Разработка методики многоуровневого линеаментного анализа аэрокосмических изображений и прогноза оползневой опасности

• Автор: Донов, Владислав Валерьевич
• Шифр специальности: 25.00.36
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Анализ опыта использования аэрокосмических изображений для изучения

экзогенных процессов

1.1 Аналитический обзор опубликованных материалов

1.2 Постановка задачи исследования

2. Разработка методики проведения многоуровенного линеаментного анализа

космических изображений и аэрофотоснимков для выявления линеаментов разных иерархических уровней
2.1 Метод автоматизированного линеаментного анализа космических изображений и аэрофотоснимков

2.2 Разработка научных основ многоуровенного линеаментного анализа

космических изображений и аэрофотоснимков

2.3 Результаты апробации многоуровенного линеаментного анализа
аэрокосмических изображений на тестовом участке района Кузбасса.
3. Отработка методики использования многоуровенного анализа для ранжирования линеаментов и прогноза оползневой опасности на тестовых участках Черноморского побережья Кавказа
3.1 Геологическое строение района исследований
. 3.2 Основные закономерности развития оползней на Черноморском побережье Кавказа
3.3 Отработка методики ранжирования линеаментов и прогноза оползневой опасности на тестовых участках
3.3.1 Малшйский тестовый участок
3.3.2 Туапсинский тестовый участок
3.3.3 Дагомысский тестовый участок
4. Разработка методики оценки оползневой опасности с использованием мультнфрактального анализа космических изображений и
аэрофотоснимков
4.1 Описание методики мультифрактальной параметризацией изображений природных структур
4.2 Информационная интерпретация мультнфрактального формализма
4.3 Разработка методики использования мультнфрактального анализа для обнаружения оползневых структур на аэрокосмических снимках
4.4. Экспериментальная апробация предложенной методики на примере Мамайского тестового участка
Заключение
Список литературы

Введение
Территория Российской Федерации характеризуется разнообразием природно-климатических и геологических условий, а также широким спектром видов техногенного воздействия на окружающую природную среду. Это обуславливает развитие на территории России многих геологических опасностей (оползни, карст, криогенные и другие ЭГП - экзогенные геологические процессы), оказывающих существенное влияние на инженерно-хозяйственные объекты, практику природо- и недропользование. Значительные площади хозяйственно освоенных территорий требуют широкого применения методов дистанционного зондирования Земли, обеспечивающих существенную оптимизацию (временную, экономическую) работ по региональному изучению природных, в том числе геологических опасностей, а также целевых исследований, направленных на оценку воздействия хозяйственной деятельности на окружающую природную среду [1].
Начало систематического применения материалов дистанционного зондирования для изучения, картирования и мониторинга опасных геологических процессов относится к концу 70-х - началу 80-х г.г. XX в. В этот период геологической службой была создана сеть опытных полигонов, выбранных с учетом разнообразия природных и геологических условий [2,3]. Эти полигоны являлись своеобразной природной лабораторией но изучению возможностей применения материалов дистанционного зондирования для изучения и мониторинга опасных геологических процессов. На основании результатов работ на опытных полигонах было определено, что объектами мониторинга средствами дистанционного зондирования Земли являются только те геологические явления, которые прямо или косвенно отражаются на материалах дистанционного зондирования и которые могут быть уверенно выделены и диагностируемы по данным, получаемым дистанционными методами. В частности, было установлено, что обработка материалов дистанционного зондирования должна обеспечивать [4]:
• обнаружение участков активизации и границ опасных геологических явлений, их типизацию и оценку, определение площади воздействия;
• качественную и количественную оценку показателей и параметров опасных геологических явлений.
Для выявления трещиноватости горных пород и оценки оползневой опасности в работе использован автоматизированный линеаментный анализ. В последние несколько лет одним из важнейших источников информации при исследовании природных и антропогенных ландшафтов стали аэро- и космические снимки Земли высокого

пространственного разрешения (high resolution images). Такие данные, обладая крайне высокой гетерогенностью, существенно увеличили роль пространственных признаков при анализе земной поверхности. Это обстоятельство привело к тому, что проблема количественного описания сложных и крайне нерегулярных текстур превратилась в одну из главных задач научных исследований в области дистанционного зондирования Земли в последнее десятилетие [б, 7].
Одним из путей решения данной задачи, является применение методов фрактальной геометрии к анализу пространственных структур цифровых изображений земной поверхности. Перспективы применения фрактальной геометрии представляются особенно привлекательными, поскольку она предлагает инструменты количественного описания изображения сложных объектов земной поверхности. Важность и полезность теории фракталов для решения задач дистанционного зондирования может объясняться и тем фактом, что данные, полученные в процессе дистанционного зондирования Земли являются не только изображениями, сложными в пространственной и спектральной областях, но и тем, что эти изображения часто демонстрируют самоподобие на разных пространственных уровнях [5]. Описание земной поверхности, учитывающее их стохастическое самоподобие, нашло применение при решения большого числа задач дистанционного зондирования Земли по обработке изображений и распознаванию образов. Например, ряд исследователей использовали фрактальные методики для описания текстур и сегментов изображений различного типа [41-42]. Фрактальное количественное описание неровностей рельефа на изображениях, полученных в процессе дистанционного зондирования Земли, было использовано для обнаружения изменений рельефа [45,46,47].
1. Анализ опыта использования аэрокосмических изображений для изучения экзогенных процессов
1.1 Аналитический обзор опубликованных материалов
К настоящему времени накоплен обширный опыт по использованию аэрокосмической информации для изучения различных геологических, географических, экологических и др. задач [8,9,22,23,24,25]. Аэрокосмические методы обеспечивают получение объективной степенью детализации и генерализации - от узкоколейной до региональной и даже глобальной, что невозможно сделать другими средствами [36, 4].
На глобальном уровне генерализации космических изображений осуществляется выделение крупных областей, соответствующих определенным элементам геотектуры с

миграции подземных вод, которые уменьшая силу трения (сцепления) блоков горных пород способствуют развитию оползневых процессов.
Максимальная проницаемость и соответственно миграция подземных вод характерна для узлов пересечения зон линеаментов, поэтому эти места наиболее благоприятны для развития крупномасштабных оползневых процессов особенно при наличии глинистых пород и уклонов склонов более 20 градусов. Учитывая данное обстоятельство, представляется возможным строить карты оползневой опасности, на которых выделяются зоны сгущений линеаментов, узлы их пересечений, уклоны склонов и литология.
3.1 Геологическое строение района исследований.
Исследования проводились в черноморской прибрежной зоне Краснодарского края от Туапсинского района до р.Мамайка (г. Сочи). Данный район характеризуется сложным геологическим строением и высокой тсктоно-сейсмической активностью.
Стратиграфия.
В пределах исследованной полосы прибрежной зоны развиты отложения меловой, нижним отделом палеогеновой системы и четвертичной системы [5].
Меловая система. Меловая система представлена нижним и верхним отделами. К нижнему отделу относятся объединенные дольменная и розначеевская свиты, верхний отдел представлен почти всеми своими ярусами.
Нижний отдел. Дольменная и розначеевская свиты объединенные (К1с11+гг). В Лазаревской подзоне узкими полосами пересекают долины рек от Аше до Колихо и от устья р.Наужи до хр.Хакукаетх, а также распространены в истоках рек Псебе, Агой, Псиф, Псекупс. Наиболее полно разрез описан в обн.54. В основании разреза залегает дольменная свита сложенная на 80% кварц - глауконитовыми песчаниками (0,1-1,8 до 10 м). В основании пластов песчаников прослои и линзы конгломератов мелкогалечных. На плоскостях наслоения углифицированный детрит. Аргиллиты слагают основную часть в пакетах (до 1,5 м) тонкого переслоя аргиллитов и алевролитов между пластами песчаников. Мощность дольменной свиты до 400 м. Разночеевская свита характеризуется глинистым составом и темным цветом. Аргиллиты (60-70%) темно-серого до черного цвета, в кровле появляются прослои алевролитов (0,005-0,1 м) зеленого цвета. В основании редкие прослои песчаников (0,2-0,25 м). Мощность 100-200 м.
Верхний отдел. Свиты Паук и ксркетская объединенные (К2рк+кк). Свита Паук. Распространена от р. Паук на западе, до р. Аше на востоке. Контакт с