Разработка методик обработки многозональных снимков и данных ГИС для обновления карт использования земель Вьетнама

Ву Зань Туен

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка методик обработки многозональных снимков и данных ГИС для обновления карт использования земель Вьетнама
ВАК РФ 25.00.34, Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия

Автореферат диссертации по теме "Разработка методик обработки многозональных снимков и данных ГИС для обновления карт использования земель Вьетнама"

ВУ ЗАНЬ ТУЕН

На правах рукописи

« РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ОБРАБОТКИ МНОГОЗОНАЛЬНЫХ СНИМКОВ И ДАННЫХ ГИС ДЛЯ ОБНОВЛЕНИЯ КАРТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЕЛЬ ВЬЕТНАМА»

25.00.34 - Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

9 ФЕВ Ш1

005009883

Москва-2012

005009883

Работа выполнена на кафедре Космического мониторинга Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК)

Научный руководитель: Кандидат технических наук, доцент

Марчуков Владимир Семёнович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Сладкопевцев С.А. Доктор географических наук Новаковский Б.А.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО « Сибирская государственная

геодезическая академия »

Защита диссертации состоится « О) » « 2012 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.212.143.01 в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) по адресу: 105064, г. Москва, Гороховский пер., 4 (Зал заседаний Ученого совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии.

Автореферат разослан « ?) » « 02» 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета г^ Краснопевцев Б.В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Земельные ресурсы являются основными природными ресурсами Вьетнама. Общая площадь земли Вьетнама около 32 924 700 га, в том числе площадь используемых земель 23 222 300 га. В настоящее время, в связи с развитием промышленных зон и населенных пунктов, площадь сельскохозяйственных и лесохозяйственных земель значительно уменьшается.

Для предотвращения негативных процессов в использовании земельных ресурсов, разработки приемов эффективного использования земель Вьетнама, принятия экологически сбалансированных решений, связанных с реализацией действий на земле необходима регулярная и постоянно обновляемая информации о состоянии и тенденциях изменения земельных ресурсов. Важное социально-экономическое и экологическое значение земель выдвигает на первый план задачи управления земельными ресурсами, контроля их состояния и создания карт использования земель. Мониторинг состояния используемых земель, кроме экономического значения, имеет и ярко выраженную экологическую направленность, обеспечивая, в частности, принятие решений и проведение мероприятий, способствующих поддержанию благоприятных условий жизни населения и устойчивого развития региона.

Создание карт использования земель Вьетнама по данным аэрофотосъемки было выполнено в конце XX века. До этого на всю территорию страны существовала карта использования земель масштаба 1: 100 000. Применение космических изображений высокого разрешения для создания и обновления тематических карт в настоящее время во Вьетнаме только началось по региональным этапам. Хотя были накоплены большие объемы данных космической съемки, во Вьетнаме отсутствует опыт совместного использования космических снимков и ГИС для создания тематических карт. Разработка эффективных методик создания и обновления карт использования земель крупного масштаба является актуальной, поскольку ее успешное

решение и последующее развитие внесут важный вклад в информационное обеспечение земельных реформ, планирования, развития и управления земельными ресурсами.

С момента появления космических съемочных систем и внедрения в картографическое производство цифровых аэрокосмических снимков проблемы создания топографических и тематических карт стали решаться на качественно новой основе. Использование снимков высокого разрешения и развитие методов их обработки принципиальным образом изменяют технологию создания и обновления топографических и тематических карт различных масштабов, в том числе и крупных. Традиционные методы мониторинга земельных ресурсов (полевые съемки, аэросъемка с последующим визуальным дешифрированием) не отвечают главным требованиям сегодняшнего дня -оперативности и минимальным трудовым, временным и финансовым затратам. Поэтому на различных уровнях мониторинга земельных ресурсов широко применяются аэрокосмические снимки и автоматизированные методы их анализа. Данные дистанционного зондирования Земли с каждым годом становятся более доступными и совершенными, появляются новые возможности и области применения результатов космической съёмки.

Актуальность темы настоящей работы определяется необходимостью разработки совместной обработки космических изображений высокого разрешения и данных ГИС для обновления тематических карт во Вьетнаме.

Цель диссертационного исследования состояла в разработке методик обработки многозональной съёмки высокого разрешения и данных ГИС для целей обновления районных карт использования земель Вьетнама масштаба 1: 25000.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

• Осуществить сбор и предварительную обработку данных многозональной съемки на исследуемый участок территории Вьетнама;

• Разработать методику выбора наиболее информативных слоев многозонального изображения и модифицированных изображений для визуального и автоматизированного дешифрирования исследуемых типов использования земель Вьетнама;

• Исследовать возможности автоматизированного дешифрирования по данным многозональной съемки высокого разрешения исследуемых типов использования земель Вьетнама;

• Провести анализ результатов визуального и автоматизированного дешифрирования типов использования земель Вьетнама;

• Выполнить по разработанным методикам обновление карт использования земель по данным ГИС и результатам автоматизированного и визуально-компьютерного дешифрирования многозональных снимков высокого разрешения.

