Геоинформационный подход к изучению морфометрии рельефа

Крупочкин, Евгений Петрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геоинформационный подход к изучению морфометрии рельефа
ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Геоинформационный подход к изучению морфометрии рельефа"

На правах рукописи

Крупочкин Евгений Петрович

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ МОРФОМЕТРИИ РЕЛЬЕФА (на примере Алтайского края)

25.00.35 - Геоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Барнаул - 2003

Работа выполнена на кафедре экономической географии и картографии географического факультета Алтайского государственного университета

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Червяков Владимир Александрович (АлтГУ. г. Барнаул)

доктор географических наук, профессор Зятькова Луиза Константиновна (СГГА, г. Новосибирск)

кандидат географических наук, доцент Ротанова Ирина Николаевна (ИВЭП СО РАН, г. Барнаул).

Ведущая организация:

Институт географии СО РАН (г. Иркутск)

Защита состоится 31 октября 2003 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д.212.005.04 при Алтайском государственном университете по адресу: 656099. г. Барнаул, ул. Димитрова, 66

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного университета

Автореферат разослан « Ц9 » СенмЯ ^М 2003 г.

Ученый секретарь /\ .

диссертационного совета о С.А.Комаров

2.<=>оЗ-Д

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В морфометрии рельефа в настоящее время накопилось достаточно много вопросов, требующих оперативного решения. Особенно это касается теоретико-методологических вопросов. К ним, прежде всего, относится отсутствие четкого разграничения понятий картометрия и морфометрия, что требует уточнения существующих определений».

Для географии характерно то, что ее информатизация тесно связана с математическими расчетами и их картографической визуализацией. Современная географическая информатика (геоинформатика) требует широкого и многогранного использования картографических моделей, основанных на автоматизации процессов их создания, с применением баз данных и знаний. Это направление A.M. Берлянт (1997) назвал геоинформационным картографированием (ГК). Оно имеет следующие преимущества:

• оперативность и экономия затрат труда;

• повышенная точность картографирования;

• возможность работы в интерактивном (диалоговом) режиме;

• применение современных графических пакетов программ и улучшение качества изображения и дизайна;

• привлечение сложных математических приемов создания и использования карт;

• возможность создания и использования новых карт, позволяющих изучать явления в статике, динамике и взаимосвязях и др.

К настоящему времени разработано и используется множество различных методических подходов к созданию и практическому применению мор-фометрических карт рельефа для решения конкретных географических, картографических, экологических и других задач. Недостатки этих подходов: 1) высокая трудоемкость и большие затраты времени на вычислительные и кар-тосоставительские работы; 2) неточность и некорректное использование некоторых понятий (морфоизографы, кривизна, извилистость и др.); 3) изучение морфометрических характеристик рельефа преимущественно в крупных масштабах (в то время как для регионов Сибири характерен повышенный интерес к мелкомасштабному обзорному картографированию); 4) несмотря на общепризнанную непрерывность рельефа (вспомним горизонтали и изогип-сы) до сих пор в морфометрии преобладают дискретные способы его картографического изображения (картограмма, количественный и качественный фоны), редко и не корректно используется изолинейный способ.

Выше сказанное свидетельствует, что автоматизация методик и технологий картографирования морфометрических показателей рельефа актуальна.

Цель исследования состоит в разработке и апробации алгоритмизированной технологии ГК морфометрических характери€тиг-ретшЫга^ЖЩОй

у У Г РОС. НАЦИОНАЛЬНА*1

1 БИБЛИОТЕКА I

! ЗДО

поверхности на примере Алтайского края. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи;

1. Изучение опыта создания численных и картографических моделей мор-фометрических показателей рельефа, анализ программных средств (MapInfo Professional, ArcView, Statistica, MS Excel, CorelDraw, PhotoShop и

ДР-)-

2. Разработка алгоритмизированной технологической схемы, объединяющей операции сбора картометрической информации о рельефе, ее математической обработки и картографической визуализации результатов вычислений в виде серии морфометрических цифровых карт.

3. Обоснование правомерности получения и обработки данных по регулярной сети операционных ячеек.

4. Доказательство целесообразности использования картометрической информации, полученной не с топографических, а более доступных мелкомасштабных карт.

5. Сравнительный анализ дискретных и континуальных способов картографического изображения морфометрических характеристик рельефа.

6. Разработка новых морфометрических показателей рельефа земной поверхности (кривизна, извилистость, термоугловой эффект и др.) и автоматизированное изготовление соответствующих карт.

7. Корреляционно-регрессионный анализ полученных показателей. Территориальный объект исследования - рельеф Алтайского края. Его

изучению посвящены работы многих сибирских географов и геоморфологов -Г.Я. Барышникова, JI.K. Зятьковой, A.M. Малолетко, О.Н. Барышниковой, А.Г. Демина, Г.И. Знаменщикова, Т.В. Байкаловой, Б.Н. Лузгина, H.H. Михайлова, Л. А. Михайловой, B.C. Ревякина, А.Я. Швецова и др. Разработанные и использованные ими геоморфологические и палеогеографические методы позволили решить многие народнохозяйственные задачи, произвести палеогеографические реконструкции древнего рельефа и условий обитания людей в эпоху палеолита и т.д.

Методы исследования. Настоящее исследование базируется на теоретико-методологических и методических основах современной картографии и морфометрии, заложенных крупными учеными нашей страны и бывшего СССР - P.A. Бабаевым, М.Е. Белецким, A.M. Берлянтом, Н.М. Волковым, И.В. Гармизом, Г.А. Гинзбургом, A.C. Девдариани, А.Г. Исаченко, В.П. Кара-киным, A.B. Кошкаревым, А.Н. Ласточкиным, В.Г. Линником, Д.В. Лисиц-ким, А.И. Мартыненко, М.М. Мехбалиевым, O.P. Мусиным, Е.М. Николаевской, Б.А. Новаковским, Р.Х. Пириевым, C.B. Прасоловым, Н.С. Рамм, К.А. Салищевым, С.Н. Сербенюком, Ю.Г. Симоновым, А.И. Спиридоновым, B.C. Тикуновым, В.П. Философовым, И.С. Черваневым, В.А. Червяковым и др.

В рамках основного - картографического метода исследования в диссертации использовались ряд технических способов и приемов: сравнительно-

визуальные, графические, картометрические, морфометрические, математи-ко-статистические, геоинформационные.

Кроме этого, работа опиралась на личные исследования автора в период с 1998 по 2003 гг. и цифровые материалы, полученные в лаборатории информационно-картографического моделирования географического факультета АлтГУ. Все геоизображения созданы при помощи современных технических способов и приемов цифровой картографии.

Научная новизна в решении поставленных задач:

• Разработана и апробирована алгоритмизированная технологическая схема ГК морфометрических характеристик рельефа земной поверхности.

• Доказана целесообразность изучения морфометрии рельефа с помощью изолинейных (континуальных) моделей.

• Разработана методика автоматизированного вычисления и картографирования новых морфометрических показателей, характеризующих энергию рельефа земной поверхности.

• Создана картографо-морфометрическая база данных, на основе которой выполнен корреляционно-регрессионный анализ предложенных показателей.

Практическая значимость исследований. Жизнедеятельность человека тесно связана с рельефом земной поверхности, поэтому его изучение имеет не только научное, но и практическое значение. Так, например, методами мор-фометрического анализа характеризуется как современный, так и древний рельеф, а также исследуются этапы его развития и прогнозируются многие геолого-географические процессы и явления (оползни, обвалы, овраги, селевые потоки и т.п.), причиняющие немалый ущерб народному хозяйству.

Результаты работы могут быть применены в различных отраслях хозяйственной деятельности: мелиорация и строительство гидротехнических сооружений; сельскохозяйственное освоение земель; строительство дорог и линий связи; планирование городов, поселков и других населенных пунктов; организация почвенных, ботанических, геологических съемок и изысканий и т.п.

Отмеченная выше технологическая схема позволяет оперативно получать электронные морфометрические карты, характеризующие реальный рельеф (земной поверхности) и абстрактный (карты полей плотности, метеорологические, геоэкологические и др.). Разработанные и созданные численные и картографические модели используются при изучении и оценке экологических ситуаций, антропогенных нагрузок, овражной эрозии, земельных угодий и др.

Материалы диссертации являются основой для расширения общего банка данных, способного решать задачи как отраслевого, так и комплексно-географического характера (Червяков, Крупочкин и др., 1999).

Полученные в ходе теоретических исследований и экспериментальных работ результаты на промежуточных этапах использовались в проекте фанта

по фундаментальным исследованиям в области геодезии и картографии «Теория и методы оперативного информационного обеспечения регионов страны с помощью геоинформационного картографирования», учрежденного Министерством образования РФ и поддержанного МИИГАиК (№97-27-2.51-19, 1998-2000 гг.).

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе. Разработанные схемы, технология и алгоритмы применяются в четырех курсах, читаемых студентам на географическом факультете АлтГУ: «Количественные методы в географии», «Социально-экономическое картографирование», «География природных ресурсов» и «ГИС в экономической географии».

Предлагаемые теоретические, методические и технические разработки могут быть полезны картографам, географам различных направлений, экологам, почвоведам, работникам сельского хозяйства; студентам-географам и картографам, магистрантам и аспирантам, интересующимся вопросами и проблемами на стыке картографии, морфометрии, геоинформатики и количественных методов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Алгоритмизированная технология ГК морфометрических характеристик рельефа, позволяющая создавать численные и картографические модели, изучать их взаимосвязанность.

2. На основе проведенных картометрических экспериментов доказана возможность использования в морфометрическом анализе не только крупномасштабных, но и мелкомасштабных карт.

3. Изолинейные модели, отличающиеся более высокой наглядностью, детальностью и возможностью широкого использования ГИС-технологий, наиболее перспективны при изучении морфометрии рельефа.

4. Морфометрические карты термического и термоуглового эффекта склонов рельефа, его горизонтальной кривизны и извилистости - это новые картографические модели, позволяющие решать задачи агроклиматологии, геоморфологии, картографии, экологии.

A.A. Лютого (Москва, 2001), Международной научно-практической конференции «Геоинформационное картографирование государств и регионов» (Киев, 2001), XIV молодежной Всероссийской научной конференции (Иркутск, 2001), Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2002), XII Международном научно-методическом семинаре по географии и картографии (Харьков, 2003).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 15 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 128 страницах, а также приложений. Список использованной литературы состоит из 162 наименований.

