Космический мониторинг и картирование деградации пастбищ Каргалинского района Актюбинской области на основе индекса SAVI и ГИС-технологий

Министерство сельского хозяйства Республики Казахстан

Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина

Ескендирова С. К.

КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ КАРГАЛИНСКОГО РАЙОНА АКТЮБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

специальность 5В071100- «Геодезия и картография»

Нур - Султан 2019

Министерство сельского хозяйства Республики Казахстан

Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина

Факультет управления земельными ресурсами, архитектуры и дизайна

Кафедра землеустройства и геодезии

«Допущена к защите»

Заведующей кафедрой Толеубекова Ж. З.

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

На тему: «КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ КАРГАЛИНСКОГО РАЙОНА АКТЮБИНСКОЙ ОБЛАСТИ»

по специальности 5В071100- «Геодезия и картография»

Выполнила Ескендирова С. К.

Научный руководитель Бабкенова Л. Т.

Нур - Султан 2019

РЕФЕРАТ

Работа стр., ч., рис., табл., источников

КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ КАРГАЛИНСКОГО РАЙОНА АКТЮБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Работа посвящена космическому мониторингу Каргалинского района с последующим высчитыванием индекса растительности SAVI, деградации пастбищ.

Целью дипломной работы является получение электронной карты деградации пастбищ Каргалинского района, где будут изображены земли с итоговыми расчетами.

Практическая значимость выпускной квалификационной (дипломной) работы состоит в возможности непосредственного использования результатов работы Дистанционном зондировании Земли (ДЗЗ) .

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ
2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Общее положение портала EOS
2. Работа с геоинформационным программным обеспечением Arc GIS 10. 4. 1
3. Обработка первичных цифровых данных в геоинформационном программном обеспечении ArcMap 10. 4. 1
4. Работа с электронными таблицами в программном обеспечении Excel

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ КАРТЫ

5. Получение снимков с электронного портала EOS
6. Обработка полученных снимков в программном обеспечении ArcMap 10. 4. 1
7. Выделение контрольных точек для наземных работ
8. Анализ полученных данных в программном обеспечении ArcMap 10. 4. 1
9. Классификация по урожайности
10. Создание итоговой электронной карты

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

https://werr. ru/diplom1/economik. php

5. ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

https://www. ilo. org/wcmsp5/groups/public/---europe/---ro-geneva/---sro-moscow/documents/genericdocument/wcms_306180. pdf

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
8. ПРИЛОЖЕНИЯ

1. ВВЕДЕНИЕ

Последние исследования показывают, что ежегодные потери, связанные с деградацией земель и нерациональным землепользованием в Центральной Азии составили около 6 миллиардов долларов. По данным доклада Программы развития ООН “Стратегические меры по борьбе с опустыниванием в Республике Казахстан до 2025 года”, общие ежегодные экономические потери из-за деградации земель в Казахстане могут составлять 93 миллиарда тенге, правда, отмечают его составители, цифра требует более тщательного анализа и уточнения.

В Казахстане деградации в той или иной степени подвержено до 70 процентов земель, пригодных для ведения сельского хозяйства, отсюда сокращение продуктивности животноводства и растениеводства. Среди причин, влияющих на процесс деградации, человеческий фактор называют едва ли не главенствующим. Мелкие собственники скота, не имея финансовых и материальных средств, круглогодично пасут скот буквально под окнами своих домов. При этом общее количество скота сельчан может многократно превышать количество необходимого на пастбище корма. Такая привычка уже дорого обошлась Казахстану - мы продолжаем терять продуктивность земель, а, следовательно, и экономическую и экологическую стабильность. Считается, что с увеличением расстояния выпаса уровень деградации снижается. Процессу деградации земель в Казахстане активно способствует неправильный выпас скота. Поэтому, следует восстановить систему мобильного выпаса с использованием сезонных пастбищ.

