Опыт выделения полигонов, пересекаемых сетью водотоков Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 630*182.58

ОПЫТ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОЛИГОНОВ, ПЕРЕСЕКАЕМЫХ СЕТЬЮ ВОДОТОКОВ

Сергей Кимович Фарбер

ФГБУН Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, 660036, Россия, Красноярск, Академгородок, 50, строение 28, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, тел. (391)249-46-35, e-mail: sfarber@ksc. krasn. ru

Наталья Сергеевна Кузьмик

ФГБУН Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, 660036, Россия, Красноярск, Академгородок, 50, строение 28, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник лаборатории таксации и лесопользования, тел. (391)249-46-35, e-mail: natalia 5791@mail.ru

Обсуждается опыт выделения полигонов, примыкающих к элементам гидрологической сети, с помощью программных средств ГИС ArcMap 9.3.1.

Ключевые слова: полигоны, дешифрирование, гидрологическая сеть, программные средства ГИС.

DISCUSSES THE SCOPE OF APPLICATION OF THE MATRIX SRTM, RELATED TO THE MAPPING

Sergey K. Farber

V. N. Sukachev Institute of Forest SB RAS, 660036, Russia, Krasnoyarsk, Akademgorodok 50 Bldg. 28, dr. of Sciences in Agriculture, tel. (391)249-46-35, e-mail: sfarber@ksc.krasn.ru

Natalia S. Kuz'mik

V. N. Sukachev Institute of Forest SB RAS, 660036, Russia, Krasnoyarsk, Akademgorodok 50 Bldg. 28, candidate of Sciences in Agriculture, Researcher of the Lab. of Forest Inventory & Forest Utilization, , tel. (391)249-46-35, e-mail: natalia_5791@mail.ru

Experience of allocation of the ranges adjoining elements of a hydrological network, by means of GIS ArcMap 9.3.1 software is discussed.

Key words: polygons, interpretation, hydrological network, TsMR, GIS software.

Актуальность. Контурное дешифрирование в практике лесоустройства вплоть до настоящего времени выполняется на основании визуального анализа стереоизображения на снимках. Принимаются во внимание ряд признаков, основными из которых являются показатели рельефа местности. В любом случае обращается внимание на участки, примыкающие к сети водотоков. Почвенно-грунтовые условия здесь могут быть резко различны. Контурное дешифрирование лесотаксационных выделов, выполняемое в ручном режиме, отличается крайней субъективностью. С появлением современного инструментария ГИС, позволяющего в интерактивном режиме производить разнообразный анализ данных пространственных объектов, традиционный режим контурного дешифрирования лесотаксационных выделов представляется уже архаичным.

Целевой результат. Требуется из общего набора полигонов, выделить те которые пресекаются, или касаются водотоков гидрографической сети.

Исходные данные. Взаимному пространственному анализу подлежат полигоны и сеть рек, ручьев. Полигоны и водотоки расположены на отдельных векторных слоях. Средствами ГИС можно проводить пространственный анализ независимо от способа контурного дешифрирования и получения векторного слоя, в т.ч. посредством традиционного контурного дешифрирования в режиме анализа стереоизображения снимков. Полагаем, что при этом определенные преимущества имеет ЦМР, в качестве которой, как по простоте приобретения, так и простоте обработки, удобно использовать данные SRTM [Фарбер, Кошкарова, 2013].

Методика. Разработчики программного обеспечения ГИС ArcInfo предусмотрели возможность выбора из нескольких вариантов, наиболее подходящих для достижения требуемого результата. Перечислим инструментарий ГИС ArcMap 9.3.1, с помощью которого достаточно просто решается задача выделения полигонов примыкающим или пересекаемых линейными объектами (например, сетью водотоков):

1. Анализ данных высот растра ЦМР. Операция выполняется посредством классификации высот местности в границах классов, удовлетворяющих пользователя;

2. Совместный анализ векторных слоев полигонов и линий гидрологической сети. Операция выполняется инструментом «Ближайший объект (Near)» или инструментом «Пересечение (Intersect)», расположенными в модуле «Analysis Tools».

Результаты и обсуждение. Демонстрация вариантов решения задачи выделения полигонов, пересекаемых водотоками, производится на примере Кеть-Чулымского округа южно-таежных лесов (лесорастительное районирование И. А. Короткова [1994]). Тестовый участок расположен на территории Большемуртинского лесничества Красноярского края, площадь участка 228 тыс. га.

Анализ данных высот ЦМР. Исходные данные - значения высот местности, которые содержатся в матрице SRTM. Так, в растре, содержащем два класса высот: <250 м и >250 м, высота равная 250 м есть граница местоположений по их абсолютной высоте. Разумеется, пример имеет условный характер. Приемлемые границы классов будут специфичны относительно достигаемых целей, а практически их удобно находить с помощью инструмента «выбрать по атрибуту».

По изображению результатов классификации тестового участка можно судить о достоинствах и недостатках метода. Обозначим наиболее существенные:

- полигон, примыкающий к водотокам, выделяется одним контуром, вне зависимости от их порядков и показателей рельефа местности;

- повышение диапазона высотных отметок в классах высот приводит к увеличению площади полигона около притоков первых порядков;

- территория, примыкающая к притокам более высоких порядков, и тем более территория примыкающая к вершинам (истокам) рек и ручьев, остается вне полигона.

