• Аджян Александр Арсенович
  • 2010
  • 24

Разработка методов использования космических изображений для оценки инженерно-геологических условий горных районов автореферат диссертации для написания диплома, курсовой работы, тема для доклада и реферата

Разработка методов использования космических изображений для оценки инженерно-геологических условий горных районов - темы дипломов, курсовиков, рефератов и докладов Ознакомиться с текстом работы
Специальность ВАК РФ: 25.00.34 — Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия
  • Реферун рекомендует следующие темы дипломов:
  • Теоретические основы использования космических изображений для характеристики инженерно-геологических условий территории
  • Предварительная компьютерная обработка данных дистанционного зондирования
  • Реферун советует написать курсовую работу на тему:
  • Алгоритмы неконтролируемой классификации
  • Автоматизированный линеаментный анализ космических изображений Центрального Памира
  • Реферун советует написать реферат на тему:
  • Характеристика космических и картографических материалов, использованных при получении количественных значений инженерно-геологических факторов
  • Особенности проявления опасных инженерно-геологических процессов при эксплуатации соляных месторождений
  • Реферун предлагает написать доклад на тему:
  • Особенности минералого-петрографического состава соленосных отложений
  • Основные операции в задачах геометрического моделирования открытых горных работ
  • Оценка работы по перемещению горной массы
  • Граф выбора и реализации способа графического отображения
Поделиться с друзьями:

Выдержки из автореферата диссертации Аджян Александр Арсенович, 2010, 25.00.34 — Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия

Актуальность темы исследования

Опыт строительства транспортных магистралей, эстакад, тоннелей и других инженерных сооружений в горных районах как в нашей стране, так и за рубежом показал, что во многих случаях данные наземных изысканий недостаточно полно отражают истинный характер инженерно-геологической, геодинамической и гидрогеологической обстановок. Это связано с тем, что буровые и полевые работы в условиях горных (особенно высокогорных) районов не всегда проводятся на участках, представляющих наибольшую опасность для строительства инженерных сооружений.

Поэтому использование материалов космической съемки и современных технологий их обработки (дешифрирования) до того, как определено место для строительства или определен вариант прокладки транспортной магистрали, значительно повысит обоснованность и полноту информации о наличии, характере простирания и заложения наиболее напряженных инженерно-геологических зон земной коры (зон разрывных нарушений и трещин) и степень их опасности для строительства инженерных сооружений, их сохранности и эксплуатации.

Влияние зон тектонических разломов и трещин на динамику геологической среды столь велико, что их расположение и современная активность часто являются определяющими факторами при размещении транспортных, гидротехнических и других инженерных сооружений. Поэтому в работе подробно рассмотрена проблема автоматизированного дешифрирования линеаментов (разломов и трещин) с целью выявления систем линеаментов разных иерархических уровней и их корреляционной связи с другими инженерно-геологическими факторами, а именно с неотектоническими движениями земной коры, уклонами склонов, сейсмичностью, густотой речной сети и кольцевыми структурами.

Другая актуальная проблема для горных районов - устойчивость завалов (дамб) прорывоопасных озер, образовавшихся при крупных обрушениях склонов горных хребтов во время сильных землетрясений и перегородивших речную долину. Прорыв дамб грозит катастрофическим затоплением населенных пунктов, расположенных ниже по течению. Данная проблема изучалась в основном при наземных исследованиях Преображенским И.А., Глазыриным Г.Е., Горбуновым А.П., Долгушиным Л.Д. и другими. Дистанционные методы практически не использовались. Начиная с середины 90-х годов XX столетия, в свя-

зи с распадом СССР и недостатком финансирования исследования данного района проводились лишь эпизодически.

Актуальность диссертации, таким образом, обусловлена:

- необходимостью получения независимой оперативной информации об инженерно-геологических условиях горных районов и разработки методики выявления разрывных дислокаций разных иерархических уровней по материалам многозональной космической съемки;

- необходимостью разработки методов оценки инженерно-геологического состояния завалов прорывоопасных озер по разновременным космическим изображениям.

Целью диссертации является разработка методов оценки инженерно-геологических условий горных районов с использованием космических изображений, полученных в разных зонах электромагнитного излучения и с разными уровнями генерализации на примере Сарезского района Центрального Памира.

Для достижения поставленной цели были сформулированы конкретные научные задачи, решаемые в данной работе:

1. проведение анализа принципов, методов и теоретических основ использования космических снимков для характеристики инженерно-геологических условий территории;

2. исследование возможностей использования динамики развития растительного покрова и изменения береговой линии Сарезского озера в районе завала, выявляемых по разновременным космическим изображениям, для оценки интенсивности фильтрации воды сквозь завал (дамбу) и организации космического мониторинга состояния плотин прорывоопасных озер;

3. использование метода автоматизированного многоуровневого линеа-ментного анализа космических изображений, полученных в разных зонах электромагнитного спектра для дешифрирования линеаментов разных иерархических уровней с целью выявления трещинной тектоники и ее влияния на инженерно-геологическую устойчивость склонов прорывоопасных озер;

4. проведение корреляционного анализа различных инженерно-геологических факторов, включая данные линеаментного анализа.

Объектом исследования является территория, прилегающая к озеру Са-резское, которое образовалось в 1911 г. во время сильнейшего землетрясения в долине реки Мургаб (Центральный Памир) при обрушении склонов речной долины. Глубина озера в районе завала достигает 500 м, длина около 60 км. Прорыв завала грозит затоплением огромной территории, на которой проживает

более шести миллионов человек. Завал расположен в труднодоступном высокогорном районе. Мониторинг состояния завала практически осуществим только при помощи космической съемки. Задача организации космического мониторинга за состоянием данного завала и других подобных грандиозных завалов имеет большое научно-практическое значение и очень актуальна.

Теоретическая и методологическая база исследования.

В работе использованы методы визуального дешифрирования и цифровой обработки космических изображений. Оценка инженерно-геологических условий горных районов выполнялась на основе корреляционного анализа инженерно-геологических факторов и автоматизированного многоуровневого ли-неаментного анализа космических изображений.

Информационная база исследования. Базой для выполнения работы являются выполненные ранее исследования в области цифровой обработки снимков. Исходным материалом для разработки методов оценки инженерно-геологических условий горных районов являются космические изображения и серия карт «Природные условия и ресурсы Центрального Памира по материалам космических съемок» (Госцентр «Природа», 1983 г.).

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1) разработан ландшафтно-индикационный метод оценки инженерно-геологической опасности прорыва плотин по разновременным космическим изображениям на основе динамики развития растительного покрова ниже по течению реки от завала;

2) разработан метод оценки инженерно-геологической опасности прорыва плотин по разновременным космическим изображениям с помощью построения оценочных и прогностических пространственных моделей береговой линии прорывоопасных озер на основе классификации объектов путем наращивания однородных областей;

3) предложено использование метода автоматизированного многоуровневого линеаментного анализа космических изображений, полученных в разных зонах электромагнитного спектра, для выявления линеаментов разных иерархических уровней с целью оценки инженерно-геологической устойчивости склонов прорывоопасных озер;

4) установлена устойчивая корреляционная связь систем линеаментов разных иерархических уровней с различными инженерно-геологическими факторами в результате проведенного корреляционного анализа.

Достоверность результатов исследований подтверждается:

1) высокой сходимостью результатов линеаментного анализа космических

изображений разных типов (фотографических и сканерных) и спутников (Ре-сурс-Ф1 и Landsat-7);

2) корректным применением математических методов и вычислительных средств теории вероятностей и математической статистики, вычислительной математики, цифровой обработки изображений, а также использованием хорошо зарекомендовавших себя программ ERDAS IMAGINE, LESSA для автоматизированного дешифрирования космических изображений;

3) высокой корреляцией результатов проведенного в процессе работы автоматизированного дешифрирования линеаментов и визуального дешифрирования, выполненного в Госцентре «Природа», а также устойчивыми корреляционными связями различных инженерно-геологических факторов (показателей) при использовании космических изображений с различной степенью генерализации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) впервые разработаны методы осуществления космического мониторинга состояния плотины прорывоопасного озера на основе оценки динамики развития растительности и изменения береговой линии в районе завала по разновременным космическим изображениям;

2) впервые исследовано изменение характера информативности космических изображений разных зон электромагнитного излучения и разных уровней генерализации при помощи автоматизированного линеаментного анализа космических изображений;

3) впервые выполнена комплексная статистическая обработка различных инженерно-геологических факторов, включающих статистические характеристики линеаментов, выявленные при автоматизированном анализе космических изображений.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанные в работе методы оценки инженерно-геологических условий с использованием результатов многоуровневого линеаментного анализа космических изображений и оценки интенсивности фильтрации сквозь дамбы прорывоопасных озер позволяют выбрать наиболее оптимальные места (трассы) строительства инженерных сооружений и организовать космический мониторинг прорывоопасных озер не только на Центральном Памире, но и в горных районах России и других стран.

