СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2008 года по МПК G01N33/24 G01C11/00 

Изобретение относится к почвенному картографированию для нужд сельского хозяйства и может быть использовано в целях инвентаризации земель и контроля за состоянием почвенного покрова.

Известны способы анализа материалов дистанционных съемок в целях составления почвенных карт визуальные, визуально-инструментальные и инструментально-измерительные. (Виногдадов Б.В. Космические методы изучения природной среды. М.: Мысль, 1976.)

Недостатками данных способов является субъективная диагностика почвенного покрова, зависящая от профессиональных способностей специалиста, что снижает точность диагностики. При этом проведение многозональной съемки не позволяет представить почвенную карту в трехмерном виде, что снижает ее информативность.

Наиболее известным, близким к предлагаемому, является способ диагностики почвенного покрова по данным дистанционной информации, включающий проведение космической съемки, обработку полученных данных, сбор тематических картографических материалов и проведение выборочных наземных исследований, на основании полученных данных, тематических картографических материалов и данных наземных исследований корректируют почвенный покров (патент РФ RU 2105974 C1, G01N 33/24, опубл. 27.02.1998).

В известном способе проводится многозональная съемка, которая не позволяет представить почвенную карту в трехмерном виде, что снижает визуальную информативность при диагностике почвенного покрова.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение визуальной информативности диагностики почвенного покрова в условиях открытой поверхности и развитого растительного покрова.

Для достижения данного технического результата в способе диагностики почвенного покрова по данным дистанционной информации, включающем проведение космической съемки, обработку полученных данных, сбор тематических картографических материалов и проведение выборочных наземных исследований, на основании полученных данных, тематических картографических материалов и данных наземных исследований корректируют почвенный покров, дополнительно проводят космическую радиолокационную съемку в диапазоне 5,6 и 3,1 см, обрабатывают полученные данные и на основании полученных данных корректируют почвенный покров.

Дополнительное проведение космической радиолокационной съемки позволяет рассчитать трехмерные карты основных параметров рельефа и трехмерный каркас рельефа, которые влияют на дифференциацию почвенного покрова, что и повышает визуальную информативность диагностики почвенного покрова в условиях открытой поверхности и развитого растительного покрова.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Проводят космическую съемку в трех спектральных диапазонах. Космические снимки содержат информацию о спектральной яркости различных природных объектов в трех спектральных диапазонах: в среднем инфракрасном (2,0-2,3 мкм), ближнем инфракрасном (0,8-0,9 мкм), зеленом диапазонах (0,5-0,6 мкм). К природным объектам различного происхождения относятся: открытая почва, растительность, водные объекты, горные породы и т.д. Различные природные объекты имеют индивидуальную спектральную отражательную способность в трех диапазонах, которая служит идентифицирующим признаком при проведении цифровой автоматической группировки пикселей в классы с одинаковыми значениями. С целью повышения распознаваемости природных объектов используют разные методы обработки космических снимков. Среди них наиболее универсальным считается метод максимального правдоподобия. В результате обработки космического снимка этим методом получают карту спектральных классов, идентификация которых проводится наземными исследованиями с использованием системы глобального позиционирования (GPS).

Проводят выборочные наземные исследования с использованием системы глобального позиционирования (GPS), которые осуществляют на предварительно выделенных по карте спектральных классов ключевых участках. Использование системы глобального позиционирования (GPS) позволяет создать карту с точечными данными наземных исследований, к которым присоединена информация о географических координатах, данные о растительном и почвенном покрове, почвообразующих породах, положение в рельефе и т.д. Эта карта служит в качестве эталона диагностических признаков таксономических единиц почв. Выявленные в результате проведения наземных исследований закономерные взаимосвязи между почвенным покровом, растительностью, рельефом и почвообразующими породами служат косвенными признаками таксономических единиц почв, которые экстраполируют на не обследованные близлежащие территории.

На основании данных, полученных в результате обработки космического снимка, тематических картографических материалов и данных наземных исследований методом пространственного моделирования, составляют двухмерную карту почвенного покрова. Затем дополнительно проводят космическую радиолокационную съемку. Радиолокационная съемка с синтезированной апертурой в С-и X-диапазоне (длина волны 5,6 и 3,1 см соответственно) содержит информацию о высоте земной поверхности, которую используют для расчета трехмерных карт основных параметров рельефа (карта высот, карта экспозиции склонов, карта крутизны склонов).

