Спосіб аналізу структури ґрунтового покриву

Спосіб аналізу інформативності даних космічної зйомки для ґрунтового картографування, що включає географічну прив'язку космічного зображення, проведення його детального статистичного аналізу, визначення території, яка характеризується найбільш складним малюнком космічного зо 3 46528 4 нентів геосистем не забезпечують отримання спопроведення аналітичних досліджень відібраних живачем чисельної, континуальне розподіленої зразків ґрунту за основними агрохімічними та фіінформації про об'єкт дослідження, що призводить зико-хімічними показниками ґрунту та на основі до суттєвих похибок в ході кількісного оцінки неоддисперсійного та регресійного аналізу створення норідності його просторової структури. Цим недоматематичних моделей взаємозв'язку оптичної ліком характеризується також використання існуюяскравості зображення від параметрів ґрунтів у чих картографічних матеріалів в якості первинної відповідності до винахідницького задуму одержані просторової інформації про властивості геосистем, математичні моделі використовують для створенякі найчастіше є застарілими та виконувалися, в ня електронних карт окремих метризованих власосновному, нематематичними методами, які в знативостей ґрунту в кожному елементі зображення чній мірі залежать від досвіду укладача карти. (пікселі) для проведення аналізу структури ґрунтоНайближчим за технічною суттю є спосіб анавого покриву на основі застосування оцінки анізотлізу інформативності даних космічної зйомки для ропності. ґрунтового картографування яким передбачено Спосіб здійснюється таким чином. географічну прив'язку космічного зображення, Проводиться географічна прив'язка багатоспепроведення його детального статистичного аналіктрального космічного знімку з використанням геозу, визначення території, яка характеризується інформаційних систем. Для визначення територій, найбільш складним малюнком космічного зобраякі мали відкриту (орну) ґрунтову поверхню, проження відкритої ґрунтової поверхні, відбором зразводиться розрахунок зонального відношення або ків з поверхневого шару ґрунту цієї території у ківегетаційних індексів. Розрахунок виконується в лькості визначеній методом малих вибірок, геоінформаційній системі (ГІС) і його результатом проведення аналітичних досліджень відібраних є встановлення території сільськогосподарських зразків ґрунту за основними агрохімічними та фіугідь, поверхня яких була не закрита рослинністю зико-хімічними показниками ґрунту та на основі чи сніговим покровом у момент зйомки. Надалі дисперсійного та кореляційного аналізу встановсаме ці території використовуються для аналізу лення залежностей параметрів ґрунтів від оптичструктури ґрунтового покриву. ної яскравості й створення їх математичних модеПісля вибору територіального об'єкту, проволей на підставі яких визначають показники диться загальна обробка космічного зображення еластичності за якими судять про інформативність для створення його робочого, покращеного варіакосмічного зображення [Патент 27237 UA нту, який використовують для отримання геограМПК(2006) G01N 33/24, G01V 8/00, G03B 37/00. фічних координат точок поверхні, які відповідають Спосіб аналізу інформативності даних космічної різноманітним значенням оптичної яскравості косзйомки для ґрунтового картографування]. мічного зображення. Недоліком цього способу є узагальнений хараДалі проводиться польова зйомка та ґрунтове ктер інформації для кожного з ґрунтових виділів, обстеження території полів -полігонів, при якому межі яких визначено за кластерним аналізом, що відбираються ґрунтові зразки з поверхневого шару не дозволяє деталізувати та кількісно оцінити стуґрунту в кількості, що забезпечує визначення оспінь варіювання окремих абсолютних показників новних агрохімічних та фізико-хімічних показників ґрунтів як в межах окремого контуру так і для всієї ґрунту (близько 0,5 кг) та з частотою відбору, яка дослідної території. забезпечує достатній статистичний опис кожної з Для вирішення широкого спектру прикладних градацій (або інтервалу градацій) оптичної щільзавдань ґрунтознавства, агрохімії та раціональноності зображення, наприклад методом малих вибіго землекористування виникає потреба в аналізі та рок. Вся система відбору зразків прив'язується в точному визначенні мінливості абсолютних знасистемі географічних координат за допомогою чень параметрів ґрунту для встановлення особлиприладів глобального позиціонування (GPS). востей організації ґрунтового покриву. Після цього в камеральних умовах проводять В основу корисної моделі поставлена задача аналітичні дослідження відібраних в полі зразків та удосконалення способу аналізу інформативності створюють узагальнені файли статистичної та даних космічної зйомки для ґрунтового