- Международные организации говорят, если мы сейчас не прекратим бессистемный выпас скота, то потом будет поздо. Деградация продолжается и связана с такими видами деятельности человека, как перевыпас скота, плохая ирригация (искусственное орошение безводных земель), обезлесение, нерациональное использование воды. Территория Казахстана почти целиком располагается в пустынной и полупустынной зонах, поэтому земли очень уязвимы.

Вклад индивидуальных скотовладельцев в процесс деградации пастбищных земель очень большой. Когда скот раздали мелким собственникам, они стали пасти его на приаульных пастбищах, что довело эти земли до опустынивания. Происходящее изменение климата усиливает деградационные процессы!

Сегодня эксперты сходятся во мнении, что для спасения ситуации необходимо повсеместно возрождать сезонное использование отдаленных пастбищ, различные формы кооперации .

Актуальность темы использования ГИС-технологий обусловлена важностью в сфере земельных отношений, так как ГИС-технологии применяют для комплексного изучения природно-экономического потенциала крупных регионов, инвентаризации природных ресурсов, проектирования природных магистралей, обеспечения безопасности человека и т. д. Спектр использования ГИС-технологий очень велик и, перечислять все аспекты, которые он затрагивает, можно очень долго.

Целью дипломной работы являются исследование и анализ ГИС-технологий в сфере картографии. Целью дипломной работы является получение готовой карты Каргалинского района, где будут изображены деградированные земли (пастбища) .

Задачи:

-углубить теоретические и практические знания

-скачать снимки данной местности

-произвести обработку снимков в программе ArcMap 10. 4. 1

-высчитать индекс растительности SAVI

-обработать числовые данные SAVI

-выехать непосредственно на местность для проверки первичных данных

-произвести проверку полевых данных

-выдать готовую карту

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Космическая геодезия - раздел геодезии, в котором изучаются методы определения взаимного положения точек на земной поверхности, размеров и фигуры Земли, параметров ее гравитационного поля на основе наблюдений солнечных затмений и покрытий звезд Луной, а также наблюдений искусственных спутников Земли и аэростатов (баллонов) с импульсными источниками света, поднимаемых на высоту 20-30 км.

Космическая геодезия рассматривает теорию и методы решения научных и практических задач на земной поверхности по наблюдениям небесных тел (Луна, Солнце, ИСЗ) и по наблюдениям Земли из космоса.

Космическая геодезия включает в себя глобальные навигационные системы, являющиеся основой применяемых в настоящее время координатных систем, и системы космического дистанционного зондирования многоцелевого назначения, используемые для мониторинга поверхности Земли.

Одним из основных методов решения геометрических задач К. г. является одновременное (синхронное) наблюдение космического объекта (Луны, ИСЗ) из нескольких пунктов на земной поверхности. Если в некоторой системе координат, связанной с Землёй, известны положения двух (или более) из числа этих пунктов, то путём математического решения пространственных треугольников с одной из вершин в точке нахождения космического объекта можно вычислить положения также и др. пунктов, из которых проводились наблюдения. Такой метод установления геодезической связи между пунктами на земной поверхности называется космической (спутниковой) триангуляцией. В случае одновременных позиционных и дальномерных (выполняемых с помощью радиотехнических средств или спутниковыми лазерными дальномерами) наблюдений ИСЗ геодезические связи могут быть осуществлены и при одном пункте с известным положением методом геодезического векторного хода. В описанных методах К. г. космический объект лишь обозначает точку, фиксированную в пространстве в некоторый момент времени. К орбитальным методам К. г. относят способы установления геодезической связи между пунктами, предусматривающие определение положения ИСЗ в пространстве с помощью законов его движения в гравитационном поле Земли; применение этого метода освобождает от необходимости проведения наблюдений во всех пунктах в один и тот же момент времени.

К динамическим задачам К. г. относят определение параметров гравитационного поля Земли путём исследования изменений некоторых элементов орбит ИСЗ, вычисляемых по результатам систематических позиционных и дальномерных наблюдений ИСЗ.

