Ю. Одум - Основы экологии (1975) (1135319), страница 170
Текст из файла (страница 170)
Для более сложных наземных структур может потребоваться синтез ряда соприкасающихся или взаимно исключающих элементов структуры, которые, согласно равенству (2), определяются как элементарные различия. Очевидно также, что структуры различимы настолько, что имеется определенная избыточность информации. Таким образом, дешифровщику фотографий редко приходится сталкиваться с чем-то таким, что приближается к теоретическому пределу сложности структуры. Экологический смысл, придаваемый какой-либо структуре на фотографии или изображении, связан, очевидно, с масштабом и нуждается в независимом подтверждении. Биологической единицей, соответствующей одному биту информации, может быть один лист з очень крупном масштабе или целый лесной древостой в случае спутника на околоземной орбите.
Поскольку экологу часто хочется иметь информацию в разных масштабах (например, на уровне организма, популяции и экосистемы), то изучение всего диапазона масштабов может оказаться полезным способом объединения информации, полученной на разных уровнях разрешения. Фотограмм етрия Автоматическая расшифровка фотографий находизся еще в младенческом возрасте (Розенфельд, !965), хотя достигнуты большие успехи в кодировании изображения электрическими импульсами, как при передаче фотографий поверхности Луны.
Фотограмметрически, так же как при помощи микроденситометра, можно осуществлять дискретные измерения. Применяя цветные фильтры, подобранные в соответствии с денситометрическими характеристиками эмульсии, можно выразить цветное изображение или пигментную насыщенность пленки в количественных показателях. Сходным образом было получено выражение для сомкнутости полога в лесу — показатель покрытия верхнего яруса; здесь применили макроденситометрию полусферических фотографий, выполненных с поверхности земли (фиг.
231) (Джонсон и Фогель, 1968). Прибор, подобный показанному на фиг. 232, измеряет с 95%-ной достоверностью процент затенения неба растительностью в спроецированном на плоскость конусе с углом 90' при вершине. Соотношения света в пределах данного леса можно рассчитать по сходной фотографии, сделанной при помощи объектива <рыбий глаз» (Андерсон, 1964). Фотограмметрия дает также возможность вычертить микрорельеф местности по стереофотографиям, полученным с использованием двуногого штатива (фиг.
233). Было показано, что с таким штативом можно получить устойчивые оценки размеров для величин около ~1 см, поднимая каме- Фиг. 23!. Полусферические фотографии (снимки, сделанные с земли по направлению прямо в небо) разных типов леса. проце!гт самянутости крон апоелелвется прн панов(и установки дл» измерения оптической плот. ности, показанной на фиг 232 Л Северный листвеянын лес в Нъю.гемпшире — 88 Б древостоя банксовой сосны в штате Онтарио (канала) — 84 л дождевой тропический лес в пуэрто Рико— 84 Г. Субарктнческяй древостой черной пихты во внутренней Алвске — 72, Фиг. 232.
Установка для измерения оптической плотности, регистрирующая ослабление проходящего света. 1 — фотометр на 1!8 В; 2 — узел фотоэлемента: увеличенные полусФерические фотографии (сины. ки с объективам «рыбий глаз»). подобные показанным на фиг. 231, помешены между пркжнм. ными планками (3 и 4)( 8 — регулятор напряжения; 6 — источник света Процент сомкнутости крои определяют по ослаблению света чриг. 233. Двуногий штатив для фотоаппарата, используемый при фотограмметричесьой стереофотографии для получения стереоскопических изображений затененных поверхностей. Шотоаппарат подвешивают вертикально к вершине штатива, который отклоняется точно в ааданные положения.
Это устройство может быть собрано н уствновлеио двумя людьми, Фиг. 234. Картй части угодий сельскохозяйственной фермы университета Пардью (конец июня 1966 г.). Ю вЂ” пшеница: Π— овес; С вЂ” «укуруаа; 3 — отя; А — люцерне; Зшо — мелкие аерновые; М вЂ” рва- ные культуры. бобовые, соя, сорго, масличные йли просо. кл. )в. примвнвнив дистанционных датчиков Фиг, ЗЗЗ. Расшифровка карты посевов пшеницы. Данные сканировваия по 12 каналам переведены в цифровой нод и обработаны по методу наибольшего праззопопобия )скошенность вызвана рыскзньем самолета и нарушеаием процелуры сбора даннык! !50!)г! — !000 г., !5 час !4 мнил высота 2000 футов). 24 — пшеница 1расшнфрованй все поля пшеницы); Π— азес; С вЂ” «укурузат 3 — соя; бп — мелкие зерновые; Ы вЂ” разные нультурыг бобовые, сорго, просо, соя, масличные.
люцерна. ру на высоту до 10 м (Уайттлзи, 1966). В пределах плейстоценовых отложений арктической береговой равнины Аляски мякрорельеф определяют вытянутые в одном направлении озера и языки льда неправильной формы. Для выявления зависимости распределения растительности от микрорельефа, характера подстилающих пород, почвообразовательного процесса и объема льда в грунте (Браун и Джонсон, 1965) на основе аэрофотосъемки были составлены топографические карты с сечением горизонтали 0,5 м (Браун и Джонсон, 1966). В расшифровке аэрофотоснимков илн изображений на экране !радиолокатора узким местом был человек — расшифровщик.
Однако недавно в Мичиганском университете было сконструировано одпоапертурное 12-канальное оптикомеханическое сканирующее устройство, что позво.нило достигнуть больших успехов в этом направлении (Поле)йн, 1969), Этот прибор сочетает в себе спектрофотометр с подходящим многоканальным измерительным устройством (Холтер н Вольфе, 1960). Энергия, поступаюшая на входную шель, делится на !2 каналов в диапазоне от 400 до 1000 нм. Каждая зона спектра отдельно регистрируется на магнитной ленте; каждый канал откалиброван таким образом, что для каждого тона можно получить фактическую величину энергии, воспринятой от наблюдаемого объекта.
При наличии соответствующих датчиков добавляются шесть дополнительных каналов— один в ультрафиолетовой зоне н пять в инфракрасной. Так как запись по всем каналам делается одновременно, все изображения прекрасно совпадают. Для установления корреляции с наземными привязками данные по каждой зоне спектра илн по выбранным зонам можно ввести в вычислительную машину или же их можно получить в виде отдельных фотографий, которые затем подвергают анализу.
Впервые эколог имеет возможность получить вскоре после облета спект. розональные данные и использовать их в количественной форме, не прибегая к расшифровке, на которую уходит много времени. Электронные процессоры и аналоговые вычислительные устройства могут выполнять задачи по распознаванию и классификации результатов таких спектрозональных наблюдений. Слабые сигналы могут оказаться замаскированными. На фиг. 234 и 235 показан один из результа- ЧАСТЬ З. ПРИКЛАДНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ тов машинной обработки данных, выведенных на дисплей в ниде карты, на которой правильно опознаны виды сельскохозяйственных культур на ферме Университета Пардью в конце июня (Полсин, 1969). При автоматической интерпретации может выполняться лишь то„ что заложено человеком в машину в виде инструкций.
Машина способна решать однотипные задачи быстрее, используя для этого свою память, из которой информацию можно извлечь моментально. Полное же извлечение информации о структуре может потребовать логических рассуждений, построения гипотез, принятия решений и использования опыта для разгадки физических, биологических и культурных аспектов ландшафта и для определения того, как нз них образуется структура или как она ведет себя в условиях различного климатического или хозяйственного стресса. Глаза и разум квалифицированного человека представляют собой замечательное «вычислительное устройство», заменить которое машина не может.
Зато, объединившись, они приобретают огромные возможности в отношении управления биосферой. 3. РОЛЬ ДИСТАНЦИОННЪ|Х ДАТЧИКОВ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ Экологические проблемы, в решении которых большую помощь может оказать дистанционное обследование, можно разделить на четыре группы: 1) инвентаризация и картирование ресурсов; 2) количественная оценка окружающей среды; 3) описание пдтока вещества и энергии ~в экосистеме; 4) оценка изменений в экосистеме и выбор способов управления экосистемами.
Аэрофотосъемка и сведения, полученные при помощи дистанционных датчиков, открывают перед экологией такие же возможности, какие предоставил физиологии спектрофотометр. В сущности аэрофотосъемка на уровне экосистемы равноценна электронной микрофотографии на уровне молекулярной биологии; и та и другая зависят от спектра отражения, поглощения, излучения и пропускания соответствующих объектов. Инвентаризация н картнрование Решение многих проблем относительно ресурсов зависит от адекватного измерения ряда физических и биологических характеристик на «пробных площадках» размером от нескольких квадратных метров до тысяч километров. Эти характеристики, полученные на основании соответствующих аэрофотоснимков, удобно предсгавить в виде карты (фиг.
236), Полезность такого метода иллюстрируется успехами геологической разведки, включая магнитометрическую съемку, и таксации леса (Колуэлл, 1961, 1968). К числу важных биологических характеристик экосистем, потенциально измеримых с помощью дистанционных датчиков илн спектрозональных устройств, относятся: площадь поверхности листьев; объем ствола; площадь посевов и урожай; видовое н структурное разнообразие (Олсон, 1964; Миллер, 1960; Уикенс, 1966); вес растительности и содержание в ней хлорофилла; некоторые болезни и нашествия насекомых (Норман и Фритц, !965); тип, плотность и биомасса популяций крупных животных; тепловое и химическое загрязнение водных систем (Шнайдер, 1968; Штрандбург, 1966); потоки тепла, водяного пара и углекислого газа у поверхности земли; эвапотранспирация и содержание воды в почвах н растительности; пожары (Бьорнсен, 1968); глубина и плотность снегового покрова.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
