Только Word
Список сокращений и терминов 4
Введение 5
Глава 1. Обзор литературы 7
1.1. Почвенные исследования и ГИС 7
1.2. Геоинформационное обеспечение почвенных исследований в долине реки Сухая Орлица 8
1.3. Использование ЦМР для картографирования морфометрических характеристик рельефа в целях районирования территорий по степени развития ЭРП 10
1.4. Перспективные методы изучения ЭРП 11
1.5. Цезий-137 как индикатор процессов, протекающих в почве 12
1.6. Исследование пространственного распределения активности Cs-137 в почвах с применением ГИС 14
Глава 2. Обобщение и геоинформационный анализ данных полевых исследований 16
2.1. Расчёт и картографирование интенсивности смыва почвы 16
2.2. ARCGIS ModelBuilder как средство автоматизации процесса обработки данных и создания карт 17
2.3. Обработка и анализ данных полевых исследований 19
2.3.1. Обработка входных данных 19
2.3.2. Расчет интенсивности смыва 20
2.3.3. Построение поверхностей 21
2.3.4. Создание инструмента для построения карт в ModelBuilder 24
Глава 3. Обзор современных решений и технологий публикации пространственных данных в WEB, проектирование собственного решения. 27
3.1. Веб-ресурс, созданный на платформе ArcGIS story maps. 27
3.2. Блок-схема создаваемого продукта, основные возможности 28
3.3.Мобильное приложение 29
3.4. База данных 31
3.5.Серверная часть 32
3.6.Клиентская (браузерная) часть 34
Глава 4. Разработка картографического веб-приложения для публикации данных исследования. 36
4.1. Проектирование и развёртывание базы данных 36
4.2. Развертывание готовых частей продукта 38
4.3. Серверная часть проекта 40
4.3.1. Подключение приложения к БД, описание моделей данных 43
4.3.2. Реализация системы взаимодействия с данными(CRUD-service) 45
4.3.3. Реализация системы авторизация в приложении. 47
4.4. Клиентская часть проекта 50
4.4.1. Подключение картографической основы и настройка слоёв. 52
4.4.2. Создание карточек объектов. Редактирование объектов. 55
4.4.3. Авторизация, Каталог ресурсов и меню выбора ключевых участков. 58
4.5 Перспективы развития системы. 60
Заключение 62
Литература 64
Приложение А. веб-ресурс «Потери почвы в Орловской области» 71
Инвентаризация почвенных ресурсов традиционно производится с использованием картографических методов, что в современных реалиях приводит к необходимости использования геоинформационных методов и ГИС как инструментов практически в любых почвенных исследованиях. Значительное увеличение информационной нагрузки на почвенных картах, связанное с развитием технологий почвенных исследований и наблюдаемое с начала 20 века, приводит к уменьшению читаемости и удобства восприятия карт, что также приводит к необходимости использования компьютерных технологий из-за невозможности использования и неудобства бумажных вариантов.
Тенденции развития почвоведения приводят к необходимости разработки подходов к анализу свойств и распространения почв, характеристики процессов, протекающих в толще почвы. ГИС дают широкий спектр возможностей для реализации новых подходов, создания интерактивных карт, ускорения и автоматизации процесса обработки и анализа данных.
Начиная с середины девяностых годов прошлого века началось активное развитие технологий веб-картографирования и в наше время данная отрасль находится на высоком уровне и стала доступна простым пользователям. Это вызывает большой интерес и среди научного сообщества, и среди органов власти различного уровня. Публикация интерактивных картографических произведений в сети Интернет стала одной из ключевых задач геоинформационного картографирования.
Одним из способов изучения процессов, протекающих в почвах, является использование различных химических элементов как индикаторов и хроно-маркеров. Использование данных индикаторов позволяет отследить такие процессы, как эрозия и смыв почвенного покрова, перемещение элементов в толще, влияние экологии на состояние почвы.
Данная работа основывается на исследованиях почв, проводимых в Орловском Государственном Университете им. И.С. Тургенева, в частности на полевых измерениях активности цезия-137 в почве на четырёх участках, расположенных в северо-западной части Орловской области. Цезий-137 является уникальным индикатором процессов, протекающих в почвах лесостепной зоны европейской России и смежных государств, попавших в зону загрязнения после аварии на Чернобыльской АЭС. Поскольку цезий-137 не является естественным компонентом почвы и не выводится из неё растениями, он является отличным индикатором процессов перемещения почвенных масс.
Актуальность работы связана с необходимостью реализации всестороннего анализа данных полевых почвенных исследований и оформления полученной информации не только в виде публикаций в периодических изданиях, но и в виде электронных карт в сети Интернет.
