современные методы географических исследований

аналогичной картине распределения стран по оценочным группам. Лишь средние третья и чет- вертая группы в некоторых случаях сливаются вместе. Это свидетельствует о достаточной жест- кости границ между группами. Но сколь объективен этот вариант классификации при анализе его с содержательных позиций? Для этого с проведенным экспериментом были ознакомлены три страноведа, которые занимаются вопросами типологии стран.

После анализа результатов автоматической классификации никто из специалистов- экспертов не согласился со всеми деталями группировки стран. Далее каждому из них неза- висимо друг от друга было предложено определить оптимальное, с их точки зрения, коли-

чество оценочных групп и для каждой из групп привести в качестве эталона по одной или нескольку стран. В качестве таких эталонов 1-й эксперт выбрал: 1 — Аргентину и Мекси- ку; 2 — Замбию и Гватемалу; 3 — Кувейт и Ливию; 4 — Таиланд; 5 — Нигер; 2-й эксперт выбрал: 1 — Сингапур; 2 — Аргентину; 3 — Саудовскую Аравию; 4 — Бирму; 5 — Централь- ноафриканскую Республику, Чад, Непал. Наконец, 3-й эксперт выбрал: 1 — Сингапур; 2

— Аргентину; 3 — Иран и Таиланд; 4 — Алжир и Ливию; 5 — Индию и Индонезию; 6 — Замбию и Нигерию.

Реализация алгоритма классификации «с учителем» на основе отобранных эталонов позволила получить три соответствующих варианта группировки стран:

Кроме того, позднее каждому из экспертов. Было предложено вручную расклассифициро- вать все страны. В этом случае классификации оказались следующими.

41

лем» в той или иной мере приближаются к автоматической классификации. Эти варианты со- четают в себе интуитивные, эвристические взгляды каждого из специалистов по теме иссле- дования, вплетенные в ткань формально-статистической классификации, основанной на ис- ходной системе признаков-индикаторов уровня развития стран.

Субъективизм ручной классификации, несомненно, в какой-то мере присущ и класси- фикации «с учителем». Наиболее объективна классификация в автоматическом режиме, однако сразу же следует оговориться, что только в пределах выбранной системы показате- лей. Если в случае ручной классификации специалист привлекает самую разнородную ин- формацию и знания, то машина ограничена лишь теми немногими количественными по- казателями, набор которых должен выразить зачастую чрезвычайно сложные географиче- ские комплексы, что, естественно, не всегда удается. В этом смысле для автоматической классификации очень важен этап подбора исходной информации.

Сравнения результатов автоматического определения уровней экономического разви- тия стран с другими аналогичными исследованиями, выполненными на основе иного стати- стического материала, оказываются достаточно близкими. Ранжирование стран по уровню социально-экономического развития, приведенное в работе, из которой мы заимствовали статистический материал (30), практически полностью совпадает с результатами автоматиче- ской классификации. Заметим, что, на наш взгляд, ранжирование стран по уровню развития ме- нее целесообразно, чем их группировка в классы, так как во втором случае нивелируются не- большие различия между странами, а рубежи выбираются там, где контрасты между уровнями развития стран существенны.

Литература к главе I II

1. А н у ч и н В. А. Географический фактор в развитии общества — М.: Мысль, 1982.

ториальных структур // Теория и методика экономико-географических исследований.— М.,

43

17.Н и в е р г е л ь т Ю., Ф а р р а р Дж., Р е й н г о л д Э. Машинный подход к решению математических задач.— М.: Мир, 1977.

18.П е т р о в П. В., Т и к у н о в В. С. Моделирование и картографирование на ЭВМ пространственно-временного развития географических явлений методом Монте-Карло //

Известия ВГО.— 1986.— Т. 118.— Вып. 1.— С. 67—74.

20.Т и к у н о в В. С. Имитация пространственного развития явлений на примере гра- витационной модели распространения эпидемий и их картографирование // Геодезия, картография и аэрофотосъемка. — Львов: Вища школа, 1981.—С. 104—110.

