Оценка точности высот точек воздушного лазерного сканирования для зонирования территорий по степени оползневой опасности

Выводы

1. Расчет геоэлектрической модели по данным электрического каротажа является важным этапом при формировании стартовой геоэлектрической модели ЗСБ.

2. Использование данных БК позволяет определить соотношение значений сопротивления более «тонких» горизонтов для проведения детальной ин-

версии.

3. При сопоставлении геоэлектрической модели по данным БК и ЗСБ получено сходство параметров на качественном уровне. Количественные расхождения моделей сопротивления по БК и ЗСБ вполне объяснимы вследствие различий этих двух методов геоэлектрических исследований.

Статья поступила 12.03.2014 г.

Библиографический список

1. Буддо И.В., Поспеев А.В., Агафонов Ю.А. Некоторые аспекты выделения пластов-коллекторов в осадочном чехле юга Сибирской платформы по данным нестационарных электромагнитных зондирований // Материалы всероссийской школы-семинара имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям земли. Кн. 2. СПб., 2011. С. 170-173.

2. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М.: Недра, 1982. 448 с.

3. Шемин Г.Г. Геология и перспективы нефтегазоносности венда и нижнего кембрия центральных районов Сибирской платформы (Непско-Ботуобинская, Байкитская антеклизы и Катангская седловина): монография. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. 467 с.

УДК 528.11:551.435.627

ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ВЫСОТ ТОЧЕК ВОЗДУШНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ ЗОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИЙ ПО СТЕПЕНИ ОПОЛЗНЕВОЙ ОПАСНОСТИ

© А.А. Кузин1

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 199106, Россия, г. Санкт-Петербург, 21-я Линия, 2.

Приведены результаты исследования точности цифровой модели рельефа (ЦМР), полученной по результатам воздушного лазерного сканирования (ВЛС) в масштабе 1:2000. С этой целью проведено сравнение высот точек тахеометрической съемки в масштабе 1:2000 с ЦМР по ВЛС. Исследования показали, что ЦМР по ВЛС получена с достаточной точностью, необходимой в качестве основы для регионального зонирования территорий по степени опасности проявления оползневых процессов. Ил. 4. Табл.1. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: цифровая модель рельефа; воздушное лазерное сканирование; тахеометрическая съемка; оползневые процессы; зонирование.

ACCURACY ESTIMATION OF AIRBORNE LASER SCANNING POINT ELEVATION FOR ZONING TERRITORIES BY LANDSLIDE HAZARD DEGREE A.A. Kuzin

National Mineral Resources University (University of Mines), 2, 21 Line Vasilyevsky Ostrov, St. Petersburg, 199106, Russia.

The article presents the results of studying the accuracy of a digital elevation model (DEM) obtained by the results of airborne laser scanning (ALS) in the scale of 1:2000. The heights of tacheometric surveying points are compared with DEM by ALS in the scale of 1:2000. The research has shown that DEM by ALS obtains the accuracy that is sufficient for zoning territories according to landslide hazard degree. 4 figures. 1 table. 6 sources.

Key words: digital elevation model; airborne laser scanning; tacheometric surveying; landslide processes; zoning.

Негативное влияние оползневых процессов проявляется в виде нарушений целостности инженерной и транспортной инфраструктуры, становится причиной снижения безопасности проживания людей. Все это приводит к весьма ощутимым экономическим потерям. Исключить воздействие оползней возможно еще на начальных этапах освоения территории, выбрав участок для строительства с учетом наименьшей степени опасности развития на нем оползневых процессов.

Существуют различные методики зонирования территории по степени оползневой опасности, кото-

рые основываются на детальном изучении и сравнении ряда условий оползнеобразования, информацию о которых можно получить из топографических, геологических, гидрогеологических, геоморфологических, климатических, сейсмических и других карт в масштабах 1:2000 и мельче [2]. Но одним из основополагающих моментов при этом является изучение рельефа земной поверхности по топографическим картам: от точности и детальности получения рельефа зависит надежность зонирования территорий по степени оползневой опасности.

1Кузин Антон Александрович, аспирант, тел.: 89119586283, e-mail: antonkuzin89@mail.ru Kuzin Anton, Postgraduate, tel.: +79119586283, e-mail: antonkuzin89@mail.ru

Для получения цифровой модели рельефа (ЦМР) топографических карт в масштабе 1:2000 возможно использование нескольких геодезических методов. Оптимальными по критериям трудоемкости, зависимости от погодных условий, сезонности, возможности применения для съемки любых территорий (в том числе покрытых сплошной растительностью, застроенных территорий и т.д.) являются тахеометрическая съемка и воздушное лазерное сканирование (ВЛС). Исследование точности полученных результатов позволит определить возможность использования ЦМР по ВЛС для зонирования территорий по степени оползневой опасности.

Для определения точности высот точек необходимо учитывать принцип ничтожных погрешностей, в соответствии с которым точность эталонных отметок земной поверхности должна быть в разы выше оцениваемой точности [4]. Так как для каждого геодезического прибора значения точности определяемых пунктов в плане и по высоте будут отличаться, будем использовать среднестатистические значения. Для тахеометрической съемки электронным тахеометром и спутникового позиционирования значения максимально достижимой точности получения плановых и высотных координат заявляются производителями лучше 1 см, для лазерно-локационных данных - 15-30 см. То есть в этом случае ошибками получения плано-

вых и высотных координат эталонных отметок, полученных по результатам топосъемки и GPS-съемки, можно пренебречь и рассматривать разности высот как истинные ошибки модели ВЛС. Для исследования было решено использовать пикеты тахеометрической съемки, так как для спутникового позиционирования существуют ограничения по характеру местности, на которой производится съемка (наличие препятствий, таких как высокие здания, плотная городская застройка или густые кроны деревьев). При этом использовались ГИС ArcGIS и ПО Microsoft Office Excel.

В качестве исследуемой территории был выбран участок пересеченной местности площадью ~20 га, большая часть которого занята лесной растительностью и около 10% территории приходится на антропогенные объекты (рис. 1). Общий перепад высот от минимальной отметки в 606 м до максимальной в 828 м составил 222 м.

Исходным материалом для исследования стали два массива данных:

- пикеты тахеометрической съемки, полученные с соблюдением инструкции [3] для масштаба 1:2000 и сечения рельефа 1 м (рис. 2,а);

- точки, соответствующие поверхности земли (класс Ground) из общего массива точек лазерных отражений, полученных по результатам ВЛС лазерным сканером Leica ALS70-HP (рис. 2,6).

Рис. 1. Местоположение объекта исследования на картосхеме Google

а) б)

Рис. 2. Исходные материалы для исследования: а - пикеты тахеометрической съемки, наложенные на аэрофотоснимок; б - точки класса Ground из облака точек ВЛС

С помощью тахеометрической съемки было получено всего 380 пикетов, из которых 194 - ситуационных и 186 - рельефных. По всем этим пикетам проводится оценка точности. По результатам ВЛС данной территории было получено облако точек лазерных отражений из более 500000 пикетов. Была проведена классификация точек лазерных отражений (ТЛО) и выделен класс Ground, состоящий из ~108000 пикетов. По ним построена ЦМР в виде нерегулярной сети треугольников (триангуляция Делоне).

Для каждой эталонной точки (пикета тахеометрической съемки) с помощью модуля Spatial Analyst ГИС ArcGIS с ЦМР, полученной по результатам ВЛС, извлекались высотные отметки. На основе пары высотных отметок по результатам обработки всей совокупности данных рассчитывались статистические показатели точности высотной составляющей ЦМР по ВЛС. По доле различных расхождений высот можно судить о степени точности и корректности получения данных ВЛС относительно эталонных пикетов.

При статистической обработке данных принималась аддитивная модель ошибок, в которой факторы представлены в виде алгебраической суммы. Согласно этой модели разности высот ЦМР по ТЛО

AH=HBлc-Hтах

рассматривались в виде суммы систематической (AH) и случайной ( 8Н ) ошибок:

AH=Ah+ 5н .

Основные показатели точности модели можно отразить, используя следующие параметры [6]:

• среднее значение разности высот, оценка систематической ошибки

— 1 n Ah = - Yah ; nj~1 '

• средняя квадратическая ошибка

RMSE>

In У AHi

• средняя абсолютная ошибка

1

ME - - УИ1 ;

П. .

• минимальное и максимальное значения разностей высот.

После исключения систематической ошибки из результатов измерений (ад = а# -Ан) оценивались параметры случайной составляющей (^):

• среднеквадратическое отклонение

1

n -

îZAh2 ;

1 ¡-I

центрированная средняя абсолютная ошибка

• коэффициент асимметрии 1

AsAh -

Ah

na

-у ah

и

n

У Ah

Ah

• коэффициент эксцесса

Ekkh - —

Ah na4

Уah4-3.

' АД 1-1

Оценка близости соответствия эмпирического распределения случайных ошибок нормальному закону распределения проводилась на основе гистограммы частот и наложенной на нее кривой Гаусса. Кроме того, для этой цели могут быть использованы коэффициенты ассиметрии и эксцесса.

Статистические показатели оценки точности по результатам обработки всей совокупности данных приведены в таблице.

n

n

Ah

*

Статистические показатели оценки точности по результатам обработки всей совокупности данных

Название параметра выборки Значение параметра

Число точек п 380

Систематическая ошибка (среднее арифметическое) Ан , м -0,04

Средняя квадратическая ошибка ЯМБЕАН , м 0,197

Средняя абсолютная ошибка МАЕШ, м 0,144

Минимальное значение разности AHmin , м -0,996

Максимальное значение разности AHmаx , м 0,894

Среднеквадратическое отклонение стдл , м 0,193

Средняя абсолютная ошибка вАЬ, м 0,372

Коэффициент асимметрии 0,015

Коэффициент эксцесса Ек^ 5,009

0,00

' 5У 55' 5У 55^ 55- <5- О- О" О- О" <5- О- <5- о-

з Распределение случайных ошибок высот ВЛС

- Нормальное распределение Гаусса

АЙ, м

Рис. 3. Распределение случайных ошибок ЦМР по ВЛС на эталонных пикетах

Распределение разностей высот АН, %

меньше 10 см

10-20 см

20-30 см

больше 30 см

Рис. 4. Диаграмма распределения точек ЦМР по ВЛС по высотному отклонению от эталонных точек

Интервальное распределение случайных ошибок и соответствующая ему гистограмма эмпирических частот с наложенной на нее кривой Гаусса приведены на рис. 3.

Результаты анализа показывают, что расхождение отметок, полученных по данным лазерной локации и полевых измерений, распределяется следующим образом (рис. 4): 42% точек имеют расхождение по высоте меньше 10 см, 52% точек - от 10 до 30 см, 6% от общего числа точек отличаются от эталонных высот более чем на 30 см. Следует отметить, что разность высот АН не превышает значения 40 см. Для исследуемой территории в соответствии с п. 2.14 «Инструкции по топографическим съемкам...» [3] средние погрешности высот, определенных на характерных точках рельефа, не должны превышать 1/3 принятой высоты его сечения, и на лесных участках местности этот показатель увеличивается в 1,5 раза. То есть для сечения рельефа 1 м погрешность определения высот составит 0,33 м, а для лесных участков - 0,5 м.

Гистограмма эмпирического распределения случайных ошибок ЦМР по ВЛС на эталонных пикетах визуально близка нормальному закону распределения. Коэффициенты асимметрии и эксцесса позволяют количественно оценить близость эмпирического распределения случайных ошибок нормальному рас-

пределению [5]. Их значения, приведенные в таблице процентных точек распределения выборочного коэффициента асимметрии и выборочной характеристики эксцесса [1] для объема выборки, равного количеству исследуемых (эталонных) точек, равны 0,255 и 3,67 соответственно при уровне значимости 1%. Поскольку критические значения коэффициентов асимметрии и эксцесса превышают расчетные, нулевая гипотеза об отличии эмпирического распределения случайных ошибок нормального закона отклоняется. Иными словами, случайные ошибки ЦМР по ВЛС на эталонных пикетах поддаются нормальному распределению, и погрешности проведенных измерений вычислены с надежностью 99%.

Результаты выполненных исследований позволяют сделать вывод о достаточной точности получения высот ТЛО и возможности использования ВЛС для создания топографических планов в масштабах до 1:1000 включительно с сечением рельефа до 1 м. Это подтверждает возможность и целесообразность использования ВЛС для создания ЦМР топографических планов в масштабах 1:2000 с высотой сечения 1 м, необходимых при зонировании территорий по степени опасности проявления оползневых процессов.

Статья поступила 11.02.2014 г.

Библиографический список

1. Болшев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1983. 416 с.

2. Гулакян К.А., Кюнтцель В.В., Постоев Г.П. Прогнозирование оползневых процессов. М.: Недра, 1977. 135 с.

3. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. М., Недра, 1982. 152 с.

4. Новиков Г.А. Основы метрологии: учеб. пособие. Улья-

новск: Изд-во УлГТУ, 2010. 182 с.

5. Общая теория статистики: учебник / под ред. М.Г. Назарова. М.: Омега Л, 2010. 410 с.

6. Оньков И.В. Оценка точности высот SRTM для целей ор-тотрансформирования космических снимков высокого разрешения // Геоматика. 2011. № 3. С. 40-46.

УДК 911.3:39

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ КАК СТРАТЕГИЯ ПРЕОДОЛЕНИЯ ПЕРИФЕРИЙНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ ОЗЁР ТАХО И БАЙКАЛ

© В.В. Куклина1

Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1.

Стратегии преодоления периферийности как государственного восприятия всех нецентральных территорий рассматриваются на примере городов Саут-Лейк-Тахо (США) и Байкальска (Россия), а также региона Тофаларии (Россия). Выделены политико-институциональные, экологические, экономические и социальные условия в направлении достижения преодоления периферийности. В качестве одного из направлений экономики в соответствии с принципами устойчивого развития рассматривается туризм. Исследование основано на материалах полевых наблюдений и опросов, проведенных автором в 2009-2013 годах. Библиогр. 11 назв.

Ключевые слова: периферия; устойчивое развитие; туризм; местные сообщества.

SUSTAINABLE DEVELOPMENT AS A STRATEGY TO OVERCOME PERIPHERALITY OF LOCAL COMMUNITIES OF LAKE TAHOE AND BAIKAL V.V. Kuklina

Sochava Institute of Geography SB RAS,

I Ulan-Batorskaya St., Irkutsk, 664033, Russia.

Strategies to overcome the state perception of all non-central areas as peripheral are considered on examples of the cities of South Lake Tahoe (USA), Baikalsk (Russian Federation) and the region of Tofalaria (Russian Federation). The article distinguishes political and institutional, environmental, economic and social conditions to overcome peripherality. Tourism is considered as one of the economic directions in accordance with the principles of sustainable development. The study is based on the data of field observations and surveys conducted by the author from 2009 to 2013.

II sources.

Key words: periphery; sustainable development; tourism; local communities.

Слово периферия (от греч. periphereia - окружность) во многих толковых словарях русского языка означает внешнюю, удаленную от центра часть чего-либо. А также это местность (часть страны, области и т.п.), отдаленная от центра, окраина.

Владимир Леопольдович Каганский, известный российский ученый в области классиологии (теория классификации) и лимологии (учение о границах), в зависимости от контекста рассматривает периферию как тип ландшафта или как статус территории и определяет ее как «совокупность отдельных не самодостаточных мест, связанных исключительно с центром; в пространстве периферии решают свои задачи, не соотнесенные со спецификой мест, иные внешние территории; периферия живет не для себя» [3]. К характерным чертам периферии он относит древовидный характер транспортных сетей, призванный обеспечи-

вать доступ к природным ресурсам, отсутствие накапливаемого культурного слоя, вместо которого - ресур-сопользование, и как следствие - отсутствие самоописания. Это зона освоения, колония, окраина, резервная территория, экотон. Последний, являющийся у В.Л. Каганского лишь одним из видов периферии, в работах российского географа Бориса Родомана рассматривается как перспективная специализация России в мире. По его мнению, большую часть страны, а вернее всю территорию за пределами крупных городов и их субурбанизированных ядер необходимо превратить в природные заповедники, национальные парки и биоресурсные угодья [7]. При этом даже одичание культурных ландшафтов в таких периферийных территориях может служить ресурсом, так как происходит восстановление природного ландшафта. Повышенную экофильность он приписывает узлам границ, то есть

1Куклина Вера Владимировна, кандидат географических наук, докторант, тел.: 89501406617, e-mail: vvkuklina@gmail.com Kuklina Vera, Candidate of Geography, Doctoral Candidate, tel.: 89501406617, e-mail: vvkuklina@gmail.com