Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Изучение эрозионных факторов с использованием картографофотограмметрического метода

ВАК РФ 11.00.12, Географическая картография и геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Изучение эрозионных факторов с использованием картографофотограмметрического метода"

На правах рукописи

7 да 1997

£А.РФОЛОМЕЕВ Александр Федорович

ИЗУЧЕНИЕ ЭРОЗИОННЫХ ФАКТОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАРТОГРАФО-ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКО] О МЕТОДА

11.00.12 — географическая картография

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1997

Работа выполнена на кафедре картографии и геоинформатики географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор географических

наук, профессор

Б.А.Новаковский

Официальные оппоненты: доктор географических наук

старший научный сотрудник

Г.А.Ларионов

кандидат географических наук старшин научный сотрудник

В.Г.Линник

Ведущая организация: Саратовский

государственный университет

имени Н.Г.Чернышевского

/3 ага/гбО-

Защита состоится « » 1997 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета по геоморфологии, эволюционной географиг, гляциологии и геокриологии, географической картографии и геоинформатики (Д-053.05.06) при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 1 19899, Москва ГСП-3, Воробьевы горы, МГУ, географический факультет, 21 утаж, ауд. 21-09.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан « $ » (^¿¿рСНА 199 ^-г.

Ученый секретарь

специализированного совета,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современная линейная эрозия результат, как правило, неправильного хозяйственного использования территории без учета ее природных условий и общих закономерностей водного и ветрового режимов почв. Одной из главных причин возникновения эрозии является уничтожение естественного растительного покрова, ухудшение инфильтрационной и водопоглощающей способности почв и их противоэрозионной устойчивости. Человек может не только ускорять процессы линейной эрозии, но в его силах и ликвидировать причины возникновения эрозионных процессов и тем самым приостанавливать разрушение почв.

Дальнейшая активизация эрозионных процессов требует применения новых, более совершенных методов и технологий исследования. В данном аспекте могут быть с успехом использованы новейшие достижения в области обработки картометрических данных, а также новые разработки в интерпретации данных дистанционного зондирования при широком использовании современных вычислительных средств. Особое внимание следует уделить использованию материалов дистанционного зондирования в получении точной количественной информации, что стало возможным благодаря определенным успехам в развитии технических средств автоматизации обработки данных. Появилась возможность использовать фотограмметрические подходы в получении разнообразной количественной информации о природных процессах и явлениях (Новаковский, 1983).

Как известно, в возникновении и распространении процессов линейной эрозии немаловажную роль играет фактор ■рельефа. Он создает как бы энергетическую основу для функционирования эрозионных форм. При накладывании на него других неблагоприятных природных и антропогенных

факторов в десятки и сотни раз усиливается интенсивность эрозионных процессов. Поэтому особую актуальность приобретает задача оценки эрозионных факторов всеми современными средствами.

Цель диссертации состоит в изучении эрозионных факторов с использованием картографо-фотограмметрического метода.

Для достижения цели необходимо решить следующие основные задачи:

— проанализировать современное состояние и проблемы изучения процессов линейной эрозии с использованием традиционных картографических технологий, методов математической статистики, стереофотограмметрии и цифрового картографирования;

— рассмотреть на конкретных примерах возможности использования картографо-статистического анализа для установления влияния эрозионных факторов на интенсивность процессов линейной эрозии;

— выявить картографические возможности применения распространенных коммерческих пакетов программ отечественного и зарубежного производства для персональных компьютеров с целью изучения интенсивности и динамики эрозионных процессов;

— разработать алгоритм автоматизированного выделения микробровок и микротальвегов по цифровой модели.

Научная новизна и вклад автора в решение поставленных задач заключается в следующем:

— проведено обобщение отечественного и зарубежного опыта использования картографического метода, методов математической статистики, стереофотограмметрии и цифрового картографирования для изучения процессов линейной эрозии;

— опробована возможность использования картографо-статистических методов при изучении влияния отдельных морфометрических параметров на процессы линейной эрозии;

— проанализирована возможность использования распространенных коммерческих пакетов программ отечественного и зарубежного производства для персональных

компьютеров с целью изучения интенсивности и динамики эрозионных процессов;

— разработан алгоритм автоматизированного выделения • микробровок и микротальвегов по цифровой модели рельефа;

— на основе предлагаемого комплекса оценок получены некоторые географические результаты: статистические и аналитические зависимости плотности овражного расчленения от некоторых морфометрических параметров на территории Мордовии; используя стереофотограмметрические подходы и пакеты прикладных программ для персонального компьютера выявлена на ключевом участке интенсивность и динамика овражных форм для центральной части Мордовии, опробован алгоритм автоматизированного выделения структурных элементов рельефа, а также построена схематическая карта градиентного поля на территории ключевого участка средней полосы России (колхоз «Ведуга» Воронежской области).

Предлагаемый комплекс оценок некоторых эрозионных факторов базируется на программном обеспечении, разработанном и неоднократно апробированном в-лаборатории автоматизации кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ (MAG, DIGITMAP), а также на зарубежных программных продуктах (STATGRAF, SURFER).

Практическая значимость исследования заключается в том, что опробованный в диссертации комплекс оценок, а также экспериментальные данные могут быть использованы в научных и практических работах по оценке эрозионных факторов, при планировании комплекса противоэрозионных мероприятий, а также в учебных целях.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на Всесоюзной научной конференции «Эрозиоведение: теория, эксперимент, практика» состоявшейся 26-28 декабря 1991 года в Московском университете на 12 Огаревских чтениях, проходивших в Мордовском госуниверситете и на Всероссийской научной конференции

«Экологическая безопасность и социально-экономическое развитие регионов России», состоявшейся в 1994 году в Мордовском госуниверситете. По материалам проведенных исследований опубликовано 5 работ.

Практическая реализация работы осуществлена на технических средствах лаборатории фотограмметрии и автоматизации кафедры картографии и геоинформатики географического , факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Выполненные исследования получили внедрение в учебный процесс при подготовке студентов-картографов географического факультета Мордовского госуниверситета.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 120 страниц машинописного текста, имеет 6 таблиц, 24 рисунка и б приложений. Библиография включает 118 наименований, из них 20 иностранных.

Автор благодарит научного руководителя профессора Б.А.Новаковского за постоянную методическую помощь на всех этапах выполнения работы, профессора А.М.Берлянта и доцента Ю.В.Свентэка, сделавших существенные замечания по тексту диссертации.

1. Анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта в изучении процессов линейной эрозии с использованием картографо-фотограмметрического метода

В настоящее время во многих областях знаний находят применение карты и исследования по ним. Картографический метод исследования — это метод применения карт для научного и практического познания изображенных на них явлений (Берлянт, 1988). Карты служат не только как накопители определенных знаний о действительности, но также являются основой для получения новых знаний. Важнейшим условием расширения сферы использования карт являются потребности научных исследований и народнохозяйственной практики. Важнейшее значение имеет

использование карт для изучения и прогноза овражности, эрозионных процессов и других неблагоприятных природных явлений.

Топографические карты постепенно устаревают в связи с постоянным изменением эрозионной ситуации, выражающейся либо в увеличении линейных размеров существующих оврагов, либо в появлении новых эрозионных форм. По аэрофотоснимкам можно довольно успешно определять очаги зарождающихся новых эрозионных форм. На них четко выделяются, особенно при стереоскопическом наблюдении, микротальиеги, промоины к виде темных извилистых полос различной ширины и конфигурации. Сравнение чанных повторных аэрофотосъемок позволяет выделить происшедшие изменения на наблюдаемой территории и, следовательно, установить закономерности развития процессов линейной эрозии, а также получить возможность слежения за. эффективностью проводимых противоэрозионных мероприятий.

Обеспечение географических исследований точными количественными данными значительно расширяет сферу использования материалов дистанционного зондирования. В этом смысле весьма плодотворными оказываются фотограмметрические подходы, способствующие получению достоверной информации об объектах и явлениях реального мира путем регистрации, измерения и интерпретации снимков (Новаковский, 1983).

2. Использование картографического метода и методов математической статистики при изучении процессов линейной эрозии

Карты как средство познания окружающей действительности давно и успешно используются науками о Земле. Для .¡чучени» современного состояния процессов линейной эрозии на территории Мордовии нами была составлена карта масштаба

Рис. 1. Фрагмент карты плотности овражного расчленения Мордовии

1:400 ООО плотности овражного расчленения. В качестве первоосновы были выбраны крупномасштабные топографические материалы М 1:25 ООО на исследуемый ' район.

