Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Географическая картография и геоинформатика

Диссертационная работа:

Черепанов Александр Сергеевич. Методика картографирования вымокания лесов по космическим снимкам : на примере территории Курганской области : диссертация ... кандидата географических наук : 25.00.33 / Черепанов Александр Сергеевич; [Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова].- Москва, 2008.- 229 с.: ил. РГБ ОД, 61 08-11/67

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ВЫМОКАЮЩИЕ ЛЕСА И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ АВТОМА
ТИЗИРОВАННОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ПО КОСМИЧЕСКИМ
СНИМКАМ 10

  1. Проблема вымокания лесов 10

  2. Состояние исследований по аэрокосмическому автоматизированному картографированию лесов и неблагоприятных процессов в них 20

  3. Пути совершенствования методики автоматизированного картографирования природно-территориальных комплексов 29

Выводы 41

ГЛАВА 2. ВЫБОР И ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА КОСМИЧЕСКИХ
СНИМКОВ ДЛЯ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ВЫМОКАЮЩИХ ЛЕСОВ 43

  1. Обоснование выбора космических снимков и программных средств их обработки 43

  2. Предварительная обработка космических снимков при картографировании вымокающих лесов 53

  1. Геометрическая коррекция снимков 53

  2. Радиометрическая коррекция снимков 59

  3. Устранение влияния атмосферы 70

Выводы 74

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ВЫДЕЛЕНИЯ ВЫМОКАЮЩИХ ЛЕСОВ НА ОСНОВЕ
СПЕКТРАЛЬНЫХ ИНДЕКСОВ 76

  1. Создание индексных изображений как предварительный этап тематической обработки снимков. Обзор используемых в дистанционном зондировании вегетационных индексов 76

  2. Оценка возможностей разделения стадий вымокания лесов по спектральным характеристикам 94

  1. Гипотетические кривые спектральной яркости вымокающих лесов 97

  2. Полевые исследования для проверки возможности разделения стадий вымокания лесов по вегетационным индексам 104

3.2.3. Разработка специального индекса для выделения вымокающих
мелколиственных лесов 119

В ыводы 130

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ КАРТ ДИНАМИКИ ВЫМОКАНИЯ ЛЕСОВ 132

  1. Методы анализа разновременных снимков для выявления изменений на местности 132

  2. Обоснование метода автоматизированной классификации для выделения вымокающих лесов (дерево решений по критерию «индекс вымокания») 146

  1. Общая методическая схема создания карт динамики вымокания лесов 170

  2. Закономерности пространственного распространения вымокающих лесов в

зависимости от природных и антропогенных факторов 182

Выводы 195

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 197

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 199

ПРИЛОЖЕНИЯ

  1. Методика атмосферной коррекции данных ALOS/AVNIR-2 в программном комплексе ENVI

  2. Значения яркостей и коэффициентов отражения лесов на разных стадиях вымокания по 9 спектральным зонам TERRA/ASTER и рассчитанные по ним вегетационные индексы

  3. Значения яркостей и коэффициентов отражения лесов на разных стадиях вымокания по 4 спектральным зонам ALOS/AVNIR-2 и рассчитанные по ним вегетационные индексы

  4. Использование подпрограммы IndexVimokania к ПК ENVI для расчета предложенного индекса вымокания

  5. Использование подпрограммы 3DROI к ПК ENVI для визуализации распределений спектральных яркостей исследуемых по снимкам объектов в трехмерном пространстве признаков

  6. Карта "Динамика распространения мелколиственных лесов за 1987-2006 гг.". Масштаб 1:25 000

  7. Карта "Вымокающие мелколиственные леса на разных стадиях деградации (на 2006 г.)". Масштаб 1:25 000

Введение к работе:

Важное социально-экономическое и экологическое значение лесов делает задачи инвентаризации лесных ресурсов, контроля за состоянием лесов и лесопользованием одними из стратегических не только для лесохозяйственной отрасли, но и экономики России в целом. Мониторинг состояния лесов, кроме экономического значения, имеет и ярко выраженную экологическую направленность, обеспечивая, в частности, принятие решений и проведение мероприятий, способствующих поддержанию благоприятных условий жизни населения и устойчивому развитию региона (Исаев, Сухих, Калашников 1991; Сладкопевцев, 1996).

Традиционные методы инвентаризации, мониторинга и контроля за состоянием лесов (пешие обходы и автомобильные объезды, полевые съемки, авиаоблеты, аэросъемка с последующим визуальным дешифрированием) нередко не отвечают главным требованиям сегодняшнего дня - оперативности и минимальным трудовым, временным и финансовым затратам. Поэтому на различных уровнях мониторинга лесов широко применяют аэрокосмические снимки и автоматизированные методы их анализа.

Современные цифровые космические снимки не являются простой заменой аэрофотоснимков, давно используемых в лесной отрасли. Большой объем информации, содержащейся в них, позволяет выполнять с применением специального программного обеспечения их комплексный анализ, в том числе направленный на автоматизированное выявление неблагоприятных процессов, временных изменений, тонких малозаметных процессов в лесах, на получение информации о состоянии лесов и высоте древостоя и т.д.