21.Т и к у н о в В. С. О формальных и эвристических компонентах «машинной» классификации и картографирования географических комплексов // Известия АН СССР, серия геогр.— 1982.— № 2.— С. 123—128.

Lateinamer.— 1978.— 6.— № 2.—S. 327—338.

31.G r i f f i t h D. A. Toward a theory of spatial statistics: anotherstep forward // Geogr.

44

стоящего времени, главным образом благодаря их относительной дешевизне при изучении незначительных по площади территорий. Известно применение данных снимков для изуче- ния растительности, типов использования земель, в том числе сельскохозяйственного, для нужд гидрометеорологии и геологии и при комплексных исследованиях природной среды.

Новая эра в дистанционном зондировании Земли открылась со времени запуска первых искусственных спутников Земли в 1957 г. в СССР и в следующем году в США, хотя, собст- венно, первые запуски не преследовали цель изучения Земли космическими средствами. Первые полеты на пилотируемых космических кораблях бывшего СССР и США — «Восток-1» (космо- навт — Ю. А. Гагарин, 1961 г.) и «Mercury МА-4» (астронавт Д. Гленн, 1962 г.) также не ставили таких задач. Но уже со времени второго пилотируемого полета Г. С. Титова произво- дилась съемка Земли. С американского корабля «Mercury МА-4» также были получены пер- вые фотографические снимки. В качестве съемочной аппаратуры использовались ручные фотокамеры.

Если в результате первых полетов получались десятки снимков, то уже к середине 60-х гг. с кораблей «Gemini» было получено более 1000 фотографий, причем большая их часть на цветной пленке и с высоким разрешением на местности — до 50 м. Однако район съемки ограни- чивался приэкваториальными поясами Земли.

Существенный прогресс в получении фотографических снимков внесли полеты «Apollo», и прежде всего с точки зрения оптимизации выбора фотографических материалов, отработки ме- тодики ориентации камер по отношению к Земле и др. С космических кораблей данной серии впервые (8—12 марта 1969 г.) произведено фотографирование в разных спектральных ин- тервалах, что положило начало многозональной фотографии. Первое фотографирование син- хронно осуществлялось четырьмя камерами на разных пленках и с разными светофильтрами.

Программа полетов космических кораблей «Союз» вначале мало внимания уделяла фото- графированию Земли, но с конца 1969 г. была сильно расширена. Охват территории не огра- ничивался приэкваториальными районами, но все-таки был не очень широким. Представляет

интерес проведение подспутниковых экспериментов по синхронизации космических съемок с самолетными и экспедиционными. Многозональные фотографии были получены в 1973 г. при фотографировании девятиобъективной камерой. С корабля «Союз-7» (1969 г.) проведено спек- трографирование земной поверхности, т. е. получение и регистрация спектральных отражатель- ных характеристик объектов.

Подобные подспутниковые эксперименты позволили дать объективную оценку информа- тивности различных видов космической съемки, заложить основы космических методов гео- графических исследований, установить оптимальное соотношение космической, аэро- и наземной съемок при проведении конкретных исследований. Вместе с тем подспутниковые эксперименты приобрели большое научное значение, расширяя наши представления о пере- даточной функции атмосферы, закономерностях генерализации изображений с уменьшени- ем их масштабов, оптических свойствах географических объектов, пространственной структуре ландшафтов и т. д.

Снимки с высоким разрешением на местности (порядка 10—12 м) получены с орби- тальных станций «Салют» и «Skylab», для чего широко использовались спектрозо-нальные съемки и новые съемочные камеры, например МКФ-6, а также приборы для обработки снимков.

Однако при высоком качестве изображения фотографические снимки выполняются не систематически. Лишь в отдельных случаях возможно получение повторных снимков на од- ну и ту же территорию. Из-за эпизодичности съемок и трудностей, связанных с облачно- стью, регулярное покрытие территории таким видом съемки пока не обеспечивается, поэто- му широкое распространение получила телевизионная съемка. К ее преимуществам по срав-

нению с обычной фотографией относится также получение сигналов в форме удобной для их автоматизированной фиксации на Земле, хранения и обработки на ЭВМ. В этом слу- чае не требуется возвращать на Землю кассеты с фотопленкой.

