Пространственная организация растительного и почвенного покрова Баргузинской котловины

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО И ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА БАРГУЗИНСКОЙ КОТЛОВИНЫ

, ,

Бурятская государственная сельскохозяйственная академия,

Улан-Удэ, Россия

The results of digital relief modeling and classification of vegetation and soil cover by methods of Remote sensing are presented in the given paper. The multispectral image Landsat, radar height interferometric data of Shuttle Radar Topographic Mission and results of geobotanic study and soil investigation are used.

В настоящее время с появлением цифровых карт и планов, увеличением быстродействия компьютерной техники появляются новые возможности представления рельефа местности [2, 3]. Все большую популярность приобретают цифровые модели местности, так как они дают возможность даже профессионально неподготовленным людям получить достаточно полное представление об объекте. Наиболее часто цифровые модели используются для хранения данных дистанционного зондирования Земли и результатов их обработки [5].

Выбранный для отработки методики район – Баргузинская котловина, расположенная в Республике Бурятия представляет собой резко очерченное опускание земной коры (до отметки 500 м над уровнем моря) внутри Саяно-Байкальского Станового нагорья между Баргузинским и Икатским хребтами и характеризуется возвышенным и значительно расчлененным рельефом. Котловина простирается с юго-запада на северо-восток более чем на 200 км, ширина ее достигает 35 км, высота днища – от 470 до 600 м. Центральная низкая часть котловины – болотно-луговая приречная равнина шириной до 15 км. Правобережье р. Баргузин – наклонная равнина с относительной высотой до 100-200 м, образованная конусами выноса и занятая лесостепью и сосновыми лесами [4].

Цель исследования – пространственное топографическое моделирование рельефа и автоматизированная классификация растительности и почвенного покрова Баргузинской котловины.

Решены следующие задачи:

- построена цифровая модель рельефа по радарным высотным данным;

- проведена классификация поверхности по уклонам и высотам;

- проведена сегментация мультиспектрального снимка Landsat ЕТМ+ по типам подстилающей поверхности.

Исходными данными для создания цифровой модели местности послужили:

1. Данные радарной интерферометрической съемки поверхности земного шара SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission). Она была осуществлена в течение 11 дней в феврале 2000 г. с помощью космического корабля многоразового использования Shuttle Endeavour. В результате съемки была отснята почти вся территория земного шара (85 %) за исключением самых северных (больше 60° с.ш.) и самых южных широт (больше 54° ю.ш.), а также океанов [1].

2. Мультиспектральные снимки спутника Landsat ETM+, служащие впоследствии текстурой, которые накладываются на трехмерную цифровую модель рельефа.. В данной работе был применен синтез с окрашиванием изображения, полученного в зеленой зоне электромагнитного спектра, синим цветом, в ближней инфракрасной – зеленым, в средней инфракрасной – красным. Таким образом, для создания RGB-композита с преднамеренно ложной цветопередачей было проведено следующее назначение каналов снимка: R – 7 канал, G – 4 канал, B – 2 канал. Эта комбинация дает изображение близкое к естественным цветам. Здоровая растительность выглядит ярко зеленой, травянистые сообщества – зелеными, ярко розовые участки детектируют открытую почву, коричневые и оранжевые тона характерны для разреженной растительности. Сухостойная растительность выглядит оранжевой, вода – голубой. Песок, почва и минералы представлены очень большим числом цветов и оттенков [5].

3. Материалы геоботанического и почвенного обследования, полученные во время выезда на полевые работы в п. Ина Баргузинского района Республики Бурятия в период с 29 мая по 1 июня 2009 г. Для получения необходимых данных была заложена трансекта (рис. 3), по периметру которой было заложено 11 почвенных разрезов. Съемка проводилась при помощи GPS-навигатора Garmin GPS60. На рис. 1 показан маршрут съемки. Отметим, что трек от точки 53 до точки 54 – выбранная трансекта.

GPS

Рис. 1. Маршрут GPS-съемки.

Полученные навигатором Garmin координаты опорных точек использовались впоследствии для географической привязки топографических карт и снимков Landsat. Привязка осуществлялась по 9 опорным точкам, что обеспечило высокую точность картматериала. Геопривязанная карта позволяет решать большой спектр задач, решаемых в землеустройстве и кадастре: определение площадей угодий и координат точек местности, построение 3D-моделей рельефа местности и т. д.

