ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМ. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО

Безверхнюк Тетяна Миколаївна

УДК 911.62. 001.572: 502.33

АВТОМАТИЗОВАНЕ АГРОЛАНДШАФТНЕ РАЙОНУВАННЯ

11.00.11 – конструктивна географія та раціональне

використання природних ресурсів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Сімферополь – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському національному університеті ім. І.І. Мечникова Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: - доктор географічних наук, професор

Швебс Генріх Іванович,

Одеський національний університет

ім. І.І. Мечникова, завідувач кафедри

фізичної географії та природокористування

Офіційні опоненти: - доктор географічних наук, професор

Гродзинський Михайло Дмитрович,

Київський національний університет

ім. Т.Г. Шевченка, завідувач кафедри

фізичної географії та геоекології

- доктор географічних наук, професор

Польовий Анатолій Миколайович,

Одеський гідрометеорологічний інститут,

завідувач кафедри агрометеорологічних

досліджень

Провідна установа: Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України, географічний факультет, м. Харків

Захист дисертації відбудеться “_26_” квітня о 1400 на засіданні спеціалізованої вченої ради

К 52.051.03 при Таврійському національному університеті ім. В.І. Вернадського за адресою: 95007, м. Сімферополь, вул. Ялтинська, 4

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського (м. Сімферополь, вул. Ялтинська, 4)

Автореферат розісланий “_22_” _березня_ 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К.А. Позаченюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Впровадження агроекологічних принципів землеробства в практику сільськогосподарського виробництва – приоритетний напрямок прикладних географічних досліджень. В даному аспекті агроландшафтне районування виступає основою диференційованого використання кожної ділянки землі з урахуванням природно-ресурсного потенціалу, вибору відповідних природно-екологічних умов для кожної культури, раціонального застосування техніки, добрив, меліоративних заходів, планування сільськогосподарського виробництва на локальному і регіональному рівнях. Незважаючи на агроекологічну орієнтацію значної кількості сучасних наукових робіт, присвячених вирішенню питань оптимізації землекористування, їх практичне застосування стримується недостатністю інформаційного, зокрема картографічного забезпечення наукових та виробничих організацій агропромислового комплексу України.

На сьогодні агроландшафтне картографування та районування ще не вийшло з стадії експериментальних методичних досліджень, карти недостатньо формалізовані й трудомісткі у виробництві, розробки різних наукових шкіл не узгоджуються по навантаженню та масштабному ряду. Існує об’єктивна необхідність розробки уніфікованої методики агроландшафтного районування, яка базується на сумісному використанні аналітичних можливостей сучасних геоінформаційних технологій та кількісних методів районування, що дозволить оперативно укладати серії тематичних агроландшафтних карт та схем районування різного ступеня семантичної генералізації і масштабу.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на матеріалах безпосередніх польових досліджень автора в 1994-1996 рр. в рамках науково-дослідної роботи № 160/15 “Разработать базовые положения проекта системы агроэкологического мониторинга (АЭМ) на примере Южного региона” Державної програми “Агроэкология” §2, номер державної реєстрації 0196U014624 (виконавець). В 1997-1999 рр. дисертант приймав участь у виконанні держбюджетних науково-дослідних робіт № 680 “Розробити технологію автоматизованого природно-сільськогосподарського районування території на базі ГІС з метою раціонального природокористування” № держреєстрації 0197U015454 (відповідальний виконавець); № 681 “Розробка принципів оптимізації використання природних ресурсів степової зони південно-західної України на основі природно-господарського районування та створення структури моніторингу” № держреєстрації 0197U015455 (виконавець).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка методики автоматизованого агроландшафтного районування на основі поєднання традиційних методів картографічного відображення території, алгоритмів автоматичного районування та аналітичних можливостей сучасних геоінформаційних технологій, що вимагає вирішення таких завдань:

1. Проаналізувати існуючі методи районування територій для цілей сільського господарства, оцінити їх переваги і недоліки, обґрунтувати необхідність застосування методів геоінформаційного картографування та алгоритмів автоматичного районування. Провести польові ландшафтні та агроландшафтні дослідження і картографування території, що вивчається.

2. Розробити структуру картографічної бази даних природно-господарських територіальних систем сільськогосподарського призначення локального і регіонального рівнів. Розробити методику визначення та картографування ландшафтних і агроландшафтних одиниць локального рівня з використанням геоінформаційних технологій. Реалізувати розроблену методику для модельного полігону.

3. Розробити методику автоматизованого районування регіонального рівня на основі алгоритму автоматичного районування, адаптованого до аналітичних можливостей геоінформаційних систем. Провести районування агроландшафтних систем району дослідження.

Об’єкт та предмет дослідження. Об’єктом аналізу і моделювання є ієрархічна структура агроландшафтів та її просторово-часові зміни під впливом різних чинників. Об’єктом апробації результатів дослідження вибрані агроландшафти лісостепової зони Харківської області. Предмет дослідження – закономірності територіальної організації агроландшафтних систем локального і регіонального рівнів, їх аналіз і моделювання з використанням ГІС-технології.

Методи дослідження. Дослідження проводились на двох ієрархічних рівнях організації агроландшафтних систем: регіональному і локальному. Використані методи: польової ландшафтної та агроландшафтної зйомки; картографічний, як наскрізний на всіх етапах дослідження; картографо-математичного моделювання (створення тематичних шарів вихідної інформації, систематизація даних, оверлейний аналіз, типологічна класифікація та районування) з використання ГІС технології при створені бази даних та картографуванні ландшафтних і агроландшафтних систем локального рівня; кількісні методи районування (дистанційний коефіцієнт) і оцінки результатів (розрахунок абсолютної сумарної похибки) адаптовані к інструментальному пакету ГІС при агроландшафтному районуванні регіонального рівня.

Наукова новизна одержаних результатів. 1. Розроблена і адаптована до програмних засобів геоінформаційних систем методика укладання ландшафтних мап та виділення різних типів ландшафтних територіальних структур локального рівня. В основу методики покладена базова ландшафтна основа, що уявляє собою базу даних з двох тематичних блоків: “компонентний блок” і “ландшафтний блок”, які пов’язані між собою методами картографо-математичного моделювання. Для побудови машинно-орієнтованої легенди ландшафтної карти розроблено класифікатор якостей ПТК за визначеними компонентами. 2. Отримала подальший розвиток, розроблена на кафедрі фізичної географії та природокористування, теоретико-методична модель картографування та районування агроландшафтних систем локального та регіонального рівнів. Розроблена методика моделювання агроландшафтних систем на локальному рівні – поєднання евристичних процедур вибору критеріїв класифікації з автоматичними модулями класифікації і районування, реалізованими в растрових ГІС. 3. Для проведення агроландшафтного районування на регіональному рівні розроблено алгоритм автоматизованого районування, адаптований до використання в ГІС у вигляді прикладної програми, написаної на мові програмування Turbo Basic, яка використає вихідні дані у вигляді тематичних растрових шарів. В основу алгоритму групування операційних територіальних одиниць покладено відомий метод дистанційного коефіцієнту.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, які захищаються. В основу розробленої методики автоматизованого картографування ландшафтних та районування агроландшафтних систем покладені кількісні методи моделювання, які дозволили отримати більш обґрунтовані і деталізовані результати, зменшити суб’єктивізм, який виникає в процесі формування районів та оцінки результатів, особливо в випадку, коли величезний фактичний матеріал поєднує в собі множину кількісних та якісних показників. З застосуванням критерію Родіонова оцінювалась інформативність показників. З метою перевірки отриманих результатів автоматизованого районування застосувались: формальна оцінка шляхом розрахунку абсолютної сумарної похибки та експертна оцінка шляхом погодження кожного (з вибраних) варіантів групування з ландшафтними межами. Порівняльний аналіз результатів автоматизованого районування з результатами районування, виконаного в ручному режимі визначив: а) сумісне використання формалізованих і евристичних процедур при автоматизованому районуванні надає більш об’єктивні та надійні результати; б) необмежене використання кількості показників при автоматизованому районуванні відкриває можливість оцінки території по всій необхідній сукупності даних; в) поєднання кількісних методів районування і картографічних можливостей геоінформаційних систем надає яскраве уявлення про процес районування.

Практичне значення роботи. В умовах швидкого зростання кількості суб’єктів в земельних відносинах матеріали дисертації можуть бути використані як наукове обґрунтування територіальної організації при формуванні нових структур землекористування; для створення системи автоматизованого картографування і аналізу структури агроландшафтів лісостепової зони України. Результати дослідження покладені в основу розроблених автором спецкурсів “Агроекологія” та “Геоекологічний моніторинг” для студентів географічного відділення Одеського національного університету.

Апробація роботи. Методика автоматизованого агроландшафтного районування регіонального рівня була викладена в науковій роботі “Автоматизована класифікація та районування агроландшафтних систем з метою оптимізації сільськогосподарського природокористування”, яка була представлена в 1998 році на конкурс НАНУ “На кращу наукову роботу серед молодих вчених в галузі наук про Землю” та отримала диплом першого ступеню (в співавторстві з С.В. Плотницьким). Основні положення роботи доповідались та обговорювались на Першій міжнародній науково-практичній конференції “Устойчивое развитие: загрязнение окружающей среды и экологическая безопасность” (Дніпропетровськ, 1995); Другій міжнародній науково-практичній конференції “Рациональное природопользование: системный анализ в экологии” (Севастополь, 1996); Третій Всеукраїнській конференції з геоінформаційних технологій “Теорія, Технологія, Впровадження ГІС” (Київ, 1997); Всеукраїнській конференції “Ландшафт як інтегруюча концепція XXI сторіччя” (Київ, 1999); Міжнародній конференції “Геоінформаційні технології сьогодні” (Львів, 1999); VIII з’їзді Географічного товариства України (Луцьк, 2000), конференції “Географічні проблеми розвитку півдня України у XXI столітті” (Мелітополь, 2000), а також на щорічних науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу Одеського національного університету.

Особистий внесок автора. Алгоритм створення базової ландшафтної основи і виділення ландшафтних територіальних структур локального рівня; методика картографування агроландшафтних одиниць локального рівня та алгоритм автоматизованого районування регіонального рівня здобувачем розроблені самостійно. Автором розроблено та укладено серію ландшафтних і агроландшафтних карт модельного полігону “Люботинка” у масштабі 1:25000, лісостепової зони Харківської області у масштабі 1:200 000.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 наукових праць, в тому числі три статті у наукових журналах, шість - в збірниках наукових праць (одна в співавторстві), п’ять – в матеріалах і тезах конференцій.

Обсяг і структура роботи. Дисертація викладена на 161 сторінки машинописного тексту і складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку літератури (147 найменувань), 23 рисунків, 4 додатків (14 рисунків, 9 таблиць). Загальний обсяг дисертації – 281 сторінка.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі розглядаються теоретико-методичні підходи до районування території для цілей сільського господарства.

В допомогу управлінню сільським господарством запропонована значна кількість різноманітних схем прикладного районування: природно-сільськогосподарське (Каштанов, 1983; Гайдамака, Добровольский та ін., 1983), агроекологічне (Зворикін, 1978, 1981; Гвоздецький, Жучкова, Зворикін, 1983; та ін.), районування природно-господарських територіальних систем (Швебс, 1987, 1988) та інші. Одно із видів районування, яке найточніше ураховує природні умови землеробства як локального, так і регіонального рівня – агроландшафтне (Николаев, 1979, 1987; Швебс, 1987, 1990; Гродзинський, Ковеза, Маринич та ін., 1993; Пилипенко, 1996, 2000; Яцухно, Помелов, 1990; Потапенко, 1998 ).

В основу існуючих методик агроландшафтного районування покладено уявлення про те, що агроландшафтні системи (АЛС) створюють цілковито самостійну категорію природно-антропогенних геосистем, які відрізняються особливою просторовою та функціональною структурою. Методика агроландшафтного районування, розроблена на кафедрі фізичної географії та природокористування Одеського національного університету (Швебс, 1987, 1990; Пилипенко 1996, 2000; Швебс, Пилипенко, Плотницький, Безверхнюк та ін, 1997) уявляє собою систему аналізу, моделювання і оцінки просторово-функціональної структури природно-господарських систем сільськогосподарського призначення.

Практичне застосування існуючих методик структуризації території стримується невідповідністю більшості схем районування запитам сьогоднішньої науки і практики в зв’язку з величезним обсягом різноманітної інформації, яку необхідно систематизувати, проаналізувати і раціонально використати в процесі прийняття рішень. В рішенні даного питання на перший план виступає використання математичних методів і аналітичних можливостей сучасних геоінформаційних технологій.

Сьогодні існує низка спеціалізованих пакетів ГІС, здатних для вирішення задач автоматизованого районування. Найбільше розповсюдження отримав метод кластерного аналізу, реалізований в системах картографічного аналізу IDRISI, ER MAPPER, ERDAS IMAGINE. Застосування ГІС-технології в агроландшафтних дослідженнях базується на розробленій Г.І. Швебсом (1994) концепції роздільного відображення об’єкту моделювання і середовища, в якому цей об’єкт функціонує.

У другому розділі розглянуто методику укладання ландшафтних карт з застосуванням ГІС-технології.

Геоінформаційні технології надають якісно нові можливості для ландшафтного картографування. Вони забезпечують практично необмежене розширення легенд, чітку прив’язку до топографічної основи, а також створюють умови для оперативного територіального аналізу і послідуючого укладання прикладних ландшафтних мап.

