Использование данных дистанционного зондирования Земли из космоса для выделения морфокомплексов юга Западной Сибири

Проведение радарной съемки Земли из космоса позволило получить цифровые модели рельефа (ЦМР) среднего пространственного разрешения, что создало предпосылки для геоморфологического районирования обширных территорий, а также для картографирования форм и типов рельефа на основе автоматической обработки этих данных дистанционного зондирования (ДДЗ). Однако, в практике геоморфологических работ научно-исследовательского и производственного профиля до сих пор доминируют методики использования ЦМР (SRTM, ASTER GDEM) в качестве подложек, по которым осуществляется ручная оцифровка геоморфологических выделов. Субъективность и технологическая отсталость такого подхода очевидна. Вместе с тем, параллельно развиваются ГИС-методики анализа ЦМР и компьютерного моделирования, успешно применяемые для картографирования форм рельефа. Тем не менее, ощущается необходимость в простых тиражируемых ГИС-технологиях выделения морфокомплексов (комплексов рельефа) на основе морфометрического анализа ЦМР.
Комплексная методика выделения морфокомплексов разработана в Новосибирском ГИС-центре [1] и апробирована на примере межгорных котловин Горного Алтая [2] и ключевых районов Предалтайской равнины [3]. В предлагаемой работе этот подход расширен на территорию юга Западно-Сибирской равнины. Данная территория разнообразна по формам рельефа и их типовым сочетаниям, а следовательно является полигоном подходящим для апробирования методов регионального геоморфологического картографирования. В основу развиваемого подхода положено комплексирование методик управляемых классификаций, реализованных в системах обработки цифровых изображений (таких как ENVI, ERDAS) для мультиспектральных космоснимков c методиками сеточного анализа, в частности реализованными в ArcGIS. Если в растровыхГИС при распознавании ландшафтов, природно-территориальных комплексов, геологических и других объектов используются яркостные характеристики каналов мультиспектральных космических снимков, то предлагаемый подход картографирования комплексов рельефа основывается на использовании морфометрических показателей, которые позволяют сравнивать типы и формы рельефа на количественной основе.
Методика работ может быть представлена в виде следующей технологической последовательности. Сначала анализируется каждый морфометрический показатель, после чего строится ветвящаяся схема дихотомического разбиения рельефа на отдельные типы. Для каждой точки ветвления подбираются наиболее эффективные морфометрические показатели или их сочетания. Морфометрические показатели нормируются на максимумы и конвертируются в формат TIF. Затем изображения подгружаются в виде каналов в программный пакет ENVI для дальнейшей классификации с обучением на эталонных участках. Для повышения точности, по выделенным участкам строятся маски — области внутри которых будет проводиться классификации. На каждом последующем шаге уменьшается пространство распознавания и количество выделяемых объектов. На основе предлагаемой технологии существует два способа выделения типов рельефа. Первый способ состоит в получении сеток усредненных показателей и распознавания по ним генетических комплексов рельефа в виде гомогенных выделов. Второй способ предполагает картографирование гетерогенных выделов рельефа по характерным соотношениям удельных площадей ключевых форм (каждая из которых выделяется по интервалам морфометрических показателей).
Разработанный подход позволил выделить основные морфокомплексы юга Западно-Сибирской равнины и провести ее геоморфологическое районирование. Предлагаемая методика является простой и тиражируемой поскольку в качестве данных нуждается в ЦМР открытого доступа, полученных на основе инферометрической съемки, а в качестве программного обеспечения использует типовые популярные растровые (ENVI) и векторные (ArcGis) ГИС.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта «Структурные и динамические изменения экосистем Южной Сибири и комплексная индикация процессов опустынивания, прогнозные модели и системы мониторинга» подпрограммы «Проблемы опустынивания Центральной Азии» программы РАН № 4.6 »
Литература
1. Зольников И.Д., Лямина В.А., Глушкова Н.В. Основы использования технологий ГИС и ДЗ при решении типовых задач геологии и геоэкологии: Учеб.пособие/ Новсиб. Гос.ун-т. Новосибирск,2011, 94 с.
2. Д.А. Чупина, И.Д. Зольников, В.А. Лямина. ГИС-картографирование морфокомплексов Чуйской котловины на основе морфометрических характеристик// Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. Новосибирск: СНИИГГИМС, 2012. №2. С. 96-103
3. Д.А Чупина, И.Д. Зольников. ГИС-картографирование комплексов рельефа юга Западно-Сибирской равнины на основе управляемых классификаций по морфометрическим характеристикам// Геология в развивающимся мире: сб.науч.тр.(по материалам V науч.-практ. конф.студ., асп. и молодых ученых с междунар.участием): в 2 т. Пермь: Перм.гос.нац.иссл.унт-т., 2012. Т.2., С.169-171.