Первая телевизионная съемка Земли выполнялась с американских метеорологических спутников «Tiros» с начала 60-х гг. В нашей стране первые телевизионные съемки Земли осуществлены со спутников «Космос». Так, работа двух из них («Космос-144» и «Космос-

46

156») позволила создать метеорологическую систему, впоследствии разросшуюся в специ- альную службу погоды (система «Метеор»).

Глобальную телевизионную съемку Земли осуществили спутники «ESSA». Несмотря на ряд трудностей, связанных с искажениями, возникающими за счет сферичности Земли при охвате больших площадей (до 6 млн. км) и относительно низком разрешении на местно- сти, они нашли широкое применение в географических исследованиях при изучении снеж- ного покрова, влажности почв, атмосферных процессов и др.

Телевизионные снимки стали получать с ресурсных спутников. Сюда относятся снимки советских спутников, работающих по программе «Метеор — Природа», и американских спутников «Landsat». Снимки, полученные с помощью аппаратуры «Фрагмент» («Метеор») и многозональной сканирующей системы MSS («Landsat»), характеризуются разрешением на местности около 100 м. Важно, что съемка выполняется в четырех диапазонах видимой и ближней инфракрасной части спектра и возможно получение цветных синтезированных сним- ков.

На сканерных снимках хорошего качества, особенно на цветных синтезированных снимках, выделяются в целом те же объекты, что и на фотографических снимках, но при этом обеспечивается регулярная повторяемость съемки и удобство автоматизированной обра- ботки снимков, которые поступают в цифровом виде. Поэтому, при сохранении всего пере- численного выше широкого круга решаемых по этим снимкам задач, на первое место при ис- пользовании сканерных снимков выступают задачи оперативного контроля состояния природ- ной среды и антропогенных образований, за их изменениями, в том числе сезонными.

Первым спутником, нацеленным на исследование природных ресурсов Земли, стал «ERTS», дававший разрешение на местности в 50—100 м. Съемка со спутника «Landsat-4» с помощью аппаратуры «Thematic catographer» позволила добиться разрешения в 30 м при уве- личении числа спектральных каналов в видимой и ближней инфракрасной области спектра до 6. Еще большее разрешение (до 10 м) у снимков с французского спутника «Spot», здесь обеспе- чивается получение стереопар, а также регулярность повторения съемки. Для изучения при-

родных ресурсов используется также многозональная съемка телевизионными сканирующими системами спутников «Метеор».

С 1972 г. с введением в эксплуатацию первого ресурсного искусственного спутника Земли (ИСЗ) «ERTS-1», а затем и последующих, обеспечивающих высококачественную регу- лярную съемку земной поверхности с периодичностью 18 суток с большой обзорностью и высо- ким пространственным разрешением, легко доступную потребителям, начался наиболее плодо-

творный период применения материалов космической съемки в научных и практических целях во многих странах мира. Были сделаны новые географические открытия, обнаружены место- рождения различных полезных ископаемых и т. д. Во многие науки о Земле прочно вошел этот метод исследований, позволивший существенно расширить возможности традиционных гео-

графических исследований и подняться на более высокую ступень познания закономерностей строения и функционирования географической оболочки Земли.

В нашей стране в народнохозяйственных целях введен в эксплуатацию ИСЗ «Ресурс-Ф»,

обеспечивающий синхронное многозональное и разномасштабное фотографирование земной поверхности. Черно-белая съемка в трех зонах видимой и ближней ИК областей спектра, а также спектрозональная съемка осуществляются в масштабах 1:1000000 и 1:200000 с про- странственным разрешением снимков соответственно 30 и 10 м.

