Размещено на http://www.allbest.ru/

Оцінка даних агроекологічного моніторингу земель на прикладі господарства ДГ "Городецьке Володимирецького району Рівненської області

Басовець О.В.

Проведено статистичний аналіз та оцінку результатів агрохімічного обстеження земель господарства з допомогою гістограм та карт Вороного. Проаналізовано критичні значення та розподіл даних.

The author conducted statistical analysis and evaluation of the results of the agrochemical inspection of the lands of the farm by means of histograms and Voronoy's maps in the article. The critical values and distribution of data are analysed.

Виникненням і загибеллю людей керує один і той самий закон природи. Відсутність в країнах умов, що визначають родючість ґрунтів, викликає їх загибель, а підтримка цих умов забезпечує цим країнам тривале існування, багатство і могутність.

Земля - наше багатство. В теперішній час просто необхідністю є звернення з особливою увагою до землі, до її родючості, до можливостей її родючого потенціалу, до знаходження нових форм та методів користування, збереження і вмілого використання теперішнім і прийдешніми поколіннями.

Поява та застосування нових інформаційних методів та геоінформаційних технологій (ГІС-технологій) ставить науку про землю на новий рівень.

Нові засоби відображення, аналізу та моделювання географічних об'єктів і явищ просто вражають своїми можливостями в порівнянні з традиційними способами.

Застосування геоінформаційних технологій є досить перспективним для аналізу, моделювання різних природних процесів і явищ, що допомагає при вирішенні цілого ряду завдань прикладного характеру. До кола зазначених питань можна включити, зокрема, комплексну оцінку стану сільськогосподарських угідь, дослідження ерозії, деградації ґрунтів, міграції забруднювачів в геологічному середовищі, атмосфері і гідросфері; паводкових ситуацій і розвитку екзогенних процесів, прогнозування і оцінку викидів в атмосферу небезпечних хімічних речовин. Це задачі, які розглядаються і вирішуються в теперішній час [1, 2, 3].

Формування цифрового масиву даних для зберігання, моделювання та відтворення (візуалізації) різноманітних параметрів у комплексі із застосуванням ГІС-технологій, використанням апарату геостатичного аналізу дає змогу отримати всебічну та максимально повну ситуаційну картину для прийняття господарських управлінських рішень.

Саме методи геостатистичного аналізу у поєднанні з новітніми технологіями можуть по праву вважатися одним із основних інструментів на службі у землевпорядкування та агроекологічного моніторингу сільськогосподарських земель [4].

Розглянемо використання гістограм та карт Вороного при первинному аналізі властивостей ґрунту, зокрема, вмісту фосфору, калію та кислотності. Проведемо статистичну характеристику та знайдемо критичні точки розподілу даних.

Для аналізу використовуються результати проведеного агрохімічного обстеження в дослідному господарстві «Городецьке» Володимирецького району Рівненської області, згідно з методикою проведення агрохімічної паспортизації [5], які заносяться в базу даних і мають прив'язку до місцевості в географічних координатах.

В базі даних присутня наступна інформація: код відібраного зразка; показники вмісту в ґрунті поживних елементів; агрогрупа відібраного зразка; координати точки відбору; інші необхідні отримані дані (таблиця).

Таблиця

Фрагмент таблиці результатів агрохімічного обстеження ДГ “Городецьке” Володимирецького району

Аналіз початкових даних здійснюється набором наявних в Geostatistical Analyst засобів, з'єднаних в зручному і простому для інтуїтивного розуміння інтерфейсі ESDA (Exploratory Spatial Data Analysis - Дослідницький аналіз просторових даних). Завдання аналізу даних полягає в найглибшому розумінні глобальних і локальних закономірностей поширення даної характеристики, її особливостей, екстремальних значень і взаємозв'язку з іншими наборами даних.

