Использование данных радиолокационной съёмки применительно исследования почвенно-растительного покрова

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Радиолокационные съемочные системы

Почвы

3. Растительность

Заключение

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

Радиолокационные съемочные системы – это активные всепогодные средства зондировании, основанные на использовании отражения зондирующих сигналов, излучаемых передатчиком радиолокационной станции (РЛС) от различных объектов на земной поверхности. За рубежом радиолокационную съемку называют pадарной (от Radio Detection And Ranging).

Интенсивность отраженного от поверхности сигнала в зависимости от параметров РЛС (длины волны, мощности, поляризации сигнала, характеристики антенны) определяется рассеивающими и поглощающими свойствами растительного и почвенного покрова.

Отраженный сигнал - это случайный процесс, зависящий от физических и биометрических характеристик растительности и почвы, а также от топографических особенностей местности. Древесный полог обладает неодинаковой проницаемостью для волн разной длины.

1. Радиолокационные съемочные системы

Радиолокационная съемка ведется в диапазоне 0,3-100 см (100 МГц-300 МГц) в полосе местности на некотором расстоянии от самолета или КА, что достигается применением задержки начала развертки на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) индикаторного блока РЛС.

Приняты следующие обозначения длин волн: Х-волны (=3 см), С -волны (=6 см), L-волны (=25 см), Р-волны (50 и более см).

Сигналы в виде коротких импульсов высокой частоты излучается в пределах узкого в горизонтальной (НН) и широкого в вертикальной (VV) или смешанной (HV, VH) плоскостях луча, создаваемого антенной РЛС, и достигают разных объектов на местности. От них часть отраженной электромагнитной энергии возвращается к РЛС. Отраженные радиосигналы регистрируются приемником и устройством преобразования сигнала, что вызывает свечение электронно-лучевой трубки соответственно интенсивности каждого отраженного сигнала. Возникающее на ее экране изображение считывается с экрана ЭЛТ, информация преобразуется в цифровую форму и передается на наземный приемный пункт (записывается на бортовой магнитофон) или регистрируется на фотопленке, которая протягивается перед экраном со скоростью, пропорциональной скорости полета носителя.

Древостой лучше отражают сигналы в плоскости поляризалии НН, а мощность HV-поляризованного сигнала коррелирует с величиной биомассы насаждений. Мощность сигналов L- и P-волн меньше, чем С-воли при локации лугов, болот, сплошных вырубок, возобновившихся участков и лесных культур. Вода и влажность поверхности усиливают мощность отражённого сигнала локации.

Глубина проникновения С-волн внутрь полога составляет около 5 м, т.е. при средней высоте леса 15 м этот вид волн не достигает земной поверхности. L-волны проникают на глубину 5-12 м, а Р-волны - на 15-20 м, т.е. хвоя (листья) и ветви для них - относительно прозрачный объект, и Р-волны отражаются от поверхности земли.

В настоящее время для исследования природных ресурсов Земли используют различные самолетные и космические РЛС, работающие в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн. Лучшие современные РЛС с синтезированной апертурой, применяемые в мировой практике, обеспечивают получение изображений при съемке из космоса с разрешением на местности от единиц до десятков метров (ИСЗ ERS, Европейское космическое агентство, JERS, Япония, RADARSAT, Канада и др.). В этих станциях используют антенны с «искусственными раскрытиями», в которых осуществляется когерентное сложение отраженных радиосигналов, что приводит к искусственному сжатию антенного луча и повышению раз- решающей способности.

Радиолокационная съемка относится к перспективным видам дистанционного зондирования, свойства радиолокационных изображений для целей лесного дешифрирования пока мало изучены. Известны примеры дешифрирования по радиолокационным снимкам различных категорий земель, разделения на классы (хвойные, лиственные) покрытых лесом земель, расчета высоты древостоев на основе измерения длины радиолокационной тени лесного полога. Наличие теней способствует зрительному восприятию ландшафтов на радиолокационных изображениях в виде объемной модели местности. При смешивании радиолокационных изображений одной и той же территории, выполненных при съёмке с использованием разных длин волн и плоскостей поляризации, получают цветные синтезированные изображения, подчеркивающие особенности лесного полога (зарастающие места рубок, насаждения разной густоты, состава пород и др.). Аналогично материалам других съёмок, разновременные радиолокационные изображения могут быть использованы при проведении мониторинга лесов.

Совместное использование данных различных съемочных систем приводит иногда к получению изображений, обладающих новыми свойствами.

Основываясь на анализе данных различных исследований, можно полагать, что радиолокационные съёмки позволяют получать значительную часть дополнительной информации, необходимой органам лесного хозяйства для ведения мониторинга лесов. К ней можно отнести: данные о рельефе местности; высоте леса; биомассе; увлажненность почв на не покрытых и покрытых лесом и нелесных землях; глубина залегания грунтовых вод; глубина снега; зоны вечной мерзлоты; более полная характеристика лесоболотных комплексов; размещение и состояние гидролесомелио-ративной сети; оценка степени осушенности территории в результате проведения гидролесомелиорации (осушения); зоны подтопления, заболачивания; выявление пораженных или угнетенных участков леса по содержанию воды в листьях и хвое на основе диэлектрической проницаемости; наличие подроста и подлеска под пологом леса.

2. Почвы

радиолокационный съемочный почва растительность фототон

Типы почв по космическим снимкам могут дешифрироваться на распаханных или не покрытых растительностью территориях по прямым дешифровочным признакам. Фототон изображения почв разного типа меняется от белого тона изображения солончаков до почти черного тона изображения черноземов.

Значительное влияние на изображение почв, однако, оказывает их состояние в момент съемки. В частности, отражательные свойства почв зависят от ее поверхностной структуры (от вида обработки, т.е. вспашки), влажности (которая приводит обычно к снижению отражательных свойств почв и тем самым может осложнять их типизацию), условия освещения и ряда других факторов.

Детализация почвенного покрова на уровне зональных типов и подтипов способствует применение синтезированных снимков. При их использовании в камеральных условиях в основном по цвету изображения дешифрируются: дерново-подзолистые (глинистые - светло-голубой цвет, песчаные — почти белый); светло-серые лесные, серые лесные; темно-серые лесные (по увеличению насыщенности голубовато-зеленого цвета); черноземы оподзоленные и выщелочные (темно-зеленый цвет).

Значительно чаще почвы дешифрируются через индицирующую их растительность: естественную или культурную. При этом смена большинства зональных типов почв прослеживается на снимках равнинных районов с большим трудом, в то время как внутризональные вариации почвенного покрова, вызванные изменением условий рельефа, увлажнения, засоления, отражаются очень четко. Практика показывает, что аэрофотоснимки обеспечивают составление крупномасштабных почвенных карт хозяйств, а космические представляют хорошую основу для создания областных и республиканских почвенных карт. Достоинство космических снимков с высокой степенью разрешения состоит также в том, что на них находят отражение некоторые неблагоприятные изменения в почвенном покрове. Например, опесчаненность почв проявляется благодаря развитию микроформ золового рельефа, хорошо изображающихся на снимках. Отражается и эродированность почв из-за развития водной эррозии - плоскостной смыв дает на снимках чередование светлых пятен смытых на выпуклых участках склонов и темных пятен намытых почв в понижениях.

Хорошо выделяются участки-сухие солончаки на снимках обычно имеют светлый фон. Дешифрируется по снимкам и избыточное увлажнение почв, проявляющееся в потемнении фототона изображения, наиболее выраженном на снимках в ближней инфракрасной зоне. Очень четко изображается пятнистость (комплексность) почвенного покрова. Поэтому космические снимки представляют хороший материал для сельскохозяйственной оценки земель, для выделения территорий, нуждающихся в почвенных мелиорациях, противоэрозионных мероприятиях. Они могут быть использованы для разработки почвенно-мелиоративных мероприятий и контроля за их действенностью.

3. Растительность

Растительность образует внешний покров земной поверхности и потому в первую очередь отражается на аэро- и космических снимках. Именно растительность (естественная или культурная) является индикатором дешифрирования почвенного покрова, форм рельефа, подстилающих пород, грунтовых вод, засоления и т.д.

На любых космических снимках хорошо разделяются залесенные и безлесные территории. Кроме того, снимки отражают вариации растительного покрова, вызванные изменением экологических условий - освещения, увлажнения, засоления и т.д. Эта особенность делает снимки полезным источником для изучения и отображения на картах сложной структуры растительного покрова и его картографирования. Не менее важным направлением является наблюдение за развитием растительности. Основным методом космической фенологии является последовательная съемка исследуемой территории одной и той же регистрирующей системой через определенные интервалы времени. При этом производится наблюдение как за сменой фенологических фаз и вегетативным развитием растительности, так и за ритмикой экологических условий. Для наблюдения за фенологическим развитием растительности оптимальной является система последовательной съемки с интервалами в 10—12 дней и разрешением 100__300 м.

Ресурсный аспект изучения растительности включает помимо ее картографирования, также и оценку продуктивности. Такая оценка основывается на изучении спектральной отражательной способности агрофитоценозов и нахождении корреляций между биомассой растительности и яркостью ее изображения на снимках. Кривые спектральной яркости растений могут изменяться также в результате их повреждения различными болезнями.

Растительность лугов на цветном синтезированном снимке имеет красный цвет изображения. В зависимости от насыщения можно выделять плавни (заросли рогоза, тростника, погруженных основаниями стеблей в воду в течение всего периода вегетации), приуроченные к окраинам озер (темно-красный цвет); тростниковые луга с высыхающим к середине лета субстратом (менее насыщенный цвет); тростниковые луга на засоленных луговых почвах, характеризующиеся изреженным травостоем (светло-желтый или желтовато-красный цвет).

Объективное разделение цветов достигается при использовании атласа цветов, позволяющего определять количественные характеристики цвета изображения сельскохозяйственных куль тур (цветовые координаты, насыщенность, яркость, чистоту цвета) и доверительный интервал этих характеристик для каждой культуры.

Участки пашни, подверженные эрозии, с сильно смытым гумусовым горизонтом распознаются на снимках по их расположению на местности (на склонах большой крутизны, вблизи оврагов, балок) и более светлому тону.

Залежи на аэроснимках также хорошо опознаются по резко-выраженным геометрическим формам и однородному тону фотоизображения.

Сенокосы на пойменных лугах легко определяются по расположению около рек или ручьев, среди меандр, в низменных долинах рек. Границы их большею частью неправильной формы. Сенокосы имеют ровный, однообразный светло-серый тон, который меняется в зависимости от времени съемки и степени влажности почвы; при этом чем влажнее почва, тем тон на снимке темнее.

Луга весной и летом из-за значительной влажности почвы бывают темновато-серого тона. Стога сена изображаются на снимках в виде светлых круглых точек с примыкающей к ним характерной тупой тенью, передающей форму стогов. Среди лугов часто располагаются сараи, которые на снимках выделяются в виде светлых прямоугольников с черной тенью, передающей форму постройки. Кустарники встречаются на лугах, имеют вид серых слегка "зернистых" пятен. При наличии деревьев или их групп заметны падающие от них тени черного тона.

Лесные луга (суходольные) располагаются среди леса или занимают повышенные террасы, плато, выделяясь ровным серым тоном, что отличает их от прогалин.

Мокрые заболоченные луга располагаются в пониженных местах, изображаясь обычно серым тоном, иногда для них характерны вытянутые контура.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Преимуществом РЛ - съемок является то, что это почти всепогодные съемки и проведение их не зависит от степени освещенности местности. Для условий России, особенно в северных ее широтах, где большая часть времени года присутствует облачность, этот фактор во многих случаях может быть решающим при выборе вида съемки при равных характеристиках в пользу радиолокационной.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Данюлис Е.П. Дистанционное зондирование в лесном хозяйстве[Текст]. – М.: Агропромиздат, 1989. – 223 с.

2. Сухих В.И. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве [Текст] / Учебник. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. – 392 с.