Зинабдин Н.Б., Темирбаева Р.К. ИНФОРМАЦИЯ по научно-исследовательскому проекту «СОЗДАНИЕ АТЛАСА КЫЗЫЛОРДИНСКОЙ ОБЛАСТИ И ИНТЕРАКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТ НА ОСНОВЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ» (2018-2020 гг.)

Исполнитель: Международный научный комплекс «Астана», соисполнитель – ТОО «Институт географии МОН РК.

Заказчик: Управление природных ресурсов и регулирования природопользования Кызылординской области;

Сроки реализации: май 2018 г. – декабрь 2020 г.

Цель проекта: Оценка на основе ГИС-технологий природных условий, современного уровня социально-экономического развития и экологического состояния территории Кызылординской области, как главных предпосылок и ключевых элементов её устойчивого развития, создание Атласа и интерактивных электронных карт Кызылординской области.

Актуальность и значимость проекта: Разработка электронного Атласа Кызылординской области, отражающего природно-ресурсный потенциал, социально-экономическое развитие и экологическое состояние природно-хозяйственных систем Кызылординской области и позволяющего работать с ним в интерактивном режиме, является важным этапом географического исследования региона. Внедрение технологии создания web-атласа, работающего с графической, атрибутивной, статистической, текстовой, иллюстративной и любой другой информацией в удаленном пользовательском режиме, и его последующее развертывание в различных структурах области является очень актуальной и перспективной.

Атлас Кызылординской области и интерактивные электронные карты предназначены для комплексного изучения, оценки и управления территорией, углубленных научных исследований, составления планов рационального природопользования и прогноза последствий вмешательства человека в окружающую среду, проектирования природоохранных мер, улучшения социально-экономической и экологической обстановки.

Необходимость создания электронного атласа обусловлена потребностью в обеспечении органов власти, а также ведомств и эксплуатационных организаций в сфере природопользования в актуальной природно-ресурсной информации по региону для принятия управленческих решений в сфере планирования, проектирования и оперативного управления с использованием и охраной природных и природно-антропогенных систем.

Атлас Кызылординской области и интерактивные электронные карты будут созданы на трех (казахском, английском и русском) языках и являются итогом труда широкого круга ученых: географов, геологов,  ботаников, зоологов, экологов, почвоведов, климатологов, историков и специалистов других направлений. Атлас может быть полезен при разработке и реализации региональных программ, а также рационального использования природных ресурсов, охраны окружающей среды, развития производительных сил. Атлас будет содержать исчерпывающую информацию по природно-ресурсному, социально-экономическому и экологическому состоянию области в виде единой картографической информации с использованием новейших компьютерных технологий.

Атлас будет включать 203 карты по трем основным направлениям  «Природные условия и ресурсы», «Экология окружающей среды» и  «Социально-экономическое развитие». Раздел «Природные условия и ресурсы» содержит — 78 карт, второй раздел состоит из 55 карт и включает карты «Экология окружающей среды», 3 раздел «Социально-экономическое развитие» состоит из 70 карт.

Внедрение интерактивных электронных карт обеспечит:

– централизованное хранение больших массивов информации;

– быстрый доступ по регламентированным запросам пользователя к имеющейся в базе данных информации для разных уровней ее систематизации;

– представление информации в удобной и наглядной для пользователя формах (картографической, табличной, иллюстративной);

– информационную основу для решения в последующем разнообразных прикладных задач по прогнозированию и моделированию экологической обстановки и социально-экономических последствий при техногенных воздействиях в области.

Реализация проекта позволит решать задачи рационального использования природных ресурсов, охраны окружающей среды, проведения углубленных научных исследований, проектирования природоохранных мер, улучшения экологической обстановки региона.

Результаты работ будут представлены в Акимате Кызылординской области и использованы для обоснованного решения задач рационального использования природных ресурсов, охраны окружающей среды, а также для оценки и управления территорией, углубленных научных исследований, составления планов освоения природных ресурсов и прогноза последствий вмешательства человека в окружающую среду, проектирования природоохранных мер, улучшения экологической обстановки региона.