Методика прикладного картографічного моделювання і укладання похідних мап засобами ГІС на основі готової ландшафтної карти розроблена і успішно застосовується групою дослідників під керівництвом В.С. Давидчука (1989, 1998). Підкреслимо, що роль бази даних в даній методиці виконує попередньо створена загальнонаукова ландшафтна карта і карта антропогенних модифікацій. Потапенком В.Г. (1998) запропонована система типологічної класифікації агрогеосистем і методи просторового моделювання агроландшафтів з використанням ГІС для оптимізації сільськогосподарського виробництва. Львівська група дослідників (Божук, 1999) працює над концепцією ландшафтно-екологічної інформаційної системи для гірських територій, основу якої складає цифрова карта диференціації ландшафтних територіальних структур. Російськими вченими під керівництвом А.М. Берлянта (1999) розроблюється методика використання ландшафтної карти в якості базової при створені регіональної ГІС.

Аналіз існуючих досліджень в напрямку застосування геоінформаційних технологій в прикладних ландшафтних дослідженнях свідчить про необхідність створення базової ландшафтної карти. Така карта виконує роль каркасу для географічної прив’язки і координування даних, систематизації всього обсягу різноманітної інформації, взаємного сумісництва шарів і додаткових даних, а головне – для послідуючого моделювання.

Методика створення базової ландшафтної основи з використанням ГІС-технології базується на ідеї створення універсального “сценарія” для вирішення різноманітних прикладних завдань. В нашому випадку вона реалізовувалась на базі пакета ГІС IDRISI (США), широко розповсюдженого програмного продукту, що застосовує растрові структури даних і включає в свій інструментарій функції оверлейного аналізу. Блок-схема процесу створення базової ландшафтної основи представлена на рис.1.

Структура і призначення базової ландшафтної основи. Базова ландшафтна основа являє собою базу даних з двох тематичних блоків: “компонентний блок” і “ландшафтний блок”. Компонентний блок представлено серією карт в масштабі 1:25000 за 6 факторами ПТК: форми рельєфу, ухил, експозиція, механічний склад, генетичні різновиди ґрунту, сучасний рослинний покров, укладених на основі матеріалів польових ландшафтних досліджень на єдиній топооснові і достатньо суміщені один з одним по кутах планшету і характерних точках. Спосіб формалізації просторових даних вибрано растровий, виходячи з мети і методів дослідження. Для кожної якості ПТК складено класифікатор. Компонентний блок виступає універсальною базою даних для створення різних прикладних карт. Ландшафтний блок представлено серією інвентаризаційних карт, які відображають сучасний стан природних комплексів, отриманих в результаті покомпонентного аналізу і синтезу карт компонентного блоку: карта диференціації території, карта основних типів фацій, карта ПТК рангу підурочища при генетико-морфологічної структуризації території, карта ПТК рангу ландшафтні смуги при позиційно-динамічній структуризації території. Призначення ландшафтного блоку насамперед в тому, що він надає інформацію про морфологічну структуру ландшафту, який досліджується.

Створення позиційного класифікатора і формування ландшафтного блоку. Синтез карт компонентного блоку базується на використанні функцій оверлейного аналізу, в результаті якого утворюється похідний шар, що містить композицію просторових об’єктів вихідних шарів і атрибути, арифметично або логічно похідні від значення атрибутів вихідних об’єктів. Першим кроком оверлейного аналізу є розробка позиційного класифікатора. Для кожного показника визначається його вагова характеристика і кількість позицій, які він займає при операції накладання, а також послідовність їх розташування. Довжина і структура коду забезпечує рішення всього комплексу завдань, однозначну ідентифікацію кожного параметру, а також можливість розширення системи кодів при виявленні нових параметрів. На рис. 2 представлено десятипозиційний класифікатор для модулів растрового аналізу.

Результатом послідовного аналізу і синтезу показників є карта диференціації території, на який кожний виділ – елементарна ландшафтна комірка. Отримана n-на кількість комірок умовно прийнята як безліч фацій. Для об’єднання фацій в групи розроблена типологічна класифікація за ознакою “однорідний характер рельєфу” і з використанням модулів автоматичної класифікації cross-classification і reclass ГІС IDRISI отримана карта типів фацій, прийнята нами як базова. На основі карти типів фацій в залежності від обраних принципів інтеграції можливо виділення відповідних ландшафтних територіальних структур.

У третьому розділі розглядається методика геоінформаційного моделювання агроландшафтних систем локального рівня, структура бази даних.

Застосування агроландшафтного підходу в практику землекористування обумовлює необхідність обробки значної кількості інформації, розробки і вибору оптимальних варіантів проектних рішень, використання моделювання функцій АЛС. В сільськогосподарському виробництві при реалізації проекту землеустрою відбувається злиття геоекологічної системи, системи технологічних операцій і системи суспільного виробництва. Усі разом вони об’єднуються в єдину соціально-агроекологічну систему, територіальним базисом якої є агроландшафт. Досвід агроландшафтного обґрунтування проектів контурно-меліоративного землеробства показав необхідність визначення територіальної одиниці – агроландшафтний (АЛ) контур. АЛ контур – елементарна одиниця агроландшафтної системи, відносно однорідна за природним складом (представлена часткою ландшафтної смуги) і однорідна по технології господарського використання.

