Корректировка данных дистанционного зондирования с помощью полевых исследований

 

 

 

Допускается к  защите

«__»___________2013г.

Зав. кафедрой __________

 

 

 

 

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

 

«КОРРЕКТИРОВКА ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ»

 

 

Выполнила:

 

Научный руководитель:

.

______________(подпись)

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

 

Введение

 

Актуальность. Дистанционное зондирование Земли – это получение информации с использованием аппаратуры, установленной на борту аэро- или космических аппаратов (Трифонова Т.А. и др., 2005).

Дистанционное зондирование (ДЗ) можно представить как процесс, посредством которого собирается информация об объекте, территории или явлении без непосредственного контакта с ним. Методы ДЗ основаны на регистрации в аналоговой или цифровой форме отраженного или собственного электромагнитного излучения участков поверхности в широком спектральном диапазоне. Космическое зондирование, интенсивно развивающиеся в последние десятилетия, предоставило наукам о Земле новые возможности для исследования земной поверхности. За этот период существенно возросли объем, разнообразие и качество материалов ДЗ. К настоящему времени накоплен огромный фонд (более 100 миллионов) аэрокосмических снимков, полностью покрывающих всю поверхность Земли, а для значительной части районов с многократным перекрытием (Гелашвили Д.Б., 1998).

Данные дистанционного зондирования поставляют большой объем  информации о местности. Однако это  информация первичная, и она требует  дальнейшей обработки. Задача обработки  заключается в интерпретации  имеющихся данных для получения  информации о свойствах исследуемых объектов.

Преимуществом использования данных дистанционного зондирования для определения основных типов почв на значительной территории является относительная дешевизна метода. Основной недостаток – невозможность однозначно идентифицировать границы основных типов почв на исследуемой территории. Повысить достоверность результатов можно на основе сочетания методов дистанционного зондирования, наземных исследований и тщательного экспертного анализа всей имеющейся косвенной информации по исследуемому объекту. Для анализа информации целесообразно использование ГИС-технологий.

Цель  работы – провести корректировку данных дистанционного зондирования об основных типах почв изучаемой территории Черноярского района,  с помощью полевых исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Сбор и подготовка имеющихся исходных данных по исследуемой территории;
2. Подбор космоснимков района исследования и прилегающих территорий;
3. Анализ собранных материалов;
4. Проведение полевых маршрутных исследований;
5. Обработка собранных материалов, создание карты отражающей основные типы почв исследуемой территории.

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при оценке почвенно-мелиоративного состояния территории Астраханской области и разработке рекомендаций по их рациональному природопользованию. При наблюдении за состоянием земельного фонда для своевременного выявления изменений, их оценки, прогноза, предупреждения и устранения последствий негативных процессов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I Основные современные направления геоинформационных технологий и методов дистанционного зондирования.

 

Мониторинг  окружающей среды — это комплексная  система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений  ее состояния под воздействием природных  и антропогенных факторов. Мониторинг предполагает процесс систематического или непрерывного сбора информации о параметрах окружающей среды для определения тенденций их изменения (Межжерин В.А.1996). Мониторинг можно проводить с помощью сети стационарных пунктов, однако наблюдения на отдельных точках или профилях не всегда отражают пространственные изменения. Поэтому использование аэро- и космических снимков (данных дистанционного зондирования Земли – ДДЗ) является необходимым условием проведения регулярных наблюдений за современным состоянием экосистем. Сравнение их с результатами съемок, выполненных в прошлые десятилетия, позволяет точно зафиксировать произошедшие изменения (Якубов Х.Г.1997).

Давно и неоднократно было показано, что использование  оперативной глобальной космической  информации позволяет успешно осуществлять мониторинг как быстро протекающих (пожары, наводнения и т. п.), так и протекающих достаточно медленно процессов (зарастание вырубок и гарей, пересыхание водоемов и т. п.), охватывающих большие территории. Географические исследования локального уровня, в первую очередь на особо охраняемых природных территориях (ООПТ), где они имеют целью выявление и оценку происходящих изменений, также опираются на ДДЗ.

Успех использования  разновременных, разнотипных, с разной степенью детальности съемочных  данных, а также всех доступных  картографических материалов, зависит от привлечения современных геоинформационных технологий. Целесообразно создавать геоинформационные системы локального уровня, которые могут объединить подробные тематические и общегеографические данные, материалы аэро- и космических съемок разных лет, результаты стационарных наблюдений на тестовых площадках и другие дополнительные данные, имеющиеся на изучаемом участке (Сухих В.И. 2005).

