лесонасаждений Забайкальем го национального парка (М 1 : 50 000)

1. Результаты автоматизированной классификации снимков.

2. Результаты вычитания снимков.

3. Изолинии фа (на

основе данных ЗИТМ).

4. Карта крутизны склонов (в градусах).

5. Карта экспозиции склонов.

6. Растительно-высотные пояса

1. Граница Забайкальского национального парка.

2. Граница наземной буферной зоны.

3. Лесная растительность.

4. Объекты гидрографии.

5. Населенные пункты.

6. Нарушенность лесной растительности.

7. Функции лесной растительности.

8. Редкие и уникальные растительные сообщества.

9. Функциональное зонирование.

10. Эталоны обу чающих выборок.

9. Другие материалы

1. Объекты гидрографии.

2. Изолинии рельефа.

3. Автодороги.

4. Туристические тропы

1. Кордоны, турбазы, зимовья.

2. Маршрутные точки.

3. Редкие виды, занесенные в Красную книгу Российской Федерации.

4. Редкие виды, занесенные в Красную книгу Бурятии

Характеристики лесных сообществ.

2. Лесотаксаци-онные данные.

3. Данные наземных исследований.

4. Литературные и фондовые данные.

5. Другие материалы

В качестве основы для базы данных лесов Забайкальского национального парка использована атрибутивная таблица векторной карты лесной растительности Забайкальского национального парка.

Созданная ГИС позволяет производить запросы по атрибутивным таблицам векторных слоев по определенным критериям, производить анализ данных и различные вычислительные операции, редактировать данные.

Методика создания навигационной карты лесной растительности. Внедрение технологий GPS-навигации в исследовательскую и туристическую деятельность ООПТ требует создания тематических карт в форматах, поддерживаемых различными навигационными устройствами. Нами создана карта Забайкальского национального парка для GPS-навигации с помощью ПО GPSMapEdit, включающая векторную карту лесов и слои рекреационной инфраструктуры парка.

Создание картографического Веб-сервиса. Нами разработан картографический Веб-сервис Забайкальского национального парка на базе свободно распространяемого программного обеспечения для разработки Веб-сервисов с открытым кодом UMN MapServer 6.0 в связке с Веб-приложением P.mapper (рисунок 7).

Рисунок 7 - Интерфейс Веб-сервиса Забайкальского национального парка

Созданный Веб-сервис поддерживает спецификации протокола Web Map Service (WMS). Набор инструментов приложения P.mapper позволяет формировать запросы к информационным слоям, получать информацию при обращении к объекту, загружать данные атрибутивных таблиц слоев в формате Excel, SCV, PDF, распечатывать и загружать картографические изображения в формате PNG, GeoTIFF, PDF.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной диссертационной работе решены поставленные задачи и достигнута основная цель исследования - разработана методика геоинформационного картографирования лесной растительности ООПТ по данным ДЗЗ. Основные полученные результаты работы заключаются в следующем:

- разработана методика геоинформационного картографирования лесов на основе дешифрирования данных ДЗЗ в сочетании со структурно-динамическим подходом к классификации растительности, позволяющая создать серию крупномасштабных карт лесной растительности ООПТ;

- создана серия карт лесной растительности на основе разработанной методики, позволяющая отразить флороценотическое разнообразие лесной растительности, основные географо-генетические и высотно-поясные особенности ее структуры, динамические тенденции, эколого-географическую приуроченность, нарушенность, средозащитные свойства и особенности распространения редких и уникальных видов растений и растительных сообществ; карты лесной растительности и ГИС ООПТ, созданные на основе разработанной методики, могут служить основой для оценки состояния лесной растительности, разработок рекомендаций по оптимизации функционального зонирования, территориального планирования ООПТ, оптимизации мер охраны редких видов растений и растительных сообществ и другой природоохранной, научной и хозяйственной деятельности ООПТ; разработанная навигационная карта Забайкальского национального парка может быть использована для проведения полевых исследований, а также для внедрения в рекреационную деятельность парка;

- разработаны структура и содержание ГИС лесов ООПТ на примере Забайкальского национального парка, обладающей возможностями хранения, актуализации, визуализации и передачи данных, которая может служить информационной основой для создания комплексной ГИС природных ресурсов ООПТ;

