CC BY
46
УДК 528.8
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗНОВРЕМЕННЫХ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ РАЗВИТИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА БАРНАУЛА
Елена Викторовна Солонько
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант, Институт геодезии и менеджмента, тел. (903)995-98-93, e-mail: [email protected]
Елена Павловна Хлебникова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доцент кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (913)901-94-58, e-mail: [email protected]
Целью статьи является анализ эффективности использования данных дистанционного зондирования для оценки изменений природных объектов при осуществлении мониторинга. В качестве примера показаны возможности оценки и анализа изменений левого берега реки Оби на территории города Барнаула при развитии оползневых процессов.
Ключевые слова: разновременные космические снимки, данные дистанционного зондирования, автоматизированное дешифрирование, организация мониторинга природных объектов, оползневые процессы.
USING SATELLITE IMAGERY DIFFERENT TIMES FOR ESTIMATING OF LANDSLIDE PROCESSES IN THE CITY OF BARNAUL
Elena V. Solonko
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., graduate student, Institute of Geodesy and Management, tel. (903)995-98-93, e-mail: [email protected]
Elena P. Khlebnikova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., associate professor of chair of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (913)901-94-58, e-mail: [email protected]
The aim of the article is to analyze the efficiency of the use of remote sensing data to estimate changes of natural objects in monitoring. As an example, shows the possibility of assessing and analyzing the changes in the left bank of the river Ob in the city of Barnaul in the development of landslide processes.
Key words: different time satellite imagery, remote sensing data, automated interpretation, organization of monitoring of natural objects, landslide processes.
Мониторинг различных природных объектов предполагает непрерывный процесс сбора информации об объекте, выявления качественных и количественных изменений, установления причинно-следственных связей. По данным мониторинга дается оценка состояния и составляется прогноз изменений объекта под воздействием различных факторов, разрабатываются мероприятия по сохранению
природных объектов и принимаются решения по устранению неблагоприятных воздействий. Организовать мониторинговые мероприятия можно и традиционными методами с наземными наблюдениями и инструментальными измерениями на пунктах стационарной сети. Однако, использование данных дистанционного зондирования (ДДЗ) для мониторинга медленно и быстро протекающих процессов и охватывающих большие территории имеет приоритетное значение, так как зачастую именно они являются надежным источником получения и накопления информации об объекте [5]. Для качественной организации мониторинга необходимо комплексно использовать материалы ДДЗ, данные натурных наблюдений и измерений, материалы ранее проведенных исследований. Для выявления и осуществления контроля за развитием антропогенных воздействий и чрезвычайных ситуаций наиболее эффективным является использование космических снимков [6].
Рассмотрим результаты проведенных исследований для оценки антропогенных изменений оползневой зоны г.Барнаула (левый берег р. Оби). Барнаульский оползневой участок протяженностью 42 км имеет номер 2212200001 по реестру ГМСН ЭГП. Мониторингом оползневой зоны с 1974 года занимается оползневая станция при АОА "Алтайская гидрогеологическая экспедиция". Согласно гидрологическим и инженерно-геологическим исследованиям рассматриваемая территория подвержена таким геологическим процессам, как оползни и подтопление [3].
На основании анализа коэффициентов пораженности и устойчивости берегового склона было выполнено районирование, в результате было выделено 4 оползневых района [1], основные характеристики которых приведены в таблице:
- 1 оползневой район (от городского водозабора до устья р. Барнаулки);
- 2 оползневой район (от устья р. Барнаулки до железнодорожной выемки);
- 3 оползневой район (от железнодорожной выемки до границы с Ленинским районом);
- 4 оползневой район (от границы с Октябрьским районом до Научного Городка).
Таблица
Характеристики оползневых районов г. Барнаула
Характеристика оползневых деформаций Оползневые районы
1 2 3 4
Протяженность, в км. 11,0 5,0 3,5 18,5
Коэффициент поражения (коэффициент устойчивости) 0,65 (0,40 - 0,70) 0,30 - 0,80 (0,60 - 1,40) 0,14 (0,40 - 1,40) 0,20 - 0,70 (0,60 - 2,80)
Количество оползней за период с 1974 по 2015 гг. 114 157 163 171
Крутизна склонов, в град. 45 - 55 5 - 45 25 - 90 25 - 85
Превышение плато над меженным уровнем р. Оби, м 50 - 67 от 10 до 50 - 60 60 - 95 100 - 110
На рис. 1 показана оползневая зона г. Барнаула, расположенная на левом берегу р. Оби и административное деление территории.
Рис. 1. Районирование оползневой зоны г. Барнаула
Основными факторами образования оползней являются эрозионная деятельность реки, овражная эрозия, суффозия и антропогенная нагрузка [2]. Наблюдения за развитием оползневых процессов выполнялись сотрудниками оползневой станции с 1974 по 2015 гг. визуально и инструментально. В виду сокращения финансирования и штата сотрудников (на сегодняшний день осталось 2 человека) использование ДДЗ для организации мониторинга оползневой зоны является эффективным и актуальным методом.
Исходными материалами для научно-исследовательской работы послужили комплекты разновременных космических снимков, полученные с ресурса Google Earth и архивные спутниковые снимки Landsat-7/ETM, Landsat-8/ETM, которые были получены с ресурса Геологической службы США (USGS).
Снимки, полученные системой Landsat, в силу среднего пространственного разрешения (30 м) не позволяют с достаточной степенью детальности решить поставленные задачи. Для оценки развития оползневых процессов и определения изменений территорий необходимо использовать снимки более высокого пространственного разрешения.
Ресурс Google Earth предоставляет пользователям в свободном доступе данные дистанционного зондирования, в основу которых положены снимки Landsat с разрешением на местности 15 м и Quickbird с разрешением 2 м. На данном ресурсе представлены материалы на интересующую нас территорию с 2002 по 2015 года на все сезоны года. С данного ресурса были получены комплекты снимков на летний период 2002, 2009, 2011, 2014 и 2015 годов. На рис. 2 показана подборка комплектов разновременных снимков для трех харак-
терных участков, расположенных в первом и во втором оползневых районах г. Барнаула.
Рис. 2. Выбор комплектов разновременных снимков для трех участок оползневой зоны г. Барнаула
Пример сравнительного анализа двух разновременных снимков 2009 года и 2011 года позволяет выявить произошедшие изменения территории при развитии оползневых процессов, а разность в дате снимков сделать выводы о скорости протекания этих процессов (рис. 3).
а) б)
Рис. 3. Второй оползневой район, ул. Фабричная. Снимки: а) 18 августа 2009 года; б) 30 июля 2011 года
Выявление изменений по разновременным снимкам 2009 и 2011 годов было выполнено в программном комплексе ERDAS IMAGINE 2010.
С указанными растрами была проведена процедура определения изменений (Change detection), основанная на определении яркостных различий (Image Difference) разновременных снимков и сделаны маски зон изменений территорий. На рис. 4 показан пример настройки параметров и создания маски.
Рис. 4. Маска зоны изменения территории при активизации
оползневых процессов: а) настройка параметров; б) результат обработки
При совместном анализе изображения снимка территории до образования оползня с наложенной маской изменений (рис. 5) можно сделать выводы о том, что однозначно дешифрируется оползневая зона, смещение оползневого тела в русло реки и изменение береговой линии.
Рис. 5. Наложение маски на исходный снимок 2009 года
На маске отчетливо видны строения, попавшие в зону активного оползня и пострадавшие от него. Кроме действительных изменений территории на маске отобразились и некоторые фиктивные изменения жилых домов частного сектора и производственных помещений, вызванные наличием теней и различий в углах съемки. Подбор оптимальных параметров, генерализация растра и визуальное контроль дешифрирования позволяет минимизировать влияние данных факторов [4].
Проведенные эксперименты по определению изменений территорий, подверженных оползневым процессам, показали возможности и перспективу использования разновременных снимков для оценки развития данных процессов. Комплексное использование ДДЗ и наземных методов исследований позволяет не только фиксировать уже произошедшие изменения территорий вследствие развития оползневых процессов, но и определять динамику развития этих процессов, составлять прогнозы, принимать управленческие решения по ликвидации последствий, минимизации ущерба и защиты населения [6].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Архив отчетов Барнаульской оползневой станции по стационарным наблюдениям за геодинамическими (оползневыми) процессами р. Оби в г.Барнауле // Российский федеральный геологический фонд «РОСГЕОЛФОНД» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rfgf.ru/catalog/index.php
2. Волкова Е. В. Причины образования оползней в южной части г. Барнаула // «Молодёжь - Барнаулу» : мат. 2 - ой межвуз. науч.-практ. конф. - Барнаул, 2000. - С. 91-93.
3. Волкова Е. В., Аверьянова О. Г. Инженерно-геологические процессы в зоне г. Барнаула // «Молодёжь - Барнаулу» : мат. межвуз. науч.-практ. конф. - Барнаул, 1999. -С. 109-111.
4. Дешифровочные признаки изображений объектов на многоспектральных космических снимках. Разработка методик автоматизированного дешифрирования аэрокосмических снимков / А. П. Гук, Л. Г. Евстратова, Е. П. Хлебникова, С. А. Арбузов, М. А. Алтынцев, А. С. Гордиенко, А. А. Гук, Д. П. Симонов // Геодезия и картография. - 2013. - № 7. -С. 31-40.
5. Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ / И. А. Лабутина, Е. А. Балдина // Всемирный фонд дикой природы (WWF России). Проект ПРООН/ГЭФ/МКИ «Сохранение биоразнообразия в российской части Алтае-Саянского экорегиона». - М., 2011. - 88 с.
6. Хлебникова Е. П., Симонов Д. П. Возможности применения методов статистического анализа при дешифрировании многозональных космических снимков // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 1. - С. 59-63.
© Е. В. Солонько, Е. П. Хлебникова, 2016
