Содержание к диссертации
Введение
1 Теоретические основы эколого-географической оценки допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафтов 11
1.1 Сущность понятия эколого-географическая оценка ландшафта при его мелиоративном освоении 11
1.2 Геосистемный подход к эколого-географической оценке ландшафта 21
1.3 Биоразноообразие, как критерий устойчивости ландшафта к его мелиоративному освоению 28
1.4 Дистанционные методы зондирования территории и возможность их использования для оценки биоразнообразия ландшафта 33
1.5 Особенности формирования баз знаний при автоматизированной обработке данных дистанционного зондирования 45
1.6 Принципы эколого-географической оценки ландшафта при его мелиоративном освоении 52
2 Методические основы эколого-географической оценки допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафтов 56
2.1 Основные методические положения эколого-географической оценки экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта 56
2.2 Метод получения исходных данных для оценки биоразнообразия ландшафта с использованием дистанционно пилотируемых летательных аппаратов 61
2.3 Метод формирования базы знаний для автоматизированного распознавания экотонов 70
2.4 Метод автоматизированного определения экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта по данным дистанционного зондирования 80
2.5 Методика определения экологически допустимого уровня упрощения структуры ландшафта при его мелиоративном освоении с использованием дистанционно пилотируемых летательных аппаратов 90
3 Апробация разработанной методики на примере природно-хозяйственной системы северо-востока Ленинградской области %
3.1 Физико-географическая характеристика ландшафтов модельной территории (северо-восток Ленинградской области) и особенности ее хозяйственной освоения 96
3.2 Формирование классификаторов информации для создания базы знаний разработанной методики 106
3.3 Эколого-географическая оценка допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафтов модельной территории с использованием разработанной методики и анализ полученных результатов 110
Заключение 114
Список литературы 116
- Геосистемный подход к эколого-географической оценке ландшафта
- Особенности формирования баз знаний при автоматизированной обработке данных дистанционного зондирования
- Метод получения исходных данных для оценки биоразнообразия ландшафта с использованием дистанционно пилотируемых летательных аппаратов
- Формирование классификаторов информации для создания базы знаний разработанной методики
Введение к работе
Актуальность исследования. Одним из направлений преобразования природной среды является ее мелиоративное освоение, которое представляет собой значительное или коренное изменение природных ландшафтов в интересах улучшения условий ведения сельского, лесного и других видов хозяйства или повышения комфортности проживания людей. Мелиоративные мероприятия обеспечивают сохранение и повышение плодородия земель, создают необходимые условия для вовлечения в хозяйственный оборот неиспользуемых и малопродуктивных земель, а также способствуют формированию рациональной структуры земельных угодий. Однако, в свою очередь, они приводят к неизбежному упрощению видового разнообразия ландшафтов, изменению режимов их функционирования, снижению природной устойчивости. Недоучет ландшафтных особенностей территории при ее мелиоративном освоении из-за несовершенства информационного обеспечения процесса принятия решений вызывает развитие негативных экологических процессов. Например, за период с 1991 по 2005 годы по этой причине площадь сельскохозяйственных угодий с негативными проявлениями возросла на 41,19 млн.га, в том числе за счет роста эродированных земель - на 4,70 млн. га; засоления, заболачивания, переувлажнения - на 4,64 млн. га; зарастания древесно-кустарниковой растительностью - на 19,63 млн.га; ухудшения технологических свойств и мелкоконтурности угодий - на 12,22 млн. га. Площадь мелиорированных земель сократилась на 4,28 млн.га, а находящихся в неудовлетворительном состоянии, достигло 3,56 млн. га. На территории 35 субъектов Российской Федерации возникли и стали активно развиваться процессы опустынивания [213]. В настоящее время около 70 млн. га земель подвержены эрозии и дефляции, 26 млн. га переувлажнены и заболочены, 12 млн. га засорены камнями, 7 млн. га засорены кустарниками и мелколесьем; более 1 млн. га подвержены опустыниванию, 180 тыс. га земель подвергнуты консервации вследствие их деградации [4].
Вопросам оценки состояния и территориальной организации, существующих природно-хозяйственных систем (ПХС), в том числе, природно-мелиоративных (ПМС), посвящено множество отечественных и зарубежных работ, отметим лишь некоторые из них: [39,40,44,68, 86,89,101,127,128,142, 144, 146, 150, 162, 164, 166, 168, 171, 179, 185, 187, 191, 203, 205, 220, 225, 229, 233, 237, 239, 252, 256, 262] и др. Однако, научно-методические основы эколого-географической оценки ландшафта при его мелиоративном освоении разработаны еще не достаточно. При этом, одной из важнейших проблем мелиоративного освоения территории является отсутствие современных методов и средств получения и обработки информации о природных объектах для определения экологически допустимого уровня упрощения структуры ландшафтов, неизбежно возникающего при их мелиоративном освоении.
Исходя из вышеизложенного, одной из важнейших задач мелиоративного освоения территории является совершенствование методов и средств информационной поддержки принятия решений по созданию природно-мелиоративных систем.
Наиболее эффективное решение этой задачи возможно только с использованием методов дистанционного зондирования (ДЗ) земной поверхности, обладающими неоспоримыми преимуществами перед контактными способами получения информации о характеристиках исследуемой территории. В дополнение к традиционным средствам ДЗ (космические летательные аппараты, самолеты, вертолеты, аэростаты и др.), в настоящее время широкое распространение получают дистанционно пилотируемые аппараты (ДПЛА), позволяющие с минимальными материальными и трудовыми затратами получать информацию необходимую для принятия решений по мелиоративному освоению территории. Основным достоинством ДПЛА по сравнению с традиционными методами является их высокая разрешающая способность при простоте съемочной аппаратуры, и, как следствие, приемлемое соотношение между качеством данных дистанционного зондирования и затратами на их получение. Основой для создания и возможности использования ДПЛА в народном хозяйстве являются успехи в области композиционных материалов, дешевых экономичных двигателей, микроэлектроники, датчиков, систем навигации и автоматического управления полетом, компьютерного управления и контроля, средств сбора, передачи и анализа данных. Последнее обстоятельство имеет немаловажное значение с учетом современных тенденций к созданию баз данных информации в информационном обеспечении управленческой мелиоративной деятельности на основе методов автоматизированного распознавания образов.
Однако, следует отметить, что широкое внедрение ДПЛА в практику природопользования ограничивается отсутствием научно-методических разработок по их применению.
На основании вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что актуальность диссертационного исследования очевидна.
Объект исследования. В качестве объекта исследования выступает географический ландшафт - генетически однородный природно-территориальный комплекс, характеризующийся относительным единством слагающих его природных компонентов.
Предмет исследования. Предметом исследования является разработка научно-методических основ определения экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта с использованием ДПЛА. При этом под мелиоративным освоением ландшафта мы понимаем проведение мелиоративных мероприятий по осушению территории, ликвидации закустаренности и мелкоконтурности угодий.
Методология исследования. В основу теоретической базы исследования заложены взгляды отечественных и зарубежных ученых по проблемам информационной поддержки принятия решений по созданию экологически безопасных и экономически эффективных природно-мелиоративных систем.
В диссертации применялись следующие методы исследований: монографический, математический, картографический и экспертных оценок.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является совершенствование методов информационного обеспечения принятия решений по мелиоративному освоению территории.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- изучить теорию эколого-географической оценки ландшафта при создании природно-мелиоративных систем и сформулировать принципы, закладываемые в основу исследования;
- определить и обосновать перечень показателей, характеризующих биоразнообразие ландшафта;
- разработать метод получения исходных данных для оценки биоразнообразия ландшафта с использованием ДПЛА;
- разработать метод формирования базы знаний для определения экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта;
- разработать метод автоматизированного определения экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта по данным дистанционного зондирования;
- создать методику, реализующую разработанные методы;
- апробировать созданную методику на модельной территории. Обоснованность и достоверность исследования. Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертационном исследовании, достигается использованием апробированной методологии и применением современных методов изучения природных объектов, а также практическим опытом по информационному обеспечению процесса проектирования природно-мелиоративных систем.
Научная новизна. В ходе диссертационного исследования впервые:
- определен и обоснован перечень показателей, участвующих в оценке экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта;
- разработан метод получения исходных данных для оценки биоразнообразия ландшафта с использованием ДПЛА;
- разработан метод формирования базы знаний для определения экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта;
- разработан метод автоматизированного определения экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта по данным дистанционного зондирования;
- создана методика, реализующая разработанные методы. Положения, выносимые на защиту:
• метод получения исходных данных для оценки биоразнообразия ландшафта с использованием ДПЛА;
• метод формирования базы знаний для определения экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта;
• метод автоматизированного определения экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафта по данным дистанционного зондирования.
Практическая значимость и внедрение. Практическая значимость заключается в том, что созданная методика эколого-географической оценки допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафтов, позволит повысить качество информационного обеспечения процесса проектирования природно-мелиоративных систем. Разработанная методика внедрена в практику в качестве составной части «Территориальной информационно-аналитической системы» для муниципального образования «Приозерский район Ленинградской области» (Муниципальный контракт № 06/2006 от 22.12.2006г.), что подтверждено актом о внедрении, полученного от ЗАО «Институт телекоммуникаций», ответственного за выполнение контракта.
Апробация результатов работы. Результаты выполненных исследований были представлены на следующих научно-практических конференциях: «Научно-технической конференции ФГУП «РНИИ КП», посвященной 60-летию предприятия 10-12 октября 2006г.» (М, 2006), научно-практической конференции «Санкт-Петербург и Ленинградская область в условиях глобализирующегося мира» (СПБ, 2006), Третьей военно-научной конференции Космических войск (ВКА им. А.Ф. Можайского, 2007).
Методологические и методические аспекты решаемой проблемы докладывались и получили одобрение на научных семинарах факультета АСУ и связи ВКА им. А.Ф. Можайского (2006-2007), инженерно-строительного факультета СПбГПУ (2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано три работы.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, пяти приложений, списка литературы, включающего 262 наименования.
В первой главе разработаны теоретические основы эколого-географической оценки допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафтов, сформулированы базовые принципы - методологические установки эколого-географической оценки ландшафтов. Определены методологические подходы к получению и анализу данных по мелиоративному освоению территории.
Во второй главе определены и обоснованы методические и технологические решения, составляющие основу оценки мелиоративного освоения ландшафтов. Разработаны технические решения по получению исходных данных для оценки биоразнообразия ландшафта с использованием дистанционно пилотируемых летательных аппаратов и их автоматизированной обработке. Приведено описание предлагаемой методики определения экологически допустимого уровня мелиоративного освоения ландшафтов с использованием дистанционно пилотируемых летательных аппаратов.
В третьей главе приведено описание экспериментальных исследований, выполненных на модельной территории (северо-восток Ленинградской области), сформулированы их результаты.
В заключении обобщены полученные научные и практические результаты диссертационной работы, сформулированы выводы, определены направления дальнейших исследований.
Геосистемный подход к эколого-географической оценке ландшафта
В основе рационального использования земельных ресурсов при их мелиоративном освоении, лежит геосистемная концепция, суть которой сводится к тому, что изучаемая территория рассматривается как совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных геосистем различных иерархических уровней. Под геосистемой понимается часть географической оболочки, элементы которой тесно взаимосвязаны и образуют определенную целостность, единство [19]. В отличие от экосистемы, в ней биотические и абиотические компоненты равноправны между собой. При их исследовании основное внимание уделяется пространственным закономерностям [87]. На современном этапе развития общества почти вся географическая оболочка вовлечена в хозяйственную деятельность и находится под влиянием интенсивной антропогенной нагрузки [58, 69, 153, 154, 168, 171,172, 192, 205, 233]. Поэтому подавляющее большинство геосистем по своему генезису и характеру являются природно-антропогенными системами [71, 72, 87, 147]. Такие системы рассматриваются как природно-хозяйственные (ПХС), подчеркивая тем самым, что антропогенное воздействие на природную среду обуславливается наличием хозяйственной деятельности. В нашем случае, наибольший интерес представляют природно-мелиоративные системы (ПМС), управление в которых осуществляется за счет саморегуляционной функции, присущей природной системе.
Бондарик И.Г., рассматривая экологические аспекты оптимизации управления этими системами, показывает, что формально они представляют собой пространственно-временную совокупность взаимодействующих естественных и искусственных компонент, эмерджентность которой оценивается ее продуктивностью при неограниченной длительности функционирования [37,38].
Анализ работ, посвященных проблематике применения геосистемного подхода к оценке и описанию функционирования различных видов территориальных образований [23, 24, 30, 33, 36, 61, 62, 66, 67, 100, 142, 188, 208,214,217] позволяет сформулировать его основные понятия и положения.
