Методы тематического картографирования природной среды на основе данных дистанционного зондирования Земли

НАУКИ О ЗЕМЛЕ EARTH SCIENCE

Методы тематического картографирования природной среды на основе данных

дистанционного зондирования Земли Methods of thematic mapping of the environment based on remote sensing data of the Earth

УДК 528.88

Хабаров Денис Андреевич,

аспирант 1-го года обучения кафедры Почвоведения, экологии и природопользования, Государственный университет по землеустройству, г. Москва, khabarov177@yandex.ru

Картавых Любовь Харлампиевна,

старший преподаватель кафедры Русского и иностранных языков, Государственный университет по землеустройству, г. Москва, liubov.kartavyh@yandex.ru

Попова Ольга Олеговна,

к.э.н., доцент кафедры Городского кадастра,Государственный университет по землеустройству, г. Москва, oopopova@yandex.ru

Аннотация. В статье объясняется важность использования космической фотоинформации как звена в технологической цепи создания карт природной среды и антропогенного воздействия. Описываются методы тематического картографирования природной среды на основе данных дистанционного зондирования.

Summary. The article explains the importance of using space photo information as a link in the technological chain of creating maps of the natural environment and anthropogenic impact. Describes methods for thematic mapping of the natural environment based on remote sensing data.

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, тематическое картографирование, космические снимки, природная среда.

Keywords: Earth remote sensing, thematic mapping, satellite imagery, the natural environment.

Использование космической фотоинформации является важнейшим звеном в технологической цепи создания карт природной среды и антропогенного воздействия.

Основное содержание карт определяется перечнем тех сведений, которые необходимы для решения поставленной задачи и формируется в процессе дешифрирования материалов космических съемок. При создании карт применяются дешифровочные признаки, разработанные для топографического и тематического дешифрирования, ландшафтно-индикационный метод дешифрирования КС, позволяющий изучать и картографировать не только физиономичные компоненты природной среды, но и объекты, которые не имеют на снимках прямого отражения в фототоне и рисунке изображения (грунтовые воды, почвы, механический состав грунтов и др.).

Полученные карты и схемы дешифрирования служат основой для изучения инженерно-геологических объектов, состояния лесов и растительного покрова, почв и т.д. Объектом изучения являются природные комплексы различных рангов, которые будут подвергаться различным изменениям под воздействием антропогенных факторов, а предметом исследования — свойства этих комплексов, характеризующие их изменения.

Ландшафтная карта создается на основе использования результатов тематического дешифрирования космических снимков.

Методика использования КФС при создании ландшафтной карты включает:

- выявление и обособление по фотоизображению природно-территориальных комплексов;

- определение качественных характеристик ландшафтов на основании комплексного использования прямых и косвенных дешифровочных признаков и данных полевых работ. В процессе дешифрирования используются также литературные и фондовые материалы;

- интерпретацию опознанных объектов, выражающуюся в классификации этих объектов в зависимости от тематической направленности дешифрирования.

Опознание физиономичных компонентов ландшафта проводится по прямым дешифровочным признакам. Интерпретация трудно наблюдаемых компонентов — ландшафтно-индикационным методом.

В качестве прямых дешифровочных признаков используются сочетания яркостных характеристик природно-территориальных комплексов, структура и текстура фотоизображения. Дешифрирование крупных природно-территориальных комплексов контролируется по топографическим и тематическим картам [1].

Ландшафтные единицы более низкого порядка — виды ландшафтов и их морфологические подразделения — обособляются по сочетанию мезоформ рельефа и почвенно-растительного покрова.

Легенда строится по морфоструктурному принципу и выполняется в текстовой или табличной форме. Характеристика выделяемых природно-территориальных комплексов

проводится по нескольким показателям: рельефу, почвообразующим и коренным породам, степени увлажнения, почвам, растительности, степени и характеру освоенности территории.

Методика использования КФС при создании геоморфологической карты предполагает проведение геоморфологического дешифрирования, включающего:

- выявление на космических снимках крупных морфоструктурных форм мега- и макрорельефа (по структуре и тону фотоизображения);

- выделение внутри крупных морфоструктурных элементов в результате детального их изучения по КФС элементов более низкого порядка, фиксацию элементов разломной тектоники, отдельных форм рельефа;

- проведение возрастной генерализации форм рельефа одного генезиса (определяются по особенностям морфологии рельефа, отраженным в фотоизображении на космических снимках).

Кроме материалов геоморфологического дешифрирования КФС при составлении карты используются существующие картографические материалы, литературные источники, данные полевых работ и других методов геолого-геоморфологических исследований.

При построении легенды используются те же принципы, что и при составлении карты традиционными методами.

Дешифрирование космических фотоснимков для изучения и картографирования грунтовых вод и четвертичных отложений (поверхностных отложений) основывается на использовании преимущественно косвенных дешифровочных признаков, т.е. распознаются с помощью фотоизображения физиономичных индикаторов, опознаваемых на космических фотоснимках по прямым дешифровочным признакам. По прямым дешифровочным признакам опознание четвертичных отложений возможно только в тех случаях, когда отсутствует маскирующий растительный покров [2].

При составлении карты болот и заболоченных земель используются результаты дешифрирования космических фотоснимков, полевые наблюдения, фондовые и картографические материалы.

Методика использования КФС включает:

- выявление и обособление по фотоизображению болот и их систем, группы комплексов (грядово-мочажинный и грядово-озерковый), гидрографической системы болот, характера состояния и использования в настоящее время, участков открытых и залесенных массивов.

Используются прямые дешифровочные признаки — форма болотных впадин, тон, структура и рисунок фотоизображения;

- определение качественных характеристик выделенных контуров болот на основании комплексного использования прямых и косвенных дешифровочных признаков и материалов полевых работ, а также определение болотных фитоценозов, видов болот;

- интерпретацию стадий развития болот, их водно-минерального питания, мощности торфяных отложений, уровня залегания грунтовых вод в пределах болотного массива и заболоченных земель. Интерпретация выполняется по косвенным дешифровочным признакам, т.е. используется ландшафтно-индикационный метод дешифрирования — взаимосвязь между размерами и формами болот, их местоположения, с определенными стадиями развития и свойствами болот.

Легенда карты выполняется в табличной, либо текстовой форме на основе предварительно составленной по полевым, фондовым и литературным данным классификации болот и растительного покрова заболоченных земель изучаемой территории. Легенда включает показатели: экологический тип растительности, болотные формации, вид болота (по современному растительному покрову), размещение болот в рельефе, мощность торфяной залежи, уровень залегания грунтовых вод (первый водоносный горизонт), характер современного использования, рекомендуемое рациональное использование.

Для заболоченных земель приводятся для каждого типа растительности преобладающие растительные сообщества, размещение их в мезорельефе, механический состав поверхностных отложений, уровень залегания первого водоносного горизонта, современное использование, рекомендуемое экономически эффективное использование угодий.

Изучение и картографирование лесов с использованием КФС за последнее десятилетие характеризуется стабилизацией методологических и методических подходов, смещения их в сторону утверждения ландшафтных принципов в дешифрировании и картографировании. На основе использования космических снимков достаточно уверенно картографируются леса с подробной характеристикой породного состава, а также молодняки, редины, вырубки, гари, болота. Фотометрические определения оптических характеристик позволяют производить разделение древесной растительности по породам, а также выявлять различия внутри пород, связанные с условиями произрастания леса, а методы автоматизированного дешифрирования позволяют получать также таксационные показатели, такие как, запас, полнота, возраст, высота и диаметр древесной растительности. Все это

говорит о том, что с помощью космической фотоинформации высокого разрешения вполне реально создание карт растительности, в которых дается оценка по приведенным выше показателям и отражаются тенденции и результаты развития растительного покрова, пространственное размещение и возможные изменения в структуре фитоценозов; иными словами, показывается степень и характер тех изменений в растительности, которые прогнозируются, главным образом, как результат хозяйственной деятельности человека [3].

Методика использования КФС при составлении карты растительности включает:

- разделение участков, занятых древесной растительностью и незалесенных территорий. Выполняется по прямым дешифровочным признакам — тону и структуре фотоизображения;

- интерпретация типов леса, кустарничково-травяной растительности; экологически обусловленных сочетаний древесной и кустарничковой растительности. Интерпретация выполняется по косвенным дешифровочным признакам, т.е. ландшафтно-индикационным методом дешифрирования.

Роль прямых и косвенных дешифровочных признаков может изменяться в зависимости от принадлежности территории к тому или иному физико-географическому району, а также от состава и качества использованных материалов. Характер фотоизображения растительного покрова и его сочетаний с сельскохозяйственными угодьями будет также своеобразным для каждого природного района.

При дешифрировании привлекаются отраслевые картосхемы лесных массивов, лугов, болот и их описания, фактический материал полевых наблюдений.

Структура легенды определяется природными особенностями территории, сложностью самого растительного покрова и масштабом составляемой карты.

Использование космической фотоинформации в настоящее время, также нашло широкое применение при изучении и картографировании почвенного покрова и его структуры. Изучение почвенного покрова дистанционными методами можно разделить на две части. Во-первых, почвенно-географическое дешифрирование, т.е. определение почвенных генетических разностей, почвенных комплексов, районирование и картографирование почв. Во-вторых, дешифрирование отдельных свойств почвенного покрова — влажности, температуры, гумусности, засоленности, механического состава и факторов почвообразования. Почвы распознаются частично по прямым признакам, определяемым свойствами собственно почвенного покрова, частично по косвенным индикаторам. Основное предназначение почвенных карт — рациональное планирование

использования земельных ресурсов и разработки мероприятий препятствующих возникновению экзогенных и других процессов, приводящих к разрушению почв.

Прослеживая приоритетные направления исследований последних десятилетий: комплексное изучение и картографирование природных ресурсов, охрана природы, изучение динамики природной среды и организация экологического мониторинга, экологическая экспертиза и рациональное природопользование — можно легко убедиться, что ни одно из них не мыслится без широкого использования информационно-методического арсенала космического природоведения.

Материалы дистанционного зондирования Земли, и в частности, космические съемки дают наисовременнейшую и объективную информацию о состоянии многих компонентов природной среды, и, следовательно, могут служить базой для их изучения и картографирования. Возможность периодического получения космической информации через заданный промежуток времени позволяет изучать также и динамику изменений природной среды, давая возможность, тем самым, использовать эту информацию для различных модельных построений.

Список использованной литературы

1. Верещака Т.В., Курбатова И.Е. Эколого-географические исследования по топографическим картам: методологические подходы. - В кн.: Картография XXI века: теория, методы, практика. М.: ИГРАН РАН, РГО. 2001 С. 338 - 339

2. Кравцова В.И. Космические методы исследования почв / Учебное пособие для студентов вузов. М.: Аспект Пресс. 2005 190 с.

3. Сизов А.П., Хабаров Д.А., Хабарова И.А. Новые подходы к разработке методики формирования семантической информации мониторинга земель на основе обработки и анализа картографической информации // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. №4. 2018. С. 434-441.