В системе мониторинга лесов на региональном уровне уделяется внимание ряду неблагоприятных процессов в лесах, таких как пожары, ветровалы, болезни, нашествие насекомых-вредителей. Однако в этой системе пока не

нашло отражения исчезновение лесных массивов вследствие комплекса взаимосвязанных причин - длительного застоя воды, подъема уровня грунтовых вод, заболачивания территории, а также засоления почв. В данной работе для характеристики процесса деградации лесов вследствие комплекса перечисленных причин используется рабочий термин "вымокание лесов", а деградирующие леса названы "вымокающими". Этот термин имеет региональное применение (Абросимов, 1999), но пока не получил широкого распространения в литературе по лесоведению, хотя и используется термин "вымокание" лесных культур.

Актуальность темы обусловлена большими масштабами явления вымокания лесов в районах нового хозяйственного освоения в лесной и лесостепной зонах территории нашей страны в связи с строительством транспортных систем, в первую очередь, объектов инфраструктуры при нефтегазодобыче. Это приводит к массовой деградации и гибели лесов и вызывает необходимость контроля их состояния путем оперативного автоматизированного картографирования, методы которого остаются неразработанными. Особенно распространено это явление на обширных пространствах Западной Сибири, в частности в Курганской области, на примере которой выполнено настоящее исследование.

Задача диссертационного исследования состоит в разработке методики автоматизированного картографирования по космическим снимкам вымокающих лесов для контроля их состояния.

Для решения поставленной задачи диссертационного исследования было

необходимо:

обосновать возможность выделения по космическим снимкам вымокающих лесов, в частности, мелколиственных, преобладающих в районе исследования;

исследовать особенности спектральных характеристик вымокающих лесов

разной степени деградации;

оценить применимость используемых при обработке данных дистанционного зондирования спектральных индексов;

в связи с неэффективностью существующих индексов для картографирования вымокающих лесов разработать на основе полевых исследований новый тип спектрального индекса, позволяющего разделять вымокающие леса по стадиям их деградации;

провести сравнительный анализ различных алгоритмов обработки и автоматизированного дешифрирования лесных экосистем по космическим снимкам;

разработать автоматизированную технологию создания карт динамики распространения мелколиственных лесов и карт вымокающих лесов с разделением их по степени деградации на основе компьютерной обработки снимков;

создать электронную карту вымокающих мелколиственных лесов с разделением на стадии деградации и выявить основные закономерности распространения вымокающих лесов в районе исследований.

Структура диссертационной работы обусловлена задачей исследования и включает четыре главы. Первая глава посвящена рассмотрению особенностей картографируемого явления - вымокания лесов и состоянию исследований по аэрокосмическому автоматизированному картографированию лесов и неблагоприятных процессов в них. Во второй главе обоснован выбор космических снимков и представлены методики их предварительной обработки при картографировании вымокания лесов. В третьей главе исследована возможность разделения стадий вымокания лесов на космических снимках по спектральным характеристикам. С этой точки зрения оценены используемые в дистанционном зондировании спектральные индексы. Предложен специальный индекс для вьіделеїшя вымокающих мелколиственных лесов и определены

интервалы значений индекса для разделения стадий деградации. В четвертой главе предложена общая методическая схема автоматизированного создания карт динамики вымокания лесов, оценены методики анализа разновременных снимков и предложен вариант цветового синтеза разновременных многозональных снимков для выделения вымокающих лесов при визуальном дешифрировании. По созданным картам динамики распространения мелколиственных лесов и вымокающих мелколиственных лесов с разделением на стадии деградации выявлены закономерности пространственного распространения вымокающих лесов в зависимости от природных и антропогенных факторов.

Материалами для исследовательских работ служили результаты наземных специальных обследований на ключевых участках Курганской области, выполненных при участии автора, разновременные многозональные космические снимки, полученные отечественными и зарубежными спутниковыми системами (Ресурс-О, Landsat-3,4,5,7, Terra, ALOS), топографические и тематические карты (ландшафтные, геоморфологические, геологические и др.).

Научная новизна работы заключается в следующем.

  1. Разработан новый способ обработки многозональных космических снимков на основе предложенного автором индекса вымокания для выделения вымокающих лесов по спектральным признакам и определены интервалы значений индекса вымокания для разделения четырех стадий деградации вымокающих лесов. Для расчета предложенного индекса создана подпрограмма к коммерческому программному комплексу ITT ENVI (ПК ENVI), позволяющая автоматически выполнять эту операцию.

  1. Предложен вариант цветового синтеза разновременных многозональных снимков для выделения вымокающих лесов при визуальном дешифрировании и создана подпрограмма к ПК ENVI, позволяющая визуализировать распределение спектральных яркостей исследуемых по

снимкам объектов в трехмерном пространстве признаков, что облегчает разделение объектов по спектральным признакам.

  1. Разработана методика автоматизированного составления карт вымокающих лесов, включающая выделение лесов на разновременных снимках, создание карты динамики распространения лесов и разделение стадий деградации с помощью предложенного автором индекса вымокания.

  2. Впервые создана на основе автоматизированной обработки разновременных многозональных снимков карта вымокающих лесов масштаба 1:25 000 для участка Курганской области с разделением стадий деградации лесов и выявлены закономерности их пространственного распределения.

Достоверность полученных результатов подтверждается полевыми наземными обследованиями более 300 эталонных участков, многократными натурными проверками результатов исследований на 50 контрольных участках, представительностью и репрезентативностью экспериментального материала, применением новейших космических снимков высокого качества и использованием современных методов обработки и анализа данных.

Диссертационное исследование в своей теоретической и методологической части базируется на достижениях отечественных школ географической картографии, биогеоценологии и аэрокосмических исследований лесов, основанных К. А. Салищевым, В.Б. Сочавой, В.Н. Сукачевым, Г.Г. Самойловичем, и представленных в трудах их учеников и последователей -A.M. Берлянта, Ю.Ф. Книжникова, В.И. Кравцовой, И.К. Лурье, А.С. Исаева, В.И. Сухих.

Практическая значимость работы обусловлена потребностями общества в сохранении природной среды, в частности лесов, и необходимостью контроля за их состоянием, в первую очередь в районах хозяйственного освоения, особенно нефтегазодобычи на залесенных территориях, где вымокание лесов принимает широкие масштабы. Разработанные методические подходы

апробированы на примере участка Курганской области и могут быть использованы в региональных органах управления лесами, природоохранных организациях, территориальных фондах информации Курганской и других областей лесной и лесостепной зон, в Центре экологии и продуктивности лесов РЛН. Ряд ключевых этапов методики по предварительной обработке данных ALOS/AVNIR-2, автоматическому выделению контуров лесов по космическим снимкам внедрены в работу Научно-аналитического центра рационального недропользования Ханты-Мансийского автономного округа. Методические разработки по автоматизированному дешифрированию лесов могут быть использованы в учебных курсах по геоэкологии, геоинформатике, аэрокосмическим методам исследований на природоведческих факультетах университетов России.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на 4 международных и российских конференциях: XIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ - 2006» (Москва, 2006), Четвёртой всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва, 2006), IV Международной научно-технической конференции «Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве» (Москва, 2007), Юбилейной Открытой Всероссийской конференции «Дистанционное зондирование Земли из космоса» (Москва, 2007), а также на семинарах по аэрокосмическим методам географических исследований и заседаниях кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова.

По теме диссертации автором опубликовано 8 печатных работ в российских научных журналах и сборниках докладов конференций.

Диссертация подготовлена в период с 2005 по 2008 гг. на кафедре картографии и геоинформатики географического факультета МГУ в

лаборатории аэрокосмических методов в рамках темы НИР 6.2. "Аэрокосмические технологии исследований динамики природной среды" №0120.0 603975, гранта РФФИ 04-05-64285 и исследований по программе Ведущей Научной школы географической картографии, грант НШ-05.08.00171. Подготовку диссертации предваряли экспериментальные работы автора, выполненные с 2003 по 2005 гг. в лаборатории геоинформационных исследований и технологий Курганского государственного университета. Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. г. н. В.И. Кравцовой, признателен заведующему кафедрой картографии и геоинформатики д. г. н., профессору A.M. Берлянту, заведующему лабораторией аэрокосмических методов д. г. н. профессору Ю.Ф. Книжникову за доброжелательное отношение и поддержку и всем сотрудникам кафедры картографии и геоинформатики за полезные замечания, высказанные при обсуждении диссертационной работы. Автор особо благодарен своему первому научному руководителю в Курганском госуниверситете к. г. н. А.В. Абросимову за помощь и поддержку на всех этапах работы.

Подобные работы
Дышлюк Светлана Сергеевна
Методика картографирования устойчивости речных систем
Парамонов Дмитрий Андреевич
Методика разномасштабного картографирования условий формирования селей на примере Приэльбрусья
Радченко Людмила Константиновна
Методика геоинформационного картографирования коммуникаций нефтегазового комплекса
Моисеева Валерия Сергеевна
Разработка методики отображения территориальной дифференциации для целей мелкомасштабного картографирования
Переверзев Михаил Васильевич
Геоэкологическое картографирование территории подземного хранилища газа (На примере Щелковского газохранилища)
Михалевская-Целуйко Вера Сергеевна
Оценка загрязнения воды рек бассейна Верхней Оки на урбанизированных территориях : На примере Калужской области
Никанорова Екатерина Вадимовна
Формирование туристского образа территории : на примере Ростовской области
Бондаренко Анастасия Николаевна
Оценка нефтяного загрязнения почв аридных территорий : на примере Астраханской области
Нариманянц Елена Владимировна
Комплексная оценка изменений эколого-геологических условий лессовых территорий на примере Волгодонского промышленного узла Ростовской области
Костовска Силвия Костадинова
Эколого-географический анализ территории староосвоенного региона : На примере Суворовского района Тульской области

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net