Материалы космической съемки, полученные с этого спутника, нашли широкое применение в научных исследованиях и различных отраслях хозяйства. Особенно велико его значение при комплексном и тематическом картографировании земной поверхности. В настоящее время применение космических снимков стало нормой картографического производства. Они исполь- зуются при составлении оригинальных и обновлении ранее созданных карт, обеспечивая высо- кую точность передачи конфигурации картографируемых объектов, получение сопоставимых сведений об объектах и явлениях, распространенных на обширных площадях, в один временной период, а также гарантируя необходимую периодичность съемки для современного обновления карт. Материалы космической съемки легли в основу составления нового вида картографи- ческой продукции — фотокарт топографических, общегеографических и тематических различ-

47

ных масштабов. В 1978 г. была создана первая космофототектоническая карта Арало- Каспийского региона масштаба 1:2500000. За рубежом опубликованы цветные и черно-белые фотокарты и фотоатласы на отдельные государства и материки.

Следует сказать, что объектом телевизионной съемки служит не только Земля, но и це- лый ряд других планет или космических тел. Можно вспомнить съемки Луны станцией «Луна», «Surveyor», «Ranger», Венеры — «Венера»; Марса, Венеры, Меркурия — с аппаратов «Mariner», «Viking»; съемки кометы Галлея и др.

Упомянем также о фототелевизионных снимках, совмещающих достоинства фотографиче- ского метода, и, прежде всего высокое разрешение на местности, и телевизионных. Первые фототелевизионные снимки получены станциями «Луна-3» и «Зонд-3» для невидимой с Земли стороны Луны, Марса — «Марс-4» и «Марс-5» и др.

Вцелях популяризации материалов космической съемки в ряде стран выпускают хорошо иллюстрированные альбомы и атласы цветных снимков, полученных с советских и американ- ских космических летательных аппаратов. Среди них опубликованная в СССР монография «Планета Земля из космоса» (1987), совместное советско-американское издание «Наш дом — Земля» (1988), отечественные альбомы по методике дешифрирования многозональных аэрокос- мических снимков (1982, 1988), вышедший в США атлас Северной Америки (1987), издан- ные в ФРГ альбомы снимков земной поверхности (1981), в Венгрии — национальный фото- атлас и многие другие.

Внашей стране организованы два центра получения, первичной обработки и распростра- нения космической информации — Государственный научный и производственный центр «Природа» (Госцентр «Природа») для работы с фотографической информацией долговремен- ного использования и Государственный научно-исследовательский центр исследования при- родных ресурсов (ГосНИЦИПР) для работы с оперативной сканерной информацией.

Помимо составления программ съемки и аккумулирования полученных материалов, цен- тры выполняют их первичную обработку — привязку, аннотирование, облегчая их дальнейшее использование. По заказу потребителей выполняются и более сложные виды обработки, раз- личного рода преобразования снимков. Оперативная информация, предназначенная для авто- матизированной обработки, может быть получена в виде магнитных лент для удобства ис- пользования при работе на ЭВМ.

СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Космические методы — это методы изучения структуры и развития географической сре- ды по материалам космической съемки, полученным с помощью регистрации отраженного сол- нечного и искусственного света и собственного излучения Земли с космических летательных ап- паратов. В основе географических исследований с помощью космических методов лежит теория оптических свойств природной среды, обусловленных взаимодействием солнечного излучения с географической оболочкой. Дешифрирование снимков основано на использовании корреляционных связей между параметрами географических объектов и их оптическими ха- рактеристиками.

В настоящее время географы располагают чрезвычайно разнообразными видами косми- ческой информации, пригодной для исследований как физико-, так и экономико- географических явлений. Это снимки во всех диапазонах спектра электромагнитных волн, ис- пользуемых в современных дистанционных методах — видимом и ближнем инфракрасном, теп- ловом инфракрасном и радиодиапазоне (микроволновом и ультракоротковолновом).