На трехмерной карте высот отчетливо видны перепады высот местности, отдельные мезоформы рельефа, хорошо передаются элементы рельефа речных долин, характер водоразделов, особенности склонов, обрамляющих горные котловины.

Трехмерные карты экспозиции склонов отражают ориентацию склонов относительно частей света: север, юг, запад, восток. Расположение растительности на склонах разной экспозиции является дополнительным диагностирующим признаком почвенного покрова.

На трехмерной карте крутизны склонов отражены склоны с различной крутизной, которые характеризуются разной мощностью отложений коренных пород, мощность которых тесно связана с величиной крутизны и формой склонов.

Также на основе данных о высоте, содержащихся в радиолокационных снимках, методом трехмерной визуализации строят трехмерный каркас рельефа. На трехмерном каркасе рельефа, для горных территорий, первоначально выделяют: 1) поймы рек; 2) пойменные и надпойменные террасы; 3) вершины склонов с различной экспозицией и крутизной; 4) террасы склонов с различной экспозицией и крутизной; 5) отложения подножий склонов с различной экспозицией и крутизной; 6) каменные морены и моренные всхолмления; 7) ледники и снежники. Такое разделение территории позволяет установить границы ареалов с однородным рельефом, в пределах которых проводится диагностика почвенного покрова.

Затем проводят наложение двухмерной почвенной карты на трехмерные карты основных параметров рельефа и трехмерный каркас рельефа и методом пространственного моделирования осуществляют сопоставление и сличение признаков, соответствующих определенному типу почвы, экстраполируют почвенный покров на не обследованные близлежащие территории и корректируют почвенный покров.

Пример.

Для апробации предлагаемого способа использована территория Республики Горный Алтай - восточная часть Курайского хребта, окаймляющая Чуйскую степь. Общая площадь объекта исследования 6 тыс. кв. км. Он представляет собой территорию шириной около 80 км, протянувшуюся с юга на север от окраины Чуйской степи до р. Башкаус. Территория исследования включает юго-восточную оконечность Курайского хребта с его крутым юго-западным ступенчатым склоном и пологим северо-восточным, а также верховья и долины речек Башкаус, Чулышман, Верх. Ильдугем, Бол. Салжек, Мал. Кокоря и др.

Почвообразующими породами на положительных формах рельефа служат сильно щебнисто-каменистый элювий и элювио-делювий пара- и ортосланцев, слюдистых кварцитов, гнейсов, амфиболов, песчаников, кварц-хлоритовых, хлоритовых и биотитовых сланцев, гранитов туфов, гипербазитов и других пород. Отрицательные формы рельефа заняты рыхлыми ледниковыми щебнисто валунными суглинками, озерно-аллювиальными и делювиальными галечниково-гравийными супесями и песками. В поймах рек почвообразующей породой служит слоистый суглинистый и супесчано-песчаный с гравийно-галечниковыми прослойками аллювий.

На территории объекта исследования развита вертикально-поясная дифференциация почвенного покрова, выражающаяся в последовательной смене почвенных поясов (сверху вниз): 1) пояс горно-тундровых, горно-луговых, горных лугово-степных почв высокогорий (на высотах 1600-3500 м); 2) пояс горно-лесных почв высокогорий, среднегорий и низкогорий (на высотах 600-2500 м); 3) пояс лесостепных почв низкогорий (на высотах менее 600 м), этот пояс на территории объекта не имеет распространения. А также распространены почвы сухостепного ряда почвообразования - горные каштановые, горные светло-каштановые, распространенные в основном в речных долинах и межгорных котловинах.