Одним із різновидів такого аналізу є гістограма. Маючи набір просторово прив'язаних даних і виходячи із твердження про близькість значень близько розміщених елементів (точок відбору), можна побудувати графік, який покаже розподіл, поширення признаку (показника вмісту відповідного поживного елементу) на всій досліджуваній території. По одній осі відкладається значення ознаки у точках дослідження, по іншій - частота розподілу. Одночасно проводиться статистичний аналіз, який дає відомості про максимальне, мінімальне, середнє значення, а також медіану та перший і третій квартилі розподілу [6].

На рис. 1 зображено точки відбору проб у дослідному господарстві “Городецьке” та гістограму вмісту фосфору в грунті.

Рис. 1. Обстежуване господарство з точками відбору проб та гістограма по фосфору

На гістограмі по осі Ox показано значення показника, а висота стовпчиків гістограми прямо пропорційна кількості даних з відповідним показником. Перш за все привертають увагу високі показники на початку гістограми. Це значення, які дорівнюють або близькі до нуля. По друге, надто великий відрив у даних в правому хвості гістограми. Ці два фактори суттєво впливають на розподіл даних і потребують додаткового дослідження.

В результаті аналізу даних було відмічено наявність нереально високих для зазначеного показника даних, які не відповідають допустимим значенням і є глобальними випадаючими значеннями та нульові значення, які є ознакою відсутності за певних причин аналізу в даній точці і негативно впливають на розподіл.

Наступним етапом геостатистичного аналізу є побудова карт Вороного. В основі зазначених побудов лежить створення серії полігонів навколо опорних точок таким чином, щоб кожна точка всередині полігону знаходилась найближче до точки, яка розглядається, ніж до будь-якої іншої опорної точки. Після того, як полігони створені, сусіди опорної точки визначаються як будь-яка інша опорна точка, полігон якої має спільну границю з вибраною опорною точкою.

Для початку вибирається параметр, для якого, в залежності від значення кожної окремої точки та її сусідів, будуються карти Вороного. Перша побудова проводиться за методом Simple - значення в точках діляться на п'ять груп і в даному варіанті в кожній точці просто вказується її приналежність до відповідної групи.

На картах Вороного, зображених на мал.2 та мал.3, світліші відтінки кольору відповідають меншим значенням показника, а темніші кольори - відповідно точкам із більшим значенням.

Рис. 2. Гістограма та карта Вороного, побудована за методом Simple по фосфору, із зазначенням нульових та близьких до нуля значень

Рис. 3. Гістограма та карта Вороного, побудована за методом Simple по фосфору, із зазначенням високих та глобальних випадаючих значень

Побудовані карти Вороного підтвердили та візуально показали наші дані з надто високими та нульовими значеннями, на які необхідно звернути особливу увагу.

Наступними методами побудов можуть бути Cluster та Entropy - відповідно кластерний аналіз та ентропія. У першому випадку карта будується за ознакою відмінності кожного полігону від значень у сусідніх. Для опису особливості кластерного аналізу необхідно зазначити, що при дослідженні явищ, процесів чи параметрів природного середовища відмічається подібність характеристик наближених одиниць та їх відмінність із зростанням віддаленості заміру-відбору.

Метод Cluster визначає полігони, які відрізняються від усіх своїх сусідів і зафарбовує їх в сірий колір (рис.4).

Значення ентропії показує ступінь відмінності між сусідніми полігонами. Энтропія = -У ((p_i *Log p_i)), де p_i - частота, з якою зустрічаються полігони, віднесені до кожного класу. Значення ентропії буде мінімальним, якщо значення всіх полігонів потрапляють в один і той же клас: Emin=-[1 *log (1)]=0. Значення ентропії буде максимальним, коли всі точки попадають в різні класи. агрохімічний simple фосфор гістограма

На рис. 5 показано карту Вороного, побудовану за методом ентропії, де полігони з найбільшим значенням ентропії зображені білим та з наступним, трохи меншим значенням - коричневим кольором.

Неважко здогадатися, що полігони, зображені на рис.4 сірим кольором та на рис.5 білим кольором, можуть бути ло-кальними випадаючими значеннями і ці точки необхідно розглянути окремо.

Отже, на основі зазначених побудов та за результатами аналізу гістограми, легко визначаються глобальні та локальні випадаючі значення. До перших належать дуже високі або дуже низькі (щодо інших точок в наборі даних) зміряні в опорній точці значення. Локальні випадаючі значення параметру характеризуються тим, що потрапляючи в загальний діапазон всього набору даних, тим не менше є аномальними на фоні розташованих в околиці (по сусідству) замірів.

Випадаючі значення важливо визначати із двох причин: вони можуть або вказувати на ненормальність явища, або на те, що була допущена помилка при вимірюванні або записі значення в цій точці.

Якщо випадаюче значення відповідає дійсній ненормальності явища, це може стати найістотнішою точкою вивчення і важливим чинником в розумінні досліджуваного явища. Якщо випадаючі значення викликані помилками при введенні даних, і ці значення в опорних точках точно є непра-вильними, вони повинні бути або виправлені, або видалені з набору даних.

У випадку із набором даних по ґрунтах ДГ «Городецьке» із вибірки необхідно виключити нульові значення, які в зазначеній базі вико-рис-товуються для фіксації випадків відсутності з певних причин аналізу по да-но-му елементу, та, як зазначалося вище, аномально високі значення параметрів.

Провівши необхідні перетворення та здійснивши допоміжне логарифмічне перетворення, отримуємо таку гістограму (рис.6):

Із статистичних показників, відображених в полі гістограми, видно, що медіана та середнє майже однакові, що свідчить про наближеність розподілу до рівномірного. Розподіл має від'ємну асиметрію, про що свідчить лівий хвіст даних, близьких до нуля та значення першого та третього квартиля. Розподіл гостровершинний, ексцес більший від 3.

Побудуємо карти Вороного за допомогою методу середнього, медіани та моди. Розглянувши їх (рис.7, 8, 9), легко помітити не дуже великі відмінності, особливо для середнього та медіани.

Дане обстеження можна аналогічно провести для вмісту в грунті інших елементів, наприклад, калію, кислотності грунтів.

Провівши аналіз даних за гістограмами та за картами Вороного по відповідних елементах обстеження грунтів, можна оцінити дані та підготовити їх до інтерполяції поверхонь геостатистичними методами, що послужить далі при розгляді більш складних завдань, основою для побудови моделей, використання яких стане інструментом при розгляді кадастрових, землевпорядкувальних робіт, наглядної оцінки та спрогнозованих дій в критичних ситуаціях та стане неоціненною допомогою при господарюванні та поліпшенні родючості земель.

Література

1.Можливості сучасних ГІС/ДЗЗ технологій у сприянні вирішення проблем Рівненщини. Матеріали регіональної наради (12-14 грудня 2006р.)-Рівне, 2006.

2. Можливості сучасних ГІС/ДЗЗ технологій у сприянні вирішення проблем Киівщини. Матеріали регіональної наради (20-21 березня 2007р.)-Київ,2007.

3. Субботин С.А., Скворцов А.В. Использование геоинформационных технологий для ведения земельного кадастра. Ствття прочитана в Internet-і за адресою http://www.ict.edu.ru/lib/index. php?a=elib&c=getForm&r=resDesc&d=light&id_res=4480.

4. Свердлюк О. Застосування ГІС-технологій у сфері земельного кадастру та землеустрою. - Землевпорядний вісник, 2006. - №4. - С.56-59.

5. Методика агрохімічної паспортизації земель сільськогосподарського призначення./За ред. С.М.Рижука, М.В.Лісового, Д.М.Бенцаровського.-К., 2003.-64 с.

6. Статистика. Підручник. За ред. Герасименка С.С., Головача А.В., Єриної А.М., К.:КНЕУ 1998.

Размещено на Allbest.ru