CC BY
29
УДК 528.88
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УСТАНОВЛЕНИЯ ГРАНИЦ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОГРАФИИ ПО РАЗНОВРЕМЕННЫМ КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ
1 л 4
© Л.А. ПластининХоанг Зыонг Хуан2, Чинь Ле Хунг3
1,2 Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 3 Технический университет им. Ле Куи Дон, Вьетнам, г. Ханой.
Мониторинг изменения границ водных объектов является одной из актуальных и сложных задач при исследовании природных ресурсов и окружающей среды. Традиционные методы не всегда эффективны при решении задач на глобальном уровне. С развитием аэрокосмических методов космические изображения широко используются в оценке динамики границ водных объектов. Некоторые методики автоматизированного установления границ водных объектов просты и эффективны только для конкретных типов изображений. В статье рассмотрена методика автоматизированного установления водных объектов (на примере озера-водохранилища Чи Ан во Вьетнаме) на основе дешифрирования разновременных космических изображений. Ил. 5. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: Вьетнам; многозональная космическая съемка; динамика границ водных объектов; разновременные изображения космических снимков.
DEVELOPMENT OF AUTOMATED WATER BODY DELINEATION METHODS BY MULTI-TEMPORAL SATELLITE IMAGERY
L.A. Plastinin, Hoang Duong Huan, Trinh Le Hung
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia. Technical University named after Le Quy Don, Hanoi, Vietnam
Monitoring water body coastal dynamic is one of the relevant and complex issues in studying natural resources and environment. Traditional methods are not always effective when solving global problems. Development of remote sensing technology enabled a wide use of satellite images for coastal dynamics evaluation. Some methods of automated delineation of water bodies are simple and efficient only for specific imagery types. The article examines the procedure of automated delineation of water bodies (by example of Tri An lake-reservoir in Vietnam) based on the decoding of multitemporal satellite images. 5 figures. 9 sources.
Key words: Vietnam; multispectral imagery; water body coastal dynamics; multi-temporal satellite images.
Введение
Изменение границ объектов гидрографии понимается как геологический процесс в прибрежных районах, озерах и реках, включающий в том числе процессы эрозии и аккреции. Во Вьетнаме эти процессы широко распространены и интенсивно воздействуют на окружающую среду, качество жизни человека и техногенные сооружения [6, 7, 9]. Поэтому эффективное управление водными ресурсами, в том числе оценка динамики границ объектов гидрографии, является одной из важных масштабных задач, стоящих перед обществом. При этом в исследованиях водных объек-
тов широко используются аэрокосмические методы, благодаря чему достигается значительный эффект. С использованием данных дистанционного зондирования решаются многие задачи, в том числе инвентаризация берегов водохранилищ и других водных объектов, мониторинг экологического состояния объектов, выявление загрязнений в результате аварийных сбросов и разливов загрязняющих веществ на участках [6, 9].
Цель исследования
В настоящее время широко используются методы автоматизированного проведения границ в пределах
1 Пластинин Леонид Александрович, доктор технических наук, профессор, директор Центра космических технологий и услуг, тел.: 89148811808, e-mail: irkplast@mail.ru
Plastinin Leonid, Doctor of technical sciences, Professor, Director of the Center of Space Technologies and Services, tel.: 89148811808, e-mail: irkplast@mail.ru
2Хоанг Зыонг Хуан, аспирант, тел.: 89247005773, e-mail: duonghuan209@gmail.com Hoang Duong Huan, Postgraduate, tel.: 89247005773, e-mail: duonghuan209@gmail.com
3Чинь Ле Хунг, кандидат технических наук, преподаватель кафедры геоинформационных систем, e-mail: trinhlehung125@gmail.com
Trinh Le Hung, Candidate of technical sciences, Lecturer of the Department of Geoinformation Systems, e-mail: trinhle-hung125@gmail.com
«вода - суша», такие как методы синтезированых изображений, методы деления изображений, разработанные G. Winasor, A. Alesheikh [1,2]. В статье представлены наиболее эффективные методы и приведена методика автоматизированного установления границ объектов гидрографии по данным дешифрирования разновременных многозональных космических изображений.
Материал и методы исследования
Методы синтезирования изображений. Это самый простой метод проведения границ объектов гидрографии на основе синтезирования изображений, полученных в разных спектральных диапазонах. Наилучшим методом синтезирования изображений является синтезирование «543», в котором используются изображения, полученные в среднем ИК, ближнем ИК и красном диапазонах. Этот метод синтезирования изображений не всегда может автоматизиро-ванно четко выделить границы между водой и сушей, поэтому требуется большой опыт пользователей, а также его проверка при проведении больших объемов работ. Пример синтезированного изображения «543» показан на рис.1.
Метод G. ]М1пэзог. Одним из популярных методов выделения границ «вода - суша» является метод, разработанный Gathot Winasor в 2001 г. При этом автор использует многозональные изображения LANDSAT ТМ, ЕТМ+, полученные в 3-х спектральных диапазонах: band2 - зеленый (0.525 - 0.605 мкм), band4 - ближний ИК (0.75-0.90 мкм) и band5 - средний ИК (1.55-1.75 мкм). Частное синтезированное изображение band4/band2 используется для проведения границ «вода - суша» с растительным покровом, а изображение band5/band2 - для проведения границ «вода - суша» без растительного покрова. Граница «вода - суша» получается при наложении 2-х полученных изображений, где вода принимает значения меньше 1, а суша - больше 1 [2].
Метод Alesheikh А. Кроме метода G. Winasor в настоящее время используется еще один популярный метод автоматизированного выявления границ «вода - суша», разработанный Alesheikh A. в 2006 г. [1]. Как и метод G. Winasor, Alesheikh A. использует синтез 3-х спектральных диапазонов изображений LANDSAT ТМ, ЕТМ+: зеленый, ближний ИК и средний ИК. Анализ
спектральных характеристик воды показал, что наиболее информативными диапазонами для выделения границ «вода - суша» являются ближний и средний ИК-диапазоны, в том числе средний ИК-диапазон (1.55-1.75 мкм), эффективно использованный для выявления границ водных объектов с растительным покровом. Метод Alesheikh A. является развитием метода G. Winasor, в котором используется еще и пороговая классификация воды на изображения, полу-ченнные в среднем ИК-диапазоне. Блок-схема синтеза Alesheikh A. показана на рис.2.
Результаты исследования и их обсуждение
Примеры разработки методики автоматизированного установления границ объектов гидрографии на основе дешифрирования разновременных космических снимков. Несмотря на простоту, методы проведения границ «вода - суша», разработанные G. Winasor, A. Alesheikh, эффективны только для многозональной съемки LANDSAT. Для других многозональных, а также моноканальных изображений - радиолокационных и панхроматических снимков - эти методы не могут однозначно использоваться для автоматизированного выявления границ объектов гидрографии.
Для решения этой задачи в данной работе приведена методика автоматизированного выявления динамики границ водных объектов по данным результатов классификации разновременных космических снимков. Исходными изображениями являются снимки начала и конца периода исследования. Методика не зависит от типов космических снимков, а работает на основе результатов классификации объектов гидрографии. Классификация выполнена с помощью пара-лелепипедного метода с привлечением метода максимального правдоподобия для пикселей, находящихся в разных паралеллепипедах. Для более надежной классификации исходные изображения были обработаны по структурно-пространственной модели [3]. Тематические изображения водных объектов приводятся к градиентной фильтрации (фильтр Собель). Полученные результаты следует умножить для составления динамического картографирования границ объектов гидрографии. Блок-схема разработанной методики показана на рис. 3.
а) б)
Рис.1. Синтезированные многозональные изображения «543»: а - 1990 г.; б - 2010 г.
Рис.2. Блок-схема метода проведения границ «вода - суша» по МевЬе^кЬ А.
Рис.3. Блок-схема автоматизированного выявления динамики водных объектов
Используя эту методику, можно создать карту изменения объектов гидрографии [5]. Карта изменения границ объектов гидрографии позволяет пользователям иметь следующий набор средств:
• выбор картографических слоев из полного списка доступных слоев;
• просмотр картографической информации в окне web-браузера с использованием интерактивного интерфейса;
• обеспечение возможности получения данных в виде файлов в векторных и растровых форматах, совместимых с распространенными программными продуктами ГИС;
• возможность выполнения интерактивных запросов к базам данных и получение количественных и качественных характеристик объектов в табличном и графическом виде.
Первым преимуществом при использовании разработанной методики является то, что в процесс классификации вовлекаются не все точки изображения, а только те, которые относятся к объекту гидрографии. Для дешифрирования достаточно сформировать эталонные участки объектов гидрографии, которые достаточно легко определяются по исходным изображениям. Таким образом, сокращаются объем вычислений и вычислительные затраты. Вторым преимуществом при использовании разработанной методики является внедрение для всех типов космических изображений, даже для одноканальных.
Исходными данными являются многозональные изображения LANDSAT, полученные 30.12.1990 г. и 10.02.2010 г. на территории юга Вьетнама, где распо-
ложено озеро-водохранилище Чи Ан - одно из самых больших озер-водохранилищ во Вьетнаме (см. рис.1). Озеро-водохранилище было создано в 1984-1987 гг. при строительстве плотины гидроэлектростанции Чи Ан. Площадь его составляет около 323 кв. км. Около озера-водохранилища расположен влажный тропический лес. В настоящее время в результате антропогенной деятельности граница озера сильно изменяется, уменьшается также площадь растительного покрова. Известно, что антропогенная деятельность сопровождается негативными процессами, такими как эрозия почв, нарушение лесов, загрязнение водной поверхности и т.д. Все это, как правило, ведет к появлению серьезных локальных и глобальных экологических изменений, которые необходимо анализировать и оценивать, а также прогнозировать их развитие с целью комплексного исследования изучаемой территории земной поверхности и повышения эффективности использования её природных ресурсов.
Результаты дешифрирования объектов гидрографии на исследуемой территории показаны на рис. 4. Анализ результатов дешифрирования объектов гидрографии в 1990 и 2010 гг. показал, что площади озера-водохранилища Чи Ан в 1990 и 2010 гг. составляли 32360 и 26938 га соответственно [4]. Таким образом, площадь исследуемого озера-водохранилища уменьшилась на 5422 га, что составляет 16,7% (картографическая точность измерения в пределах 15-20 м ). Динамическое картографирование границы озера-водохранилища Чи Ан в период 1990-2010 гг. показано на рис.5.
а) б)
Рис. 4. Результаты классификации водных объектов: а - 1990 г.; б - 2010 г.
а) б)
Рис. 5. Динамическое картографирование водных объектов: а - 1990 г.; б - 2010 г.
Заключение
Процессы эрозии и аккреции границы озера-водохранилища Чи Ан в настоящее время сильно влияют на качество окружающей среды. Эти изменения отображаются на космических снимках, соответственно актуальной является разработка новых и адаптация существующих методик, которые позволили бы проводить регулярный мониторинг состояния объектов гидрографии, оценивать и картографировать его динамику с целью сохранения и восстановления
природных экосистем [7, 8]. Работа содержит результаты исследований и разработок авторов, которые можно рассматривать как решение научной задачи по развитию методов автоматизированного дешифрирования разновременных космических снимков для мониторинга состояния и оценки динамики объектов гидрографии Вьетнама. Разработанная методика может эффективно использоваться для мониторинга динамики границ «вода - суша» с уменьшением объема вычислений и полученных затрат.
Библиографический список
1. Alesheikh A.A., Ghorbanali A., Nouri A. Coastline change detection using remote sensing / Int. J. Environ, Sci. Tech., 2006. Р.61-66.
2. Winasor G., Budhiman S. The potential application of remote sensing data for coastal study, Proc. 22nd, Asian Conference on Remote sensing. Singapore, 2001. 5 p.
3. Марчуков В.С., Чинь Ле Хунг. Методы выявления динамики тропической растительности Вьетнама путем автоматизированного дешифрирования временных рядов многозональных снимков // Исследование Земли из космоса. 2011. №3. С.75-85.
4. Марчуков В.С., Миртова И.А. Дешифрирование динамики растительного покрова и грунтов по материалам дистанционного зондирования: учеб. пособие. М.: МИИГАиК, 2009. 128 с.
5. Марчуков В.С. Технология динамического картографирования по данным ДЗЗ // Тезисы докладов Междунар. науч.-техн. конф. «Геодезия, картография и кадастр - XXI век». М.: МИИГАиК, 2009. С.131.
6. Проблемы методологических и методических разработок регионального мониторинга и экологического прогноза
на примере водохранилищ ангарского каскада / Л.А.Пластинин [и др.] // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2010. №5. С.105-110.
7. Пластинин Л.А., Олзоев Б.Н. Система космического мониторинга за деятельностью отраслей хозяйства Иркутской области // Материалы Междунар. науч. конгресса «Интерэкспо Гео-Сибирь», конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия». Новосибирск: СГГА, 2012. Т.2. С.169-176.
8. Пластинин Л.А., Олзоев Б.Н., Паршин А.В. Проект геопортала «Космический мониторинг рационального природопользования оз. Байкал и Байкальской природной территории» // Материалы Междунар. науч. конгресса «Интерэкспо Гео-Сибирь», конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия». Новосибирск: СГГА, 2013. Т.2. С.72-76.
9. Ступин В.П., Пластинин Л.А. Морфодинамическое картографирование типов берегов ангарских водохранилищ по материалам дистанционного зондирования Земли // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. №9 (56). С.72-79.
УДК 553.98(47)
О НЕКОТОРЫХ ФАКТОРАХ ОНТОГЕНЕЗА УГЛЕВОДОРОДОВ В СЕВЕРО-КИТАЙСКОМ НЕФТЕГАЗОНОСНОМ БАССЕЙНЕ
© Л.А. Рапацкая1, Н.А. Буглов2, Н.Е. Егорова0
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрены некоторые факторы онтогенеза углеводородов нефтегазоносных бассейнов Северо-Восточного Китая. Проведен анализ факторов, влияющих на онтогенез: разломно-блоковая тектоника, определяющая структурное положение осадочных бассейнов; большая мощность осадочных толщ, формирующихся в благоприятной для образования коллекторов фациальной обстановке при «лавинной седиментации»; термический эффект прогрева осадков, обеспеченный тепловым воздействием мантийных астеносферных плюмов (вызывают утонение и раскол литосферы), способствующий термолизу и катагенетическому преобразованию органического вещества, контролирующий процессы первичной миграции нефти и определяющий возможность существования залежей, их вертикальную и латеральную зональность. Ил. 6. Табл. 1. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: онтогенез углеводородов; Северо-Китайская платформа; разломно-блоковая тектоника; осадочные нефтегазоносные бассейны; бассейн Бохай; астеносферные плюмы; геотермические разрезы; лавинная седиментация; дельта р. Хуанхэ.
Рапацкая Лариса Александровна, кандидат геолого-минералогических наук, профессор кафедры прикладной геологии, тел.: 89148836025, е-mail: raplarisa@yandex.ru
Rapatskaya Larisa, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Professor of the Department of Applied Geology, tel.: 89148836025, e-mail: raplarisa@yandex.ru
Буглов Николай Александрович, кандидат технических наук, профессор кафедры нефтегазового дела. Buglov Nikolai, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Oil and Gas Business.
Егорова Наталья Евгеньевна, старший преподаватель кафедры прикладной геологии, тел.: 89086665085, е-mail: egorova_ne@istu.edu
Egorova Natalya, Senior Lecturer of the Department of Applied Geology, tel.: 89086665085, e-mail: egorova_ne@istu.edu