4. Топографические карты масштаба 1:25 000, 1:100 000.

Фотограмметрическая обработка изображений была проведена с помощью программного комплекса ENVI 4.2, который хорошо зарекомендовал себя как полнофункциональное решение для визуализации, обработки и анализа данных дистанционного зондирования Земли.

После загрузки из Интернета высотных радарных данных и «сшивки» требуемых сцен была получена геомозаика. Она представляет собой изображение в градациях серого. Яркость каждой точки зависит от высоты земной поверхности над уровнем моря и меняется от черного к белому [5]. Минимальная высота исследуемой территории равна 454 м, максимальная отметка на высоте 2768 м [6, 7]. На рис. 2 приведена трехмерная визуализация полученной мозаики.

3Dsurface+

Рис. 2. 3D-визуализация Баргузинской котловины.

На рис. 3 показан продольный профиль трансекты. По оси ординат отложена высота рельефа, а по оси абсцисс – координаты котловины в продольном направлении. Рассмотрим поперечный профиль. Видно, что уровень земной поверхности падает с высоты приблизительно 2500 м до 480 м над уровнем моря. Проанализировав высотные отметки всей котловины, было установлено, что данная местность имеет ярко выраженную ровную поверхность с естественными границами в виде резко увеличивающейся высоты рельефа, и наименьшая высота днища котловины равна 478 м, наибольшая – 600 м.

Продольный_профиль_с_Васиным_трансектом_

Рис. 3. Соотношение продольного высотного профиля со снимком Landsat.

Из сшитой мозаики был выделен прямоугольный фрагмент территории, прилегающий к котловине. Затем выбранное изображение было отклассифицировано по углам уклонов средствами топографического моделирования. На рис. 4 изображен фрагмент отклассифицированного изображения по уклонам с градацией, принятой в землеустройстве. На рис. 5 приведены цифровые карты уклонов с градацией через 1 и 10 градусов (рис. 5, а и б соответственно) и карта высот днища котловины с градацией через 50 м (рис. 5, в). Используя функцию «Отмывка рельефа» получено более реалистичное изображение района исследования (рис. 5, г).

ROI_по_трансекте

Рис. 4. Карта поверхности уклонов.

Slope-10

Slope-1

а)

б)

Height-50

рельеф

в)

г)

Рис. 5. Карта уклонов с градацией через 10° (а), 1° (б). Карта высот через 50 м (в). Изображение котловины, полученное функцией «Отмывка рельефа» (г).

В результате классификации установлено, что наибольшую площадь, равную 30,25 тыс. га, имеют участки местности с уклонами 0°¸1°, а наименьшую – 116,71 га – территории с уклонами, равными 10°¸12°. На территории прилегающих гор преобладают сильно расчлененные формы рельефа, а непосредственно в самой котловине общий наклон поверхностей достигает 12°, в среднем варьирует в пределах 1°¸3° (табл. 1).

Таблица 1

Результат классификации поверхности котловины по углам уклонов

№ п/п

Величина уклона, °

Площадь

га

км2

1

0° – 1°

30250,43

302,50

2

1° – 3°

16419,76

164,19

3

3° – 5°

5304,55

53,04

4

5° – 7°

1998,89

19,98

5

7° – 8°

477,04

4,77

6

8° – 10°

450,54

4,50

7

10° – 12°

116,71

1,16

Следующим этапом работы была сегментация мультиспектрального снимка по типам подстилающей поверхности. Цель проведения данной классификации – получение достоверных данных о подстилающей поверхности анализируемого участка котловины с выделением их в определенное количество классов. Нами был использован итерационный алгоритм кластеризации ISODATA [5]. Для работы были выбраны следующие параметры: количество классов – 8, максимальное число итераций – 10, минимальное евклидовое расстояние – 5 пикселов. Результат классификации представлен на рис. 6. Дополнительно были привлечены данные геоботанических и почвенных исследований.

Классификация_8_классов

Рис. 6. Результат классификации методом ISODATA.

