МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Аннотация
Данная статья посвящена тематике разработке новых технологий геодезического мониторинга инженерных сооружений и природных объектов с применением методов геодезии и дистанционного зондирования. Выделена проблема значительной стоимости осуществления мониторинга земель под строительство инженерных сооружений и строительство нефтеперерабатывающих заводов из-за высокого пространственного различения. Объектом исследования являются методы мониторинга земель под строительство инженерных сооружений и строительство нефтеперерабатывающих заводов. Цель статьи – исследование возможностей мониторинга земель с использованием методов дистанционного зондирования, геоинформационных технологий и беспилотных летательных аппаратов. В результате проведения исследований по интеграции методов дистанционного зондирования, геоинформационных технологий и беспилотных летательных аппаратов в мониторинге земель и природных объектов, земель, которые в дальнейшем рассматриваются под строительство инженерных сооружений и строительство нефтеперерабатывающих заводов рекомендуется вовлечение в процесс мониторинга земельных ресурсов и зеленых насаждений предложенного подхода с выполнением регулярных съемок с беспилотного летательного аппарата для объектов земельных ресурсов и зеленых насаждений. На основании проведенных исследований впервые предложена мультифункциональная структура системы мониторинга земельных ресурсов и зеленых насаждений и рекомендовано проведение цифровой трансформации процесса мониторинга состояния земельных ресурсов и зеленых насаждений, которые в дальнейшем рассматриваются под строительство инженерных сооружений и строительство нефтеперерабатывающих заводов. Приведенные исследования свидетельствуют о необходимости внедрения регулярного автоматизированного мониторинга состояния земельных ресурсов и зеленых насаждений с привлечением возможностей методов дистанционного зондирования с применением беспилотных летательных аппаратов.
1. Введение
Учитывая основное значение земли как национального богатства, государство обеспечивает охрану ее правовыми, организационными и экономическими методами. Охрана земельных ресурсов невозможна без периодического определения показателей их состояния и качества с целью принятия соответствующих организационных и экономических мер. Изучение состояния земельных ресурсов проводят путем проведения мониторинга – системы наблюдения с целью своевременного выявления изменений, их оценки, предотвращения и ликвидации последствий негативных процессов
.Обеспечение требований устойчивого развития земельных ресурсов и зеленых насаждений в населенных пунктах России возможно только при наличии отлаженной системы регулярных наблюдений и наличия инструментария анализа полученных данных относительно выявленных изменений и информативных способов представление полученных результатов. Такой подход требует четкой системы наблюдений для оценки, изучения динамики и особенностей изменений земельных ресурсов и зеленых насаждений, их охраны и защиты для повышения экологических, эстетических и санитарно-гигиенических функций, а также прогнозирования их состояния с целью обоснования и принятия решений в сфере использования их в дальнейшем под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов. Актуальность исследования состоит в необходимости регулярно получать достоверную и актуальную информацию о перечисленных критериях
, которая соответствует международной практике, с целью устойчивого управления земельными ресурсами, предназначенными под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов.По состоянию на сегодняшний день увеличение интереса к базам данных аэрокосмического геоинформационного мониторинга земельных ресурсов и зеленых насаждений и автоматической их обработки свидетельствует о необходимости усовершенствования имеющейся методики инвентаризации земельных ресурсов и зеленых насаждений для нужд их геоинформационного мониторинга путем использования современных методов получения, передачи, обработки и хранения информации.
В то же время ученые
, , рекомендуют использовать комплексный подход к мониторингу земельных ресурсов и зеленых насаждений, которые в дальнейшем рассматриваются под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов путем привлечения как современных методов сбора, обработки и анализа информации, и традиционных наземных методов обследований. Самым эффективным решением для сбора различных данных об объектах земельных ресурсов и зеленых насаждений, которые нужно рационально организовать и представить в процессе мониторинга, является создание ГИС с базой данных по результатам инвентаризации земельных ресурсов и зеленых насаждений, которые в дальнейшем рассматриваются под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов, которая позволяет проводить анализ изменений исследуемой территории и систематизацию полученной информации , . Как свидетельствуют результаты отдельных исследований , спутниковые снимки высокого пространственного разрешения могут служить важным и достоверным источником информации о состоянии земельных ресурсов и зеленых насаждений. Они позволяют получать оперативную информацию о значительных площадях территорий, в достаточно короткие сроки перерабатывать ее с помощью ГИС и осуществлять актуализацию таксационных и картографических материалов для обновления реестра данных.Проведение теоретического анализа по проблеме исследования позволило показать, что весьма актуальным и востребованным направлением использования беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) является мониторинг земель с использованием методов дистанционного зондирования и геоинформационных технологий
. Одним из способов преодоления приведенных недостатков является использование БПЛА для осуществления регулярной дистанционной съемки земельных ресурсов и зеленых насаждений. В практике лесного хозяйства предприняты попытки по использованию БПЛА для определения вегетационного индекса, подсчета количества пород, установление границ таксационных выделений, а также других полевых опытов и мониторинга . Исследование авторов свидетельствуют, что фотограмметрический подход к измерению высоты деревьев с помощью БПЛА является достаточно практичным способом для интенсивного мониторинга состояния земельных ресурсов и зеленых насаждений и требует внимания дальнейшего изучения и исследования .2. Материалы и методы исследования
Цель данной статьи – исследование возможностей мониторинга земель с использованием методов дистанционного зондирования и геоинформационных технологий.
Материалами исследования являются научные и практические исследования по проблематике мониторинга земель под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов с использованием современных технологий и методов. Методами исследования выступают обобщение, систематизация и анализ научной и практической литературы по проблематике исследования.
3. Основные результаты
Дистанционный мониторинг состояния природных объектов и зеленых насаждений, которые в дальнейшем рассматриваются под строительство инженерных сооружений и строительство нефтеперерабатывающих заводов, позволяет своевременно выявлять изменения, произошедшие с земельными ресурсами растительностью за определенный промежуток времени в автоматизированном режиме. Современный мониторинг земель, который в дальнейшем рассматриваются под строительство инженерных сооружений и строительство нефтеперерабатывающих заводов, нуждается в немедленных мерах по его совершенствованию на основе автоматизации и применения компьютерных технологий САПР и ГИС, а также БПЛА
.Материалы дистанционного зондирования с применением БПЛА в этом случае могут применяться как документальная база для обоснования проведения мероприятий по упорядочению земельных ресурсов и зеленых насаждений, а также для дальнейшего рассмотрение их под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов.
В последние годы достижения в сфере создания и развития информационных технологий, технологий обработки, хранения, интерпретации пространственной информации значительно увеличили количество и масштабность задач, решаемых с помощью ГИС.
Полученные материалы дистанционного зондирования обрабатываются на современном аппаратном и программном обеспечении с использованием ГИС. Среди основных программных продуктов, использующих ГИС-технологии, можно назвать, например: ArcViewGIS, Mapinfo GIS-Panorama. С помощью данных программ выполняется анализ материалов дистанционного зондирования, заключающийся в повышении вероятности и правильного распознавания информации на этапе их обработки, повышении степени достоверности моделей природных систем и процессов и однозначной интерпретации информации исследуемых объектов
.Анализ научных публикаций позволяет выделить несколько этапов при разработке ГИС по мониторингу земельных ресурсов, которые в дальнейшем рассматриваются под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов
:1) анализ требований к геоинформационной системе мониторинга земель;
2) разработка геоинформационной системы;
3) наполнение ГИС мониторинга земель данными, включающими сбор и обработку первичных данных, поскольку результат напрямую зависит от качества исходного материала;
4) мониторинг, анализ, прогнозирование, что позволит провести качественный и многогранный ГИС-анализ, который охватит все показатели и факторы местности и может способствовать прогнозу развития явлений и показателей на основе статистических операций различной сложности;
5) поддержка принятия решений по рациональному использованию территорий.