При решении поставленных задач использовались методы теории информации, математической статистики, автоматизированного и визуально-компьютерного дешифрирования изображений, закономерности формирования полей электромагнитного излучения. Экспериментальные исследования включали полевое изучение участка территории Вьетнама, выполненное автором в 2009 г.

Материалами для исследовательских работ являлись данные космической многозональной съемки высокого разрешения (2.5 м в панхроматическом режиме и 5 м в узких спектральных зонах), полученные со спутника SPOT, топографические и тематические карты (карты использования земель и кадастровые карты).

Объект исследования - методы обновления карт использования земель.

Предметом диссертационного исследования являются методики совместной обработки космических снимков и данных ГИС для обновления карт использования земель Вьетнама.

Научная новизна впервые разработаны методики обработки многозональных космических изображений высокого разрешения и данных

ГИС для создания районных карт использования земель Вьетнама. На защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Методика выбора наиболее информативных слоев многозонального изображения и модифицированных изображений для визуального и автоматизированного дешифрирования исследуемых типов использования земель Вьетнама;

2. Методика классификации космических изображений путем наращивания однородных областей для обновления карт использования земель Вьетнама.

3. Методика обновления карт использования земель Вьетнама по многозональным космическим изображениям сверхвысокого разрешения. Область применения: разработанные методики могут широко

использоваться: в системах контроля состояния окружающей природной среды; в лесном и сельском хозяйстве; при проведении кадастровых работ.

Личный вклад автора. Все методологческие разработки, вынесенные на защиту в данной работе, выполнены лично автором.

Значимость и практическая ценность работы: Практическая значимость научных результатов состоит в том, что разработанные в диссертации методики позволяют решить задачу обновления карт использования земель Вьетнама с минимальными трудовыми, временными и финансовыми затратами.

Соответствие диссертации Паспорту научной специальности. Полученные результаты диссертационной работы соответствуют пункту 4 «Теория и технология дешифрирования изображений с целью исследования природных ресурсов и картографирования объектов исследования» паспорта специальности 25.00.34 «Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия», в рамках которой и предлагается к защите данная работа.

молодых ученых МИИГАиК (Москва, 2010); Международная научно-практическая конференция « Научные основы охраны окружающей среды» (Пенза, 2010); VI международная конференция молодых ученых и специалистов ГУЗ «Землеустройство, кадастр и геопространственные технологии» (Москва, 2010); 66-ая научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (Москва, 2011).

Структура диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и приложения. Содержит 106 страниц машинописного текста, 12 таблицы, 58 рисунок. Список литературы включает 75 наименования литературных источников, в числе которых 13 на вьетнамском языке, а также ресурсы Internet.

По теме диссертации автором опубликовано 4 научных работы, 2 из которых в журнале, рекомендованном ВАК.

Диссертация подготовлена в период с 2008 по 2011 гг. на кафедре космического мониторинга факультета прикладной космонавтики и фотограмметрии МИИГАиК.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, формулируется основная задача исследования, охарактеризована научная новизна, практическая значимость работы и основные результаты исследований.

Глава 1: Анализ современного состояния и данных для создания карт использования земель Вьетнама

В первой главе рассматривается состояние землепользования Вьетнама, сведение о земельных ресурсах и определяется задача исследования и пути ее решения.

Анализ современного состояния и истории развития карт использования земель во Вьетнаме показал возможности преимущества и целесообразность использования данных космических многозональных изображений и ГИС для создания и обновления районных карт землепользования.

Из обзора существующего в настоящее время программного обеспечения для обработки цифровых космических изображений, а также программного обеспечения ГИС следует вывод, что функциональные возможности программных пакетов ERDAS IMAGINE, Micro Station обеспечивают решение поставленных задач в полном объёме. Информационные возможности датчика высокого разрешения космического спутника SPOT 5, данные которого используются в диссертационной работе, отвечают необходимым техническим требованиям.

Глава 2: Анализ методов предварительной обработки многозональных изображений для обновления карт использования земель Вьетнама

Во второй главе приводится анализ методов создания карт использования земель, их достоинств и недостатков. Методы создания карт землепользования по космическим изображениям делятся на две основные категории: аналоговые и цифровые методы. На практике, кроме двух вышеуказанных методов, имеет место объединяющий метод аналоговый и метод цифровой. Методы различаются в технике, но все методы включают в себя следующие шаги: Шаг 1: Подготовка работы. Процесс подготовки работы содержат следующие задачи:

- Создание проекта;

- Сбор и анализ данных;

- Создание редакционных указаний.

Шаг 2: Предварительная обработка изображения.

Шаг 3: Дешифрирование изображения и анализ результатов дешифрирования, который включает шаги:

- Обзорная проверка, создание тестовых участков дешифровочных объектов;

- Автоматизированное дешифрирование изображения и анализ результатов дешифрирования.

Шаг 4: Полевые работы

- Полевое дешифрирование;

- Редакция и обработка результатов полевого дешифрирования.