В результате проведенного топографического моделирования рельефа и последующей автоматизированной классификации снимка района исследований был проведен анализ по типам подстилающей поверхности и видам почв в зависимости от высоты и углов уклона. В табл. 2 представлено соотношение между типами растительности, почвенным покровом и относительными отметками высот исследуемого участка.

Таблица 2

Результат классификации поверхности котловины

по типам подстилающей поверхности и видам почвенного покрова

№ п/п

Цвет

Тип подстилающей поверхности

Площадь, %

Относительная высота, м

1

Разнотравно-дернисто-осоковый заболоченный луг; почва: аллювиальная торфяно-глеевая засоленная отдела аллювиальных почв синлитогенного ствола

5,48

450-500

2

Сосняк ксерофитно-разнотравный с рододендроном даурским; почва: темногумусовая почва органо-аккумулятивного отдела постлитогенного ствола

13,93

700-750

3

Сосняк рододендроновый ксерофитно-разнотравно-осоковый; почва: дерново-подбур альфегумусового отдела постлитогенного ствола

15,41

600-650

4

Бледно-осоково-ползунковые солончаки;

почва: аллювиальная перегнойно-глеевая засоленная отдела аллювиальных почв синлитогенного ствола

14,06

450-500

5

Лиственничник бруснично-зеленомощный; почва: подбур альфегумусового отдела постлитогенного ствола

14,27

6

Осоково-бесстебельно-лапчатковое сообщество (степь); почва: каштановая аккумулятивно-карбонатного отдела малогумусных почв постлитогенного ствола

10,33

550-600

7

Ковыльно-полынное степное сообщество (степь); почва: каштановая аккумулятивно-карбонатного отдела малогумусных почв постлитогенного ствола

13,91

500-550

8

Поверхность практически лишена растительности (солончаки); почва: солончак сульфидный отдела голоморфных почв постлитогенного ствола

12,60

450-500

По результатам проведенной работы можно сделать следующие выводы:

·  Получены площадные характеристики котловины по высотам и углам уклонов, по типам подстилающей поверхности и видам почв.

·  Установлено хорошее соответствие видового разнообразия подстилающей поверхности котловины по результатам классификации в сравнении с картой растительности данного района.

Литература

1.  Farr T. G., Hensley S., Rodriguez E., Martin J., Kobrick M. The Shuttle Radar Topography Mission // CEOS SAR Workshop, Toulouse, 26-29 Oct. 1999, Noordwijk. – 2000. – P. 361-363.

2.  Moore I. D., Grayson R. B., Ladson A. R. Digital terrain modeling – a review of hydrological, geomorphological and biological applications // Hydrol. Proc. – 1991. – N 5. – P. 3-30.

3.  Pike R. J. Geomorphometry – progress, practice, and prospect // J. Geomorph. Suppl. – 1995. – Vol. 101. – P. 221-238.

4.  , , Волковинцер Баргузинской котловины. – Новосибирск: Наука, 1983. – 269 с.

5.  , Сухинин зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений. – М.: Логос, 2001. – 264 с.

6.  , Цыдыпов морфометрического устройства Баргузинской котловины для целей землеустроительного планирования // Студент и научно-технический прогресс в АПК: сб. материалов VIII региональной научной студенческой конференции аграрных вузов Сибирского федерального округа. Часть II (13-15 мая 2009 г., Улан-Удэ) – Улан-Удэ: Изд-во БГСХА, 2009. – С. 133-140.

7.  , , Баженов площади котловин с использованием радарных топографических данных // Вестник БГСХА. – 2009. – Вып– С. 127-133.



Подпишитесь на рассылку:

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: • АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика
История: СССРИстория РоссииРоссийская Империя
Окружающий мир: Животный мирДомашние животныеНасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организации
МуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммы
Отчеты: • по упоминаниямДокументная базаЦенные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминологияФинансоваяЭкономическая
Время: • Даты2015 год2016 год
Документы в финансовой сферев инвестиционнойФинансовые документы - программы

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШколаПрофессиональное образованиеМотивация учащихся
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказ
Регионы РоссииПрограммы регионовЭкономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумаги: • УправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги - контрольЦенные бумаги - оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудит
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства

Блокирование содержания является нарушением Правил пользования сайтом. Администрация сайта оставляет за собой право отклонять в доступе к содержанию в случае выявления блокировок.