- разработаны структура и содержание картографического Веб-сервиса, обеспечивающего открытый доступ пользователям к картографической и другой информации о лесах ООПТ в среде Интернет, что позволяет оптимизировать процесс представления и передачи данных в различных форматах на примере Забайкальского национального парка.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Батуев, А. Р. Геоинформационное обеспечение охраны и мониторинга редких видов сосудистых растений и растительных сообществ особо охраняемых природных территорий (на примере Забайкальского национального парка) [Текст] / А. Р. Батуев, М. В. Цыдыпова, В. А. Борхонов // Геодезия и картография. - 2013. - № 10. - С. 34-38.

2 Цыдыпова, М. В. Геоинформационное картографирование современного состояния лесов Забайкальского национального парка по данным дистанционного зондирования Земли [Текст] / М. В. Цыдыпова, М. Г. Цыренова// Вестник Российского университета дружбы народов. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2010. - Вып. № 2. - С. 59-63.

3 Цыдыпова, М. В. Использование данных дистанционного зондирования Земли и цифровой модели рельефа для картографирования лесов особо охраняемых природных территорий (на примере Забайкальского национального парка) [Текст] // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Науки о Земле». - 2012. - Т. 5, № 1. - С. 287-292.

4 Цыдыпова, М. В. Геоинформационное картографирование нарушенно-сти лесной растительности особо охраняемых природных территорий (на примере Забайкальского национального парка) [Текст] // Известия Иркутского го-

сударственного университета, серия «Науки о Земле». - 2012. - Т. 5, № 1. -С. 287-292.

5 Цыдыпова, М. В. Геоинформационное картографирование лесов особо охраняемых природных территорий (на примере Забайкальского национального парка) [Текст] // Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт: материалы Международной конференции InterCarto-InterGis-17. - Барнаул -Денпасар, 2011. - С. 345-349.

6 Цыренова, М. Г. Картографическое отображение современного состояния лесов Забайкальского национального парка по данным дистанционного зондирования Земли [Текст] / М. Г. Цыренова, В. А. Борхонов, М. В. Цыдыпова// Эколого-географические аспекты лесообразовательного процесса: материалы Всероссийской конференции с участием иностранных ученых. - Красноярск, 2009. - С. 340-343.

7 Цыренова, М. Г. К характеристике растительности северо-восточной части полуострова Святой Нос (Восточное Прибайкалье) / М. Г. Цыренова, М. В. Цыдыпова [Текст] // Отечественная геоботаника: основные вехи и перспективы: материалы Всероссийской научной конференции с международным участием. Т. 1. - Санкт-Петербург, 2011. - С. 432-434.

8 Цыдыпова, М. В. Геоинформационное картографирование современного состояния лесов Забайкальского национального парка по данным ДЗЗ [Текст] // Молодежь и современные информационные технологии: сборник трудов VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Томск, 2009. — С. 183-184.

9 Цыдыпова, М. В. Картографическое отображение лесов особо охраняемых природных территорий по данным дистанционного зондирования (на примере Забайкальского национального парка) [Текст] // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Науки о Земле». - 2009. -Т. 2, №. 1. -С. 183-189.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Цыдыпова, Марина Владимировна, Иркутск

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ИГУ»)

На правах рукописи 04201453647 „ ^

У/

ЦЫДЫПОВА МАРИНА ВЛАДИМИРОВНА х '

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА)

25.00.33 - «Картография»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор географических наук, профессор

Батуев Александр Раднажапович

Иркутск-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................4

1 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ ЛЕСОВ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА............................................10

2 ЛЕСА ЗАБАЙКАЛЬСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ИСТОРИЯ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ.......14

2.1 История геоботанических и картографических исследований

на территории Забайкальского национального парка...........................................14

2.2 Классификация растительности на основе структурно-динамического подхода..............................................................................................17

2.3 Классификация лесной растительности Забайкальского национального парка на основе структурно-динамического подхода...........................................22

3 ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО

ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ......................................................................................28

3.1 Применение данных дистанционного зондирования Земли

для картографирования лесной растительности....................................................28