Космический мониторинг - это система регулярных наблюдений и контроля состояния территории, анализа происходящих на ней процессов и своевременного выявления тенденций, имеющих место изменений средствами космического базирования.

Методы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), существующие в настоящее время, позволяют проводить контроль только объектов, различающихся между собой по спектральной отражательной способности хотя бы в одном диапазоне длин волн и имеющих размеры, сравнимые с пространственным разрешением съемочной аппаратуры. На космических снимках, которые получаются в оперативном режиме, наблюдаются следующие объекты: лесные массивы и пожары, сельскохозяйственные угодья с посевами, пастбища, открытые поверхности почвы, населенные пункты и промышленные зоны, дороги, водоемы, снежный и ледовый покров, облачный покров. Методы ДЗЗ позволяют оперативно проводить анализ изменений, происходящих с перечисленными объектами во времени и пространстве, выявлять катастрофические изменения, происходящие с этими объектами в результате аварий, катастрофи стихийных бедствий, решать задачи в разных областях народного хозяйства на основе этой информации. Следует отметить, что методами космического мониторинга невозможно регистрировать техногенные аварии и катастрофы, если они не влекут за собой площадные загрязнения или не сопровождаются сильным пожаром.

Геоинформационная система (географическая информационная система, ГИС) - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информации о необходимых объектах.

Индекс растительности SAVI используется по всему миру для мониторинга засухи, мониторинга и прогнозирования сельскохозяйственного производства, помощи в прогнозировании опасных зон пожаров и картографировании наступления пустыни. SAVI предпочтительнее для глобального мониторинга растительности, так как помогает компенсировать изменение условий освещения, уклон поверхности и другие факторы.

ArcMap представляет географическую информацию как набор слоёв и прочих элементов в виде карты. В ArcMap есть два способа работы с картой: вид данных и вид компоновки.

Вид данных используется, когда вы хотите просмотреть карту и поработать с географической информацией, как с серией слоев. Вид компоновки представляет собой страницу, на которой размещены элементы карты (фреймы данных, масштабная линейка, заголовок и т. п. ), подготовленную для печати и публикации.

Когда вы сохраняете созданную в ArcMap карту, она сохраняется как файл на диске. Это документ карты, имеющий расширение (. mxd) . Для того, чтобы его открыть, нужно дважды щелкнуть на нем. Это запустит сеанс работы ArcMap для данного файла . mxd.

Документы карты содержат свойства отображения географической информации, с которой вы работаете на карте - свойства и определения слоёв вашей карты, фреймов данных и компоновок карты для печати - плюс любые дополнительные настройки и макросы, которые вы добавите на карту.

ArcMap отображает содержимое карты одним из двух способов:

• Вид данных
• Вид компоновки

Каждый вид позволяет просматривать и работать с картой определенным способом.

В виде данных ArcMap карта - это фрейм данных. Активный фрейм данных представлен как географическое окно, в котором отображаются и используются слои карты. В пределах фрейма данных вы работаете с ГИС информацией, представленной с помощью слоёв карты, использующих географические координаты (т. е. реального мира) . Обычно это такие измерения на местности, как футы, метры или измерения широты-долготы (например, десятичные градусы) . Данный вид скрывает все элементы компоновки карты - заголовки, стрелки севера и масштабные линейки, а сами данные рассматривать лишь на одном фрейме данных, например, для анализа и редактирования.

Рис. 1 Вид данных

При подготовке компоновки карты, вы переходите в вид компоновки. Компоновка карты - это набор элементов (фреймы данных, заголовок, масштабная линейка, легенда и т. п. ), размещенные на странице. Она используется для подготовки карт к печати или экспорту в другие форматы, например, Adobe PDF.