Шаг 5: Редактирование карт использования земель

- Редактирование и цифровая обработка карт

- Печать карт.

Для разработки методики выбора наиболее информативных комбинаций изображений для визуального дешифрирования различных типов использования земель Вьетнама, на данной территории были выделены 9 типов используемых земель:

• Посадки взрослых гевей

• Посадки молодых гевей

• Плантации взрослых кофейных деревьев

• Плантации молодых кофейных деревьев

• Сельскохозяйственные земли

• Жилые земли

• Водные поверхности

• Земли подготовленные для возделывания гевеей

• Неиспользуемые земли

Разные типы используемых земель отличаются по своим статистическим и пространственным характеристикам, и требующим соответственно различных подходов при выборе наиболее информативных комбинаций параметров изображения для их дешифрирования. '

Исследовались следующие подходы. Первый подход

• Определение главных компонент исходного многозонального изображения.

• Градиентная фильтрация изображения 1-й Главной компоненты. Второй подход

• Медианная фильтрация исходного многозонального изображения.

• Градиентная фильтрация изображения. Третий подход

Градиентная фильтрация исходного многозонального изображения.

На рис.1 показана блок-схема определения наиболее информативных комбинаций параметров для дешифрирования типов земель Вьетнама. По вышепоказанной методике было установлено, что:

• Неиспользуемые земли наиболее чётко определяются в панхроматическом диапазоне исходного изображения. В этом канале они отображаются самым ярким тоном, граница которого хорошо отделяется от других типов используемых земель

Рис.1. Блок-схема определения наиболее информативных комбинаций параметров для дешифрирования типов земель Вьетнама

• Для обновления слоев карт плантаций взрослых кофейных деревьев, молодых кофейных деревьев наиболее эффективно визуальное дешифрирование изображения 1-ой Главной компоненты исходного

многозонального снимка.

• Для обновления слоев карт сельскохозяйственных земель и лесохозяйственных земель наиболее эффективно визуальное дешифрирование цветного синтезированного изображения зеленого, красного и ближнего ИК канала исходного многозонального снимка.

• Для обновления слоев карт жилых земель и неиспользуемых земель наиболее эффективно визуальное дешифрирование изображения в панхроматическом диапазоне.

• Водные поверхности лучше всего дешифрируются по изображению в ближнем ИК диапазоне.

• Посадки гевей (взрослых и молодых) хорошо определяются на изображении, полученном при фильтрации Собеля результата медианной фильтрации панхроматического канала окном 5*5. Это можно объяснить тем, что гевеи расположены по порядку на участках большой площади.

Глава 3: Обновление карт использования земель Вьетнама по данным ДЗЗ

иГИС

В диссертационной работе исследовалась центральная часть Вьетнама на территории уезда Чы Пронг, провинции За Лай. Исследуемая территория расположена в пределах от 13°40 08" к 13°47 07" северной широты и от 104°19 48" к 104°27 46" восточной долготы. Общая площадь исследуемой территории составляет 18785.13 гектаров, в которой площадь горной и плоскогорной местности захватывают почти всю территорию.

Наибольший уровень автоматизации определения типов используемых земель по данным космической съемки достигается тематической обработкой посредством алгоритмов классификации на базе разметки точек изображения. Однако применение этих алгоритмов не позволяет определить с достаточной достоверностью весь набор типов использования земель Вьетнама. Для

выявления большинства видов земель используется визуальное дешифрирование.

Выявление изменений использования земель по космическим снимкам путем визуального дешифрирования базируется на следующей методике:

1. Совместная визуализация снимка и карты в единой системе координат на заданную территорию.

2. Обнаружение на снимке изменившихся участков видов использования земель.

3. Оконтуривание участков с выявленными изменениями.

4. Маркировка новых участков в соответствии с кодами видов земель.

5. Загрузка информации в базу данных ГИС.

При практической реализации данной методики наиболее трудоёмким является выполнение третьего шага (оконтуривание участков с выявленными изменениями). Автоматизированное выполнение этого процесса позволит существенно повысить оперативность обновления карт использования земель. Метод наращивания однородных областей предусматривает поиск групп смежных пикселов с близкими значениями яркости. Для его реализации необходимо определить «затравочные» пиксели или области. Эта операция выполняется путём совместного анализа данных ГИС и многозональной съёмки. Для выбранного («затравочного») пикселя производится автоматический анализ смежных с ним пикселей. Если значения яркости оказываются близкими, то пиксели зачисляются в одну группу, чтобы сформировалась однородную область. Данный метод основан на свойстве «разрывности» значений интенсивности пикселей при переходе от одной однородной области к другой и позволяет выделять области, имеющие низкие значения контраста с некоторыми из соседних однородных областей. Для его успешного использования необходимо наличие высокого значения контраста интенсивности внутри однородной области и на её границах. Эффективность его использования пропорциональна значению отношения модуля разности средних значений интенсивности внутри оконтуриваемого участка

определённого типа используемых земель и на его границе к сумме их среднеквадратичных отклонений (СКО), определяемому по следующей формуле

аЬ8(/л,.1и,,)

К = --(1)

сг„, а,

где, //„- среднее значение интенсивности участка выделяемого типа земель;

- среднее значение интенсивности на внешней стороне границы участка выделяемого типа земель;

а„- СКО значений интенсивности участка выделяемого типа земель;

сг, - СКО значений интенсивности на внешней стороне границы участка

выделяемого типа земель.

Метод наращивания однородных областей может быть применён, как к многослойному снимку, так и к отдельному слою многозонального изображения или результату его предварительной обработки (модифицированному изображению). Оптимальный результат достигается путём выбора в качестве исходных данных изображений с максимальным значением К для каждого выделяемого типа использования земель. Данная методика была применена для участка территории Вьетнама, на котором были представлены следующие типы использования земель:

• Посадки взрослых гевей;

• Посадки молодых гевей;

• Плантации взрослых кофейных деревьев;

• Плантации молодых кофейных деревьев;

• Сельскохозяйственные земли;

• Жилые земли;

• Водные поверхности;

• Земли, подготовленные для возделывания гевеей;

• Неиспользуемые земли.

Для каждого из вышеперечисленных классов типов исследуемых земель были сформированы представительные наборы тестовых участков, по которым

по формуле 1 был рассчитан коэффициент К. Помимо слоев исходного многозонального изображения коэффициент К был рассчитан для 1-й главной компоненты, полученной путём обработки зелёного, красного и ближнего ИК каналов. В таблице 1 приведены значения коэффициента К для 9-ти вышеприведённых типов использования земель, усреднённые по всем тестовым участкам соответствующего класса типов земель, для всех слоёв исходного изображения и 1-й главной компоненты. Жирным тоном в таблице показаны максимальные значения коэффициента К для каждого класса типов использования земель.

Таблица. 1. Значения отношения модуля разности средних значений интенсивности внутри эталонных участков типов используемых земель и на их границах к сумме их среднеквадратичных отклонений (СКО).

Значения отношения модуля разности средних значений интенсивности внутри эталонных участков типов используемых земель и на их границах к

сумме их СКО

объектов Спектральные каналы, мкм 1-ая главная компонента

Панхроматический 0.48-0.71 0.50-0.59 0.61-0.68 0.78-0.89

1 1,510 1,690 1,943 0,902 2,045

2 0,118 0,276 0,340 1,168 0,283

3 0,674 0,877 1,184 0,986 1,382

4 0,871 1,217 1,881 1,618 1,562

5 2,053 2,480 2,384 0,766 2,546

6 0,515 0,942 1,462 1,011 0,995

7 0,505 0,557 0,535 0,826 0,528

8 0,345 0,419 0,393 0,634 0,202

9 0,509 0,718 0,610 0,803 0,585

Оконтуривание участков с выявленными изменениями выполняется по следующей методике, представленной на рис 2.

Слои исходном» мжмхшшшыюго июорт,КСШ1Я фование 1-й Главной компоненты

Формирование тссювых участков выделяемого класса объектов

Определение изображения с максимальным значением коэффициента К ,гпя выделяемого класса объектов

Формирование 1-й Главной компоненты изображения с максимальным значением коэффициента К. и исходного панхроматического изображения

Классификация метолом иаращлваиия однородных областей

Рис.2. Блок-схема методики оконтуривания участков с выявленными изменениями.

На первом шаге осуществляется формирование 1-й главной компоненты по всем слоям исходного многозонального изображения, кроме панхроматического.

Второй шаг - формирование представительного набора тестовых участков выделяемого класса объектов.

На третьем шаге осуществляется расчёт по формуле 1 коэффициента К выделяемого класса объектов для всех слоев исходного многозонального изображения и изображения 1-й главной компоненты. Определяется изображение с максимальным значением коэффициента К.

В случае определения максимального значения К на панхроматическом изображении оно используется для классификации данного класса объектов методом наращивания однородных областей. Если максимальное значение К определяется на любом другом исходном или модифицированном изображении, при обновлении крупномасштабных карт возникает необходимость использования информации, содержащейся в панхроматическом изображении, которое отличается более высокой разрешающей способностью. Для этого на четвёртом шаге формируется 1-я главная компонента по двум изображениям - панхроматическом и изображением с максимальным значением коэффициента К.

Пятый шаг - классификации данного класса объектов методом наращивания однородных областей на изображении, полученном в результате выполнения четвёртого шага.

Пример использования данной методики показан на рис.3

а б

Рис.3. Пример классификации плантаций взрослых кофейных деревьев

а - исходное изображение; б - исходное изображение с выделенным участком (зеленый цвет) взрослых кофейных деревьев

В этом примере был выделен участок плантаций взрослых кофейных деревьев. Как следует из табл.1 наибольшее значение коэффициента К для данного класса наблюдается на изображении 1-й Главной компоненты сформированной по всем слоям многозонального изображения, кроме панхроматического. Поэтому в качестве исходного изображения для классификации методом наращивания однородных областей была выбрана 1-я главная компонента по двум изображениям - панхроматическом и изображением 1-ой главной компоненты сформированной по многозональным данным.