3. 2 Основные требования к данным дистанционного

зондирования Земли для картографирования лесной растительности...............31

3.3 Особенности дешифрирования растительного покрова по данным дистанционного зондирования Земли.....................................................................33

3.4 Методы обработки и анализа данных дистанционного зондирования

Земли...........................................................................................................................36

35 Геоинформационное картографирование изменений лесной растительности.................44

3.6 Генерализация классифицированных данных дистанционного зондирования Земли в среде ГИС...........................................................................47

4 ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА)...............49

4.1 Исходные материалы и программное обеспечение.........................................50

4.2 Методика предварительной подготовки данных дистанционного зондирования Земли и картографических материалов..........................................51

4.3 Автоматизированная классификация данных дистанционного зондирования Земли..................................................................................................53

4.4 Методика создания карты лесной растительности..........................................60

4.5 Методика создания карт вертикальной и горизонтальной расчлененности рельефа на основе данных БИТМ................................................64

4.6 Методика создания карты нарушенности лесной растительности................67

4.7 Методика создания карты средозащитных функций лесной растительности...........................................................................................................71

4.8 Методика создания карты редких видов растений и

растительных сообществ..........................................................................................82

4.9 Методика создания навигационной карты лесов и рекреационной

инфраструктуры особо охраняемых природных территорий........................89

4. 10 ГИС лесной растительности особо охраняемых природных территорий ..92 4.11 Картографический Веб-сервис лесной

растительности особо охраняемых природных территорий.................................95

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................99

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................101

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное) ВНЕДРЕНИЕ...................................................115

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное) КАРТА ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

ЗАБАЙКАЛЬСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА..........................................116

ПРИЛОЖЕНИЕ В (обязательное) БАЗА ДАННЫХ РЕДКИХ ВИДОВ

РАСТЕНИЙ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА....................117

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (обязательное) РЕДКИЕ РАСТИТЕЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА ЗАБАЙКАЛЬСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА..........................................123

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Природоохранная и научно- исследовательская деятельность особо охраняемых природных территорий (ООПТ) требует привлечения различных картографических материалов, среди которых большое значение имеют карты лесной растительности (карты лесов), являющейся основным индикатором состояния экосистем. В. Б. Сочава считал растительность не только критическим компонентом геосистем, но и важным фактором ее стабилизации [92]. Карты лесной растительности различной направленности используются при организации территориального планирования, функционального зонирования, охраны и мониторинга редких видов растений и животных, в образовательной и рекреационной деятельности ООПТ. Применение современных методов дешифрирования данных ДЗЗ для целей составления карт позволяет получить максимальную информацию о состоянии и изменениях в распространении растительного покрова, как естественного, так и антропогенного характера, что позволяет создавать на их основе разномасштабные карты лесной растительности и базы данных различной направленности. В связи с этим, особое значение имеет разработка методик геоинформационного картографирования лесов по данным дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Одной из задач геоинформационного картографирования лесов является обеспечение инвентаризационных и мониторинговых процедур с возможностью обобщения, анализа и представления разнородных данных по состоянию лесов ООПТ. Это позволит иметь представление о текущем состоянии лесных территорий, прогнозировать их развитие с учетом естественной динамики лесов, интенсивности лесопользования и сохранения биоразнообразия [81].

Разномасштабные карты растительности используются в качестве основы для оценочного и прогнозно-рекомендательного картографирования. Универсальные карты растительности могут служить основой для создания специализированных геоботанических, зоогеографических, природоохранных и других прикладных карт [15].

Степень разработанности проблемы. Методы геоинформационного картографирования на основе данных ДЗЗ, использованные в работе, освещены в работах российских (Берлянт А. М., Лурье И. К., Кравцова В. И., Лисицкий Д. В., Верещака Т. В., Кашкин В. Б., Виноградов Б. В. и др.) и зарубежных (Вудс Р., Прэтт У., Дейвис Ш. М., Шовенгердт Р. А., Дженсен Дж. Р., Кэмпбелл Дж. Б. и др.) исследователей.

Значительный вклад в исследование и картографирование растительности северо-восточного побережья оз. Байкал и полуострова Святой Нос внесли такие исследователи, как Сукачев В. Н., Тюлина Л. Н., Попов М. Г., Малышев Л. И., Моложников В. Н., Бойков Т. Г., Аненхонов О. А. с коллегами и др.