В геосистемах между их элементами протекают непрерывные процессы переноса вещества и энергии, это обуславливает возникновение прямых и обратных внутрисистемных связей. Элементы, коренным образом влияющие на их создание и устойчивость, называются системообразующими. Именно они обеспечивают целостность геосистем любого иерархического уровня.
Системные связи наиболее ярко проявляются в ядре геосистемы - ее пространственно ограниченной части, характеризующейся повышенной активностью системообразующих элементов. Следовательно, в любой геосистеме можно выделить ядро системы и переходные (верификационные) области, где системные связи ослабляются из-за влияния соседних геосистем. Состояние геосистемы определяется путем синтеза показателей, характеризующих изменения элементов изучаемой системы в конкретном пространстве и времени [8, 14, 18, 41, 73, 74, 99, 104, 200, 219, 256]. При этом геосистема рассматривается как пространственно-временная однородность. Состояния геосистем зависят от геоэкологических ситуаций, складывающихся в их пределах. При этом, под геоэкологической ситуацией будем понимать условия функционирования элементов геосистемы, влияющие на ее средо- и ресурсовоспроизводящие функции, обеспечивающие сохранение видового разнообразия и комфортность жизнедеятельности людей [62,75,119]. Многие исследователи рассматривая мелиорации, комплексно применяют экологический и геосистемный подходы в их изучении [52, 53, 136, 141, 143, 160, 173, 180, 185, 196]. Теоретические и прикладные вопросы мелиорации ландшафтов рассматривал Михно В.Б.. Главное внимание он уделял ландшафтно-экологическому обоснованию проектирования и создания мелиоративных систем, принципам и методам мелиорации природно-территориальных комплексов, анализу взаимодействия мелиоративных систем с ландшафтами [145]. Ковда В.А. рассматривает мелиорации как способ перестройки самоуправляемой экологической системы и превращения ее в управляемую, строго контролируемую, многокомпонентную агроэкосистему [136]. Шищенко П.Г. считает, что мелиоративную систему можно определить как систему, управляющую режимом функционирования современного ландшафта, преобразованного мелиоративными средствами для выполнения социальных функций, оптимальных по эколого-экономическим критериям [75]. Шульгин A.M., рассматривая сельскохозяйственную мелиорацию, выделяет в ней геоэкотехническую составляющую в виде четырех подсистем: подсистемы мелиоративных объектов и мероприятий; геосистемы - ПТК; подсистемы земледелия, размещения и чередования культур, мероприятий, машин и орудий; подсистемы управления и автоматизации [232].
В настоящее время в практике комплексных географических исследований при выделении геосистем по природным признакам широко применяются три основных способа дифференциации территории: ландшафтный и бассейновый и интегрированный басейново-ландшафтный способы [6,9,13,19,30,61].
Особенности формирования баз знаний при автоматизированной обработке данных дистанционного зондирования
Эффективность автоматизированной обработки ДДЗ напрямую зависит от способов накопления и использования дешифровочных признаков объектов распознавания. Вопросам их исследования и разработки посвящено множество отечественных и зарубежных работ [46, 49, 56, 57, 59, 60, 79, 80, 88, 112, 121, 130,137,139,210,254, 260]. Л. Смирнов, рассматривая способы автоматизации обработки ДДЗ, выделяет в качестве наиболее перспективного, объективизацию процесса дешифрирования [193]. В качестве практического применения он рассматривает формальную логическую модель представления знаний, предусматривающую выявление связей между прямыми и косвенными (включая, контекстуальные) дешифровочными признаками на основе средств математической логики. Т. Гаврилова, характеризуя такой подход, указывает на его труднореализуемость в тематических задачах, так как он предъявляет высокие требования и ограничения к обрабатываемым параметрам, формальному описанию предметной области в виде набора аксиом [56]. Эта логическая модель применима, в основном, в исследовательских системах. Изучая пути объективизации процесса дешифрирования, рассмотрим альтернативные модели представления знаний. Несмотря на большое разнообразие существующих моделей представления знаний, большинство авторов сводят их в следующие классы моделей [56, 216, 219, 223]: семантические сети, формальные логические модели, продукционные, фреймовые модели.
Семантические сети, представляемые в виде ориентированных графов (вершины - понятия, ребра - отношения между ними), требуют явного задания всех возможных реализаций отношений по типам: «класс - экземпляр класса», «свойство - значение», «экземпляр класса - пример экземпляра класса». Соответственно, недостатком этой модели является сложность в организации обучения, настройки на особенности обрабатываемых данных. Продукционные модели или модели, основанные на правилах, позволяют представить знания в виде предложений типа «Если (условие), то (действие)». Под «условием» понимается некоторое предложение-образец, по которому осуществляется поиск в базе знаний, а под «действием» - действия, выполняемые при успешном исходе поиска. В связи с высокой наглядностью механизма логического вывода, сравнительно легкой программной реализацией, продукционная модель чаще всего применяется в машинно-ориентированных экспертных системах.
Фреймовые модели, использующие абстрактные образы объекта в качестве прототипа распознавания, наилучшим образом подходят в задачах дешифрирования, поскольку позволяют отобразить многообразие знаний об объектах через структуры, обозначающие значимые свойства этих объектов. Другим достоинством этих моделей является удобство их реализации в системах управления базами данных (СУБД).
Объединение фреймовой и продукционной модели в рамках разрабатываемой экспертной системы, ее ядра - базы знаний позволит создать непротиворечивую и упорядоченную систему хранения, корректировки дешифровочных признаков, обеспечить многовариантность, допускающую разностороннюю оценку дешифровочного решения и выработку альтернативных решений и за счет этого, объективизировать процесс дешифрирования. Кроме того, необходимо учесть тот факт, что не все необходимые параметры при дешифрировании могут быть получены непосредственно из ДДЗ, некоторые из них определяются методами квалиметрического анализа, в частности, показатели контрастности основных растительных сообществ рассчитываются только методом экспертных оценок (методом парных сравнений). Введение блока квалиметрического анализа в разрабатываемую экспертную систему требует установления новых функциональных связей, обеспечения их непротиворечивости существующим. Осуществление вышеизложенных требований возможно в рамках объектно ориентированной (объектно-реляционной) архитектуры базы знаний.
Классификаторы информации в контексте рассматриваемой экспертной системы представляют собой упорядоченные наборы неповторяющихся (уникальных) взаимосвязанных понятий предметной области, определенных в рамках решаемой тематической задачи.
Блок выработки и анализа дешифрованного решения осуществляет расчет и анализ показателя достоверности машинной классификации (отнесения исследуемых данных ДЗ к известному классу) на основе данных обработки, выбираемых из базы данных. Блок экспертного анализа обеспечивает: - расчет показателей контрастности основных растительных сообществ по видам ландшафтов; - согласование рассчитанных показателей с классификаторами информации, структурами фреймов.
Метод получения исходных данных для оценки биоразнообразия ландшафта с использованием дистанционно пилотируемых летательных аппаратов
Рассматривая экотоны, как природные индикаторы биоразнообразия ландшафта, возникает задача определения их качественных и количественных характеристик. Наиболее эффективно эта задача решается дистанционным методом на основе многозональной съемки. Для получения ДДЗ о качественных и количественных характеристик экотонов в работе предлагается метод получения этих данных на основе ДПЛА.
Метод включает следующие основные операции (этапы): - планирование летно-съемочных работ; - выполнение летно-съемочных работ с использованием ДПЛА; - предварительную обработку результатов аэрофотосъемки; - создание координатно привязанной фотосхемы на исследуемую территорию и оценка ее точности. Рассмотрим содержание вышеперечисленных этапов. Планирование летно-съемочных работ включает в себя определение характеристик, необходимых для выполнения полетов ДПЛА. В состав характеристик, необходимых для обеспечения полетов ДПЛА, входят: - высота фотографирования; - базис съемки; - расстояние между маршрутами; - максимальное время выдержки; - интервал между экспозициями; - количество снимков в маршруте; - количество маршрутов; - общее количество снимков.
Для выполнения летно-съемочных работ выбирается вегетационный период развития растительного покрова, когда растительность хорошо дешифрируется. Летно-съемочные работы выполняются площадным методом путем прокладки прямолинейных параллельных маршрутов, как показано на рис. 2.1. Перекрытие снимков между собой (поперечное) должно составлять не менее 60%, а между маршрутами (продольное) - 40%. Выполнение данного условия гарантирует сплошную съемку местности без разрывов.