Методика создания и обновления районных карт использования земель Вьетнама по данным многозональной съёмки высокого разрешения и

данным ГИС

Анализ результатов автоматизированного дешифрирования

многозональной съёмки показал, что некоторые типы земель, такие как посадки взрослых и молодых гевеей, водные поверхности достоверно дешифрируются на многозональных изображениях. Остальные типы используемых земель необходимо выделять путём визуального дешифрирования с помощью данных ГИС. На рисунке 4 показана блок-схема методики создания карт использования земель Вьетнама масштаба 1: 25000 по данным космических изображений с разрешением 2.5м и данным ГИС.

Рис .4. Блок-схема создания карт землепользования масштабов 1: 25 ООО по данным многозональной съёмки и ГИС.

Методика состоит из следующих шагов:

Шаг 1: Определение границ объектов землепользования.

Важнейшая задача обновления и создания тематических карт, в том числе карт использования земель - определение границ между объектами. В диссертационной работе, границы между типами землепользования определяются тремя методами. Для типов используемых земель, которые

достоверно выделяются автоматически на данных многозональной съёмки (водные поверхности, посадки взрослых и молодых гевей), границы определяют на основе результатов автоматизированного дешифрирования.

Определение границы земельных участков и отображение земельных участков с помощью пакет программ ERDAS показаны на рисунке 5 и 6.

niiwith | з.ооа

Рис.5. Определение границы земельных участков

с; □ о

г> «V +

о на ©

<г ¡8 я т

м S

ОТ а"

ь ef

Рис.6. Отображение земельных участков с помощью пакет программ ERDAS

Для других типов используемых земель, которые достоверно дешифрируются визуально (рисовые поля, неиспользуемые земли и т.д.), но не имеют определённой геометрической формы, границы определяют интерактивно прямо на обработанном изображении с помощью пакет программ Мкп^аНоп и 1гаБС.

Границы остальных типов земель, которые не выделяются при визуальном дешифрировании, определяют по данным существующей карты использования земель и других тематических карт.

Блок-схема этого процесса показана на рисунке 7

Рис.7. Определение границ типов землепользования Результаты определения границ между типами используемых земель показали, что с одной стороны по сравнению с данными карты использования земель, созданной в 2005 году, структура и состояние землепользования изменяется. С другой стороны, некоторые типы землепользования были отображены на карте со значительными ошибками.

Шаг 2: Обновление районных карт использования земель: После определения границ между типами исследуемых земель на данной территории выполняется обновление карты землепользования масштаба 1: 25000. Для этого осуществляется совместная визуализация карты землепользования, созданной в 2005 г. и векторных файлов границ типов

земель, которые были определены на первом шаге. Процесс обновления районных карт использования земель выполняется на следующих слоях:

• Обновление транспортных объектов;

• Обновление водной поверхности;

• Обновление жилых земель;

• Обновление других типов используемых земель;

Условные знаки различных типов используемых земель соответствуют стандарту условных знаков, созданному Министерством природных ресурсов и окружающей среды Вьетнама в 2010 г.

Шаг 3: Тематическая раскраска карт использования земель по

признакам.

.1 — -I — .. , (J £ „ В а Ив'

Рис.8. Раскраска карт использования земель Вьетнама на основе модули PickFillColor

Исходная задача формулируется следующим образом: нужно раскрасить карту использования земель минимальным числом цветов так, чтобы типы земли, имеющие общие условные признаки, имели одинаковые цвета. Процесс раскраски карт выполнен с помощью модуля "PickFillColor Ver 2.0", разработанного в Ханойском институте горных и геологии. Модуль "PickFillColor Ver 2.0" работает на базе пакет программ Microstation и показана на рисунке 8

Полученная карта показана в диссертацию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения научно-исследовательских работ в области разработки и выбора оптимальных методов обновления карт использования земель Вьетнама по данным ГИС и многозональной съемки были исследованы различные подходы к дешифрированию многозональных изображений, обеспечивающие решение этой задачи. Основная цель диссертации достигнута - разработаны практические методики обновления карт. Проведены экспериментальные исследования их применения и выполнен анализ эффективности для различных типов использования земель.

Получены следующие наиболее существенные научные результаты:

• Проведены полевые исследования участка территории Вьетнама, на основе которых были сформированы наборы тестовых участков 9 типов использования земель.

• Разработана методика выбора наиболее информативных слоев многозонального изображения и модифицированных изображений для визуального и автоматизированного дешифрирования исследуемых типов использования земель Вьетнама.

• Определены оптимальные методы предварительной обработки с целью получения модифицированных изображений для представительного набора типов использования земель Вьетнама.

• Разработана методика классификации космических изображений путем наращивания однородных областей для обновления карт использования земель Вьетнама.

• Разработана методика обновления карт использования земель Вьетнама по многозональным космическим изображениям сверхвысокого разрешения.

• Проведено экспериментальное исследовании новых методик создания районных карт использования земель Вьетнама по многозональным космическим изображениям высокого разрешения и данным ГИС. Проанализированы результаты визуально-компьютерного и автоматизированного дешифрирования различных типов использования земель.

• Создана обновленная карта использования земель участка территории Вьетнама по данным ГИС и результатам автоматизированного и визуально-компьютерного дешифрирования многозональных снимков высокого разрешения.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ву Зань Туен. Методы обновления карт использования земель Вьетнама по многозональным космическим изображениям сверхвысокого разрешения// Изв. Вузов. «Геодезия и Аэрофотосъемка», 2011., № 3 , С. 68 - 70.

2. Ву Зань Туен, Чинь Ле Хунг. Исследование эффективности классификации космических изображений путем наращивания однородных областей для обновления карт использования земель Вьетнама // Изв. Вузов. «Геодезия и Аэрофотосъемка», 2011., № 5. С 42-46

3. Ву Зань Туен. Обновление карт использования земель Вьетнама по данным космической съемки и ГИС // Сборник статьей по итогам научно-технических конференций, МИИГАиК, приложение к журналу Изв. Вузов. «Геодезия и Аэрофотосъемка», выпуск 3,2010, С. 52 - 53.

4. Ву Зань Туен, Чинь Ле Хунг. Предложение процессов обновления карт использования земель Вьетнама по данным многозональных космических изображений и ГИС // Сборник статьей Международной научно-практической конференции «Научные основы охраны окружающей среды», Пенза, 2010, С. 34-39.

Подписано в печать 23.01.2012. Гарнитура Тайме Формат 60790/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем 1,5 усл. печ. л. Тираж 80 экз. Заказ №3 Цена договорная Издательство МИИГАиК 105064, Москва, Гороховский пер., 4

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ву Зань Туен, Москва

61 12-5/1654

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И

КАРТОГРАФИИ (МИИГАИК)

«РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ОБРАБОТКИ МНОГОЗОНАЛЬНЫХ СНИМКОВ И ДАННЫХ ГИС ДЛЯ ОБНОВЛЕНИЯ КАРТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЕЛЬ ВЬЕТНАМА»

Специальность: 25.00.34 Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия.

На правах рукописи

Ву Зань Туен

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Марчуков В.С.

МОСКВА 2011

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................4

Глава 1: Анализ современного состояния и данных для создания карт

использования земель Вьетнама....................................................................... 2

1.1. Сведения о земельных ресурсах Вьетнама...........................................9

1.2 Классификация типов почв Вьетнама.................................................12

1.3 Современное состояние карт использования земель Вьетнама.......14

1.4 Анализ информационных возможностей космических изображений18

1.5 Программное обеспечение геоинформационных систем (ГИС)......34

1.5.1 Анализ структуры ГИС............................................................................35

1.5.2 Пакеты программа Microstaions, ERDAS...............................................36

Глава 2: Анализ методов предварительной обработки многозональных изображений для обновления карт использования земель Вьетнама.....39

2.1 Методы создания карт использования земель по данным космических изображений......................................................................................................39

2.2 Определение оптимальных методов предварительной обработки космического изображений для создания и обновления карт использования земель44

2.3 Разработка методики выбора наиболее информативных комбинаций изображений для дешифрирования различных типов использования земель на исследуемой территории.............................................................................61

Глава 3: Обновление карт использования земель Вьетнама по данным ДЗЗиГИС.............................................................................................................68

3.1 Объект исследования............................................................................68

3.2 Автоматизированное дешифрирование типов используемых земель Вьетнама по данным многозональной съемки...............................................70

3.4 Методика создания и обновления районных карт использования земель Вьетнама по данным многозональной съемки высокого разрешения и данным ГИС.......................................................................................................85

3.5 Анализ полученных результатов и выводы........................................97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Земельные ресурсы являются основными природными ресурсами Вьетнама. Общая площадь земли Вьетнама около 32 924 700 га, в том числе площадь используемых земель 23 222 300 га. В настоящее время, в связи с развитием промышленных зон и насселенных пунктов, площадь сельскохозяйственных и лесохозяйственных земель значительно уменьшается.

Для предотвращения негативных процессов в использовании земельных ресурсов, разработки приемов эффективного использования земель Вьетнама, принятию экологически сбалансированных решений, связанных с реализацией действий на земле необходима регулярная и постоянно обновляемая информации о состоянии и тенденциях изменения земельных ресурсов. Важное социально-экономическое и экологическое значение земель выдвигает на первый план задачи управления земельными ресурсами, контроля их состояния и создания карт использования земель. Мониторинг состояния используемых земель, кроме экономического значения, имеет и ярко выраженную экологическую направленность, обеспечивая, в частности, принятие решений и проведение мероприятий, способствующих поддержанию благоприятных условий жизни населения и устойчивого развития региона.

Создание карт использования земель Вьетнама по данным аэрофотосъемки было выполнено в конце XX века. До этого на всю территорию страны существовала карта использования земель масштабом 1: 100 000. Применение космических изображений высокого разрешения для создания и обновления тематических карт в настоящее время во Вьетнаме только началось по региональным этапам. Хотя были накоплены большие объемы данных космической съемки, во Вьетнаме отсутствует опыт совместного использования космических снимков и ГИС для создания тематических карт. Разработка эффективных методик создания и обновления карт использования земель крупного масштаба является актуальной, поскольку ее успешное

Цель диссертационного исследования состояла в разработке методик обработки многозональной съемки высокого разрешения и данных ГИС для целей обновления районых карт использования земель Вьетнама масштаба 1: 25000.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

Материалами для исследовательских работ являлись данные космической многозональной съемки высокого разрешения (2.5 м в панхроматическом режиме и 5 м в узких спектральных зонах), полученные со спутника SPOT 5, топографические и тематические карты (карты использования земель и кадастровые карты).

Объект исследования - методы обновления карт использования земель.

Предметом диссертационного исследования являются методики V совместной обработки космических снимков и данных ГИС для обновления карт использования земель Вьетнама.

Научная новизна впервые разработаны методики обработки многозональных космических изображений высокого разрешения и данных ГИС для создания районных карт использования земель Вьетнама. На защиту выносятся следующие научные результаты:

Личный вклад автора. Все методологические разработки, вынесенные на защиту в данной работе, выполнены лично автором.

Значимость и практическая ценность работы; Практическая значимость научных результатов состоит в том, что разработанные в диссертации методики позволяют решить задачу обновления карт использования земель Вьетнама с минимальными трудовыми, временными и финансовыми затратами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований представлены автором на 4 международных и российских конференциях: 65-ая научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (Москва, 2010); Международная научно-практическая конференция « Научные основы охраны окружающей среды» (Пенза, 2010); VI международная конференция молодых ученых и специалистов ГУЗ «Землеустройство, кадастр и геопространственные технологии» (Москва, 2010); 66-ая научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (Москва, 2011).

Структура диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и 1 приложения. Содержит 106 страниц машинописного текста, 12 таблицы, 58 рисунок. Список литературы включает 75 наименований литературных источников, в числе которых 13 на вьетнамском языке, а также ресурсы Internet.

По теме диссертации автором опубликовано 4 научных работы, 2 из которых в журнале, рекомендованном ВАК.

Глава 1: Анализ современного состояния и данных создания карт использования земель Вьетнама

1.1. Сведения о земельных ресурсах Вьетнама.

Вьетнам расположен на приморской оконечности континентальной части Юго-Восточной Азии, что определяет большую протяженность береговой линии, составляющей 3260 км. Положение Вьетнама на стыке нескольких природных зон, а также наличие древней геологической структуры определяют разнообразие его природных условий. Рельеф страны большей частью гористый: свыше 3/4 территории занимают горы, холмы и плоскогорья (Фридланд В.М., 1961).

Общая площадь Вьетнама занимает 33000000 гектаров, в том числе площадь речной поверхности и гор около 1370100 га (4.16% площади страны). Суша составляет часть 31.2 миллионов га и занимает 58-ое место в мире. Средняя площадь сельскохозяйственных земель на одного человека занимает

159-ое место в мире и составляет - в среднем в мире. В связи со следствием

роста населения средняя площадь сельскохозяйственных земель на одного человека значительно уменьшается (табл. 1.1).

Таблица 1.1: Уменьшение средней площади земли на человека

Годы 1940 1960 1970 1992 2000

Средняя площадь/человек (га/человек) 0.2 0.16 0.13 0.11. 0.10

[Общество почвоведов Вьетнама, 2001]

Процессы почвообразования во Вьетнаме в условиях влажного тропического климата протекают очень интенсивно и на протяжении всего года. В результате формируются почвенные профили мощностью в несколько метров. Зональные почвы Вьетнама - различные типы латеритов (красноземы, желтоземы, горные латериты). Самые плодородные почвы формируются на вулканических породах. Наибольшее хозяйственное значение имеют зональные аллювиальные почвы равнин, особенно дельты Меконга и Хонгха. Многие

низменные районы заболочены и там распространены болотные почвы. Наибольшие площади таких почв сосредоточены в дельте Меконга. В прибрежных районах почвы местами засолены (Воронин A.C., Огнетов И.А., М 1987).

В таблицах 1.2, 1.3 показано современное состояние использования земель во Вьетнаме в 2001, 2008 гг.

Табл. 1.2: Современное состояние использования земель 2001 гг. (Общества почвоведов Вьетнама)

Типы почвы Площадь (га) По сравнению с площадью страны (%)

Площадь используемых земель 23 222 300 70.53

1. Сельскохозяйственные земли 9 382 500 28.50

2. Лесохозяйственные земли 11 823 800 35.91

3. Специальные земли 1 568 300 4.76

4. Строительные земли 447 700 1.36

Площадь неиспользуемых земель 9 702 400 29.47

1. Горные земли 7 411 200 22.51

2. Равнинные земли 547 900 1.66

3. Водная поверхность 150 900 0.49

4. Другие неиспользуемые земли 222 300 0.68

5. Площадь рек, гор 1 370 100 4.16

Общая площадь 32 924 700 100

Табл. 1.3: Современное состояние использования земель 2008 гг.

Типы почвы Общая площадь (тыс. га) Используемая площадь

Сельскохозяйственные земли 24997,2 21545.9

1. Земли сельскохозяйственного назначения 9420.3 9303.1

2. Земля для годового урожая 6309.6 6215.8

3. Рисовые поля 4105.8 4081.7

4. Травяной газон, используемый для животноводства 56.1 31.5

5. Другие земли для годового урожая 2147.7 2102.5

6. Земля для многолетних культур 3110.7 3087.4

Лесохозяйстеенные земли 14816.6 11497.0

1. Продуктивный лес 6259.6 5092.0

2. Защитные леса 6565.3 4624.4

3. Специальные леса 1991.7 1780.7

4.3емли для аквакультуры 728.6 715.8

5. Земли для производства солей 13.7 12.7

7. Другие сельскохозяйственные земли 18.0 17.3

Земли несельскохозяйственного назначения 3385,8 1555.3

1. Жилая земля 620.4 614.2

1.1 Городская жилая земля 112.5 109.5

1.2 Сельская жилая земля 507.9 504.7

2. Специальные земли 1553.7 721.2

2.1 Земли для офисов,... 23.1 22.3

2.2 Земля для обороны 34.3 208.6

2.3 Земля для производства и несельскохозяйственного бизнеса 195.8 180.2

2.4 Земля для общественных целей 1037.8 275.8

2.5 Земля для религиозных отправлений 13.1 12.9

2.6 Землм для кладбищ 97.6 84.2

2.7 Реки и специализированные поверхности воды 1097.4 119.9

2.8 Другие земли несельскохозяйственного назначения 3.7 2.8

Площадь неиспользуемых земель 4732,1 876.2

1. Равнинные земли 321.5 10.9

2. Горные земли 4041.8 850.9

3. Горы без растительности 368.8 14.4

Сумма 33115,0 23977.4

(Министерство природных ресурсов и окружающей среды Вьетнама, 2008)

1.2 Классификация типов почв Вьетнама

а) Группа сырого гумуса на высоких горах

Рис. 1.1: Сырой гумус имеет черно-коричневый

Сырой гумус имеет черно-коричневый или желто-серый цвет, расположен на высоких горах, на территориях горы Хоанг Лиен Шон и на западе ряда Чыонг Шон. Сырой гумус на высоких горах имеет толщину 10-50 см и лежит на поверхности пород слабого выветривания. В состав сырого гумуса входят более 10% органических веществ, б) Группа желтовато-красного глинистого сырья на горах

Рис. 1.2: Желтовато-красное глинистое сырье на горах

Желтовато-красное глинистое сырье расположено на горах высотой от 900 м до 2000 м. Здесь холодный и влажный климат средняя температура достигает от 15 до 20 °С. Из-за высокого рельефа, большого наклона желтовато-красное глинистое сырье подвергается сильной эрозии. Кроме этого, из-за не сильного выветривания, толщина этого типа почвы не выше 1.5 см. Эта группа почвы пригодна для использования в виде агролесомелиорации с фруктовыми деревьями и лекарственными растениями, в) Группа красно-желтой почвы - оксисоль

Рис. 1.3: Красно-желтой почвы - оксисоль

Красно-желтые почвы расположены на высоте от 25 м до 900 м. Площадь их самая большая, составляет около 20 миллионов гектаров. Красно-желтые почвы оценивают как среднеплодородные для полевых культур и высокоплодородные для садов, чайных и каучуковых плантаций. Эта группа почв имеет много видов в зависимости от рельефа и горных пород, но ценнее являются красно-коричневая почва и красный базальт (Земля и питательные вещества почвы, 2006).

Г) Красно-коричневые базальты

Это самые хорошие почвы на холмах и горных территориях Вьетнама. Красно-коричневые базальты почвы расположены в провинциях Кон Тум, За

Лай, Дак Лак, Лам Донг, Донг Най, юге Бинь Тхуан, Фу Йен и немного в Куанг Чи, Гне Ань. Общая площадь около 2425280 га, в том числе в Tay Нгуен 1 миллион га. Красно-коричневые базальты имеют толстые структуры, высокую пористость, большое содержание глины. Поэтому они обладают высокой вместимостью воды. После сильного дождя, в течение 3-4 дней, воды в почве содержатся на уровне 40-50% (Учебники лесных земель, 2004).

Рис.1.4: Почвы на

Информация о работе

Ву Зань Туен
кандидата технических наук
Москва, 2012
ВАК 25.00.34

Диссертация

Разработка методик обработки многозональных снимков и данных ГИС для обновления карт использования земель Вьетнама - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы