26270

Особенности почвенно-ландшафтного картографирования и формирования агроГИС для проектирования агротехнологий

Практическая работа

Лесное и сельское хозяйство

Сформировать представление о почвенноландшафтном картографировании земель и умение пользоваться агроГИС для проектирования агротехнологий. Ключевые слова: агропроизводственные группировки почв; почвенноландшафтные карты АгроГИС электронные картслои лцифровка GPS Геоморфологическая карта карта СПП карта видов земель базы данных. Разработать карту агроэкологических видов земель в агроГИС на основе материалов почвенноландшафтного картографирования и набора тиматических электронных карт земельного массива фонды кафедры почвоведения...

Русский

2013-08-18

72.5 KB

11 чел.

Учебный модуль 2

Базовое проектирование агротехнологий в ГИС

Модульная единица 2.1.

Практическое занятие. «Особенности почвенно-ландшафтного картографирования и формирования агроГИС для проектирования агротехнологий»

Цели и задачи. Сформировать представление о почвенно-ландшафтном  картографировании земель и умение пользоваться агроГИС для проектирования агротехнологий.

Аннотация. «Рассматриваются треюования к почвенно-ландшафтным картам, процедура формирования агроГИС для проектирования агротехнологий.

Ключевые слова: агропроизводственные группировки почв; почвенно-ландшафтные карты, АгроГИС, электронные карт-слои, лцифровка, GPS, Геоморфологическая карта, карта СПП, карта видов земель, базы данных.

Рассматриваемые вопросы.

1. Требования к почвенно-ландшафтным картам.

2. Формирование АгроГИС

Задание.

Разработать карту агроэкологических видов земель в агроГИС, на основе материалов почвенно-ландшафтного картографирования и набора тиматических электронных карт земельного массива (фонды кафедры почвоведения РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева).

Комментарий

1. Требования к почвенно-ландшафтным картам

Новая система землеоценки значительно отличается от традиционной, практиковавшейся при разработке проектов зональных систем земледелия. Соответственно требуют иного подхода принципы и методика составления картографических материалов. Основой их до настоящего времени служили агропроизводственные группировки почв, которые разрабатывались по материалам крупномасштабных почвенных карт. Существенные их недостатки: крайне слабое отражение структуры почвенного покрова, недостаточное отражение рельефа, литологических и гидрогеологических условий. Практически не учитывались почвенно-ландшафтные связи.

Иерархический принцип выделения земельных категорий (вид, тип, группа земель) и соответствующая иерархия элементов проектирования систем земледелия делают необходимым отражение структуры ландшафта и внутриландшафтных связей. В отличие от агропроизводственных групп – не связанных между собой участков почв, – агроэкологические группы земель представляют собой общности видов земель, пространственно характеризуемые как геосистемы, функционирующие в единой цепи миграции вещества и энергии.

Особую роль в картографировании играют геоморфологические и литологические условия – не только как факторы дифференциации и индикации почвенного покрова, но и как самостоятельные факторы земледелия.

Базовой составляющей картографирования является показ структуры почвенного покрова, т. е. пространственного размещения почв, связанного с литолого-геоморфологическими условиями.

Опыт почвенно-ландшафтного картографирования показывает, что подавляющее большинство почвенных контуров наряду с элементарными почвенными ареалами представлено различными комбинациями (комплексами, пятнистостями, мозаиками, ташетами), среди которых довольно велика доля контрастных (особенно комплексов).

Почвенно-ландшафтные карты должны составляться в масштабе 1 : 10 000 с показом элементарных ареалов агроландшафта и сопровождаться данными по агроэкологической оценке каждого ЭАА. Легенда составляется на базе агроэкологической классификации земель. При составлении почвенно-ландшафтной карты используются: топографическая карта масштаба 1 : 10 000, аэрофотоснимки, материалы почвенных крупномасштабных обследований Росземпроекта, землеустроительные планы, фондовые материалы.

1. Требования к содержанию крупномасштабных почвенно-ландшафтных карт (1 : 10 000) на примере южно-таежно-лесной зоны

Показатель

Требования к отражению

Объект

ЭАА

Минимальный

контур

0,25 га (при меньших размерах – внемасштабные знаки с локализацией в пределах контура) на бумажных картах

Элементы содержания карты

Почвенный

покров

Обозначение почв на уровне разрядов

Число компонентов ЭПС 2…3 (в исключительных случаях 4)

Градации соотношения компонентов почвенного покрова:

среднеконтрастных – до 10 %, 10…25(30) %, 25(30)…50 %;

сильноконтрастных – до 5 %, 5…10 %, 10…25(30) %, 25(30)…50 %

Литология

Характеристика до глубины не менее 2 м

Генетический тип почвообразующих пород

Гранулометрический состав пород

Химические особенности пород (карбонатность, засоленность)

Рельеф

Элемент рельефа

Крутизна склона

Форма водосбора (прямая, рассеивающая, собирающая, волнистая)

Форма профиля (прямая, выпуклая, вогнутая, ступенчатая)

Тип микрорельефа (по происхождению и морфологии)

Гидрогеология

Тип водного питания

Уровень грунтовых вод

Растительность

Вид угодья

Элементы базы данных, не показываемые на карте

Геохимия

Вид элементарного геохимического ландшафта

Геохимические барьеры

Направление миграции

Микроклимат

Относительная теплообеспеченность

Относительное увлажнение

Заморозкоопасность

Скорость снеготаяния

Средняя высота снежного покрова

Ветроударность

Флора

и фауна

Биоценоз

Растительная ассоциация

Проективное покрытие

Бонитет (для лесных насаждений)

Возраст

Виды и численность вредных организмов

Засоренность

Виды и численность полезных организмов

Почвы

Агрохимические показатели

Физические свойства

Литология

Водопроницаемость

Гидрогеология

Локализация верховодки

Динамика верховодки

Глубина капиллярной каймы

Требования к содержанию почвенно-ландшафтных карт показаны в таблице 1.

2. Формирование АгроГИС

Применительно к задачам почвенно-ландшафтного картографирования геоинформационная система (ГИС) представляет собой программно-аппаратный комплекс, основой которого являются цифровые карты с привязанными к ним базами данных.

ГИС состоит из 2 больших блоков: электронные карты с базами данных и средства обеспечения функционирования ГИС. Последние разделяются на аппаратные (компьютеры, локальные сети, мониторы, принтеры, плоттеры, сканеры, GPS-системы и т.п.), программные (программы для построения ГИС – MapInfo, ArcView, ArcInfo, Ergas Imaging и др.) и человеческие (операторы, создающие и поддерживающие ГИС).

Применение ГИС для агроэкологической оценки земель позволяет перевести на новую качественную основу решение этой сложной проблемы, особенно при проектировании интенсивных систем земледелия и агротехнологий, не говоря уже о высоких агротехнологиях и адаптивно-ландшафтных системах земледелия высокой точности. Создание землеоценочной основы для точных систем земледелия практически невозможно без ГИС-технологий.

Важнейшие достоинства ГИС:

  •  легкость обработки больших объемов информации. (ГИС представляет широкие возможности по комбинации, сортировке, выборке данных; легко рассчитываются площади и параметры контуров);
  •  большая наглядность представления информации, достигаемая созданием большого числа тематических карт;
  •  возможность автоматизации процесса создания карт;
  •  легкость внесения изменений, возможность создания систем автоматического внесения изменений в базу данных;
  •  возможность широкого использования информации, поступающей от средств дистанционного зондирования Земли (авиационных и космических);
  •  большая точность карт, особенно при использовании систем глобального позиционирования (GPS);
  •  возможность создания диалоговых справочно-консультативных систем;
  •  удобство хранения, копирования, воспроизводства информации на любых носителях, более высокая надежность хранения информации.

Использование ГИС-технологий при почвенно-ландшафтном картографировании связано прежде всего с оцифровкой картографического материала. Используется несколько методик оцифровки, в зависимости от имеющегося оборудования, программного обеспечения и квалификации персонала. Общей позицией является сканирование топографической основы и присвоение координат получившемуся растровому изображению. Выбор координатной системы зависит от топографической основы. Если на основе имеется координатная сетка, проектирование ведут в координатной системе топографической основы, при использовании GPS-систем применяют значения, полученные с помощью GPS-приемников.

Одновременно сканируется и регистрируется план внутрихозяйственного землеустройства.

Далее создается электронная геоморфологическая карта. Существует несколько вариантов ее создания: оцифровка топографической основы с получением трехмерной цифровой карты рельефа либо оцифровка предварительно изготовленной вручную на бумажной топографической основе карты форм и элементов рельефа. Первый вариант более точен и нагляден, в перспективе он открывает широкие возможности по автоматическому проектированию, однако он, как правило, значительно более трудоемок и предъявляет высокие требования к программно-аппаратному обеспечению и квалификации персонала. Второй вариант менее точен, но значительно проще в исполнении. Оцифровка бумажного оригинала может осуществляться также двумя способами - либо ручной отрисовкой контуров на зарегистрированной топографической основе или зарегистрированной отсканированной карте, либо автоматически с применением векторизаторов, оцифровывающих отсканированную с кальки сетку контуров. Одновременно с картой форм и элементов рельефа оцифровывается полученная в результате проведенного картирования почвенная карта, а также на базе плана внутрихозяйственного землеустройства создаются электронные карты существующих полей севооборота, границ хозяйства, посторонних землепользователей, дорог, лесополос, гидрографической сети и водоемов, сенокосов и пастбищ, производственных площадей.

Результаты этой работы представляются в виде комплекса электронных карт:

  •  мезорельефа (с показом мезоформ рельефа, форм склонов);
  •  крутизны склонов;
  •  экспозиции склонов (теплые, холодные, нейтральные);
  •  микрорельефа (с показом контуров с преобладанием тех или иных форм микрорельефа, имеющих агрономическое значение);
  •  микроклимата;
  •  уровня грунтовых вод, их минерализации и состава;
  •  почвообразующих и подстилающих пород;
  •  микроструктур почвенного покрова;
  •  содержания гумуса в почве;
  •  обеспеченности подвижными формами элементов минерального питания растений и микроэлементами;
  •  значения рН почв;
  •  физических свойств почв;
  •  загрязнения тяжелыми металлами, радионуклидами и другими токсикантами;
  •  эродированности почв, подверженности эрозии и другим видам физической деградации (оползней, селей и др);
  •  переувлажнения и заболоченности почв, в том числе вторичного гидроморфизма, подтопления, мочарообразования и др.
  •  засоленности почв (типов и степени засоления);
  •  солонцеватости почв;
  •  растительного покрова с оценкой состояния естественных кормовых угодий;
  •  лесной растительности с оценкой состояния природных лесов и лесных насаждений;
  •  распределения полезных видов животных, птиц, полезных энтомофагов, оценкой их территориального влияния;
  •  фитосанитарного состояния посевов; и других.

Количество электронных тематических карт-слоев зависит от сложности ландшафтно-экологических условий и уровня интенсификации производства.

Каждая электронная карта имеет базу данных, содержащую соответствующую тематике карты информацию по каждому контуру. Например, база данных электронной карты микроструктур почвенного покрова может содержать следующую информацию: номер контура; индекс почвенной комбинации; полное название почвенной комбинации; соотношение почв в СПП, степень сложности и контрастности, положение в геохимическом ландшафте, геохимические барьеры, агроэкологические параметры почв.

Все электронные карты имеют единую систему координат, привязанную к отсканированной топографической основе масштаба 1:10000.

Путем взаимного наложения тематических электронных карт-слоев формируется комплексная карта агроэкологических групп и видов земель, то есть элементарных ареалов агроландшафта.

Сначала выделяют группы земель по условиям рельефа, накладывая на почвенную карту карту распределения склонов по уклонам; затем накладывают карты переувлажненных и солонцовых земель, выделяя группы по степени переувлажнения и степени развития солонцового процесса. Аналогично могут выделятся группы засоленных, литогенных и других земель. Далее, используя карты эродированных, переувлажненных, солонцеватых земель, карты распределения склонов по формам и экспозициям, карту развития форм микрорельефа, внутри агроэкологической группы выделяют виды земель. К отрисованной карте агроэкологических групп и видов земель привязывается база данных.

Эта карта сопровождается пояснительной запиской, в которой помимо разъяснительных комментариев, дается анализ современного использования земель и экологических последствий. При этом особое внимание уделяется идентификации очагов деградации: оврагообразования, дегрессии пастбищ, различных проявлений вторичного гидроморфизма и засоления почв, оползней, карстов, селей, загрязнения токсичными веществами, отходами производства и быта, промышленного нарушения почвенного покрова и т.д. Дается оценка состояния гидрографической сети, хозяйственных водоемов, заиления рек и озер, загрязнения поверхностных и грунтовых вод, характеристика поверхностного и грунтового стока. Эта оценка сопровождается анализом причин деградации и загрязнения ландшафтов, влияния хозяйственного использования земель на состояние водных источников. Указываются источники загрязнения земель и вод. Анализируют влияние осушительных и оросительных мелиораций на состояние мелиорируемых земель и смежных ландшафтов. Дается характеристика лесистости, состояния лесных насаждений, их влияния на посевы с точки зрения микроклимата, фитосанитарных условий, урожайности в связи с различным их состоянием. Дается анализ состояния естественных кормовых угодий в связи с их использованием. Характеризуются переложные, залежные участки земель, выявляется состояние водоохранных зон, прибрежных полос.

Карта агроэкологических групп и видов земель с базой данных и пояснительной запиской является основным заключительным документом изыскательских работ. В ней содержится вся необходимая информация для принятия проектных решений по размещению сельскохозяйственных культур, дифференциации технологий их возделывания при различных уровнях интенсификации производства, оптимальной организации территории с учетом ландшафтных связей, то есть формирования систем земледелия. Эта информация необходима и достаточна также для проектирования животноводства, решения социально-экологических задач, то есть для разработки проекта внутрихозяйственного землеустройства (проекта сельскохозяйственного производства).

Применение ГИС-технологий для агроэкологической оценки земель и почвенно-ландшафтного картографирования требует соответствующего базового и аппаратного обеспечения. Из существующего разнообразия программного обеспечения ГИС выделяются 2 пакета, имеющие наиболее широкое распространение как в России, так и в мире. Это пакеты Arclnfo ( и его сильно облегченная версия Arc View) и Maplnfo. В настоящее время представляется более предпочтительным использование программы Maplnfo, отличающейся большими возможностями по созданию различных ГИС, относительно невысокой стоимостью, удачной русификацией, совместимостью с другими распространенными программами ГИС и всеми распространенными версиями операционной системы Windows, широкой поддержкой и частым выходом новых версий. Необходимо отметить, что в России Maplnfo во многом стала стандартом "де-факто" в области создания ГИС.

Кроме программы ГИС, необходима соответствующая операционная система (MS Windows 2000/XP Pro или другими), офисный пакет (как правило, MS Office), графический редактор (как правило, Adobe Photoshop), программа для записи дисков и антивирус. Значительно облегчают работу по оцифровке карт программы-векторизаторы (например, Easy Trace).

Контрольные вопросы

1. В чем заключаются требования к землеоценочной основе для проектирования агротехнологий различных уровней интенсификации?

2. В чем недостатки традиционных агропроизводственных группировок почв в качестве современной землеоценочной основы?

3. Какое значение имеет отражение почвенно-ландшафтных связей в АгроГИС?

4. Какова структура АгроГИС?

5. Охарактеризуйте базовые электронные карты АгроГИС.

6. Как выделяются агроэкологические виды, типы и группы земель в АгроГИС?

7. Какие агроэкологические показатели включает база данных для агроэкологических видов земель?

8. Программное обеспечение АгроГИС.

9. Агрогеоинформационное обеспечение почвенно-ландшафтного картографирования и построения АгроГИС.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20917. Исследование электрических гиромоторов 327 KB
  Совокупность ротора электропривода роторных опор называемых главными опорами гироскопа и элементов крепящих двигатель на раме гироскопа представляет собой гиромотор гиродвигатель. Кинетический момент равен произведению момента инерции ротора J на угловую скорость его вращения 2: H=J2 . Для получения максимально возможного момента инерции ротора в заданных габаритах гиромоторы выполняются по обращенной схеме. В отличие от обычного двигателя статор гиромотора размещается внутри охватывающего его ротора.
20918. Классификаторы, коды и технология их применения 117 KB
  Контрольное число контрольная цифра разновидность контрольной суммы добавляется обычно в конец длинных номеров с целью первичной проверки их правильности. Контрольное число чаще всего это либо последняя цифра суммы всех чисел номера либо результат другой математической операции над цифрами. Вычисляется контрольное число A как остаток от деления контрольной суммы на 11 3. Если контрольное число A больше 9 то результирующее контрольное число A вычисляется как остаток от деления A на 10 4.
20919. Организационно-экономическая сущность задачи 2.16 MB
  Для этого рассмотрим: внешние и внутренние связи подразделения для которого создается АИС; информационная взаимосвязь входной и выходной информации; способы отправки и доставки информации. Информационная взаимосвязь подразделений данного экономического объекта позволяет определить состав взаимосвязанных подразделений объекта и место подразделения для функционирования которого необходимо решение данной задачи. Пример отражения информационной взаимосвязи подразделений супермаркета и выделение конкретного подразделения в частности отдела...
20920. ДОСЛІДЖЕННЯ СХЕМ ПОРІВНЯННЯ НАПРУГ 452 KB
  На панелі Джерела натиснути відповідні кнопки вибору сигналу постійного струму і включити стенд. На панелі U вх натиснути кнопку Джер. 1 панелі Джерела встановити напруга на вході 1 компаратора рівне U вх = 3 В. На панелі натиснути кнопку Джер.
20921. ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ МУЛЬТИВІБРАТОРА 64.5 KB
  2 із зображенням мультивібратора рис. Визначити за допомогою осцилографа амплітуду частоту і шпаруватість сигналу на виході мультивібратора. Часові діаграми роботи мультивібратора показані на рис.
20922. ДОСЛІДЖЕННЯ ІНТЕГРАТОРА 184 KB
  Експериментальне визначення перехідних характеристик інтегратора рис. Натисніть кнопку 20 сек панелі і кнопку С1 Інтегратор відлічуючи по секундоміру стенду час за допомогою U вих виконайте вимірювання зміни в часі вихідної напруги інтегратора. побудуйте перехідні характеристики інтегратора.
20923. ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ, ЩО ВИКОНУЮТЬ ЛОГІЧНІ ОПЕРАЦІЇ 105.5 KB
  Мета роботи: ознайомитися з принципом і режимом роботи логічних елементів. При виконанні роботи визначаються передавальні характеристики логічного елементу при різних опорах навантаження а також складаються таблиці станів для логічних елементів €œІ€ €œНІ€ €АБО€ €АБОНІ€ €ІНІ€. Визначення передавальних характеристик логічних елементів рис. Складання таблиць істинності логічних елементів.
20924. ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИГЕРІВ 241 KB
  При виконанні цієї роботи вивчається дія асинхронного RSтригера а також двох синхронних: Ттригера і JКтригера Порядок виконання роботи Робота виконується на лабораторному стенді ЭС21. Дослідження RS тригера рис. З'єднати входи R і S тригера з клемами панелі Рівень логічний. З'єднати прямий вихід тригера з клемами вольтметра що вимірює вихідний сигнал.
20925. ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІЧИЛЬНИКІВ 1.12 MB
  Порядок виконання роботи Робота виконується на стенді ЭС21 Дослідження двійкового лічильника рис11. З'єднати вхід R лічильника з клемою панелі €œРівень логічний€ а вхід С лічильника з клемою панелі €œІмпульс одиночний€ і з клемою €œВхід€ панелі €œЛічильник імпульсів€. Натисненням кнопки панелі €œІмпульс одиночний€ подавати імпульси на вхід С досліджуваного лічильника. Після подачі чергового імпульсу визначати стан всіх виходів досліджуваного лічильника за допомогою вольтметра €œ U вих.