Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
ГРНТИ 67.29 Объекты строительства
ББК 38 Строительство
В данной статье рассмотрена актуальность проблемы проведения своевременного мониторинга состояния рельефа и инфраструктуры антропогенных объектов. Произведены анализ материалов по исследуемой территории БГТУ им. В.Г. Шухова – результаты тахеометрической съемки территории университета и аэрофотоснимки с геоданными формата KML, загруженные из бесплатных источников - и дальнейшая привязка результатов тахеометрической съемки к растровым изображениям по реальным географическим координатам местности. Осуществлены анализ на предмет совпадения границ объектов, полученных с помощью тахеометрической съемки, с границами объектов на аэрофотоснимках, и оценка их точности. Выделены динамичные антропогенные объекты и прослежены стадии их развития. Выяснено, что точность определения границ антропогенных объектов по аэрофотоснимкам на начальном этапе изысканий позволяет использовать аэрофотоснимки для первичного мониторинга и выявления областей изучаемой территории, которые требуют более точного и тщательного контроля и продолжительного наблюдения из-за происходящих динамических процессов. Сделаны выводы о необходимости применения дистанционного метода оценки состояния рельефа для решения прикладных задач строительства.
состояние рельефа, антропогенные объекты, оценка точности, границы объектов, аэрофотоснимки, мониторинг земной поверхности
Введение. В современных условиях технического прогресса хозяйственная деятельность человеческого общества активно изменяет ход и направленность развития многих природных процессов и явлений. Антропогенные изменения природной среды часто искусственно вызывают резкое усиление или ослабление естественных процессов и явлений [1, 2].
Белгородская область – один из наиболее экономически развитых регионов России. Природные особенности области и текущие темпы развития региона обуславливают необходимость производства своевременного мониторинга состояния рельефа. Сельскохозяйственная деятельность, строительство и добыча полезных ископаемых непрерывно изменяют рельеф нашей области. Однако производство съемки рельефа всей территории на постоянной основе нерентабельно [3, 4].
Оценка состояния рельефа и точности определения границ антропогенных объектов
Для оценки состояния рельефа и точности определения границ антропогенных объектов на первом этапе необходимо провести анализ материалов по исследуемой территории Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. Для этого были использованы аэрофотоснимки местности за период с 2004 года по 2017 год и результаты тахеометрической съемки за 2011 год [5, 6].
Аэрофотоснимки за 2004, 2010, 2011, 2014, 2015 и 2017 годы были получены с помощью бесплатных приложений Google Earth и SASplanet совместно с файлами формата KML. KML – формат файлов, несущий в себе географическую информацию, в том числе пространственные метки, которые можно использовать для привязки различных графических данных [7]. Снимки были выполнены в одинаковом масштабе 1:500, что упрощает работы по выявлению объектов рельефа местности и оценке точности полученных результатов, а разноплановые источники графической информации о рельефе исследуемой местности, повышают достоверность и точность полученных результатов [8]. Тахеометрическая съемка производилась в масштабе 1:1000 с высотой сечения 1 м. Ее результаты представлены в формате DWG.
С помощью инструментов ArcGIS была произведена трансформация растровых изображений. Трансформирование – это преобразование наклонного снимка в горизонтальную плоскость [9, 10]. После этого была осуществлена привязка тахеометрической съемки к аэрофотоснимкам по реальным географическим координатам местности, что позволили сделать пространственные геометки формата KML [11].
б) 
в) 
Рис. 1. Исходные материалы:
а – аэрофотоснимок за 2004 год; б – аэрофотоснимок за 2017 год; в – тахеометрическая съемка
а) 
б) 
Рис. 2. Аэрофотоснимок изучаемой местности
а – до привязки; б – после привязки
Далее был проведен анализ на предмет совпадения границ объектов, полученных с помощью тахеометрической съемки, с границами объектов на аэрофотоснимках [12]. В 80 % случаев границы исследуемых объектов на аэрофотоснимков и тахеометрической съемки совпадают (рис. 2 а, б), в остальных случаях имеются незначительные расхождения (рис. 2 в).
Согласно Инструкции по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов после привязки необходимо осуществить проверку её точности [13]. Средние ошибки на опорных точках после внешнего ориентирования продемонстрированы в таблице.
а) 
б) 
в) 
Рис. 3. Анализ совпадения границ антропогенных объектов
Таблица
Допуски на средние ошибки привязки на опорных точках
|
Масштаб |
hсеч |
Допуск, м |
|
1:500 |
0,5 |
0,5 |
|
1:1 000 |
1 |
1 |
|
1:2 000 |
1 |
1,5 |
|
1:10 000 |
2,5 |
2 |
|
1:25 000 |
5 |
5 |
С помощью инструментов и приложений ArcGIS были проведены измерения и расчеты, которые позволили вычислить точность определения границ антропогенных объектов по аэрофотоснимкам. Наибольшая ошибка привязки составила 0,96 м, что удовлетворяет допуску, предусмотренному Инструкцией [13]. Таким образом, точность определения границ соответствует установленным допускам, что делает полученные данные применимыми для дальнейших исследований рельефа [14].
