Атласная информационная система для сохранения природного наследия в мегаполисе
Ольга Ивановна Маркова1
Аннотация
Особо охраняемые природные территории Москвы (а также особо охраняемые зеленые территории в новой части столицы) нуждаются в полном и современном информационном обеспечении, отражающем требуемую информацию наилучшим образом и облегчающем принятие управленческих решений. Рассматриваются возможности и перспективы создания атласной информационной системы (АИС) для сохранения природного наследия в мегаполисе (на примере Москвы) как нового вида синтезированных систем с геоинформационными технологиями, картами и мультимедиа. В таких системах возможно приближенное к реальности отражение образа территории. Большое значение имеет структура АИС с удобным поиском требуемой информации. Она должна содержать необходимые разделы об ООПТ в целом, охраняемых видах биоты и сообществах живых организмов, природных комплексах, культурных ландшафтах и их динамике, преобразовании и переустройстве ООПТ. Важен показ динамики природной среды и культурного ландшафта города, где незапечатанных территорий становится все меньше, уничтожаются ценные природные объекты, исчезают редкие растения и животные, ландшафтное благоустройство превращается в коренное переустройство. В АИС возможна всесторонняя оценка и прогноз изменений объектов природного наследия.
Ключевые слова: атласная информационная система, геоинформационные технологии, природное наследие, мегаполис, особо охраняемая природная территория, динамика природной среды, образ территории, карты, аэрокосмическая информация, мультимедиа
Olga Ivanovna Markova1
Atlas information systems to preserve the natural heritage in the metropolis
Abstract. Specially protected natural areas of Moscow (as well as specially protected green areas in the new part of the capital) need complete and modern information support that reflects the required information in the best way and facilitates management decisions. The possibilities and prospects of creating an atlas information system (AIS) for the conservation of natural heritage in a metropolis (on the example of Moscow) as a new type of synthesized systems with geoinformation technologies, maps and multimedia are considered. In such systems, it is possible to reflect the image of the territory near to reality. The structure of the AIS with a convenient search for the required information is of great importance. It should contain the necessary sections on protected areas in general, protected species of biota and communities of living organisms, natural complexes, cultural landscapes and their dynamics, transformation and reconstruction of protected areas. It is important to show the dynamics of the natural environment and the cultural landscape of the city, where there are fewer and fewer unsealed territories, valuable natural objects are being destroyed, rare plants and animals are disappearing, landscape improvement is turning into a radical reorganization. In the AIS, a comprehensive assessment and forecast of changes in natural heritage objects is possible.
Keywords: atlas information system, geoinformation technologies, natural heritage, metropolis, specially protected natural area, dynamics of the natural environment, image of the territory, maps, aerospace information, multimedia
Введение
Стремительная жизнедеятельность Москвы приводит ко все большему сокращению и запечатыванию природных территорий. В то же время в мегаполисе существуют территории природного наследия различного уровня: национальный парк, природно-исторические парки, заповедные участки в парках, природные заказники, памятники природы, дендрологические парки, ботанические сады, экологические парки, городские леса, водоохранные зоны; предусмотрены также иные категории ООПТ [5]. Структура этих ООПТ может быть достаточно сложной, то есть в состав природно-исторического парка могут входить такие же парки более низкого масштабного уровня, памятники природы и ландшафтные заказники. Например, природный заказник «Крылатские Холмы» является составной частью природно-исторического парка «Москворецкий», а расположенные на его территории памятники природы (березняк с черникой и брусникой, остепненный луговой склон, Татаровский овраг, местообитание редких видов насекомых) являются перспективными заповедными участками [6].
Особо охраняемые природные территории, находясь внутри города, не избавлены от антропогенного прессинга, связанного как с прямым и косвенным воздействием города (выбросы предприятий и транспорта, рекреационная перегрузка), так и с неправильным благоустройством.
Для Новой Москвы принят термин «особо охраняемые зеленые территории» (ООЗТ) как разновидность статуса особо охраняемых территорий бывших лесов для выполнения средозащитных, климаторегулирующих, санитарно-гигиенических и рекреационных функций с положительным влиянием на экологическую обстановку и обеспечением благоприятных условий отдыха [5].
Особо охраняемые природные территории (а также ООЗТ) нуждаются в полном и современном информационном обеспечении, отражающем требуемую информацию наилучшим образом и облегчающем принятие управленческих решений. Таковым обеспечением могут явиться атласные информационные системы (АИС), понимаемые как системы синтеза геоинформационных технологий, картографии и мультимедиа, связанные с конкретной территорией или темой в сочетании с повествовательной частью, где доминирующую роль играют карты [18].
