 |  | |
 УДК 332.62 Цифровая модель рельефа участка агропочвенного мониторинга на территории Горецкого района Могилевской области
Другаков П.В., доцент Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, Белоруссия
Выполнен анализ точности ЦМР SRTM на примере участка используемого для мониторинга процессов почвообразования .
Основная часть Горецкого района расположена на территории Оршанско-Могилевского плато. Исключение составляет северо-восточная часть, где берут начало покатые склоны Смоленско-Московской возвышенности, представленной Горецко-Мстиславской возвышенностью. По характеру рельефа — это район волнистой платообразной равнины, сильно расчлененной долинами рек и ручьев, густой сетью глубоких оврагов и балок с выступающими в ряде мест моренными грядами в виде пологих холмов. С учетом больших перепадов высот в районе распространены участки с ярко выраженной эрозией. Она оказывает существенное влияние на процессы почвообразования, которые требуют тщательного изучения. Для выполнения исследований в районе деревни Полящицы был выбран, примыкающий к реке Днепрец, участок луговых земель. Участок имеет площадь более 20 га и характеризуется ярко выраженным рельефом. Перед выполнением таких исследований необходимо определенить углы наклона земной поверхности на контрольных точках (местах выполнения почвенных разрезов). Наиболее простым является их определение с помощью эклиметра, но этот способ отличается относительно низкой точностью. В современных условиях целесообразно углы наклона определять на основе цифровой модели местности, которая включает и цифровую модель рельефа и цифровую модель ситуации. Применение цифровой модели и использование геоинформационных систем позволяет не только определить уклоны, но и выполнить морфометрический анализ местности [1]. Данное обстоятельство потребовало выполнения топографической съемки местности в масштабе 1:2000. Большая площадь рассматриваемого участка, его достаточное удаление от сохранившихся пунктов геодезической опоры (более 6 км), сильно выраженный рельеф (как самого участка съемки, так и прилегающих территорий) потребовали бы больших трудозатрат на выполнение съемки традиционными способами (нивелирование по квадратам, тахеометрия). По этой причине съемка местности была выполнена с использованием спутниковых методов координатных определений. Полевая часть работ по съемке участка местности состояла из двух принципиальных этапов. На первом этапе была произведена передача плановых координат и значения нормальной (эллипсоидальной) высоты на точку временного закрепления PUPLY1 вблизи объекта съемки. Для передачи значений координат и высоты на точку временного закрепления PUPLY1 была создана сеть, которая включала 3 исходных пункта Поселок, Просвет и Кольцевая. Измерения выполнены в режиме «быстрая статика» двумя одночастотными приемниками Trimble R3 по стандартной триангуляционной схеме «геодезический четырехугольник». Вторым этапом полевых работ являлась непосредственная съемка «Stop&GO». Один из приемников Trimble R3 был установлен на пункте PUPLY1. Второй приемник после выполнения инициализации последовательно перемещался по местности с фиксацией измерений на пикетных точках сессиями по 15 секунд. Всего было снято 560 точек местности. Обработка результатов измерений и построение топографического плана выполнено в программах Сredo GNSS, Credo DAT, Credo Topoplan. Полученная в Credo Topoplan цифровая модель рельефа характеризуется высокой точностью. Средняя квадратическая погрешность положения точек составляет 3-4 см. В настоящее время по данном дистанционного зондирования Земли получено несколько глобальных цифровых моделей рельефа. Одной из них является SRTM. Для выполнения исследований с сайта геологической службы США был получен растровый файл цифровой модели рельефа N54E031.hgt и. Размер каждого растра соответствует 1ºх1º в географической системе координат. Средние погрешности высот в ЦМР SRTM согласно работе [2] составляют 6 – 9 м. Пространственное разрешение растра составляет1//, что на широте объекта съемки составляет 20×30 м. Для выполнения исследований дальнейших исследований в среде ГИС был создан новый проект. В этот проект, после выполнения преобразований координат, был импортирован слой рельефа полученный в Credo Topoplan (файлы точек и горизонталей). На основе точечного слоя высот и линейного горизонталей была получена растровая модель рельефа путем интерполяции по методу топогрид с пространственным разрешением в 1 м. В этот же проект были добавлен растровый слой высот SRTM. С некоторой долей вероятности можно принять, что указанные в ячейках растра SRTM значения высот характеризуют значение высоты в точках местности, координаты которых соответствуют координатам центров ячеек. Таким образом, центры ячеек можно считать пикетами с шагом 20 х 30 м, что соответствует по плотности точек топографической съемке масштаба 1:2000. По этой причине были из слоя SRTM были извлечены в точечный слой значения высот ячеек. Для полученного точечного слоя была выполнена интерполяция по методу топогрид с пространственным разрешением 1 м. В результате выполненных действий в ГИС имелось 3 модели рельефа. Полученная на основе полевых измерений была принята «истинной», а модель SRTM и полученная на основе ее переинтерполяции модель с пространственным разрешением 1 м был приняты как оцениваемые. По указанным моделям были получены профили рис 1-2.