Исследования выполнены на кафедре экономической географии и. картографии географического факультета Алтайского государственного университета.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору В.А. Червякову, профессору Н.М. Оскорбину и к.т.н. Е.И. Лаврову за помощь в разработке технологии геоинформационного картографирования морфометрических характеристик рельефа и за советы при выполнении диссертационных исследований; сотрудникам географического факультета Алт-ГУ за ценные замечания и консультации; коллективу лаборатории картографии ИГ СО РАН за полезные замечания и советы по проблемам геоинформационного картографирования и морфометрии рельефа, способствовавшие написанию и улучшению работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации дается определение рельефа, рассматриваются факторы рельефообразования, обосновывается научно-практическое значение его исследований. Производится аналитический обзор существующих методических подходов к созданию и использованию морфометрических карт рельефа земной поверхности.

Взаимодействие форм земной поверхности и рельефообразующих процессов триедино. Во-первых, рельеф разделяет две среды, которые обладают разными физическими свойствами и источниками воздействий. Поэтому его можно назвать активной поверхностью между атмо-гидросферой и литосферой. Благодаря своему пограничному положению рельеф - это наиболее «энергонасыщенный» компонент геосистем, который является своеобразным распределителем энергии Земли (скорости водных потоков, интенсивности эрозионных процессов) и энергии Солнца (нагреваемости склонов) (Черванев, 1985; Червяков, 1998). Поэтому его, как материальную и вещественную систему, правомерно называть ареной, на которой происходят все процессы динамики. Две другие составляющие взаимодействия форм земной поверхности и геоморфологических процессов рельефообразования - это фундаменталь-

ные различия, характеризующие структуру разделяемых им сред, и, детерминирующая роль форм рельефа, его морфологии в процессах динамики. Отсюда, можно говорить о том, что рельеф - это действительно один из главных компонентов геосистем, а, следовательно, он заслуживает внимания географов и других представителей наук о Земле.

Среди отраслей хозяйства, где информация о рельефе находит практическое применение, многие геоморфологи и картографы (Бондарчук, 1949; Николаевская, 1966; Пириев, 1986; Кравчук, 1991 и др.) выделяют следующие: мелиорация и строительство гидротехнических сооружений; сельскохозяйственное освоение земель; строительство дорог и линий связи; планирование городов, поселков и крупных хозяйств; организация почвенных, ботанических, геологических съемок, гидрогеологических изысканий и т.п.

Вычислением и картографированием основных морфометрических характеристик рельефа Алтайского края занимались М.Н. Губанов, Е.М. Николаевская, С.А. Сладкопевцев, С.Б. Чернышев, Л.Н. Цветкова и др. Созданные ими карты имеют большое научное и прикладное значение. Их особенности и недостатки:

1. Измерения картометрических и вычисления морфометрических показателей базируются на устаревших приемах картометрии и морфометрии, требующих больших затрат времени (например, при измерении длин горизонталей с помощью циркуля-измерителя) и труда.

2. Установление границ ландшафтных контуров, элементарных бассейнов и других природных объектов - процесс весьма неоднозначный и субъективный, отсюда их генерализация (отбор и обобщение этих контуров) при мелкомасштабном и атласном картографировании также субъективна (при условии, что она производится вручную) и требует более формализованного подхода.

3. Подготовка авторского и составительского оригиналов морфометрических карт и вычисление самих показателей требуют большого количества дополнительных приборов и материалов (палетки с сеткой квадратов, круговые палетки, вырезанные кружки, курвиметры, планиметры, циркули-измерители, линейки и т.д.).

4. Использовались только дискретные способы картографического изображения.

5". Отсутствие на морфометрических картах сеток координат затрудняет считывание, обработку и пространственное координирование информации.

Вторая глава диссертации посвящена разработке технологии ГК морфометрических характеристик рельефа. В ней проведены эксперименты по выявлению пригодности информации мелкомасштабных карт в морфометри-ческом анализе рельефа. Проведен сравнительный анализ дискретного и непрерывного способов картографического изображения.

Одним из существенных достижений научно-технического прогресса наших дней можно считать повышение интереса к разработке новых технологий, решающих задачи не только материального производства, но и научных исследований. Об этом свидетельствуют становление и успешное развитие технологий программирования и проектирования баз данных. Технология программирования представляет собой систему методов, способов и приемов разработки и отладки программ. Технология проектирования баз данных -это система методов, способов и приемов разработки логической и физической организации баз данных (Толковый словарь по информатике, 1991). Отмеченные две по сути своей геоинформационные технологии явились основой создания нами алгоритмизированной технологической схемы ГК морфо-метрических характеристик рельефа земной поверхности. В основе этой схемы лежит типовая технология картографо-морфометрического моделирования (Червяков, 1990), предполагающая использование карт и как источника картометрической информации^и как инструмента картографической визуализации результатов морфометрических расчетов. Главная задача нашей работы состояла в развитии и модификации этой типовой технологии, отвечающей требованиям геоинформационной картографии.

Предложенная в диссертации схема представляет собой цепочку технических операций, объединенных в три уровня (рис. 1): 1) картометрический-сбор количественной информации и создание баз данных (БД); 2) морфомет-рический - компьютерное преобразование исходной информации; 3) картографический - создание производных компьютерных карт, как правило, повышенной обзорности.

I УРОВЕНЬ ПУРОВЕНЬ Ш УРОВЕНЬ

КлЧРГОЧГНГРНЧРСКНЙ МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ Рис. 1. Алгоритмизированная технологическая схема ГК морфометрических

характеристик рельефа земной поверхности

Операции первого уровня начинаются со снятия количественной информации - картометрических (абсолютных) показателей о рельефе и гидрографической сети. Далее выполняется операция упорядочения этой информации путем суммирования или осреднения исходных данных по ячейкам территориального деления (операционным ячейкам). Заключает первый уровень процесс пространственного координирования центров ячеек, необходимый для ввода исходной информации в память компьютера.

В наших исследованиях использовались три источника количественной информации: 1) крупномасштабные топографические карты, 2) среднемас-штабные тематические карты и 3) мелкомасштабные тематические карты. Первый источник отличается высокой точностью из-за малой генерализован-ности изображения. Для второго и третьего характерны более высокая обзорность и генерализованность карт, а также большое разнообразие их тематики.

Операционные ячейки должны быть примерно равновеликими и достаточно компактными, удобными для выполнения картометрических, т.е. измерительных работ и для нанесения информации на карты.

При изучении административных районов этим условиям в достаточной степени удовлетворяют квадраты сеток прямоугольных координат топографических карт, а при изучении областей и краев лучше использовать сферои-дические трапеции, ограниченные сеткой параллелей и меридианов. "Сред-неширотность" территории Алтайского края дает основание рекомендовать использование в качестве операционных ячеек разграфку листов отечественных топографических карт, так как именно угловое неравенство протяженности их по широте и долготе повышает компактность трапеций благодаря примерному равенству их сторон. Использование листов топографических карт в качестве операционных ячеек позволяет: а) снимать видеоинформацию с карт любого крупного масштаба; б) ускорять эту операцию с помощью графоаналитических (вероятностно-статистических) способов (Берлянт, 1986; Червяков, 1998); в) сохранять при дальнейших расчетах и мелкомасштабном картографировании высокую точность исходных данных.

В соответствии со схемой на данном уровне по всем операционным ячейкам определялись следующие картометрические характеристики: средние абсолютные, максимальные и минимальные высоты, суммарная протяженность рек, суммарная длина изогипс и площади операционных ячеек, попавших в контуры границ края (см. рис. 1). Картометрические показатели абсолютных высот и суммарной протяженности рек вычислялись графоаналитическим и автоматизированным способами. Автоматизация расчетов реализована в среде ГИС Mapinfo Professional с помощью специальных функций и оцифрованной географической основы Алтайского края М 1:1 ООО ООО.

Операции второго уровня: а) ввод в память компьютера абсолютных количественных показателей, обобщенных или осредненных по операционным ячейкам; б) вычисление по заданным алгоритмам и программам морфо-метрических показателей путем деления абсолютных величин на площади

соответствующих ячеек. На данном уровне вычислялись морфометрические показатели: углов наклона склонов, вертикального и горизонтального расчленения рельефа, кривизны и извилистости изогипс (см. рис. 1).

Первые три показателя относятся к традиционным основным характеристикам рельефа. Они вычислялись по известным формулам с применением ГИС-технологий и программ для моделирования поверхностей (ГИС Mapinfo, Surfer, Mag и др.) (Крупочкин, 2001). Последние показатели - новые и недавно разработанные. Их вычисление и картографирование производилось с помощью программных средств: Generalizator, Maplnfo Professional, Surfer (Крупочкин, Лавров, Червяков, 2002).

Операции третьего уровня: а) картографическая визуализация результатов обобщения исходной количественной информации, выполненных на первом этапе; б) картографическая визуализация результатов компьютерных вычислений, выполненных на втором этапе.

По вычисленным морфометрическим показателям методом сплайн-аппроксимации создавались изолинейные модели. При этом были использованы программы, которые также применялись на предыдущих этапах. Все многообразие получаемой картографической продукции воспроизводилось на экране монитора и печаталось на принтере.

Заметим, что суть представленной трехуровенной технологической схемы состоит в создании и изучении последовательно сменяющих друг друга численных и картографических моделей. Численные модели представляют собой, прежде всего, морфометрические показатели по операционным ячейкам. Они в дальнейшем используются для вычисления математико-статистических показателей среднего уровня (средних арифметических) и средней колеблемости (средних квадратических отклонений и коэффициентов вариации), которые получают в результате обработки морфометрических данных по 145 операционным ячейкам.

Совокупность трех отмеченных этапов образует первый аналитический уровень построения и анализа числовых и картографических моделей. Его целесообразно дополнить двумя другими - синтетическими уровнями, которые начинаются с обработки данных, полученных на аналитическом уровне. Первый из них - межкомпонентный заключается в сопоставлении разных количественных показателей либо путем простого их сложения (для получения интегральных оценок), либо - вычисления производных балльных, корреляционных и регрессионных показателей. Второй синтетический уровень (назовем его временным) предназначен для вычисления показателей динамики и прогноза изучаемых явлений. Конечные результаты первого (межкомпонентного) уровня - карты парных, частных и множественных корреляций, отклонений от регрессии. Конечный результат второго (временного) уровня <карты динамики (скорости изменения высот) и прогноза.

Ввиду того, что не всегда оказывается возможным использовать крупномасштабные топографические карты, в диссертации рассмотрена допусти-

мость их замены картами среднего (1: 750 ООО) и даже мелкого (М 1: 3 500 ООО) масштабов. Из 145 топокарт, покрывающих территорию Алтайского края отобраны три листа с рельефом разного уровня сложности - равнина, возвышенность, предгорье.