Для выполнения работы были поставлены следующие цели и задачи, а также определены объект и предмет исследования:
Цель: Обеспечить геоинформационное сопровождение исследований и картографирования характеристик почвенного покрова, проводимых в Орловском Государственном Университете им. И.С. Тургенева на ключевых участках в северо-западной части Орловской области.
Задачи:
1) Провести обзор литературы и выделить особенности геоинформационного обеспечения почвенных исследований;
2) Осуществить обобщение и геоинформационный анализ данных полевых почвенных исследований;
3) Изучить существующие решения и технологии публикации пространственных данных в WEB (веб- карты, story maps, веб-атлас);
4) Разработать решение для публикации итогов исследования в WEB.
Объект исследования: данные почвенных исследований.
Предмет исследования: картографо-геоинформационное обеспечение почвенных исследований.
Значительный опыт в геоинформационном обеспечение почвенных исследований накоплен среди исследователей. Работы по изучению внутрипочвенного движения химических веществ, исследованию влияния микрорельефа на данные процессы, а также влиянию на потери органического вещества значительно развиты на территории степной зоны Российской Федерации.
В изучение влияния рельефа на почвы и его морфометрических характеристик значительный опыт накоплен в зарубежной практике, в том числе Бразильскими учёными, так же в качестве примера применение ГИС в исследовании рельефа можно привести работы на территории России, в том числе на территории Архангельской области, которые в значительной степени используют зарубежный опыт, однако стоит сказать о отечественных методах. Значительный опыт накоплен в МГУ, методы, разработанные в данном университете, используются как стандартные в ARCGIS.
Все вышеупомянутые исследования обеспечиваются картами с помощью ГИС, однако широко известных специализированных работ по созданию веб-решений для публикации данных почвенных исследований нет, существуют примеры создания карт-историй в зарубежном опыте.
Картографирование и использование активности Cs-137 в целях анализа почвенного покрова широко распространено не только на территории запада Российской Федерации и Восточной Европы. Явление распространено повсеместно, где этот радионуклид был замечен в почвах. Это связано с уникальностью радионуклида и достаточным периодом его полураспада (около 30 лет). Исследования проводятся в южной Сибири на территории Томской области, в Азербайджане в местах нефтедобычи и переработки, и т.д.
Рассмотренные классические методы расчётов смыва почвы, к сожалению, не всегда применимы из-за большого количества входных данных. Это даёт возможность для разработки нестандартных решений, таких как как решение, применяемое в Орловском Государственном Университете и в данной работе. Это решение обеспечивает достаточную точность получаемой величины при меньшем наборе параметров.
Стоит отметить, что ModelBuilder зарекомендовал себя как стабильный инструмент для автоматизации анализа и картографирования в исследованиях пространственных закономерностей. В перспективе с помощью данного инструмента можно будет полностью автоматизировать процессы, описанные в практической части данной работы, начиная от обработки входных данных до последующего оформления компоновки карт, что значительно упростит и ускорит проведение работ.
Результаты совместной работы с коллегами из Орловского Государственного Университета им. И.С. Тургенева, были опубликованы на портале ArcGIS online т.к. появилась необходимость в сжатые сроки создать готовый к публикации продукт., однако было принято решение о создании собственного ресурса.
Данное решение продиктовано необходимостью полной настройки системы, что невозможно при использовании готовых решений. В процессе проектирования разрабатываемого веб-решения были изучены существующие технологии, их плюсы и минусы, рассмотрены примеры созданных на их основе приложений (ООО "Геосемантика", 2021). Выбранные для разработки технологии отвечают основным запросам при разработке данного продукта, а именно:
• Простота использования готового продукта;
• Удобность и простота разработки, т.к. разработка ведётся одним человеком;
• Масштабируемость;
• Возможность полностью настраивать приложение и его составные части;
• Возможность проведения измерений и расчётов на стороне клиента;
• Автоматизация расчётов при записи исходных данных.
Стоит отметить, разрабатываемая система является достаточно гибкой и может быть модифицирована при изменении требований. Набор технологий может быть пересмотрен, возможна замена его частей (за исключением базы данных) или используемых библиотек. При повышении нагрузки на серверную часть может быть осуществлён переход на более производительный язык программирования.
Однако при необходимости создания готового продукта в сжатые сроки разработка собственного продукта становится затруднительной. В подобных случаях стоит использовать готовые решения, т.к. это повысит качество продукта, хоть и не даст возможности полностью настроить его под нужды пользователя.
Результаты работы апробированы в рамках грантового проекта при поддержке РГО «Пространственно-временные закономерности эрозионного преобразования склоновых ландшафтов в бассейне верхней Оки на фоне климатических изменений конца 20-начала 21века».
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
