Под геоинформационным моделированием понимается метод, основанный на построении и использовании моделей пространственных объектов, их взаимосвязей и динамики процессов средствами ГИС [4]. Данный метод относится к группе методов информационного моделирования и основан на теории информационных систем.
При геоинформационном моделировании наиболее важными понятиями являются модель данных и алгоритм анализа. Под моделью данных понимается совокупность принципов организации данных; математическая конструкция для представления географических объектов или полей, а под алгоритмом анализа данных - логически обусловленная последовательность программных действий с целью получения определенного результата. Собственно модель данных и определяет методы анализа.
Базовыми моделями данных в географических информационных системах являются векторная (нетопологическая и топологическая) и растровая. В настоящее время активное развитие технологии объектно-реляционных баз данных привело к формированию модели базы геоданных (БГД), или пространственной БД, основанной на таких понятиях как сущность (таблица) и связь. База геоданных по существу выступает прототипом моделируемых объектов, ситуаций, отношений. В зависимости от решаемых задач исследователь проектирует структуру БГД, в которой могут быть использованы различные более простые модели данных - как векторные, так и растровые, но уже как части единой информационной модели.
При решении конкретных задач средствами ГИС возникает необходимость в использовании прикладных моделей данных. Эти модели являются виртуальной имитацией объектов управления или изучения. В них можно воспроизводить свойства или взаимоотношения реальных объектов, их поведение [1]. Вопросам проектирования прикладных моделей данных и баз геоданных посвящена работа М. Зейлера [20].
Модель объекта, используемая при исследовании, определяет набор инструментов анализа и специфику алгоритмов обработки данных. При этом можно выделить следующие основные аналитические возможности ГИС: 1) аналитические функции работы с базами данных; 2) картометрические функции; 3) моделирование поверхностей и анализ растровых изображений; 4) построение буферных зон; 5) оверлейные операции; 6) районирование (зонирование) и др.
На наш взгляд, необходимо различать геоин- формационные модели компонентов ландшафта, ландшафтных процессов и собственно ландшафтов. Создание перечисленных видов моделей позволяет получить полную, в т.ч. скрытую, информацию о структурно-функциональных особенностях долинно-речных ландшафтов.
Геоинформационные модели компонентов ландшафта представлены цифровыми моделями рельефа, климата, литогенной основы, флоры и фауны, а также цифровыми моделями использования земель (антропогенный фактор). Подобные модели используются для изучения особенностей и анализа отдельных компонентов ландшафта, и являются источником информации при моделировании самого ландшафтного комплекса.
Кроме того можно выделить модели неполных физико-географических систем (рельеф - почва, рельеф - климат - растительность и пр.).
Геоинформационные модели ландшафтных процессов (landscape evolution models, LEM) представляют собой определенные алгоритмы анализа данных в ГИС, в результате использования которых появляется информация о будущих состояниях исследуемой территории. Эти модели служат для изучения динамической составляющей ПТК, их эволюции, а также возможных последствий в результате различного типа воздействий. Примером подобных механизмов моделирования являются SIBERIA, GOLEM, CHILD, CAESAR, WEPP, LAPSUS и др. [19]
Геоинформационная модель ландшафта представляет собой определенную модель данных, раскрывающую структурно-динамическую организацию ПТК с позиции цели исследования. При этом можно выделить концептуальную и прикладные ландшафтные модели данных. Концептуальная ландшафтная модель данных представляет собой способ организации БГД, наиболее полно соответствующей современным теоретическим представлениям о ландшафте, т.е. идеализированную модель. Прикладные модели данных разрабатываются для решения конкретных задач научно-практической деятельности.
Например, ландшафтная модель данных для целей анализа склоновых процессов речной долины, эволюции долинно-речных ландшафтов и т.д.
С позиции геоинформационного моделирования любой долинно-речной ландшафтный комплекс можно представить как сложную функцию, а ее параметры представляют собой более простые функции:
L = f(p, г, c, h, s, b, a, t), где L - ландшафт; p - литогенная основа; г - рельеф; c - климат; h - воды; s - почвенный покров; b - биота (растительность и животный мир); a - антропогенный фактор; t - время.
Наибольшие возможности для моделирования предоставляет модель пространственной базы данных. В БГД ландшафтные комплексы могут быть представлены как сущность (таблица) или набор сущностей. Каждая таблица включает ландшафты одного таксономического уровня, при этом каждой записи соответствует конкретный природнотерриториальный комплекс (ПТК). Данный класс объектов имеет полигональный тип геометрии. Ат - рибутивное описание в наиболее полном виде может содержать координаты границы объекта, топологическую информацию (соседство, вложенность и др.), а также набор параметров, характеризующих ПТК с позиций необходимых исследователю. Например, средняя величина уклона, экспозиции, кривизны, индекса мощности эрозии.
Моделирование внутренней комплексной структуры ландшафтов в БГД реализуется посредством создания взаимосвязей между таблицами, в которых находится информация о ландшафтных комплексах различного таксономического уровня.