С каждой карты по контрольным точкам снимались значения абсолютных высот и вычислялась средняя высота, характеризующая всю операционную ячейку. По этим же листам измерялась суммарная протяженность рек. Аналогичные операции с измерением высот проведены по мелкомасштабной карте и с вычислением длин рек по карте среднего масштаба. Оказалось, что разность средних абсолютных высот на картах разных масштабов близка к нулю. Снижение протяженности рек на среднемасштабной карте можно компенсировать поправочным коэффициентом, который оказался равным 1,003. Колеблемость абсолютных высот (средние квадратические отклонения) по выбранным ячейкам с уменьшением масштаба карты практически не изменяется.

Вывод: Средние высоты можно определять по данным мелкомасштабных карт, а измеренные длины рек следует «удлинять» на величину поправочного коэффициента.

В современной морфометрии наиболее типичными и распространенными способами картографического изображения численных показателей рельефа являются дискретные способы - количественный фон и картограмма. К континуальному способу относят изолинии.

Интерес к изолинейным картам в наше время резко возрос, особенно среди географов, изучающих природные ресурсы, решающих комплексные географические задачи взаимодействия человека с природной средой. В условиях научно-технического прогресса изолинейные карты оказались пригодными для получения массовой количественной информации, ее математической обработки и создания производных изолинейных карт, раскрывающих пространственную структуру, динамику и связи изучаемых явлений. При этом представляется возможность широко использовать средства картографической механизации и автоматизации. Характерно, что успешно внедряемое в географические исследования математико-картографическое моделирование чаще всего предполагает составление и использование именно изолинейных карт (Червяков, 2001).

Из картографов-морфометристов подчеркивали ценность изолиний A.C. Девдариани, Р.Х. Пириев, В.П. Философов, И.Г. Черванев и др. Так, И.Г.Черванев подчеркнул важность для современной геоморфологии анализа рельефа как непрерывной в пространстве и во времени поверхности литосферы (Черванев, 1989). В.А. Червяков разработал целую систему методических подходов и технических приемов создания изолинейных карт морфометрии рельефов основе которой лежит теория географического поля и метод скользящего кружка (1978, 1984, 1990).

Преобладание дискретного видения в морфометрии - основная причина редкого использования изолинейного способа изображения. Многие «гео-морфологи-морфометристы» воспринимают рельеф земной поверхности лишь как совокупность отдельных форм (склоны, долины, хребты и т.д.) и не замечают непрерывность, свойственную любым поверхностям.

«Дискретчики-морфометристы» относят изолинии морфометрических показателей к псевдоизолиниям (ложным линиям) и отдают предпочтение картограммам (особенно по сетке квадратов). Условность и абстрактность этих изолиний не вызывает сомнения, но их недостаток правомерно отнести и к любым горизонталям и изогипсам из-за генерализованности последних. Поэтому их тоже нельзя назвать истинными особенно на мелкомасштабных картах. Признание учеными непрерывности рельефа земной поверхности дает основание считать, что и большинство производных морфометрических показателей распределены непрерывно и требуют создания изолинейных (континуальных) карт.

Наиболее убедительно решает дискуссионную дискретно-континуальную проблему эксперимент по анализу картограммной (рис. 2) и изолинейной (рис. 3) моделей углов наклона на трех уровнях: I) визуальном, 2) графическом и 3) математико-статистическом.

Рис. 2. Картограмма средних Рис. 3. Изолинейная модель средних

углов наклона Алтайского края углов наклона Алтайского края

Визуальный анализ показывает, что изолинейная модель плавного пространственного изменения углов наклона соответствует реальной непрерывности рельефа. Этого нельзя сказать о картограмме из-за ее искусственной ступенчатости.

Такая ступенчатость особенно ярко прослеживается при втором - графическом анализе профилей заданного направления. Профиль на картограмме показывает наличие существенных ошибок при картографировании углов наклона, вызванных сгруппированностью данных по интервалам группиро-

I УРОВЕНЬ

II УРОВЕНЬ

III УРОВЕНЬ

Измерение и вычисление картометрических показателей рельефа по исходный картографическим материалам

«шт<м№- миинок««* мхами-. Чым»|*м еуим^ш«

иблммтичл •0«>1»1Яы* |1^п»1мП1П0с|». и|»г)аи«1«У1ь мккпи [>е»г . пфюлипим

Создание ЦМР

.1..

!Г

|| геометрически уиорядлчемшш

!! (регулярная)

МОДС.Ч1,

ГСОМСГрИЧССКК

уиормдочеиная (аналоговая) модель

иолурогузшриая модель'

ЦрОИШОНЫЮС расщиюжеше

точек лискрсишции

_ 4 А......._

Исходные картографические материалы

карты аэрофотоснимки космоснимкн

Вычисление морфометрических показателей рельефа с применением ЦМР и ГИС

/ ..... / \

«е]Г1ик1ии,ное расчленение порюонпшыюе расчлсиспие УГЛЫ | иаклона эксиошшш склонов термоуг.'кюой "»Ильт СК-'ИЧЮН

Использование СУБД для реализации простых и сложных запросов

1 \

рВЕ-запрос SQL-запрос статистическим запрос

Компьютерное картографирование морфометрических показателей рельефа

Двумерные модели

Трехмерные модели

Методы интерполяции и аппроксимации

Т1И КРИГИНГ 1 .............Т^....... метод Шепарда

I Б радиальная кусочпо-милнпомиолмшг

другие методы |

КАРТОМЕТРИЧЕСКИЙ МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ

Рис. 1. Алгоритмизированная технологическая схема геоинформационного картографирования морфометрических

характеристик рельефа земной поверхности

вок. На изолинейной карте, напротив, мы видим плавное изменение показателей по всей линии профиля, который в большей степени соответствует реальной действительности.

Третий - математико-статистический уровень заключается в вычислении основных статистических показателей углов наклона - среднего уровня (средней арифметической), колеблемости (среднего квадратического отклонения) и средней квадратической ошибки. Первые два показателя вычислялись по картограммной и изолинейной моделям, построенным по одним и тем же исходным данным. Видеоинформация снималась по электронным картам в среде ГИС и заносилась в БД. Причем по изолинейной карте показатели углов наклона измерялись автоматически (с помощью аппроксимации), а по картограмме вычислялись визуально (путем подбора нужной ступени шкалы). После выполнения операции пространственного координирования данных в БД ГИС, автоматически рассчитали искомые показатели среднего уровня и колеблемости, характеризующие территорию края в целом (табл.).

Основные математико-статистические показатели углов Наклона, _снятые по двум разным картам _

Карты углов наклона, составленные разными способами Математико-статистический показатель среднего уровня (среднее арифметическое углов наклона, градусы) Математико-статистический показатель колеблемости (среднее квадратиче-ское отклонение углов наклона, градусы)

Картограмма 0,85 0,95

Изолинейная модель 0,88 0,96

Оказалось, что средние уровни континуальной и дискретной моделей практически не отличаются друг от друга. Показатель колеблемости углов наклона на первой кар ге выше, чем на второй, что свидетельствует о более высокой информативности изолинейной модели, т.е. повышенной детальности картографического изображения.

В дополнение к выше перечисленным математико-статистическим показателям вычислялась среднеквадратическая ошибка данных картограммы, которые представляют собой середины интервалов. Оценку полученных результатов лучше выразить через коэффициент вариации (V), представляющий собой процентное отношение среднеквадратической ошибки к средней арифметической. Оказалось, что V = 0,27 / 0,94 • 100% = 28%.

Отсюда можно заключить, что данным, снятым с картограмм,не всегда можно доверять (слишком большие ошибки, вызванные группировкой данных).

Повысить точность можно путем увеличения числа интервалов группировки, но тогда невозможно будет отличить соседствующие интервалы гла-зомерно.

В третьей главе рассматривается методика создания морфометрических карт нового содержания - термического и термоуглового эффекта склонов рельефа, его горизонтальной кривизны и извилистости.

В диссертации предложены новые морфометрические характеристики рельефа: интегральные показатели термического и термоуглового эффекта склонов, кривизна и извилистость.

В ходе анализа материалов полевых экспедиционных исследований (Крубер, 1938; Микроклимат..., 1962; Чудновский, 1976; Чуян, 1987 и др.) можно сделать вывод о том, что нагреваемость поверхности Земли, возникающая в результате неравномерного распределения солнечной энергии -важный параметр микроклимата территорий. Его влияние на условия произрастания сельскохозяйственных культур, особенно требовательных к теплу, часто недооценивается.

Интенсивность поступления энергии солнечных лучей на поверхность Земли зависит не только от географической широты, высоты и др., но и от таких морфометрических характеристик склонов, как их крутизна и экспозиция.

Рельеф Земли далек от идеально ровной горизонтальной поверхности, поэтому в распределении солнечной энергии значительную роль играет крутизна склонов. Изобразим схематически условную поверхность Земли Т и поток солнечных лучей 1 (рис. 4 А). Угол а} образуют солнечные лучи, падающие на горизонтальную поверхность. Его можно назвать углом падения солнечных лучей 7/г.к. крутизна склона в данном случае равна нулю. Углы а3 и а3 образованы потоком солнечных лучей / и углами наклона склонов При этом а2 > а3, поскольку а2 - угол южной экспозиции, а а3 - северной. Из рисунка видно, что при увеличении угла наклона склонов а тоже увеличивается, и стремится к. 90°, при котором поверхность Земли будет получать максимум прямой солнечной радиации, а отсюда и максимальную нагреваемость.

Допустим, угол падения солнечных лучей у) и крутизна склона /у равны 45° (рис. 4 Б). Тогда они образуют прямоугольный треугольник А^С,, в котором поток солнечных лучей 12 будет падать на поверхность Земли под углом а = 90°. В этом случае степень нагреваемости Земной поверхности будет максимальная. При дальнейшем увеличении крутизны склона или угла падения солнечных лучей а тоже будет увеличиваться и тем самым все больше отклоняться от отметки 90°. Следовательно, по мере возрастания а, нагреваемость будет убывать. Отсюда, угол падения солнечных лучей у} и крутизна склона // равные 45° образуют своеобразный «тепловой барьер», при котором нагреваемость поверхности Земли, соответственно будет максимальная.

