способ обнаружения и картографирования переувлажненных земель

Формула изобретения

1. Способ обнаружения и картографирования переувлажненных земель на обследуемой земной поверхности (ОЗП), включающий дистанционную съемку ОЗП в различных диапазонах электромагнитного излучения и дешифровку снимков этой съемки, отличающийся тем, что производят одномасштабную съемку ОЗП в видимом и в невидимом диапазонах электромагнитного излучения, на снимке в видимом диапазоне определяют и отмечают по разному фототону контуры депрессей рельефа в виде западин, рек, озер, болот, ровнядей, потяжин и др., на снимке в видимом диапазоне определяют и отмечают по более яркому фототону площади и границы влаголюбивой растительности, а снимке в невидимом диапазоне определяют и отмечают по более яркому фототону площади и границы подтопления почвы, совмещают полученные снимки в видимом и невидимом диапазонах по опознаваемым точкам в единый суммарный снимок, определяют и выделяют на нем участки ОЗП, имеющие одновременно с депрессией рельефа влаголюбивую растительность и подтопление, совмещают по опознаваемым точкам суммарный снимок с картой ОЗП и отмечают на ней выделенные на суммарном снимке участки как переувлажненные земли.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммирование снимков ОЗП в видимом и невидимом диапазонах электромагнитного излучения и актуализацию карты ОЗП по суммарному снимку ОЗП производят совмещением по опознаваемым точкам сканированных отображений снимков и карты на экране компьютера.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обнаружения гидроморфных почв, влаголюбивой растительности, депрессий рельефа на ОЗП используют фотографические, телевизионные, сканерные, многоэлементные, фототелевизионные снимки ОЗП в видимом (с длиной волны 0,4-0,75 мкм) и в ближнем инфракрасном (световом, с длиной волны 0,75-3,0 мкм) диапазонах электромагнитных волн.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обнаружения подтоплений почвы ОЗП используют радиометрические снимки в невидимом инфракрасном (тепловом, с длиной волны 3,0-1000 мкм) диапазоне электромагнитных волн.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выявления локальных переувлажненных земель используют снимки ОЗП в масштабе не мельче 1:10000, переувлажненных земель на региональном уровне - в масштабе не крупнее 1:50000.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что характеристики выявленных переувлажненных земель ОЗП уточняют полевой проверкой и/или визуальным наблюдением при облете ОЗП вертолетом и/или самолетом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области мониторинга поверхностного плодородного слоя земель (почв) с исследованием и сравнением его характеристик (оценочных параметров) дистанционными, контактными, лабораторными, техническими, статистическими, картографическими и другими методами.

Известен способ исследования почв дистанционным зондированием, включающий дистанционную съемку обследуемой земной поверхности (ОЗП) в различных диапазонах электромагнитного излучения и отдельную самостоятельную дешифровку полученных снимков, по которым определяют характеристики почв и составляют почвенные карты (Т.И.Евдокимова, “Почвенная съемка”, издательство московского университета, 1987 г., стр. 217-240).

Недостатком известного способа является то, что самостоятельная расшифровка каждого отдельного снимка (в разных диапазонах электромагнитного излучения) не позволяет достаточно четко обнаружить на ОЗП переувлажненные земли и четко определить на карте ОЗП их границы.

Известен аэрокосмический способ почвенно-мелиоративных исследований почв, включающий фотосъемки, тепловую, радиолокационную, аэроспектрометрическую и СВЧ-радиометрическую съемки и отдельную самостоятельную расшифровку этих снимков, по которым определяют характеристики почв и составляют почвенные карты (Сборник научных трудов “Аэрокосмические методы в почвоведении и их использование в сельском хозяйстве” под редакцией Г.В.Добровольского и В.Л.Андронникова, Москва “Наука”, 1990 г., стр. 77-81, статья Ю.С.Толчельникова, В.А.Харитонова, В.В.Горбачева “Аэрокосмические методы в почвенно-мелиоративных исследованиях” - прототип).

Недостатком известного способа также является то, что самостоятельная расшифровка каждого отдельного снимка (в разных диапазонах электромагнитного излучения) не позволяет достаточно четко обнаружить на ОЗП переувлажненные земли и четко определить на карте ОЗП их границы.

Целью настоящего изобретения является устранение этих недостатков, то есть обнаружение всех переувлажненных земель на ОЗП (мелких локальных и крупных региональных), четкое определение их границ, правильная актуализация карт ОЗП.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему дистанционную съемку ОЗП в различных диапазонах электромагнитного излучения и дешифровку снимков этой съемки:

- производят одномасштабную съемку ОЗП в видимом и в невидимом диапазонах электромагнитного излучения;

- на снимке в видимом диапазоне отмечают по разному фототону контуры депрессионных форм рельефа в виде западин, рек, озер, болот, ровнядей, потяжин и др.;

- на снимке в видимом диапазоне отмечают по более яркому фототону площади и границы влаголюбивой растительности;

на снимке в невидимом диапазоне отмечают по более яркому фототону площади и границы подтопления почвы;

- совмещают полученные снимки в видимом и невидимом диапазонах по опознаваемым точкам в единый суммарный снимок и выделяют на нем участки ОЗП, имеющие одновременно с депрессией рельефа влаголюбивую растительность и подтопление;

- совмещают по опознаваемым точкам суммарный снимок с картой ОЗП и отмечают на ней выделенные на суммарном снимке участки как переувлажненные земли.

В предложенном способе суммирование снимков ОЗП в видимом и невидимом диапазонах электромагнитного излучения и актуализацию карты ОЗП по суммарному снимку ОЗП производят совмещением по опознаваемым точкам сканированных отображений снимков и карты на экране компьютера.

В предложенном способе для обнаружения гидроморфных почв, влаголюбивой растительности, депрессий рельефа на ОЗП используют фотографические, телевизионные, сканерные, многоэлементные, фототелевизионные снимки ОЗП в видимом (с длиной волны 0,4-0,75 мкм) и в ближнем инфракрасном (световом, с длиной волны 0,75-3,0 мкм) диапазоне электромагнитного излучения.

В предложенном способе для обнаружения подтоплений почвы ОЗП используют радиометрические снимки в невидимом инфракрасном (тепловом, с длиной волны 3,0-1000 мкм) диапазоне электромагнитного излучения.

В предложенном способе для выявления локальных переувлажненных земель используют снимки ОЗП в масштабе не мельче 1:10.000, переувлажненных земель на региональном уровне - в масштабе не крупнее 1:50.000.

В предложенном способе характеристики выявленных переувлажненных земель ОЗП при необходимости уточняют (подтверждают) полевой проверкой и/или визуальным наблюдением при облете ОЗП вертолетом и/или самолетом.

Совокупность существенных признаков предложенного способа проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что дешифровка совмещенных одномасштабных снимков ОЗП в различных диапазонах электромагнитного излучения повышает качество мониторинга, расширяет информативность о характеристиках, находящихся на ОЗП переувлажненных землях, позволяет более четко и полно обнаруживать переувлажненные земли на ОЗП и определять их границы, более правильно актуализировать карты ОЗП по переувлажненным землям.

Таким образом, совокупность существенных признаков предложенного способа соответствует критерию “существенные отличия” и “новизна”.

Согласно предложенному способу переувлажненные земли на ОЗП обнаруживают и картографируют следующим образом (схема и последовательность технологических процессов обнаружения и картографирования переувлажненных земель ОЗП приведена на чертеже.

Определяют ОЗП, на которой появилась необходимость провести мониторинг в части обнаружения новых переувлажненных земель и изменений характеристик уже имеющихся старых переувлажненных земель (например, прошло несколько лет или на ОЗП произошли какие-то значительные изменения, требующие досрочного мониторинга). По имеющемуся опыту известно, что достаточно большое количество изменений характеристик переувлажненных земель на ОЗП (изменение количества, площади, границ, контуров переувлажненных земель и т.д.) могут происходить уже через несколько лет, поэтому мониторинг ОЗП необходимо повторять не реже чем через 5 лет.

После определения района ОЗП, подлежащего мониторингу, определяют площадь этой ОЗП, вид и масштаб имеющихся на нее картографических материалов, выбирают по ним вид, масштаб, технологию предстоящего дистанционного зондирования, то есть космической и/или авиационной съемки в нужном диапазоне видимого и/или невидимого электромагнитного излучения.

Производят одномасштабное (близкомасштабное) и желательно одновременное дистанционное зондирование ОЗП в видимом и в выбранном невидимом (например, в инфракрасном) диапазонах электромагнитного излучения и изготавливают снимки ОЗП.

На снимке ОЗП в видимом диапазоне определяют и отмечают по разному фототону контуры, депрессионные формы рельефа в виде западин, рек, озер, болот, ровнядей, потяжин и др.

На снимке ОЗП в видимом диапазоне определяют и отмечают также по более яркому фототону площади и границы влаголюбивой растительности.

На снимке ОЗП в невидимом диапазоне (например, в инфракрасном) по более яркому фототону определяют и отмечают площади и границы подтопления почвы.

Совмещают одномасштабные снимки ОЗП в видимом и в невидимом диапазонах по опознаваемым точкам в единый суммарный снимок.

Следует пояснить, что для однозначного причисления участка земли ОЗП к переувлажненным землям необходимо обнаружить на нем несколько из вышеперечисленных четырех признаков (гидроморфная почва, депрессия рельефа, влаголюбивая растительность, подтопление). Это объясняется следующими причинами.

Все переувлажненные (гидроморфные) земли, например поймы рек, луга, болота, имеют визуально муаровый рисунок пахоты, влаголюбивую растительность, определяемую по более яркой окраске, и близко расположенную подпочвенную воду. По сумме этих признаков, отдельно выявляемых на снимках в видимом и невидимом диапазонах электромагнитного излучения, участки ОЗП на суммарном (совмещенном) снимке можно определить как переувлажненные земли.

Многочисленные и многообразные депрессии рельефа (низины, впадины, ровняди, западины и др.), определяемые по снимкам в видимом диапазоне электромагнитного излучения, могут быть вообще сухими. В этом случае они не будут иметь ни влаголюбивой растительности, ни подпочвенных вод. Если же на депрессиях рельефа и вокруг них фиксируют влаголюбивую растительность (на снимках в видимом диапазоне электромагнитных излучений) и подпочвенную воду (на снимках в невидимом диапазоне электромагнитных излучении), значит, они расположены на переувлажненных землях. Только по этим суммарным признакам на суммарном (совмещенном) снимке ОЗП можно определить переувлажненные земли в районе депрессии на ОЗП.

Влаголюбивая растительность, определяемая на снимках в видимом диапазоне электромагнитного излучения, может быть не только на постоянно переувлажненных землях, но и по берегам обычных водоемов и родников, а также над небольшими, периодически образующимися и исчезающими подповерхностными линзами дождевой и снеговой воды на глинистом подслое, определяемыми на снимках в невидимом диапазоне электромагнитного излучения. По этим суммарным признакам на суммарном (совмещенном) снимке определяют кратковременно переувлажненные земли над небольшими кратковременными подповерхностными водяными линзами.

Подтопление почвы, определяемое на снимке в невидимом диапазоне электромагнитного излучения, может располагаться на достаточно большой глубине (например, более шести метров). В этом случае оно не влияет на жизнедеятельность поверхностных растений (поверхностный, то есть плодородный, слой почвы в этом случае не переувлажнен) и на почве отсутствует влаголюбивая растительность.

Таким образом, для однозначного причисления участка ОПЗ к постоянно переувлажненным землям (по плодородному слою) необходимо, чтобы на нем были обнаружены одновременно - депрессионные формы рельефа, влаголюбивая растительность (на распаханных землях - муаровый рисунок), подтопление верхнего слоя почвы.

В связи с вышеизложенными критериями на суммарном (совмещенном) снимке ОЗП выделяют участки, на которых одновременно с депрессионными формами рельефа (западинами, озерами, реками, болотами, ровнядями, потяжинами и др.) имеются влаголюбивая растительность и подтопление.

Обработанный вышеприведенным образом суммарный снимок совмещают по опознаваемым точкам с картой ОЗП и отмечают на ней выделенные на суммарном снимке участки как переувлажненные земли (актуализируют карту в части переувлажненных земель). При необходимости обнаруженные переувлажненные земли подразделяют на временно переувлажняемые и на постоянно переувлажненные.

