CC BY
25
УДК 528.88
К ПРОБЛЕМЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ
МОНИТОРИНГА ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
Кирилл Иванович Калашников
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры космической и физической геодезии; Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В. Р. Филиппова, 670024, Россия, г. Улан-Удэ, ул. Пушкина, 8, кандидат сельскохозяйственных наук, ст. преподаватель кафедры землеустройства, тел. (902)458-18-55, e-mail: kalashnikovkir@mail.ru
Екатерина Николаевна Кулик
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-08-66, e-mail: e.n.kulik@ssga.ru
В работе приведены результаты исследования возможности совершенствования системы мониторинга земель сельскохозяйственного назначения на основе применения данных дистанционного зондирования Земли. Предложен подход к выявлению неиспользуемых сельскохозяйственных угодий на основе совместного использованиях архивных данных Landsat и сельскохозяйственных карт.
Ключевые слова: landsat, сельскохозяйственные угодья, залежь, мониторинг земель, деградация земель, пространственная привязка.
TO THE PROBLEM OF IMPROVING THE MONITORING SYSTEM OF AGRICULTURAL LANDS USING REMOTE SENSING
Kirill I. Kalashnikov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Graduate, Department of Space and Physical Geodesy; Buryat State Agricultural Academy Named After V. R. Filippov, 8, Pushkina St., Ulan-Ude, 670024, Russia, Ph. D., Senior Lecturer of Land Management Department, phone: (902)458-18-55, e-mail: kalashnikovkir@mail.ru
Ekaterina N. Kulik
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Associate Professor, Department of Photogrammetry and Remote Sensing, phone: (913)926-82-57, e-mail: e.n.kulik@ssga.ru
The paper presents results of researches on improvement of the monitoring system of agricultural lands using remote sensing. Approach to identification of not used agricultural lands based on archival data Landsat and agricultural maps is offered.
Key words: landsat, agricultural land, fallow, land monitoring, land degradation, spatial reference.
Проведенное в последние десятилетия в нашей стране земельное реформирование привело к значительному сокращению используемых сельскохозяйственных земель и негативно сказалось на качестве сельскохозяйственных угодий. Отсутствие актуальных мониторинговых данных является одним из сдерживающих факторов устойчивого развития территорий на разных иерархических уровнях. В связи с этим, проблема эффективного управления земельными ресурсами требует новых подходов и решений, которые бы позволили получить актуальные и достоверные сведения о состоянии сельскохозяйственных земель.
Эффективная аграрная политика государства невозможна без получения объективной информации о сельскохозяйственном производстве. В тоже время существующая в России система сбора информации о состоянии сельскохозяйственных угодий, опирающаяся на данные статистической отчетности, не отвечает требованиям объективности, достоверности и оперативности получения [1]. В связи с этим, проблема совершенствования системы мониторинга земель сельскохозяйственного назначения является актуальной, а одним из векторов ее решения является применение данных дистанционного зондирования Земли.
Основываясь на докладах о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения можно сделать вывод о сокращении общей площади пашни в Российской Федерации за 2 десятилетия на 11 млн. гектар (рис. 1).
250000 200000 150000 100000 50000 0
<^<^<^<^<^<^<^<^<^<^00000000000000
■ Сельскохозяйственные угодья, в том числе:
■ пашня
■ сенокосы и пастбища
■ залежь
Рис. 1. Динамика сельскохозяйственных земель России (с землями личного пользования), тыс. га
Такая ситуация обусловлена выбытием сельскохозяйственных земель из оборота в результате прекращения деятельности сельскохозяйственных предприятий. В тоже время, статистические данные РОСРЕЕСТРа содержат учетные данные и не отражают информацию о качественном состоянии сельскохо-
зяйственных угодий. Неиспользование сельскохозяйственных угодий по назначению приводит к их деградации, ухудшению качественного состояния. В связи с этим возникает необходимость в проведении широкомасштабных мероприятий по охране и контролю за использованием и инвентаризации земель, которые долгое время не проводятся в большинстве регионов России [2].
С начала 70-80-х годов в нашей стране проводились широкомасштабные систематические почвенные и геоботанические обследования, а предприятия Всесоюзного института сельскохозяйственных и аэрофотогеодезических изысканий обеспечивали их материалами аэрофотосъемки. Исследованию возможности применения полученных ранее данных в качестве эталонов для верификации разновременных данных дистанционного зондирования с целью анализа динамики деградационных процессов, оценки количественного и качественного состояния сельскохозяйственных угодий, посвящена данная работа.
Объектом исследования являются земли сельскохозяйственного назначения Мухоршибирского района Республики Бурятия. Выбор объекта исследования обусловлен наибольшей сельскохозяйственной освоенностью данного района по отношению к другим районам Республики. В Мухоршибирском районе успешно функционирует фактически единственное сохранившееся крупное хозяйство в Республике - СПК «Колхоз Искра». На примере данного хозяйства выполнен анализ состояния земель в условиях интенсивного землепользования. Исследования в работе проводятся на сельскохозяйственных угодьях в составе земель сельскохозяйственного назначения.
В исследовании использованы архивные снимки Landsat 5 Level 1 за 1991 г., полученные с использованием сервиса EarthExplorer геологической службы США и имеющие радиометрическую и геометрическую коррекции.
Дешифрирование неиспользуемых сельскохозяйственных земель основывается на анализе спектрального отклика и на особенностях их текстурных характеристик [3]. Залежные земли могут иметь разный возраст, а в силу того, что к залежам относят угодья неиспользуемые более 1 года для их выявления необходимо применять разновременные данные.
В тоже время, в силу различного хозяйственного использования залежей, даже в пределах отдельных хозяйств, на них произрастает различная сорная растительность, кустарники и мелколесье. Этот фактор не позволяет создать единый спектральный эталон. А следы вспашки даже на части территории залежи при классифицировании относят ее к другому виду угодий - классу пашни.
В связи с этим, в качестве эталонов для последующего выявления неиспользуемых земель, нами предлагается использовать сельскохозяйственные карты районов в масштабе 1:100 000, составленные по материалам аэрофотосъемки.
Для этого необходимо осуществить пространственную привязку сельскохозяйственной карты к снимку Landsat. В работе использовался ГИС-пакет ArcGIS, который имеет соответствующий инструментарий. Для быстрого нахождения опорных точек можно использовать базовые карты ArcGIS, которые
автоматически проецируются в соответствии с параметрами слоя - проекция иТМ, зона 48, система координат WGS-84. Для их совместного отображения необходимо задать прозрачность для карты ArcGIS (рис. 2).
Рис. 2 Совместное отображение базовой карты ArcGIS и снимка ЬапёБа1 в комбинации 5-4-3
Пространственная привязка растров в ArcGIS осуществляется с использованием опорных точек с известными координатами. В данной работе использовались перекрестки дорог и устья рек. Опорные точки распределялись таким образом, чтобы охватить весь кадр снимка.
Использование опорных точек позволяет осуществить полиноминальную трансформацию растровых данных. Такая трансформация использует построение полинома на основе алгоритма наименьших квадратов. Аффинное полиноминальное преобразование использует 6 параметров для трансформации строк и столбцов растра в координаты карты:
х=Ах+Ву+С y=Dx+Ey+F,
(1)
где х - число столбцов в растре; у - число строк в растре; хЛ - значение по горизонтали в координатном пространстве; уЛ - значение по вертикали в координатном пространстве; А - ширина ячейки в единицах карты; В, D - коэффициенты поворота; С - хЛ координата центра верхней левой ячейки снимка; Е - отрицательная высота ячейки в единицах карты; F - уЛ координата верхней левой ячейки снимка.
При использовании более 10 опорных точек появляется возможность использования полинома 3-го порядка, при этом сокращается количество ошибок случайного типа, корректируются более сложные искажения, а невязки распределяются по всем связям.
При использовании инструмента «прозрачность» на сельскохозяйственной карте можно добиться эффекта наложения карты на космоснимок (рис. 3).
Рис. 3. Пример совместного использования сельскохозяйственной карты Мухоршибирского района Республики Бурятии М 1:100 000
со снимком Landsat 5
Таким образом, совместное использование данных архивной сьемки Landsat с сельскохозяйственной картой района позволит создать векторную основу на данную территорию, провести оценку точности дешифрирования. Векторная основа позволит определить площадные характеристики по видам сельскохозяйственных угодий, выявить изменения в составе и соотношении угодий, определить их культуртехническое состояние и динамику процессов зарастания древесно-кустарниковой растительностью.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Барталев, С. А. Метод выявления используемых пахотных земель по данным дистанционного зондирования со спутников [Текст] / С. А. Барталев, Е. А. Лупян, И. А. Нейштадт // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2006. - Выпуск 3. - Т. II. - С. 271-280
2. Белорусцева, Е. В. Мониторинг состояния сельскохозяйственных угодий Нечерноземной зоны Российской Федерации [Текст] / Е. В. Белорусцева // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - Москва, 2012. -Т. 9. - № 1.- С. 57-64
3. Маринина, О. А. Особенности дистанционного выявления залежных участков и проблемы целевого использования земель сельскохозяйственного назначения [Текст] / О. А. Ма-ринина, Э. А. Терехин, Ж. А. Кириленко, Д. М. Курлович, Н. В. Ковальчик // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 5. - С. 535.
© К. И. Калашников, Е. Н. Кулик, 2018