Космические снимки земной поверхности являются моделями местности, отражающими реальную географическую ситуацию на момент съемки. Наиболее ценными их свойствами являются: 1) комплексное изображение ландшафтной структуры, включая основные природ- ные и антропогенные компоненты; 2) широкий спектральный диапазон съемки, о чем сказано выше; 3) высокая обзорность снимков (они могут охватывать площади от 10 тыс. км2 до полушария Земли в целом); 4) большое разнообразие масштабов съемки (крупнее 1:200000 — 1:100000000); 5) различная периодичность съемки — от десятков минут до десятков лет; 6)

48

многократное покрытие съемкой земного шара.

Космические методы удачно дополняют традиционные наземные и аэрометоды. Их совме- стное использование обеспечивает географические исследования одновременно на локальном, региональном и глобальном уровнях. Естественно, что они активно используются не только в науках географического цикла, но и в геологии, почвоведении, а также в отдельных отрас- лях хозяйства.

Наиболее широко дистанционная съемка применяется в физической географии. В гео- морфологии эффективно применение космических методов при проведении морфо-структурного и морфоскульптурного анализа и картографирования рельефа, его многолетней динамики, при- родных и антропогенных процессов рельефообразования. В гидрологии по дистанционным изо- бражениям изучают морфологические и морфометрические характеристики водных объектов, прослеживают гидрологический режим водных объектов, проводят моделирование стока, кар- тографирование гидрологической сети.

В почвоведении по космическим снимкам успешно устанавливают пространственную диф- ференциацию почвенного покрова и проводят его картографирование, определяют многие па- раметры почв, такие, как гумусность, механический состав, засоленность, влажность, темпера- тура. Такие исследования особенно важны при оценке плодородия почв на возделываемых зем- лях, разработке комплексных мелиоративных мероприятий, подборе севооборотов и т. д. В био- географии с помощью разномасштабных снимков выявляют и картографируют пространствен-

В ландшафтоведении космические методы широко применяют при изучении и картогра- фировании пространственной структуры, сезонной ритмики и многолетней динамики ландшаф- тов, в палеогеографических исследованиях. По снимкам распознают разнообразные природные ландшафты, их антропогенные модификации и техногенные комплексы. В целях охраны природы по дистанционным изображениям проводят комплексные природоохранные исследования, осу- ществляют контроль негативных процессов обезлесения, саваннизации, опустынивания и мно- гих других. Вместе с тем осуществляют оценку антропогенного воздействия на природную среду, а также контроль загрязнения воздушного и водного бассейнов, снежного покрова, земной поверхности.

Большой интерес представляет применение космических снимков при изучении генезиса и истории развития естественных ландшафтов. Приведем примеры дешифрирования археологиче- ских объектов ландшафтно-генетических рядов, форм реликтового рельефа, гидрографической сети, фрагментов древних почв.

Калмыцкими учеными с помощью материалов космической съемки, аэроснимков и назем- ных исследований составлена обзорная археологическая карта Калмыкии, а также археоло- гические картосхемы Сарпинской низменности и зоны черноземельной оросительно- обводнительной системы на площади 25,8 тыс. км2. По космическим снимкам опознаны места древних поселений, курганы, руины строений, древняя дорожная сеть, староорошаемые земли, высохшие русла рек, в том числе древние русла Волги.

Применение космических методов исследования дает положительные результаты при изу- чении генезиса географических объектов. По фотоснимкам, полученным с орбитальной станции «Салют» в 1975 и 1978 гг. и с ресурсного ИСЗ «Космос» в 1979 г. было выяснено происхож- дение горного озера Искандеркуль, расположенного к северу от Гиссарского хребта в Таджи- кистане. Ранее относительно его происхождения существовало две различные гипотезы, одна из которых предполагала моренный характер образования озера, другая — его возникновение в результате обвала. Анализ снимков позволил установить, что причиной возникновения озера послужил крупный обвал, вызванный, судя по всему, землетрясением, сопровождавшийся оползнями и селевыми потоками, перегородившими долину р. Искандердарья плотиной высо- той 400 м. Такие исследования крайне актуальны, так как подобное происхождение харак- терно для многих горных озер, в частности для Сарезского озера, возникшего на Памире в 1911 г. в результате образования Усойского завала. Решение вопроса будущего хозяйственно- го использования вод пресных горных водоемов требует всестороннего изучения их происхож- дения.