Фонд космических съемок в настоящее время обширный и  включает материалы, полученные съемочными системами разных типов: сканерными (многозональными, панхроматическими), радиолокационными (на разных длинах волн, при разной поляризации сигнала) и фотографическими (черно-белыми, цветными, спектрозональными многозональными) в разных участках электромагнитного спектра (табл. 1), с разным пространственным (от 0,4 м до нескольких километров) и радиометрическим разрешением (8,11,12,16 бит/пиксел).

В настоящее время съемку Земли из космоса ведут более 50 оптико-электронных и радарных космических аппаратов, принадлежащих  двум десяткам стран, в том числе  спутники новейшего поколения. По сравнению  с архивными материалами параметры  съемочных данных существенно изменились. Во-первых, достижения в области волоконной оптики сделали возможным значительное улучшение пространственного разрешения оптико-электронных съемочных систем, что повлекло за собой широкое распространение материалов метрового и субметрового разрешения в видимом и ближнем ИК участках спектра. Сейчас в мире широко распространены снимки с пространственным разрешением 0,4–2,5 м в панхроматическом варианте и 1,5–4 м – в многозональном, а в ближайшие годы появятся съемочные системы с разрешением 0,25 м. При этом неизбежно малый угол захвата компенсируется наклоном камеры.

Во-вторых, изменилось спектральное разрешение: вместо 3–4 каналов  современные многозональные системы  ведут съемку в 8, 14, 36 каналах, а современные  спектрометры выполняют гиперспектральную съемку в 200 и более каналах. В- третьих, произошло увеличение радиометрического разрешения: весь интервал яркостей при съемке разбивается

не на 256 ступеней (8 бит/пиксел), а, например, на 2048 (11 бит/пиксел), что существенно повышает качество снимков, особенно панхроматических, т.е. черно-белых. Тенденция последних лет – обеспечение съемки в стереорежиме, которую реализуют разными способами: с разных витков, с одного витка двумя съемочными системами или изменением наклона одной, с двух спутников в тандеме, снимающих почти синхронно.

Снимки с  пространственным разрешением 10 и менее  метров распространяются по достаточно высоким ценам, по данным 2010 г. в среднем примерно 15–30 у.е. за 1 км², при минимальной площади заказа 25 км². Точная стоимость материалов съемки определяется фирмой-поставщиком данных на момент заказа. Геопорталы (Google Earth, Yandex, Космоснимки и другие) не так давно появившиеся, но получившие исключительно широкую известность, обеспечивают пользователей космической информацией с разрешением 0,6–30 м, обновляемой не реже, чем через 2–3 года. Технологии геопорталов получают распространение при отображении оперативной информации, особенно мониторинга пожароопасности: например, портал Минприроды и экологии РФ по оперативному выявлению возгораний на ООПТ федерального значения России (http://fires.rfimnr.ru/api/index.html), пожарный сервис, организованный фирмой СканЭкс (SFMS http://www.scanex.ru/ru/news/ News_Preview.asp?id=n23810191), пожарный сервис Иркутского центра приема оперативной информации (FIRMS http://msk.eostation.ru/index.html и http://eostation.irk.ru/) и др. Геопорталы используются и поставщиками данных дистанционного зондирования в качестве пространственной основы для поиска и заказа космической информации, например Космоснимки (http://kosmosnimki.ru/), портал СканЭкс, (http://geoportal.ntsomz.ru/), геопортал Роскосмоса. В последние годы оригинальные снимки (включающие все съемочные каналы) высокого (15–30 м) Landsat, ASTER и др., а также низкого разрешения с пространственной привязкой по орбитальным данным стали доступны через Интернет http://earthexplorer.usgs.gov (или более новый портал обращения к той же базе, использующий технологию Java – http://glovis.usgs.gov, откуда доступны также снимки радиометра ASTER).

Одним из основных источников данных для ГИС являются материалы  дистанционного зондирования. Они объединяют все типы данных, получаемых с носителей космического и авиационного базирования, и составляют значительную часть дистанционных данных как антонима контактных и обеспечивают объединение картографического и аэрокосмического методов (Январева, 2000).

Спектр разработки новых  карт и других геоизображений, существующих в цифровой среде или порождаемых  ею, чрезвычайно широк и речь уже идет об электронных картах и атласах. Виртуальное моделирование одно из новых направлений внедрения геоинформационных технологий. Виртуальные геоизображения сочетают свойства карт, космических снимков, блок-диаграмм и компьютерных аннимаций (Берлянт, 2001; 2006).

Следует отметить особую роль серий карт и комплексных  атласов, где сведения приводятся в единообразной, систематизированной, взаимно согласованной форме. Такие наборы карт особенно удобны для создания тематических баз данных.

