Введение 3
Глава 1. Земля Франца Иосифа: исторические и научные аспекты освоения архипелага 6
1.1. Островная Арктика: физико-географическое описание, рельеф, климат, растительность 6
1.2. Российский сектор островной Арктики: современный правовой статус 11
1.3 Земля Франца Иосифа: открытие, история освоения архипелага 24
Глава 2. Земля Франца-Иосифа: современное состояние, новейшие научные исследования 44
2.1 Физико-географическое и административное описание объекта исследования 44
2.2. Земля Франца-Иосифа в современных научных исследованиях 59
2.3. Экологическое состояние архипелага Земля Франца-Иосифа 70
Глава 3. Технологическая схема и описание ГИС-проекта 76
Заключение 92
Список литературы 95
ПРИЛОЖЕНИЯ 104
Приложение А. Инфологическая модель базы данных проекта «ЗФИ» 105
Приложение Б. Инфологическая модель базы данных проекта «historic» 118
Приложение В. Физико-географическая карта 119
Приложение Г. Биоразнообразие. Доминантные виды 119
Приложение Д. Функциональное зонирование национального парка «Русская Арктика» 119
Приложение Е. Экологическая нагрузка до начала ликвидации в 2011-2012 гг. источников негативного воздействия 119
Приложение Ж. История освоения 119
Приложение З. Отзыв от организации ФГБУ «Национальный парк «Русская Арктика» 119
Приложение И. Приглашение к участию в XIV Большом Географическом Фестивале 119
Приложение К. Свидетельство о публикации статьи 119
Приложение Л. Сертификат об участии в конференции и публикации статьи 119
Территория островной Арктики на данный момент представляет для Российской Федерации особые политические и экономические интересы. Во-первых, это полезные ископаемые, которые составляют 80% от общероссийских запасов. Кроме того, островная Арктика является северным рубежом государства: в 2008 г. были разработаны и утверждены «Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 г. и дальнейшую перспективу». В соответствии с данным документом предполагается, что Российская Арктика в ближайшие годы станет «ведущей стратегической ресурсной базой страны».
Архипелаг Земля Франца Иосифа является самой северной особо охраняемой природной территорией России. 25 августа 2016 г. постановлением Правительства РФ он был включен в состав границ национального парка «Русская Арктика». Острова привлекают внимание и перспективными запасами полезных ископаемых, и как регион оборонительных рубежей Российской Федерации. В то же время архипелаг является уникальным по своим особенностям хранилищем культурно-исторического наследия, которое характеризует историю освоения и открытия северо-западного сектора Арктики с XVI в. до наших дней, и территорией с нетронутым растительным и животным миром, и перспективным центром для основания баз научных станций с целью изучения северных морей, и потенциальным местом развития туризма.
Экологические проблемы островов российской Арктики продолжительное время являются предметом особого внимания хозяйственников и ученых. Существующий интерес к данной проблеме, подкрепленный возможностью быстро развивающихся методов компьютерной обработки данных, привел к ряду научных и прикладных проектов разных уровней, ставящих целью получить, систематизировать, проанализировать, обработать и сохранить в цифровом виде данные экологической направленности данного региона исследования.
ГИС является мощным инструментом для осуществления экологического мониторинга по ряду причин. Во-первых, визуальная интерпретация пространственных данных наиболее привычна и удобна человеку. Во-вторых, технология обработки информации в ГИС значительно шире, чем просто работа с базой данных. Так, ГИС предполагают возможность интегральной обработки цифровых данных, получаемых из разных источников. И, наконец, в-третьих, применение ГИС позволяет получать прогнозы изменения состояния окружающей среды при изменении техногенной нагрузки в соответствии с созданными моделями воздействия.
В совокупности с актуальностью проблемы и заинтересованностью научных и прикладных организаций, проводящих исследования на архипелаге Земля Франца Иосифа, видится необходимым разработка и создание ГИС на данную территорию.
Цель научно-исследовательской работы - создание геоинформационной системы «Экологическое состояние островов Российской Арктики на примере архипелага Земля Франца-Иосифа».
В процессе научно-исследовательской работы были поставлены следующие задачи:
• изучить физико-географическое описание островной Арктики и, в частности, архипелага Земля Франца-Иосифа;
• проанализировать правовой статус российского сектора островной Арктики;
• изучить историю освоения архипелага Земля Франца-Иосифа;
• рассмотреть результаты современных научных исследований на территорию архипелага Земля Франца-Иосифа;
• проанализировать экологическое состояние архипелага Земля Франца- Иосифа;
• систематизировать данные по различным атрибутам тематической составляющей;
• разработать структуру базы данных;
• осуществить пространственную привязку исходной растровой информации;
• создать графическую и атрибутивную базу данных;
• задать топологические отношения внутри классов и между классами пространственных объектов базы геоданных;
• создать серию визуальных пространственных моделей в виде карт как итогов функционирования ГИС.
Создание геоинформационного обеспечения выполнялось в программном обеспечении QGIS версий 2.18.16-3.0.3 с использованием открытых пространственных данных OpenStreetMap и ArcticDEM (ЦМР), а также файлов из фондов организации ФГБУ «Национальный парк «Русская Арктика», картографических фондов кафедры «Картографии и геоинформатики» СПбГУ, а также возможностей и ресурсов виртуальной среды интернет.
Научная значимость работы: создание ГИС для объекта (архипелага ЗФИ), имеющего нестандартное местоположение (островная территория в открытом море), сравнительно малую площадь (16 134 км2) в условиях отсутствия систематизированных статистических и других данных, служащих обычно источниками для наполнения ГИС.
Практическая значимость работы: создание графической и тематической базы данных. Особую практическую значимость имеет историческая часть работы, созданная в результате сотрудничества с национальным парком «Русская Арктика», которая планируется к использованию на сайте парка (http://www.rus-arc.ru/), а также на сайте ESRI.
В процессе написания работы было изучено физико-географическое описание островной Арктики. Она располагается с запада на восток в евроазиатской части Северного Ледовитого океана и состоит из отдельных островов и архипелагов. Самый западный и северный из них - архипелаг Земля Франца-Иосифа, - находится на 80° с. ш.
Был проанализирован правовой статус российского сектора островной Арктики, который определён Конвенцией ООН по морскому праву. В Конвенции было установлено территориальное море до 12 миль, внешняя граница которого является границей Российской Федерации. Также установлены возможные внешние границы континентального шельфа - 200-мильная исключительная экономическая зона, которая обеспечивает права государства на разведку, разработку и сохранение природных ресурсов. При этом все морские пространства в российском секторе Арктики не считаются внутренними водами России и являются открытым морем. В настоящее время рядом стран, в том числе и Российской Федерацией, ведётся борьба за арктический шельф.
На данный момент проводится множество научных и экспедиционных проектов разного уровня, ставящих целью получить, систематизировать, проанализировать и сохранить в автоматизированном виде данные экологической и других направленностей данного региона исследования. Результаты основных исследований были изучены и описаны в соответствующем параграфе.
Было изучено экологическое состояние архипелага ЗФИ. Выявлено, что архипелаг загрязнен ГСМ, ТБО и металлоломом. В 2011 г. были начаты работы по ликвидации источников загрязнения островов архипелага. Во всех импактных районах находятся объекты и памятные места культурно-исторической значимости, преимущественно периода освоения архипелагов СССР. В перечень источников негативного воздействия включены тракторная, автомобильная и авиационная техника, а также все объекты инженерной инфраструктуры, сооружения производственного назначения и здания.
Было решено создать два проекта (две базы данных) для экологической и исторической ГИС. Определено, что оба проекта должны содержать слои топографической основы (океаны, моря, острова, ледники, мысы), ЦМР, а также слои с тематическими данными.
Были разработаны графическая и атрибутивная базы данных Данные для слоёв топографической основы, а также для слоя со зданиями, строениями, сооружениями были получены с портала OSM. ЦМР была получена с проекта ArcticDEM. Данные для тематических слоёв были получены в результате сотрудничества с национальным парком «Русская Арктика», а также из других картографических и аналитических источников, описанных в списке использованной литературы.
