Первые разработки в области картографирования городской среды появились в конце 80-х гг. XX в. В основном, они были представлены комплектом эколого-геохимических карт (например, «Эколого-геохимический атлас Кишинева»). В дальнейшем появились комплексные экологические атласы многих крупных городов (Санкт-Петербурга, Иркутска, Москвы и др.). Обобщая существующий опыт атласного картографирования городской среды, следует сослаться на разработки В.З. Макарова с соавторами [12]. Решая проблему эколого-географического картографирования города, авторы придерживались определенных методологических установок и методических подходов. В общем плане они сформулировали их как набор следующих принципов: геосистемность, экосистемность, историзм, географичность.

Принцип геосистемности предполагает представление города как сложной геотехнической территориальной системы (урбогеосистемы), включенной в ландшафтную структуру окружающей город территории. Город предстает как системное единство природного ландшафта, техногенного покрова и населения.

Отсюда следует, что геосистемный подход требует создания трех тематических блоков карт:

– отражающих природно-ландшафтные особенности территории города;

– показывающих его инженерно-технические и архитектурно-планировочные особенности;

– рассматривающих демографические и социально-экологические аспекты городского бытия.

С позиции системного подхода крупный город следует рассматривать одновременно как систему, состоящую из конечного множества элементов, и как элемент более общей системы. В связи с этим исследование города не должно замыкаться в его административных границах, а должно охватывать и ближайшее окружение. Широта охвата должна выбираться из следующего ряда: ядро – периферия – зона воздействия – компенсационная зона – полоса внешнего воздействия.

Урбогеосистемы, являясь открытыми системами, тесно связаны с окружающей их территорией. Следовательно, весьма важно показать город как часть окружающей его территории, т.е. реализовать принцип экосистемности.

Исходя из принципа экосистемности, город рассматривают как некого «хозяина» по отношению к окружающему город пространству, и соответственно окружающие город ландшафтные и геотехнические комплексы также должны оцениваться с позиций их возможного влияния на городские территории. Таким образом, экосистемный принцип требует определенной методологической схемы в содержании и структуре эколого-географического картографирования городской среды:

1) создание карт, показывающих город и окружающую его пригородную территорию (в зависимости от размеров города это могут быть 15–30-километровые зоны);

2) выделение экологического каркаса города;

3) «хозяином» и «страдательным» объектом на картах должно быть население города, но на промежуточных этапах анализа в качестве хозяина могут выступать различные, в том числе и не биотические, компоненты, компоненты города и сам город.

Принцип историзма требует включения карт, отражающих не только современную экологическую ситуацию, но и ее становление и развитие во времени на разных этапах и возможное состояние в будущем, что требует реализации цепочки ретроспектива – современное состояние – прогноз.

Принцип географичности, учитывающий территориальное разнообразие, дифференциацию городской территории в пространстве, требует разделения города на разнородные по ландшафтным, инженерно-техническим, градопланировочным и демопопуляционным характеристикам фрагменты городской территории.

При картографировании сложных систем, в т.ч. и урбогеосистем, используется два основных пути их делимитации – покомпонентный и посистемный. Первый направлен на составление аналитических карт отдельных компонентов (элементов природы, техносферы и социальной среды). Посистемный подход основан на выделении участков, обладающих определенным составом компонентов и определенными свойствами, позволяющими классифицировать данный выдел как целостный.

Единый подход к решению проблемы разделения города на более мелкие территориальные выделы в настоящее время отсутствует. Очевидно, что в создаваемых схемах деления городских территорий должны учитываться как особенности техногенного покрова, так и морфология, динамические процессы в природном ландшафте.

Взаимное наложение результатов природного районирования и функционального зонирования позволяет выделить так называемые урболандшафтные участки, которые могут являться минимальной операционной ячейкой осреднения разнообразной информации. Урболандшафтные участки – это территориальные выделы, относительно однородные по характеру и возрасту жилой застройки, расположенные в относительно схожих природно-ландшафтных условиях. Географический принцип предполагает создание карт районирования городской территории по отдельным принципам и их совокупности [12].

Приведенные принципы эколого-географического картографирования носят общенаучный характер. Все они должны использоваться или по крайней мере учитываться в совокупности, дополняя друг друга. Лишь в этом случае может быть найдена, изучена и смоделирована наиболее существенная, системообразующая часть отношений в эколого-географическом комплексе любого таксономического ранга и получена комплексная оценка территории.

Таким образом, эколого-географическое картографирование города – это комплексная оценка состояния урбанизированных территорий как среды обитания, включающая системное рассмотрение структуры, взаимодействия и развития природно-ландшафтной, инженерно-технической и демопопуляционной составляющих урбогеосистемы с приоритетом экосистемного подхода. Экологический атлас города – новый тип научно-справочного географо-картографического произведения, отличительной чертой которого является синтез и отражение в крупном масштабе и с большой детальностью природной, населенческой и техногенной составляющих городской среды [13]

Основными разделами эколого-географического анализа города являются:

– выявление территориальной структуры урбогеосистемы;

– определение устойчивости природно-ландшафтных компонентов города к антропогенным нагрузкам;

– изучение техногенных факторов и условий городской среды;

– определение характера и активности воздействия города на соседние территории;

– анализ состояния социальной среды города;

– оценка пригодности города к выполнению средовоспроизводящих функций.

Данный анализ необходим для разработки научно-обоснованных рекомендаций по экологически ориентированному природопользованию; для определения природоохранных мер, включая ограничение и прекращение тех или иных воздействий на городскую среду и население; для экологической экспертизы проектов строительства различных объектов и территориального развития города; для принятия решений в управленческой деятельности городских и районных природоохранных структур; при планировании и реализации различных хозяйственных, медицинских, санитарно-технических, природоохранных мероприятий, а также для решения научных и учебно-воспитательных задач [12].

Исходя из этого, основными задачами эколого-географического картографирования городской среды являются:

1. разработка перечня показателей, оптимально характеризующих природные, техногенные и социальные условия городской среды, их картографирование;

2. создание оценочных карт состояния компонентов урбогеосистемы;

3. выявление факторов и условий, определяющих качество жизни городского жителя;

4. картографический прогноз развития неблагоприятных и опасных ситуаций в пределах городской территории и ближайшем пригороде;

5. разработка рекомендательных карт для принятия управленческих решений.

Если говорить о структуре эколого-географического картографирования городов, то следует прежде всего выделить три основных его направления: природно-экологическое, техногенно-экологическое и социально-экологическое. Отдельно стоят карты эколого-экономической тематики. Разработка принципов и методов их создания – проблема будущего. Содержательно эти карты, очевидно, должны отражать в стоимостном выражении оценку ущерба от природных катаклизмов, затрат на рекультивацию земель, стоимости лечения каких-либо заболеваний и др. [12].

Блок природно-экологических карт должен включать в себя карты ретроспективные, современного состояния, прогнозные и рекомендательные. Все они могут быть как инвентаризационными, так и оценочными, как аналитическими, так и синтетическими. Причем рекомендательные карты чаще всего интересуют заказчика (муниципальные структуры).

Этот блок должен быть насыщен оценочными картами (карты устойчивости территории к определенным негативным процессам, оценка рельефа с точки зрения его экологических функций – районы транзита или накопления загрязняющих веществ, рекреационное районирование и др.). Необходимый комплект природно-экологических карт определяется особенностями конкретного объекта исследования. Но, очевидно, должны быть представлены карты, оценивающие литологические и гидрогеологические особенности территории, состояние почвенного и растительного покрова, эколого-геоморфологические факторы формирования и развития изучаемой геосистемы, микроклиматические (если говорить о крупномасштабном картографировании) аспекты функционирования территории. Очевидно, каждый из компонентов должен оцениваться как на предмет современного состояния, так и с точки зрения возможной динамики этого состояния. Здесь особую ценность представляют карты потенциальной устойчивости территории к определенным типам воздействия.

Блок техногенно-экологических карт прежде всего должен включать карты, характеризующие инженерно-технические и градопланировочные особенности городской среды, показывающие источники загрязнения территории, дающие анализ загрязнения различных природных сред городской территории, отражающие структуру антропогенной нагрузки, пространственные соотношения объектов техносферы, интенсивность и масштабы воздействия на природные компоненты окружающей среды.

Социально-экологический блок должен включать карты, рассматривающие демографические, социальные и медико-географические аспекты городского бытия. Это наиболее серьезный этап работы (поскольку в итоге должны быть созданы рекомендательные карты улучшения среды обитания человека) и наименее разработанный к настоящему времени [12].

Последовательность работ при создании сложных картографических произведений (серии карт или комплексных атласов) на территории разных городов может быть различна, однако различия чаще всего носят частный характер. Общая схема последовательности изготовления карт городской среды выглядит следующим образом.

1. Первоначально создается цифровая модель топографической карты территории города. Базовый масштаб дополняется отдельными слоями с топографических карт других масштабов. Актуализация картографических слоев производится с использованием аэро- или космических данных. Актуализация атрибутивной информации (адресация объектов) – результат полевых исследований.

2. Создание картографических и атрибутивных баз данных (фондовые картографические материалы, данные по выбросам и сбросам промышленных предприятий, информация по заболеваемости городского населения и др.).

3. Создание покомпонентных базовых карт природы, техносферы и социосферы. Эти карты являются исходными для создания последующих карт. Источниками для создания этих карт являются фондовые картографические материалы (в настоящее время, как правило, нет тематических карт крупных масштабов на территорию города или они носят фрагментарный характер); материалы первичных наблюдений и измерений по теме карты. Это могут быть тематические съемки, маршрутные и стационарные наблюдения и измерения, в том числе автоматические.

4. Составление карт, производных от базовых, дополняющих и перерабатывающих их содержание (морфометрические карты, объемы выбросов промышленных предприятий, возрастная структура населения) и карт синтетических (ландшафтная, функционального зонирования, урболандшафтное районирование).

5. Разработка серии оценочных эколого-географических карт природы, техносферы и социальной среды (потенциальная устойчивость территории, карты оценки техногенной нагрузки, заболеваемость населения и др.). Оценка параметров, характеризующих экологическое состояние городов, производится либо с учетом общегосударственных или отраслевых нормативов, либо опираясь на определенные научные положения, разработанные в этой области.

6. Оценка экологического состояния урболандшафтных участков.

7. Создание карт возможного развития городской среды.

8. Создание рекомендательных карт по управлению территорией города.

В число рекомендательных карт входят:

– карты эколого-экономических приоритетов, определяющих дальнейшее социально-экономическое развитие исследуемых территорий;

– карты мер и рекомендаций, направленных на стабилизацию экологической обстановки в местах размещения вредных производств и территорий, загрязненных вредными веществами;

– карты, отражающие результаты реализации предложенных мер и рекомендаций. Рекомендации, отражаемые на картах, необходимо согласовывать с принципом рациональности природопользования.

В настоящее время решение сложных задач эколого-географического картографирования немыслимо без широкого использования методов геоинформационного картографирования, направленного на создание и использование обширных баз данных, получение в автоматизированном режиме разнообразных карт природного, социально-экономического и медико-географического содержания, выполнение различных операций по моделированию и оценке медико-экологической ситуации и др. [13]. По сути, комплекс работ по эколого-географическому изучению городской среды является основой создания географической информационной системы города.