Потенциальными пользователями результатов проекта будут являться административно-управленческие структуры, бизнес-структуры, общественные организации, специалисты разного профиля, учёные, преподаватели, аспиранты, студенты, учителя и школьники, а также все граждане Казахстана и иностранцы, заинтересованные в получении качественной разноплановой информации о природных условиях, об экономическом развитии и об экологическом состоянии Кызылординской области.

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О РЕГИОНЕ

Кызылординская область расположена в зоне пустынь и в основном находится в пределах Туранской низменности, представляет собой всхолмленную равнину от 50 до 200 м, понижающуюся к Аральскому морю, охватывает северную и большую часть восточного побережья Аральского моря с прилегающими островами. В северо-западной части расположены грядово-бугристые пески Приаральских Каракумов. На юге и юго-западе простираются бугристо-грядовые пески Кызылкумов и Куандарии. На территорию области с юго-востока заходят горы Каратау высотой до 1400 м.

Поверхность области – это преимущественно равнинная территория, большей частью занятая бугристо-грядовыми песчаными массивами Кызылкумы, Приаральские Каракумы, Арыскумы. Абсолютные отметки песчаных массивов колеблются от 100 м до 160-170 м, при этом наибольшие их значения отмечаются в южной части области. Высота отдельных гряд здесь достигает 40-45 м. Над равниной возвышаются останцы меловых и палеогеновых пород, зачастую оканчивающиеся Чинковыми обрывами.

На востоке области расположен горный район, к которому отнесена северо-западная часть хребта Каратау, представляющая собой низкогорье, снижающееся в северо-западном направлении. Поверхность расчленена логами и ущельями, по которым весной стекают временно действующие немногочисленные водотоки.

К предгорной равнине относится северо-западная часть Каратау с долинами рек Сырдарии и Шу, постепенно сменяющиеся песчаными и песчано-глинистыми отложениями.

По левобережью Сырдарии — обширные пространства бугристо-грядовых песков Кызылкумов, прорезаемых сухими руслами Жанадарии и Куандарии; по правобережью встречаются возвышенности (Егизкара, 288 м), участки песков (Арыскум и др.), неглубокие котловины, занятые солончаками. На севере – массивы бугристых песков (Малые Барсуки и Приаральские Каракумы). На крайнем юго-востоке в пределы Кызылординской области заходят северо-западные отроги хребта Каратау (высота до 1419 м).

Основной водной артерией области является река Сырдария (общая длина 2219 км, в пределах Казахстана – 1400 км), протекающая через центральную часть области с юго-востока на северо-запад, с сильно извилистым руслом, множеством протоков и рукавов и обширной заболоченной дельтой и впадающая в Малое (Северное) Аральское море.

Имеется множество мелких соленых озер: Жаксыкылыш (площадь 59,7 км²), Камыстыбас (178 км²), Ащыколь (74,2 км²), Арыс (124,5 км²), Теликоль (8 км²) к лету часто высыхающих; в озёрах Купек и Терескен –  лечебные грязи. На севере-востоке в пределы Кызылординской области заходят низовья реки Сарысу.

Кызылординская область расположена в южной части Республики Казахстан по обоим берегам реки Сырдарии в ее нижнем течении. Как административно-территориальная единица она образована 15 января 1938 года. 17 июня 1997 года Указом Президента Казахстана транскрипция названия области на русском языке изменена с Кзыл-Ординская на Кызылординская.

Территория Кызылординской области на 1 января 2018 года составляет 226,0 тыс. км² (таблица 1). По площади среди 14 областей Казахстана она находится на 4 месте и занимает 8,3 % площади республики. Область граничит на северо-западе – с Актюбинской, на севере – с Карагандинской, на востоке и юго-востоке с Туркестанской (Южно-Казахстанской) областями, на юге с Республикой Узбекистан. Границы области простираются на западе до Аральского моря, а на востоке до отрогов Каратау.

