Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ средств и методов мониторинга наводнений 10
1.1 . Научно-методическое обеспечение мониторинга наводнений 10
1.2.Опыт применения данных ДЗЗ и геоинформационных систем для мониторинга паводков 20
1.2.1. Опыт применения данных ДЗЗ для мониторинга паводков 20
1.2.2. Опыт применения геоинформационных систем для оценки ущерба от половодий 22
1.3.Материалы космической съемки, применяемые при мониторинге паводков 25
1.4. Техническое и программное обеспечение космического мониторинга 27
1.4.1. Программное обеспечение для обработки данных ДЗЗ 27
1.4.2. Основные характеристики станции приема космической информации 29
1.5.Выводы по главе 32
Глава 2. Разработка методики моделирования затопления территории по космическим снимкам 34
2.1. Общие положения методики 34
2.2. Особенности прохождения половодий и их мониторинг в Нижегородской области 35
2.3.Покрытие территории Нижегородской области космическими снимками 39
2.4.Создание геоинформационной базы данных затопления территорий по космическим снимкам 44
2.5.Геоинформационный анализ опасности затопления территории Нижегородской области в половодья 51
2.6.Верификация гидродинамической модели участка реки Волга 60
2.7.Выводы по главе 65
Глава 3. Разработка и внедрение оперативного космического мониторинга половодий 66
3.1. Принципиальная схема оперативного мониторинга космического мониторинга половодий 66
3.2.Обработка данных сенсора Modis для целей мониторинга половодий 69
3.2.1. Основные характеристики данных MODIS 69
3.2.2. Предварительная обработка данных MODIS 72
3.2.3. Подготовка данных MOD1S для анализа паводковой ситуации 74
3.3.Оперативный мониторинг половодий по данным MODIS
3.3.1. Анализ развития паводковой ситуации по данным сенсора 78 Modis
3.3.2. Сопоставление уровней воды и площадей затопления 80
3.4.Мониторинг схода снежного покрова на прирусловых 84 территориях и ледовой обстановки на реках Ока и Волга
3.5.Выводы по главе 88
Глава 4. Оценка риска затопления территории 90
4.1. Методика оценки риска и предотвращения ущерба от затопления территорий в периоды половодий 90
4.2. Структура региональной информационной системы мониторинга половодий 95
4.3.Требования к региональной информационной системе мониторинга половодий 94
4.4.Оценка ущерба хозяйственным комплексам Нижегородской области от половодий 102
4.5.Определение риска затопления территории 106
4.6.Оценка эффективности предложенной методики 108
Заключение 111
Список использованных источников 112
- Научно-методическое обеспечение мониторинга наводнений
- Особенности прохождения половодий и их мониторинг в Нижегородской области
- Принципиальная схема оперативного мониторинга космического мониторинга половодий
- Методика оценки риска и предотвращения ущерба от затопления территорий в периоды половодий
Введение к работе
Актуальность исследования. Моделирование затопления территории в периоды половодий дает возможность оценить общую геоэкологическую обстановку, связанную с инженерно-гидрологическими особенностями территории строительства. Оценки риска затопления территории позволяют планировать рациональное использование прирусловых территорий, что способствует их устойчивому развитию.
По данным Министерства природных ресурсов РФ наводнения являются одним из часто повторяющихся стихийных бедствий, охватывающих большие территории и превосходящих по наносимому ущербу все другие чрезвычайные ситуации. [Трутнев, 2006]. Несмотря на это до сего времени нет надежных долгосрочных прогнозов их появления, достоверных и общепринятых методик подсчета причиняемых ими ущербов. Анализ данных по наводнениям позволяет сделать вывод о тенденциях роста причиняемого ими ущерба. В этой связи требуется усилить научно-исследовательские, организационные и практические работы, направленные на снижение рисков и уменьшение ущербов от наводнений [Авакян, 2001].
Среди основных причин, приводящих к большим ущербам от половодий в России, можно назвать, во-первых, отсутствие достоверных прогнозов опасности затопления территорий, во-вторых, отсутствие законодательно закрепленных правил хозяйственного использования земель, подверженных сезонным затоплениям.
