CC BY
25
УДК 528.94
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА СЕЧЕНИЯ ИЗОЛИНИЙ ПРИ СОЗДАНИИ КАРТ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
Дмитрий Сергеевич Логинов
Московский государственный университет геодезии и картографии, 105064, Россия, г. Москва, Гороховский пер., 4, аспирант кафедры картографии, тел. (499)267-28-72, e-mail: loginov@cartlab.ru
Сергей Анатольевич Крылов
Московский государственный университет геодезии и картографии, 105064, Россия, г. Москва, Гороховский пер., 4, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии, тел. (499)267-28-72, e-mail: krylov@cartlab.ru
Предложено решение проблемы автоматизированного выбора сечения изолиний при создании карт геофизических полей. В основу положен региональный подход, успешно применяющийся для решения аналогичной задачи в отношении сечения рельефа на топографических картах. Выделение регионов осуществляется районированием геофизических полей (гравитационного и магнитного) на однородные классы. Указаны дальнейшие пути применения результатов.
Ключевые слова: районирование геофизических полей, выбор сечения изолиний, геофизические карты, кластерный анализ.
SOLVING THE PROBLEM OF ISOLINE INTERVALS AUTOMATED SELECTION TO PRODUCTION MAPS OF GEOPHYSICAL FIELDS
Dmitriy S. Loginov
Moscow State University of Geodesy and Cartography, 105064, Russia, Moscow, Gorokhovsky pereu-lok, 4, postgraduate student of Cartography Department, 4, tel. (499)267-28-72, e-mail: loginov@cartlab.ru
Sergey A. Krylov
Moscow State University of Geodesy and Cartography, 105064, Russia, Moscow, Gorokhovsky pereu-lok, 4, docent of Cartography Department, 4, tel. (499)267-28-72, e-mail: krylov@cartlab.ru
The solution of isoline intervals automated selection problem to production maps of geophysical fields is proposed in article. It's based on a regional approach, successfully applied to solve a similar problem in relation to contour interval of relief on the topographic maps. The determining of regions is carried out by the zoning of geophysical fields (gravity and magnetic) into homogeneous classes. The further ways to applying of results are indicated.
Key words: zoning of geophysical fields, isoline intervals selection, geophysical maps, clustering analysis.
Проблема выбора сечения изолиний является одним из главных вопросов геофизического картографирования. Нормативные документы по составлению
крупномасштабных карт геофизических полей определяют решение путем соблюдения точностных и количественных характеристик. Так, согласно инструкциям по проведению полевых съемок различными методами разведочной геофизики выбор сечения изолиний на отчетных картах осуществляется в зависимости от масштаба геофизической съемки, точности измерения данных и других параметров. Сложность использования этих указаний заключается в их не универсальном назначении, поскольку каждое геофизическое поле имеет свои природные особенности распределения.
Основной задачей карт более мелкого масштаба является наиболее полное и в то же время наглядное отображение посредством изолиний пространственных изменений того или иного геофизического показателя, а также подчеркивание морфологической структуры и особенностей поля. На первый план выходят не точностные параметры, а качественный аспект выбора сечения, поскольку для мелкомасштабных карт в виду их пространственного охвата важной является передача информации об общем распределении показателя с сохранением его отличительных свойств (качественный аспект). В этой связи выбор сечения изолиний для таких карт не может быть основан на рекомендациях упомянутых ранее нормативных документов.
Ситуацию усложняет и то, что сейчас этот параметр карты не имеет четких указаний, а потому сечение выбирается исходя из опыта специалистов, тем самым большинству мелкомасштабных геофизических карт свойственна неоправданная индивидуальность оформления [1]. Кроме того, выбор сечения даже может не соответствовать истинному распределению поля, не подчеркивать морфологические различия, тем самым лишать карту одновременной наглядности и достоверности.
Для устранения этих разногласий и решения проблемы автоматизированного выбора сечения изолиний предлагается использовать региональный подход для средне- и мелкомасштабных геофизических карт (масштабов 1:100 000 и мельче). Суть состоит в выделении районов однородного распространения явления и применении к каждому из них собственного сечения изолиний. Подобный подход успешно реализован для аналогичной задачи в отношении определения высоты сечения рельефа на топографических картах. В «Основных положениях по созданию топографических карт масштабов 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000» приведена схема районирования территории СССР, где в зависимости от высоты и морфологии рельефа выделены четыре группы районов и предложены значения сечения горизонталей для каждого из масштабов. Уточнение этой схемы в соответствии с морфологическими особенностями рельефа территории СССР провел проф. Н.С. Подобедов [2].
Возможность применения такого подхода в отношении геофизических полей обусловлена тем, что рельеф, по сути, является естественным географическим полем высот, и существует тесная связь геофизических полей (в первую очередь гра-
витационного и магнитного) как с рельефом земной поверхности, так и со строением земной коры.
Выделение регионов соответствует процедуре районирования, под которым понимается разбиение пространства на типологические единицы, в пределах которых наблюдается сходство пространства по определенным признакам. В геофизическом картографировании накоплен большой опыт проведения районирования геофизических полей (карты районирования входят в комплект обязательных карт геофизической основы Государственной геологической карты 1: 1 000 000 третьего поколения) с использованием формализованным признаков, таких как интенсивность, форма, размер и знак аномалий, возмущенность поля, мозаичность и другие [3, 4]. Однако для выбора сечения изолиний в зависимости от региональных особенностей геофизического поля процедура районирования не применяется.
Районирование геофизических полей предлагается проводить для создания карт гравитационного и магнитного поля, поскольку они распространены в практике средне- и мелкомасштабного геофизического картографирования. В качестве исходных материалов предлагается использовать цифровые карты аномального магнитного поля и поля силы тяжести в редукции Буге масштаба 1:2 500 000, составленных ФГУП «ВСЕГЕИ», представляющие собой регулярные матричные сетки с пространственным разрешением 2*2 км.
Экспериментальные исследования проводились по районированию территории Монголо-Охотского орогенного пояса и Сихотэ-Алинской складчатой системы. Выбор тестового региона обусловлен геолого-геофизическими особенностями территории, поскольку здесь отмечается стык разнородных геологических структур, что позволяет обоснованно провести районирование.
Районирование осуществлялось классификационным методом равных классов (или квантилей). Выбор метода обусловлен необходимостью устранения влияния экстремальных значений поля, и одновременного сохранения их в общем массиве обрабатываемых данных.
Весь диапазон значений поля разбивается на три группы, соответствующие высокому, среднему и низкому уровню поля. Каждая группа содержит одинаковый объем значений (33,33%). Результат классификации гравитационного и магнитного полей по методу равных классов представлен на рис. 1, 2 соответственно. Первый класс для данной территории характеризуется высокими значениями полей (от 10 до 257 мГал и от 120 до 2400 нТл соответственно), второй - средними (от -70 до 10 мГал и от 50 до 120 нТл), третий - низкими (от -180 до -70 мГал и от -1100 до 50 нТл). Конфигурация выделенных областей на карте классов гравитационного поля четко определяет горную систему Забайкалья и Сихотэ-Алинь, что подчеркивает высокую корреляцию распределения рельефа и гравитационного поля. Классы магнитного поля имеют более мозаичную структуру, тем не менее
выделяются обширные участки преобладания высокого поля, также соответствующие высокогорным хребтам Забайкалья.
Рис. 1. Карта классов гравитационного поля тестового региона
Рис. 2. Карта классов магнитного поля тестового региона
На основе проведенной классификации создаются полигональные объекты каждого класса с соответствующими ему основными атрибутами (номер класса, минимальное, максимальное и среднее значения поля, и т.п.). Целевое назначение карты районирования предполагает наложение на созданные полигоны сетки из номенклатурных листов масштаба 1:200 000, который принимается в качестве базового при полевых геолого-геофизических исследованиях. Каждой ячейке этой сетки будет присвоено значение того класса, распространение которого преобладает в данной ячейке. В случае выбора сечения для карт масштабов 1:200 000 -1: 1 000 000 предлагается использовать дискретность сетки, соответствующую номенклатурным листам 1:1 000 000.
Полученная карта районирования позволяет провести соответствие между тем, в какой регион попадает картографируемая территория, и выбором сечения изолиний, которое наиболее детально и наглядно отобразит особенности распределения поля в этом регионе. Сложность применения подобной методики для геофизических полей проявляется в том, что в случае с геофизическими картами мы имеем дело не с одним полем (полем рельефа как для топографических карт), а сразу с несколькими полями, имеющими собственную природу возникновения. Поэтому для наиболее полноценного решения задачи необходимо построить карты районирования для всех основных геофизических полей, что позволит сохранить отличительные черты их распространения на картографическом изображении.
Таким образом, предварительные результаты показали целесообразность выполнения дальнейших исследований. Предполагается применение иных формализованных признаков для районирования с целью уточнения границ регионов и принятия во внимание морфологических особенностей поля.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Логинов Д.С. Отечественный и зарубежный опыт геофизического картографирования. // Изв. вузов «Геодезия и аэрофотосъемка». - 2015. - №5. - с. 71-77
2. Верещака Т. В., Подобедов Н. С. Полевая картография: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.:- Недра 1986. - 351 с., ил.
3. Логинов Д.С. Геоинформационные методы составления и использования карт изученности и районирования геофизических полей // Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформационное картографирование в регионах России». 10-12 декабря 2015 г. / Воронежский государственный университет. - Воронеж: Издательство «Научная книга», 2015. - 167 с.
4. Крылов С.А., Логинов Д.С. Разработка карт геофизического раздела комплексного регионального атласа. // Материалы X научной конференции по тематической картографии «Атласное картографирование: традиции и инновации» (Иркутск, 22-24 октября 2015 г.). - Иркутск: Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2015. - с. 115-117
© Д. С. Логинов, С. А. Крылов, 2016