Численность населения области по состоянию на 1 января 2018 года составляет 783 156 человек или 4,3% от численности населения республики, в том числе 346,2 тыс. человек (44,2%) проживают в городской местности, 436,9 тыс. человек (55,8%) – в сельской местности (таблица 2).

По данным Комитета статистики РК, 2018 г. по сравнению с 1 января 2008 года численность населения увеличилась на 150,9 тыс. человек или на 23,8%.

Плотность населения в среднем по области составляет 3,46 человека на км². В области 140 сельских округов, 2 поселка и 260 сельских населенных пункта в составе 7 административных районов и г.а. Кызылорда.

Область разделена на 8 административно-территориальных единиц: г.а. Кызылорда, Аральский, Казалинский, Кармакшинский, Жалагашский, Сырдарьинский, Шиелийский, Жанакорганский районы, в которые входят 3 городских, 2 поселка, 260 сел и 140 сельских округов. Город Байконур, территория которого окружена территорией Кармакшинского района, не входит в состав Кызылординской области и является городом республиканского подчинения. Территория Байконура находится в долгосрочной аренде у Российской Федерации. На территории города действует российское законодательство, используется российская валюта.

Таблица 1 – Административно-территориальное деление Кызылординской области

Таблица 2 – Численность населения по административно-территориальным единицам

Административным центром Кызылординской области является город Кызылорда, который основан в 1820 году как крепость под названием Ак-Мечеть. На территории Кызылординской городской администрации, в которую входит г. Кызылорда, 7 сельских округов с 18 сельскими населенными пунктами и 2 поселками, проживает 37,6% всего населения области. Расстояние от г. Кызылорда до г. Астаны составляет 1163 км. Со столицей и городами республиканского значения областной центр связан автомобильными, железнодорожными и воздушными путями.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2018 ГОДА

В соответствии с календарным планом на 2018 г. выполнены все запланированные виды работ I этапа:

• составлены топографические основы для цифровых тематических карт основного масштаба (1:1 500 000) и карт ключевых участков различного масштаба с использованием космических снимков и снимков с БПЛА;
• разработана структура информационной базы, с учетом тематического и территориального аспектов, отображающей природные условия, социально-экономическое развитие и экологическое состояние природно-хозяйственных систем Кызылординской области;
• определены оптимальные методы оценки и цифрового картографирования территории Кызылординской области;
• собраны тематические разделы Атласа Кызылординской области: природные условия, социально-экономическое развитие и экологическое состояние окружающей среды;
• проанализированы и систематизированы данные для обновления и составления цифровых тематических карт по природным условиям Кызылординской области;
• составлено 78 цифровых тематических карт по природным условиям Кызылординской области.

Составлены векторные топографические основы для цифровых тематических карт основного масштаба (1:1 500 000) и карт ключевых участков различного масштаба с использованием космических снимков и снимков с БПЛА.

При создании топографических основ опирались на методику геоинформационного картографирования, международный и отечественный опыт комплексного картографирования. Основу компьютерного обеспечения составил лицензионный программный продукт: ArcGIS 10.3, предназначенный для создания и обработки картографических материалов. При этом все компьютерные методики проектирования и составления карт в целом повторяют все этапы, характерные для традиционной технологии картографирования. В дальнейшем все готовые векторные топографические основы планируется свести в специальную интерактивную систему, представляющую собой многоцелевую геоинформационно-справочную структуру, позволяющую формировать и поддерживать единую геоинформационную базу, осуществлять поиск и выдачу пользователю требуемых материалов в текстовом и картографическом виде с интерфейсом, отражающим потребности и специфику работ двух групп пользователей: системного пользователя, обеспечивающего функционирование Атласа, и конечного пользователя, ориентированного только на получение необходимой информации.