Основные результаты исследований внедрены в учебный процесс МИИГАиК и используются в лекционных курсах и лабораторных занятиях по следующим дисциплинам:

- «Дешифрирование аэрокосмических изображений» для студентов специальности «Информационные системы и технологии»;

- «Техника тематической обработки данных дистанционного зондирования» для студентов специальности «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались:

- на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, проводившейся в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК), 2008 г.;

- на международной научно-технической конференции, посвященной 230-летию основания Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК), 2009 г.;

- на международном форуме «Геодезическое образование - история, настоящее и будущее», посвященном 175-летию высшего геодезического образования в России, 2010 г.

Публикации: по результатам проведенных исследований и разработок, выполненных в процессе работы, опубликовано 4 научных работ (3 - в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК Минобрнауки РФ).

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников. Ее объем составляет 150 страниц текста, включает 29 рисунков, 4 таблицы. Список использованных источников содержит 104 наименования, из них 26 на иностранных языках.

Заключение

Общим результатом работы является решение научной задачи, имеющей важное хозяйственное значение - изучение инженерно-геологических условий, оказывающих существенное влияние на строительство и эксплуатацию инженерных сооружений, на развитие негативных природных процессов, представляющих угрозу для человека, с помощью автоматизированных методов обработки космических изображений земной поверхности.

Экспериментальное исследование разработанных методов оценки инженерно-геологического состояния завалов прорывоопасных озер показало, что эти методы позволяют оценить динамику стока родников и обеспечивают корректное автоматизированное формирование тематических изображений изменения береговой линии, которые могут использоваться в качестве объективной основы для построения оценочных и прогностических пространственных моделей береговой линии прорывоопасных озер.

В результате выполнения работы определены пути повышения эффективности использования данных дистанционного зондирования для оценки инженерно-геологических условий строительства в горных районах.

Проведены экспериментальные исследования методов обработки космических изображений земной поверхности, обеспечивающих получение информации о наличии, характере простирания и залегания наиболее напряженных инженерно-геологических зон (зон разрывных нарушений и трещин) и степени их опасности для строительства.

При выполнении данной работы решен ряд научно-технических задач и получены следующие результаты.

1. Исследованы принципы, методы и теоретические основы использования космических изображений, полученных в разных зонах электромагнитного спектра для изучения инженерно-геологических особенностей горных районов (на примере Центрального Памира).

2. Разработан ландшафтно-индикационный метод оценки инженерно-геологической опасности прорыва плотин по разновременным космическим изображениям на основе динамики развития растительного покрова ниже по течению реки от завала.

3. Разработан метод оценки инженерно-геологической опасности прорыва плотин по разновременным космическим изображениям с помощью построения

оценочных и прогностических пространственных моделей береговой линии прорывоопасных озер на основе классификации объектов путем наращивания однородных областей.

4. Предложено использование метода автоматизированного многоуровневого линеаментного анализа космических изображений, полученных в разных зонах электромагнитного спектра для выявления линеаментов разных иерархических уровней с целью оценки инженерно-геологической устойчивости склонов прорывоопасных озер.

5. В результате проведенного корреляционного анализа инженерно-геологических факторов показано наличие устойчивой корреляционной связи у штрихов-линеаментов, трещин, разрывных нарушений, уклонов склонов, густоты речной сети и интенсивности сейсмичности.

Список опубликованых работ, отражающих основное содержание диссертации

1. Аджян, A.A. Сравнение результатов автоматизированного и визуального дешифрирования космического снимка Центрального Памира / A.A. Аджян, А.Т. Зверев, В.А. Малинников // Известия вузов «Геодезия и аэрофотосъемка». -2007. - № 5. - С. 86-91. (0,34 / 0,27 пл.).

2. Зверев, А.Т. Теоретические основы использования космических снимков для характеристики инженерно-геологических условий территории / А.Т. Зверев, A.A. Аджян // Известия вузов «Геодезия и аэрофотосъемка». - 2009. - № 4. -С. 60-62. (0,37/0,29 пл.).

3. Аджян A.A. Инженерно-геологическая оценка труднодоступных территорий по данным космического мониторинга / A.A. Аджян // Сборник статей по итогам международной научно-технической конференции, посвященной 230-летию основания МИИГАиК. - М.: Изд-во МИИГАиК, 2009. - С. 84-87. (0,31 пл.).

4. Зверев, А.Т. Оценка инженерно-геологической опасности обрушения горных массивов вокруг озера Сарезское (Центральный Памир) / А.Т. Зверев, A.A. Аджян // Известия вузов «Геодезия и аэрофотосъемка». - 2010. - № 4. -С. 90-93. (0,37 / 0,27 пл.).

Поделиться с друзьями: