CC BY
20
УДК / UDC 912.644.4:631.4:004.942
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАРТ МЕСТНОСТИ ПРИ ДИСТАНЦИОННОМ
ЗОНДИРОВАНИИ ЗЕМЛИ
THE USE OF LOCATION MAPS BY THE REMOTE SENSING OF THE EARTH
Степанова В.И., научный сотрудник Stepanova V.I., Researcher E-mail: agroecology@inbox.ru ФГБУН Институт биологического приборостроения с опытным производством Российской академии наук (ИБП РАН), Московская область, Россия Federal State Budgetary Scientific Establishment Institute of Biological Engineering With Pilot Production of the Russian Academy of Sciences (IBE-RAS),
Moscow region, Russia Ишханова A.A., соискатель Ishkhanova A.A., Applicant E-mail: aishhanova@mail.ru ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет
имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia
Длительное время пространственное варьирование почвенных свойств рассматривалось как досадная помеха при обследовании угодий и при проведении режимных наблюдений за отдельными свойствами почв. Лишь во второй половине XX в. накопление сведений о проявлениях пространственной неоднородности отдельных почвенных свойств привело к осознанию того, что необходима систематизация отдельных сведений и создание теории почвенной неоднородности. На основании собственных научных исследований, литературных источников теоретически обоснованы и экспериментально показаны состояние и потребность построения точных систем земледелия на основе потоковой методологии структуры почвенного покрова. Рациональное ведение хозяйства, использование природного и эффективного плодородия почв невозможны без применения почвенных карт и агрономических картограмм. Почвенная карта представляет собой изображение почвенного покрова территории. Она дает наглядное представление о качестве и расположении почв. Для практического использования материалов почвенных исследований целесообразно объединение выделенных на карте почв в группы по сходности свойств, определяющих агропроизводственные их качества и общность приемов использования. При группировке почв в группы земель обязательна оценка агрономической однородности и совместимости структуры почвенного покрова. Группировка почв и земель завершается составлением картограмм агропроизводственной группировки почв и картограмм групп земель. Почвенная карта и картограмма групп земель позволяют выявить участки, требующие при их использовании особого внимания к соблюдению природоохранных мероприятий, обеспечивающих сохранение почв и экологическое благополучие ландшафта в целом.
Ключевые слова: картография, точное земледелие, рельеф, земная поверхность.
For a long time, the spatial variation of soil properties was considered as an annoying obstacle in the survey of land during the monitoring observations of individual soil properties. Only in the second half of the 20th century the accumulation of information about the cases of spatial heterogeneity of individual soil properties led to the realization that the systematization of individual information and the creation of a theory of soil heterogeneity is necessary. On the basis of our own scientific research, literary sources, the state and need to build accurate
farming systems based on the flow methodology of the soil cover structure are theoretically substantiated and experimentally shown. Rational management of the economy, the use of natural and effective soil fertility is impossible without the use of soil maps and agronomic cartograms. The soil map is an image of the soil landscaspe of the territory. It gives a visual representation of the quality and location of the soil. For the practical use of soil research materials it is advisable to combine the soils highlighted on the map into groups according to the similarity of properties that determine their agro-production qualities and common usage patterns. When soil is grouped into groups of lands, the agronomic uniformity and compatibility of the soil landscape structure is obligatory. The grouping of soils and lands ends with the compilation of cartograms of the agro-industrial grouping of soils and cartograms of groups of lands. The soil map and the cartogram of groups of lands make it possible to identify areas that require, when using them, special attention to the observance of nature conservation measures that ensure the preservation of the soil and the ecological well-being of the landscape as a whole.
Key words: mapping, precision farming, landscape, the earth surface.
В XXI веке происходят крупные научные революции во многих областях знания. Значительные изменения заметны и в теории картографии, особенности в той ее части, которая занимается изучением форм земной поверхности, или иначе - рельефа местности.
Изображение рельефа в теории картографии имеет свою историю развития, связанную с периодическим изменением культуры, науки и техники. Смена узоров рельефа на картах - залог успешного развития картографической науки. Каждая такая смена является научной революцией для данной отрасли знания. Она происходит примерно через каждые 100-200 лет. Именно через такие промежутки времени представления о рельефе на топографических картах обновляются. Рельеф на картах изменялся от перспективных (А) к штриховым (В), изогипсовым (С) и в XXI в. - к морфоизографным (D, Е) (рис.1). Каждая новая модель карты обслуживала науку и технику своего времени. Но наступали периоды старения прежних карт, и они заменялись новыми.
Рисунок 1 - Карты структур земной (почвенной) поверхности, составленные в разные исторические эпохи перспективой (А), штрихами (В), горизонталями (С),
изолиниями плановой кривизны изолиниями плановой и профильной кривизны (Е). Каждая из карт - это самостоятельная теория, отображающая с той или иной полнотой и объективностью через чувственные (А), интуитивные (В), эмпирические (С) и объективные Е) образы реальности.
На картах D, Е затемнены выпуклости (относительные повышения)
Каждая карта рис.1 включала элементы точных наук, количество которых постоянно возрастало, переходя в определенные моменты в новое качество, как, например, на картах D, E. Перспективная карта А является художественным изображением почвенной поверхности. В ней заложен важный элемент геометрии - перспектива, когда почвенный рельеф изображается картографом
на плоскости в соответствии со зрительным восприятием его элементов. На картах В-Е смена геометрических элементов, с помощью которых отображается почвенный рельеф, претерпела следующую эволюцию. Ее можно, следуя рис.1, выразить в терминах геометрической размерности. Так, на штриховой карте В элементы почвенной поверхности - это гашюры, линии стока, скольжения, образующие ее структуру дискретными (прерывными) одномерными линиями. На карте С, называемой изогипсовой, элементы почвенной поверхности - это линии высоты (горизонтали), образующие ее структуру семейством одномерных непрерывных (континуальных) кривых линий.
На карте й, названной картой пластики рельефа, элементом является одна-единственная изолиния нулевой плановой кривизны [1]. Она образует структуру почвенной поверхности за счет выделения двумерных выпуклостей-потоков (точки) на фоне общей вогнутости, образующей фон или подложку [3]. На карте й горизонтали сохранены. Они также участвуют в характеристике почвенных свойств.
На карте Е, являющейся разновидностью карты пластики й, структура почвенной поверхности представлена тремя элементами: 1 - двумерной анизотропной векторной выпуклостью (потоками), 2 - одномерными дискретными штрихами (линиями скольжения) и 3 - однородной изотропной плоской подложкой - континуумом. На фоне этой континуальной подложки (белый фон с точками), служащей системой отсчета, дискретные выпуклости-потоки (штрихи) как бы совершают свое длительное направленное (векторное) геологическое движение под влиянием сил земного тяготения. На картах пластики (й, Е) сочетания потоков представляют абстрактные образы материального почвенно-геологического субстрата.
Мировое земледелие конца 20-го и начала 21-го вв. ознаменовано парадигмой создания прецизионных систем земледелия. Известно, что решение тех или иных проблем, как и науки в целом, определяется уровнем развития методологий [3, 5]. К сожалению, без современного цифрового картографического материала невозможно ведения современного земледелия. Только с использованием метода пластики рельефа экспериментально и теоретически было доказано, что построить прецизионные системы земледелия можно при выделении структуры почвенного покрова и его картографического отображения на основе точных количественных критериев [2, 7]. Поэтому совершенствование методологии математически обоснованного определения положения в пространстве и времени взаимодействия элементарных почвенных ареалов (ЭПА), как единой динамической системы, - основы построения в обозримом будущем прецизионных систем земледелия [7].
Построение прецизионных систем земледелия невозможно также без Космического мониторинга сельхозугодий. На протяжении десятилетий в США, Европе и некоторых странах Азии проводится мониторинг сельхозугодий с использованием космических снимков, который является одним из основных инструментов контроля за состоянием сельхозугодий и урожайностью культур. Обширные территории России, занимаемые сельскохозяйственными угодьями, довольно сложно контролировать из-за недостатка точных карт, неразвитой сети пунктов оперативного мониторинга, наземных станций, в том числе и метеорологических, отсутствия авиационной поддержки, ввиду дороговизны содержания штата и т.д. [6]. Кроме того, в силу различного рода природных процессов, происходит постоянное изменение границ посевных площадей, характеристик почв и условий вегетации на различных полях и от участка к участку. Все эти факторы препятствуют получению объективной, оперативной
информации, необходимой для констатации текущей ситуации, ее оценки и прогнозирования. А без этого практически невозможны увеличение производства сельскохозяйственной продукции, оптимизация использования земель, прогнозирование урожайности, уменьшение затрат и повышение рентабельности. За рубежом аналогичные проблемы успешно решаются благодаря применению данных дистанционного зондирования (ДДЗ) Земли, получаемых с помощью космических спутников [4]. Однако, даже космические снимки дают статичную картину земной поверхности.