Рис. 2 Вид компоновки

Вид компоновки позволяет разрабатывать и создавать карты для последующей распечатки, экспорта и публикации. Вы можете управлять элементами карты в пределах пространства страницы (обычно в дюймах или сантиметрах), добавлять элементы карты и просматривать, как будет выглядеть карта, перед печатью. Обычно элементы карты - это фреймы данных со слоями, масштабные линейки, стрелки севера, легенды, заголовки, текст и прочие графические элементы.

Во фрейме данных вы отображаете наборы географических данных как слои, где каждый слой представляет определенный набор данных, наложенный на карту. Слои карты помогают представлять информацию как:

• Классы дискретных объектов (наборы точек, линий и полигонов)
• Таких непрерывных поверхностей, как рельеф, который можно представить разными способами - например, в виде набора контурных линий и точек с высотами, либо как рельеф с отмывкой.
• Аэрофотоснимков или космических снимков, покрывающих экстент карты;

Примеры слоёв: озёра, дороги, административные границы, земельные участки, контуры зданий, линии электропередач, ортофотоизображения и т. д.

Рис. 3 Слои карты

Помимо представления географической информации, символы, цвета и надписи каждого слоя помогают описать находящиеся на карте объекты. При работе с отображенными во фрейме данных слоями вы делаете запросы к пространственным объектам, просматриваете атрибуты, осуществляете операции анализа, редактируете и добавляете новые пространственные объекты в наборы данных.

Сами слои не хранят географических данных. Вместо этого они ссылаются на набор данных, например, класс объектов, снимок, грид и т. п. Такие ссылки на данные позволяют слоям на карте автоматически отображать наиболее свежую информацию вашей базы данных ГИС.

Для каждого слоя карты в ArcMap необходимо указать свойства, например, условные обозначения, правила надписывания и т. д. Для этого необходимо щелкнуть правой кнопкой слой в таблице содержания и выбрать Свойства (Properties) или просто щелкнуть дважды имя слоя.

В таблице содержания перечислены все слои карты и показано, какие объекты представлены в каждом слое. Окошко для отметки рядом с каждым слоем показывает, отображается ли слой (галочка стоит) или нет. Порядок слоев в таблице содержания определяет порядок прорисовки во фрейме данных от нижнего к верхнему.

Таблица содержания помогает управлять порядком отображения слоев на карте и назначением условных знаков, а также применением свойств отображения и др. для каждого слоя карты.

У карты может быть подложка, например снимок, отмывка рельефа или изолинии; их, как правило, помещают вниз. Далее идут полигональные объекты, над ними - линии и точки, а выше всех располагаются аннотации и другая важная информация.

Компоновка страницы - это размещение элементов карты и их дизайн на странице для печати или цифрового отображения. Это один из основных способов просмотра при работе в ArcMap, необходимый для печати или для экспорта и обмена с помощью PDF.

Примеры элементов карты включают заголовок, легенду, стрелку севера, масштабную линейку и фреймы данных.

Рис. 5 Компоновка страницы

На карте у вас может быть несколько фреймов данных. Это удобно, если на вашей странице открыто несколько окон в компоновке (например, локатор, индексная карта и т. п. ) .

Когда вы сохраняете созданную в ArcMap карту, она сохраняется как файл на диске. Расширение имени файла (. mxd) автоматически приписывается к имени документа. В дальнейшем вы можете работать с имеющимся документом . mxd, если дважды щёлкнете на нем, чтобы открыть. Это запустит сеанс работы ArcMap для данного файла . mxd.

В ArcMap, ArcGlobe и ArcScene имеется окно Каталог (Catalog) , которое используется для организации географической информации различного характера и управления ею как логическими наборами, например, данными, картами, результатами обработки ГИС-проектов, с которыми вы имеете дело в ArcGIS.

В окне Каталога (Catalog) папки с файлами и базы геоданных отображаются в виде дерева. Папки с файлами служат для размещения ваших документов и файлов ArcGIS. Базы геоданных служат для организации и размещения ваших наборов данных ГИС.