Съемку местности целесообразно осуществлять в двух зонах спектра -красной (Хщд)=0.68-0.7 мкм) и ближней инфракрасной (A.NIR=0.74-1.1 МКМ). В завершении летно-съемочных работ выполняется накидной монтаж фотоснимков, составляющий этап предварительной обработки результатов аэрофотосъемки. Он позволяет: - исключить из дальнейшей обработки снимки, для которых превышено предельное значение (3) хотя бы по одному из углов ориентации ДПЛА (тангажу, крену, рысканию), полученные при разворотах ДПЛА на концах маршрутов; проверить заданные перекрытия между снимками и между маршрутами.
Необходимость трансформирования снимков продиктована тем, что первичные изображения, полученные с использованием ДПЛА, геометрически искажены. Для устранения геометрических искажений применяется фотограмметрическая обработка снимков. Однако, съемка местности с применением ДПЛА имеет ряд особенностей, отличающих ее от традиционных способов съемки и влияющих на способы обработки. Первая особенность заключается в том, что низкая высота полета позволяет не учитывать искажения, вызванные кривизной Земли и рефракцией воздушных масс и, следовательно, использовать простую съемочную аппаратуру. Это позволяет применить сравнительно простой математический аппарат для выполнения операций трансформирования. Другая особенность выражается в сильной зависимости масштаба получаемых фотоснимков от рельефа, так как высота полета соразмерима с превышениями рельефа местности. Эта особенность вводит необходимость учета искажений рельефа в зоне съемки. Трансформирование точек снимка решается аналитическим методом, основанным на использовании коллинеарных уравнений, описывающих закон построения изображения для одиночного снимка в центральной проекции. Ниже приведен авторский подход к выполнению операции трансформирования изображения с использованием цифровой матрицы рельефа (ЦМР) для учета искажений, вызванных влиянием рельефа для всхолмленной местности.
Если степень мелиоративного освоения ландшафта определяется с точностью 1% от его площади [6], то площади ландшафтов и экотонов должны определяться с такой же точностью. Следовательно, на 1 га определяемой площади, погрешность не должна превышать 100 кв. м или на 100 м определяемого расстояния - 1м. Построим математическую модель определения относительной ошибки измерения расстояний по фотосхеме. Будем считать, что параметры, входящие в зависимости (2.9), (2.10), (2.11) не коррелируют между собой, т.е. ошибки измерения расстояний на фотосхеме в продольном и поперечном направлениях равны. В качестве расстояний будем рассматривать отрезки (/ ,) между центральными точками снимков, формирующих фотосхему.
Формирование классификаторов информации для создания базы знаний разработанной методики
В соответствии с изложенной во второй главе методикой, для оценки экологически допустимого уровня мелиоративного освоения исследуемой территории, в качестве эталонного, был выбран ландшафт, относящийся к камовым на песчаных валунных и песчаных отложениях внутри ледниковых озер, разной степени дренированности с сосновыми лишайниковыми и вторичными мелколиственными лесами на дерново-подзолистых, подзолисто-железистых, песчаных валунных и песчаных почвах в сочетании с болотно-подзолистыми и торфяно-болотными почвами (шифр ПТК 1.2, см. таблицу 3.1, рис. 3.1). Его выбор в качестве эталонного был обусловлен тем, что в связи с сильной расчлененностью, нем наиболее ярко выражены особенности видового разнообразия, свойственные изучаемой территории в целом. На территории множество камов и озерно-ледниковых впадин. Склоны холмов покрыты еловыми лесами. В местах вырубок произрастают вторичные мелколиственные леса. Межкамовые котловины, в основном, заболочены или заняты небольшими озерами.
Видовое разнообразие определялось раздельно с выделением доминантных основных растительных сообществ. Определение функциональных сообществ осуществлялось как с помощью сопоставления их флористического состава, так и на основе справочных данных [21, 115, 138, 140, 161, 167, 190, 224]. Поскольку между близкими видами контрастность не различима или слабо выражена, то осуществлялось их объединение по признаку принадлежности к растительным жизненных формам (экосистемам) -лесам, лугам и др. Таким образом, в качестве типов основных растительных сообществ приняты растительные экосистемы, характерные для изучаемой территории: лесные, луговые, экосистемы высшей водной растительности, болотные экосистемы. В свою очередь, болотные экосистемы подразделены на верховые и низинные.
Типы основных растительных сообществ представлены следующим образом: 1) Лесные. Включают: сосняки лишайниковые; ельники зеленомошные, зеленомошно-кустарничковые; березняки зеленомошно-кустарничковые; березняки высокотравные, мелкотравные; осинники мелкотравные, кустарничковые. 2) Болота низинные: с преобладанием тростника, осок, рогоза. 3) Болота верховые, включая переходные: грядово-мочажинные, с преобладанием пушицы, шейхцерии, клюквы. 4) Луговая растительность: вечнозеленые травы, бореальное мелкотравье, представленное летнезелеными травами, высокотравье, гигрофильные, луговые травы. К этому типу приурочены сельхозугодия. 5) Экосистема водных объектов. Классификатор видов ландшафтов разработан на основе легенды ландшафтной карты (см. таблицу 3.1). В его состав входят следующие классификационные единицы (виды ландшафтов): 108 1). Холмисто-моренные на суглинистых и супесчаных валунных и песчаных ледниковых и озерно-ледниковых отложениях; 2). Камовые на песчаных валунных и песчаных отложениях внутри ледниковых озер; 3). Абразионные равнины на суглинистых и супесчаных валунных ледниковых отложениях; 4). Аккумулятивные террасированные равнины на глинистых и суглинистых озерно-ледниковых отложениях; 5). Аккумулятивные террасированные равнины на песчаных озерно-ледниковых отложениях; 6). Аккумулятивные террасированные равнины на песчаных с гравием и галькой озерно-ледниковых и флювиогляциальных отложениях; 7). Озерные террасированные равнины на песчаных озерно-ледниковых отложениях; 8). Абразионные равнины на суглинистых и супесчаных валунных щебнистых ледниковых отложениях; 9). Аккумулятивные террасированные равнины на глинистых и суглинистых озерно-ледниковых отложениях; 10). Аккумулятивные террасированные равнины на озерно-ледниковых безвалунных глинах и суглинках; 11). Речная пойма на песчаных аллювиальных отложениях.
При формировании классификатора контрастности экотонов, сопоставлялись доминирующие виды растительности, характерные для большинства экосистем изучаемой территории. При этом учитывалось, что в силу присущего растительности свойства континуальности, в переходных областях будут соседствовать виды, принадлежащие разным экосистемам, в том числе, и эволюционирующие, обнаруживаемые только в переходных областях. Следуя этому подходу, экотоны будут обнаружены в переходных (пограничных) областях разных экосистем, где виды соседствующих экосистем будут иметь равноправное влияние.
Классификатор разработан с использованием метода парных сравнений. В экспертной оценке принимало участие 8 экспертов. Индекс согласованности составил 0.85. Графическое представление контрастности экотонов (числами обозначены: 1 - болота верховые - водные экосистемы; 2 - болота низинные - водные экосистемы; 3 - болота низинные - болота верховые; 4 - лесные - луговые; 5 - болота низинные - луговые; 6 - лесные - болота низинные; 7 - болота верховые - луговые; 8 - лесные - болота верховые; 9 - луговые - водные экосистемы; 10 - лесные - водные экосистемы)
Сравнительный анализ приведенных графических зависимостей показывает, что набольшей контрастностью обладают водно-наземные, болотные экотоны, наименьшей - экотоны, образованные взаимодействием видами наземной растительности.
Определение индексов биоразнообразия остальных ландшафтов изучаемой территории выполнялось с использованием ключевых участков. В пределах каждого ключевого участка обследовалась площадь не менее 25 кв. км. В качестве ключевых, выбирались участки, в которых наблюдалось максимальное видовое разнообразие, характеризующее контрастность исследуемого ландшафта. Для каждого участка по фотоснимкам, полученных с использованием ДПЛА, создавалась коррдинатно привязанная фотосхема, на которой с использованием эталонных значений вегетационных индексов, хранящихся в базе знаний, выполнялось дешифрирование основных растительных сообществ, выделение контуров экотонов и антропогенно освоенных территорий. На основе полученных данных выполнялся расчет плотности экотонов и контрастности каждого ландшафта по зависимостям (2.46), (2.47). В заключение осуществлялись расчеты индексов биоразнообразия по зависимости (2.45), степеней экологически допустимых уровней мелиоративного освоения ландшафтов (AM) по зависимости (2.48).