Карта строилась по следующей методике. На лист топографической основы масштаба 1:25 ООО наносилась сетка, состоящая из 16 равновеликих прямоугольников. Размер прямоугольника был выбран оптимальным с учетом масштаба топографической основы (М 1:25 ООО), картографируемой площади (вся территория республики) и масштаба итоговой карты (1:400 ООО). Площади полученных фигур изменялись с севера на юг от 4.7 до 4.75 км2. В пределах каждого прямоугольника подсчитывал ось количество оврагов на единицу площади. Всего на территорию республики таким образом было обработано 280 листов топоосновы. Полученные значения коэффициента плотности овражного расчленения проставлялись в центре квадратов аналогичной площади, построенных на карте масштаба 1:400 000. По рассчитанным значениям коэффициентов проводились границы участков, относящихся к различным ступеням шкалы — плотности овражного расчленения рельефа. После выделения ареалов с различной интенсивностью овражного расчленения была выбрана цветовая шкала для показа этого явления. Причем чем выше значение исследуемого показателя, тем темнее выбиралась окраска ареала (от бледно-желтого до темно-коричневого). Фрагмент карты представлен на рис.1.

Созданная карта, наряду с выделением районов по степени интенсивности процессов линейной эрозии послужила основой для выбора территории под тестовый участок для исследования динамики эрозионных процессов с использованием данных периодических аэрофотосъемок.

Теория корреляции имеет своей целью решение трех основных задач: определение корреляционных уравнений связи

между двумя и более величинами, определение тесноты связи и надежности (вероятности) получаемых характеристик (Бочаров, 1971). Самый простой вид корреляции — парная корреляция.

Нами была поставлена задача определения тесноты связи между плотностью овражного расчленения и рядом морфометрических параметров и залесенностью, влияющих на интенсивность эрозионных процессов в восточной и центральной частях Республики Мордовии, используя аппарат математической статистики.

Вся исследуемая территория была разбита на равные площадки на топографической основе масштаба 1:25 ООО. Всего для исследования было отобрано 188 таких площадок. В пределах каждого участка подсчитывались следующие морфометрические параметры и показатель залесенности:

1) — площадь водосборной поверхности оврага, га;

2) — густота гидросети в пределах площадки км/км2;

3) — амплитуда высот в пределах участка м;

4) — крутизна склона, подверженного эрозии град;

5) — абсолютная высотная отметка площадки, м;

6) — залесенность, га;

Наряду с морфометрическими характеристиками в перечень показателей, влияющих на интенсивность эрозионных процессов нами был также включен показатель залесенности территории. Как известно, этот показатель также имеет довольно значительное влияние на интенсивность эрозионных процессов.

В результате проведенных исследований установлено, что на изучаемой территории наиболее существенна связь плотности овражного расчленения с площадью водосборной поверхности — коэффициент корреляции г составил 0.59, крутизной склонов (г=0.46) и амплитудой высот (г=0.44). Полученные коэффициенты парной корреляции, как правило, бывают сильно искажены опосредованным влиянием других факторов, как природного так и антропогенного характера.

Далее нами была поставлена задача нахождении аналитической зависимости между плотностью овражного расчленения и рядом морфометрических параметров и залесенностью. Искомая зависимость может быть представлена математически в виде многомерного регрессионного уравнения. В нашем случае можно записать как:

V = Б ( Х.^Хз,...^) ( 1 )

где У — плотность овражного расчленения в пределах отобранной площадки; ХрХ^Хз,...^ — параметры, влияющие на интенсивность процессов линейной эрозии, характеризующиеся прямыми количественными показателями.

Для нахождения коэффициентов регрессионного уравнения были использованы программы линейного регрессионного анализа (коммерческий пакет «ЗТАТСЯАР»).

В результате было получено уравнение множественной корреляции, аппроксимирующее вероятную связь плотности овражного расчленения с рядом морфометрических параметров и залесенностью:

У = -14.0027 + 0.0264Х1 + 1.1159Х, + 0.0192Х3 + ( 2 ) + 1.1456Х.+ 0.0351 X, - 0.0248Х,

4 5 6

где У — плотность овражного расчленения,ед/км2;

Х1 — площадь водосборной поверхности оврага, га;

Х2 — густота гидросети в пределах площадки, км/км2;

Х3 — амплитуда высот в пределах участка, м;

Х4 — крутизна склона, подверженного эрозии, град;

Х5 — абсолютная высотная отметка площадки, м;

Х6 — залесенность, га;

Для построения окончательной математической модели была применена процедура пошагового выбора переменной. Суть этой процедуры состоит в том, что на каждом шаге процедуры переменные вводятся или удаляются с целью получения модели с минимальным набором данных значащих переменных. Эта процедура может быть получена там, где имеется избыточное число независимых переменных и невозможно точно определить необходимость введения каждой

из них. Процедура начинает работать с минимальным количеством переменных в модели и по команде добавляет по одной переменной. В том случае, если новая переменная изменяет показатели системы она становится значащей. Переменная, которая становится незначащей удаляются из системы. В результате пошагового отбора независимых переменных было получено окончательное уравнение множественной регрессии с минимальным набором значащих факторов зависимости плотности овражного расчленения от ряда морфометрических параметров:

У = - 8.2216 + 0.0253Х, + 0.0451Х3 + 1.1809Х, ( 3 )

где У — плотность овражного расчленения, ед/км2;

X, — площадь водосборной поверхности оврага, га;

Х3 — амплитуда высот в пределах участка, м;

Х4 — крутизна склона, подверженного эрозии, град.

3. Исследование динамики процессов лнненнои эрозии с использованием разногодичных аэрофотоснимков и цифровых моделей рельефа на ключевом участке

В выяснении интенсивности и динамики эрозионных процессов большую пользу могут оказать исследования, проведенные на основании данных периодических аэрофотосъемок на ключевых участках. В качестве ключевого участка нами была выбрана территория типичная для лесостепи Русской равнины, находящаяся в окрестностях с.Старое Акшино Старошайговского района Мордовии.

Для изучения интенсивности и динамики эрозионных процессов нами были выбраны черно-белые аэрофотоснимки масштаба 1:14 700 (€=71.12) 1961 и М:14 ООО (Г=70.00) 1988 годов съемки, по которым проведен учет современных форм

размыва земной поверхности в пределах ключевого участка (Старо-Акшинского учебно-научного полигона). Предварительно разногодичные стереопары были трансформированы и приведены к масштабу 1:10000. В качестве опорных точек послужили объекты, координаты которых были определены по топографической карте М 1:10000. Дешифрировались и учитывались эрозионные размывы длиной на снимке в 1мм и более. Отвершки склоновых оврагов длина которых составила 1мм и более, учитывались как самостоятельные размывы. В таблице 1 приведены результаты учета оврагов и промоин по разновременным аэрофотоснимкам (интервал — 27 лет) по данным на ключевом участке.

Таблица 1

Учет оврагов и промоин по разновременным

аэрофотоснимкам

Тип оврагов Количество оврагов Прир9ст новых размывов

1961г. 1988г.

Склоновые [ 1 0

Береговые 2 4 + 2

Всего оврагов 3 5 + 2

-//- промоин 9 33 + 24

Для оценки интенсивности оврагообразования необходимо пользоваться числом вновь образовавшихся эрозионных врезов за время происшедшее между повторными аэрофотосъемками. За 27 лет на территории ключевого участка образовалось 26 новых размывов, их них 2 — береговых оврага и 24 — промоины (см.табл.1). Из таблицы видно, что на территории исследуемого участка произошли довольно значительные изменения в количестве эрозионных форм. Береговых оврагов за 27 лет образовалось лишь 2, за счет перехода промоин в подтип береговых оврагов. Значительно увеличилось количество промоин. Таким

образом, среднегодовая фактическая интенсивность образования новых размывов на площади ключевого участка составила почти 1 единицу в год. Конечно, этот показатель достаточно условен, так как в разные годы интенсивность возникновения и роста овражных форм различна, в зависимости, в основном, от климатических показателей года.

Автоматизация картографических работ по созданию различного рода картографической продукции получила в последнее десятилетие значительное развитие, как в научном, так и в практическом плане. Этому способствовала необходимость разработки методов и технологий представления информации о местности и о физических полях Земли не только в традиционном картографическом виде, но и в виде цифровых карт (моделей) местности, обеспечивающих с использованием современных ЭВМ исключительно быстрое решение многочисленных народнохозяйственных задач (Берлянт, 1988).

В настоящее время в практике научных и производственных изысканий все чаще используют данные аэрофотосъемки для получения точной и быстрой количественной информации о природных объектах. В связи с этим усиливается роль фотограмметрии как необходимого научного средства получения оперативной информации.

Одним из важнейших показателей, характеризующих интенсивность развития овражных форм является фактор изменения площади эрозионных объектов. Для определения значения этого показателя нами были составлены цифровые модели рельефа на исследуемый участок по трансформированным аэрофотоснимкам М 1:10 ООО на 1961 и 1988 годы съемки в пределах Староакшинского учебно-научного полигона. Стереопары обрабатывались аналитическим способом на стереокомпараторе СКА-18, соединенного с персональным компьютером. Основное назначение такой автоматизированной стере-

офотограмметрической системы сбор исходных цифровых данных по стереопарам фотоснимков с целью создания цифровых моделей рельефа. Был создан цифровой файл в значениях стереокомпаратора, где каждой точке ставились в соответствие координаты X и У, а также разность продольных параллаксов ¿\ Р. Полученные значения стереокомпаратора по координатам и высотам опорных точек были пересчитаны в Х,У и Н топографической карты. Далее на основании созданного числового массива строилась цифровая модель рельефа в вычислительной системе.

Следующим этапом в работе для выяснения динамики площади эрозионных образований на ключевом участке явилось создание отдельных контурных файлов ситуации. Для этого на разногодичных стереопарах были опознаны и оцифрованы несколько характерных одноименных эрозионных объектов. Площади эрозионных объектов подсчитывались на ЭВМ по специальной программе. Результаты подсчета представлены в таблице 2.

Таблица 2

Изменение площади эрозионных объектов

№ Площадь Площадь Площадь Площадь Прирост

обт.екта мм2 объект м2 объекта мм2 объекта м2 площади

на ЛФС н натуре на ЛФС п натуре эрозионного

1961г. 19611". 1988г. 1988г. объекта (м2)

1. 35.18 519.00 39.42 551.00 + 32.00

2 3.91 54.00 4.62 64.00 + 10.00

3. 4.80 Г,9.00 6.64 92.00 + 23.00

4. 0.86 12.00 9.47 132.00 + 120.00

Как видно из таблицы 2 произошли значительные изменения в площади наблюдаемых эрозионных форм. Оперативно выявить и количественно оценить эти изменения возможно на основе применения материалов периодических аэрофотосъемок, используя современные стерео-фотограмметрические технологии. На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что на исследуемом полигоне происходит довольно существенное развитие процессов линейной эрозии.

Как известно, снос верхних горизонтов почв происходит в результате плоскостного смыва по микротальвегам и микроложбинам, которые вследствии распашки могут заравниваться, но могут и при благоприятных физико-географических и антропогенных условиях служить первоначальными очагами зарождающихся линейных эрозионных форм.

В настоящее время в различных проектных и производственных организациях построение этих важных геоморфологических элементов проводится специалистами, как правило, вручную по топографическим материалам, что вносит значительную долю субъективизма в исследования. Так Т.Ю.Симоновой (1992) выявлено, что при выделении линий стока по топографическим картам некоторые процедуры выполняются исследователями неоднозначно, что неизбежно сказывается на результатах. По данным автора исследования наибольшие погрешности наблюдаются при проведении линий стока и подсчете числа водотоков (Симонова, 1992). К тому же традиционная методика довольно трудоемка и занимает немало времени.

В связи с этим нами предпринята попытка автоматизировать процесс выделения микробровок и микротальвегов. На рис. За представлен фрагмент топографической карты М 1:10 ООО (сечение 2.5м), с построенными по данным З.В.Пацукевич линиями тока, представленный для эксперимента «Проблемной лабораторией эрозии почв и русловых процессов». Данный масштаб объективно отражает морфологию склонов, форму водосборов

и другие компоненты рельефа. Объектом для картографирования был выбран колхоз «Ведуга» Воронежской области. Территория хозяйства сильно расчленена, практически вся распахана, интенсивно эродирована. Для решения поставленной задачи была построена цифровая модель рельефа на исследуемый участок. Все горизонтали, отображающие рельеф исследуемого участка, были записаны на магнитный носитель с помощью интерактивного планшета автоматизированного комплекса для обработки изображений «ПЕРИКОЛОР — 2000». Оцифрованную информацию можно представить в следующем виде:

Zv XnYn, X12Y12,..., XlnYln ( 4 )

Z2, X21Y21, X22Y22,..., X2nY2n

7 у Y У V У Y

m' Лш1 ml' m2 m2>' Лш'пп

где Z,,Z2,...,Zm — высоты горизонталей;

Xmn, Y — координаты точек горизонталей.

На основании полученного числового массива была построена цифровая модель рельефа размером 512 * 512 элементов, где каждой градации плотности изображения (0-255) была поставлена в соответствие определенная высотная отметка рельефа. Таким образом, изображение было описано с помощью целых чисел в системе X,Y,Z, в котором X,Y определяют положение каждого пиксела (элемента изображения), a Z соответствует интенсивности по цветовой шкале. В результате полученное изображение рассматривалось как квадратная матрица целых чисел размером 512 * 512 элементов.

Структурная линия проводится из начальной точки Aio,jo (рис.2). Из исходной точки строятся две ветви линии: восходящая и нисходящая. Очевидно, что восходящая ветвь пойдет в направлении максимума вектор-градиента (микробровка), а нисходящая — минимума (микротальвег).

-135° . -90° . . -45°

А 10-1,]о-1 А А ^10+1, ¿0-1

180° . . 0°

А ¡0-1, )0 Аюоо ^-10 + 1

135° . 90° . . 45°

А ¡0-1,.¡0+1 А ^10 ,¡0+1 А ^¡0+1,.¡0+1

Рис.2

Как известно, вектор-градиент можно записать в следующем виде:

д А д А

а -

д х

а у

( 5 )

где в числителе указано направление, а в знаменателе — сила вектора-градиента. В нашем случае цифровая модель представляет собой набор дискретных точек и потому вектор-градиент можно записать:

А,

¡0+1 ,]0

^¡0-1,]

1)0

а =

а =

¡о,]о + 1 - А!о,3о-1

( 6 )

2

Так как в алгоритме переход к соседней точке осуществляется по направлению вектор-градиента, то знаменателем можно пренебречь и выражение (6) можно записать в следующем виде:

А - А

; . ¡о,.¡0+1 ¡0,)0-1 / 7 \

_ --. д --(. / )

¡0 + 1,р ¡0-1, р

или:

а = arctg _A-iojo+i ~ -A-io.jo-i__( 8 )

A _ A

io+l.jo io-l,jo

Как известно, функция arctg изменяется в интервале от -90° до 90°. Таким образом, для того, чтобы определить угол в полном диапазоне, надо дополнительно рассмотреть знак разности Aiú+1 j0-Aiuju, т.е если она отрицательна то к углу вычисленному из выражения ( 8 ) прибавляется 180° и в окончательном виде выражение для определения угла вектор-градиента по дискретной цифровой модели можно записать в следующем виде:

а = SIGN (A,.,,,. - А„,,,„ , ARCTO < » )

Переход к следующей из восьми соседних точек осуществляется по направлению, которое ближе всего к направлению вектор-градиента (рис.2). Поскольку все соседние точки расположены по отношению к начальной с шагом 45°, то для выбора следующей точки необходимо разбить окружающее пространство вокруг исходной точки на восемь секторов по 45° и имеющих соседнюю точку в центре каждого сектора. Таким образом, границы между секторами пройдут под углами: 22.5°, 67.5° и т.д для восходящей линии и -22.5°, -67.5° и.т.д — для нисходящей. Искомой точкой является та, в сектор которой указывает вектор-градиент. Так, например, если 22.5° < а < 67.5°, то переход осуществляется к точке Aio+ljo+1 или, если -67.5° > а > -112.5°, то к точке A¡ojo l. Так осуществляется построение линии от точки к соседней точке.

Прекращение работы алгоритма происходит в следующих случаях: 1) выход линии к границе изображения; 2) соединение с уже построенной линией; 3) выход линии на плоский участок или на экстремум. Под экстремумами

понимается максимальное или минимальное знамение по ходу следования линии (в географическом смысле под точками экстремумов понимаются, например, максимальная отметка водораздельной поверхности или минимальная отметка пойменного участка). На рисунках 3в,3г представлены микробровки и микротальвеги, выделенные по цифровой модели рельефа. Визуально оценивая полученные результаты можно отметить их хорошую сходимость.

Как известно, на практике для оценки смыва почв дождевыми водами используют уравнение Уишмейера и Смита (Wischmeier, Smith, 1978). В этом уравнении наиболее важным и динамичным параметром для вычисления смыва почв является эрозионный потенциал рельефа. Составляющими этого универсального параметра являются длина склона (линия тока) и кривизна его, выраженная либо в градусах, либо в процентах. Как правило, значения углов наклона местности находят по топографической карте традиционным способом, т.е по сечению рельефа горизонталями. Этот процесс довольно трудоемок. Можно в значительной степени его ускорить, построив карту углов наклона поверхности, используя возможности пакета MAG, разработанного в лаборатории автоматизации кафедры картографии и геоинформатики МГУ им. М.В.Ломоносова.

Нами на территорию тестового участка была построена карта углов наклона поверхности (рис.4а). Далее на полученный фрагмент накладывалось изображение микробровок и микротальвегов, выделенных ранее автоматизированным способом (рис.Зв). По совмещенному изображению подсчет эрозионного потенциала рельефа может производиться более производительно и качественно (рис.46).

Для объективного выделения структурных линий рельефа, на наш взгляд, на начальном этапе исследований необходимо выявить общее геоморфологическое строение изучаемой территории. Это можно сделать построив схематическую карту градиентного поля на тестовый участок, используя возможности пакета MAG. Градиентное поле изображается в

Рис. За. Исходный фраг- Рис. 36. Визуализи-мент топографической карты рованная цифровая модель с построенными микробро- рельефа вками и микротальвегами (по данным З.В.Пацукевич)

Рис. Зв. Микробровки и Рис. Зг. Микробровки и микротальвеги выделенные микротальвеги по цифровой модели рельефа

1 3 6 9 12

Рис. 4а. Карта наклона поверхности

1

•12

углов

Рис. 46. Совмещенное изображение карты углов наклона поверхности с микробровками и микротальвегами

Рис. 4в. Схематическая карта градиентного поля

Рис. 4г. Совмещенное изображение градиентногс поля с микробровками 1 микротальвегами

виде стрелок разной толщины и направления (рис.4в). Толщина стрелок выбирается в зависимости от значения угла наклона. Узлы со значением угла наклона, попадающие в первый интервал шкалы, изображаются в виде точки. Остальные в виде стрелок разной толщины. Направления стрелок совпадают с направлением вектора-градиента.

На рис.4г представлено совмещенное изображение схематической карты градиентного поля и микробровок, микротальвегов, выделенных автоматизированным способом.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведенные в диссертационной работе исследования имеют как теоретическое, так и практическое значение.

Теоретические и методические результаты

1. Отработаны методические приемы оценки некоторых эрозионных факторов с использованием традиционного картографического метода, методов математической статистики, а также последних разработок в области стереофотограмметрии и цифрового картографирования.

2. Решена и апробирована самостоятельная задача создания алгоритма автоматизированного выделения микробровок и микротальвегов по цифровой модели рельефа.

Экспериментально-практические результаты

3. Построена карта плотности овражного расчленения на территорию Республики Мордовия М 1:400000.

4. Используя картографо-статистический анализ выявлены корреляционные зависимости между плотностью овражного расчленения и рядом морфометрических параметров, влияющих на интенсивность эрозионных процессов в восточной и центральной частях Республики Мордовия.

5. Получены аналитические зависимости между плотностью овражного расчленения и некоторыми морфометрическнми показателями в пределах центральной и восточной частей республики.

6. На основании разногодичных стереопар получены разновременные цифровые модели рельефа на территорию ключевого участка, анализ которых позволил выявить интенсивность и динамику процессов линейной эрозии.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Использование разномасштабных космических снимков для изучения природно-территориальных комплексов различного таксономического ранга на примере Мордовской АССР. — В сб.:Проблемы рационального природопользования Мордовской АССР. Морд. ун-т. Саранск. 1987. с.3-15.

2. Изучение динамики эрозионных процессов по картографическим материалам. — Эрозиоведение: теория, эксперимент, практика /Тез. докл. Всес. науч. конф. М., 1991, с. 136-137. (соавт. Чернов A.B.).

3. Использование современных картографических и фотограмметрических методов при изучении процессов эрозии почв. — Тез.докл. 12 Огаревские чтения. Изд-во Морд, унта. 1993. с.64-65.

4. Использование статистических методов при прогнозе неблагоприятных природных процессов. — Экологическая безопасность и социально-экономическое развитие регионов России /Тез. докл. Всерос. науч. конф. Саранск. Изд-во Морд, ун-та. 1 994. с.52-53.

5. Использование цифровых моделей рельефа в географических исследованиях. — Тез. докл. 24 Огаревские чтения. Изд-во Морд, ун-та. 1995. с.151-152.