Вывод. Подход, основанный на классификации высот местности, будет эффективен только для незначительной по площади территории. При этом границы пойм и долин водотоков остаются ориентировочными, требующими дальнейшего уточнения.

Совместный анализ векторных слоев полигонов и водотоков гидрологической сети. При использовании в качестве исходного растра ЦМР предварительно требуется проведение классификации по показателям рельефа. Возможна классификация растра по величинам уклонов, экспозиции и выпуклости (вогнутости) поверхности. Результаты классификации далее конвертируются в полигональные слои.

Инструмент «Ближайший объект (Near)». После применения инструмента в атрибутивную таблицу входных объектов автоматически добавляется поле, содержащее вычисленные величины расстояний. Далее следует выбрать полигоны, у которых значения расстояния до водотоков равно нулю. Нулевое расстояние показывает, что водоток пересекает или касается полигона. При необходимости или для удобства дальнейшего анализа полигоны с нулевым расстоянием до водотоков можно скопировать в отдельный векторный слой. Для растра ЦМР тестового участка были получены производные растры -классов уклонов, экспозиции и плановой изогнутости. Использованы следующие границы классов:

- уклон - (0-0,5) (0,6-2) (2,1-5) (5,1-9) более 9,1

- экспозиция - северная, южная;

- поверхность - вогнутая, выгнутая.

Результат работы инструмента демонстрируется на примере полигонов тестового участка, совмещенных по показателям - уклон, экспозиция, вогнутость (выпуклость) поверхности. Можно визуально наблюдать, что полигоны, пересекаемые сетью водотоков, выделены в отдельную группу. Однако в эту же группу инструмент относит также и некоторые полигоны, которые водотоками не пересекаются. Такая ситуация имеет простое логическое объяснение: пересечение полигонов, представляющих классы уклонов, экспозиций и изогнутости, дает в результате, территориально разобщенные полигоны, но при этом сохраненные программой под одним индексом в поле FID.

Для полигонов, получаемых по какому-то одному показателю рельефа (например, по уклонам) - в выборку поступают только те из них, которые пересекаются водотоками. Здесь появление «лишних» полигонов исключено, поскольку индекс поля FID будет индивидуален, При этом, в равнинных условиях тестового участка, возникает другая нежелательная ситуация, когда более часто встречающиеся классы уклонов образуют полигоны, занимающие преобладающую часть территории, в т.ч. вдали от рек и ручьев. Вывод. Использование инструмента «Ближайший объект» позволяет выделять пересекаемые и смежные с водотоками полигоны. Однако при этом могут возникать нежелательные ситуации, а именно:

- появление полигонов, расположенных вне контакта с водотоками;

- полигоны, могут далеко выходить за пределы пойменно-долинной части местности.

Инструмент «Пересечение (Intersect)». Результат работы инструмента - слой линий водотоков, пересекаемых полигонами. Но это не одно отличие от исходного слоя гидрологической сети: в атрибутивной таблице итогового

векторного слоя, соединяются поля исходных слоев, что собственно и позволяет перейти к выделению только тех полигонов, которые контактируют с водотоками.

На примере полигонов, представляющих три класса экспозиций тестового участка, покажем как производится переход к выделению полигонов пойменно-долинной части местности. Можно, например, поступить следующим образом: соединяем атрибутивные таблицы полигонального слоя экспозиций и полилинейного слоя, полученного в результате работы инструмента, по общему для них полю FID. Результат соединения можно представить, как в виде единого слоя всех полигонов тестового участка, так и только той его части, которая относится к полигонам, контактирующим с водотоками.

Вывод. Результат работы инструментов «Пересечение (Intersect)» и «Ближайший объект (Near)» идентичен. Отметим - инструмент «Пересечение» требует значительно меньшего быстродействия процессора компьютера, что может быть определяющим при выборе инструментария ГИС.

Заключение. Пользователи ГИС в процессе выполнения тех или иных задач находят собственные варианты их решения. Не составляет исключение и задача выделения участков смежных с гидрологической сетью. В любом случает выбор той или иной технологической последовательности определяется простотой выполнения и удовлетворенностью результатом. Так схематичное отображение пойм и долин рек можно получить простой классификацией территории района обследования по абсолютной высоте. Более низкие местоположения при этом отождествляются с долинами. При увеличении размеров обследуемого района и перепада высот точность такого отождествления будет резко падать. Работа инструментов «Пересечение (Intersect)» и «Ближайший объект (Near)» позволяют выделять пойменно-долинную часть местности, начиная от истоков рек и ручьев. Однако, при этом могут возникать ситуации, требующие дополнительного анализа получаемого результата. Времени для анализа инструментом «Пересечение (Intersect)» при этом требуется меньше.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Коротков И. А. Лесорастительное районирование России и республик бывшего СССР // Углерод в экосистемах лесов и болот России. - Красноярск: Ин-т леса СО РАН, 1994. - С. 29-47.

2. Фарбер С. К., Кошкарова В. Л. Использование данных SRTM для дешифрирования лесорастительных условий и типологической структуры лесов // Биоразнообразие Алтае-Саянского экорегиона: изучение и сохранение в системе ООПТ: материалы межрегиональной научно-практ. конференции, посвященной 20-летию основания заповедника "Убсунурская котловина" (27 июня - 1 июля 2013 г., Кызыл) - Кызыл: ОАО "Тываполиграф", 2013. - С. 99-102.

© С. К. Фарбер, Н. С. Кузьмик, 2014