CC BY
67
УДК 528.92: 065,6/.7 А.В. Павленко СГГ А, Новосибирск А.Л. Макарчук
ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз», Ноябрьск
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ КАРТ ДИНАМИКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЙ ПО МАТЕРИАЛАМ РАЗНОВРЕМЕННЫХ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОК
В связи со сложившейся на сегодняшний день ситуацией в Ханты -Мансийском автономном округе возникает насущная потребность иметь реальную картину экологического состояния территории округа и динамики происходящих на территории процессов загрязнений окружающей природной среды [1].
В экологическом мониторинге важное место отводится картографированию каких-либо процессов в различные моменты времен. Особое значение при построении карт динамики по результатам дистанционного зондирования приобретает использование материалов разновременных аэрокосмических съёмок.
При проведении исследований по построению карт динамики на конкретное месторождение участвовали следующие разновременные снимки, приведённые в табл. 1.
Таблица 1. Даты съёмок имеющихся аэрокосмических снимков
Название съёмочной системы
Название месторождени я Ресурс-01 №3 датчик МСУ - СК R = 170 м Ресурс-01 №3 датчик МСУ - Э R = 40 м Метеор-3М датчик МСУ - Э R = 40 м МКФ-6 R = 20 м
Карамовское 23.07.91 23.05.99 13.06.00 23.07.91 22.08.91 13.06.00 09.06.02 02.06.03 25.06.89
Холмогорское 23.07.91 23.05.99 13.06.00 23.07.91 22.08.91 13.06.00 09.06.02 02.06.03
Пограничное 23.07.91 17.07.98 23.05.99 13.06.00 23.07.91 09.06.93 19.06.93 09.06.02 02.06.03
В результате проведённых исследований сложилась следующая технологическая схема построения карт динамики, представленная на рис. 1.
Разработанная технологическая схема состоит из двух этапов - это предварительная обработка исходных материалов, которая изначально включает в себя отбор имеющегося материала на конкретный район исследований, и тематическая обработка с целью выявления
нефтезагрязнений.
Рис. 1. Технологическая схема создания карт динамики по материалам разновременной аэрокосмической съёмки
При этом предварительная обработка состоит из двух различных этапов:
- Предварительная обработка имеющегося картографического материала мест нефтезагрязнений прошлых лет;
- Предварительная обработка аэрокосмической информации.
В данной работе в качестве инструмента обработки аэрокосмической информации выступает программный продукт ERDAS Imagine 8.7.
Предварительная обработка имеющегося картографического материала производится с целью создания эталонов нефтезагрязнений прошлых лет для проведения классификации с обучением по имеющимся аэрокосмическим материалам.
Для этого на начальном этапе необходима геопривязка к имеющимся космическим снимкам, с целью их совмещения в единой системе координат.
Геопривязка осуществляется с использованием инструмента Image Geometric correction ... программного продукта ERDAS Imagine. При этом от качества геопривязки карто-схем зависит точность определения границ нефтезагрязнений по аэрокосмическим снимкам.
В связи, с чем следующим этапом является оценка точности геопривязки карто-схем, которая определяется как СКО расхождений по координатам X и Y на контрольных точках.
В случае удовлетворения точности привязки карто-схем требованиям, предъявляемым к решению поставленных задач, приступают к векторизации границ эталонов, при этом используется инструмент AOI/ Tools ...
Векторизация границ эталонов различных типов нефтезагрязнений производилась для каждого месторождения отдельно, кроме того, на исследуемую территорию имелись векторные карты объектов местности в формате MapInfo, которые импортировались в ERDAS Imagine.
Предварительная обработка аэрокосмической информации включает в
себя:
- Атмосферную коррекцию разновременных многозональных космических снимков, полученных различными съёмочными системами;
- Перевод всех имеющихся космических данных в единую систему координат.
Атмосферная коррекция производится с целью устранения влияния атмосферной дымки для каждого космического снимка отдельно. При этом для каждого снимка влияние дымки оценивается по первому спектральному каналу, и, исходя из данной величины, вычисляется для всех остальных спектральных каналов. После вычитания рассчитанных величин из каждого спектрального канала в отдельности производится формирование единого синтезированного многозонального аэрокосмического изображения, скорректированного за влияние атмосферы.
Привязка в единую систему координат осуществляется так же с использованием инструмента Image Geometric correction ...
В качестве результирующей проекции выступает система координат космического снимка Landsat - 7 UTM / WGS 84, к которому производилась
привязка всех имеющихся космических снимков с целью их совместного использования и сопоставления.
Обязательным этапом так же является оценка точности привязки.
В связи с тем, что снимки, полученные съёмочной системой Ресурс - 01 №3 сенсором MCУ - CK имеют большой охват территории, это позволяет осуществлять более глобальное изучение и повышает вероятность нахождения на них исследуемой территории. Однако данные снимки имеют низкое пространственное разрешение порядка l70 м, что не позволяет провести ряд детальных исследований мест нефтезагрязнений.
В данной работе предлагается дополнять снимки, полученные съёмочной системой Ресурс - 0l №3 ^СУ - CK) низкого пространственного разрешения информацией со снимков более высокого пространственного разрешения, полученных съёмочной системой Ресурс - 0l №3 ^СУ - Э), обработанных методом главных компонент.
При обработке изображений, полученных с Ресурс 0l №3 ^СУ - Э) использовался первый порядок главной компоненты с целью выделения наиболее характерных объектов местности - чётких границ и контуров [2].
Для создания совмещённого многозонального изображения, полученного датчиком MCУ - CK и изображения MCУ - Э, обработанного методом главных компонент использовался инструмент ERDAS Imagine - Spatial Enhancement / Resolution Merge. При этом применяется метод - Multiplicative и техника восстановления квантового сигнала - Bilinear Interpolation.
В результате проведения такой операции цветовые характеристики многозонального изображения переносятся со снимка, полученного сенсором MCУ - CK и сохраняется пространственное разрешение снимков, полученных датчиком MCУ - Э.
Тематическая обработка аэрокосмических снимков заключается в наборе эталонных областей различных типов нефтезагрязнений в пределах векторных границ нефтезагрязнений прошлых лет и проведении по ним автоматизированной классификации с обучением.
Результаты классификации подвергаются обязательной оценке точности по технологии, описанной в статье [3].
Если точность автоматизированной классификации удовлетворяет заданным требованиям, приступают непосредственно к векторизации границ различных типов нефтезагрязнений по созданному тематическому растру.
При этом используются различные инструменты векторизации Vector / Tools ..., реализованные в ERDAS Imagine.
После векторизации требуется корректировка полученного векторного слоя, так как могут возникать недоведения линий или пересечения.
Геометрическая корректность карт проверяется с использованием топологических характеристик объектов при помощи инструментов векторизации Erdas Imagine - Vector/Vector Utilities /Clean Vector Layer производитса топологическая чистка пересечений. Затем в меню Vector Utilities / Build Vector Layer Topology строятся топологические отношения между объектами.
Оформление полученных векторных слоёв производится с использованием программного продукта Arc View 3.2. Для этого необходим импорт файлов с векторной информацией из формата Arc Coverage в Shapefile.
Создание композиции карт на разные даты производится с использованием инструмента Arc View - Layouts, при этом также существует возможность редактирования легенды векторных данных.
По данной технологии были созданы карты динамики нефтезагрязнений на месторождения Карамовское, Холмогорское и Пограничное Ханты-Мансийского автономного округа.
По полученным данным наглядно отображается динамика развития процессов нефтяного загрязнения в различные периоды времени на каждом месторождении в отдельности.
Интеграция данных различного пространственного разрешения позволяет дополнить банк данных разновременных космических снимков для более детального исследования ситуации на месторождении в различные периоды времени.
Полученные результаты позволяют создать реальную картину экологического состояния территории округа и дают возможность отслеживания динамики развития загрязнения окружающей природной среды продуктами добычи и переработки нефти.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. «О состоянии окружающей среды Ханты-Мансийского автономного округа в 1998 году» [Текст]: обзор. - Ханты - Мансийск, 1999. - 155 с.
2. Лурье, И. К. Основы геоинформационного картографирования [Текст] / И.К. Лурье. - М., 2000. - 143 с.
3. Павленко, А.В. Автоматизированная оценка точности классификации объектов по аэрокосмическим снимкам [Текст] / А.В. Павленко // Сб. науч. тр. аспирантов и молодых учёных Сиб. гос. геодез. акад. / Под общ. ред. Т. А. Широковой. - Новосибирск, 2003. - С. 93 - 97.
©А.В. Павленко, А.Л. Макарчук, 2005
