Спецможливості
Техніка та обладнання

Модель рельєфу — з борту безпілотника

07.02.2014
456
Модель рельєфу — з борту безпілотника фото, ілюстрація

Створення цифрової моделі рельєфу проводять під час оновлення грунтових карт. Вона також потрібна для вирішення цілої низки прикладних сільськогосподарських та екологічних завдань. Для прогнозування розвитку підтоплень, розподілення рівня вологи на полях, оцінювання змін у стані ландшафту під впливом антропогенної діяльності тощо.

Створення цифрової моделі рельєфу проводять під час оновлення грунтових карт. Вона також потрібна для вирішення цілої низки прикладних сільськогосподарських та екологічних завдань. Для прогнозування розвитку підтоплень, розподілення рівня вологи на полях, оцінювання змін у стані ландшафту під впливом антропогенної діяльності тощо.

М. Солоха, ст. наук. співробітник, канд. геогр. наук,
Національний науковий центр «Інститут грунтознавства та агрохімії
імені О. Н. Соколовського»

За результатами побудови цифрової моделі рельєфу (ЦМР) засобами ГІС розраховують оцінкові показники картосхем ухилів та експозицій для картування розвитку ерозійної діяльності та екологічно виважених рішень щодо розбивання садів та чагарників на схилах.
   ЦМР створюють переважно на основі космічних знімків високої роздільної здатності. Отримати такі знімки в Україні можливо тільки з архівних закордонних баз даних знімків або за гроші
(до 2 у. о. за км2).
Створенню ЦМР передують картографічні камеральні роботи. На жаль, створення достовірних ЦМР можливе тільки завдяки сучасній інформації щодо стану досліджуваного об’єкта. Тому це питання поступово набуває актуальності. Додамо, що подібні ЦМР слід використовувати під час запланованого оновлення грунтових картосхем на території всієї України. Аграріїв можуть задовольнити тільки ЦМР із високою роздільною здатністю (до декількох метрів), саме в цьому разі можна проводити технічні заходи із підвищення врожайності на полі, за гіршої якості зйомки ЦМР не несуть потрібної інформації сільгоспвиробникам, а отже, їхнє застосування недоцільне.
   На основі наших практичних досліджень ми виявили, що рослинність дуже швидко реагує на місце (рельєф), на якому вона зростає. Навіть мікропониження (або мікропідвищення) впливають на ріст рослин, накопичення добрив, наявність/відсутність вологи. Нижче на знімках показано такі випадки (фото 1, 2).
На фото ми бачимо, що одна й та сама ділянка на полі у різний час має різне забарвлення. У квітні рослини озимої пшениці у місці мікропониження відставали у рості та недоотримали азоту (підтверджено даними наземного спостереження за допомогою N-тестера SPAD-500), бо в цьому місці сталося вимокання пшениці. Уже на початку червня після зменшення кількості опадів рослини у цьому місці пониження рельєфу наздогнали в рості пшеницю на полі, і загальна картина посіву вирівнялась.
   Наведений приклад — не рідкість, такі факти зустрічаються загалом по всій території України (фото 3, 4). Але такого роду мікропониження хоча і є негативними факторами, що впливають на ведення сільськогосподарського виробництва (зниження ефективної площі посіву, зменшення врожайності), та все ж за рівнем шкідливого впливу не можуть бути прирівняні до понижень з ухилами понад 3–5 градусів.
Такі пониження на с.-г. полях призводять іноді до непередбачуваних наслідків, наприклад, до змивання рослин та внаслідок цього — до акумуляції рослинного матеріалу або в кінці поля, або десь за його межами (фото 5).
   Тому зростає актуальність побудов таких моделей, схем і картограм для агрономів, щоб вони, своєю чергою, могли скорегувати площі посівів, уникнули марної витрати своїх грошей на ПММ, добрива тощо.
