Уч. пособие по эколого-географическому анализу и моделированию распространения биообъектов в QGIS

Книги, статьи, журналы. Печатные и электронные. Русский и английский. Поиск и обсуждение.
Ответить
Аватара пользователя
Jullizzzz
Интересующийся
Сообщения: 21
Зарегистрирован: 10 сен 2015, 12:55
Репутация: 27
Откуда: Санкт-Петербург

Уч. пособие по эколого-географическому анализу и моделированию распространения биообъектов в QGIS

Сообщение Jullizzzz » 30 июн 2018, 15:20

Здравствуйте!
Хотелось бы поделиться учебным пособием для студентов-геоэкологов "Эколого-географическое моделирование распространения биообъектов с использованием ГИС". Надеемся, что оно окажется полезным и для более широкой аудитории, начинающей осваивать QGIS.
Будем признательны комментариям, а также открыты для замечаний и предложений.

Библиографическое описание пособия:
Эколого-географический анализ и моделирование распространения биологических объектов с использованием ГИС / Учебное пособие (Практикум) / А.Н. Афонин, Ю.В. Соколова — ​СПб: Изд-во ВВМ, 2018. — 121 с.
Вложения
Ekologo-geograficheskiy_analiz_i_modelirovanie_rasprostranenia_biologicheskikh_obektov_Afonin_Sokolova_2018.pdf
(6.98 МБ) 100 скачиваний

gamm
Гуру
Сообщения: 2754
Зарегистрирован: 15 окт 2010, 08:33
Репутация: 609
Ваше звание: программист
Откуда: Казань

Re: Уч. пособие по эколого-географическому анализу и моделированию распространения биообъектов в QGIS

Сообщение gamm » 30 июн 2018, 20:14

пособие интересно в том смысле, что показывает компьютеризированный вариант старинных ручных технологий (это первая стадия автоматизации процессов). Интересно было бы дать для сравнения и более современные варианты программных средств поиска экологических ниш, такие как Biomapper и Maxent, которые доступны в виде бесплатных компьютерных программ (скормив туда те же данные).

biogis
Интересующийся
Сообщения: 22
Зарегистрирован: 05 мар 2010, 20:24
Репутация: 2
Откуда: Санкт-Петербург
Контактная информация:

Re: Уч. пособие по эколого-географическому анализу и моделированию распространения биообъектов в QGIS

Сообщение biogis » 01 июл 2018, 13:06

Спасибо за тему и рекомендацию. На самом деле в пособии использован не "компьютеризированный вариант старинных ручных технологий", а вариант конвертного компьютерного моделирования ниш, базирующийся на определении экологической ниши Хатчинсоном (Hutchinson, 1957) и впервые представленный в компьютеризированном виде в 1986 году (Nix, 1986). От этого варианта и происходят все современные методы и системы компьютерного анализа экологических ниш, включая и наиболее автоматизированные. Первоочередная цель данного пособия - познакомить делающих первые шаги в области эколого-географического анализа и моделирования распространения биообъектов с концепцией и логикой моделирования ниш. В этом отношении используемый конвертный метод моделирования ниш наиболее понятен целевой аудитории. Также для концентрации на концептуальных моментах мы сознательно несколько облегчаем задачу, предлагая для проведения первого опыта моделирования ниш не массивы точечных данных, а ареал объекта в полигональном виде. Maxent такие данные не съест - он работает с точками. Согласен, что в варианте пособия для продвинутых пользователей необходимо будет рассмотреть и варианты автоматизированных систем моделирования ниш. При этом моё личное мнение как биоэколога: максимальная автоматизация процесса анализа и моделирования экологических ниш - это не однозначно хорошо. Исследователь всегда должен держать руки на руле и обязательно поверять этапы и результаты автоматизированного анализа экспертными знаниями в области экологии, биологии и географии биообъекта. Моментами проверки и валидации автоматизированного результата обязательно должны являться: выбор системой лимитирующих распространение биообъекта факторов среды; поверка значений экологических амплитуд по отношению к каждому лимфактору с позиции реализованной и фундаментальной ниш; прозрачность (не черный ящик) и универсальность (не региональность) выдаваемой системой модели.

gamm
Гуру
Сообщения: 2754
Зарегистрирован: 15 окт 2010, 08:33
Репутация: 609
Ваше звание: программист
Откуда: Казань