49

Комплексные исследования истории развития ландшафтов с учетом природных и ан- тропогенных факторов формирования по космическим снимкам имеют самостоятельное науч- ное значение, а также позволяют наиболее объективно оценить современные процессы ланд- шафтообразования и выделить тенденции будущих преобразований.

Вэкономической географии космические методы применяются менее широко. В геогра- фии сельского хозяйства основное внимание уделяется определению земельных угодий и оцен- ке их нарушенности, вычислению урожайности посевов, продуктивности пастбищ, контролю за функционированием мелиоративных систем, сельскохозяйственному картографированию. В географии населения и транспорта с помощью космических снимков анализируют структуру, функционирование и динамику населенных пунктов, проводят картографирование расселе- ния, уточняют распределение и динамику транспортной сети.

Ряд научных разработок используется в практических целях. В метеорологии разработана

ивнедрена в производство технология применения материалов космических съемок земной по- верхности при прогнозах погоды, в геологии — при определении районов поиска полезных иско- паемых, в гляциологии — при прогнозах ледовой обстановки в арктических морях в нави- гационный период, в ландшафтоведении — при оценке пригодности конкретных видов ис-

пользования земель и прогнозах изменений структуры земельного фонда при определенных формах хозяйственной деятельности и др.

Для географических исследований разработаны общие принципы и методы обработки ма- териалов космической съемки. Сюда относится дешифрирование космических снимков и других видов дистанционной информации, передача в картографической форме результатов исследо- ваний, проведение картометрического анализа с последующей статистической обработкой дан- ных, применение математических методов для описания географических явлений и выявления закономерностей, осуществление автоматизированной обработки материалов космической съемки, а также моделирование исследуемых ситуаций в фотографической, графической, карто- графической и численной форме.

Воснове изучения природной среды космическими методами лежит дешифрирование снимков. По существующей методике оно осуществляется на базе знания географической ситуа- ции на исследуемой территории с привлечением текстовых и картографических материалов, а при необходимости и полевых исследований. Общая методика дешифрирования космических сним- ков к настоящему времени разработана достаточно детально на базе методики, принятой ранее в аэросъемке. Вместе с тем комплексное дешифрирование природной среды имеет свою спе- цифику. Комплексное дешифрирование основано на важнейшем свойстве природной среды — тесной взаимосвязи и зависимости всех ландшафтных компонентов. Большая роль в его осу- ществлении принадлежит индикационному дешифрированию, позволяющему наиболее объек- тивно охарактеризовать современные ландшафты, их связь с геологическими и гидрологиче- скими условиями территории и зависимость от экономических и социальных факторов.

Конечным результатом дешифрирования снимков обычно является составление схем де- шифрирования или географических карт. В настоящее время использование космических сним- ков стало нормой картографического производства. Результаты комплексного географического картографирования показывают высокую достоверность, точность, хорошую сопоставимость отраслевых карт и их уникальное значение для прикладных географических исследований.

Многоплановое применение материалов космической съемки наиболее эффективно в сис- теме мониторинга природной среды. Сформировавшиеся к настоящему времени службы мо- ниторинга рассматриваются как геоинформационные системы слежения, изучения, контроля и прогноза изменений природной среды. Основными источниками информации в таких системах служат периодическая разномасштабная аэрокосмическая съемка Земли в сочетании со ста- ционарными наземными наблюдениями.

Службы мониторинга создаются на международном, национальном и ведомственном уровнях. В зависимости от масштаба исследуемых явлений они подразделяются на глобаль- ные, региональные и локальные. По своей специализации выделяют комплексные и отраслевые системы, включающие соответственно исследования различных взаимосвязанных природных компонентов или узкоспециализированное изучение отдельных географических объектов и яв- лений.

50