Использование снимков различного пространственного разрешения для картографирования геолого-геоморфологических объектов (на примере Чуйской котловины)

При исследовании природных систем какой-либо территории мы зачастую имеем дело с пространственной неоднородностью геолого-геоморфологической основы ландшафтов. В значительной степени она обусловлена существованием полигенетических типов четвертичных отложений, наряду с простыми генетическими типами. В таких случаях возникают проблемы выделения и разграничения в пространстве сложных геолого-геоморфологических образований, обуславливающих наличие пестрых, мозаичных природно-территориальных комплексов (ПТК). Особенно остро такие проблемы встают при использовании Данных Дистанционного Зондирования Земли из космоса (ДДЗЗ) для картографирования рельефа, четвертичных отложений, ландшафтов. В работе рассматривается применение технологий ГИС и ДЗ для анализа гетерогенных комплексов четвертичных отложений и рельефа. Территорией исследования для апробации технологического подхода выбрана Чуйская высокогорная котловина в Горном Алтае. Данный выбор обусловлен тем, что Чуйская котловина расположена в межгорной впадине, ограниченной горными хребтами, и поэтому она является достаточно автономной в морфолитогенетическом и ландшафтном аспектах территорией.
Разработанная технология реализована на базе программных пакетов ENVI и ArcGIS, с использованием космических снимков среднего и мелкого пространственного разрешения (Landsat, SPOT, MODIS) и ЦМР (SRTM, ASTER) на различных эталонных полигонах Западной Сибири. Комплексная технология состоит из нескольких этапов.
1) Анализ ЦМР. Цифровые модели рельефа для Чуйской степи были построены на основе SRTM в двух вариантах: с шагом сетки 30 м и 500 м (соответствие космоснимку Landsat и MODIS). На их основе были получены морфометрические классификации территории, как для обзорного, так и для среднемасштабного уровня.
2)Анализ спектральных характеристик космоснимков. Для анализа использовались следующие каналы Landsat (1-5, 7) и следующие каналы MODIS (1-7, исключая канал 3, поскольку он имеет дефекты). На основе комплексных характеристик баз геоданных были сформированы спектральные библиотеки на территорию Чуйской степи с эталонными спектрами типовых геолого-геоморфологических объектов. Затем, на основе обучения по эталонным участкам была сделана управляемая классификацией методом максимального правдоподобия. Верификация результатов обработки цифровых изображений была проведена с использование данных наземных наблюдений.
3)Картографирование гомогенных и гетерогенных геолого-геоморфологических выделов. На первом этапе картографировались крупные выделы, проявившиеся в спектральных и морфометрических характеристиках ДДЗЗ обзорного уровня (ЦМР и космоснимок MODIS), затем более детальные выделы по результатам классификаций ДДЗЗ среднего пространственного разрешения (ЦМР и космоснимок Landsat). На обзорном уровне в результате генерализации геолого-геоморфологических характеристик местности выделились преимущественно гомогенные области, а на среднемасштабном – увеличилось число выделов и многие из них приобрели гетерогенный характер. В результате статистического анализа были выделены типовые сочетания элементарных выделов (с характерными спектральными и морфометрическими признаками), формирующие гетерогенные области. Для выявления границ между геолого-геоморфологическими объектами сложного состава использовались плотностные сетки, позволяющие учесть территориальное изменение удельного площадного содержания элементарных выделов, составляющих сложные ПТК.
В результате проведенных исследований разработана комплексная технология картографирования геолого-геоморфологических объектов на основе обработки ДДЗЗ, которая может быть использована как для составления схем геолого-геоморфологической основы ландшафта, так и для морфоструктурных геоморфологических карт, а также для карт четвертичных отложений. Оригинальными компонентами методики являются сопряженный анализ ЦМР и мультиспектральных космоснимков мелкомасштабного и среднемасштабного пространственного разрешения, использование плотностных сеток для оконтуривания границ распространения гетерогенных полигенетических комплексов четвертичных отложений и рельефа. Использование баз геоданных с унифицированным междисциплинарным описанием эталонных участков (рельеф, геология, почвы, растительность) позволяет верифицировать результаты обработки ДДЗЗ. Разработанная технология позволяет выявлять морфоструктурные и морфоскульптурные особенности геолого-геоморфологического строения территории, которые не фиксируются на топокартах и натурными наблюдениями.