Совмещение снимков ОЗП в видимом и невидимом диапазонах электромагнитного излучения (получение суммарного снимка), совмещение суммарного снимка ОЗП с картой ОЗП (актуализацию карты ОЗП) могут проводить как визуально-механически (вручную), так и с помощью компьютера (сканируют снимки и карты ОЗП, выводят на экран компьютера их отображения, совмещают их по опознаваемым точкам).

Для обнаружения на ОЗП гидроморфных почв, влаголюбивой растительности, депрессионных форм рельефа на ОЗП используют фотографические, телевизионные, сканерные, многоэлементные, фототелевизионные снимки ОЗП в видимом (с длиной волны 0,4-0,75 мкм) и в ближнем инфракрасном (световом, с длиной волны 0,75-3,0 мкм) диапазоне электромагнитного излучения, на которых наиболее четко отображаются вышеперечисленные характеристики переувлажненных земель.

Для обнаружения подтоплений почвы ОЗП используют радиометрические снимки в невидимом инфракрасном (тепловом, с длиной волны 3,0-1000 мкм) диапазоне электромагнитного излучения, на которых наиболее четко отображаются подтопления и разная увлажненность почвы. Дистанционное зондирование почв ОЗП в указанном инфракрасном диапазоне электромагнитного излучения базируется на связи геометрических и электрофизических параметров зондируемой среды с характеристиками отраженного сигнала от сред с различной плотностью. Благодаря высокому разрешению этот диапазон электромагнитного излучения обеспечивает возможность аналогового определения границ и глубины слоев с различными характеристиками грунтов, так как обеспечивает возможность разделения сигналов, отраженных от границ вода - почва, сухая почва - почва с пропиткой жидкостью, то есть позволяет выделить вклады, вносимые в отраженный сигнал собственно почвой и жидкостью (разный фототон).

Для выявления (обнаружения) локальных переувлажненных земель малой площади используют снимки ОЗП в масштабе не мельче 1:10.000, в которых эти земли не сливаются в одно общее расплывчатое пятно. Для выявления (обнаружения) крупных по площади массивов переувлажненных земель на региональном уровне используют снимки в масштабе не крупнее 1:50.000.

Характеристики выявленных переувлажненных земель ОЗП при необходимости уточняют (подтверждают) полевой проверкой и/или визуальным наблюдением при облете ОЗП вертолетом и/или самолетом.

Применяемая в настоящее время технология подповерхностного обследования переувлажненных земель полевой проверкой, то есть с помощью отбора большого количества проб грунта, бурением до глубины почвенно-грунтовых вод, очень трудоемка, требует длительного времени, не всегда физически возможна, дает большую погрешность из-за дискретности и немногочисленности физического отбора проб грунта на разной глубине. Поэтому полевую проверку обнаруженных переувлажненных земель целесообразно совмещать с их визуальным наблюдением при адресном облете на вертолете или самолете.

Следует особо отметить, что при использовании известных способов, не обеспечивающих достаточную полноту обнаружения на ОЗП переувлажненных земель и достаточную точность их характеристик, полевая проверка и уточнение необходимы. При использовании предложенного способа, обеспечивающего достаточную полноту обнаружения на ОЗП переувлажненных земель и достаточную точность их характеристик, полевая проверка практически не нужна и может быть применена в редких случаях, например для уточнения уровня грунтовых вод. При необходимости для выделения из числа обнаруженных переувлажненных земель временно переувлажняемых дождевыми и снеговыми водами эти земли контролируют более поздним облетом на вертолете или на самолете в сухое время года.

Предложенный способ обнаружения и картографирования переувлажненных земель на ОЗП опробован авторами при выполнении смежных мониторинговых работ на ОЗП. Результаты опробования подтвердили эффективность предложенного способа и необходимость его быстрейшего повсеместного внедрения.

Применение предложенного способа позволяет более полно обнаруживать переувлажненные земли на ОЗП, более точно оценивать их характеристики, что, в свою очередь, позволяет более правильно определять рыночную стоимость ОЗП, сократить затраты времени и средств на проведение мониторинговых работ ОЗП и на актуализацию карт ОЗП.