Рис. 1 – Рельеф участка с линиями профилей
Рис. 2 – Профили IG, IH, AJ, AK
Красным цветом на профилях (рис 1-2) отображена линия разреза модели полученной на основе полевых измерений «истинной». Зеленым цветом показана линия профиля по модели SRTM, а синим по переинтерполированной модели SRTM с разрешением 1 м. Следует отметить, что на местности линии тальвегов не полностью совпадает с прямыми линиями АВ и IG. По этой причине на рис. 1 и рис. 2 соответствующие линии профилей имеют ступенчатость для разрезов по «истинной» модели рельефа. Но наиболее отчетливо на профиле АВ заметна ступенчатость для исходной модели рельефа SRTM. Повторная интерполяция растра SRTM с более высоким пространственным разрешением позволяет несколько снизить ступенчатость линий профиля сделать их более плавными. Плавность полученной после повторной интерполяции модели рельефа может как снизить погрешности высот так повысить. На разрезе АС видно, что модель, полученная после повторной интерполяции SRTM, на удалении от точки А до 20 м почти совпала с «истинной» моделью в отличии от исходной, расхождение которой составило 2 м. В тоже время на удалении 100-120 м ситуация кардинально меняется. Исходная модель SRTM существенно ближе к «истинной» (расхождение примерно 2м) чем повторно интерполированная с высоким разрешением у которой расхождение составило 3,5-4 м. Таким образом модель SRTM после повторной интерполяции рельефа становится более правдоподобной, но при этом не повышается ее точность. Разность высот между повторно интерполированной SRTM и «истинной» как правило находится в диапазоне от -3 до +3,5 м. В низинах высоты точек полученные по SRTM оказываются выше реальных, а на вершинах холмов ниже. Наибольшее отклонение наблюдается в северо-восточной части, где имеется большой уклон местности, а к полю примыкает небольшой участок с древесной растительность высотой до 25м. Для таких участков местности наблюдается систематическое искажение высот поверхности земли на величину, равную 0,3–0,7 высоты деревьев [2]. И это обстоятельство привело к возникновению погрешности высот модели SRTM в районе точки F в диапазоне 4,5-5,5м. Также большое расхождение до 5 м. наблюдалось по одному из тальвегов (вблизи линии IG). Связано это с малой шириной лощины и при создании исходной модели SRTM фильтр исправил значение ячейки с учетом высоты соседних. Так на данном участке намечено проведение работ по мониторингу процессов почвообразования на эрозионно-опасных землях, то требуется определить углы наклона земной поверхности в контрольных точках (местах выполнения почвенных разрезов). Здесь можно отметить следующее что при малых длинах линий до 50 м на склонах погрешность определения угла наклона даже по повторно интерполированной модели SRTM достигает 10̊. На участках от 50до 100 м не превышает 2̊. На участках от 100 до 200 м менее 0,7̊ Подводя итог выполненному исследованию необходимо отметить что на участках с крутыми и частыми склонами с большим перепадом высот даже с учетом повторной интерполяции модель SRTM не обеспечивает достаточную точность определения величины наклона земной поверхности. Величина угла наклона используется во многих моделях определения объема стока воды, скорости потока, количества переносимой почвы и т.д. По этой причине для выполнения исследований по мониторингу процессов почвообразования модель рельефа SRTM целесообразно использовать только на предварительном этапе для выбора самого объекта, на примере которого оно будет проводиться. Для непосредственных расчетов в моделях переноса вещества необходимо использовать цифровую модель местности полученную по результатам наземной топографической съемки.
Библиографический список
| ||
 |  |