Для создания векторных топографических основ были выполнены следующие работы:

–   созданы цифровые векторные полигональные, линейные и точечные слои на территорию Кызылординской области Республики Казахстан, в том числе государственные и административные границы, населенные пункты, водотоки, водоемы, пески, болота, солончаки, автомобильные и железные дороги и др. с классификацией и заполнением атрибутивной информации;

–   по космическим снимкам LANDSAT 8, созданы цифровые векторные полигональные, линейные векторные слои с классификацией и заполнением атрибутивной информации;

– разработана классификация картографических объектов по качественным и количественным характеристикам для отображения в векторной топографической основе;

– созданы аннотации (надписи) для векторных слоев;

– компоновка векторных топографических основ различных масштабов;

Базовой основой пространственных данных для создания векторной топографической основы послужили бумажные топографические карты Кызылординской области Республики Казахстан, созданные РГКП «Национальный картографо-геодезический фонд» 2012 г., масштаба 1:1 000 000 и космические снимки Landsat-8.

Для централизованной работы с пространственными и атрибутивными данными вся информация векторной топографической основы была собрана в единую базу геоданных (БГД) с набором классов объектов содержащие класс пространственных объектов, т.е. векторные слои.

В состав сведений картографической основы масштаба 1 : 1 500 000 включена информация о следующих видах объектов:

1. Государственная граница РК;
2. Границы областей;
3. Границы районов Кызылординской области;
4. Реки, каналы;
5. Озера, водохранилища;
6. Болота;
7. Солончаки;
8. Пески;
9. Автомобильные дороги;
10. Железные дороги;
11. Населенные пункты;
12. Наименования географических объектов.

Для обеспечения адресности содержания карт были выдержаны следующие правила:

— в обязательное содержание векторной топографической основы были включены административные границы, населенные пункты, речная сеть, озера, дороги и др.;

— разработана единая шкала населенных пунктов в зависимости от их административного статуса и численности населения;

— все населенные пункты подписываются;

— большинство гидрографических объектов подписываются.

Административно-территориальные границы нанесены с последними изменениями. Все векторные слои, относящиеся к блоку административно-территориального деления, были обновлены по административно-территориальным картам по областям, созданным в РГКП «Национальный картографо-геодезический фонд».

Для создания полигональных и точечных векторных слоев населенных пунктов требовалось предварительно разработать структуру базы данных по населенным пунктам содержащий КАТО. Аннотации к населенным пунктам и их актуализация осуществлялась согласно  обновленному Электронному Каталогу Географических названий Республики Казахстан на 2018 г., предоставленной Национальным картографо-геодезическим фондом. Были учтены статусы населенных пунктов, численность населения в них и выделены несколько категорий.

На основе использования топографических карт и последних цифровых космических снимков векторизованы водотоки (реки, каналы – линейный слой), водоемы (озера, водохранилища – полигональный слой), пески, болота и солончаки (полигональные слои). Полученные векторные слои содержат атрибутивные таблицы с названиями объектов и поделены на категории.

Для лучшей читаемости карты, в соответствии с правилами и приемами картографии, всем объектам на карте были созданы картографические условные знаки — графические символы, применяемые на картах для обозначения различных объектов и их характеристик. Условные знаки для объектов цифровой основы были упрощены по сравнению с традиционными, поскольку сложные, многослойные условные знаки существенно тормозят вывод карты на экран.

В данной работе создано 12 векторных картографических основ: в разрезе Кызылординской области (1:1 500 000) (рисунок 1), в разрезе 7 административных районов (1:500 000), по городской администрации г. Кызылорда (1:500 000)  и по 3  ключевым участкам области (1:200 000).

Для поддержки работы будущего интерактивного Атласа разработана структура БД для которой были сформулированы требования по нормализации данных и зависимостей между ними. Визуализация структуры БД а также зависимостей была произведена в разработанном скрипте на языке программирования Python 3. Данный же скрипт может быть использован для генерирования команд языка SQL при создании таблиц в СУБД. Визуализация структуры БД произведена в формате dot пакета Graphviz.

Проведен обзор существующих СУБД коммерческого и открытого класса, таких как Oracle Database Server, Microsoft SQL Server, MySQL, MariaDB, PostgreeSQL, PostGIS. Для вышеуказанных СУБД были выявлены особенности и недостатки СУБД.

Рассмотрены как комплексный программный пакет ArcGIS Server, так и модульные решения состоящие из независимых пакетов удовлетворяющих стандартам отрытого веб картографирования.  Были сравнены основные возможности серверов картографирования Mapserver, Geoserver, TinyOWS, ArcGIS Server. Веб картографирование имеет собственные форматы для представления и визуализации векторных слоев, для которых был создан скрипт для экспорта используемых шейпфайлов в форматы GeoJSON и KML.

Разработана структура информационной системы с выявлением зависимостей между таблицами реляционной базы данных, проведен обзор существующих систем управления базами данных, произведен выбор подходящей реляционной СУБД с поддержкой геоформатов. Проведена нормализация структуры базы данных. Выполненная работа позволяет начать выполнение следующих этапов работ по проекту. Благодоря использованию открытых систем и их документации сохраняется доступность материалов и документации, потенциально экономятся средства на разработку информационной системы. Дополнительно создан скрипт для автоматизации рутинных операции по генерации команд SQL, файлов визуализации dot пакета Graphviz.

Рисунок 1. Векторная картографическая основа Кызылординской области, масштаб 1:1 500 000.

Разработана тестовая версия веб-атласа с применением фреймворка django, на языке программирования Python 3 и картографического сервера mapserver. В тестовой версии реализован функционал панели управления с функциями добавления источников данных в виде шейпфайлов, персональных геобаз данных, создания слоев с базовым стилевым оформлением, а также веб карт в виде набора слоев. Реализован интерфейс получения атрибутивной информации карты, через асинхронные запросы, с ответом в формате Json.  Для карт реализована логика хранения дополнительной информации в виде изображений, легенды. Все элементы карты имеют привязку к пользователю, что обеспечивает защиту пользовательских карт. Веб интерфейс атласа поддерживает казахский, русский и английский языки.

За отчетный период выполнен сбор фондовой и опубликованной информации по природным условиям, социально-экономическому развитию и экологическому состоянию Кызылординской области, а также анализ и систематизация данных для обновления и составления цифровых тематических карт по природным условиям Кызылординской области и текста к ним.

В целях получения материалов из управлений Кызылординской области подготовлены и отправлены письма-запросы в 11 организаций, большая часть из них предоставила имеющуюся информацию. Для оценки современной ситуации природных систем Кызылординской области, ознакомления с социально-экономической и экологической ситуацией, а также определения локальных участков исследования Исполнителем был выполнен экспедеционный выезд. В ходе экспедиции собраны различные материалы для создания тематических карт атласа, произведена аэрофотосъемка с БПЛА на ключевых участках. Кроме этого, авторами карт также предоставлены материалы в виде графических материалов, а также в текстовых и табличных форматах.

Следующим этапом явился анализ и систематизация данных для обновления и составления цифровых тематических карт по природным условиям Кызылординской области и текста к ним. Анализ и систематизация выполнялись с применением различных методов. В данной работе подробно описана методика работы с космическими снимками и для примера представлена обработка материалов для создания ландшафных карт.

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ АТЛАСА ПО ПРИРОДНЫМ УСЛОВИЯМ КЫЗЫЛОРДИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Составлены авторские макеты 78 цифровых тематических карт (таблица 3) по природным условиям Кызылординской области в  масштабе 1:1 500 000, включающие 8 разделов:

• введение 12 карт, отражающие географическое положение Кызылординской области, физико-географическую карту, цифровую модель рельефа, как области в целом, так и каждого из семи административных районов;
• во втором разделе представлены 9 карт: тектоники, рельефа и современных геоморфологических процессов, геологии и полезных ископаемых, инженерно-геологического и сейсмического районирования территории области;
• в третьем разделе представлены 20 климатических карт, отражающие температурные показатели, осадки, направления и скорости ветра, опасные климатические явления, а также дана оценка возможностям использования климатических ресурсов и агроклиматическое районирование;
• в четвертом разделе на 12 картах дана обширная информация по подземным и поверхностным водам области, дана оценка гидрофизических и гидрохимических показателей Аральского моря;
• в пятом разделе (3 карты) выполнена оценка почв и земельных ресурсов;
• в шестом разделе (3 карты) дана оценка растительности и лесного фонда, выполнено ботанико-географическое районирование территории;
• в седьмом разделе дана оценка животного мира, включающих разделы млекопитающие, птиц, земноводных, ихтиофауны, а также выполнен анализ промысловых видов животных;
• в восьмом разделе выполнены ландшафтные карты, сопровождаемые пояснительными материалами.

Таблица 3. Перечень тематических карт  I этапа (2018 г.)

По просьбе Заказчика растровые и векторные варианты карт по природным условиям Кызылординской области (результаты 1 этапа) загружены на веб сервер (по плану загрузка предполагалась в 2020 году) и 11 декабря 2018 года были презентованы сотрудниками Международного научного комплекса «Астана» и ТОО «Институт географии» перед специалистами областных управлений Акимата Кызылординской области. Одновременно с этим заинтересованные лица управлений Акимата области получили доступ к разрабатываемому интернет ресурсу «Электронный атлас Кызылординской области».

Тематические карты сопровождаются достоверными табличными материалами, диаграммами и фотографиями, которые дают более полное понимание ситуации и возможности визуализации.

Материалы по природному разделу являются информационной и научной основой для моделирования и обобщения, познания окружающей среды Кызылординской области. Составлены тематические карты с разработкой территориально-адаптированных подходов к картографированию.

ПЛАНЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ НА 2019-2020 ГОДЫ

Исследования по созданию Атласа Кызылординской области продолжаются.

На следующих этапах (2019-2020 гг.) согласно технической спецификации к договору будут созданы цифровые карты по экологическому состоянию (55 карт) и социально-экономическому развитию (70 карт) области

Согласно Календарному плану на 2019 год запланировано:

— Анализ и систематизация данных для составления цифровых тематических карт по оценке экологических факторов и источников загрязнения, экологического состояния природно-хозяйственных систем, распространения редких и исчезающих видов флоры и фауны, медико-экологического состояния и экологической безопасности, по расположению отходов производства и потребления, территорий захоронения отходов, свалок бытового мусора;

— Составление 55 цифровых тематических карт по оценке экологических факторов и источников загрязнения, экологического состояния природно-хозяйственных систем, распространения редких и исчезающих видов флоры и фауны, медико-экологического состояния и экологической безопасности.

— Разработка структуры и дизайна интерактивных электронных карт. Информационно-картографическая база, сопровождающая  интерактивные электронные карты.

— Определение технической возможности для функционирования Атласа и интерактивных электронных карт на геопортале Акимата Кызылординской области.

— Разработка компоновки тематических карт Атласа по природным условиям, предоставление авторского макета 2 части Атласа: Экологическое состояние территории и охрана окружающей среды Кызылординской области.

На завершающем этапе проекта, или в 2020 году запланировано выполнить анализ и систематизацию данных для составления цифровых тематических карт по оценке современного социально-экономического состояния и развития региона с учетом внутрирегиональных, межрегиональных, республиканских и трансграничных социально-экономических связей. Будет составлено 70 цифровых тематических карт по оценке социально-экономического развития, включающие расселение населения, доходы и расходы, жилищное строительство, здравоохранение, образование, культурно-просветительские учреждения, торговлю и сферу обслуживания, общественную безопасность, а также карты индустриального развития региона, экономические карты районов области, карты сельского хозяйства, транспорта и коммуникации, истории и археологии.

ЧАСТЬ СОЗДАННЫХ КАРТ АТЛАСА КЫЗЫЛОРДИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Географическое положение Кызылординской области

Физико-географическая карта Кызылординской области

Цифровая модель рельефа Кызылординской области

Административно-территориальное деление Кызылординской области

Космический образ Кызылординской области

Карта геологического строения Кызылординской области

Геоморфологическая карта Кызылординской области

Карта почв Кызылординской области

Карта растительности Кызылординской области

Рисунок 3.6.3 – Карта ботанико-географического районирования

Кызылординской области

Карта копытных млекопитающих Кызылординской области

Карта распространения пресмыкающихся, змей