Створення картографічної моделі агроландшафтних систем починається з синтезу ландшафтної карти і карти землеустрою з урахуванням природно-технологічного каркасу. Використання функцій просторового аналізу пакету ГІС IDRISI дозволило створити серію картографічних моделей територіальної організації землекористування на прикладі модельного господарства – експериментальна база “Комунар” Харківського району Харківської області. Картографічна модель існуючої територіальної організації землекористування на рівні агроландшафтних контурів – результат оверлейного аналізу шарів картографічної інформації “Групи ландшафтних смуг”, “Робочі ділянки” і “Інфраструктурні контури”. Легенда до карти агроландшафтних контурів має вигляд матриці, в якій характеристика агроландшафтного контуру – перетинання рядків (робоча ділянка) і стовпців (групи ландшафтних смуг). Даний варіант легенди дає можливість проаналізувати кожний агроландшафтний контур по однорідності агроекологічних умов і можливості застосування тої чи іншої технології землеробства.

Районування території уявляє собою складний і трудомісткий процес підбору, сортування і аналізу критеріїв групування. Методика автоматизації процесу районування агроландшафтних систем локального рівня – суміщення евристичних процедур вибору критеріїв класифікації і функцій просторового аналізу растрових ГІС (оверлейний аналіз, автоматична класифікація і районування). Алгоритм метода включає слідуючи етапи: визначення і картографування агроландшафтних одиниць; вибір показників класифікації; розробка класифікатора для автоматичної класифікації; типологічна класифікація і районування. Для типологічної класифікації агроландшафтних контурів обрано слідуючи показники: на першому кроці – господарська складова; на другому – розміщення АЛ-контурів в межах групи ландшафтних смуг; на третьому – однорідність ландшафтної структури. В основу даної типології покладено метод чергування показників, розроблений З. Пассарге (Арманд, 1975). Вибір показників класифікації залежить від мети районування. На рис.3 представлена модель територіальної організації існуючих агроландшафтних систем експериментальної бази “Комунар”, отримана нами в результаті оверлейного аналізу карт “типологічне районування агроландшафтних контурів” і “типологічне районування агроландшафтних масивів”, з послідуючою типологічною класифікацією і районуванням. Легенда до карти у вигляді матриці, де докладно описані агроландшафтні одиниці та відображені рівні класифікації.

У четвертому розділі розглянуто алгоритм автоматизованого районування, адаптований до сумісного використання з пакетом картографо-математичного моделювання IDRISI та методика районування агроландшафтних систем на регіональному рівні.

В попередньому розділі розглянута методика аналізу і моделювання АЛС певного об’єкта, яка потребує докладної, великомасштабної інформації і направлена на вирішення конкретного питання – ландшафтно-екологічної оптимізації територіальної організації землекористування на рівні окремого господарства. При переході до моделювання “середовища”, яке вміщує даний об’єкт, збільшується не тільки обсяг територіальної інформації, але і завдання, для рішення яких здійснюється структуризація території. Значний спектр завдань, першим етапом рішення яких виступає агроландшафтне районування, можливо згрупувати таким чином: агроекологічний моніторинг, агроекологічна експертиза і аналіз, розробка рекомендацій по використанню територіальних ресурсів для різних рівнів управління та ін. При вирішенні кожного із завдань використовується свій набір необхідних показників. Вибір територіальної одиниці для моделювання визначається метою і забезпеченістю фактичним матеріалом.

Районування території достатньо складне завдання, при рішенні якого використання окремо взятого методу не гарантує отримання достовірного результату. З метою найбільш ефективного рішення необхідно комплексування різних методів. Найбільш розповсюдженою формою є послідовне поєднання окремих операцій, які виявлені в ході структуризації завдання.

