Методический аппарат тематического дешифрирования данных дистанционного зондирования Земли в коридоре магистральных газопроводов

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

«наука. инновации. технологии», №1, 2013

удк 528.9 А. А. Лиховид [A.A. Likhovid],

М. В. Черномуров [M. V. Chernomurov],

В. В. Гришин [V. V. Grishin]

методический аппарат

тематического дешифрирования

данных дистанционного

зондирования земли в коридоре

магистральных газопроводов

Methodological apparatus thematic interpretation remote sensing in corridor of gas pipeline

В статье рассмотрен принцип тематического дешифрирования данных дистанционного зондирования Земли; определены негативные факторы в коридоре магистрального газопровода.

The principle of thematic interpretation of remote sensing data.

Identified negative factors in the pipeline corridor.

Ключевые слова: газопровод, дешифрирование, негативные факторы.

Key words: pipeline, interpretation, negative factors.

Растущие потребности в энергетических ресурсах, прежде всего, в нефти и газе, предопределяют необходимость значительного повышения эффективности и оперативности диагностических работ. Быстрое развитие дистанционных методов изучения природных ресурсов Земли обеспечивает получение и совершенствование большого количества информационных материалов, и их широкое использование в различных отраслях.

Качественное проведение работ по тематическому дешифрированию данных дистанционного зондирования Земли невозможно без учета природных особенностей территории (рис. 1).

Обследованные территории расположены на равнинной местности с чередующимися полями, лесами и болотами, проложены в одном коридоре. Основным типом почв, на которых произрастают массивы коренных пихто-ельников и производных от них лесов, являются горные лесные кислые не-подзоленные почвы. Участок исследования располагается в северной части Челябинской области. Территория района характеризуется развитой гидросетью, в особенности озерными образованиями в восточной части участка исследования. Кроме озерных образований, на участке исследования находится значительное количество болот и торфяных проявлений. Леса смешанные, преимущественно берёзово-сосновые. Территория характеризуется как лесостепь с чередованием степных участков и массивами леса. Вдоль трассы газопровода распространены луговые и степные виды растительности. Рельеф

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

Методический аппарат тематического дешифрирования данных.

Озерск

Златоуст

х ЛИ

Челябинск

Миас Копейск-^'

Челябинская область

Троицк

Магнитогорск

Рис. 1. Обзорная схема коридора магистральных газопроводов.

в восточной части ровный, высота над уровнем моря — 180-220 метров. Наблюдается общее повышение к западу до 1100-1200 метров.

Отложения четвертичного возраста вдоль трассы сложены преимущественно суглинками, супесями, торфами озерного элювиально-делювиального генезиса. На западе отмечаются частые выходы на поверхность коренных пород. Тектоническая сеть сильно развита в горной части трассы газопровода.

Коренные породы преимущественно сложены в восточной части опоками, галечником, туфами и серпентинитами. В западной части — гнейсами, габбро-диоритами, гранитами и сланцами различного возраста.

Газопроводы пролегают в грунтах с высокой коррозионной агрессивностью. Значения удельного электрического сопротивления грунтов по трассе обследованных газопроводов изменяется в пределах от 8 до 21 Ом/м.

Методически в работе нашли применение два способа дешифрирования: визуальное и автоматизированное. Выделение объектов на космических снимках происходило на основе использования дешифровочных признаков, под которыми понимаются характерные особенности природных и антропогенных объектов дешифрирования, проявленные в данных дистанционного зондирования Земли и позволяющие опознать, выделить и проинтерпретировать эти объекты.

«НАУКА ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ»

.Северо-Кавказский федеральный университет

Дешифровочные признаки подразделяются на прямые и косвенные. К прямым относятся три группы признаков:

— геометрические (тень, размер, форма);

— яркостные (цвет, фототон);

— структурные (текстура, рисунок).

Косвенные признаки разделяются на три группы:

— объектов;

— свойств объектов;

— движения или изменений.

К особенностям визуального метода дешифрирования можно отнести одновременное использование всей совокупности дешифро-вочных признаков на основе логистического мышления, базы знаний и интуиции эксперта-дешифровщика. Данный метод использовался при выявлении эрозионных участков гравитационного и гидрологического характера, карстовых форм, а так же при уточнении границ растительных сообществ.

К преимуществам автоматизированного метода дешифрирования можно отнести возможность преобразования яркостей цифровых снимков и выполнения математических операций. В работе применялся метод объектно-ориентированного дешифрирования (основанный на геометрических, спектральных и текстурных свойствах объектов) при выделении границ растительных сообществ, заболоченных и обводненных участков.

Фактической основой работы являлись космические снимки со спутника GeoEye, World View-1. За счет очень высокого пространственного разрешения (0,5 м на местности) данный вид съемки обеспечивает высокую надежность дешифрирования природных и антропогенных объектов. Наряду с космическими снимками в качестве дополнительных материалов в работе использовалась съемка с БПЛА, схемы физико-географического районирования, цифровая модель рельефа SRTM, база эталонов дешифрирования.

Выделение карстовых форм, заболоченных и обводненных участков выполнялось методом визуального дешифрирования. Главные дешифро-вочные признаки:

— геометрические характеристики;

— смена растительных сообществ;

— приуроченность к отдельным геоморфологическим структурам (долины рек, понижения рельефа, террасы рек).

Всего в ходе работы было выделено 3 участка карстования, в пределах которых были отмечены карстовые формы рельефа — воронки и провалы. В геоморфологическом отношении — это полого-наклонные слабо-расчленённые участки предгорий Урала с абсолютными высотами 200-250 м.

Наиболее крупная зона в пределах буфера дешифрирования имеет площадь 25 га (рис. 2.). Воронки достигают в диаметре 813 м, провалы 0,17 га по площади.

науки о земле

Методический аппарат тематического дешифрирования данных.

Наряду с карстом были выявлены участки проявления суффозионных процессов. При этом их особенности развития таковы, что они являются достаточно пассивными и не столь существенны для функционирования инфраструктуры. Геоморфологические условия развития сходны с карстом. К таким условиям можно отнести также наличие карбонатных песчано-глинистых отложений в сочетании с достаточной обводненностью территории. Существенное распространение суффозия получила в западной части участка дешифрирования, где на небольшой территории сконцентрировались 23 суффозионных западины размером от 30 до 110 м общей площадью 12 га (рис. 3.).

Заболоченные участки выделяются в следующие классы:

— переходное болото, которое представляет собой заболоченную территорию, проросшую кустарником или сосной. Максимальная глубина не превышает 1-2 м;

— заболоченный лес — покрытые лесной растительностью подтопленные участки в локальных понижениях рельефа;

— участки заболачивания, возникающие в результате изменения водного режима территории хозяйственной деятельности человека.

«наука. инновации. технологии»

.Северо-Кавказский федеральный университет

Рис. 4. Заболоченные участки (переходное болото).

Рис. 5. Обводненный участок.

Заболоченные участки достаточно равномерно распределены на протяжении всей трассы газопровода (рис. 4.). Отдельные места подтоплений также выделены вдоль трассы газопровода и в пределах сельскохозяйственных угодий. Участки болот встречаются в поймах крупных и средних рек, а также при впадении рек в пруды и технологические водоемы, однако в силу сложности их дешифрирования они объединены с долинами рек. Всего было выделено 54 заболоченных и подтопленных участка общей площадью 360 га. Наряду с заболачиванием выделялись обводненные участки от 0,03 до 0,40 га. Обводнение зачастую возникает на пониженных участках в коридоре коммуникаций и связано с деятельностью техники или последствиями ремонтных работ (рис. 5).

В проведенной работе показаны результаты по тематическому дешифрированию данных дистанционного зондирования Земли на участках магистрального газопровода Челябинской области. Основными негативными факторами, значительно влияющими на техническое состояние магистральных газопроводов, являются процессы заболачивания территории, процессы переменного смачивания. Кроме того, значительный вклад вносят участки пересечения газопровода и различных геологических ассоциаций, например, надпойменных террас речных долин.

науки о земле

Методический аппарат тематического дешифрирования данных.

ЛИТЕРАТУРА

1. Афонин Л. А., Черномуров М. В. Особенности дистанционного зондирования водных переходов магистральных трубопроводов II Материалы XIII научно-технической конференции. Северо-Кавказский государственный технический университет. 2009.

2. Черномуров М. В. Состав данных дистанционного зондирования для геотехнической диагностики коридора магистральных газопроводов II III научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Обеспечение эффективного функционирования газовой отрасли». 2012 (Фонд инновационного развития Ямало-Ненецкого автономного округа).

3. Акимов М. А., Афонин Л. А., Гришин В. В. Диагностика магистральных газопроводов и их экология по данным дистанционного зондирования II Материалы XIII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука — Северно-Кавказскому региону». Ставрополь: Изд-во СКГТУ, 2009.

4. Афонин Л. А. Особенности методологии дешифрирования аэрокосмических снимков при диагностике состояния магистральных газопроводов II XXXIX научно-техническая конференция по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2009 год. Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ, 2010. С. 134-135.

ОБ АВТОРАХ

Лиховид Андрей Александрович, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», доктор географических наук, профессор, директор Института естественных наук Северо-Кавказского федерального университета, заведующий кафедрой экологии и природопользования. ikhovid@mail.ru

Черномуров Михаил Викторович, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», аспирант кафедры экологии и природопользования, руководитель ООО «СГУ Аэрокосмические технологии и мониторинг». retmike@mail.ru, sgu.aerocosmos@gmail.com Гришин Владимир Владимирович, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», аспирант кафедры экологии и природопользования, инженер-картограф ООО «СГУ Аэрокосмические технологии и мониторинг». sgu.aerocosmos@gmail.com.

Likhovid Andrey Aleksandrovich, North-Caucasian Federal University, Director of Institute of Natural Sciences, Head of Ecology and Nature Management Department, Doctor of geographical sciences, professor Chernomurov Mikhail Viktorovich, North-Caucasian Federal University, Institute of Natural Sciences, Department of Ecology and Nature Management, postgraduate student, Head of OOO «SGU Aerospace technologies and monitoring».

Grishin Vladimir Vladimirovich, North-Caucasian Federal University, Institute of Natural Sciences, Department of Ecology and Nature Management, postgraduate student, cartographic engineer OOO «SGU Aerospace technologies and monitoring».