WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ДОНОВ ВЛАДИСЛАВ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МНОГОУРОВНЕВОГО ЛИНЕАМЕНТНОГО АНАЛИЗА АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ И ПРОГНОЗА ОПОЛЗНЕВОЙ ОПАСНОСТИ

Специальность 25.00.36 – Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре прикладной экологии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Малинников Василий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Захаров Валерий Николаевич

доктор технически наук, профессор

Стеценко Анатолий Филиппович

Ведущая организация: " Государственный научно-исследовательский и производственный центр "Природа" (ФГУП "Госцентр "Природа")

Защита диссертации состоится «…..» на заседании диссертационного совета в Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу: 105064, г. Москва, Гороховский пер., 4 ауд. Зал заседаний Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК).

Автореферат разослан «___» 2009 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Изучение линеаментной тектоники дает возможность оценить общую геоэкологическую обстановку, связанную с инженерно-геологическими и гидрогеологическими особенностями территории. Изучению линеаментов, обусловленных трещиноватостью горных пород, до последнего времени уделялось недостаточно внимания. Это объясняется трудоемкостью и субъективностью самого процесса визуального дешифрирования аэрокосмоизображений и невозможностью его осуществления на территориях покрытых растительностью и чехлом рыхлых отложений. Автоматизированное дешифрирование линеаментов позволяет избежать подобных трудностей, так как оно обладает высокой оперативностью, высокой экономической эффективностью и объективностью. А такие свойства космических изображений как обзорность, естественная генерализация и рентгеноскопичность обеспечивают выявление линеаментов и на территориях с растительным покровом и рыхлыми отложениями. При этом автоматизированная технология дешифрирования позволяет выявлять не только линеаменты, выраженные в виде непрерывных линий (линейных зон), но и линеаменты, проявленные в ландшафтах спорадически в виде прерывистых линейных элементов.

Линеаменты, обусловленные трещиноватостью горных пород, оказывают определяющее влияние на устойчивость склонов и на пути миграции подземных вод. По этому их изучение имеет большое практическое значение для выявления месторождений трещинных подземных вод и для оценки потенциальной опасности развития склоновых процессов - таких как оползни. Для развития оползневых процессов наиболее благоприятными условиями является наличие трещиноватости и обводненности горных пород. Дешифрирование линеаментов как раз и позволяет выявить трещиноватость и обусловленные ей пути миграции подземных вод, т.е. выявить обводненность горных пород, которые достигают максимального развития в местах (узлах) пересечения отдельных линеаментов и особенно их зон. Это позволяет строить прогнозные карты оползневой опасности. Разработанная мною методика многоуровенного автоматизированного линеаментного анализа позволяет выявлять линеаменты разных иерархических уровней. Это значительно повышает объективность и полноту выявления специфики геоэкологической обстановки на исследуемой территории, связанную с трещиноватостью горных пород и инициируемыми ею гидродинамическими и склоновыми процессами. Методика позволяет оперативно оценить трещиноватость больших территорий и выявить пути миграции подземных вод и наиболее благоприятные места для развития оползневых и других склоновых процессов. В настоящее время подобные исследования приобретают особую актуальность в связи со строительством обводных автомагистральных дорог около городов Сочи и Туапсе и протяженной олимпийской автотрассы от Адлера до Красной поляны, на которых предусмотрено строительство большого количества эстакад и многокилометровых тоннелей под горными хребтами Кавказа, при проектировании которых изучение трещиноватости горных массивов приобретает первостепенное значение.

Цель работы. Разработка методики выделения линеаментов разных иерархических уровней на основе автоматизированного линеаментного анализа и оценка оползневой опасности по результатам линеаментного и мультифрактального анализов аэрокосмических изображений различных типов и масштабов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи

  1. Подобрать аэрокосмическую и картографическую информацию на тестовые участки.
  2. Выполнить автоматизированный линеаментный анализ аэрокосмических изображений, с целью выделения линеаментов разных иерархических уровней.
  3. Разработать методику оценки оползневой опасности на основе результатов многоуровневого линеаментного анализа аэрокосмических изображений.
  4. Разработать методику мультифрактального анализа аэрокосмических изображений для оценки оползневой опасности территории
  5. Построить карты линеаментной тектоники тестовых участков.
  6. Выполнить прогноз оползневой опасности на тестовых участках.

Объект исследования. Линеаменты и оползни на тестовых участках: Кузбасском, Мамайском, Туапсинском, Дагомыском.

Предмет исследования. Применение автоматизированного линеаментного анализа для оценки трещиноватости горных массивов и прогноза оползневой опасности.

Теоретические и методологические основы исследования и исходные материалы Использован автоматизированный линеаментный и мультифрактальный анализ аэрокосмических изображений, которые позволяют изучить линеаментную тектонику и оценить оползневую опасность территории. Для проведения линеаментного анализа использовался программный продукт WinLESSA 2.1, а для мультифрактального анализа программный пакет «Фрактал-ПК». В качестве исходных материалов использовались: многоспектральные космические изображения (съемка: август 1989, август 2000 и сентябрь 2001 года), полученные со спутника Landsat, многоспектральным сканером ТМ (каналы 1-0.45-0.52, 2-0.52-0.6, 3-0.63-0.69, 4-0.76-0.9, 5-1.55-1.75, 6-2.08-2.35, 7-0.52-0.9-панхроматический, 8-10.42-12.5 мкм)., аэрофотоснимки в масштабе 1:25000 (залет ОП-537, конец июня 1984 г.), цветные изображения полученные с помощью цифровой камеры с международной космической станции «Альфа» (съемка – октябрь 2004 года), аэрофотоснимки в масштабе 1:30000 (съемка 2002 г.) и 1:6000 (съемка 2001 г.), космическое панхроматическое изображение высокого разрешения со спутника Quickbird (разрешение 0,6м).

Научная новизна. Разработана методика выделения линеаментов разных иерархических уровней, на основе автоматизированного многоуровневого линеаментного анализа космических изображений и аэрофтоснимков, оказывающих определяющее влияние на инженерно-геологические условия вдоль обводной автомагистрали Туапсе-Сочи. Впервые разработана методика оценки оползневой опасности на основе результатов многоуровневого линеаментного анализа космических изображений и аэрофотоснимков. Впервые разработана методика оценки оползневой опасности на основе результатов мультифрактального анализа космических изображений и аэрофотоснимков.

Практическая значимость. Методика выделения линеаментов разных иерархических уровней на основе автоматизированного многоуровневого линеаментного анализа космических изображений и аэрофотоснимков использована при инженерно-геологических изысканиях, при проведении промышленно-городских, подземных, авто- и железнодорожных работ на Черноморском побережье Кавказа. Теоретические основы изложенные в данной работе читаются в учебных курсах МИИГАиК на кафедре природопользования и географии для студентов специальности «Исследование природных ресурсов авиакосмическими средствами».

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы опубликованы в журналах «Известия ВУЗоВ. Геодезия и аэрофотосъемка». Научные и практические результаты, полученные автором в процессе работы над диссертацией, обсуждались на научных конференциях студентов и аспирантов МИИГАиК (2007, 2008), а так же на 4-й международной научно-практической конференции «Геопространственные технологии и сферы их применения» (Москва 2008).

Методика, разработанная в данной диссертации, была апробирована в ходе выполнения одного из этапов работы «Определение тектонического строения на основе космических снимков высокого оптического разрешения, аэрофотоснимков и цифрового линеаментного анализа», которая выполняется по объекту «Федеральная автомобильная дорога М-27 Джугба - Сочи до границы с Республикой Абхазия на обходе г. Туапсе. Раздел «Тоннели». Проект (договор № 2550 от 24.08.2006 г.), где в качестве Генерального Подрядчика выступает ОАО НИПИИ "Ленметрогипротранс".

Структура работы.

Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы, включающей 82 наименования, в том числе 30 иностранных источников, 65 рисунков, 5 таблиц.

На защиту выносятся следующие результаты:

  1. Методика выделения линеаментов разных иерархических уровней на основе автоматизированного многоуровневого линеаментного анализа космических изображений и аэрофотоснимков.
  2. Методика оценки оползневой опасности на основе результатов многоуровневого линеаментного анализа космических изображений и аэрофотоснимков.
  3. Методика оценки оползневой опасности на основе результатов мультифрактального анализа космических изображений и аэрофотоснимков.
  4. Результаты апробации разработанных методик многоуровневого линеаментного и мультифрактального анализа и оценки оползневой опасности.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи исследования, охарактеризована научная новизна, практическая значимость работы и основные результаты исследований выносимых на защиту.

В первой главе анализируется опыт использования аэрокосмических изображений для изучения экзогенных процессов. К настоящему времени накоплен обширный опыт по использованию аэрокосмической информации для изучения различных геологических, географических, экологических и других задач. Аэрокосмические методы обеспечивают получение объективной информации с высокой степенью детализации и генерализации – от локальной до региональной и даже глобальной, что невозможно сделать другими средствами.

На глобальном уровне генерализации космических изображений осуществляется выделение крупных областей, соответствующих определенным элементам геотектуры с преобладающим развитием основных групп экзогенных процессов – аккумулятивных, денудационных и гравитационных, и парагенетических их сочетаний. На региональном уровне выявляются морфоструктуры I порядка (плато, равнины, горные хребты, кряжи, межгорные впадины) и II порядка (увалы, гряды, котловины, бессточные впадины и др.), а также их элементы (сводные части положительных структур их крылья, флексурообразные перегибы, днища и борта отрицательных структур и т.д.). Отчетливо устанавливается связь морфоструктур с генетическими типами экзогенных процессов, формирующих определенные типы морфоструктуры. В большинстве случаев экзогенные процессы рассматриваются как индикаторы морфоструктур и их элементов, это особенно важно при выявлении инверсии рельефа.

На локальном уровне генерализации возможно получение необходимой информации для выявления особенностей распространения генетических типов экзогенных процессов, их морфологического выражения, экспозиции склонов, густоты и глубины эрозионного расчленения территории и связи с общей геоморфологической обстановкой, определение возрастных генераций различных форм. Дешифрируются геологические комплексы пород и их литологический состав. Результаты дешифрирования используются для составления специализированных обзорных карт современного состояния и условий развития экзогенных процессов, районирования территорий по интенсивности их проявления на основе количественных показателей.

Во втором разделе главы описана постановка задачи исследования. В основе охарактеризованных выше общепринятых визуальных и автоматизированных технологий изучения экзогенных процессов и мониторинга лежит принцип извлечения информации непосредственно об уже имеющихся оползневых телах и других интересующих исследователя объектах и их динамики. В своем исследовании я использовал принципиально другой методический подход к прогнозированию оползневой опасности на основе автоматизированного анализа линеаментной тектоники с привлечением геологических (литологических и тектонических) и морфометрических (крутизна склонов) данных. Подобный подход позволил выявить несколько основополагающих факторов динамики оползневых процессов - раздробленность (трещиноватость) горных пород, пространственную ориентированность зон трещин и разрывных нарушений, пути миграции и места разгрузок подземных вод; места сочетания литологического состава горных пород, их раздробленности и крутизны склонов, благоприятные для развития оползневых процессов.

Во второй главы описан метод автоматизированного линеаментного анализа космических изображений и аэрофотоснимков. Основная цель автоматизации процесса дешифрирования линеаментов и их статистической обработки – уменьшить трудоемкость подобных работ и снизить субъективность полученных результатов.

При исследовании особенностей линеаментной тектоники использован программный модуль WinLESSA 2.1 2005 (LESSA - Lineament Extraction and Stripe Statistical Analysis - методика автоматического поиска линейных элементов и анализа их ориентации и расположения.), предназначенный для проведения линеаментного анализа по цифровым изображениям (Zlatopolsky, 1997).

Программа WinLESSA позволяет анализировать данные различного типа: полутоновые изображения, бинарные изображения, цифровые модели рельефа (ЦМР). У оператора появляется возможность сравнить и объединить информацию, полученную из различных источников: разных зон спектра, разных дат съемки.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»