В начале XXI века ученые Пущинского научного центра совместно с офицерами топографических войск ГШ РФ создали компьютерную программу, в которой использовали точки нулевой плановой кривизны в качестве количественных критериев, разделяющих выпуклости (относительные повышения) от вогнутостей (относительные понижения). Такие карты были названы КОСМ (карты обзорных свойств местности). КОСМ впервые выявила почвенно-геологическую структуру как системную целостную дискретность, которая внешне напоминает древовидные формы, а по физико-математической сущности - фракталы и диссипативные структуры.
Преимущества цифровых КОСМ обнаружились также в том, что с их помощью очень удобно дешифрировать и дополнять полезной для сельского хозяйства информацией космические и аэрофотоснимки. По космическому снимку (рис. 2) трудно обнаружить даже такие простые элементы рельефа как повышения и понижения, хотя пущинскими специалистами делались попытки отобразить рельеф по фототонам снимков. На снимке рис. 2 видны лесные массивы, поселки, дороги, пашни, речная сеть, но элементы рельефа не видны. Они могут быть обнаружены в аридных областях Земли, где отсутствует пышная растительность. Но наш опыт показывает, что и на фотоснимках аридных территорий обнаруживается трехмерный рельеф, который не поддается количественной оценке и не выявляющий почвенно-геологических генетических особенностей форм земной поверхности. Заметим, что изолиния, соединяющая точки нулевой плановой кривизны и названная морфоизографой (изолинией кривизны), вобрала в себя интегрально сведения о рельефе, изображаемые горизонталями (линиями равной высоты).
Рисунок 2 - Снимок дистанционного космического зондирования - ДЗ.
Масштаб 1:100 000
На карте рис. 3 четко обнаруживается приуроченность фототонов космического снимка, часто неизвестной природы, с потоковыми элементами древовидной структуры КОСМ.
Рисунок 3 - Составные элементы КОСМ: потоки - выпуклости, относительные повышения (закрашены светло-коричневым) и вогнутости- подложка, относительные понижения (зеленый фон
На карте рис. 4 показано совмещение космоснимка (рис. 2) с картой пластики рельефа (рис. 3) - конечная цель настоящего исследования. При этом без искажений полностью сохраняется вся прежняя информация о местности, но она дополняется данными о формах земной поверхности. При этом можно сохранить и горизонтали.
Рисунок 4 - Наложение на космоснимок форм земной поверхности,
полученных на КОСМ
Выводы. Как мы видим, преимущества современных геоинформационных систем заключается в возможности совмещения сведений о местности, полученных путем дистанционных космических измерений и традиционной наземной топографической съемки. Обычно широко применяемое ныне трехмерное изображение получают путем использования косого отражения лучей, что искажает действительность, не позволяет проводить точные измерения, но на КОСМ имеет место ортогональная проекция с центральным освещением, т.е. здесь отсутствует искажение и можно проводить такие же измерения, как и по горизонталям топографических карт.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Исмагилов P.P., Абдулвалеев P.P. Пространственная изменчивость плодородия почвы на рельефе // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-2. С. 286.
2. Лопачев H.A. Экспериментально-теоретические основы использования потоковой структуры агроэкосистем в прецизионном земледелии: автореф. дис. ... док-pa с.-х. наук. Орел, 2008. 42 с.
3. Отражение био-, reo-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове: сборник материалов IV Всероссийской научной конференции с международным участием (1-5 сентября 2010). Томск: ТМЛ-Пресс, 2010. Т. 3. 283 с.
4. Ресурсосберегающее земледелие // URL: https://rucont.ru/efd/225156.
5. Степанов И.Н. Пространство и время в науке о почвах. М.: Наука, 2003. 184 с.
6. Степанов И.Н. Теория пластики рельефа и новые тематические карты. М.: Наука, 2006. 230 с.
7. Степанова В.И. Картографический метод потоковых структур и его использование в земледелии: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Орел, 2010. 22 с.