Рис. 6 Каталог

Одной из ключевых рабочих областей в ArcMap является домашняя папка (папка Home) каждого документа карты, которая является местом для хранения вашего документа карты. Папка Home используется по умолчанию в ArcMap для сохранения результатов, новых наборов данных и для подключения к информации в файловой структуре.

Рис. 7 Папка Home

Каждый документ карты имеет базу геоданных по умолчанию, которая является домашним местоположением для пространственного контента вашей карты. Это местоположение используется для добавления наборов данных и для сохранения конечных наборов данных, полученных в результате различных операций по редактированию и геообработке.

В ArcGIS реализована возможность поиска среди ГИС-составляющих (например, данных или операций геообработки) и быстрого добавления результатов в рабочий процесс.

Индекс растительности с коррекцией по почве (Soil-Adjusted Vegetation Index, SAVI) - это индекс растительности, который пытается минимизировать влияние яркости почвы с помощью коэффициента коррекции яркости почвы. Он часто используется в пустынных областях, где растительное покрытие незначительно.

SAVI = ((NIR - Red) / (NIR + Red + L) ) x (1 + L) (1)

• NIR - значения пикселов из ближнего инфракрасного канала
• Red - значения пикселов из ближнего красного канала
• L - значение покрытия зеленой растительности

NIR и Red обозначают каналы, связанные с длиной соответственно ближних инфракрасных и красных волн. Значение L варьируется в зависимости от величины зеленого растительного покрытия. Обычно в областях без зеленого растительного покрытия L=1; в областях с умеренным зеленым растительным покрытием L=0, 5; а в областях с очень густым растительным покрытием L=0 (что эквивалентно методу NDVI) . Этот индекс выводит значения между -1, 0 и 1, 0.

Каргалинский район (каз. Қарғалы ауданы ) - территориальная единица в Актюбинской области Казахстана. Административный центр района - село Бадамша.

Район расположен н севере области. Граничит с Хромтауским и Мартукским районами, с территорией городской администрации Актобе, а так же Оренбургской областью России.

Климат резко континентальный. Средние температуры января - −15-17°С, июля - от 21-23°С. Среднегодовое количество осадков - 250-300 мм.

Крайнюю северную часть района занимают южные отроги Уральских гор с абсолютными высотами 350-400 м, местами покрытые тополино-берёзовыми колками. Бо́льшая южная части района - холмистая степь с отрогами Мугоджарских гор, изрезанная обрывами и оврагами, с высотами 250-320 5-м, и с наивысшей точкой в 478 м.

Через северную часть района протекает река Урал, по тальвегу которой проходит государственная граница Казахстана с Россией. По руслу реки Каргалы расположено Каргалинское водохранилище - крупнейший в области искусственный водоём.

Разрабатываются никель-кобальтовые месторождения (Кемпирсайская группа), добывается бурый уголь (Мамытский угольный разрез) .

История

---

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.

• Информатика
• Банковское дело
• Оценка бизнеса
• Бухгалтерское дело
• Валеология
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Религия
• Общая история
• Журналистика
• Таможенное дело
• История Казахстана
• Финансы
• Законодательство и Право, Криминалистика
• Маркетинг
• Культурология
• Медицина
• Менеджмент
• Нефть, Газ
• Искуство, музыка
• Педагогика
• Психология
• Страхование
• Налоги
• Политология
• Сертификация, стандартизация
• Социология, Демография
• Статистика
• Туризм
• Физика
• Философия
• Химия
• Делопроизводсто
• Экология, Охрана природы, Природопользование
• Экономика
• Литература
• Биология
• Мясо, молочно, вино-водочные продукты
• Земельный кадастр, Недвижимость
• Математика, Геометрия
• Государственное управление
• Архивное дело
• Полиграфия
• Горное дело
• Языковедение, Филология
• Исторические личности
• Автоматизация, Техника
• Экономическая география
• Международные отношения
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда