Cover photo
meniny Dnes je: 26.4.2018, meniny má: Jaroslava

gis

Výpočet LS-faktoru (RUSLE) s využitím GIS a USLE2D

Rovnice RUSLE, LS-faktor

Rovnice USLE a RUSLE sú určené pre približný výpočet dlhodobej priemernej straty pôdy (t/ha/rok). Rovnica je vyjadrená ako súčin:

R ... faktor eróznej účinnosti dažďa
K ... faktor erodovatelnosti pôdy
L ... faktor dĺžky svahu
S ... faktor sklonu svahu
C ... faktor vegetácie
P ... faktor protierozních opatrení

faktory L a S sú často počítané dohromady ako súčin LS. v súčasnosti existuje software pre automatický výpočet LS - faktora z digitálnych dát v GIS. Nasledujúci návod popisuje odvodenie LS faktora s využitím počítačových programov ArcGis a USLE2D.

Vstupné dáta, software

Potrebujeme nasledujúce dátové podklady:

Vektorové dáta:

1. Hranice riešeného územia (vektor - polygón)
2. Vodné plochy (vektor - polygón)
3. Lesy (vektor - polygón)
4. Zastavaná plocha (vektor - polygón)
5. Diaľnice, železnice, cesty (vektor - polygón)
6. (vektor - polygón)

Rastrové data (grid)

1. DEM (digitálny model reliéfu)

Potrebujeme nasledujúci software:

1. GIS schopný práce s rastrovými dátami, napr.

ArcGIS Spatial Analyst (komerčný)
ArcView 3.x Spatial Analyst (komerčný)
MapInfo Vertical Mapper (komerčný)
MapWindow (nekomerčný)

2. Software USLE2D (nekomerčný) pre vlastný výpočet LS-faktoru
3. Software LS-converter (nekomerčný) pre prevod dát z GIS do USLE2D

Spracovanie vstupných dát

Program USLE2D pre výpočet LS-faktoru vyžaduje ako vstupné dáta DEM (digitálny elevačný model) a grid tzv. "pozemkov" ("parciel"). Grid "parciel" rozčleňuje územie na dielčie plochy. Výpočet vychádza z predpokladu, že hranice medzi dielčími plochami pôsobia ako prekážky pre plošný povrchový odtok, dochádza tu k prerušeniu odtoku. Tým se znižuje dĺžka odtokovej dráhy a faktor L dĺžky svahu. V programe USLE 2D je faktor LS počítaný zvlášť pre každý rastrový element. Dĺžka odtokovej dráhy je nahradená zdrojovou plochou (dielčím povodím) rastrového elementu. Podrobnejšie vysvetlenie je v dokumentácii USLE2D

Vytvorenie vrstvy "pozemkov" ("parciel")

Vrstva "pozemkov" je grid, v ktorom je každému rastrovému elementu priradená číselná hodnota (celé číslo). Hodnota 0 znamená, že pre dané územie nie je počítaný LS-faktor, dochádza tu k prerušeniu povrchového odtoku (napr. oblasť mimo záujmového územia, vodné plochy, vodné toky, komunikácie)

Hodnoty > 0 znamenajú, že pre územie je počítaný LS-faktor (orná pôda, prípadne aj lesy)

Rozhranie medzi dvoma rôznymi číselnými hodnotami znamená hranicu "pozemkov", v tomto mieste dochádza k prerušeniu odtokovej dráhy (napr. hranice lesa)

Vytvorenie vrstvy "parciel" v ArcGIS Spatial Analyst

V ponuke Start .. Programy zvolíme ArcMap.
V ponuke Tools .. Extensions zaškrtneme políčko "Spatial Analyst"
V ľavom stĺpci klikneme myšou na "Layers", v ponuke zvolíme "Add data" a pridáme vstupné dáta: digitálny elevačný model (grid) a vektorové dáta (vymedzenie záujmového územia, vodné plochy, vodné toky, komunikácie, zastavaná plocha, lesy, prípadne taktiež bloky ornej pôdy, lúky a pasienky, sady, remízky alebo ďalšie dáta obsahujúce informácie o líniových prvkoch v krajine). Príklad zobrazenia DEM v programe ArcGIS ukazuje obr. 1.

Nastavenie (konfigurácia) pre výpočty v Spatial Analyst

V ponuke "Spatial Analyst" zvolíme "Options".
V prvej záložke "General" zadáme ako "working directory" názov adresára, kde máme uložené zdrojové dáta
V druhej záložke "Extent" zadáme "Same as layer DEM" (Obr. 2, miesto "DEM" vyberieme skutočný názov gridu, kde je uložený digitálny elevačný model). Tato voľba spôsobí, že všetky vytvorené gridy budú mať rovnaký územný rozsah (dôležité pre USLE2D). V poslednej záložke ("Cell Size") nastavíme priestorové rozlišenie – veľkost štvorcového rastrového elementu (Obr. 3).

Prevod vektorových dát na rastrové dáta

V ponuke "Spatial Analyst" zvolíme "Convert ... Feature to raster" (obr. 4). Vyberieme vektorovú vrstvu (napr. hranice záujmového územia). Ako atribút zvolíme "id", prípadne iný atribút, ktorý jednoznačne určuje každú línie alebo polygón. V poli "output cell size" by sa mala objaviť rovnaká veľkosť rastrového elementu ako u DEM. Potvrdíme tlačítkom "OK".

Reklasifikácia dát

V ponuke "Spatial Analyst" zvolíme "Reclassify ...". Najprv prevedieme reklasifikáciu záujmového územia, pre ktoré chceme počítať LS-faktor. Vyberieme grid záujmového územia. Stlačíme tlačítko "Classify.." a zvolíme počet tried (number of classes) = 1. Ďalej hodnotám "NoData" priradíme číslo 0 a ostatným hodnotám číslo 1 (obr. 5) a výsledný reklasifikovaný grid pomenujeme "uzemi_01" ( obr. 5). Ďalej prevedieme reklasifikáciu ďalších oblastí, ktoré budú mať vo vrstve "parciel" hodnotu 0 (vodné plochy, vodné toky, cesty a diaľnice, zastavané plochy, prípadne dalšie líniové prvky.) V ponuke "Spatial Analyst" zvolíme "Reclassify ...". Vyberieme grid "vodné plochy". Hodnotám "NoData" priradíme číslo 1, ostatným hodnotám číslo 0 (obr. 6) a výsledný reklasifikovaný grid nazveme "vodni_plochy_01". Rovnakú reklasifikáciu, ako u vodných plôch prevedieme aj pre ďalšie vektorové vrstvy: vodné toky reklasifikujeme na "vodni_toky_01", zastavané plochy na "zastavba_01", cesty a dialnice na "komunikace_01". Nakoniec prevedieme reklasifikáciu lesov. V ponuke "Spatial Analyst" zvolíme "Reclassify ...". Vyberieme grid "lesy". Hodnotám "NoData" (územie mimo lesa) priradíme číslo 1, ostatným hodnotám (les) priradíme číslo 2 (obr. 7) a výsledný reklasifikovaný grid nazveme "lesy_12".

Poznámka: Ak máme k dispozícii vektorové dáta s časťami ornej pôdy alebo zatrávnenými plochami a považujeme rozhranie medzi blokmi ornej pôdy alebo rôznymi ornými plodinami za miesto, kde dochádza k prerušeniu odtokovej dráhy (napr. vieme, že na okrajoch pola sú hlboké brázdy), môžeme vo výpočte LS-faktoru zohľadniť aj tieto hranice. U vrstvy blokov ornej pôdy alebo lúk a pasienkov prevedieme iba prevod na rastrové dáta (grid) pomocou nástroja "feature to raster". Neprevádzame reklasifikáciu, pretože každý blok ornej pôdy (pozemok) musí mať priradené iné číslo.

Vytvorenie vrstvy pozemkov

V ponuke "spatial analyst" zvolíme "Raster Calculator". Výsledný grid "parciel" vypočítame ako súčin (obr. 8) a stlačíme tlačítko "Evaluate": parcel = uzemi_01 * vodni_plochy_01 * vodni_toky_01 * komunikace_01 * zastavba_01 * lesy_12 Vytvorí sa vrstva "pozemkov", v ktorých má orná pôda hodnotu 1, lesy hodnotu 2 a ostatné plochy hodnotu 0 (obr. 8) Výsledný grid uložíme pomocou príkazu "make permanent" v kontextovej ponuke po klepnutí na názov gridu a nazveme ho napr. "parcel" (obr. 7 a obr. 8).

Prevod dát do formátu USLE2D

Program USLE2D je síce mocný nástroj pre výpočet LS-faktoru, umožňuje však pracovať len s dátami vo formáte Idrisi. Program obsahuje taktiež príkaz pre import dat vo formáte Surfer (.grd), tento príkaz ale nie je funkčný. Preto musíme previesť vlastné dáta do formátu Idrisi (.rst). Najprv prevedieme dáta z GIS na textové súbory a v druhom kroku prevedieme textové súbory do formátu Idrisi.

Prevod gridov na textové súbory

Export z ArcGIS: Otvoríme okno "ArcToolbox" a zvolíme Conversion Tools .. From Raster .. Raster to Ascii (obr 10.) Ako "input raster" zvolíme DEM, ako "output ASCII raster file" zadáme "dem.txt". Podobne prevedieme na textový súbor grid "parciel"

Prevod textových súborov do formátu Idrisi

K prevodu použijeme program LS-converter. Prvé tlačítko slúži k prevedeniu DEM do formátu Idrisi, druhé tlačítko slúži k prevedeniu "pozemkov" ("parciel") do formátu Idrisi. Obr. 11 a návod k inštalácii a použitie programu LS-converter. Výsledkom sú súbory "dem.rst" a "parcel.rst".

Výpočet LS-faktoru v Usle2D

Podrobný návod k použitiu programu Usle2D (obr. 12) je v dokumentácii Usle2D. Z metód výpočtu sa najlepšie osvedčili "Routing Algorithm: flux decomposition" (umožňuje vetvenie odtokovej dráhy) a "LS Algorithm: Mc Cool" (štandardná metóda výpočtu LS-faktoru v RUSLE). Ako formát výsledného súboru zvolíme Idrisi (.rst) a súbor nazveme napr. "ls_faktor.rst"

Poznámka: Výsledný súbor môže mať aj koncovku .img, formát je rovnaký (Idrisi.)

Prevod výsledkov späť do gis

Súbor vo formáte Idrisi (.rst) s hodnotami LS-faktoru prevedieme programom LS-converter na textový súbor. Použijeme tretie tlačítko. Textový súbor prevedieme do GIS. V programe ArcGIS otvoríme okno "ArcToolbox", zvolíme Conversion tools .. To Raster .. Ascii to Raster. Vyberieme textový súbor s hodnotami LS-faktoru a zadáme názov výsledného gridu. Ako formát čísel ("Output data type") volíme FLOAT (desatinné čísla). - obr. 13

Úprava výsledkov pomocou filtru "mean"

Vo výslednom gride vypočítanom programom Usle2D majú rastrové elementy líniových prvkov v krajine (cesty, diaľnice, vodné toky) nulové hodnoty LS-faktoru. Pokiaľ pracujeme s mapou strednej mierky, väčšinou je šírka cesty alebo vodného toku oveľa menšia, ako rozlíšenie gridu a nulové hodnoty LS-faktoru v celom rastrovom elemente, ktorým prechádza líniový prvok, nezodpovedajú skutočnosti. Realistickejší grid LS-faktoru získáme aplikáciou filtru "mean" -, ktorý slúži k odstráneniu extrémnych hodnôt. V ponuke "Spatial Analyst" zvolíme "Neighbourhood statistics" (obr. 14). Ako "statistic type" zvolíme "mean", zadáme názov výsledného súboru a v zostávajúcich poliach ponecháme prednastavené hodnoty. Tým máme vypočítaný výsledný grid s hodnotami LS-faktoru (obr. 15).

image

Obrázok 1.

image

Obrázok 2.

image

Obrázok 3.

image

Obrázok 4.

image

Obrázok 5.

image

Obrázok 6.

image

Obrázok 7.

image

Obrázok 8.

image

Obrázok 9.

image

Obrázok 10.

image

Obrázok 11.

image

Obrázok 12.

image

Obrázok 13.

image

Obrázok 14.

image

Obrázok 15.

Jiří Kadlec, 2006: Výpočet LS-faktoru (RUSLE) s využitím GIS a USLE2D (návod pro výpočet v programu ArcGIS)

KOMENTÁRE

1: Napísal: DANO | 11. 12. 2016
Nakolko portal plaveniny.cz nie je dlhsi cas dostupny, utilitu LS Konverter je mozne stiahnut tu: http://www.dkubinsky.sk/kniznica/blog/watem-sedem/LsConverter.zip

2: Napísal: Erika Bistrain | 3. 2. 2011
Dear Daniel: Currently I am conducting environmental impact studies in Mexico and I am bearly familiar with the Universal Soil Loss Equation and I had problems using USLE2D software. I found your blog when I was looking for support. In a quick-review I can tell that includes detalied explanations. However, I hope that you can help me in case that I had some kind of problems. Kind regards from Mexico.

Meno *

E-mail

captcha

Odpíšte kód

Publikované: 1. 5. 2010 | prečítané: 8772x | komentárov: (2) | tagy: ls faktor, arcgis, idrisi, konverzia,
Hosting zadarmo od WebSupport.sk

The BEE GEES - Secret Love lyrics

Kontakt
|
Vyhľadávanie
|
HTML5
|
CSS

webmaster: posta@dkubinsky.sk

štatistiky prístupov

Tvorba web stránok

Web stránky, e-shopy a aplikácie efektívne, funkčne, jednoducho - postavené na vlastnom redakčnom systéme.

Web stránky a E-shopy efektívne, funkčne, jednoducho...

Návrat hore