12.1. Суть еколого-географічного аналізу і оцінювання території на основі картографічного моделювання

Еколого-географічний аналіз і оцінювання території - це комплексне дослідження екологічного стану інтеграційної системи “суспільство - при­рода” з метою її оптимізації. Дослідження екосистем є географічними за об’єктом і методом, але екологічними за сутністю або предметом. Еколого- географічний аналіз і оцінювання території базуються на системному карто­графічному моделюванні, під яким розуміють створення, аналіз і перетво­рення картографічних творів як моделей реальної дійсності з метою їх вико­ристання для одержання нових екологічних знань про геосистеми та їх складові компоненти. Об’єкт картографічного дослідження як геосистемаконкретизується у двох відношеннях. По-перше, визначення територіальної розмірності геосистем та їх ієрархій, що визначаються відповідно до цільо­вого призначення карт. По-друге, встановлення складу і структури системи карт, їх масштабів, змісту, взаємозв’язків і співвідношень.

Поняття геосистеми як об’єкта еколого-картографічного досліджен­ня обумовлено моделюванням цього об’єкта в системі карт, тобто системне створення карт й системне дослідження по картах. Системне створення карт - це сукупність взаємопов’язаних науково-технічних методів, прин­ципів і алгоритмів польового й лабораторного виготовлення карт як моде­лей геосистеми. Системне використання карт - це сукупність взаємо­пов’язаних і взаємообумовлених науково-технічних методів, принципів й алгоритмів аналізу карт для пізнання зображених на них геосистем або їх частин.

Вихідною основою картографічного моделювання при екологічних дослідженнях є вчення про єдність та взаємозв’язок предметів й явищ дій­сності та закономірностей їх розвитку. Процес моделювання включає такі поєднані між собою стадії: вивчення параметрів реально існуючої геосис­теми та побудова на цій основі її моделі; дослідження моделі та екстрапо­ляція одержаних результатів на його оригінал - геосистему. Основні на­прями моделювання геосистем: відтворення структури, взаємозв’язків та динаміки їх розвитку. Моделювання структури геосистем пов’язане з від­творенням територіальних і галузевих аспектів структури.

Моделі вивчення взаємозв’язків геосистеми є простішими для їх складання та мають переважно пізнавальне й практичне значення.

Моделювання динаміки розвитку геосистеми має територіальний й галузевий аспекти. Для дослідження структури і зв’язків в інтегративній геосистемі, що включає просторово-часові утворення з елементів природи, населення й господарства, використовуються структурно-графічні мо­делі об’єкта. Запропонована В. А. Барановським (2001 р.) структурна мо­дель еколого-географічних досліджень наведена на рис. 12.1, характеризує їх теоретичні концепції. Вона базується на загальнонаукових і екологіч­них дослідженнях системи суспільство-природа. Дослідження такої моделі передбачає створення інформаційної бази еколого-географічних дослі­джень, яку одержують в процесі ведення екологічного та інших монітори- нгів довкілля. Інформаційна база є підґрунтям для створення системи карт, що характеризують структурно-організаційні й функціональні аспекти об’єкта та картографічний антропоекологічний моніторинг, що необхідний для розроблення й прийняття практичних рішень.

Картографічний метод дослідження - це використання карт для нау­кового опису, аналізу й пізнання явищ. Суть картографічного методу до­слідження полягає у включенні в процес дослідження дійсності проміжно­го ланцюга - географічної карти як моделі явищ, що вивчаються. При цьо­му карта виступає в якості засобу дослідження та предмета в вигляді моде­лі, що замінює собою реальні явища, безпосереднє вивчення яких немож­ливо або ускладнено.

При картографічному методі дослідження важливо не тільки використовувати карту як суму знань, які містяться в ній, але й мобілізувати її можливість розширення знань в результаті індуктивних й дедуктивних ви­сновків.

Структурна модель картографічного методу пізнання дійсності наве­дена на рис. 12.2. Дійсність (Д₁), тобто явища, об’єкти й процеси, що моде­люються в вигляді карти, не повністю збігається з пізнаною частиною дій­сності (Д₂). В результаті збирання матеріалів явищ й процесів, які карто­графуються, дослідник отримує інформацію (І₁), що є підгрунттям для їх моделювання в вигляді карти. В результаті вивчення карти як образно- знакової моделі отримується інформація про явища й процеси (І2), що ві­дображена на ній за результатами аналізу й генералізації мовою картографічних символів. Картографічний метод пізнання дійсності містить по-перше, картографування - побудову просторової образно- знакової моделі досліджуваної частини дійсності, що фіксує накопичення в процесі дослідження знань, і, по-друге, вивчення моделі в вигляді карти з метою отримання нових знань про дійсність, що не міститься в явному вигляді у вихідній інформації (Д₁). Тобто інтерпретація карти дозволяє отримати більше інформації (І2), ніж та, що використовувалася при створейшоврлспосо би аналізу при картографічному методі дослідження такі: візуальний аналіз; картометричні дослідження; графічний аналіз; ма­тематичне моделювання; прийоми теорії інформації.

Візуальний аналіз ґрунтується на суті карти як образно-знаковій мо­делі, що відтворює в наочному вигляді просторові форми, відношення й структуру. Він дає можливість аналізувати планетарні, регіональні й міс­цеві закономірності. Візуальний аналіз має перевагу при якісній характе­ристиці явищ, але не точно відтворює їх кількісну величину. Його викори­стовують на першій стадії дослідження для загального ознайомлення з явищами, що вивчаються.

Картометричні дослідження полягають в вимірюваннях й обчисленні по картах кількісних характеристик явищ з оцінкою точності отриманих результатів. Картометрія дозволяє отримувати різноманітні абсолютні й відносні показники, такі як градієнти, щільність, інтенсивність, кількісна структура явищ тощо. Вибір конкретних показників і способів їх визна­чення залежить від задачі дослідження.

Графічний аналіз полягає в дослідженні різних побудов, що викону­ються за допомогою географічних карт. Такими побудовами є профілі, розрізи, перетини, блок-діаграми, рози напрямів. Часто картометричний та графічний аналізи використовуються сумісно.

Математично-статистичний аналіз використовується при досліджен­ні явищ, які в їх картографічному зображенні можна розглядати як однорі­дні множини, що змінюються в просторі випадкових величин (висота, тем­пература, опади, викиди шкідливих речовин, забруднення грунтів тощо.

Статистичні дослідженні по картах передбачають:

- вивчення характеристик, закономірностей розміщення й часових змін однорідних явищ, що визначаються багатьма факторами з невідомою функціональною залежністю;

- вивчення просторових й часових залежностей явищ шляхом обчис­лення кореляційних залежностей та показників взаємного поєднання;

- оцінювання ступеня впливу окремих факторів на явище, що вивча­ється, та виділення провідних факторів за допомогою дисперсного й фак­торного аналізів або їх модифікацій.

Математичне моделювання базується на створенні просторових ма­тематичних моделей явищ або процесів з вихідними даними, що взяті з ка­рти. Принципова можливість використання цього способу полягає в тому, що багато явищ й процесів, які зображуються на карті, зв’язані між собою функціональною залежністю або розглядаються як функції простору й ча­су. Розповсюдженим є моделювання за допомогою рівнянь поверхонь - ре­альних або абстрактних - з метою наступного дослідження отриманої мо­делі для інтерпретації й пояснення явищ. При моделюванні складних явищ, на які впливають значні множини факторів, їх поверхні замінюють апрок- симівними функціями, які розкладаються на більш прості.

Математична теорія інформації використовується для об’ єктивного оцінювання за допомогою карт просторової диференціації та взаємної від­повідності явищ. Інформаційна ємність карт характеризується ентропією, що є показником неоднорідності картографічного зображення. Ентропія може підраховуватися для явищ, що характеризуються в числовій формі та якісними величинами.

При картографічному методі дослідження можливі різні способи ви­користання карт: безпосередній аналіз окремих карт; аналіз поєднання карт різної тематики; співставлення карт різних років видання; порівняльне ви­вчення карт-аналогів; аналіз, що пов’язаний з перетворенням картографіч­ного зображення на складові.

На точність й достовірність при картографічному методі досліджен­ня впливають: технічна точність вимірювання; точність карт і властивість картографічного зображення; географічні особливості, що притаманні ви­мірюваним об’єктам. Доцільна точність дослідження явищ по картах ви­значається з врахуванням мети досліджень, яка обумовлює вибір карт, ме­тодику й технічні засоби обробки картографічного зображення.

Особливостями використання карт в практичній діяльності та науко­вих дослідженнях є вивчення за їх допомогою закономірностей розміщен­ня явищ, взаємозв’язків і залежностей між ними та динаміки. Карти широ­ко використовують для передбачення явищ - їх розповсюдження й стану в просторі і зміни в часі. Прогнозні карти використовують для просторових, часових й просторово-часових характеристик закономірностей розміщення явищ на досліджуваних територіях, а також для інтерполяції та екстрапо­ляції виявлених закономірностей на недостатньо вивчений простір.