Из материалов международной конференции " Интеркарто - 6 " ( г. Апатиты, 22-24 августа 2000 г.).

Новиков М.А
Полярный НИИ морского рыбного хозяйства и океанографии, Мурманск
e-mail: larisa@pinro.murmansk.ru

Abstract. A method of usage of the standard Microsoft Excel appendix for Windows as an accessible table GIS is proposed. The usage of electronic spreadsheets is aimed at the preliminary organisation and processing of cartographic data bases for synthetic cartography on the basis of figured thematic materials. The method is supposed to be used, first of all, for the marine areas where the distribution of studied parameters in the space is a continual one. Excel gives an opportunity to build the acceptable map plot in the regime of the flat graph under the condition of a matrix kind of a figured material (a regular grid). In fact, doing a flat graph, Excel builds a map graph with the use of a method of equal intervals for classification. Under the algorithm of the calculation of thematic layers, choosing the «weight» of original indices etc., the electronic spreadsheets control immediately all changes in the synthetic map. The direct work with the synthetic map increases the efficacy of making the final conclusions.

Оценочное картографирование почти неизбежно носит синтетический (интегральный) характер. Оценка тех или иных генеральных экологических параметров, таких, например, как уязвимость экосистем, требует математических расчетов и статистического анализа тех базовых характеристик изучаемого природного комплекса (тематических слоев), на основании интеграции которых эта оценка выводится.

Развитие методов цифрового картографирования приводит к созданию так называемых электронных карт. Они представляют собой динамическую визуализацию цифровых карт при помощи видеомониторов и соответствующего программного интерфейса. Цифровая картографическая информация является частью информационной основы ГИС и обуславливает возможности ЭК при геомоделировании. Особенностью электронной карты является то, что она может быть организована как множество слоев (покрытий). Слои являются типом картографических моделей, которые построены на основе объединения (типизации) пространственных объектов, имеющих какие-либо общие свойства или функциональные признаки (Цветков, 1998).

Картографирование моря проводили на принципиальной основе технологий географических информационных систем (ГИС-технологий) с формированием базы данных в пределах ранее установленной акватории: диагональ 76 с.ш. 20 в.д. - 67 50 с.ш. 57 в.д. ГИС-технологии в простом и доступном виде были реализованы нами на основе приложения Microsoft Excel. Топографической основой служила карта промыслового районирования Баренцева моря, выполненная в равноугольной проекции по заказу Главного управления «Севрыба» в 1974 г. Разрешающая способность матрицы (таблицы) данных составила 1 «промысловый квадрат» - трапеция регулярной градусной сетки размером 10 x30 по широте и долготе, соответственно. Итого, на заданной площади при составлении каждой карты подвергалось обработке 3626 квадратов (= ячеек электронной таблицы), из которых 796 приходится на сушу. Последние квадраты по необходимости или обнуляли, или игнорировали. Базу данных формировали путем оцифровки «бумажных» карт нужного содержания или непосредственно (фондовые данные). Например, батиметрические характеристики моря на 4/5 основывались на банке данных, предоставленных сектором геологии моря ПИНРО, а недостающие глубины брали поквадратно из «Промыслового описания Баренцева моря» и заносили в таблицу. Оцифровку карт осуществляли «вручную» по собственной методологии, так как дигитайзером отдел морской и пресноводной среды ПИНРО на настоящее время не располагает. В случае с течениями, оцифрованный материал из известной карты-схемы А.И. Танцюры (1959) сразу интегрировали путем вычисления произведения скоростей течений на их устойчивость, и этот показатель выводили в качестве цифровой основы картограммы течений Баренцева моря.

Некоторые базовые картограммы составляли путем прямого поквадратного «накопления» промысловой информации, полученной за разные периоды времени (данные по треске, любезно предоставленные Н.А. Ярагиной) или на разных этапах сезонных циклов распределения биообъекта (мойва). В последнем случае итоговые данные выражались в величинах присвоенных им «весовых» баллов. Баллы, отражающие степень важности тех или иных сезонных скоплений мойвы, суммировали в случае перекрывания их акваторий в пределах астрономического года. Возможные варианты такого суммирования (7+10=17; 10+10=20; 10+10+7=27) нашли отражение в представленных картограммах.

Данные вносили в отдельные листы «книги» Excel, в результате чего создавался материал (цифровые карты), который впоследствии ложился в основу страниц комплексной карты акватории Баренцева моря. Подобная технология в целом соответствует ГИС растрового типа, которая хорошо подходит для описания объектов с непрерывно меняющимися свойствами. Были обработаны данные по распределению биомасс бентоса, мезопланктона, плотности скоплений эвфаузиид, мойвы, 0-группы трески, пикши, сайды, интенсивности промысла трески (характеризующей запас), батиметрии и параметрам течений Баренцева моря. В случае наличия необходимых материалов банк данных по распределению биоресурсов в теплые и холодные годы формировали отдельно (эвфаузииды, мойва).

По каждому из указанных показателей, используя принцип ранжирования или непосредственно, была построена предварительная картограмма-схема с помощью программных средств пакета Excel (поверхностная диаграмма). Ранжирование данных часто является важным этапом их классификации. По существу, при построении поверхностных диаграмм реализуется принцип равных интервалов, который задается во вкладке Шкала опции Формат легенды. Шкалирование при построении поверхностных диаграмм оказывается несколько более сложным, чем это может показаться на первый взгляд, но опытные пользователи в состоянии справиться с этой проблемой самостоятельно. Многие биологические данные, почерпнутые из соответствующего картографического материала, уже изначально классифицированы. Подобные классификации, как правило, носят дискретный, субъективный характер с неодинаковым шагом между классами. Поэтому оцифрованные данные нуждаются в дополнительном ранжировании для придания им равномерного континуального вида: 1, 2, 3, 4... и т.п. Затем цифровые значения легенды расшифровываются в названии картограммы.

Для получения нормальной, не перевернутой, поверхностной диаграммы необходимо в Исходных данных задать Ряды в столбцах, затем в Объемном виде установить Возвышение 90 и Поворот 90. Пример такой картограммы, отражающей распределение биомассы бентоса в Баренцевом море, представлен на рис. 1. Изображение на картограмме можно увеличить для разбора деталей в режиме предварительного просмотра; можно также детализировать картинку, выбирая в Области диаграмм опцию Исходные данные и задавая новый диапазон данных путем выделения необходимой части базовой таблицы. Базовая таблица (цифровая карта) содержит данные о координатах по широте и долготе в первом столбце и первой строке, соответственно. Координатные шкалы находятся в «закрепленных» областях (опция Окно - Закрепить области) и поэтому видны в любой точке цифровой карты.

Трехмерная графика из набора изобразительных средств Excel позволяет получить рельефные изображения карт, например, батиметрической карты. После «отмывки рельефа» путем подбора цветов теней можно получить что-то вроде гипсометрической карты дна Баренцева моря приемлемого качества.

Для получения более приемлемого картографического материала цифровые карты из Excel - матрицы данных - с помощью созданной макрокоманды «Координата» преобразовывали в столбец и совмещали со столбцами, содержащими соответствующие координаты промысловых квадратов по долготе и широте. В таком виде оцифрованные материалы могут восприниматься картографическими пакетами типа Surfer, MAG, Arcview и т.п. Кроме того, преобразование цифровой карты-матрицы в столбец дает возможность пользоваться такими функциями, как Сортировка и Фильтр. Сортировка позволяет после ее завершения выделить любую группу данных со сходными значениями (таксон) и по указателю количества строк в поле адреса ячейки (строка формул) определить долю выделенного таксона - области на карте - от всего изображения.

Завершающим этапом работы было поквадратное «суммирование» предварительно нормированных показателей, относящихся к разным объектам (темам), но расположенным на одной акватории (таблицы с общими полями), по методике, предложенной В.С. Тикуновым (1985). Нормирование проводили не по дисперсиям, а по алгоритму, рекомендуемому для создания оценочных карт (Тикунов, 1997). Этот алгоритм учитывает степень «оптимальности» нормируемого показателя в отношении его вклада в конечный результат. Данная нормировка дает возможность выразить отклонения всей системы показателей от наилучших или наихудших оценочных значений и тем самым правильнее с содержательных позиций соизмерить их между собой. Цель интеграции накопленного в виде комплексного цифрового атласа материала - построение синтетических оценочных карт, отражающих состояние биоресурсов или степени уязвимости тех или иных акваторий к антропогенному вмешательству. Учитывая существенный вклад долговременных климатических характеристик в распределение биообъектов в Баренцевом море, при наличии соответствующего материала картографирование по так называемым теплым и холодным годам вели отдельно (мойва, эвфаузииды). Таким образом, были получены две итоговые карты (рис. 2, 3).















































На синтетических оценочных картах акватория моря подразделена нами на 4 класса - зоны, отличающиеся различной уязвимостью к антропогенному воздействию, например, к эксплуатации минеральных ресурсов шельфа. Разделение на классы (таксоны) производится в Excel и Surfer равных (заданных) интервалов. В Arcview классификация производится встроенными в программу методами по выбору пользователя, из которых нам кажется предпочтительнее метод естественных границ.

При отработке алгоритма обсчета тематических слоев, подбора «весов» показателей и т.п. электронные таблицы позволяют мгновенно отслеживать все изменения в синтетической карте. Синтетическая картограмма выполнятся на «имеющемся» листе там же, где находится синтетическая цифровая карта-таблица. Непосредственно над картой располагается строка, на которой выводятся значения «весов», присвоенных каждому тематическому слою (теме атласа). «Веса» находятся в активных ячейках, т.е. их величины связаны формулой с ячейками цифровой карты. Изначально значения «весов» установлены как единица (1), затем эти величины в результате экспертной оценки или других соображений могут изменяться, и в каждом случае происходит полный перерасчет оценочной цифровой карты с одновременной визуализацией итоговой картограммы. Таким образом «живая» работа с синтетической картой существенно повышает эффективность принятия экспертных промежуточных и заключительных решений. Фактически, речь идет о создании в простейшем виде на основе ГИС-технологий растрового типа экспертно-информационной системы. Такая система, вероятно, может быть достаточно успешно использована для решения разного рода проблем, возникающих при эксплуатации биологических и минеральных ресурсов Баренцева моря.

Литература

1. Тикунов В.С. Метод классификации географических комплексов для создания оценочных карт // Вест. Моск. ун-та, сер. геогр, 1985. №4. С. 28-36.

2. Тикунов В.С. Моделирование в картографии. М., 1997. 405 с.

3. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М., 1998. 287 с.