Классификация лесной растительности Забайкальского национального парка как объекта картографирования составлена на основе структурно-динамических и географо-генетических принципов многомерной классификации растительных сообществ, разработанных академиком Сочавой В. Б. и его последователями ( Белов А. В., Лавренко Н. Н., Соколова Л. П, Ильина И. С. и

др.).

Целью исследования является разработка методики геоинформационного картографирования лесной растительности ООПТ по данным ДЗЗ.

Достижение указанной цели потребовало решения следующих задач:

- проанализировать литературные данные о методах дистанционного изучения состояния лесов;

- разработать методику создания серии карт лесов ООПТ на основе геоинформационного картографирования по данным ДЗЗ на примере Забайкальского национального парка;

- разработать структуру и содержание базы данных геоинформационной системы (ГИС) лесов ООПТ;

- разработать структуру и содержание картографического Веб-сервиса для представления информации о лесной растительности ООПТ в сети Интернет;

- на основе разработанной методики создать серию карт лесной растительности, ГИС и картографический Веб-сервис Забайкальского национального парка.

Объектом исследования является геоинформационное картографирование лесной растительности, предметом исследования - методика геоинформационного картографирования лесной растительности по данным ДЗЗ.

Методология и методы исследований. В работе использованы основные понятия картографии и геоинформатики, методы автоматизированной обработки, анализа и дешифрирования данных ДЗЗ. Картографирование лесов Забайкальского национального парка основывалось на дешифрировании разновременных данных ДЗЗ с привлечением картографических и литературных материалов, и проведением полевых исследований на территории парка.

Все работы по подготовке данных дистанционного зондирования, проведению их дешифрирования и составлению карт выполнены с использованием программного обеспечения (ПО) Arc View 3.2 (с модульными расширениями Spatial Analyst, Image Analysis, ModelBuilder, EditTools), ArcGis 9.3, ERDAS Imagine 8.7, Maplnfo Professional 9.5. В работе использованы космические снимки со спутников Landsat (1975-2013гг.), фрагмент сцены со спутника IRS-P6 съемочный прибор LISS-4 (2007 г.), и космические снимки радиометра Aster со спутника Terra (2000-2002 гг.).

В качестве географической основы использованы топографические карты России M 1: 100 000, 1: 200 000. При составлении тематического содержания использовались карта растительности Забайкальского национального парка (М 1: 300 000), планы лесонасаждений Чивыркуйского и Арангатуйского лесхозов (M 1: 50 000), карта растительности Юга Восточной Сибири (М 1:1500 000) и др.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

— разработана и реализована методика геоинформационного картографирования лесной растительности ООПТ на основе дешифрирования данных ДЗЗ и структурно-динамического подхода к классификации растительности. Данная

методика позволяет отразить на карте флороценотические, географо-генетические и высотно-поясные особенности, динамические тенденции, средо-защитные функции лесной растительности, особенности распространение редких видов растений и растительных сообществ;

- впервые создана серия карт лесной растительности Забайкальского национального парка в М 1: 100 ООО, включающая в себя базовую карту лесной растительности, карту нарушенности лесов, карту средозащитных функций лесов, карту редких и уникальных видов растений и растительных сообществ и навигационную карту;

- разработаны структура и содержание базы данных ГИС лесов ООПТ, отражающей количественные и качественные характеристики лесной растительности;

- созданы ГИС и картографический Веб-сервис Забайкальского национального парка, обеспечивающая хранение, обобщение, анализ и представление в сети Интернет пространственных данных о лесах.

Теоретическая и практическая значимость. Разработанная методика геоинформационного картографирования лесной растительности ООПТ и созданная на ее основе серия карт могут быть использованы в природоохранной и научно-исследовательской деятельности ООПТ, при организации территориального планирования и функционального зонирования, при проведении различных геоботанических, экологических и других исследований.

Созданная серия карт и ГИС лесной растительности Забайкальского национального парка позволяет выполнять анализ, обработку и передачу пространственных и аналитических данных о лесной растительности.

Структура и содержание разработанного картографического Веб-сервиса могут быть использованы для создания картографического Веб-сервиса ООПТ любого ранга.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- классификация лесов на основе структурно-динамического подхода к классификации растительности является методической основой геоинформационного картографирования лесной растительности ООПТ;

- разработанная методика геоинформационного картографирования лесной растительности позволяет создать серию карт лесной растительности особо охраняемых природных территорий;

- серия карт лесной растительности ООПТ, созданная на основе разработанной методики, служит для оценки современного состояния, динамических тенденций, средозащитных функций лесной растительности, особенностей распространения редких видов растений и растительных сообществ.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту научной специальности 25.00.33 - «Картография», разработанного экспертным советом ВАК Минобрнауки РФ, по соответствующим позициям: 9 - «Геоинформационное картографирование и компьютерные технологии»; 10 - «Тематическое дешифрирование и методы дистанционного (аэрокосмического) зондирования».

Степень достоверности и апробация результатов исследования. Основные результаты диссертационных исследований представлены автором на 9 международных и российских конференциях: Международная конференции 1п-1егСайо-1п1егС18-14 «Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» (Саратов - Урумчи, 2008), Седьмая Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2009), XVII научная конференция молодых географов Сибири и Дальнего Востока «Природа и общество: взгляд из прошлого в будущее» (Иркутск, 2011), Международная конференции МегСаЛо-Шег^Б-П «Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» (Барнаул - Денпасар, 2011 г.), практическая конференция с международным участием сообщества природоохранных ГИС в Рос-

сии "Использование ГИС и данных дистанционного зондирования Земли для охраны природы" (Москва, 2013) и другие.

Разработанные карты и база данных используются в научно-исследовательской и природоохранной деятельности Забайкальского национального парка.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации автором опубликовано 9 научных работ, в том числе 4 в научных журналах, которые входят в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий.

Структура и объем диссертации. Объем диссертации составляет 129 страниц, включая 21 рисунок и 2 таблицы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы и 4 приложений.

Автор признателен за помощь и научные консультации научному руководителю доктору географических наук, профессору, заведующему лабораторией картографии Института Географии СО РАН им. В. Б. Сочавы Батуеву А. Р., а также доктору географических наук, профессору, заведующему лабораторией биогеографии Института географии СО РАН Белову А. В.

Автор признателен администрации и сотрудникам Забайкальского национального парка за помощь в организации полевых исследований.

1 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Забайкальский национальный парк расположен в центральной экологической зоне Байкальской природной территории (БПТ) и относится к Объекту всемирного природного наследия. Площадь национального парка составляет 269,1 тыс. га. Лесные земли занимают около 60 % территории парка [79].

К территории Забайкальского национального парка относится юго-западный участок Баргузинского хребта до водораздела, полуостров Святой Нос, Усть - Баргузинская впадина и архипелаг Ушканий.

Максимальная высота Баргузинского хребта в пределах парка достигает 2840 м над уровнем моря. Южная часть Баргузинского хребта имеют менее расчлененный рельеф. Здесь расположено Чивыркуйское гольцовое плато. В высокогорной области сохранились следы древнего оледенения, представленного здесь гляциально-эрозионными формами. В долинах рек и на берегу Байкала широко распространены ледниково-аккумулятивные формы [53]. Баргу-зинский хребет сложен кислыми кристаллическими породами. Глубокое эрозионное расчленение Баргузинского хребта делает его одним из самых селе - и лавиноопасных районов парка [111].

Для южной высокогорной части Баргузинского хребта характерно проявление интенсивного физического выветривания. Процессы выветривания в гольцах сопровождается экзогенными явлениями: отседаниями блоков и обвалами, оползнями, осыпями, селями, снежными лавинами, формированием глыбовых россыпей «курумов», солифлюкцией и др. В гольцовом и гольцово - лесном поясах довольно широко развиты лавины. Особенно часто они сходят в весеннее и весеннее - летнее время. В лесной зоне повсеместно осуществляется процесс дессерпции, селевых и паводковых явлений [1].

Баргузинский хребет соединен Чивыркуйским перешейком с полуостровом Святой Нос, который вдается в акваторию Байкала на 30 км. Протяженность полуострова составляет 53 км. Ширина полуострова составляет 20 км, а пло-

щадь - 596 м . Горные вершины пол