У межах цієї статті ми покажемо відносно дешевий спосіб побудови ЦМР на базі аерофотозйомки з ДПЛА (дистанційно керованого літального апарата). Алгоритм побудови ЦМР такий: а) проведення аерофотозйомки місцевості; б) обробка отриманого матеріалу (видалення дисторсій знімків, приведення до єдиної картографічної проекції та побудова ортофотоплану); в) побудова ЦМР.
   Створення ортофотоплану починається із деталізованої зйомки досліджуваної території. Для отримання високодеталізованої ЦМР треба зробити зйомку із різних кутів та напрямків. Тільки в такому разі можна побачити всі пониження на полі.
Будь-яка аерофотозйомка має свої завдання, що обумовлює саму специфіку й особливості знімального процесу. Так, для визначення мікрорельєфу на полі зйомку ведуть переміщенням сенсора (аерофотоапарата) площею: починати треба із центра поля, поступово переходити в інші місця, переміщуючи сенсор спіралеподібно, водночас то підвищуючи, то понижуючи його. Якщо це зйомка для визначення рівня азотного підживлення рослин, то сенсор потрібно переміщувати іншим чином: вісь знімального сенсора коливається від 0 до 2 градусів — це потрібно, щоб отримати планові знімки всієї площі поля. Усі зображення, які отримано під час зйомки, треба оглянути на предмет дотримання напрямку вісі знімання сенсора (аерофотоапарата), і якщо ця вісь відхилена на понад 10 градусів, то такий знімок треба відкинути. Бо в цьому разі частина небосхилу на знімку, яку «захопив» сенсор, спотворює математичну модель, призначену для побудови ортофотоплану, а саме модель Брауна.
   Обрані аерофотознімки формують у блок (серію знімків), якщо їх дуже багато (понад 300), тоді їхню обробку слід виконувати послідовно, блок за блоком, не перевантажуючи ПЕОМ. Зйомку слід проводити, вибравши нормальні метеоумови: помірний  вітер (до 4 м/с), час знімання — від 10.00 до 15.00, ясний, безхмарний день. У разі хмарності для отримання більшої достовірності зйомки треба виконувати знімання одного об’єкта тричі: до надходження хмари, під час її напливання на об’єкт та після зникнення. Всі серії знімків потребують вирівнювання, під час якого кожен знімок трансформується з перспективного у плановий на основі згаданої вище моделі. Потреба у вирівнюванні актуалізується ще й через необхідність видалення аберацій самого об’єктива аерофотоапарата (фото 6).
Після вирівнювання ми отримуємо первісну схему з урахуванням напрямків зйомки аерофотоапарата. Важливо, щоб отримані знімки перетиналися, тобто мали спільні
точки (пікселі) на двох сусідніх знімках (фото 7).
   Коли всі знімки пройшли перевірку за обраними критеріями, їхнє відображення відключають на екрані монітора. Починається процес підтвердження мікропонижень, стічних улоговин на полі. Для цього використовують як візуальний метод, так і напівавтоматичний. Переваги останнього — це можливість швидко виявити всі пониження, що є на досліджуваному полі з «точки зору комп’ютера», а потім оператор у ручному режимі візуально перевіряє, чи правильно провів оцінювання рельєфу комп’ютер. Оператор у такому разі користується аналізом моделі у вигляді тріангуляційного поля або трикутників, які поєднані між собою (фото 8).
Після аналізу тріангуляційного поля оператор чи науковець визначає місця із явно вираженими мікропониженнями рельєфу та стічними улоговинами. У результаті створюється ортофотоплан із визначеними місцями мікропонижень та цифровими оцінковими значеннями цих понижень, які отримують за цією моделлю. Рослинність, на прикладі цього поля, яка росте на полі з одного боку (у даному разі це гречка), закриває його нерівності, з іншого — це такі культури, як пшениця, овес, соняшник, тільки підкреслюють такий стан різницею у кольорі, що добре видно на фото 9.
   Після отримання графічного файла в ГІС-системі, насамперед, проводять географічну прив’язку цього зображення. У нашому разі таку прив’язку здійснювали в координатному датумі WGS84 у картографічному пакеті Mapinfo. Рекомендується в картографічному пакеті прив’язку проводити у вигляді регулярної сітки точок-реперів. У разі унеможливлення такої прив’язки можна робити її у вигляді трикутника, але за умови, що всі точки-репери мають бути не на одній лінії прив’язки.
Після прив’язки у векторній формі наносять ізолінії на наявну растрову підкладку, яку отримано із даних аерофотозйомки. Ізолінії зазвичай наносять у вигляді поліліній, якими окреслюють контури відповідних понижень та підвищень. Векторна карта складається з ізоліній і точок тріангуляції. У базі даних занесено висоту над рівнем моря, у стандартному стовпчику — ID. Тип даних — Integer. Після того, як побудовано векторну карту, розпочинають побудову тривимірної моделі рельєфу, для цього потрібно перетворити всі лінії на крапки (point). Для цього виконують такі дії: заходимо в меню Vertical Mapper, вибираємо позицію Create Grid (створення поверхні) і натискуємо на Poly-to-Point (перетворити полілінії на крапки).
   У результаті перетвореної векторної карти отримують векторний шар із точками, над кожною із яких — значення висоти над рівнем моря. Наступний крок — вибір методу інтерполяції. У нашому разі було вибрано метод інтерполяції — тріангуляція із згладжуванням — як найближчий до моделі рельєфу. Потім обираємо векторний шар крапок для моделювання моделі рельєфу і колонку в базі даних для створення осі Z (висоти над рівнем моря).
У ролі таблиці виступає векторна карта, а параметри висоти подаємо за колонкою ID. Координати Х, У також можна задавати, вони неактивні, оскільки немає колонок із їхніми координатами, у позиції Enter data description можна вводити опис створюваного шару. Необхідним атрибутом є також установка одиниць виміру — User Defined (визначає користувач).
   Подальша операція — створення растрового файла: *.tri. Проводимо вибірку значень під час побудови у растровій карті. Як правило, обирають усереднене значення (Average Value) із бази даних. Також можна вибрати такі варіанти: мінімальне, середнє, максимальне значення, значення медіани, середнє від максимального і мінімальне, суму значень.
Побудоване зображення потрібно розфарбувати за допомогою кнопки Colour. Натисканням цієї кнопки відкриваємо меню вибору інтервалів зафарбовування зображення. У меню Grid Colour Tool (Кольоровий інструмент — «поверхня») потрібно додати на гістограмі рисунок бігунка таким чином, щоб знову доданий бігунок перебував під гістограмою і мав свій відповідний колір. Додавання бігунків — подвійним клацанням лівою клавішею миші по лінії, на якій вони містяться. Кольори можна змінювати за бажанням користувача залежно від мети проекту: це роблять подвійним клацанням лівою клавішею миші на колірній схемі (Colour scheme list).
   Потім отриману ЦМР зберігають у растровому вигляді або трансформують у векторну форму (фото 10). Для того, щоб це зробити, використовують спеціалізовані геоінформаційні пакети, або ГІС-системи.
Ця схема є основою для прийняття управлінських рішень. На її основі власник (господар) приймає рішення про вирівнювання поверхні цього поля або, якщо це неможливо зробити, вносить корективи у роботу своїх агротехнічних засобів задля корекції посівних площ.

Інтерв'ю
Demydov1
В унікальній споруді на території арктичного архіпелагу Свальбард у Норвегії не так давно офіційно відкрито Всесвітнє сховище насіння. Дбаючи про майбутнє планети, людство прагне зберегти генофонд
Георгій Гелетуха, голова правління Біоенергетичної асоціації України
Ідея спалювати в котлах ТЕЦ солому ще в 80-х здалася б смішною. Однак зараз учені бачать не тільки можливість замінити ним, кукурудзяним і соняшним бадиллям дві третини газу, але й доводять, що тепло

1
0