Результаты исследований представлены на чертеже в виде трехмерной почвенной карты, на которой показано, что в средней и нижней части высокогорного пояса распространены горно-луговые почвы (подтипы: альпийские, субальпийские). При проведении пространственного анализа было установлено, что горно-луговые субальпийские почвы формируются в основном под высокотравными субальпийскими либо мелкотравными альпийскими лугами с ориентацией склонов в южном и западном направлении. На склонах северного и восточного направлений их развитие сдерживает наличие достаточного количества тепла. Горно-луговые субальпийские почвы, формирующиеся на склонах, характеризуются разной мощностью отложений коренных пород, мощность которых тесно связана с величиной крутизны и формой склонов, определяемой по трехмерным картам основных параметров рельефа. С помощью аппроксимации значений установленной зависимости от крутизны склонов выделяют контуры горно-луговых субальпийских почв разной мощности.

В верхней части высокогорного пояса на высотах 1600-3500 м распространены в основном горно-тундровые почвы (подтипы: слаборазвитые, дерновые, перегнойные, торфянистые, торфяно-глеевые, торфянисто-глеевые). Эти почвы формируются как в отрицательных, так и положительных формах рельефа под различными формациями высокогорной тундровой растительности. Формации высокогорной тундровой растительности диагностируются по карте спектральных классов. Использование трехмерных карт основных параметров рельефа и трехмерного каркаса рельефа позволяет выделить участки с преобладанием автоморфного или гидроморфного типа почвообразования. В автоморфных условиях формируются горно-тундровые (подтипы: слаборазвитые, дерновые, перегнойные), в гидроморфных условиях формируются горно-тундровые (подтипы: торфянистые, торфяно-глеевые, торфянисто-глеевые).

На делювиальных и делювиально-пролювиальных отложениях подножий склонов и горных котловинах формируются горные каштановые и горные светло-каштановые почвы различной мощности, которая находится в прямой зависимости от градиента убывания или увеличения крутизны склонов. В верхней и средней части подножий склонов с большим количеством мелкоземистого материала и степными формациями растительности формируются горные каштановые маломощные и среднемощные. Горные светло-каштановые почвы формируются в таких же геоморфологических условиях, но в отличие от каштановых на щебнисто-галечниковых отложениях и с участием полупустынной степной растительности, определяемой по карте спектральных классов.

При незначительной расчлененности рельефа на равнинных участках, в пойменной части рек, большое значение приобретает микрозападинность рельефа, который отображается на трехмерном каркасе в виде ячеистой или бугорчатой поверхности, что служит индикатором почв с признаками гидроморфного типа почвообразования - горно-луговые пойменные.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить визуальную информативность диагностики почвенного покрова в условиях открытой поверхности и развитого растительного покрова.

Использованные материалы:

1. Космический снимок (разрешение 30 м) в среднем инфракрасном (2,0-2,3 мкм), ближнем инфракрасном (0,8-0,9 мкм) и зеленом диапазонах (0,5-0,6 мкм), полученный со спутника Landsat в 2000 году.

2. Тематические картографические материалы: Государственная почвенная карта СССР М 1:1000000, Почвенная карта Республики Горный Алтай М 1:1600000, карта четвертичных отложений М 1:1600000, Геологическая карта M 1:1600000.

3. Данные наземных исследований почв и растительности, собранных на ключевых участках с помощью системы глобального позиционирования (GPS).

4. Радиолокационный снимок (разрешение 90 м) в С- и Х-диапазоне (длина волны 5,6 и 3,1 см соответственно), получен в результате проведения проекта Shuttle Radar Topography Mission - SRTM в феврале 2000 года.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к почвенному картографированию. Способ включает проведение космической съемки, обработку полученных данных, сбор тематических картографических материалов и проведение выборочных наземных исследований. Дополнительно проводят космическую радиолокационную съемку в диапазонах длин волн 5,6 и 3,1 см. На основании полученных данных, тематических картографических материалов и данных наземных исследований корректируют почвенный покров. Способ позволяет диагностировать почвенный покров в условиях открытой поверхности и развитого растительного покрова. 1 ил.

Способ диагностики почвенного покрова по данным дистанционной информации, включающий проведение космической съемки, обработку полученных данных, сбор тематических картографических материалов и проведение выборочных наземных исследований; на основании полученных данных, тематических картографических материалов и данных наземных исследований корректируют почвенный покров, отличающийся тем, что дополнительно проводят космическую радиолокационную съемку в диапазонах длин волн 5,6 и 3,1 см, обрабатывают полученные данные и на основании полученных данных корректируют почвенный покров.