Учитывая обширность речных пойм и быстроту протекающих на них процессов затопления, для решения первой проблемы можно рекомендовать использовать методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса. Важными преимуществами этих методов являются большая обзорность, возможность регулярного отслеживания состояния земной поверхности, высокая оперативность получения информации об интересующем районе и интеграция в геоинформационные системы (ГИС). В свою очередь использование ГИС как интегрирующей основы дистанционных и наземных данных о затоплении земель и сведений о хозяйственном освоении территории позволит создать информационный ресурс, позволяющий выработать правила использования затопляемых территорий и представить их в виде картографических материалов.
Прибрежные территории всегда будут являться притягательными для размещения объектов строительства и хозяйственных комплексов, поэтому применение современных технологий, направленных на снижение риска и предотвращение ущерба от наводнений, является одним из актуальных направлений в геоэкологии.
Цель работы состоит в разработке методики моделирования затопления территории по космическим снимкам в сочетании с данными об уровнях воды, определяемых на гидропостах, и оценки риска затопления в периоды половодий.
Основные задачи исследования:
-
Проанализировать опыт применения методов дистанционного зондирования Земли и ГИС-технологий для мониторинга половодий.
-
Провести экспериментальные исследования по оперативному космическому мониторингу территории Нижегородской области в периоды половодий.
-
Разработать методику моделирования затопления территории по космическим снимкам.
-
Разработать методику оценки риска затопления территории в периоды половодий.
-
Составить карты опасности, экономической уязвимости и экономического риска затопления территории на тестовых участках в Нижегородской агломерации.
Объектом исследования являются территории, подверженные сезонным затоплениям.
Предмет исследования - применение космических снимков и ГИС-технологий для мониторинга половодий и оценки риска затопления территории.
Методы исследования: методы геоинформационного анализа данных дистанционного зондирования Земли из космоса, автоматизированной обработки данных и картографирования результатов, анализа и обобщения материалов на основе теории риска и ее применения для оценки риска затопления территории в периоды половодий.
Научная новизна. Разработана методика моделирования затопления прирусловых территорий крупных и средних рек по архивным космическим снимкам высокого пространственного разрешения в сочетании с данными об уровнях воды, определяемых на гидропостах. Разработана методика оценки риска затопления земель в периоды половодий, позволяющая оценивать и прогнозировать экономический ущерб для урбанизированных территорий.
Результаты исследования, выносимые на защиту:
-
Методика моделирования затопления территории по космическим снимкам высокого пространственного разрешения в сочетании с данными об уровнях воды, определяемых на гидропостах.
-
Методика оценки риска затопления территории в периоды половодий.
-
Результаты апробации разработанных методик моделирования затопления территории по космическим снимкам высокого пространственного разрешения в сочетании с данными об уровнях воды, определяемых на гидропостах, и оценки риска затопления территории в периоды половодий.
Практическая значимость работы. Исследования, положенные в основу диссертационной работы, выполнялись автором в рамках ряда НИР по заказу Главного управления МЧС России по Нижегородской области, а также по Государственным контрактам по теме: РИ-111.0/003/127 «Применение геоинформационных технологий на основе данных дистанционного зондирования Земли с целью оценки и снижения рисков ущерба в период половодий» в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы и в рамках проекта «Разработка научных основ и технологий защиты урбанизированных территорий от природных и антропогенных катастроф и негативных воздействий» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)».
Результаты работы внедрены при подготовке необходимых планово-картографических материалов в рамках подраздела «Организационная и научная деятельность в бассейне Волги» плана работы Операционного центра ЮНЕСКО при ННГАСУ; при проверке на тестовом участке гидродинамической модели реки Волги, разработанной в рамках проекта «Моделирование Волжско-камского каскада водохранилищ» российско-германской научно-исследовательской программы «Волга-Рейн»; при разработке Схемы территориального планирования Балахнинского района Нижегородской области. Геоинформационная база данных зон затопления передана для практического использования в Центр мониторинга и прогнозирования ЧС Главного управления МЧС России по Нижегородской области.
В учебном процессе результаты работы используются в курсовом и дипломном проектировании студентов ННГАСУ, а также в лекционных курсах по дисциплинам «Аэрокосмические методы мониторинга в кадастре объектов недвижимости», «Геоинформационные и земельные информационные системы».
Апробация результатов работы проводилась на следующих конференциях: научных конгрессах Международных научно-промышленных форумов "Великие реки" (Нижний Новгород, 2006, 2007, 2008, 2009), Третьей международной конференции «Земля из космоса – наиболее эффективные решения» (Москва, 2007), VI и VIII Международных молодежных научно-технических конференциях «Будущие технической науки» (Нижний Новгород, 2007, 2009), V научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (Москва, 2005), VIII Российских Чтениях-конкурсе памяти С.А. Каплана (Нижний Новгород, 2005), Четвертой и Пятой открытых всероссийских конференциях "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" (Москва, 2006, 2007), VI Межрегиональной научно-практической конференции «Новые информационные технологии – инструмент повышения эффективности управления» (Нижний Новгород, 2007), ХII Нижегородской сессии молодых ученых (технические науки) (Нижегородская область, 2007), отчетной научной конференции института архитектуры и градостроительства ННГАСУ (Нижний Новгород, 2009).
Публикации. Материалы диссертационного исследования опубликованы в 23 печатных работах, из них три в журналах, рекомендованных ВАК и в одном отчете о НИР.
Структура диссертационной работы. Работа изложена на 135 страницах, состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, заключения, библиографического списка и приложений. Имеет, кроме текста, иллюстрационный дополняющий материал в виде 22 рисунков и 24 таблиц, библиографический список, состоящий из 154 наименований, в т.ч. 20 на иностранных языках. Диссертация включает 5 приложений.
Научно-методическое обеспечение мониторинга наводнений
В начале 1970-х годов Секретариатом ООН по окружающей среде (SCOPE) мониторинг был определен как «система повторных наблюдений элементов окружающей среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленными программами» [141]. Мониторинг предполагает не только наблюдение за процессом или явлением, но также его оценку (анализ) и прогноз распространения и развития.
Анализ данных по природным катастрофам, которые произошли на Земле во второй половине XX столетия и начале XXI столетия, позволяет говорить об определенных тенденциях в развитии природных опасностей как у нас в стране, так и в мире в целом. Эти тенденции выражаются в росте количества природных катастроф, увеличении социальных и материальных потерь, зависимости защищенности людей и техносферы от социально-экономического уровня развития стран [90].
По исследованиям проблем наводнений, происходящих на Земном шаре, д.г.н. А.Б. Авакян [1] делает следующие выводы: 1. За исторический период четко прослеживается рост интенсивности и разрушительной силы наводнений природного характера, а начиная со второй половины XX века - заметно стали расти причины наводнений антропогенного характера и размеры причиняемых ими ущербов. 2. Несмотря на то, что по причиняемому ущербу наводнения превосходят все другие стихийные бедствия, до сего времени нет надежных долгосрочных прогнозов их появления, достоверных и общепринятых методик подсчета причиняемых ими ущербов. 3. В перспективе, в силу ряда природных и антропогенных причин, причиняемые наводнениями ущербы будут расти, поэтому необходимо усиление научно-исследовательских, организационных и практических работ, направленных на уменьшение ущербов от наводнений.
По данным Министерства природных ресурсов в России средне-многолетний ущерб от наводнений оценивается в 41,6 млрд. рублей в год (в ценах 2001 г.), площадь паводкоопасных территорий составляет 400 тыс. км , из них ежегодно подвергается затоплению около 50 тыс. км территорий [66].
В Концепции Азиатско-Тихоокеанского Водного Форума одной из приоритетных задач было названо - кардинальное уменьшение уязвимости населения стихийными бедствиями, связанными с водными ресурсами. Предусматривается предпринимать все возможные меры для повышения подготовленности населения путем усовершенствования систем раннего оповещения, усиление регионального сотрудничества, повышение информированности, а также предпринимать упреждающие меры по обеспечению устойчивости населения к внешним воздействиям в пределах сообществ и защите средств существования наиболее уязвимых групп, особенно женщин и детей. Меры, предусматривающие строительство защитных сооружений, не всегда надежны. Когда воздействия чрезвычайных событий превышает расчетные характеристики сооружений, возникает вероятность человеческих жертв. Поэтому необходимо не только справляться с опасностью, но и уделять внимание уменьшению уязвимости. Ключ к этому - повышение подготовленности через работу системы раннего предупреждения, повышение информированности и планирование мер по эвакуации населения (Концепция Азиатско-Тихоокеанского Водного Форума).
Уязвимость характеризует свойство любых объектов социальной и материальных сфер полностью или частично утрачивать способность к выполнению своих естественных или заданных функций в результате проявления опасного явления или процесса. По известной вероятности затопления территории (Р) и величине возможной уязвимости (V) можно оценить риск затопления (R) для территории в количественных показателях. Такие показатели представляют собой вероятностные величины, характеризующие возможные гибель, увечье людей и материальные потери (экономический ущерб) [90].
Опасность затопления - это вероятность проявления затопления территории за определенный период времени, т.е. чем выше вероятность затопления территории, тем выше опасность затопления.
Вероятность затопления (Р) территорий рассчитывается исходя из многолетних наблюдений за максимальными уровнями воды на гидропостах и информации о паводкоопасных зонах. Величина уязвимости (V) будет напрямую связана со степенью хозяйственного освоения затапливаемых территорий в зонах различной обеспеченности.
В России организация мероприятий, направленных на снижение уязвимости территорий перед паводками и наводнениями, регулируются Федеральным законом «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» [104], ФЦП "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года" [106], ГОСТ Р 22.0.02-94 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Термины и определения основных понятий» [40], ГОСТ Р 22.1.01-95 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Основные положения» [41], ГОСТ Р 22.1.02-95 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Термины и определения» [42], ГОСТ Р 22.1.08-99 «Мониторинг и прогнозирование опасных гидрологических явлений и процессов» [44], ГОСТ Р 22.1.04-96 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Аэрокосмический мониторинг. Номенклатура контролируемых параметров чрезвычайных ситуаций» [43], ГОСТ 19179-73 «Гидрология суши. Термины и определения» [39], ГОСТ Р 51897-2002 «Менеджмент риска. Термины и определения» [45] и Методическими указаниями по разработке схем комплексного использования и охраны водных объектов, составленных в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2006 года N 883 "О порядке разработки, утверждения и реализации схем комплексного использования и охраны водных объектов, внесения изменений в эти схемы" [105].
Особенности прохождения половодий и их мониторинг в Нижегородской области
Нижегородская область расположена в центрально-европейской части России и является одной из крупнейших в составе Волго-Вятского района, она находится между параллелями 5428 и 5805 северной широты и меридианами 4146 и 4745 восточной долготы. Территория области составляет 76,7 тыс. км , из которых 32 тыс. км покрыты смешанными лесами с преобладанием хвойных пород. Рельеф местности равнинный в северной части (левобережье р. Волги) и равнинно-холмистый в южной части (правобережье р. Волги).
Гидрографическую сеть Нижегородской области составляют: крупные водные объекты p.p. Волга и Ока, протянувшиеся по территории области, соответственно на 290 и 260 км; Горьковское водохранилище объемом 8,51 км и площадью зеркала 1590 км ; свыше 9000 рек и ручьев, общей протяженностью 33 тыс. км. Развитая гидрографическая сеть, относительно спокойный характер рельефа и большая лесистость формируют на территории области большую зону затопления в период половодий. По характеру водного режима рассматриваемые реки принадлежат к восточно-европейскому типу с отчетливо выраженным весенним половодьем, устойчивой летней меженью, прерываемой небольшими дождевыми паводками, и более устойчивой низкой зимней меженью. Основным источником питания является снег 60-65% годового стока, 30 35% составляет подземное питание и только 10-5% - сток дождевых вод. Как и все реки Восточно-Европейской равнины, для которых основным источником питания является снег, Волга и Ока обладают бурным весенним паводком, что является причиной сильных разливов и затопляемости большой территории.
Создание водохранилищ на Волге (Горьковского в 1955г. и Чебоксарского в 1981г.) обусловило принципиальное изменение уровневого режима и стока Волги на территории Нижегородской области. Следует также учитывать, что характерной особенностью развития половодья на территории области является правильный выбор решения по режиму регулирования воды Рыбинского, Горьковского и Чебоксарского водохранилищ в увязке с прохождением пика по p.p. Оке, Ветлуге, Суре.
При прохождении половодий вероятностью превышения менее 25% на Верхней Волге периодическим затоплениям подвержены практически все незащищенные пойменные территории. Высота подъема половодья на р. Волге составляет 5-7м, на р. Оке - 9-13м, на крупных притоках 5-10м, на малых реках до Зм. Во время высоких половодий вода затапливает пойму в течении 20-60 дней, на малых реках - 10-25 дней. Половодный уровень воды р. Оки в Нижегородской области в 1994 г. поднялся у г. Мурома на 8.6 м, в г.Нижнем Новгороде на Волге - на 10.2м. В области оказалось подтоплено 185 га пашни, 2580 садовых участков, 67 мостов, два из которых снесены, свыше 7 км ЛЭП [11].
Важную роль играет вытянутость области с севера на юг, что определяет поэтапное прохождение паводка, сначала в южной, а затем в северной части области. Это позволяет более эффективно использовать силы МЧС.
Предотвращение ЧС в период половодья во многом зависит от безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений, их возможностей пропуска паводковых вод. Всего в области 1884 ГТС, из них 297 отнесены к категории потенциально опасных. При их разрушении возможно возникновение чрезвычайных ситуаций, связанных с подтоплением (затоплением) жилого сектора, промышленных объектов, в том числе и опасных, магистральных трубопроводов, участков железных и автомобильных дорог.
Гидрологический режим водотоков и водоемов влияет на условия обводнения массивов грунтов. Таким образом, в период половодья на территории Нижегородской области активизируются такие экзогенные явления, как размыв берегов, оползни, карст, обвалы.
Перед началом половодья составляется прогноз его прохождения на основе информации Верхне-Волжского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Приволжского регионального центра государственного мониторинга состояния недр. Процесс и характер развития весеннего половодья оценивается по трем факторам, влияющим на процессы водосбора в бассейне водного объекта: - запасам воды в снежном покрове водосборной территории (бассейна) водного объекта; - водопроницаемости почвы (зависит от глубины промерзания и степени увлажнения с осени); - температурному фону в весенне-зимний период над территорией водосборного бассейна. Оценки этих факторов делают относительно среднемноголетних значений (нормы), дифференцируя по бассейнам: Горьковского водохранилища, Чебоксарского водохранилища, р. Оки, р. Ветлуги. Далее с учетом прогноза Росгидромета максимальных уровней весеннего половодья на реках РФ и уточнения уровней воды по малым рекам из Верхне-Волжского УГМС делается прогноз затапливаемых населенных пунктов, домов и проживающего в них населения. В Нижегородской области проводятся следующие организационные мероприятия: - проводится постоянный ежедневный мониторинг паводковой обстановки, с этой целью осуществлялся постоянный, непрерывный, оперативный анализ уровней отметок воды с 26 гидрометеорологических постов; - осуществляется облет территории на вертолете Ми-8, с целью уточнения возможного развития паводковой обстановки, уточнения проведения превентивных первоочередных мероприятий, мест возможных и реальных заторов, оценки ущерба и корректировки мест ежегодных затоплений и подтоплений; - определяются зоны возможного затопления и подтопления в районах области (населенный пункт, жилые дома с указанием проживающего населения) на основе имеющихся прогнозов и данных предыдущих лет; - проводятся обследования гидротехнических сооружений; - организован космический мониторинг снеговой и ледовой обстановки со спутника TERRA. План организационных мероприятий по снижению ущерба в период паводка утверждается распоряжением губернатора. После прохождения половодья составляется итоговый отчет о прохождении половодья на территории Нижегородской области, в котором описывается развитие паводка, указываются проведенные организационно-технических мероприятия, дается оценка прогнозам и действиям служб ЧС по факту, отмечаются проблемные вопросы, приводятся данные о максимальных уровнях воды на реках Нижегородской области по гидрометеорологическим постам, сведения о подтоплении и затоплении в период половодья.
Принципиальная схема оперативного мониторинга космического мониторинга половодий
При создании любых геоизображений важное значение имеет вопрос о выборе картографических проекций, обеспечивающих оптимальное решение различных задач. Выбор картографических проекций зависит от многих факторов, которые можно разделить на три группы [58, 65, 78]: 1) К первой относятся факторы, характеризующие объект картографирования. Это географическое положение изображаемой территории, ее размеры, форма границ (конфигурация), степень показа смежных с картографируемой областью территорий, значимость отдельных ее частей. 2) Вторая группа включает факторы, характеризующие создаваемую карту, способы и условия ее использования. В эту группу входят назначение и специализация, масштаб и содержание карты, задачи, которые будут решаться по ней (картометрические, навигационные и пр.) и требования к точности их решения, способы использования карты. 3) К третьей группе относятся факторы, которые характеризуют получаемую проекцию. Это ее характер искажений, условия обеспечения минимума искажений и допустимые максимальные искажения длин, углов и площадей, характер их распределения, изображение полюсов, условия симметричности картографической сетки относительно экватора и т.п. С учетом того, что для космических снимков стандартной проекцией, как правило, является UTM, а в современных ГИС трансформация цифровых карт происходит автоматически в зависимости от подложки, было решено трансформировать космические снимки в проекцию UTM (UNIVERSAL TRANSVERSE MERCATOR), в системе координат WGS 84. Нижегородская область практически полностью располагается в 3 8 зоне, что избавляет нас от дополнительных искажений, появляющихся в том случае, если объект занимает территорию более одной зоны. К тому же выход за пределы зоны — практически не повлияет на точность картографической основы, так как точность измерений по космическим снимкам резко снижена по сравнению с натурными геодезическими измерениями, которые учитывались при выборе широтных размеров зоны. Проекция UTM является конформной, т.е. бесконечно малый контур на эллипсоиде изображается подобным ему на плоскости, угловые искажения отсутствуют [49]. Проекция UTM рассчитана на ошибку по масштабу не более 0.1% внутри каждой зоны. Искажения в определении площади и расстояний возрастают при удалении от центрального меридиана, форма сохраняется. 2. Точность географической привязки космического снимка можно контролировать, визуально наложив на него векторную карту. Контроль привязки каналов сенсора Modis с учетом генерализации поверхности Земли, можно проводить только по объектам гидрографии, так как дороги на этих снимках не распознаются. Поэтому для контроля географической привязки была создана картографическая основа масштаба 1 : 200 000 с отображением основных рек Нижегородской области. 3. Распознать наличие водных поверхностей и установить границы зеркала воды с помощью дистанционного зондирования достаточно просто на изображениях в ближнем и среднем инфракрасных диапазонах длин волн. В естественных условиях поверхностью воды поглощается почти вся падающая энергия в ближнем (0.8-1.5 мкм) и среднем (1.5-3.0 мкм) инфракрасных диапазонах. Вследствие сильного поглощения энергии водой в этих диапазонах может быть отражено лишь очень небольшое количество энергии, поэтому отражательная способность воды в инфракрасном диапазоне спектра четко выражена и гораздо ниже, чем отражательная способность растительности или почвы. Четкие различия отражательной способности в инфракрасном диапазоне делают возможными простую идентификацию и картографирование водных поверхностей. Исследования различных комбинаций каналов сенсора Modis с учетом их спектральных характеристик выявили три комбинации (2:2:1, 7:2:4, 7:2:6), при которых водные объекты изображаются наиболее четко и контрастно. В приложении Б дана их иллюстрация. Хотя комбинации 7:2:4 и 7:2:6 имеют более богатую цветовую гамму, для мониторинга половодий была выбрана комбинация 2:2:1. В данной комбинации используются только два канала, имеющие максимальное пространственное разрешения - 250 метров, поэтому она дает более четкое изображение, что очень важно при определении границ затоплений. 4. Правильно настроить гистограммы яркости спектральных каналов очень важно, так как при разных настройках граница зеркала воды отображается по-разному. Наиболее распространенный дефект фотогра фических, сканерных и телевизионных изображений — слабый контраст, обусловленный ограниченностью диапазона воспроизводимых яркостей. Под контрастом обычно понимают разность максимального и минимального значений яркости. Путем цифровой обработки контраст можно повысить, изменяя яркость каждого элемента изображения и увеличивая диапазон яркостей [59]. Нормализовать изображение очень сложно, так как спектральные характеристики объектов изменяются в зависимости от разных факторов, таких как, сезон года, облачность и др. Нормализация полученных изображений производилась с использованием условного эталона. И все полученные снимки были приведены к нему.
Полученные после предварительной обработки продукты MOD02 и MOD03, далее обрабатываются в Widows-приложении ScanEx Image Processor [153].
Методика оценки риска и предотвращения ущерба от затопления территорий в периоды половодий
Для работы с пространственными данными в РИС должна быть использована единая система координат. Так как в РИС необходимо использовать данные, создаваемые в большом количестве систем координат: СК-42, СК-63, WGS-84, МСК-региона, СК-95, местных системх координат населенных пунктов, условных системах координат и др., необходимо очень осторожно подойти к выбору единой системы координат.
Государственная система координат СК-95, заменившая СК-42, сравнительно новая, и используемых картографических материалов в этой системе не так много. В СК-95 и СК-42 имеются, как правило, только топографические карты, информационное насыщение которых не позволяет дать оценку ущерба от половодий. Картографические материалы в этих системах координат имеют высокий уровень секретности.
Система координат СК-63, в которой сделано подавляющее большинство картографических материалов, используемых в органах исполнительной власти Нижегородской области, на сегодняшний день является запрещенной для создания новых материалов, ей на смену пришла местная система координат МСК-52 (52 - номер кадастрового округа), в которой уже имеется покрытие всей территории Нижегородской области ортофотопланами масштаба 1:10 000 и земель населенных пунктов в масштабе 1:2 000, а также цифровые карты на часть территории области.
В системе координат WGS-84 существует достаточно большое количество общедоступных картографических материалов, так как она используется в GPS-навигаторах. Использование WGS-84 в РИС мониторинга половодий делает возможным использование оперативной информации получаемой с ГЛОНАС/GPS приемников. Космические снимки также имеют, как правило, систему координат WGS-84.
Таким образом, выбор системы координат для РИС мониторинга половодий вопрос неоднозначный. В любом случае необходимо будет использовать ключи перехода из одной системы координат в другую.
Точность позиционирования для традиционных картографических материалов напрямую связана с масштабом. В ГИС масштаб определяется иначе и вообще является величиной переменной - визуализация данных ГИС возможна в различных масштабах. Однако существует понятие базового масштаба ГИС - масштаба эквивалентной по точности и нагрузке традиционной бумажной карты, которой соответствует картографическая база данных ГИС. При изменении масштаба картографической базы данных выполняется ее генерализация, включающая два этапа - на первом шаге выполняется объединение полигональных объектов карты в объекты более высокого уровня (выделов в кварталы и т.д.), объединение соответствующих их границам линейных объектов, а также устранение малозначимых самостоятельных объектов линейной и точечной локализации. На следующем шаге выполняется операция устранения избыточных точек в границах полигональных и в линейных объектов, которые в большинстве современных ГИС представлены ломаными полилиниями. Главная цель второго шага - повышение быстродействия системы, скорости прорисовки векторных данных в процессе перемещения по электронной карте и выполнения аналитических операций с картографическими данными.
Однако генерализация не приводит к автоматическому снижению точности картографических данных. Например, определенные с высокой степенью точностью значения координат объектов, изображенных на карте, будут сохранять в ГИС свою точность и в более мелком масштабе. Форматы данных для ГИС должны соответствовать следующим требованиям: - форматы должны быть широко распространены, быть открытыми и иметь доступное описание; - географические описания объектов должны включать необходимые типы геометрических объектов векторной модели данных ГИС: точечных, линейных, площадных и текстовых подписей; - геометрическое описание объектов должно корректно отображать «дыры» и «острова», а также группы однотипных геометрических примитивов для одного объекта; - представление координат геометрических объектов должно осуществляться с необходимой точностью данных; - атрибутивные описания объектов должны соответствовать реляционной модели данных и включать следующие типы полей: целочисленные, дробные, строковые, логические, даты; - текстовые объекты и описания должны представляться в одной из кодировок «Cyrillic» для их корректного отображения на русском языке; - растровые подложки в ГИС должны быть представлены непосредственно растровыми файлами широко распространенных форматов и текстовыми файлами с координатной привязкой данных растров; - должна иметься возможность включения метаданных. На сегодняшний день подавляющие число цифровых картографических материалов имеется в формате ГИС Maplnfo Professional, обменный формат - MIF7MID. Данный формат удовлетворяет выше названным требованиям и может использоваться как базовый в РИС мониторинга половодий.