Исходные картографические материалы в растровом формате были привязаны в системе координат WGS84, по наиболее характерным точкам островов, либо по координатной сетке, если таковая имелась.
По результатам векторизации картографических исторических материалов были получены пространственные данные о маршрутах экспедиций для исторической части работы. Также использовалась карта архипелага Земля Франца-Иосифа, опубликованная в журнале «National Geographic» (Мартин Гамаш и Лорен И.//Е. Джеймс, NGM STAFF), для наполнения базы данных сведениями о доминантных видах птиц и млекопитающих.
Были созданы топологические отношения внутри классов и между классами пространственных объектов базы геоданных, осуществлена проверка и исправление ошибок и исключений из правил топологии.
Все данные были необходимым образом обработаны и увязаны между собой, атрибуты введены в базу данных. Данные были визуализированы в соответствии с теорией способов картографического изображения.
В результате было создано две ГИС. Экологическая ГИС (ЗФИ.qgs) наполнена пространственными данными, содержащими информацию о зданиях, строениях и сооружениях, находящихся на архипелаге, в т.ч. об объектах исторического значения; данными о животных, обитающих на архипелаге, по результатам экспедиций в 2017 г.; о погодных ледовых условиях в 2017 г; о функциональном зонировании национального парка «Русская Арктика» на территории архипелага; а также о загрязнении архипелага металлоломом, ГСМ и ТБО до начала ликвидации экологической нагрузки в 2011 -2012 гг.
Историческая ГИС (historic.qgs) содержит информацию по семи наиболее известным и значимым экспедициям: Ю. Пайера (1872-1874 гг.), Б.Ли Смита (1880-1882 гг.), Ф. Нансена (1895-1896 гг.), Ф. Д. Джексона (1895-1897 гг.), Г. Я. Седова (1912-1914 гг.), Г. Л. Брусилова (1912-1914 гг.), И. И. Ислямова (1914 г.): маршруты экспедиций, а также информацию о наиболее важных событиях экспедиций. Данная ГИС планируется к использованию на сайте парка (http://www.rus-arc.ru/), а также на сайте ESRI (story map).
Инфологические модели баз данных обеих ГИС представлены в Приложениях А и Б.
Было создано 5 карт как результат функционирования ГИС (Приложения В-Ж):
1. Физико-географическая карта.
2. Биоразнообразие. Доминантные виды.
3. Функциональное зонирование национального парка «Русская Арктика».
4. Экологическая нагрузка до начала ликвидации в 2011-2012 гг. источников негативного воздействия.
5. История освоения.
В процессе исследовательской работы было написано три статьи, две из них - в соавторстве с научным руководителем, к.г.н., доц. Артемьевой О. В., в электронные журналы, входящие в список РИНЦ, одна - на конференцию БГФ:
1. Артемьева О. В. Земля Франца Иосифа: разработка графической базы данных для тематической ГИС на территорию архипелага [Текст] / О. В. Артемьева, А. И. Иванова // Современные научные исследования и разработки. — 2018. — № 1 (18). — С. 44—46
2. Артемьева О. В. Разработка современного геоинформационного обеспечения экологических исследований на примере архипелага Земля Франца Иосифа [Текст] / О. В. Артемьева, А. И. Иванова // Вестник современных исследований. — 2018. — № 5 (20).
3. Иванова А. И. Применение ГИС в исторических и экологических исследованиях на примере архипелага Земля Франца-Иосифа [Текст] / А. И. Иванова // Санкт-Петербургский государственный университет / Материалы международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «География в современном мире: вековой прогресс и новые приоритеты», посвященной 100-летию создания первого в России специального географического высшего учебного заведения - Географического института, проведенной в рамках XIV Большого географического фестиваля. - Санкт-Петербург: Свое Издательство, 2018. — С. 673-677.
Все поставленные задачи выполнены в полном объёме, но данная работа может быть продолжена и расширена данными за другие года, а также по другим темам, например, по изменению береговой линии, растительности на архипелаге, туризму, и т.д.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