Методика проведення автоматизованого районування агроландшафтних систем регіонального рівня складається з етапів. 1 етап. Збір і попередня обробка вихідної інформації. 1.1. Визначення об’єкту дослідження і операційної територіальної одиниці. Об’єкт дослідження – лісостепова зона Харківської області, яка з метою автоматизованого районування була розбита прямокутною сіткою на ОТО розмірністю 0,20,2 км (вихідний масштаб топооснови – 1: 200 000, S полігону – 19744 км2 , кількість ОТО - 493608); 1.2. Вибір показників ОТО, на базі яких проводиться класифікація. Обрано 16 показників, які характеризують стан агроландшафту: агрокліматичні, агрогрунтові, еродованість земель, врожайність основих культур за 15 років. Для кожного показника з використанням ГІС IDRISI підготовлені растрові тематичні шари; 1.3. Встановлення значності факторів. Для находження “вагових” коефіцієнтів застосовано метод багаторазового послідовного наближення (рис.4); 1.4. Нормування даних. 2 етап. Групування ОТО за комплексом показників. 2.1. Створення масиву комплексної оцінки; 2.2. Вибір міри схожості; 2.3. Групування об’єктів з використанням методу дистанційного коефіцієнту; 2.4. Розрахунок середньоарифметичних значень кожного вихідного параметру відносно всіх ОТО з метою інтерпретації результатів группування. Схема процесу групування ОТО представлена на рис.5. 3 етап. Вибір оптимального варіанту групування. 3.1. Формальна оцінка якості варіантів шляхом розрахунку абсолютної сумарної похибки. Суть оцінки – аналіз втрати інформації по кожному вихідному показнику в процесі групування при даному варіанті; 3.2. Експертна оцінка шляхом погодження кожного (з вибраних) варіантів групування з ландшафтними межами. Дана процедура базується на використанні стандартних функції ГІС. 4 етап. Інтерпретація результатів районування. Результатом роботи виступає карта агроландшафтного районування лісостепової зони Харківської області на рівні агроландшафтних районів і легенда до неї, повністю готова до практичного застосування в управлінні сільського господарства при розробці рекомендацій щодо використання територіальних ресурсів.

В основу методики покладено адаптований до пакета картографо-математичного моделювання і аналізу ГІС IDRISI алгоритм автоматизованого районування, написаний на мові програмування Turbo Basic. Методика автоматизованого районування дає можливість оперативної обробки і аналізу значного масиву даних з виділенням районів, однорідних при заданих умовах. Дана методика може бути використана для будь-яких видів районування, незалежно від кількості заданих ОТО і показників.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз існуючих методик природного районування для цілей сільського господарства показав, що якість більшості схем районування не відповідає сучасним запитам науки і практики в зв’язку з величезним обсягом різноманітної інформації, яку необхідно зібрати, систематизувати, проаналізувати і раціонально використати в процесі прийняття рішень. В умовах, коли географічна інформація постійно зростає, упорядкувати існуючий фактичний матеріал практично неможливо без використання математичних методів і комп’ютерних систем.

2. Агроландшафтний підхід при розробці сучасних систем землекористування починається з уточнення типології ландшафту конкретного землекористування, виділення елементарних ландшафтів і їх комбінації. Для багатьох видів аналізу недостатньо визначення одного типу ландшафтної структури. Так, при рішенні задач проектування землеустрою, необхідне виділення позиційно-динамічного і басейнового типів ландшафтної структури при обґрунтуванні системи протиерозійних заходів і генетико-морфологічного при виборі ґрунтозахисної сівозміни. Розроблена методика створення ландшафтних карт методами геоінформаційного картографування на основі базової ландшафтної основи дає можливість вирішувати питання ландшафтно-екологічного землеробства не обмежуючись аналізом ландшафтної структури певного типу, а складати комплекс карт, що моделюють основні типи ландшафтних територіальних структур.

3. Формування агроландшафтів як природно-господарських територіальних систем в значній мірі залежить від того, наскільки екологічно обґрунтовано їх територіальний устрій, в першу чергу територіальне співвідношення структур землекористування і структур природних ландшафтів. Розроблена методика агроландшафтного районування локального рівня на основі ГІС-технології дозволяє оперативно укладати карти територіальної організації землекористування і моделювати територіальний устрій, починаючи з найменшої територіальної одиниці – агроландшафтного контуру.

4. Ієрархічна структура агроландшафтних систем може бути представлена тільки на різних рівнях генералізації, причому АЛС вищого рівня послідовно є “середовищем функціонування” для АЛС нижчого рівня. При переході до моделювання “середовища”, яке вміщує даний об’єкт, збільшується не тільки обсяг територіальної інформації, але і завдання, для рішення яких здійснюється структуризація території. Методика автоматизованого агроландшафтного районування регіонального рівня основана на сумісному використанні математичних методів і функцій просторового аналізу сучасних ГІС. Використання кількісних методів районування дозволило отримати більш обґрунтовані і деталізовані результати, зменшити суб’єктивізм, який виникає в процесі формування районів та оцінки результатів. Адаптація алгоритму автоматизованого районування до пакету ГІС дала можливість візуалізації результатів групування, що в свою чергу дозволяє слідкувати за кожним кроком об’єднання і вибирати оптимальний варіант районування. Експертна оцінка результатів шляхом погодження кожного (з вибраних) варіантів районування з ландшафтними межами основана на використанні стандартних функцій ГІС.

5. Апробація методики автоматизованого агроландшафтного районування локального рівня на модельному господарстві (ЕБ “Комунар”) і регіонального рівня для лісостепової зони Харківської області дозволила скласти серію ландшафтних і агроландшафтних мап, які повністю готові до використання при обґрунтуванні мережі спостережень агроекологічного моніторингу і розробки рекомендацій по використанню територіальних ресурсів в адміністративному районі – низової ланці прийняття управлінських рішень державного рівня.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Безверхнюк Т.Н. Методика построения ландшафтных карт с использованием ГИС-технологии // Ученые записки Таврического национального университета. – Т. 12 (51). – 1999. – №1. - С.326 – 334.

2. Безверхнюк Т.М. Конструктивна географія та районування // Вісник Одеського держуніверситету. - 1999. - Т.4, вип. 5. - C. 60-63.

3. Безверхнюк Т.Н. Использование среднемасштабной ландшафтной карты в качестве базовой при агроландшафтной структуризации территории // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. - 2000. - № 13 (52), Т.1. - С. 153-161.

4. Безверхнюк Т.М. Геоінформаційне картографування та районування агроландшафтних систем локального рівня // Географія і сучасність: Зб. наук. праць. – К.: Вид-во Нац. педуніверситету. - 2000. - Вип.3. - С. 34-42

5. Безверхнюк Т.М. Побудова базової ландшафтної основи методом геоінформаційного картографування // Україна та глобальні процеси: географічний вимір: Зб.наук. праць в 3-х т. - Київ-Луцьк: Ред.-вид. відд. “Вежа” Волин. держ. ун-ту. - 2000. – Т.2. – С.374-377.

6. Безверхнюк Т.М. Диференціація території з метою природокористування і моніторингу методами автоматизованого районування // Агроекологія і біотехнологія: Збірник наукових праць. - Київ: Аграрна наука. – 1996. - С. 60-66.

7. Безверхнюк Т.М. Геоінформаційні системи в прикладних ландшафтних дослідженнях // Ландшафт як інтегруюча концепція XXI сторіччя: Збірник наукових праць. – К.: Вид-во КНУ. - 1999. – С. 333-335.

8. Безверхнюк Т.Н. Территориальная структуризация – основа геоинформационной системы агроландшафта // Географічні проблеми розвитку півдня України у XXI столітті: Зб.наук. праць. - Одеса-Мелітополь. - 2000. - Ч.1. - С.89-93.

9. Плотницкий С.В., Безверхнюк Т.Н. Автоматизация агроландшафтного районирования на базе ГИС-технологии // Сборник научных работ молодых ученых и студентов. Серия геологических и географических наук. – Одесса: Астропринт. - 1998. - Вып.1. - С. 4-10.

10. Швебс Г.И., Безверхнюк Т.Н., Швебс А.Г. Агроэкологический мониторинг и его почвоэрозионный блок // Rezumatele Comunicarilor conferintei internationale practico-stiintifice “Eroziunea solurilor si metodele de combatere. – Chisinau. – 1995. – P. 89-90

11. Безверхнюк Т.Н. Автоматизированное агроландшафтное районирование для целей агроэкологического мониторинга // Труды Первой междунар. конф. “Устойчивое развитие: загрязнение окружающей среды и экологическая безопасность”. - Днепропетровск: ДГУ. - 1995. - Т.1. - С. 141.

12. Абрамов С.П., Безверхнюк Т.М., Воронова І.В. Використання комп`ютерних моделей для оцінки стану агроландшафту // Тези конф. “Грунти України: екологія, еволюція, систематика, окультурення, оцінка, моніторинг, географія, використання”. – Харків. – 1996. – С. 228.

13. Vasiljiev I.A., Bezverhnuk T.N. Substantiation of supervision in agroecological monitoring on the basis of the system approach // Труди Другої міжнар. наук.-практич. конф. “Раціональне природокористування: системний аналіз у екології”. – Севастопольский держ. техн. університет. – 1996. – P. 91-92.

14. Г.И. Швебс, С.В. Плотницкий, Г.П. Пилипенко, Т.Н. Безверхнюк и др. Агроландшафтное картографирование с использованием ГИС-технологии // Тези доповідей Третьої Всеукраїнської конференції з геоінформаційних технологій “Теорія, Технологія, Впровадження ГІС”. – Київ. – 1997. – С. 4-5.

АНОТАЦІЯ

Безверхнюк Т.М. Автоматизоване агроландшафтне районування. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.11 – конструктивна географія та раціональне використання природних ресурсів. – Таврійський національний університет ім.. В.І. Вернадського, Сімферополь, 2001.

В дисертаційній роботі отримала подальший розвиток теоретико-математична модель картографування та районування агроландшафтних систем локального і регіонального рівнів. Автоматизоване агроландшафтне районування основане на суміщенні методів традиційного картографічного аналізу, алгоритмів автоматичного районування і аналітичних можливостей сучасних геоінформаційних систем (ГІС). Вибір і створення базової ландшафтної основи складає центральну задачу в системі автоматизованого агроландшафтного районування.

Ключові слова: ландшафтна територіальна структура, базова ландшафтна основа, агроландшафтна система, агроландшафтне районування, автоматизоване районування, геоінформаційна система.

АННОТАЦИЯ

Безверхнюк Т.Н. Автоматизированное агроландшафтное районирование. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.11 - конструктивная география и рациональное использование природных ресурсов. – Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, Симферополь, 2001.

В диссертационной работе получила дальнейшее развитие теоретико-методическая модель картографирования и районирования агроландшафтных систем локального и регионального уровней. Автоматизированное агроландшафтное районирование основано на совмещении методов традиционного картографического анализа, алгоритмов автоматического районирования и аналитических возможностей современных геоинформационных систем (ГИС). Выбор и построение базовой ландшафтной основы составляет центральную задачу в системе автоматизированного агроландшафтного районирования. Базовая ландшафтная основа представляет собой банк данных, состоящий из двух блоков: компонентный блок и ландшафтный блок. Карта типологического районирования фаций принята как базовая, так как на ее основе в зависимости от выбранных признаков интеграции возможно выделение соответствующих ландшафтных территориальных структур. Разработанная методика ландшафтного картографирования дает возможность создания специализированной базы данных разномасштабной информации о морфологической структуре ландшафта. Ландшафтная база данных - первый и основной этап моделирования агроландшафтных систем, и что немало важно, в необходимом для конкретных целей масштабе. Одним из важных преимуществ разработанной методики является то, что повторное решение задачи по разработанным алгоритмам с уточненными или вновь поступившими исходными данными может быть выполнено оперативно в реальное время.

Создание картографической модели агроландшафтных систем начинается с синтеза ландшафтной карты и карты землепользования, с учетом каркаса. С использованием операции оверлейного анализа слоев картографической информации (группы ландшафтных полос, рабочие участки и инфраструктурные контура) получена картографическая модель существующей территориальной организации землепользования на уровне агроландшафтных контуров. Легенда к карте агроландшафтных контуров предложена в виде матрицы, в которой характеристика агроландшафтного контура – пересечение строк (рабочий участок) и столбцов (группы ландшафтных полос). Данный вариант легенды дает возможность оценить каждый агроландшафтный контур по однородности агроэкологических условий и возможности применения той или иной технологии земледелия. Разработанный метод многокритериальной классификации позволяет автоматизировать процесс районирования агроландшафтных систем локального уровня. Алгоритм метода включает этапы: выявление и картографирование агроландшафтных единиц (АЛ контуров и АЛ массивов); выбор признаков типологической классификации; разработка классификатора для автоматической классификации; автоматизированная типологическая классификация и районирование.

Для проведения автоматизированного районирования агроландшафтных систем регионального уровня разработан алгоритм, основанный на Евклидовой метрике. Апробация выбранного алгоритма в ручном режиме и сравнительный анализ с картой, выполненной традиционной методикой дали удовлетворительные результаты. С целью использования данного метода в геоинформационной среде, обеспечивающей исходные данные в виде растровых тематических карт и визуализацию результатов, алгоритм классификации был модифицирован в соответствии с моделью задачи, и на его основе, на языке программирования Turbo Basic написана программа “Cluster”. Результатом работы выступает карта агроландшафтного районирования с подробным описанием в легенде выделенных районов по учитываемым показателям. Совмещение сетки полученных районов с электронной ландшафтной картой способствовало выбору оптимального варианта районирования с учетом морфологической структуры ландшафтов.

Ключевые слова: ландшафтная территориальная структура, базовая ландшафтная основа, агроландшафтная система, агроландшафтное районирование, автоматизированное районирование, геоинформационная система.

SUMMARY

Bezverhnuk T.N. Automated agrolandscape regionalization. – Manuscript.

Dissertation to earn an academic degree of the candidate of geography in speciality 11.00.11 – constructive geography and rational usage of natural resources. – Tavrida National University by name of Vernadsky V.I., Simferopol, 2001.

In dissertation to operation the theoretical-methodical model of local and regional levels agrolandscape system mapping and regionalization has received further development. Automated agrolandscape regionalization is based on overlapping of methods of the traditional cartographical analysis, algorithms automatic regionalization and analytical possibilities of modern geoinformation systems (GIS). Choice and the construction of a base landscape basis makes the central task in the automated agrolandscape regionalization system.

Keywords: landscape territorial structure, base landscape basis, agrolandscape system, agrolandscape regionalization, automated regionalization, geoinformation system.