В то же время для поддержки мониторинга земельных ресурсов и зеленых насаждений требуется система анализа пространственной информации, которая способна обеспечить ввод, согласование, проработку, анализ и представление результата в сравнение регулярных наблюдений. При упомянутых условиях для организации такой системы актуальным является необходимость разработки ее концептуальных основ вместе с исследованием прикладных возможностей для отслеживания изменений, анализа направлений и тенденций относительно состояния, площадей и показателей зеленых насаждений на объектах благоустройства
.Для решения данной проблемы требуется проведение регулярных аэрофото- или космических съемок (не реже одного раза в пять лет) для территорий населенных пунктов. Такой подход позволит оптимизировать процесс получения материалов дистанционного зондирования земельных ресурсов и зеленых насаждений, выполнять съемки в соответствии с запланированным временем и маршрутом, а также получать картографическую информацию в высоком качестве, точности и детализации. На основании проведенных исследований целесообразно обратить внимание на мультифункциональную структуру системы мониторинга земель, которые в дальнейшем рассматриваются под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов, с определением ее территориальных и временных уровней способов и методов проведения, а также ответственности за выполнение и сферы применения результатов посредством БПЛА.
Тем не менее современная система земельных ресурсов и зеленых насаждений не может базироваться на имеющихся подходах с использованием большой доли ручного труда в процессе сопоставления и анализа разновременных данных регулярных наблюдений. Учитывая достаточно большие массивы входной информации относительно состояния земельных ресурсов и зеленых насаждений, которые в дальнейшем рассматриваются под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов, этот процесс должен подлежать обязательной автоматизации с максимальной проработкой выявления изменений показателей, параметров и качеств с помощью программных средств, подготовкой аналитических данных компьютерными методами и формулировкой выводов квалифицированными специалистами. В связи с этим необходимо провести цифровую трансформацию системы дистанционного зондирования земельных ресурсов и зеленых насаждений путем ее перевода в электронный формат.
Для определения основных типов грунтов на тестовых участках мониторинга земель под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов применен метод спектральной обработки использованием снимков, близких к гиперспектральным (КА Terra (Modis)), и создана тематическая карта грунтов тестовых участков (рис. 1).
Рисунок 1 - Тематическая карта почв тестовых участков земель по данным КА Terra
Примечание: Modis
- зрительно оценивать рельеф;
- способствовать изучению и прогнозированию неблагоприятных процессов при строительстве инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов;
- планировать и оценивать эффективность предпринятых мер.
Рисунок 2 - Цифровая модель рельефа
Практическая новизна предложенного подхода с использованием методов дистанционного зондирования, геоинформационных технологий и беспилотных летательных аппаратов в рамках изучения возможностей мониторинга земель позволит проводить определение основных типов грунтов на тестовых участках мониторинга земель под строительство инженерных сооружений и нефтеперерабатывающих заводов.
4. Заключение
Таким образом, проблематика мониторинга земель инженерных сооружений и природных объектов с использованием методов дистанционного зондирования и геоинформационных технологий в новых реалиях применения становится весьма актуальной.
Приведенные исследования свидетельствуют о целесообразности внедрения регулярного мониторинга в комплексном сочетании с системой их инвентаризации и упорядочения. В то же время для усовершенствования, ускорения и улучшения качества наблюдений необходимо использование материалов дистанционного зондирования, которые в дальнейшем прорабатываются в автоматизированной электронной системе геоинформационного мониторинга дистанционного зондирования земельных ресурсов и зеленых насаждений. Предложенный подход должен обеспечить качественные изменения в процессе упорядочения земельных ресурсов и зеленых насаждений, а именно улучшение качества проведения организационных и хозяйственных мероприятий, благодаря регулярному мониторингу их состояния с исследованием причин изменений земельных ресурсов и зеленых насаждений, обоснованием управленческих решений и отслеживанием нарушений состояния растительности. Функционирование подобной системы на общегосударственном уровне должно обеспечить национальную информационную систему данными о состоянии земельных ресурсов и зеленых насаждений, которые будут совместимы с аналогичными структурами других стран.