Реализованные или реализуемые  в настоящее время отраслевые проекты (земельный кадастр, лесное хозяйство и др.) подробно рассмотрены  в книге Е.Г. Капралова, А.В. Кошкарева, В.С. Тикунова (2004). Формируются региональные информационные комплексы, реализация которых осуществляется на основе развития единой технологии: от создания новой техники на базе малых платформ с оптико-электронными съемочными системами высокого разрешения до систем сбора и обработки информации (Лебедев и др., 2002)

 

 

Глава II Объекты и методы исследований

2.1. Объекты исследования

 

В рамках данных исследований работы проводились на территории Черноярского района Астраханской области.

Черноярский район расположен в северо-западной части Астраханской области. Данная территория полупустынна и простирается по правому берегу реки Волга. Районным центром является село Черный яр, удаленное от областного центра на 320 км. Район граничит на востоке с Ахтубинским районом, на западе с республикой Калмыкия, на юго-западе с Енотаевским районом, на севере с Волгоградской областью.

Участки изысканий  расположены в степных и полупустынных  районах Астраханской области (рис.1).

Объектами изысканий  являлись:

1. Южно-вязовский участок (Черноярский район) с закладкой на нем 4 почвенных разрезов.
2. Западно-вязовский участок (Черноярский район) с закладкой на нем 10 почвенных разрезов.

Рисунок 1. Объект исследования

 

Показатели  и сведения агроклиматической характеристики района исследований принимаются по данным справочника «Агроклиматические ресурсы Астраханской области» и ближайшей метеорологической станции Черный яр.

Территория  Черноярского района хорошо обеспечена теплом. Переход температуры воздуха  через +10° наблюдается 16-20 апреля. Продолжительность  периода с температурой выше 10°  колеблется от 170 до 180 дней. Длительность периода активной вегетации сельскохозяйственных культур нередко ограничивается весенними и ранними осенними заморозками. Осенью переход температур воздуха через +10° наблюдается с 10 октября. На почве продолжительность безморозного периода на 20-25 дней короче, чем воздуха.

Осень в районе наступает в середине сентября и  длится 60-65 дней. До начала осени характерна устойчивая, теплая сухая погода с  умеренно высокими температурами днем и прохладными ночами. В первой половине октября температура воздуха переходит через +10°. В этот период наблюдаются заморозки. С первых чисел ноября происходит переход температур воздуха через +5° - прекращается вегетация сельскохозяйственных культур.

Зима наступает  со второй половины ноября. Абсолютный минимум температур колеблется от -36° до -58°. Во второй половине декабря наблюдается промерзание почвы, которое сохраняется на протяжении 100-120 дней. Наибольшая глубина промерзания почвы на зиму 80-85 см. Снежный покров формируется в конце декабря. Высота его незначительна. Благодаря небольшому количеству дней с оттепелями снежный покров достаточно устойчив.

Весна – самый  короткий сезон года – в Черноярском  районе наступает в первой декаде апреля, когда температура воздуха  переходит +10°. Почва в это время достигает мягкопластичного состояния. Характерная особенность весны – наличие засушливых периодов и восточных ветров, приобретающих свойства суховеев. Скорость такого ветра достигает 12 м/сек и нередко вызывает пыльную бурю.

Лето наступает  в первой декаде мая. Длится оно 130-140 дней. По теплообеспеченности оно умеренно жаркое. В первой половине июня температура воздуха переходят через 20° и сохраняется в течение 80-90 дней. Летние осадки носят ливневый характер.

В геоморфологическом отношении Черноярский район расположен в северо-западной части Прикаспийской геоморфологической провинции, в Волжско-Приергененском ландшафтном районе. Этот район занимает полого-волнистую и бугристо-волнистую слабо расчлененную равнину с волнисто-равнинным, бугристо-равнинным, мелкобугристыми урочищами, затронутыми эоловой обработкой. Территория района представлена тремя различными в геоморфологическом отношении участками: степной частью, надпойменной террасой, и хорошо развитой поймой реки Волги. Своеобразие рельефа наложило свой отпечаток на характер почвенного покрова.

Особенностью  степной части является ее бессточность. Она представляет собой плоскую  слабоволнистую, слабодренированную равнину  с общим уклоном к югу. Микрорельеф  хорошо выраженный, типичный для полупустыни, в виде небольших микро понижений и, слабозаметных на глаз, понижений различной формы и очертаний. Микрорельеф имеет огромное значение в перераспределении выпадающих осадков и обуславливает пестроту и комплексность почвенного покрова.