Re: Уч. пособие по эколого-географическому анализу и моделированию распространения биообъектов в QGIS

Сообщение gamm » 01 июл 2018, 15:32

biogis писал(а):
01 июл 2018, 13:06
На самом деле в пособии использован не "компьютеризированный вариант старинных ручных технологий", а вариант конвертного компьютерного моделирования ниш, базирующийся на определении экологической ниши Хатчинсоном
к определению ниши ближе всего biomapper, он строит распределение (т.е. нишу), а не просто границы. Метод (Nix, 1986) я не видел, но судя по тексту методички, у вас методика именно ручная, поскольку строится не ниша, а выбираются (человеком) лимитирующие факторы на границах ареала, программа просто помогает получить нужные значения.

P.S. растр в Maxent скормить не проблема, превратив его в точки, и сделав выборку, если растр слишком большой (авторы ограничиваются первыми десятками тысяч). Свободы у него, конечно, с избытком, но при умелом подходе нишу аппроксимировать можно. Конечно, не полным автоматом.

biogis
Интересующийся
Сообщения: 22
Зарегистрирован: 05 мар 2010, 20:24
Репутация: 2
Откуда: Санкт-Петербург
Контактная информация:

Re: Уч. пособие по эколого-географическому анализу и моделированию распространения биообъектов в QGIS

Сообщение biogis » 02 июл 2018, 14:26

Интересно, - а как Вы понимаете нишу? – Например, классическое определение экологической ниши по Хатчинсону (1957) звучит примерно так:

"экологическая ниша вида представляет собой часть воображаемого многомерного экологического пространства, по координатным осям которого отложены диапазоны отдельных экологических факторов, соответствующие границам экологических амплитуд вида, совокупность проекций которых в многомерное пространство экологических факторов формирует гиперобъем условий среды, в пределах которого вид способен существовать".

При этом не важно, каким способом - вручную или автоматизированно - определяются диапазоны экологических факторов, в пределах которых вид способен существовать. Главное, чтобы лимитирующие факторы и экологические амплитуды были определены максимально точно.

В переводе на ГИС практику в варианте конвертного моделирования это определение реализуется по следующему алгоритму:
1) Выявляются факторы, лимитирующие распространение биообъекта.
2) Определяются экологические амплитуды биообъекта по отношению к каждому лимитирующему фактору среды.
3) На каждой из карт экологических факторов среды, лимитирующих распространение биообъекта, выявляются территории [в той или иной степени] экологически пригодные для обитания вида (то есть выявляются клетки растра, попадающие в диапазон значений экологической амплитуды биообъекта по данному фактору среды).
4) Из совокупности карт экологически пригодных территорий строится обобщающая карта эколого-географического потенциала распространения биообъекта (его экологической ниши). При этом соблюдается условие: в площадь ниши входят только те клетки растра, которые оказываются пригодны для биообъекта по всей совокупности лимфакторов.

Всё очень прозрачно - но это с позиции эколога и биолога. Мне очень интересно понять: как интерпретирует понятие экологической ниши и представляет алгоритм моделирования ниши программист, работающий, например, с Maxent’ом?

gamm
Гуру
Сообщения: 2754
Зарегистрирован: 15 окт 2010, 08:33
Репутация: 609
Ваше звание: программист
Откуда: Казань

Re: Уч. пособие по эколого-географическому анализу и моделированию распространения биообъектов в QGIS

Сообщение gamm » 15 авг 2018, 06:35

biogis писал(а):
02 июл 2018, 14:26
как интерпретирует понятие экологической ниши и представляет алгоритм моделирования ниши программист, работающий, например, с Maxent’ом?
у Хатчинсона очень упрощенное определение, поскольку предполагает (1) наличие резких границ по факторам, чего в природе не бывает, и (2) независимость факторов, когда влияние одного не зависит от значений других, чего в природе тоже не бывает.

С точки зрения нормального системного анализа, нужно рассматривать непрерывное и совместное влияние всех факторов, например в виде совместного распределения вероятности наличия вида. Что и помогают делать соответствующие программы. В последнюю (Maxent) исследователь может заложить и свои представления о границах диапазонов, если хочет. Если не хочет, то обе программы находят такие диапазоны сами. В обоих случаях ниша получается в виде непрерывного распределения вероятностей, показывающего степень оптимальности условий для вида.

Использование подобранных руками пересечений ("конверта") границ по факторам есть упрощенная аппроксимация того, что на самом деле есть в природе.

biogis
Интересующийся
Сообщения: 22
Зарегистрирован: 05 мар 2010, 20:24
Репутация: 2
Откуда: Санкт-Петербург
Контактная информация:

Re: Уч. пособие по эколого-географическому анализу и моделированию распространения биообъектов в QGIS

Сообщение biogis » 16 авг 2018, 15:18

Спасибо за дискуссию!

По закону минимума наиболее значимым для существования организма является единственный экологический фактор, в наибольшей степени отклоняющийся от оптимума. Мой опыт моделирования показывает, что протяженные фрагменты границ ареала с очень хорошей точностью описываются воздействием одного лимитирующего фактора. И таких базовых лимфакторов у вида, как правило, немного. Одновременного совокупного воздейcтвия экологических факторов на организм, конечно, никто не отменял. Но при этом следует учитывать следующее. Да, - экологические факторы воздействуют на организм одновременно и некоторые из них оказывают друг на друга существенное модифицирующее воздействие. Например, если рассматривать в качестве лимфактора сумму осадков, то количество осадков, дошедших до растения, будет модифицироваться и температурами - чем они выше, тем больше выпавшей с осадками влаги испарится не дойдя до растений. Однако при этом в качестве индекса увлажнения мы можем использовать не количество осадков, а гидротермический коэффициент (ГТК), учитывающий одновременно и сумму осадков и сумму температур за период. По производной карте ГТК можно более успешно работать методом конвертов. Эффективность конвертов возрастает, когда мы добавляем в учет эффективной влаги характеристику орографии местности (крутизна склонов, экспозиция...) и составляем соответствующую уточненную карту. При локальном моделировании можно составлять еще более точную карту влагодоступности, учитывающую также механический состав почв и т.д. Аналогично можно детализировать и адаптировать для конвертного использования карты воздействия на растения и остальных базовых лимитирующих распространение видов лимитирующих факторов: теплообеспеченности вегетационного периода, факторов приводящих к вымерзанию...

Автоматизация процессов моделирования - это хорошо, поскольку позволяет облегчить и ускорить рутинные процессы. Опасение вызывает некритичное использование автоматизированных систем эколого-географического анализа и моделирования распространения биообъектов неспециалистами в области биологии, экологии и программирования. Загрузив в систему точки нахождения объекта и стандартный набор экологических карт неспециалист получает на выходе карту вероятности встречаемости, которая очень хорошо обрисовывает использованные в анализе точки распространения. При этом у неспециалиста не возникает вопросов к биоэкологическому смыслу модели, ее универсальности, необходимости валидации... Прорбатывая литературу по моделированию объектов, я вижу, насколько модели созданные разными исследовательскими командами в том же Maxent могут противоречить друг другу, а модели, составленные одной командой, оказываются неуниверсальными и кардинально перерабатываются при получении дополнительных данных о распространении объекта. В этой связи у меня создается убеждение, что точность моделирования в большей степени зависит не от того "ручным" или "автоматизированным" способом проведен анализ и созданы модели, а от того, позволяет ли используемый метод сохранять и отслеживать биоэкологический смысл модели. Важно, чтобы автоматизированная система моделирования не являлась для пользователя "черным ящиком". Если автоматизированная система моделирования предлагает формулу (или процедуру) распределения вероятности наличия вида, то пользователю непременно должен быть понятным биоэкологический смысл этой формулы.

Возвращаясь к пособию повторюсь, - метод конвертов наиболее прозрачен и понятен при начальном обучении эколого-географическому анализу и моделированию (ЭГАМ). Освоив концепт и основы, учащиеся в дальнейшем могут осмысленно и критично подходить и к автоматизированным техникам ЭГАМ. Рассмотренные в пособии методы и техники растрового анализа и моделирования служат основой для последующего составления карт потенциала распространения объектов с учетом зон оптимумов и пессимумов, а также "распределения вероятности наличия вида" в связи с возможным модифицирующим взаимодействием экологических факторов.

Ответить

Вернуться в «Литература и документация»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость