Файл: Инженерноземлеустроительная.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 12.12.2023

Просмотров: 145

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
пользования. Делаем получившейся слой редактируемым ( ); выполняем команду «Вектор» – «Векторный редактор». При помощи добавления региона
) оконтуриваем классы Land cover в соответствии с инвентаризацион- ной ведомостью (см. табл. 4). Для удобства рекомендуем создать новое окно RGB в меню «Окно» главной панели, где отобразить снимок в комбинации 4-3-2 «есте- ственные цвета». После выполнения данной процедуры для каждого из классов необходимо присвоить ему условный номер, например пашня – 1, участки добычи полезных ископаемых – 2 и т. д. Присвоение номеров эталонам происходит с по- мощью пиктограммы «Редактировать свойства объектов»
) (рис. 14). Для этого делаем редактируемый слой самым верхним в меню «Управление слоями». Про- смотр номеров можно подключить в меню «Настройки». Сохраняем изменения;
Р и с . 14 – Присвоение номеров эталонам классов Land cover в программе ScanEx Image Processor выполняем команду «Классификация» – «С учителем» – «Классификация с помо- щью деревьев». В диалоговом окне выбираем каналы 6, 5 и 4, задаем источник ме- ток для обучения (созданный векторный слой с эталонами) и векторную маску для классификации (слой с границами полигона). Остальные параметры оставляем по умолчанию. После нажатия кнопки «Выполнить» программа проведет классифика- цию снимка, создав одноканальный растр «TreesClasses». При неудовлетворитель- ном качестве рекомендуется отредактировать эталоны и повторить процедуру классификации;
дальнейшие редактирование классов Land cover и векторизацию рекомендуется проводить с использованием режима индексированных цветов («Отображение» –
«Показать легенду») по алгоритму, описанному выше.
Таким образом, карта фактического землепользования Land cover Атемарского землеустроительного полигона включает следующие классы (нумерация уровней и назва- ния приведены согласно программе CORINE): 1.1.2 Разреженная городская застройка; 1.2
Индустриальный, коммерческий и транспортный модули; 1.3.1 Участки добычи полезных ископаемых; 2.1 Пашня; 2.4 Гетерогенные сельскохозяйственные районы; 3.1.1. Листвен- ные леса; 3.1.2. Хвойные леса; 3.2 Кустарниковые и/или травянистые растительные ассо- циации; 5.1 Внутренние воды.
4.6. Расчет параметров состояния почвенно-растительного покрова
Применение автоматизированных методик дешифрирования многозональных кос- мических снимков для целей землеустройства позволяет не только получать качественные характеристики классов земной поверхности, но и рассчитывать их относительные коли- чественные параметры. Одним из ведущих направлений использования данных ДЗЗ явля- ется расчет параметров почвенно-растительного покрова. Согласно
Федеральному закону от 18.06.2001 г. № 78-ФЗ (ред. от 31.12.2017 г.) «О землеустройстве» почвенные и геобо- танические обследования – один из основных этапов проведения изучения состояния зе- мель. Работа с многозональными космическими снимками в специализированном про- граммном обеспечении позволяет проводить ряд работ дистанционно.
Одним из самых разработанных методов изучения параметров растительности и почвы является расчет вегетационных индексов. На сегодняшний день в научных рабо- тах апробировано несколько десятков формализованных вариантов расчетов биомассы, содержания влаги, сухости и других параметров растительного покрова.
В рамках инженерно-землеустроительной практики составляются карты состояния сельскохозяйственной и лесной растительности по разновременным многозональным космическим снимкам Landsat-8 в программе ScanEx Image Processor (табл. 6).
Рассмотрим пример составления карт состояния посевов сельскохозяйственных растений и их изменения с использованием вегетационного индекса NDVI. Рекомендуется следующая последовательность действий:
1. Подбор космических снимков. Подбор безоблачных космических снимков
Landsat-8 через сайт Геологической службы США (http://glovis.usgs.gov/) должен полно- стью удовлетворять задачам, которые стоят перед исследователем. В рамках инженерно- землеустроительной практики студентами решается задача по оценке всходов сельскохо- зяйственных культур и анализу изменения прироста биомассы в течение первой половины вегетационного периода на одном из сельскохозяйственных угодий Атемарского учебного полигона.
2. Радиометрическая коррекция космических снимков. Для получения коррект- ного результата расчета вегетационных индексов значения используемых каналов должны быть пересчитаны из «сырых» показателей DN (Digital Number) в отражательную способ- ность (Top of Atmosphere Reflectance). Для этого последовательно загружаем каналы кос- мического снимка Landsat-8 в программу: «Файл» – «Открыть растр» – «Добавить раст- ры». Далее проводим радиометрическую коррекцию растров: «Редактирование» – «Ра- диометрическая коррекция» – «LANDSAT-8» – «DN в отражательную способность». Вы- бираем в позициях 1–7 и 9 каналов соответствующие каналы снимка. Показатель SE (sun elevation) берется с одного из текстовых файлов, скачиваемых вместе со снимком.
Остальные параметры оставляем по умолчанию. После нажатия кнопки «Выполнить» программа пересчитает исходные растры, создав каналы с названием «ref».


Т а б л и ц а 6
Методические основы проектирования карт состояния почвенно-растительного покрова
Название карты
Вегетационный индекс
Формула
Интерпретация
Биомасса растений
Нормализованный относительный индекс биомассы NDVI (Normalized
Difference Vegetation Index)
Индексы предназначены для расчета количе- ства фотосинтетически активной биомассы на земной поверхности. Диапазон значений – от -
1 до 1. Чем выше значение, тем больше биомасса.
Расширенный (улучшенный) веге- тационный индекс EVI (Enhanced
Vegetation Index)
Изменения биомассы растений
Нормализованный относительный индекс биомассы NDVI (Normalized
Difference Vegetation Index)
Разность результатов расчета индек- сов NDVI и EVI по разновременным космическим снимкам
По соотношению показателей вегетационных индексов по разновременным снимкам рас- считывается прирост биомассы растений.
Особенно востребованы данные расчеты для анализа развития с/х культур в течение веге- тационного периода.
Расширенный (улучшенный) веге- тационный индекс EVI (Enhanced
Vegetation Index)
Содержание азота в ли- стьях расте- ний
Зеленый нормализованный раз- ностный вегетационный индекс
GNDVI (Green Normalized
Difference Vegetation Index)
Используется для анализа концентраций азо- та в листьях растений. Диапазон значений – от
-1 до 1. Чем выше значение, тем больше концентрация.
Содержание влаги в поч- ве и листьях растений
Нормализованный разностный ин- декс влажности NDMI (Normalized
Difference Moisture Index)
Оценка неоднородности степени увлажнения почв и растительного покрова. Диапазон зна- чений – от -1 до 1. Чем выше значение, тем больше влажность.
Содержание хлорофилла в листьях растений
Относительный индекс хлорофилла
ClGreen (Green Chlorophyll Index)
Показатель фотосинтетической активности растительности, используемый при оценке содержания хлорофилла a и b в листьях. Чем выше значение, тем больше хлорофилла.
П р и м е ч а н и е : RED – коэффициент отражения излучения в заданном пикселе в красном канале; GREEN – в зеленом канале; BLUE – в си- нем канале; NIR – в ближнем инфракрасном канале; SWIR – среднем инфракрасном канале; C
1
, C
2
, G – эмпирически установленные коэффи- циенты, равные 6, 7,5 и 7.

3. Выбор территории расчета вегетационного индекса. В качестве маски отсе- чения может служить любой векторный слой, перекрывающий область снимка. В нашем случае расчет биомассы сельскохозяйственных растений будет выполнен для одного из сельскохозяйственных угодий под озимой или яровой культурой. Для этого создаем но- вый векторный слой и оцифровываем землепользование или воспользуемся векторной картой
Land cover, выбрав один из классифицированных участков.
4. Расчет индексированного изображения для разновременных снимков. После загрузки и радиометрической коррекции космических снимков за разные дни в пределах первой половины вегетационного периода переходим непосредственно к расчету вегета- ционного индекса: визуализируем космический снимок в пересчитанных значениях в комбинации 4-3-
2; выполним команды «Классификация» – «Вычисление индексов» – «NDVI». В со- ответствующих позициях выбираем каналы 4 и 5, название будущего индексиро- ванного растра, задаем векторную маску. Остальные параметры оставляем без из- менений. Нажимаем «Выполнить». Программа создает новое изображение; отображаем полученный растр в монохромном формате в меню «Настройка отоб- ражения» ), вставляя в позиции R, G и B получившейся растр.
5. Настройка цветовых параметров индексированного изображения. Для настройки получившегося индексированного растра воспользуемся пиктограммой
«Настройка окна палитры» ). В диалоговом окне «Создание градиентной палитры» вы- бираем растр. Нажимаем «Создать уровни», задаем необходимое количество уровней, например 4.
Далее переходим в меню «Узлы». Выберем для каждого уровня цвет и диапазон значений. По умолчанию значения распределяются через равные промежутки (рис. 15). В меню «Цвета» можно настроить интерполяцию между значениями уровней, инверсию уз- лов и другие параметры.
6. Вычисление статистических показателей индексированного изображения.
Статистические данные о расчете NDVI вычисляются в программе ScanEx Image Processor при помощи пиктограммы «Гистограмма» ) на главной панели. В диалоговом окне сле- дует выбрать слой с растром NDVI, векторный слой с границами изучаемого сельскохо- зяйственного угодья, поле, значение данного слоя и рассчитать показатели (кнопка
«Уст.»). Статистические данные можно выгрузить в файле формата txt (кнопка «Сохра- нить отчет»).
После расчета индекса NDVI и создания соответствующей карты выполняем ана- логичные шаги 2–6 для второй даты в пределах первой половины вегетационного перио- да. По разнице в значениях по двум разновременным снимкам можно судить об интенсив- ности всходов, процесса вегетации сельскохозяйственных растений.
Р и с . 15 – Настройка цветовой шкалы карты биомассы растений в программе ScanEx Image Processor


7. Создание карты изменения биомассы. Создание карты изменения биомассы культур в пределах сельскохозяйственного угодья в программе ScanEx Image Processor основывается на встраивании нового макроса в меню «Растровый калькулятор»
). Для построения карты изменения биомассы необходимо, чтобы в программе были загружены радиометрически скорректированные растры за две даты. Изменение биомассы рассчиты- ваем по формуле:
,
(1) где RED
1
и RED
2
– коэффициент отражения излучения в заданном пикселе в красном канале для начальной и конечной даты соответственно;
NIR
1
и NIR
2
коэффициент отражения излучения в заданном пикселе в ближнем инфракрасном канале для начальной и конечной даты соответственно.
В растровом калькуляторе выполняем действия в соответствии с рис. 16: в группе «Определение входных данных» вводим названия переменных и помеща- ем их во входные данные, нажав
); задаем векторную маску (границы сельскохозяйственного угодья), название вы- ходного растра; прописываем вычислительные действия – формулу (1); сохраняем макрос в группе «Шаблоны», указывая название и путь. Данный макрос самостоятельно встроится в меню программы и будет доступен для работы после ее перезагрузки.
После выполнения работ в растровом калькуляторе следует выполнить настройку цветовых параметров согласно алгоритму, приведенному выше.
Р и с . 16 – Проектирование карты изменения биомассы растительности в программе ScanEx Image Processor: работа в растровом калькуляторе
Далее студентам предлагается самостоятельно построить карты исследуемого сель- скохозяйственного угодья, приведенные в табл. 5. В случае отсутствия вегетационных ин- дексов в интерфейсе программы необходимо самостоятельно встроить их макросы через растровый калькулятор. Результаты представлены на рис. 17.

Р и с . 17 – Проектирование карт состояния почвенно-растительного покрова в программе
ScanEx Image Processor: левая верхняя – карта биомассы растений (по EVI), левая нижняя
– карта биомассы растений (по NDVI), правая верхняя – карта содержания влаги в почве и листьях растений, правая нижняя – карта содержания азота в листьях растений
Таким образом, в результате инженерно-землеустроительной практики студентами проектируется учебная землеустроительная ГИС «Атемарский полигон», обобщенно имеющая следующую структуру:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Земли особо охраняемых территорий и объектов. В эту категорию входят земли, имеющие особое научное, природоохранное, историко-культурное, оздоровительное или иное назначение. Эти земли частично или целиком изъяты из хозяйственного оборота.

В окрестностях Атемара находятся исторические памятники XVII века. «Атемар- ский вал» – один из участков Белгородско-Симбирской засечной черты, построенной в 1638
– 1653 гг. по указу царя Михаила Фѐдоровича Романова. Длина сохранившегося
«Атемарского вала» 10 км, из них 6,5 км – валы с остатками башенных оснований. Перво- начально между башнями проходили ров и вал с деревяным частоколом. Валы были насыпаны слоями из чернозѐма и белой глины. На башенных основаниях устраивались сторожевые вышки. Практически непроходимой для всадников и пеших воинов была за- сека (3,5 км) — завалы деревьев в лесу шириной до 300 м, вершинами в «ногайскую сто- рону». В связи с постройкой в конце XVII в. Пензенской засечной черты «Атемарский вал» утратил свое значение.
Земельные участки, занятые объектами исторического наследия – сохранившимися сооружениями вала, и земельные участки примыкающей к валу охранной (буферной) зо- ны должны быть сформированы путем проведения кадастровых и землеустроительных работ как объекты кадастрового учета с одновременной подготовкой ходатайства админи- страции Атемарского сельского поселения в Правительство Республики Мордовия о пере- воде таких участков из категории «Земли сельскохозяйственного назначения» в категорию
«Земли особо охраняемых территорий и объектов».
Земли лесного фонда. Все леса, за исключением расположенных на землях Мино- бороны РФ и землях населенных пунктов (поселений), а также земли лесного фонда, не- покрытые лесной растительностью, образуют лесной фонд. Границы лесного фонда уста- навливаются путем отграничения земли лесного фонда от иных земель. Включение земель в лесной фонд и их изъятие из него осуществляется в порядке, установленном лесным и земельным законодательством. В состав земель лесного фонда входят как лесные, так и нелесные земли. К лесным относятся земли, покрытые лесной растительностью и непо- крытые ею, но предназначенные для ее восстановления, – вырубки, гари, погибшие древо- стой, редины, пустыри, прогалины, площади, занятые питомниками, не сомкнувшимися лесными культурами. К нелесным относятся земли, предназначенные для нужд лесного хозяйства (земли, занятые просеками, дорогами, сельскохозяйственными угодьями, и дру- гие земли), а также иные земли, расположенные в границах лесного фонда (земли, занятые болотами, каменистыми россыпями, и другие неудобные для использования земли).
Земли водного фонда. Важнейшими элементами культурного ландшафта территории учебного полигона, обеспечивающими функционирование социально- экономических систем, являются пруды и водозаборные скважины. На территории
Атемарского поселения расположено 8 прудов и водохранилищ, однако не установлена категория земель водного фонда. Большая часть гидротехнических сооружений построена в 70–80 гг. ХХ в. Наиболее крупное водохранилище Лямбирского района: ГТС на р.
Атемарка общей емкостью 2,5 млн/куб. м. Из-за ухудшения экономической ситуации многие пруды и водохранилища утратили свое первоначальное назначение, насосные станции и водопроводные сети прудов мелиоративного назначения в большинстве своем пришли в негодность или разобраны. Актуальной экологической проблемой является обеспечение безопасности гидротехнических сооружений в связи с потенциальной опасностью для здоровья и жизни населения. Деятельность в указанном направлении предусматривает капитальный ремонт гидротехнического сооружения. Для определения объема капитального ремонта и затрат на их проведение необходимо составление проектно- сметной документации гидротехнического сооружения.
Сведения о водозаборных скважинах собираются у водопользователей или в гидрорежимных организациях. При этом выписываются следующие сведения: номер скважины; географическая и геоморфологическая привязка; ее глубина; глубина появления воды при бурении скважины; установившийся уровень воды; литологический состав и возраст вмещающих, перекрывающих и подстилающих (если вскрыты скважиной) пород; удельный дебит; объем добываемой воды; химический состав воды и его изменение за время эксплуатации; конструкция и состояние скважины, а также

водоподъемного оборудования; наличие лицензии на право добычи подземных вод и другой документации (паспорта скважины, журнала учета отбора воды и т. д.). На месте производится осмотр скважины, оценивается состояние водоподъемного оборудования и павильона, проверяется состояние зоны санитарной охраны строгого режима. Особое внимание следует уделять соблюдению требований лицензионного соглашения на право добычи подземных вод, возможности их загрязнения и влияния техногенных факторов на изменение гидрогеологических условий. По результатам работ составляется акт обследования водозабора подземных вод и проверки лицензионного соглашения пользования недрами.
Для прудов и других гидротехнических сооружений, помимо сведений характерных для гидрологических объектов, у их владельцев или в водоохранных организациях допол- нительно выясняются: дата строительства пруда; площадь и емкость пруда; назначение по проекту; тип плотины (земляная, бетонная, деревянная и т. д.), тип водосбросного соору- жения (траншейный, туннельный, шахтный и т. д.), тип ледозащитных сооружений и дон- ного водовыпуска; состав противопаводковых мероприятий. На местности проверяется состояние плотины (гребня, верхнего и нижнего бьефа), водосбросного сооружения, ледо- защитных сооружений, донного водовыпуска, а также берегов, водоохранных зон и лет- них лагерей скота; уточняется зона возможного затопления в случае прорыва тела плоти- ны.
По результатам полевых работ составляется акт обследования технического состояния пруда и его гидротехнических сооружений.
Оценку состояния водоохранных зон водотоков целесообразно проводить с учетом развития экзогенных процессов на водосборных площадях. Уменьшению смыва почвы, а, следовательно, и заиливанию рек должен способствовать, в первую очередь, комплекс противоэрозионных мероприятий. Внедрение экологически обоснованной почвозащитной системы земледелия позволит путем оптимального сочетания противоэрозионного комплекса мероприятий на полевых водосборах, примыкающих к гидрографической сети и мероприятий, проводимых в водоохранных зонах и прибрежных полосах, существенно снизить опасность загрязнения рек продуктами эрозии, улучшить санитарное состояние и рационально использовать водные ресурсы малых рек Аморда и Атемарка.
При установлении режима использования земель необходимо руководствоваться тем, что в водоохранных зонах рек запрещается: применение опыления ядохимикатами при борьбе с вредителями, болезнями расте- ний и сорняками; размещение складов для хранения ядохимикатов и минеральных удобрений, пло- щадок для заправки аппаратуры ядохимикатами, животноводческих комплексов, ферм и оросительных систем с использованием навозосодержащих сточных вод, мест захоронения, складирования навоза, свалок мусора, отходов производства, а также устройство взлетно-посадочных полос для ведения авиационно-химических работ; строительство новых и расширение действующих промышленных предприятий; стоянка, заправка топливом, мойка и ремонт автотракторного парка.
В пределах прибрежных полос запрещается: распашка земель; выпас и организация летних лагерей скота; применение ядохимикатов и удобрений; производственное строительство и расширение существующих объектов; строительство баз отдыха, палаточных городков.
Целевое использование земельных участков под индивидуальное жилищное строи- тельство (ИЖС) с правом проживания и регистрации допускается в отношении земель населенных пунктов. Для земель, входящих в категорию сельскохозяйственного назначе- ния, допускается использование участков для организации мест отдыха и возведения жи- лого строения с правом проживания и регистрации в том случае, если целевое назначение земель – «дачное строительство». В остальных случаях возможно возведение жилого строения без права проживания в нем и регистрации.