картограобліково-довідкової інформації, які об'єднують дані фування, в якому використовуючи регіональні маяк за окремими ґрунтовими параметрами, так і за тематичні моделі за допомогою ГІС одержати елепоказниками оптичної яскравості для всіх точок ктронну карту метризованих властивостей ґрунту з опробування обстеженої території у табличній урахуванням оцінки анізотропності для цілей плаформі (матричній) з вичерпною інформацією про нування та оптимізації польових ґрунтознавчих прив'язки, що використовувались в ході польового обстежень, розробки точної землеробської технообстеження. логії, прогнозу врожайності сільськогосподарських Далі проводиться статистичний аналіз всього культур. масиву кількісної інформації, яка отримана на поПоставлена задача досягається тим, що у віпередніх етапах досліджень. На підставі результадомому способі аналізу інформативності даних тів дисперсійного та кореляційного аналізу рокосмічної зйомки для ґрунтового картографування, биться загальний висновок про достовірність та що включає географічну прив'язку космічного зотісноту взаємозв'язку між показниками оптичної браження, проведення його детального статистичяскравості та параметрами ґрунтів. У випадку знаного аналізу, визначення території, яка характеричної кореляції між ними знімок вважається придатзується найбільш складним малюнком космічного ним для аналізу структури ґрунтового покриву й зображення відкритої ґрунтової поверхні, відбором створюються регіональні математичні моделі, які зразків з поверхневого шару ґрунту цієї території, 5 46528 6 описують залежність окремих ґрунтових параметчення складали відповідно 61 і 155, що визначило рів від показнику оптичної яскравості зображення. розмах варіювання - 95, при цьому коефіцієнт ваЗ використанням регіональних математичних ріації склав 0,22, а середнє квадратичне відхиленмоделей за допомогою ГІС розраховуються абсоня - 19,4. лютні значення ґрунтових параметрів для кожного Польова зйомка та ґрунтове обстеження териелементу зображення - піксела, що дозволяє торії полігону забезпечило експериментальну пеотримати електронну карту метризованих властиревірку способу необхідним емпіричним матеріавостей ґрунту для території, що досліджується. лом. Для цього проведено відбір ґрунтових зразків Отримана в такий спосіб карта просторового з поверхні в межах кожної з градацій (або інтерварозподілу окремого показнику ґрунту надалі розглу градацій) оптичної яскравості на зображенні за лядається як фрагмент безперервного скалярного методом малих вибірок. Відібрані зразки з поверхполя окремого параметру ґрунту, основною харакневого шару ґрунту. Вся система відбору зразків теристикою якого є його мінливість у просторі. Топрив'язано в системі географічних координат за му дослідження структури такого поля дозволяє допомогою приладів GPS. Після проведення анавстановити характер мінливості ознаки залежно літичних досліджень з відібраними в полі зразкавід відстані між точками спостережень (вимірюми, створено масив кількісної інформації, для яковань) та від просторової орієнтації (від азимуту го проведено докладний статистичний аналіз. спостережень). Відстань, або ж «крок випробуванВибірка поєднала дані по чорноземах зі змісня», і азимут відіграють роль своєрідних полярних том гумусу від 0,8 до 6,2 % і фізичної глини від координат, за допомогою яких можна описати не12,9 до 67,2 %. З огляду на високий, кореляційний однорідність поля в просторі, в той час коли стузв'язок між цими генетично обумовленими показпінь анізотропності поля за різними напрямами є її никами ґрунтів і проаналізувавши аналітичну погкількісною оцінкою. Зазвичай, для дослідження рішність методів їхнього визначення в ході дослімінливості поля залежно від просторової орієнтації джень, зроблено висновок про приоритетне проводять вимірювання неоднорідності в різних використання вмісту фізичної глини (розмах варінапрямках. В якості міри неоднорідності є звичайювання - 55%) як основного фактора неодноріднона дисперсія або коефіцієнт варіації дослідженого сті ґрунтового покриву. показнику ґрунту. Сучасною технологічною осноПошук аналітичного виразу, який описує взаєвою для аналізу та обробки скалярних полів будь мозв'язок вмісту фракцій фізичної глини гранулояких параметрів ґрунтів є ГІС. метричного складу та оптичної яскравості зобраДля цього на отриманій електронній карті обиження здійснювали методом вибору рають точку полігону, від якої прокладено лінійні апроксимуючої функції. Найбільш близьким для профілі або трансекти за азимутами: 0°, 45°, 90°, проведення аналізу структури ґрунтового покриву 135°, тощо. Для кожного з отриманих трансектів в обрано рівняння поліному другого ступеня. автоматичному режимі отримують основні статисЗ використанням регіональних математичних тичні дані, які дозволяють розрахувати кількісний моделей за допомогою ГІС розраховуються абсопоказник анізотропності території "ключового" полютні значення ґрунтових параметрів для кожного лігону за окремою метризованою властивістю груелементу зображення - піксела, що дозволяє нту. отримати цифрову карту метризованих властивосПриклад здійснення способу. тей ґрунту для дослідної території. На Фіг. відоЕкспериментальна перевірка запропонованим бражено фрагмент електронної карти вмісту фраспособом проведена на даних архівної багатоспекцій фізичної глини гранулометричного складу ктральної зйомки космічного апарату SPOT, що ґрунтів зі схемою розміщення профілів, які викорипроведено з роздільною здатністю до 20 м теритостано для оцінки анізотропності полігону. рії Донецької області. Отримана в такий спосіб карта просторового Для географічної прив'язки знімка використана розподілу окремого показнику ґрунту надалі розгтопографічна карта масштабу 1:10 000, де визналянута нами як фрагмент безперервного скалярчалися координати опорних (орієнтуючих) точок. ного поля окремого параметру ґрунту, основною Прив'язка знімка вважалася закінченою при встахарактеристикою якого є його неоднорідність у новленні географічних координат мінімум в п'яти просторі. точках знімка (чотири в кутах і одна - в центрі). Для оцінки анізотропії поля вмісту фізичної Проведено основну обробку зображення з виглини для дослідного полігону обрано точку полікористанням комп'ютерних методів перетворення гону, від якої прокладено вісім лінійних профілів цифрових сигналів зображення для підвищення або трансект за азимутами: 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, його контрастності та різкості. 225°, 270°, 315° (Фіг.). Для кожного з отриманих Зроблено детальний статистичний аналіз цитрансектів в автоматичному режимі в ГІС отримафрової інформації синтезованого зображення з но основні статистичні дані. В таблиці 1 наведено метою визначення показників варіації його оптичосновні статистичні показники профілів за вмістом ної яскравості.: її мінімальне і максимальне знафізичної глини гранулометричного складу ґрунту. 7 46528 8 Таблиця 1 Статистичні показники вмісту фізичної глини гранулометричного складу, % № Довжина профілю, в м Азимут 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° 1 2 3 4 5 6 7 8 478,35 768,42 847,18 824,24 369,52 446,89 1199,59 708,20 Середнє значення min/ max 29/39 22/39 13/37 15/36 14/27 22/47 20/54 22/49 Для розрахунку кількісного значення неоднорідності ґрунтового покриву полігону за показником вмісту фракцій фізичної глини гранулометричного складу було розраховано оцінку анізотропності. В таблиці 2 представлено результати розрахунку оцінки анізотропності. Таблиця 2 № Азимут Дисперсія 0° 6 135° 2 4 2 3 180° 2 5 2 4 38,01 225° 2 6 144,89 2 5 30,71 270° 2 7 225° 5 2 2 180° 4 2 3 135° 3 90° 90° 2 2 1 45° 1 2 6 315° 2 8 Оцінка анізотропності (A= 2max/ 2min.) 64,12 1,05 67,25 51,12 1,35 38,01 67,25 2,19 30,71 3,81 2,89 88,67 144,89 1,38 105,44 Дисперсія Середнє квадратичне відхилення 34,7 27,8 20,9 27,1 17,1 35,5 43,0 39,9 64,12 51,12 67,25 38,01 30,71 144,89 88,67 105,44 8,00 7,15 8,20 6,17 5,54 12,04 9,41 10,27 Аналіз розрахункових значень анізотропності дозволив визначити, що досліджений полігон є анізотропним за вмістом гранулометричних фракцій фізичної глини та те, що основним просторовим напрямком найбільшої варіації є лінія південно - південний схід (Пд.-ПдСх) північнопівнічний захід (Пн -ПнЗх). Одержані в процесі кількісної оцінки неоднорідності ґрунтового покриву полігону дані, а саме узагальнені файли статистичної та обліководовідкової інформації про гранулометричний склад ґрунту та показники оптичної яскравості його поверхневого шару, математичні вирази, які описують їх зв'язок, а також встановлені характеристики просторового розподілу ознаки можна використовувати в процесі екстраполяції результатів для прилеглих до полігону територій, які зображені на даному космічному знімку та мають подібні умови стану поверхні ґрунту та значення показників оптичної яскравості зображення. Це дозволяє значно зменшити об'єми трудомістких та коштовних польовихробіт під час дослідження структури ґрунтового покриву в даному регіоні. Визначення основного просторового напряму мінливості показнику ґрунтового покриву дослідженої території слід використовувати в процесі розробки схеми маршрутів та відбору зразків в ході великомасштабного польового обстеження ґрунтів, для прогнозного розрахунку врожайності сільськогосподарських культур та проведення агрохімічних, меліоративних та грунтоохоронних заходів. 9 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 46528 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601