Ощутимым преимуществом атласных информационных систем является синтез различных видов информации, которая может создавать образ отображаемого явления наиболее реалистично.
Практика создания АИС пока не очень распространена, однако известен опыт разработки ряда систем в основном в области социально-экономической географии, в частности устойчивого развития [1, 12, 14, 16, 17]. атласная информационная система геоинформационный
Некоторые специализированные геоинформационные системы и электронные атласы, решающие задачи охраны природы, не называются разработчиками атласными информационными системами, но близки к ним по концепции. Например, это веб-ГИС заповедников «Таймырский», «Кроноцкий», «Белогорье» [4, 14, 18], геоинформационная модель экогеологического городского парка Тюмени [2].
Современные тенденции развития города со все большим захватом территорий под дорожное, капитальное, в том числе высотное строительство представляют особо актуальной задачей создание атласной информационной системы для сохранения природного наследия в Москве. АИС должна обладать расширенной базой данных, возможностями постоянного дополнения, моделирования и оценки состояния природных объектов, многие из которых имеют федеральную и международную ценность.
Материалы и методы исследования
Цель настоящего исследования состоит в определении путей проектирования АИС для сохранения природного наследия Москвы как главного мегаполиса России. Методика подобной работы основана на создании базы данных и использовании геоинформационных технологий для решения конкретных задач.
Виды информации в АИС
В атласных информационных системах содержатся и используются различные виды информации, организованные определенным образом. Основной информацией в атласных информационных системах, как и в традиционных атласах, является карта как образно-знаковая модель действительности.
Особое преимущество геоинформационных технологий состоит в том, что явления, отображаемые на картах, имеют координатную привязку и связаны между собой, а любая созданная карта изначально разномасштабна; в то же время изобразительные средства ГИС примитивны и далеки от возможностей графических программ. Не определены также возможности смены классификаций на разных масштабах. В атласных информационных системах, впрочем, могут использоваться также и карты традиционного оформления. Помимо карт в традиционных проекциях применяются изображения в неевклидовой метрике: картоиды, «мысленные» изображения и анаморфозы линейные, площадные и объемные, возможно анимированные [8].
Важная графическая информация, используемая и генерируемая в АИС -- трехмерные виртуальные модели местности, позволяющие видеть отображаемые явления наиболее реалистично, и обладающие эффектом присутствия на местности (ГИС-, БПЛА- и ДДЗ-ориентированные модели) [10]. Для создания этих моделей, а также ряда традиционных карт используются, но могут быть и информацией самостоятельного вида, космические и аэроснимки (с самолетов, вертолетов и беспилотных летательных аппаратов). Следует отметить, что в Москве в пределах внутренней границы МКАД полеты всех воздушных судов, в том числе беспилотных, запрещены в целях безопасности. Разрешение может быть выдано в исключительных случаях. На полеты над Москвой за пределами МКАД также нужно почти во всех случаях получать разрешение.
Наземная фотография имеет преимущества реалистичного показа объекта в определенный момент времени. К другой графической информации относятся рисунки, живописные полотна (отражающие объект с особым взглядом художника), в том числе созданные цифровым способом с использованием графических планшетов. Применяются также изображения геоинфографики, отличающиеся схематичностью, условностью и эстетичностью (статичной, интерактивной, анимированной или видео) [3].
Мультимедийная атласная информационная система
В атласных информационных системах активно могут и должны применяться средства мультимедиа, дающие информацию, воспринимаемую различными органами чувств (к вышеуказанным видам добавляется текст, звук, запахи, осязание и пр.), которую невозможно отобразить графическими способами. АИС могут содержать также модели дополненной реальности, являющиеся результатом введения в зрительное поле любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и изменения восприятия окружающей среды [8].
Мультимедийная атласная информационная система (МАИС), включающая в себя большое количество некартографических данных, представляет собой систематизированный целевой набор пространственных данных в электронном виде с поддержкой принятия решений, ориентированной на пользователя. Из картографических функций МАИС отмечаются управление картой (слоями, категориями легенды, отображениями, проекциями), выделение отметок, маркирование и анализ данных (изменение классификаций, параметров состояния (освещение, яркость), сравнение карт, отбор данных) [18, 19].
Мультимедиа представляют собой системы современных аппаратных и программных средств, позволяющие работать в интерактивном режиме с разными формами информации в едином комплексе. Таким образом они, реализуя принцип наглядности, являются обязательной составляющей информатизации образования [11].
C развитием веб-технологий стало актуальным понятие медиаконтента (мультимедийного способа передачи информации). Атласные информационные системы постепенно будут более доступны для широкой аудитории, подобно СМИ [8].
Сбор материала -- необходимый трудоемкий этап разработки атласной информационной системы. Источником информации для АИС природного наследия Москвы может быть серия научных публикаций, материалов конференций, ведомственных материалов (Департамент природопользования и охраны окружающей среды Москвы и его подведомственные организации: государственные природоохранные бюджетные учреждения «Мосприрода», «Мосэкомониторинг», «Государственный природоохранный центр» и другие организации). В сети Интернет находится достаточно большое количество информации (в основном научно-популярной или популярного характера) о состоянии объектов природного наследия, существуют сайты, посвященные отдельным ООПТ или объектам охраны. Большое значение могут иметь также инициативные группы защиты парков или других природоохранных объектов, которые активно обмениваются информацией внутри групп и между группами. Для создания АИС по природоохранной тематике ценен материал Красных книг Москвы, который при сравнении с Красными книгами Московской области и России весьма показательно говорит о «наступлении города» на редкие виды растений и животных [7]. При разработке мультимедийной АИС важно иметь возможность создания или получения авторских материалов, что повышает ценность системы.
Атласная информационная система мегаполиса должна обладать свойствами мультимасштабности и многоуровневости. В таком случае она будет доступна для принятия решений на разных уровнях управления. Для проектирования системы на разных масштабах необходимо иметь серию геопривя- занных основ.
По функциональным возможностям атласные информационные системы представляют собой высший класс электронных атласов; они применяются для поддержки принятия решений, разработки сценариев развития территорий. У АИС развиты моделирующие функции, они могут быть полномасштабными мультимедийными конструкциями, интегрировать экспертные системы, визуализировать геопространственные данные, проводить разнообразный анализ вплоть до разработки вариантов развития комплексных систем «природа - общество - хозяйство». АИС реализуют принципы когнитивности (сюжеты разного масштабного уровня соединяются ассоциативными связями, куда входят мультимасшабность и мультигенерализованность), блочности (тематические блоки можно дополнять или видоизменять, не меняя структуры системы), эволюционности (возможность ретроспективного анализа, изучения динамики и тенденций изменения), многовариантности (экспертная система предлагает ряд сценариев развития), интеллектуальности (возможность комплексного многоаспектного моделирования в зависимости от групп факторов с применением систем искусственного интеллекта, нейронных сетей и алгоритмов решения нечетких задач), мультимедийности (взаимоувязанный набор пространственных и мультимедийных данных облегчает восприятие и принятие решений) [12, 16].
Результаты исследования
Применение АИС для охраны природного наследия в мегаполисе
Атласные информационные системы, являясь мощным средством хранения и обработки разнообразной информации, могут эффективно применяться для охраны природного наследия именно в мегаполисах, так как для них имеется огромное количество разнообразной, разномасштабной и разновременной информации. Большое значение имеет структура АИС с удобным поиском требуемой информации.
При неуклонно растущем населении, расширении территории, развитии транспорта, увеличении высотных строений и сокращении незапечатанных площадей в Москве постоянно и быстро сокращаются природные территории. Формально же суммарная площадь ООПТ города растет: например, в 2020 г. она была увеличена с 17 до 19 тыс. га. На территориях московских ООПТ и в ближайшем их окружении постоянно происходят процессы, негативно влияющие на состояние природной среды: нарушения рельефа, гидросети, почв, растительности, замусоренность территории, загрязнение и иссякание родников, весенние палы травы, из-за которых гибнет луговая флора и фауна, зарастание лугов, превышение рекреационной емкости, строительство высотных жилищных комплексов, коттеджных поселков и транспортных трасс, неправильное благоустройство парков и провальные экологические проекты [6]. Последние уголки естественной растительности, лесов со старовозрастными деревьями, укромными местообитаниями животных превращаются в демонстративные техноэкопарки с ресторанами, крупными спортплощадками, густой сетью дорог, удобных для велосипедистов, роллеров и самокатчиков, резким и плотно расположенным цветным освещением. Подобные сооружения рассекают природные ландшафты, пугают животных, лишают их естественной среды обитания (в наибольшей степени это относится к редким видам). Естественная растительность заменяется газонами (в худшем случае -- ковровыми), требующими постоянной стрижки шумными триммерами. Высаживаемые растения, привезенные из питомников, весьма часто не приживаются из-за отсутствия надлежащего ухода.