Рис. 4. Измерение погрешностей привязки
По косвенным дешифровочным признакам были определены наиболее динамичные объекты и стадии их развития. Такими объектами оказались учебный корпус, общежитие, бассейны и обустройство территории, прилежащей к стадиону университета [15]. На рисунке 5. наглядно продемонстрирована динамика данных антропогенных объектов, а именно этапы строительства данных сооружений.
а) 
б) 
в) 
г) 
д) 
Рис. 5. Аэрофотоснимки изучаемой местности
а – за 2004 год; б – за 2010 год; в – за 2011 год; г – за 2014 год; д – за 2015 год
При анализе совпадений границ объектов на снимках 2017 года с результатами тахеометрической съемки 2011 года было выявлено, что наиболее точное соответствие границ наблюдается на равнинной территории, тогда как наибольшие расхождения границ соответствуют территории, расположенной на склоне или в непосредственной близости к нему и берегам реки Северский Донец. Эти несоответствия могут быть обусловлены как погрешностями фотоснимка, так и динамическими процессами, происходящими на данных участках местности. Это может послужить обоснованием для проведения более тщательного мониторинга рельефа и наблюдений за деформациями зданий и сооружений.
Рис. 6. Участок возможных динамических процессов
Выводы. Таким образом, было выяснено, что точность определения границ антропогенных объектов по аэрофотоснимкам на начальном этапе изысканий позволяет использовать аэрофотоснимки для первичного мониторинга и выявления областей изучаемой территории, которые требуют более точного и тщательного контроля и продолжительного наблюдения из-за происходящих динамических процессов, и участков, динамические процессы на которых развиты слабо или не развиты вовсе. Такой подход существенно сокращает продолжительность мониторинга, а также физические и материальные затраты по его проведению. Также по результатам оценки и анализа рельефа были выявлены несколько динамичных объектов среды и прослежены этапы их развития.
1. Петин А. Н., Новых Л. Л., Петина В. И., Глазунов Е. Г. Экология Белгородской области. Учебное пособие для учащихся 8-11х классов. М.: МГУ, 2002. 288 с.
2. Маккавеев Н.Н. Сток и русловые процессы. М.: МГУ, 1971. 241с.
3. Шаповалов В.А., Полухин О.Н., Петин А.Н. Белгородоведение: учебник для общеобразовательных учреждений. Белгород: БелГУ, 2002. 410 с.
4. Анисимов В.А., Макарова С.В. Инженерная геодезия. Хабаровск: ДВГУПС, 2009. 150 с.
5. Мартынова Н.С., Лозовая С.Ю. Свойства языков Арнольда в описании природных процессов/ Сборник докладов VIII международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. В 4 т. Т. 3. // Старый Оскол: ООО «Ассистент плюс», 2015. С. 194-196
6. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. Киев (Украина): Национальный авиационный университет, 2008. 245 с.
7. Конин В.В. Спутниковые системы и технологии. М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. 334 с.
8. Краснопевцев Б.В. Фотограмметрия. М.: УПП "Репрография" МИИГАиК, 2008. 212 с.
9. Quick start guide ArcMap [Электронный ресурс]. URL: http://desktop.arcgis.com/arcmap/latest/get-started/setup/arcgis-desktop-quick-start-guide
10. Scott Crosier, Bob Booth, Katy Dalton, Andy Mitchell, Kristin Clark. ArcGIS 9. ESRI, 2004. 368 c.
11. Учебное пособие по курсу «Топографическое дешифрирование. Дешифрирование объектов земельного и городского кадастра». М.: МГУГиК, 2009. 120 с.
12. Учебное пособие по курсу «Дешифрирование снимков». Изучение динамики природных процессов и объектов по аэро- и космическим снимкам. М.: МГУГиК, 2006. 77 с.
13. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. М.: ЦНИИГАиК, 2002. 100 с.
14. Дроздов С.Л., Сладкопевцев С.А. Дистанционные методы оценки природных ресурсов (рельеф и почвы): учебное пособие. М.: МИИГАиК, 2015. 150 с.
15. Методические указания по ведению наблюдений за состоянием дна, берегов, состоянием и режимом использования водоохранных зон и изменениями морфометрических особенностей водных объектов или их частей. М., 2012. 100 с.
