Кадастр редких и исчезающих видов растений

Создание подобных кадастров (чаще всего они входят в состав других: лесного, растительного мира и др.) рассмотрим на примере Кадастра редких и исчезающих видов растений Иркутской области (Красная Книга растений Иркутской области), функционирующего как самостоятельный кадастр.

Он создан с целью учета, систематизации и анализа состояния и распространения редких, исчезающих, эндемичных и реликтовых видов растений бассейна озера Байкал с привлечением новых информационных технологий (геоинформационных технологий), основанных на комплексном использовании графических и тематических баз данных и внедрения многоаспектных оценок в задачах охраны и рационального природопользования в условиях неопределенности информации.

В основу базы данных кадастра положены Красной книги Иркутской области (т.1 Cосудистые растения - 167 видов из четырех отделов). Сотрудниками Государственного комитета по охране окружающей среды Иркутской области были эти данные обобщены и созданы семантические базы данных кадастра "Редкие и исчезающие виды растений" для геоинформационной системы (ГИС) ArcView. Сотрудники ИДСТУ СО РАН подготовили графические и тематические базы данных кадастра для его использования совместно с другими кадастрами и публикации в Интернет.

Для достижения поставленной цели (разработки и создания кадастров редких, исчезающих, эндемичных и реликтовых видов растений и животных бассейна озера Байкал) был решен ряд специфических задач, сформулированных ниже:

1. Сбор, анализ и систематизация имеющихся данных о редких, исчезающих, эндемичных и реликтовых видов растений и животных бассейна озера Байкал.

2. Уточнение и согласование со специалистами классификации растений и животных.

3. Анализ и адаптация программно-аппаратных средств для создания на базе геоинформационных технологий кадастров (информационно-картографических систем) редких, исчезающих, эндемичных и реликтовых видов растений и животных бассейна озера Байкал.

4. Разработка структуры семантической базы данных и ее наполнение.

5. Создание базы данных описания каждого вида растений и животных.

6. Создание электронной (векторной) топоосновы.

7. Нанесение на топооснову тематических слоев, т.е. мест произрастания и местообитания редких, исчезающих, эндемичных и реликтовых видов растений и животных бассейна озера Байкал.

8. Подбор и перевод в электронный вид рисунков и фотографий отдельных видов растений и животных.

9. "Подвязывание" семантической базы данных и базы данных описания каждого вида растений и животных к тематическим слоям, т. е. создание единого кадастра.

Разработка классификатора

Во-первых, при создании кадастров в первую очередь была уточнена классификация. Выделено три царства – растения, грибы и животные. Каждое царство подразделяется на отделы (для животных - типы), отделы – на классы, классы – на порядки (для животных – отряды), порядки - на семейства, семейства – на роды и в каждом роду выделяются виды. Классификация даётся на русском и латинском языке. Она имеет форму матрицы (таблицы) и является по сути семантической базой данных. По этой классификации легко производить поиски и выборку нужной информации.

Во-вторых, на базе топоосновы масштаба 1:1750000 составлена электронная векторная карта (топооснова) Иркутской области, на которую наносятся тематические слои, то есть места обитания растений, грибов и животных. К тематическим слоям подвязывается семантическая база данных.

В третьих, производится сканирование рисунков и фотографий отдельных видов растений, грибов и животных и занесение их в базу данных в виде отдельных файлов.

В четвёртых, создаётся база данных описаний каждого вида растений, грибов и животных, которые также хранятся в виде отдельных файлов. Электронная топооснова с наложенными на неё тематическими слоями и семантическая база данных образуют единый кадастр. При желании в любое время по линии горячей связи можно обратиться к файлам рисунков и описаний видов для получения информации по ним и вывода её на экран.

В кадастр занесено 167 видов сосудистых растений. Кадастр позволяет производить не только быстрый поиск нужной информации, но и увидеть карту местообитания данного вида (или рода, семейства и т.д. или любую другую комбинацию) растений, внешний вид (рисунок, фотография) этого растения и его описание. Кроме того, при желании можно получить эту информацию на твёрдом носителе (распечатку) (Рис. 1 и 2).

Рис. 1. Интерфейс ГИС-системы Кадастра редких и исчезающих видов растений Иркутской области России.

Рис. 2. Интефейс ГИС-системы Красная книга растений Иркутской области России.

Данный кадастр наряду с кадастрами "Редкие и исчезающие виды животных", "Особо охраняемые природные территории", "Растительные ресурсы" и др. составляют ресурсный блок кадастров по Иркутской области. Все они связаны с экологическим блоком, образуя единую ГИС "Иркутская область". Единство геоинформационной системы осуществляется посредством единого программного обеспечения, единой топоосновы и единых принципов создания. К тому же все кадастры создаются по единому принципу. Поэтому мы, например, можем рассматривать одновременно загрязнение водной среды, воздушной среды и почв на определённой территории и состояние редких и исчезающих видов растений на территории какого-либо заказника или заповедника и проводить анализ с целью принятия управленческих решений. Реализована также интерактивная Интернет-версия кадастра.

Кадастр  "Редкие и исчезающие виды растений Селенгинского Прибайкалья". В рамках этого проекта был создан кадастр и реализовано дополнительное программное обеспечение - геоинформационный модуль (ГИМ) на языке Avenue системы ArcView GIS (ESRI) - для решения задач инвентаризации и визуализации баз данных кадастра.

На первом этапе создания таких систем решаются задачи инвентаризации и визуализации данных многолетних исследований и наблюдений. Требования, которые предъявляются к системам, обеспечивающих решение этих задач, включают: упрощенный интерфейс, оперирование с пространственно-связанными объектами, простоту использования собственных баз данных, гибкость настройки на стандартные форматы.

При этом межобъектная топология и интерфейс для конечного пользователя являются в ряде случаев определяющими факторами, в силу которых предпочтительно использование не готового коммерческого продукта, а разработка собственных приложений - так называемых геоинформационных модулей (ГИМ) (Бычков и др., 1999).

В качестве базовой среды разработки геоинформационного модуля Кадастра "Редкие и исчезающие виды растений Селенгинского Прибайкалья".используется настольная ГИС ArcView с масштабируемой архитектурой, которая позволяет, как создавать, так и внедрять новые модули расширения: не затрагивая весь продукт, имеется возможность добавлять ГИМ, разработанные на внутреннем языке Avenue, которые также можно инсталлировать и после установки самого продукта. Например, можно настроить интерфейс пользователя, изменить стандартные инструменты, разработать и внедрить в комплекс конечное приложение как геоинформационный модуль.

Функциональную полноту разработанного и реализованного модуля (рис. 3) обеспечивают сценарии (скрипты), каждый из которых реализует определенное действие: удаление, изменение записей в базе данных, создание интерфейса пользователя, обеспечение функций поиска, демонстрацию данных, видео- и графических файлов и т.д. и функционально разделены на четыре группы:

1. взаимодействие с картографической базой данных - "Точки", "Полигоны", "Линии" и др.;

2. взаимодействие с семантической базой данных - "Виды", "Сообщества" и др.;

3. демонстрация данных;

4. построение интерфейса пользователя.

Рис. 3. Структурно-функциональная схема ГИМ

"Species Encyclopedia Viewer"

Созданный ГИМ, обеспечивает отображение и редактирование атрибутивных данных в базах данных "Виды растений" (рис. 4) и "Места сбора" (рис. 5), а также построение информационно-поисковой системы, использующей либо интерфейс от приведенных БД, либо непосредственно от картографического представления.

Исходными данными для модуля Species Encyclopedia Viewer являются:

- картографические данные в форматах доступных ГИС фирмы ESRI;

- семантические данные в виде баз данных формата dBASE IV. В зависимости от структуры БД динамически создается интерфейс пользователя и дальнейшее взаимодействие осуществляется с помощью ГИМ и ArcView GIS;

-  мультимедийные данные в форматах ОС Windows.

Информационно-поисковые системы, создаваемые с использованием описываемого модуля позволят пользователю, манипулирующего картой, выбирать на карте объект имеющий атрибутивные данные специфического характера, получать списки "привязанных" к этому объекту элементов (например, виды редких растений,, обнаруженных в "местах сбора") и др., и в агрегированном виде (рис. 6) демонстрировать этот набор.

Рис. 4. Интерфейс к БД "Виды растений"

Рис. 5. Интерфейс к БД "Места сбора"

Рис. 6. Комплексное представление информации об объекте.

В ходе реализации проекта была показана возможность внедрения дополнительного программного обеспечения в виде ГИМ при построении клиентского места для работы предметного специалиста по инвентаризации и визуализации атрибутивных баз данных на примере ГИС "Редкие и исчезающие растения Селенгинского Прибайкалья".