авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Аспектыисследования растительного покрова на основе лазернойальтиметрии (на примере западногокавказа)

-- [ Страница 1 ] --

УДК 551.4:581 (470.6)(043.3)

На правахрукописи

Ризаев ИгорьГеннадьевич

ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫИССЛЕДОВАНИЯ

РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА

НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНОЙАЛЬТИМЕТРИИ

(НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОГОКАВКАЗА)

Специальность 25.00.25–геоморфология

и эволюционнаягеография

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации насоискание ученой степени

кандидатагеографических наук

Краснодар– 2010

Работа выполнена на кафедрегеоинформатики географическогофакультета Кубанского государственногоуниверситета

Научный руководитель: доктор географических наук,

доцент

Погорелов АнатолийВалерьевич

Официальные оппоненты: доктор географических наук,
старший научныйсотрудник
Есин НиколайВасильевич

доктор биологическихнаук,

профессор

Битюков НиколайАлександрович

Ведущая организация: Московский государственный

университет геодезии икартографии (МИИГАиК)

Защита состоится 17 июня2010 года в 11-00 на заседании диссертационногосовета Д 212.101.15 погеографическим наукам приКубанском государственном университете поадресу: 350040, г. Краснодар, ул.Ставропольская, 149, ауд. 200.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке Кубанскогогосударственного университета (читальныйзал), а с авторефератом – на сайте http://www.kubsu.ru .

Авторефератразослан мая 2010г.

Ученый секретарьдиссертационного совета,

кандидат географических наук Л.А. Морева

ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Обоснование иактуальность исследования.Геоморфологический аспект изучениярастительности чаще всего подразумеваетфитогенный морфолитогенез, в которомрастительность выступаетнепосредственным или косвенным агентомрельефообразования. Однакогеоморфологические составляющиеисследования растительного покровагораздо шире. Некоторые из них связаны ссовременной технологией цифровогомоделирования рельефа / местности наоснове данных дистанционногозондирования. Так, растительный покров (ванглоязычной литературе «canopy») по существупредставляет собой внешнюю оболочкуземной поверхности или «наложенныеобъекты» (Encyclopedia…, 2008), т.е. некийестественный «рельефоид»(Геоинформатика…, 1999). К такому объектувполне применимы приемы морфологическогоописания и анализа поверхности споследующим расчетом таксационныхпоказателей. Кроме того, рельеф черезморфометрические переменные выступаетфактором дифференциации растительности.Достоверная оценка этого фактора возможнапри квалифицированном описании морфологииземной поверхности.

Цифровые модели рельефа/ местности в настоящее время активнововлекаются в геоморфологическиеисследования, особенно в сфереморфометрии. Разрешение цифровых моделейрельефа (ЦМР), построенных по материаламлазерного сканирования, позволяетисследовать микро- и нанорельеф, чтопредопределяет и масштабный уровеньизучения растительного покрова.Организация мониторинга леса на основелазерного сканирования (спространственным разрешением до одногодерева) представляет несомненный интересдля лесохозяйственных и экологическихслужб. Интенсивное освоение горныхтерриторий и, как следствие, нарушениерастительного покрова, обусловливаетнеобходимость совершенствования контроляза состоянием растительности в горах.

Следует отметить весьмаслабую изученность растительного покровав связи с микрорельефом при весьма высокомэвристическом потенциале исходных данныхдистанционного зондирования ипродуктивности методовгеоинформационного анализа. До сих портакие подходы остаются недостаточноразработанными.

Объекты исследования– горныймикрорельеф экспериментальных полигонов вбассейнах рек Пшехи и Мзымты (ЗападныйКавказ), выступающий фактором формированиярастительного покрова, и собственнорастительный покров как рельефоид. Предмет исследования – влияниемикрорельефа на пространственнуюдифференциацию растительного покрова вгорах.

Цель работы – поматериалам лазерной альтиметрииобосновать предлагаемые методологическиеподходы исследования и дать оценку влиянияморфометрических показателей земнойповерхности на пространственную структурурастительного покрова в горныхусловиях.

В работе поставлены ирешены следующие основные задачи:

  1. Обосновать и усовершенствоватьметодику построения цифровых моделеймикрорельефа и растительного покрова наоснове лазерной альтиметрии игеоинформационного моделирования.
  2. Произвести экспериментальнуюапробацию предлагаемой методики.
  3. Построить высокоточные цифровыемодели рельефа и растительного покроваэкспериментальных полигонов.
  4. Картографировать морфометрическиепоказатели и выполнить морфометрическийанализ рельефа экспериментальныхполигонов.
  5. На базе приемов морфологическогоанализа разработать алгоритмыавтоматизированной идентификацииструктурных элементов растительногопокрова.
  6. Описать пространственную структурурастительного покрова наэкспериментальных полигонах.
  7. Выявить связи между территориальнойструктурой растительного покрова иморфологией земной поверхности (высотаместности, крутизна, экспозиция склонов,кривизна поверхности).

Исходные данные –материалы воздушной лазерной альтиметриии аэрофотосъемки в верховьях рек Пшехи иМзымты (Западный Кавказ). Съемка выполнена19 октября 2007 г. ЗАО «НИПИ «ИнжГео»(Краснодар). Данные съемки представлены 45аэрофотоснимками и массивом точеклазерного отражения (более 55 млн.). При выборе районовисследования учитывались ихгеоморфологическая и ландшафтнаярепрезентативность, высотно-зональнаяпредставительность, а также близость кохраняемым территориям (Кавказскийбиосферный заповедник, Сочинскийнациональный парк).

Лично автором выполненыобработка исходных материалов съемки ипостроение цифровых моделей, разработаныалгоритмы автоматизированногокартографирования растительности иморфометрических показателей рельефа,проведены статистический анализ иинтерпретация данных, составлено 35 карт.

При разработке методико-теоретических основдиссертации особое значениеимел опыт отечественных (И.М. Данилин, Е.М.Медведев, С.Р. Мельников,Ю.Ф. Книжников, В.И. Кравцова,О.В. Тутубалина и др.) и зарубежных (J.Hyypp, M.A. Lefsky, M. Maltamo, J. Pitknen, E. Nsset, R. Nelson, . Persson и др.)исследований растительности и ландшафтов,опирающихся на технологии дистанционногозондирования, включая лазернуюальтиметрию. Теоретической базой в областицифрового моделирования рельефа игеоморфологического анализа послужилитруды отечественных (А.И. Спиридонов, Г.И.Рычагов, Ю.Г. Симонов, А.Н. Ласточкин, Г.Ф.Уфимцев, П.А. Шарый, И.В. Флоринский,Г.С. Ананьев идр.) и зарубежных (I.S. Evans, T. Hengl, R.J. Pike, J. Wood, M.Young, D.G. Tarboton, I.D. Moor, L.W. Zevenbergen, P. Gessler, Z. Li и др.)геоморфологов. В областикартографирования и геоинформационногомоделирования использовался ценный опытроссийских ученых (А.М. Берлянт, А.В.Кошкарев, И.К. Лурье, Б.А. Новаковский и др.).

На концепциюдиссертации оказали влияние идеи В.Н.Сукачева, Ф.Н. Милькова, С.И. Болысова, атакже ряда зарубежных исследователей (A.R.Kruckeberg, W.N. McNab, L.A. Naylor, H.A. Viles, J.A. Howard и др.).

В работе использованкомплекс полевых (лазерное сканирование,аэрофотосъемка) и камеральных методов. При описаниисвойств рельефа автор опирался на приемыгеоморфометрии. В процессе обработки ианализа материалов применены методыгеоинформационного картографирования,3D-моделирования, геостатистики, приемыстатистического и корреляционногоанализа, фрактального анализаповерхностей. Обработка и анализ данныхвыполнены в программах TerraScan, TerraModeler, TerraPhoto(Terrasolid, Финляндия), ArcGIS (ESRI Inc., США), LandSerf (J.Wood, Великобритания), SAGA (Германия), MicroDEM(США), SCRM (Castlink Geomatics, Канада).

Научная новизна диссертации, обусловленнаяреализацией современныхгеоинформационных подходов кмоделированию и анализу микрорельефа ирастительного покрова в горах, заключаетсяв следующем:

  1. Предложена концепция исследованиярастительного покрова как рельефоида (т.е.средствами морфометрического анализа).
  2. Впервые выполнен детальный анализморфологической структуры растительногопокрова в горах, основанный на материалахвоздушного лазерного сканирования.
  3. Разработаны и применены алгоритмыавтоматизированного картографированиярастительности на основе генерализации ифильтрации массивов лазерно-локационныхданных.
  4. Дана количественная оценка влиянияморфометрических переменных горногомикрорельефа на пространственнуюдифференциацию растительногопокрова.

В целом в работепредставлены оригинальные приемы анализарастительности по данным лазернойальтиметрии, сосредоточенные нагеоморфологических аспектах исследованиярастительного покрова.

На защиту выносятсяследующие разработки ирезультаты:

  1. Комплексная методикагеоинформационного моделирования рельефаи растительного покрова по материаламвоздушной лазерной альтиметрии.
  2. Алгоритмы автоматизированнойобработки данных лазерного сканированиядля целей описания пространственнойструктуры растительного покрова.
  3. Модели и морфометрические картырельефа, отражающие микромасштабнуюморфологическую структуру земнойповерхности в горах Западного Кавказа.
  4. Оценка морфологической структурырастительного покрова на территорииэкспериментальных полигонов в бассейнахрек Пшехи и Мзымты.
  5. Интерпретация влияния микрорельефа(через морфометрические характеристикиземной поверхности) на пространственнуюдифференциацию растительного покрова вгорах.

Практическаязначимость результатовдиссертационного исследованияопределяется разработкой методикиГИС-моделирования, обеспечивающейкомплексный анализ горного микрорельефа ирастительного покрова. Развиваемые вработе подходы закладывают принципиальноновую основу для оценки влияния факторарельефа на пространственную структурурастительного покрова в микромасштабе.Решены задачи автоматизированнойклассификации структурных элементоврастительного покрова. Все перечисленноедемонстрирует возможности технологиивоздушной лазерной альтиметрии икомплексной обработки материалов съемкидля организации мониторинга леса втруднодоступной горной местности.

Полученные методическиерезультаты, разработанные приемыобработки данных дистанционногозондирования используются в учебныхкурсах «геоинформационные системы»,«геоинформационное картографирование»,«дистанционные методы зондированияЗемли», «фотограмметрия» наспециальностях «прикладная информатика вгеографии» и «экология иприродопользование» КубГУ.

Апробация работы ипубликации. Диссертациянаписана на основе исследований автора в2006-2010 гг., а также материалов, полученных всотрудничестве с ЗАО «НИПИ «ИнжГео»(Краснодар).

Основные теоретическиеположения и практические результатыисследования докладывались намеждународной конференцииИнтерКарто/ИнтерГИС 15 «Устойчивоеразвитие территорий: теория ГИС ипрактический опыт», Пермь–Гент, 2009; LXIIГерценовских чтениях «География: проблемынауки и образования», Санкт-Петербург, 2009;научно-практической конференции «Вопросыгидрометеорологических инструментальныхнаблюдений в горах Северного Кавказа:состояние и перспективы», Терскол, 2009;международной конференции в областигеодезии, геоинформационных технологий иуправления земельными ресурсами INTERGEO 2009,Карлсруэ, Германия; краевом конкурсе«Олимп науки Кубани – 2009», а также на регулярныхзаседаниях кафедры геоинформатикиКубГУ.

По теме диссертацииопубликовано 12 работ, в том числе 1 виздании, включённом в перечень ВАК.

Структура и объемработы. Диссертация состоитиз введения, четырех глав и заключения.Общий объем рукописи составляет 185 страницмашинописного текста, включая 67 рисунков и19 таблиц. Список использованной литературысодержит 195 наименований, в том числе 114зарубежных источников.

Благодарности. Автор искренне благодарен своемунаучному руководителю заведующемукафедрой геоинформатики КубГУ А.В.Погорелову за неоценимую помощь в работе,сотрудникам кафедры геоинформатики Е.Г.Ловцову, Д.А. Комарову, Е.Н. Киселеву, А.Н.Пелиной, Е.В. Куркиной, Е.С. Бойко, С.П.Лозовому, за плодотворное обсуждение иподдержку, Ж.А. Думит за техническиеконсультации. Отдельная признательностьсотрудникам ЗАО «НИПИ «ИнжГео» и ООО«АэроТех» (Краснодар) за предоставленныематериалы и помощь в проведенииизысканий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отраженыактуальность, цель и решаемые задачиисследования, его научная новизна ипрактическая значимость.

ГЛАВА 1.ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫИССЛЕДОВАНИЯ

В первомразделе главы анализируетсясостояние проблемы и изученность связей«растительный покров – рельеф». Определеныгеоморфологические аспекты исследованиярастительного покрова, рассматриваемые вработе: 1) рельеф является факторомдифференциации растительности; 2)растительный покров, как было сказано,представляет собой естественный«рельефоид»; 3) в исследованиях рельефа поданным дистанционного зондированиярастительность следует рассматривать какшумовую компоненту при построениицифровой модели рельефа (ЦМР или DEM – Digital Elevation Model),фильтрация этого шума требуетопределенных технических приемов; 4) вцифровых моделях растительного покроваряд таксационных показателей может бытьописан средствами морфологическогоанализа в среде ГИС.

Разрешение ЦМР,построенных по материалам лазерногосканирования, позволяет исследовать микро-и нанорельеф, что предопределяетсоответствующий масштабный уровеньизучения растительного покрова. Последнийприближается к точности полевыхизмерений.

Проблемойвзаимодействия рельефа и растительностизанимается биогеоморфология (biogeomorphology), вкоторой использование дистанционныхметодов открывает широкие перспективы. Ф.Н.Мильков (1953) определяет биогеоморфологиюкак дисциплину, изучающую влияние формрельефа на биоту, что совпадает с подходамик изучению рельефа и растительного покровав настоящей работе.

Второйраздел посвященописанию района исследования иобоснованию выбора экспериментальныхполигонов. Критериями выбора служилигеоморфологическая и ландшафтнаярепрезентативность и разнообразие,высотно-зональная представительность, атакже близость к охраняемым территориям(Кавказский биосферный заповедник,Сочинский национальный парк). Согласноперечисленным географическим критериямисследование проводилось в пределах трехэкспериментальных полигонов (табл. 1),расположенных в верховьях р. Мзымты нахребтах Аибга и Псехако (южный макросклон)и в верховьях р. Пшехи на склонах горыПшехасу (северный макросклон), вблизимассива Фишт (рис. 1).

В третьем разделе описанаметодика исследования рельефа ирастительного покрова, базирующаяся навоздушной лазерной альтиметрии.Рассмотрены технические вопросы иалгоритмы обработки (классификации,фильтрации) исходных данных, а такжепроцедуры устранения ошибок, проверки иредактирования полученных моделей.Основные этапы обработки таковы: 1)выделение в процессе классификации точек,отраженных от земной поверхности, 2)построение триангуляционной модели(TIN-модели) поверхностей, 3) конвертацияTIN-модели в растровый формат (грид) сзаданным пространственным разрешением.Для автоматизации построения цифровыхмоделей средствами пакета ArcGIS (Inc., США)разработан и применен специальныйалгоритм в приложении Model Builder.

Таблица1

Сведения обэкспериментальных полигонах

Полигон(индекс)

Площадь, км2

Протяженность, км

Ширина,км

Диапазон высот, м

Аибга(S1)

1,38

2,8

0,5

671-2020

Псехако(S2)

1,51

3,0

0,5

1156-1749

Фишт(N)

7,69

5,8

1,35

1053-2153



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.