[ T__

I L

Ю ! С

с,

Г" f

Ю i CT

Рис. 4. Поступление солнечных лучей на поверхность Земли с разной экспозицией (А) и определение «теплового барьера» (Б)

Определим «тепловой барьер» для умеренного пояса северного полушария на широте 50° с.ш. Зная, как изменяются углы падения солнечных лучей (высота Солнца над горизонтом) на данной широте (Пивоварова, 1977), вычислили среднегодовое значение данного показателя. Получили 72 = 39°30\ Для определения «теплового барьера», необходимо найти крутизну склона i2 или угол В2А2С2 прямоугольного треугольника А2В2С2 (см. рис. 4 ). Так как угол А2С2В2 = у2 = 39°30', то В2А2С2 = 180° - (90° + 39°30') = 50°30*. Отсюда «тепловой барьер» для умеренных широт, где расположена территория Алтайского края, равен 50°30'. Это значит, что при повышении крутизны склонов от 0° до 50°30' нагреваемость тоже будет увеличиваться. Однако при дальнейшем повышении крутизны за отметку 50°30', нагреваемость будет напротив, уменьшаться. Так как средние углы наклона исследуемой территории не превышают данной отметки, то распределение солнечной энергии будет прямо пропорционально изменению углов наклона склонов /,.

Второй морфометрический показатель, который влияет на распределение солнечной энергии - экспозиция. Достаточно подробно это явление рассматривалось рядом известных географов и климатологов - Б.П. Алисовым, JI.C. Бергом, В.В. Ермаковым, A.A. Крубер, А.Ф. Чудновским, Г.А. Чуян, С.И. Чуян и др. Они проводили исследования как в полевых условиях, так и в камеральных. Анализируя материалы отмеченных выше авторов, мы сделали вывод, что в умеренных широтах северного полушария максимальное количество тепла будут получать склоны южной экспозиции.

Для оценки влияния рельефа на распределение солнечного тепла учитывались два морфометрических показателя - крутизна склонов и экспозиция.

Они в совокупности определяют угол наклона солнечных лучей к земной поверхности, от которого во многом зависит ее нагреваемость. Влияние двух последних показателей в угловом выражении правильнее будет называть термоугловым эффектом рельефа.

Выявление наиболее и наименее теплообеспеченных участков местности осуществляется путем измерения температуры почвы на склонах различной крутизны и экспозиции. Ввиду того, что такие измерения не всегда возможны, возникла необходимость создания методик, которые позволили бы производить оценку теплообеспеченности районов, используя картографические материалы.

До наступления века информатизации и компьютеризации географических исследований карты экспозиции склонов составлялись способом качественного фона, так как основное их содержание - румбы - не относятся к числовым показателям.

К первым работам создания алгоритмов, синтезирующих два морфомет-рических показателя (угла наклона и экспозиции склонов) и отображающих их на электронных картах, относятся работы JI. Коэ, B.C. Тикунова, Л. Торпа (1981), С.Н. Сербенюка (1986, 1988, 1989, 1990) и др. Результаты этих работ -программы для ЭВМ, предназначенные для моделирования, анализа и графического представления географических полей. В созданных программных пакетах (например, Mag) производные карты рельефа (углы наклона и экспозиция склонов) изображаются регулярной сетью стрелок-векторов в направлении скатов, толщина которых отражает числовые значения углов наклона. Такие карты отличает высокая наглядность, но по ним нельзя получить количественную информацию о нагреваемости склонов.

Многие современные картографические программы и интегрированные ГИС имеют широкие возможности для математико-картографического и географического анализов. К таким возможностям относится создание и обработка цифровых моделей рельефа по картам или космическим снимкам. Результатом обработки являются производные картографические модели рельефа, к которым, прежде всего, относятся углы наклона и экспозиция склонов. Несмотря на то, что такие карты получают с помощью новых ГИС-технологий, большинство из них имеют одну общую особенность, к которой относится дискретный («ступенчатый») способ картографического изображения - количественный фон.

В диссертации использованы два методических подхода к оценке влияния экспозиции и крутизны склонов на воздействие лучистой энергии Солнца. Первый основан на балльном выражении показателя нагреваемости склонов, а второй - на натуральных величинах (градусах) показателя термоуглового эффекта. Оба подхода предполагают использование топографических и обзорных карт как источников исходной количественной информации и создание изолинейных моделей, характеризующих теплообеспеченность изучаемой территории.

Рассмотрим первый подход. Для быстрого и надежного измерения экспозиции в баллах ( В3) в любой точке карты применялся прибор, названный палеткой-экспонометром (Червяков, 1993). Перевод крутизны склона в баллы (В ) при наиболее распространенной пятибалльной шкале производился по

формуле:

Д.

(О

где а.1 - крутизна склона в опорной точке /', атах - наибольшее и а„ф1 - наименьшее значения крутизны склонов из всего множества опорных точек с учетом их знака («+» или «-»). Суммарный балл нагреваемости склонов (В) равен сумме двух измеренных и вычисленных баллов (Ва и Ва )■

По результатам проведенных вычислений была создана изолинейная модель термического эффекта склонов Алтайского края.

Недостатком первого подхода является «грубая» оценка экспозиции -подразделение только на северную и южную. Несмотря на свою универсальность, балльная оценка является весьма субъективной. Поэтому во втором подходе рассматриваемый интегральный показатель мы решили выразить через изменение (увеличение или уменьшение) угла наклона солнечных лучей к земной поверхности. Его величина, а, следовательно, и нагреваемость склонов, зависит от экспозиции угла наклона. Интегральное значение угла наклона и экспозиции склонов во втором подходе названо термоугловым эффектом склонов, т.к. он в угловом выражении отражает термическое состояние склонов земной поверхности.

Для измерения степени термоуглового эффекта склонов в градусах, предлагается использовать транспортир-термоугломер (Червяков, 2003). (рис. 5). Он представляет собой круг, вычерченный на прозрачном материале. Через его центр проведены две перпен-N дикулярных линии - север-юг и за-

пад-восток. На окружности с точностью до 0,2 проставлены экспозиционные коэффициенты взвешивания, непрерывно понижающие (на севере) и повышающие (на юге) степень нагреваемости склонов с учетом его экспозиций (от -1 на севере до +1 на юге и с нулевыми значениями на западе и востоке).

Методика использования данного прибора проста в употреблении й похожа на методику использования палетки-экспонометра. Отличие состоит в том, что экспозиция измеряется не в

VI а

оО

Рис. 5. Транспортир-термоугломер

баллах, а во взвешивающих коэффициентах - от 0 до 1. Для вычисления интегральных показателей термоуглового эффекта необходимо умножать углы наклона на коэффициенты взвешивания.

Результатом второго методического подхода является электронная карта термоуглового эффекта склонов рельефа земной поверхности.

Второй подход не рекомендуется использовать при изучении и оценке термоуглового эффекта равнинных и горных территорий, т.к. крутизна склонов на равнине слишком мала и практически не влияет на обеспеченность теплом земной поверхности. Для горных стран крутизна склонов может превышать «тепловой барьер», что приведёт на склонах южной экспозиции не к увеличению, а уменьшению энергии солнечного потока.

Карты термоуглового эффекта могут использоваться в агроклиматологии, геоморфологии, почвоведении и др.

Другими оригинальными морфометрическими характеристиками рельефа являются кривизна и извилистость. В диссертации разработанные показатели использовались для оценки кривизны изогипс, представленных на картах в виде линейных объектов, соединяющих точки с одинаковыми значениями абсолютных высот. ~

Разработка способов оценки извилистости линий принадлежит к давним и до конца нерешенным задачам картометрии (Берлянт, Мусин, Собчук, 1998). Нельзя не отметить, что в данном направлении плодотворно работали .А.М-Берлянт, Н.М.Волков, Й.Крхо, А.П.Рождественский, Ю.Г.Симонов и др. В лаборатории информационно-картографического моделирования АлтГУ В.А. Червяковым и Е.П. Крупочкиным (2001) проведены опыты составления и использования карт средней извилистости рек (X), которые легли в основу технологии создания карт кривизны рельефа. Для определения (X) использовалась формула:

- I

Л = ~Г> (2)

где / - реальная длина реки со всеми ее излучинами, а 10 - длина замыкающего отрезка прямой, соединяющей точки ее истока и устья.

После вычисления и картографирования данного показателя выяснилось, что он является парадоксальным и его формула является некорректной. Проблема заключается в том, что извилистые линии различны по своей природе и, следовательно, имеют разный характер кривизны. Поэтому при использовании формулы (2) показатель извилистой линии с одним общим изгибом (выраженным в макроформах) может быть равен показателю извилистости другой линии с более мелкими извилинами (выраженными в микроформах), но имеющей в целом прямолинейное простирание. Кроме того, для линейных элементов, у которых параметр /„ слишком мал или равен 0 (в случае замкнутых контуров) данная формула теряет смысл.

Для решения этой проблемы вводятся понятия относительной, абсолютной и обшей извилистости (Берлянт, 1988; Хоффман, 1972; Крупочкин, Лавров, Червяков, 2002). Абсолютная извилистость отражает информацию о макроформах линии, общая извилистость - о ее макро- и микроформах. При этом показатель общей извилистости равен показателю извилистости у (2) и не обеспечивает полную передачу информации о характере кривизны элементов линии, являясь таким же противоречивым. Наиболее удачен из всех выше перечисленных показателей - относительная извилистость, который может быть рассчитан также для замкнутых контуров. Его недостатком является то, что задача нахождения плавной огибающей кривой не имеет однозначного решения.

Другим аналогом извилистости, более правильным с математической точки зрения и удобным для вычисления и картографирования,является кривизна. Суть в том, что извилистость характеризует участок линейного объекта или полностью весь объект, а кривизна вычисляется в любой точке изучаемой линии. При оценке искривленности (отклонения от прямой) линейных географических объектов, использование извилистости является предтечей использования кривизны, а методика вычисления извилистости - предваряющая методику вычисления кривизны.

В географии кривизна - это морфометрический показатель линейных объектов и рельефа, относящегося к объемным объектам и изображаемым на картах горизонталями или изогипсами. Здесь под кривизной обычно понимают меру изогнутости данной линии или топографической поверхности.

Определение кривизны рельефа выполнялось нами с помощью программы «Gener-alizator» (Крупочкин, Лавров, Червяков, 2002) по технологической цепочке операций алгоритмизированной технологической схемы (см. рис. 1). На основе полученных автоматическим путем мор-фометрических характеристик извилистости и кривизны рельефа, с использовани----------------------,— ем программ Mapinfo, Surfer

I ! IU - -. ЧВ г г r

* - - ■ • ■•5 • й *• и Mag создавались изолинеи-

ные карты. Одна из получен-Рис. 6. Удельная кривизна рельефа «ых карт представлена на

Алтайского края РИС'

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе теоретических исследований и экспериментальных работ была

достигнута главная цель диссертации - разработана и апробирована технология ГК морфометрических характеристик рельефа земной поверхности на

примере Алтайского края.

Основные результаты исследований:

• Обобщены и проанализированы: а) опыт вычисления и картографирования морфометрических показателей рельефа; б) возможности совместного использования и комбинирования программных средств, созданных для морфометрического анализа рельефа (Mag, Surfer и др.), а также ГИС, статистических, картографических и графических пакетов, предназначенных для обработки цифровых материалов и оформления векторно-растровых изображений (Statistica, Mapinfo Professional, Arc-View, CorelDraw, PhotoShop и др.).

« Разработана алгоритмизированная технологическая схема, объединяющая операции сбора картометрической информации о рельефе, ее математической обработки и картографической визуализации результатов вычислений в виде серии морфометрических цифровых карт.

• Обоснована правомерность получения и обработки данных по регулярной сети операционных ячеек.

• Доказана целесообразность использования картометрической информации, полученной не с топографических, а более доступных мелкомасштабных карт.

® Проведен сравнительный анализ дискретных и континуальных способов картографического изображения морфометрических характеристик рельефа на трех уровнях - 1) визуальном, 2) графическом и 3) матема-тико-статистическом. Доказано, что изолинейная морфометрическая модель отличается более высокой наглядностью, детальностью, точностью и сопоставимостью.

• Расширен набор морфометрических показателей, характеризующих кривизну рельефа.

• Впервые разработаны интегральные показатели и построены карты, характеризующие теплообеспеченность земной поверхности в балльном и натуральном (угловом) выражениях.

• Выполнен анализ корреляционных связей морфометрических и других показателей на качественном и количественном уровнях. Для этого вычислены корреляционные матрицы, отображающие все многообразие парных коэффициентов корреляции.

» Анализ матриц показал, что зависимость традиционного (более простого - АН ) и среднеквадратического отклонения (более сложного - öн)

показателей вертикального расчленения рельефа от абсолютных высот (Н ) практически одинакова (= 0,83. = 0,84).

® Такое же высокое сходство корреляционной зависимости двух близких показателей - углов наклона и вертикального расчленения от абсолютных высот (г-гг: ~ 0,87. = 0,83) позволяет сделать вывод о том,

v Hi ' HAH

что они дублируют друг друга, поэтому следует отдавать предпочтение более значимому показателю - углу наклона.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Крупочкин Е.П. Вопросы использования регулярных пространственных сеток в геоинформационном картографировании. // Интеркарто 4: ГИС для оптимизации природопользования в целях устойчивого развития территорий: Мат-лы Международной конф. (Барнаул, 1-4 июля 1998 г.). -Барнаул, Россия: Изд-во Алт. ун-та, 1998. - С. 203-207.

2. Крупочкин Е.П. Сравнительный анализ методов аппроксимации карт статистических поверхностей. // Научно-методическое обеспечение процесса по топографии и картографии на географических факультетах университетов и в школах с углубленным изучением географии: Тезисы докл. IV международного научно-методического семинара по топографии и картографии (Харьков, 14-17 сентября 1999 г.). - Харьков: Изд-во ХНУ, 1999. - С. 30-32.

3. Червяков В.А., Крупочкин Е.П., Попова Т.Г., Поляков A.A. Геоинформационное картографирование на географическом факультете Алтайского госуниверситета. // Новые информационные технологии в образовании: Материалы Всероссийской научно-методической конференции (Комсомольск-на-Амуре, 14-15 октября 1999 г.). - Комсомольск-на-Амуре: Изд-во Комсомольского-на-Амуре гос. пед. ун-та, 1999. - С. 3-7.

4. Крупочкин Е.П. Опыт составления электронных морфометрических карт рельефа земной поверхности для учебных и научно-практических целей. // Непрерывное географическое образование: усовершенствование методики преподавания географии в средней и высшей школе: Тез. докл. 5-го Международного научно-методического семинара по географии (Харьков, 12-15 сентября 2000 г.). - Харьков: Изд-во ХНУ, 2000. - С. 188-189.

5. Червяков В.А., Крупочкин Е.П. Карта извилистости рек: технология ее создания и возможности использования. // Современные проблемы географии и природопользования. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та. - Вып. 4. -2001.-С. 40-43.

6. Крупочкин Е.П. Новые алгоритмизированные подходы к созданию морфометрических карт рельефа. // Современные проблемы географии и

природопользования. - Барнаул: Изд-во Ал т. ун-та. - Вып. 4. 2001. - С. 44-52.

7. Крупочкин Е.П.. Поляков A.A., Попова Т.Г. Современная морфометрия и ее классификации. // Картография XXI века: теория, методы, практика: Доклады II Всероссийской научной конференции по картографии, посвященной памяти Александра Алексеевича Лютого (Москва, 2-5 октября 2001 г.). - М.: Институт географии РАН, 2001. - С. 440-447.

8. Крупочкин Е.П. Корреляционно-регрессионный анализ вертикального расчленения рельефа Алтайского края. // Географические идеи и концепции как инструмент познания окружающего мира: Тез. докл. XIV молодежной Всероссийской научной конференции (Иркутск, 17-19 апреля 2001 г.). - Иркутск: Изд-во ИГ СО РАН, 2001. - С. 49-50.

9. Крупочкин Е.П. Перспективы создания интегральных карт теплообеспе-ченности склонов. // Геоинформационное картографирование государств и регионов: Тез. докл. Международной науч.-практ. конференции (Киев, 30-31 мая 2001 г.). - Киев: «Академперюдика», 2002. - С. 131-132.

10. Крупочкин Е.П. Геоинформационный подход к созданию карт углов наклона. // География и природные ресурсы. - 2002. - №2. - С. 142-146.

11. Крупочкин Е.П., Лавров Е.И., Червяков В.А. Технология автоматического создания карт кривизны и извилистости (на примере рек и изогипс Алтайского края). // Геоморфология. - 2002. - №1. - С. 44-53.

12. Червяков В.А., Крупочкин Е.П., Поляков A.A. Информатизация и компьютеризация геоинформационно-картографического образования в университетах России. // Учебно-методическое обеспечение непрерывного географического и картографического образования: Мат-лы XI Международного научно-методического семинара (Харьков, 9-13 сентября 2002 г.). - Харьков: Изд-во ХНУ, 2002. - Вып. 3. - С. 219-222.

13. Червяков В.А., Крупочкин Е.П., Попова Т.Г., Поляков A.A. Информационно-картографическое обеспечение лабораторных занятий по спецкурсу «Количественные методы в географии». // Картографическое и геоинформационное обеспечение управления региональным развитием: Материалы VII научной конференции по тематической картографии (Иркутск, 20-22 ноября 2002 г.). - Иркутск: Изд-во ИГ СО РАН, 2002. С. 248-252.

14. Крупочкин Е.П. Теория фракталов и ее применение в географии. // Тезисы докл. Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 4-6 декабря 2002 г.). - Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 2002. - С. 92-94.

15. Крупочкин Е.П. Компьютерное картографирование морфометрии рельефа Алтайского края. // Модернизация и реформирование среднего, высшего и последипломного географического и картографического образования в странах СНГ: опыт, проблемы, перспективы: Материалы XII Международного научно-методического семинара (Харьков, 8-12 сентября 2003 г.). - Харьков: Изд-во ХНУ, 2003 (в печати).

■¡Г' * , «/

Подписано к печати Печать офсетная. Бумага писчая №1.

Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Бесплатно.

Формат 60x84/16 Заказ 3$2-

Отпечатано в типографии издательства АлтГУ: г. Барнаул, ул. Димитрова, 66

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Крупочкин, Евгений Петрович

Введение

Глава 1. Рельеф как один из главных компонентов геосистем

1.1. Определение рельефа и факторы рельефообразования

1.2. Научно-практическое значение изучения рельефа земной поверхности

1.3. Морфометрическая изученность рельефа Алтайского края. Особенности составленных морфометрических карт

Глава 2. Технология геоинформационного картографирования морфометрических характеристик рельефа земной поверхности

2.1. Морфометрия, ее предмет и методы исследования

2.2. Основные морфометрические показатели рельефа и способы их вычисления

2.3. Трехуровенная технология геоинформационного картографирования морфометрических характеристик рельефа земной поверхности

2.3.1. Картометрический уровень

2.3.2. Морфометрический уровень

2.3.3. Картографический уровень

2.4. Дискретный и континуальный подходы к созданию и использованию морфометрических карт рельефа

2.5. Использование цифровых моделей рельефа при решении задач морфометрического анализа

Глава 3. Геоинформационный подход к созданию и использованию морфометрических карт нового содержания

3.1. Разработка и автоматическое составление морфометрических карт кривизны рельефа

3.2. Карта интегральной оценки термоуглового эффекта склонов рельефа земной поверхности

3.3. Корреляционно-регрессионный анализ морфометрических карт и их прикладное значение

3.3.1. Сравнительно-визуальный анализ карт основных морфометрических показателей рельефа

3.3.2. Корреляционно-регрессионный анализ морфометрических показателей и карт

3.3.3. Прикладное значение морфометрических показателей и карт

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоинформационный подход к изучению морфометрии рельефа"

Актуальность темы диссертации обусловлена рядом обстоятельств.

Во-первых, в морфометрии рельефа в настоящее время накопилось достаточно много вопросов, требующих оперативного решения. Особенно это касается теоретико-методологических вопросов. К ним, прежде всего, относится отсутствие четкого разграничения понятий картометрия и морфометрия, что требует уточнения существующих определений.

Во-вторых, следует учесть, что мы живем в век информатизации все сторон человеческой деятельности. Для географии характерно то, что ее информатизация тесно связана с математическими расчетами и их картографической визуализацией. Современная географическая информатика (геоинформатика) требует широкого и многогранного использования картографических моделей, основанных на автоматизации процессов их создания, с применением баз данных и знаний. Это направление A.M. Берлянт [1] назвал геоинформационным картографированием (ГК).

В работе акцентировано внимание на автоматизацию предлагаемых методик и технологий с целью создания электронных морфометрических карт рельефа земной поверхности. Автоматизированный труд картографа, владеющего современными средствами цифровой картографии по сравнению с традиционными ручным или полумеханическим, имеет ряд преимуществ:

• оперативность и экономия затрат труда;

• повышенная точность картографирования;

• возможность работы в интерактивном (диалоговом) режиме, позволяющем выполнять разностороннюю оценку ситуаций и быстро находить соответствующие решения;

• применение современных графических пакетов программ и улучшение качества изображения и дизайна;

• привлечение сложных математических приемов создания и использования карт (трех- и четырехмерное картографическое моделирование, фрактальный и факторный анализы и др.);

• возможность создания и использования новых карт, позволяющих изучать явления в статике, динамике и взаимосвязях.

В-третьих — "всплеск" интереса к морфометрии и методам морфометриче-ского анализа рельефа земной поверхности, о чем свидетельствуют изданные за последние годы монографии и учебные пособия [2, 3, 4 и др.], а также защищенные диссертации [5, 6, 7, 8 и др.].

К настоящему времени разработано и используется множество различных методических подходов к созданию и практическому применению морфомет-рических карт рельефа для решения конкретных географических, картографических, экологических и других задач. Недостатки этих подходов: 1) высокая трудоемкость и большие затраты времени на вычислительные и картосостави-тельские работы; 2) неточность и некорректное использование некоторых понятий (морфоизографы, кривизна, извилистость и др.); 3) изучение морфометри-ческих характеристик рельефа преимущественно в крупных масштабах (в то время как для регионов Сибири характерен повышенный интерес к мелкомасштабному обзорному картографированию); 4) несмотря на общепризнанную непрерывность рельефа (вспомним горизонтали и изогипсы) до сих пор в морфометрии преобладают дискретные способы его картографического изображения (картограмма, количественный и качественный фоны), редко и не корректно используется изолинейный способ.

Отсюда, цель исследования состоит в разработке и апробации алгоритмизированной технологии ГК морфометрических характеристик рельефа земной поверхности на примере Алтайского края. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

1. Изучение опыта создания численных и картографических моделей морфометрических показателей рельефа, анализ программных средств (Maplnfo Professional, ArcView, Statistica, MS Excel, CorelDraw, PhotoShop и др.)

3. Обоснование правомерности получения и обработки данных по регулярной сети операционных ячеек.

4. Доказательство целесообразности использования картометрической информации, полученной не с топографических, а с более доступных мелкомасштабных карт.

7. Сравнительно-визуальный и корреляционно-регрессионный анализы полученных карт.

Территориальный объект и методы исследований. Территориальный объект исследований - рельеф Алтайского края. Его изучению посвящены работы многих ученых Сибири. К ним, прежде всего, следует отнести, Г .Я. Барышникова [9, 10, 11, 12, 13 и др.], A.M. Малолетко [14, 15, 16, 17 и др.], JI.K. Зятькову [18, 19, 20, 21, 22 и др.], B.C. Ревякина [23, 24, 25 и др.], Т.В. Байкало-ву [26, 27 и др.], О.Н. Барышникову [28, 29, 30 и др.], А.Г. Демина [31, 32, 33, 34 и др.], Б.Н. Лузгина [35, 36, 37, 38 и др.], JI.H. Пурдика [39, 40, 41 и др.], А .Я. Швецова [42, 43, 44 и др.]. Перечисленные работы содержат результаты полевых и дистанционных исследований рельефа Алтайского края. Рельеф в них рассматривается применительно к методам геоморфологии, сложившимся к началу 21 века. Разработанные и использованные методы и приемы оказались весьма эффективными и полезными. Они внесли большой вклад в развитие геоморфологии и палеогеографии, что учитывалось в диссертации, как важная и неотъемлемая часть в истории изучения объекта настоящих исследований.

Представленная диссертационная работа базируется на теоретико-методологических основах современной картографии и морфометрии, заложенных крупными учеными-картографами и географами нашей страны и бывшего СССР - Р.А. Бабаевым, М.Е. Белецким, A.M. Берлянтом, Н.М. Волковым, И.В. Гармизом, Г.А. Гинзбургом, А.С. Девдариани, А.Г. Исаченко, В.П. Кара-киным, А.В. Кошкаревым, А.Н. Ласточкиным, В.Г. Линником, Д.В. Лисицким, А.И. Мартыненко, М.М. Мехбалиевым, О.Р. Мусиным, Е.М. Николаевской, Б.А. Новаковским, Р.Х. Пириевым, С.В. Прасоловым, Н.С. Рамм, К.А. Салище-вым, С.Н. Сербенюком, Ю.Г. Симоновым, А.И. Спиридоновым, B.C. Тикуно-вым, В.П. Философовым, И.С. Черваневым, В.А. Червяковым и др.

В рамках основного - картографического метода исследования в диссертации использовались ряд технических способов и приемов:

• сравнительно-визуальные;

• графические;

• картометрические;

• морфометрические;

• математико-статистические;

• геоинформационные.

Научная новизна в решении поставленных задач:

• На основе диалектического единства философских категорий дискретности и континуальности, а также соответствующих экспериментов доказана целесообразность изучения морфометрии рельефа с помощью изолинейных (континуальных) моделей.

Практическая значимость исследований. Жизнедеятельность человека тесно связана с рельефом земной поверхности, поэтому его изучение имеет не только научное, но и практическое значение. Так, например, методами морфо-метрического анализа характеризуется как современный, так и древний рельеф, а также исследуются этапы его развития и прогнозируются многие геолого-географические процессы и явления (оползни, обвалы, овраги, селевые потоки и т.п.), причиняющие немалый ущерб народному хозяйству.

Результаты работы могут быть применены в различных отраслях хозяйственной деятельности: 1) мелиорация и строительство гидротехнических сооружений; 2) сельскохозяйственное освоение земель; 3) строительство дорог и линий связи; 4) планирование городов, поселков и других населенных пунктов; 5) организация почвенных, ботанических, геологических и др. съёмок, гидрогеологических изысканий и т.д.

Предложенная в работе технологическая схема носит научно-познавательный характер. Она выступает своеобразным организатором и координатором исследований, выполняемых в АлтГУ преподавателями, аспирантами и студентами по различным темам. Каждому исследователю предоставляется возможность, на основе глубокого предварительного изучения объекта и предмета, самостоятельно определить набор нужных количественных признаков, разработать программу их получения, математической обработки и создания соответствующих серии карт. Эти материалы являются основой для расширения общего банка данных, способного решать задачи как отраслевого, так и комплексно-географического характера [45].

Отмеченная выше схема позволяет оперативно получать электронные морфометрические карты, характеризующие реальный рельеф (земной поверхности) и абстрактный (карты полей плотности, метеорологические, геоэкологические и др.). Разработанные и созданные численные и картографические модели используются при изучении и оценке экологических ситуаций, антропогенных нагрузок, овражной эрозии, земельных угодий и др.

Полученные в ходе теоретических исследований и экспериментальных работ результаты на промежуточных этапах использовались в проекте гранта по фундаментальным исследованиям в области геодезии и картографии «Теория и методы оперативного информационного обеспечения регионов страны с помощью геоинформационного картографирования», учрежденного Министерством образования РФ и поддержанного МИИГАиК (№97-27-2.51-19, 1998 - 2000 гг.).

В первом курсе наши разработки используются при чтении лекций и проведении практических занятий, посвященных автоматизации картометрических и морфометрических работ [46]. Во втором - разработанные методические подходы и технические приемы апробируются на практических занятиях для составления социально-экономических компьютерных карт Алтайского края разной тематики (плотности населения, густоты дорожной сети, структуры сельскохозяйственных угодий, антропогенных нагрузок и др.). В третьем курсе студенты создают карты природно-ресурсного потенциала, интегральной балльной оценки природных ресурсов и разнообразия ландшафтов применяя технологию ГК морфометрии рельефа, предложенную в диссертации. В последнем курсе широко применяются разработанные программы, алгоритмы и методы ГК при автоматизированном создании и использовании цифровых карт административных районов Алтайского края.

Предлагаемые теоретические, методические и технические разработки могут быть полезны картографам, географам различных направлений, экологам, почвоведам, работникам сельского хозяйства; студентам-географам и картографам, магистрантам и аспирантам, интересующимся вопросами на стыке картографии, морфометрии, геоинформатики и количественных методов. На защиту выносятся следующие положения:

1. Алгоритмизированная технология ГК морфометрических характеристик рельефа требует выполнения вычислительных операций в строгой последовательности от сбора количественной информации к ее упорядочению, математической обработки и созданию серии численных и картографических (компьютерных) моделей.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на: научных конференциях студентов, аспирантов и магистрантов (Барнаул, 1998, 1999), проводимых ежегодно в Алтайском государственном университете, Международной конференции «Интеркарто 4: ГИС для оптимизации природопользования в целях устойчивого развития территорий» (Барнаул, 1998), IV Международном научно-методическом семинаре по топографии и картографии (Харьков, 1999), Всероссийской научно-методической конференции «Новые информационные технологии в образовании» (Комсомольск-на-Амуре, 1999), V Международном научно-методическом семинаре по географии (Харьков, 2000), научно-методическом семинаре лаборатории информационно-картографического моделирования АлтГУ (Барнаул, 2000), II Всероссийской научной конференции по картографии, посвященной памяти А.А. Лютого (Москва, 2001), Международной научно-практической конференции «Геоинформационное картографирование государств и регионов» (Киев, 2001), XIV молодежной Всероссийской научной конференции (Иркутск, 2001), Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2002), XII Международном научно-методическом семинаре по географии и картографии (Харьков, 2003).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 15 печатных работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Крупочкин, Евгений Петрович

Основные результаты исследований:

• Обобщены и проанализированы: а) опыт вычисления и картографирования морфометрических показателей рельефа; б) возможности совместного использования и комбинирования программных средств, созданных для мор-фометрического анализа рельефа (Mag, Surfer и др.), а также ГИС, статистических, картографических и графических пакетов, предназначенных для обработки цифровых материалов и оформления векторно-растровых изображений (Statistica, Maplnfo Professional, Arc View, CorelDraw, PhotoShop и ДР-)

• Разработана алгоритмизированная технологическая схема, объединяющая операции сбора картометрической информации о рельефе, ее математической обработки и картографической визуализации результатов вычислений в виде серии морфометрических цифровых карт.

• Обоснована правомерность получения и обработки данных по регулярной сети операционных ячеек.

• Проведен сравнительный анализ дискретных и континуальных способов картографического изображения морфометрических характеристик рельефа на трех уровнях - 1) визуальном, 2) графическом и 3) математико-статистическом. Доказано, что изолинейная морфометрическая модель отличается более высокой наглядностью, детальностью, точностью и сопоставимостью.

Расширен набор морфометрических показателей, характеризующих кривизну рельефа.

Впервые разработаны интегральные показатели и построены карты, характеризующие теплообеспеченность земной поверхности в балльном и натуральном (угловом) выражениях.

Выполнен анализ корреляционных связей морфометрических и других показателей на качественном и количественном уровнях. Для этого вычислены корреляционные матрицы, отображающие все многообразие парных коэффициентов корреляции.

Анализ матриц показал, что зависимость традиционного (более простого -АН ) и среднеквадратического отклонения (более сложного - 5Н ) показателей вертикального расчленения рельефа от абсолютных высот (Н ) практически одинакова {гШн = 0,83. г-д =0,84) (см. табл. П. 9.2).

Такое же высокое сходство корреляционной зависимости двух близких показателей - углов наклона и вертикального расчленения от абсолютных высот (гт =0,87. г-АН =0,83) позволяет сделать вывод о том, что они дублируют друг друга, поэтому следует отдавать предпочтение более значимому показателю - углу наклона (см. табл. П 9.3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе теоретических исследований и экспериментальных работ была достигнута главная цель диссертации - разработана и апробирована технология ГК морфометрических характеристик рельефа земной поверхности на примере Алтайского края.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Крупочкин, Евгений Петрович, Барнаул

1. Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование. - М.: Изд-во «Аст-рея», 1997. - 64 с.

2. Симонов Ю.Г. Морфометрический анализ рельефа. Москва-Смоленск: Изд-во СГУ, 1998. - 272 с.

3. Червяков В.А. Количественные методы в географии: Учеб. пособие. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 1998. - 259 с.

4. Берлянт A.M. Картография: Учебник для вузов. М.: Аспект Пресс, 2001. -336 с.

5. Лошакова Н.А. Анализ сопряженного отображения почв и рельефа в дву-плановой контурности карт. Дисс. доктора биологических наук: 03.00.27. -Воронеж: ВГУ, 1998. 29 с.

6. Паромов В.В. Водные ресурсы бассейна Верхней Оби: современная оценка и тенденции изменения. Автореферат дисс. к-та географических наук: 11.00.07. Иркутск: ИГ СО РАН, 1999. - 24 с.

7. Прасолов С.В. Компьютерное картографирование для решения задач мор-фометрического анализа рельефа земной поверхности. Автореферат дисс. к-та географических наук: 25.00.33. М.: МГУ, 2001. - 24 с.

8. Горшкова Л.Ю. Картографирование потенциальной устойчивости территории города (на примере г. Саратова). Автореферат дисс. к-та географических наук: 25.00.33. М.: МГУ, 2002. - 24 с.

9. Барышников Г.Я. К вопросу о формировании крупновалунного аллювия р. Бии //Геология и полезные ископаемые Алтайского края: Тез. докл. науч.-практ. конф. Барнаул, 1979. - С. 117-119.

10. Барышников Г.Я. Развитие рельефа переходных зон горных стран в кайнозое (на примере Горного Алтая). Томск: Изд-во Том. ун-та, 1992. - 182 с.

11. Барышников Г.Я. Картографо-морфометрический анализ природно-ресурсного потенциала переходных зон горных сооружений Алтая и Салаи-ра //География и природопользование Сибири. Барнаул: Изд-во «Аккем», 1997.-Вып. 2.-С. 12-31.

12. Малолетко A.M. Палеогеография Предалтайской равнины в четвертичном периоде //Тр. Комис. по изуч. четверт. периода. Новосибирск: Наука, СО. -1963.-№22.-С. 165-182.

13. Малолетко A.M. Некоторые вопросы стратиграфии четвертичных отложений Верхнего Приобья в свете абсолютных датировок //Хронология ледникового века.-Л., 1971.-С. 113-118.

14. Малолетко A.M. Палеогеография предалтайской части Западной Сибири в мезозое и кайнозое. Томск: Изд-во ТГУ, 1972. - 228 с.

15. Горный Алтай //Под ред. B.C. Ревякина. Томск: Изд-во ТГУ, 1971.

16. Ревякин B.C., Кравцона В.Н. Снежный покров и лавины Алтая. Томск: ТГУ, 1977.

17. Ревякин B.C., Пушкарев В.М., Ревякина Н.В. География Алтайского края. -Барнаул: Алт. кн. изд-во, 1989.

18. Демин А.Г. Динамика современного рельефа Верхней Оби в связи с хозяйственным освоением ее долин //Вопросы региональной геоэкологии. Барнаул, 1984.-С. 45-46.

19. Демин А.Г. Эрозионные процессы на территории Алтая //Геоморфология. -1989. -№3.- С. 54-60.

20. Демин А.Г. Динамика и строение эрозионной сети Алтайского региона. -Новосибирск: Новосибирского ун-та, 1993. 145 с.

21. Демин А.Г. Геологическое строение //Энциклопедия Алтайского края: в двух томах. Барнаул: Алтайское кн. изд-во, 1995. - Т. 1. - С. 17-26.

22. Лузгин Б.Н., Русанов Г.Г. Особенности формирования неогеновых отложений юго-востока Горного Алтая //Геология и геофизика. №4. - 1992. - С. 23-29.

23. Лузгин Б.Н. Роль геоморфологических факторов в экзогенном рудообразо-вании в Алтайском регионе //Геоморфология Центральной Азии: Материалы XXVI Пленума Геоморфологической комиссии международного совещания

24. Барнаул, 10-17 сентября 2001 г.). Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2001. - С. 129132.

25. Бобров С.В., Пурдик JI.H. Рельеф //Энциклопедия Алтайского края: в двух томах. Барнаул: Алтайское кн. изд-во, 1995. - Т. 1. - С. 12-16.

26. Пурдик JI.H., Лысенкова З.В., Бобров С.В. Физико-географическое районирование Кемеровской области //География и природопользование Сибири: Сб. статей. Барнаул: Изд-во «Аккем», 1997. - Вып. 2. - С. 164-177.

27. Пурдик JI.H. Ландшафтная структура бассейна Чарыша //География и природопользование Сибири: Сб. статей. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2002. - Вып. 5.-С. 157-180.

28. Швецов А.Я. Оползни Барнаульского Приобья //География и природопользование Сибири: Сб. статей. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2002. - Вып. 5. - С. 268-277.

29. Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование: Учебник. М.: Изд-во ВШ, 1991. - 366 с.

30. Черванев И.Г. Аспекты структурно-функционального анализа рельефа для оптимизации природопользования //Геогр. и прир. ресурсы. 1985. - №2. -С. 120-125.

31. Географический энциклопедический словарь. Понятия и термины. М.: Сов. энциклопедия, 1988. - 432 с.

32. Бондарчук В.Г. Основы геоморфологии: Учеб. пособие. М.: Учпедгиз, 1949.-320 с.51 .Динамическая геоморфология: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 1992. - 448 с.

33. Спиридонов А.И. Геоморфологическое картографирование. 2-е изд., пере-раб. и доп. — М.: Изд-во «Недра», 1985. — 184 с.

34. Костенко Н.П. Геоморфология. М.: Изд-во МГУ, 1985. - 312 с.

35. Литвин В.М. Морфоструктура Земли. Калининград: Изд-во КГУ, 1995. -419 с.

36. Батуев А.Р., Буянтуев А.Б., Снытко В.А. Геосистемы и картографирование эколого-географических ситуаций приселенгинских котловин Байкальского региона. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 164 с.

37. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука, СО, 1978.-319 с.

38. Ласточкин А.Н. К вопросу о теоретическом обосновании некоторых морфометрических построений //Вопросы морфометрии. Вып. 2. Саратов: Изд-во СГУ, 1967.-С. 147-158.

39. Беручашвили Н.Л. Геофизика ландшафта: Учеб. пособие для геогр. специальностей вузов. М.: Изд-во ВШ, 1990. - 287 с.

40. Гвоздецкий Н.А. Основные проблемы физической географии.: Учеб. пособие.-М.:ВШ, 1979.-222 с.

41. Джеррард А.Дж. Почвы и формы рельефа. Комплексное геоморфолого-почвенное исследование: Пер. с анг. Л.: Недра, 1984. - 208 с.

42. Пириев Р.Х. Методы морфометрического анализа рельефа (на примере территории Азербайджана). Баку: Изд-во «Элм», 1986. - 120 с.

43. Мехбалиев М.М. Морфометрический анализ горного рельефа картографо-аэрокосмическим методом (на примере бассейнов рек Гирдыманчай и Ахсу). Автореферат дис. канд. геогр. наук: 11.00.04. Баку: ИГ АН Азербайджанской Республики, 1994. - 25 с.

44. Николаевская Е.М. Методические указания по проектированию и составлению комплексных научно-справочных атласов. Вып. 4 . Морфометрические карты рельефа. - М.: МГУ, 1966. - 30 с.

45. Кравчук Я.С. Ьнженерно-геоморфолопчне картографування: Навч. Пос1бник.- Льв1в: Свгг, 1991. 144 с.

46. Атлас Алтайского края: в двух томах. Москва-Барнаул: ГУГК при Совете Министров СССР, 1978. -Т.1.-222 с.

47. Николаевская Е.М. Морфометрический анализ Западно-Сибирской равнины //Геоморфология. 1970. - №4. - С. 44-50.

48. Цветкова Л.Н. Использование приемов математической статистики для анализа вертикального расчленения рельефа (на примере Алтайского края) //Геоморфология. 1972. - №2. - С. 40-46.

49. Знаменщиков Г.И. Исследование некоторых вопросов картометрии методами моделирования. Автореферат дис. док-pa технических наук. М., 1965.

50. Симонов Ю.Г. Морфометрический анализ. — М.: Изд-во МГУ, 1985. — 32 с.

51. Червяков В.А. Роль современной картографии в становлении и развитии общегеографической морфометрии //Геогр. и прир. ресурсы. 1990. - №2. - С. 120-126.

52. Берлянт A.M. Образ пространства: карта и информация. М.: Мысль, 1986.- 240 с.

53. Белецкий М.Е., Кадетов O.K., Филанчук В.Н. Интегральные морфометрические характеристики рельефа//Геогр. и прир. ресурсы. 1983. - С. 104-109.

54. Девдариани А.С. Математические методы. Серия «Итоги науки. Геоморфология».-Вып. 1.-М., 1966.

55. Пириев Р.Х. О морфометрии, ее предмете и методах исследования //Вестник МГУ,- 1985.-№3.-С. 81-85.

56. Берлянт A.M. Картографический метод исследования. 2-е изд. - М.: МГУ, 1988.-252 с.

57. Берлянт A.M. Картографический метод исследования природных явлений (Тексты лекций): Учеб. пособие. -М.: МГУ, 1971. 121 с.

58. Философов В.П. Методика вычисления и геолого-геоморфологическая интерпретация коэффициента расчлененности рельефа //Сб. Вопросы морфометрии. Вып. 2. Саратов: Изд-во СГУ, 1967. - С. 112-146.

59. Волков Н.М. Принципы и методы картометрии. — М.: Изд-во АН СССР, 1950.

60. Чернин В.М. Применение ЭВМ при создании морфометрических карт рельефа //Применение картографического метода в научных исследованиях и на практике. Тбилиси, 1973. - С. 73-75.

61. Толковый словарь по информатике. М.: Финансы и статистика, 1991. - 543 с.

62. Geoinformatical mapping today: Scientifical publications collection. — K.: Aca-demperiodica, 2002. 136 p.

63. Крупочкин Е.П. Новые алгоритмизированные подходы к созданию морфометрических карт рельефа //Современные проблемы географии и природопользования. Барнаул: Изд-во АлтГУ. - Вып. 4. - 2001. - С. 44-52.

64. Бугаевский JI.M., Вахрамеева JI.A. Геодезия. Картографические проекции: Справочное пособие. М.: Наука, 1992. - 292 с.

65. Топография с основами геодезии /Под ред. А.С. Харченко, А.П. Божок. М., 1985.-304 с.

66. Ласточкин А.Н. Рельеф земной поверхности (принципы и методы статистической геоморфологии). Л.: Недра, 1991. - 340 с.

67. Господинов Г.В., Сорокин В.Н. Топография. Учебник. М.: МГУ, 1967. -327 с.

68. Гайдаев П.А., Большаков В.Д. Теория обработки геодезических измерений. -М.: Недра, 1969.-400 с.

69. Крупочкин Е.П. Геоинформационный подход к созданию карт углов наклона //География и природные ресурсы. 2002. - №2. - С. 142-146.

70. Жуков В.Т., Новаковский Б.А., Чумаченко А.Н. Компьютерное геоэкологическое картографирование. М.: Научный мир, 1999. - 128 с.

71. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика. М.: «Картгеоцентр» -«Геодезиздат», 1993.-213 с.

72. Пономаренко С. CorelDraw 8. СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 1998.-352 с.

73. Крапивенский С.Э. Общий курс философии: Учебник для студентов и аспирантов нефилософских специальностей. Волгоград: Изд-во ВГУ, 1998. — 472 с.

74. Червяков В.А. Изолинейное моделирование в географии //Современные проблемы географии и природопользования. Барнаул: Изд-во АлтГУ. -Вып. 4.-2001.-С. 32-39.

75. Червяков В.А., Черванев И.Г., Кренке А.Н. и др. Модели полей в географии: теория и опыт картографирования. Новосибирск: Наука, 1989. - 145 с.

76. Червяков В.А. Концепция поля в современной картографии. Новосибирск: Наука, СО, 1978. - 150 с.

77. Червяков В.А. Концепция поля в приложении к морфометрическим картам //Геоморфология. 1984. - №2. - С. 57-61.

78. Ласточкин А.Н. Системно-морфологическое основание наук о Земле (Геотопология, структурная география и общая теория геосистем). СПб: Изд-во НИИХ СПбГУ, 2002. - 762 с.

79. Китов А.Д. Компьютерный анализ и синтез геоизображений. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 220 с.

80. Yoeli p. Compilation of data for computer-assisted relief cartography. Display and Analysis of Spatial Data. NATO Advanced Study Institute. John Wiley & Sons: London - New York - Sydney - Toronto, 1975, pp. 155-172.

81. Пьюкер Т. Влияние различных математических подходов на изображение рельефа дна океанов. В кн.: Картография. - Вып. 3. Картографирование океанов. - М.: Прогресс, 1988. - С. 81-98.

82. Лисицкий Д.В. Основные принципы цифрового картографирования местности. М.: Недра, 1988. - 261 с.112. http://www.esri.com/base/news/arcuser/arcuser498/arcuser.html113. http://www.esn.eom/base/industries/minmg:/mining.html

83. Jacques В., Transl by William J. Berg, Scott P. Graphics and graphic information-processing. Berlin; New York: de Gruyter, 1981.

84. Wolodtschenko A. Matrizenartige Darstellungen und Pixelproblematik (Studi-enhilfsmittel). Dresden: Technische Universitat Dresden, 1988. - 48 p.

85. Мирошниченко В.JI. Аппроксимация функций DMM-сплайнами по данным в хаотически расположенных точках //Всесибирские чтения по математике и механике: Тезисы докладов Международной конференции (Томск, 1720 июня 1997 г.). Томск: ТГУ, 1997. - С. 211-212.

86. Завьялов Ю.С., Квасов Б.И., Мирошниченко В.Л. Методы сплайн-функций. М.: Наука, 1980. - 350 с.

87. Аронов В.И. Методы построения карт геолого-геофизических признаков и геометризация залежей нефти и газа на ЭВМ. М.: Недра, 1990. - 301 с.

88. Русловые процессы на реках Алтайского Регина /Под ред. проф. Р.С.Чалова. М.: МГУ, 1996. - 244 с.

89. Лю Шугуан, Чалов Р.С. Морфодинамические типы русел рек Хуанхэ и Янцзы (нижнее течение) и условия их формирования //Геоморфология.2000. №1. с. 106-11.

90. Лю Шугуан, Чалов Р.С. Классификации речных русел в китайской русло-ведческой литературе (аналитический обзор) //Геоморфология. 2000. - №3. -С. 112-118.

91. Берлянт A.M., Мусин О.Р., Собчук Т.В. Картографическая генерализация и теория фракталов. М.: МГУ, 1998. - 136 с.

92. Степанов И.Н. Истинные и ложные линии на почвенных картах //Почвоведение. 1990. - №3. - С. 124-136.

93. Червяков В.А., Крупочкин Е.П. Карта извилистости рек: технология ее создания и возможности использования //Современные проблемы географии и природопользования. Барнаул: Изд-во АГУ. - Вып. 4. - 2001. - С. 40-43.

94. Крупочкин Е.П., Лавров Е.И., Червяков В.А. Технология автоматического создания карт кривизны и извилистости (на примере рек и изогипс Алтайского края) //Геоморфология. 2002. - №1. - С. 44-53.

95. Ласло М. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++: Пер. с англ. М.: БИНОМ, 1997. - 120 с.

96. Препарата Ф., Шеймос М. Вычислительная геометрия: Введение. Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 478 с.

97. Лавров Е.И. Методы автоматизированной генерализации линейных элементов гидрографии //Препринт №14. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2000. - 15 с.

98. Крубер А.А. Общее землеведение. М.: Учпедгиз, 1938. - 367 с.

99. Харитонов Г.А. Влияние полезащитного лесоразведения на влагооборот //Лес и степь. 1949. - №1. - С. 22-24.

100. Микроклимат холмистого рельефа и его влияние на сельскохозяйственные культуры /Под ред. Гольцберга И.А. Л.: Гидрометоиздат, 1962. - 237 с.

101. Мильков Ф.Н. Общее землеведение: Учеб. для студ. географ, спец. вузов. -М.:ВШ, 1990.-335 с.

102. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология: Учебник, 4-е изд.: перераб. и доп. М.: МГУ, 1994. - 520 с.

103. Пивоварова З.И. Радиационные характеристики климата. Л.: Гидроме-теоиздат, 1977. - 335 с.

104. Чудновский А.Ф. Теплофизика почв, М.: Наука, 1976. - 351 с.

105. Берг Л.С. Основы климатологии: Учебник. Л.: Учпедгиз, 1938. - 455 с.

106. Куртенер Д. А., У сков И.Б. Управление климатом сельскохозяйственных полей. Л.: Гидрометоиздат, 1988. - 263 с.

107. Алисов Б.П., Полтораус Б.В. Климатология. 2-е изд. испр. и перераб. -М.: МГУ, 1994.-298 с.

108. Чуян Г.А., Ермаков В.В., Чуян С.И. Агрохимические свойства типичного чернозема в зависимости от экспозиции склона //Почвоведение. 1987. — №12.-С. 39-47.

109. Коэ Л., Тикунов B.C., Торп JI. Алгоритмизация создания карт углов наклона //Вестник МГУ, сер. География. 1981. - №2. - С. 52-61.

110. Сербенюк С.Н., Мусин О.Р. Автоматическое построение изолинейных карт и производных от них изображений //Геодезия и картография. 1986. -№7.-С. 31-35.

111. Мусин О.Р., Сербенюк С.Н. Цифровые модели «рельефа» континуальных и дискретных географических полей //Банки географических данных для тематического картографирования. М.: МГУ, 1987. - С. 156-170.

112. Сербенюк С.Н. Картография и геоинформатика их взаимодействие. — М.: МГУ, 1990.- 159 с.

113. Сербенюк С.Н., Кошель С.М., Мусин О.Р. Программы MAG для создания цифровых моделей геополей //Геодезия и картография. 1991. - №4. - С. 4446.

114. Червяков В.А. Составление изолинейной карты балльной оценки экспозиций склонов: Методические указания по курсу «Количественные методы в географии» для студентов 2-го курса. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 1993. - 7 с.

115. Харченко Л.П., Долженкова В.Г., Ионин В.Г. и др. Статистика: Учебное пособие /Под ред. к.э.н. В.Г.Ионина. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: ИНФРА, 2002.-384 с.

116. Демин А.Г., Мардасова Е.В., Тарасова О.С. Экологический мониторинг опасных геоморфологических процессов Алтайского региона //Геоморфология на рубеже XXI века: Труды IV Щукинских чтений. -М.:МГУ, 2000. с. 393-395.

117. Поляков А.А. Опыт изучения овражной эрозии Алтайского края с помощью дискретизации картографических изображений и изолинейных карт //Почвенно-агрономические исследования в Сибири. Барнаул, 1999. - Вып. 2.-С. 105-109.

118. Поляков А.А. Геоинформационные подходы к картографированию овражной эрозии Алтайского края //Экологические проблемы Западной Сибири. Томск: Изд-во ТГУ, 2000. - С. 80-82.

119. Тульская Н.И. Эколого-геоморфологическое картографирование территории субъекта Российской Федерации (на примере Московской области). Автореферат дисс. к-та географических наук: 25.00.33. М.: МГУ, 2003. - 23 с.

120. Ушакова JI.A. Автоматизированное динамическое картографирование на основе цифрового моделирования природных явлений. Автореферат дисс. к-та географических наук: 05.24.03. М.: МГУ, 1994. - 26 с.

121. Лукомский Я.И. Теория корреляции и ее применение к анализу производства. Изд. 2-е. - М.: Госстатиздат, 1961. - 375 с.

Информация о работе

Крупочкин, Евгений Петрович
кандидата географических наук
Барнаул, 2003
ВАК 25.00.35

Диссертация

Геоинформационный подход к изучению морфометрии рельефа - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы