Уточнение методики определения характеристик прибрежных зон (на примере новых гидротехнических и портовых сооружений)
|
Введение 3
1 Анализ технических деталей и особенностей сервиса “планета земля” для
анализа характеристик прибрежных зон 6
1.1 Особенности сервиса google “планета земля” 6
1.2 Общее описание приборов спутника landsat 8 11
1.2.1 Характеристики спутника landsat 8 11
1.2.2 Приборы landsat 8 16
Выводы 21
2 Примеры использования архива снимков “планета земля” для
исследования района пос. Лебяжье 22
Выводы 27
3 Последовательность реализации задачи определения характеристик
прибрежных зон на примере новых гидротехнических сооружений 28
3.1 Последовательность реализации задачи определения характеристик
прибрежных зон 28
3.2 Характеристика гидрометеорологический условий исследуемого района 33
3.3 Геологическое строение и геоморфология береговой зоны исследуемого
района. 36
3.4 Некоторые результаты исследования динамики прибрежной зоны и
береговой линии 38
3.5 Оценки размеров и площади мелководных участков при
воздействии новых гидротехнических сооружений 44
3.6 Описание и разработка методики оптимального доступа к информации для
представления ее пользователям 47
Выводы 50
Заключение 54
Список использованных источников 58
1 Анализ технических деталей и особенностей сервиса “планета земля” для
анализа характеристик прибрежных зон 6
1.1 Особенности сервиса google “планета земля” 6
1.2 Общее описание приборов спутника landsat 8 11
1.2.1 Характеристики спутника landsat 8 11
1.2.2 Приборы landsat 8 16
Выводы 21
2 Примеры использования архива снимков “планета земля” для
исследования района пос. Лебяжье 22
Выводы 27
3 Последовательность реализации задачи определения характеристик
прибрежных зон на примере новых гидротехнических сооружений 28
3.1 Последовательность реализации задачи определения характеристик
прибрежных зон 28
3.2 Характеристика гидрометеорологический условий исследуемого района 33
3.3 Геологическое строение и геоморфология береговой зоны исследуемого
района. 36
3.4 Некоторые результаты исследования динамики прибрежной зоны и
береговой линии 38
3.5 Оценки размеров и площади мелководных участков при
воздействии новых гидротехнических сооружений 44
3.6 Описание и разработка методики оптимального доступа к информации для
представления ее пользователям 47
Выводы 50
Заключение 54
Список использованных источников 58
Уточнение методики определения характеристик прибрежных зон является актуальной и востребованной задачей в связи с тем, что береговая «картина мира» постепенно изменяется. На этот процесс влияют как антропогенные и техногенные факторы, так и гидродинамические условия моря, геолого-геоморфологические условия побережья, а также моменты, связанные с изменением климата. В условиях глобального потепления, и, как следствие, изменения уровня Мирового океана, изучение динамики береговых границ морей как в России, так и в зарубежных странах становится особенно актуальным.
Береговая линия менялась и раньше, но не так стремительно (по геологическим меркам), как на памяти современного поколения. В последние десятилетия фиксируется усилившееся разрушение берегов морей России за счет активизации природных и техногенных процессов. В этих условиях на первый план выходят задачи проведения своевременных природоохранных мероприятий, выбор соответствующих методов и средств береговой защиты.
Для Финского залива характерны нагоны воды вследствие сильных ветров. Это особенно часто происходит тогда, когда дуют западные ветры, которые нагоняют большое количество воды. Это приводит к наводнениям в Санкт-Петербурге, так как вода может подниматься на несколько метров.
Статистика с 1691 по 2008 год показывает, что количество наводнений в Петербурге за последние 30 лет по сравнению с началом XX века выросло почти вдвое, участились шторма. [1]
Однако, изменение береговых границ и нарушение естественного состояния режима морских берегов в большинстве случаев связывают с техногенными воздействиями. За последние 30 лет техногенное воздействие на залив увеличилось и это - несмотря на снижение за это же время промышленной и сельскохозяйственной нагрузки на его водосбор. Финский залив подвергся существенным инженерным преобразованиям - постройка дамбы и объездной транспортной магистрали по ней, расширение и спрямление Морского канала, строительство новых портов и терминалов, подходных каналов в Невской и Лужской губах, в Выборгском заливе, отторжение прибрежных мелководий под порты и береговую застройку, реконструкция и расширение существующих портов, добыча песка со дна залива. [2]
Для мониторинга состояния береговой линии, разработки мероприятий по контролированию береговых процессов требуется проведение исследования изменения береговой зоны.
Наряду с традиционными методами топографической съемки, которые, однако, не в состоянии оперативно предоставлять информацию изменчивости береговых границ, особую важность имеют современные дистанционные методы для изучения береговых процессов. В основном, в дистанционном зондировании прибрежных зон используются космические снимки. Для детальных исследований береговых и подводных процессов в единичных случаях (из-за высокой стоимости) применяют аэрофотосъемку и лазерное сканирование. Преимуществом применения космических снимков (КС) высокого разрешения является обеспечение значительно большего охвата территории по площади, при сопоставимой с аэрофотосъемкой величине пространственного разрешения КС, а также быстрота и удобство обработки цифровых данных. Кроме того, значительно возросшее пространственное разрешение КС дает возможность детального изучения динамики береговых процессов.
Для дистанционных исследований преимущественно обращаются к снимкам со спутников Ландсат (Landsat) и к более чем 35-летнему архиву данных. Дистанционное исследование береговых зон, как правило, ограничивается качественным анализом изменения состояния, в связи с недостатком количественных оценок. Это определило актуальность настоящей работы, направленной на получение количественных оценок динамики береговой линии (площади, скорости абразии/аккумуляции берегов) и разработку методики их изучения на основе данных дистанционного зондирования.
Объектом бакалаврской работы является прибрежная зона в районе поселка Лебяжье.
Предмет бакалаврской работы: методика определения характеристик прибрежной зоны и их изменений в южной части Финского залива в районе поселка Лебяжье.
Целью бакалаврской работы является уточнение методики определения характеристик прибрежных зон (пос. Лебяжье).
На основе поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Получение изображений исследуемого района с помощью программного обеспечения «Планета Земля» для анализа характеристик прибрежных зон;
2. Анализ практических методов распознавания объектов на космических снимках;
3. Построение разрезов в программном обеспечении UNESCO Bilko, пример расчета размеров и площади мелководных участков и исследуемых баров, анализ полученных результатов;
4. Описание и разработка методики оптимального доступа к информации для предоставления ее пользователям.
Береговая линия менялась и раньше, но не так стремительно (по геологическим меркам), как на памяти современного поколения. В последние десятилетия фиксируется усилившееся разрушение берегов морей России за счет активизации природных и техногенных процессов. В этих условиях на первый план выходят задачи проведения своевременных природоохранных мероприятий, выбор соответствующих методов и средств береговой защиты.
Для Финского залива характерны нагоны воды вследствие сильных ветров. Это особенно часто происходит тогда, когда дуют западные ветры, которые нагоняют большое количество воды. Это приводит к наводнениям в Санкт-Петербурге, так как вода может подниматься на несколько метров.
Статистика с 1691 по 2008 год показывает, что количество наводнений в Петербурге за последние 30 лет по сравнению с началом XX века выросло почти вдвое, участились шторма. [1]
Однако, изменение береговых границ и нарушение естественного состояния режима морских берегов в большинстве случаев связывают с техногенными воздействиями. За последние 30 лет техногенное воздействие на залив увеличилось и это - несмотря на снижение за это же время промышленной и сельскохозяйственной нагрузки на его водосбор. Финский залив подвергся существенным инженерным преобразованиям - постройка дамбы и объездной транспортной магистрали по ней, расширение и спрямление Морского канала, строительство новых портов и терминалов, подходных каналов в Невской и Лужской губах, в Выборгском заливе, отторжение прибрежных мелководий под порты и береговую застройку, реконструкция и расширение существующих портов, добыча песка со дна залива. [2]
Для мониторинга состояния береговой линии, разработки мероприятий по контролированию береговых процессов требуется проведение исследования изменения береговой зоны.
Наряду с традиционными методами топографической съемки, которые, однако, не в состоянии оперативно предоставлять информацию изменчивости береговых границ, особую важность имеют современные дистанционные методы для изучения береговых процессов. В основном, в дистанционном зондировании прибрежных зон используются космические снимки. Для детальных исследований береговых и подводных процессов в единичных случаях (из-за высокой стоимости) применяют аэрофотосъемку и лазерное сканирование. Преимуществом применения космических снимков (КС) высокого разрешения является обеспечение значительно большего охвата территории по площади, при сопоставимой с аэрофотосъемкой величине пространственного разрешения КС, а также быстрота и удобство обработки цифровых данных. Кроме того, значительно возросшее пространственное разрешение КС дает возможность детального изучения динамики береговых процессов.
Для дистанционных исследований преимущественно обращаются к снимкам со спутников Ландсат (Landsat) и к более чем 35-летнему архиву данных. Дистанционное исследование береговых зон, как правило, ограничивается качественным анализом изменения состояния, в связи с недостатком количественных оценок. Это определило актуальность настоящей работы, направленной на получение количественных оценок динамики береговой линии (площади, скорости абразии/аккумуляции берегов) и разработку методики их изучения на основе данных дистанционного зондирования.
Объектом бакалаврской работы является прибрежная зона в районе поселка Лебяжье.
Предмет бакалаврской работы: методика определения характеристик прибрежной зоны и их изменений в южной части Финского залива в районе поселка Лебяжье.
Целью бакалаврской работы является уточнение методики определения характеристик прибрежных зон (пос. Лебяжье).
На основе поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Получение изображений исследуемого района с помощью программного обеспечения «Планета Земля» для анализа характеристик прибрежных зон;
2. Анализ практических методов распознавания объектов на космических снимках;
3. Построение разрезов в программном обеспечении UNESCO Bilko, пример расчета размеров и площади мелководных участков и исследуемых баров, анализ полученных результатов;
4. Описание и разработка методики оптимального доступа к информации для предоставления ее пользователям.
В результате работы получены данные, позволяющее оценить характеристики прибрежной зоны в районе пос. Лебяжье, на южном берегу Финского залива.
Были использованы космические снимки со спутника Landsat8, которые обрабатывались в специальном программном обеспечении. Через построение разрезов с использованием комбинации спектральных каналов RGB и построение по ним композитного изображения в естественных цветах, был сделан анализ изменения прибрежной зоны.
Основные результаты:
1. В первом разделе описывается программное обеспечение Планета Земля, возможности оптико-электронного спутника (Landsat 8) в качестве источника данных для выше упомянутого ПО и оценки динамики прибрежной зоны. По результатам проведённого анализа были выявлены положительные и отрицательные стороны использования снимков спутника.
Положительные стороны Landsat 8: высокое пространственное разрешение (15м-100м) и свободный доступ к данным. Недостаток данных Landsat 8: большой период съемки (16 суток) и зависимость от облачности.
Данные полученные с помощью сервиса Планета Земля имеют более широкое разрешение, чем напрямую со спутника, и имеют большую информативность для детального изучения поставленной задачи. Сам сервис дает доступ к архиву спутниковых снимков для дальнейшего их использования и анализирования. Практически вся поверхность суши покрыта изображениями, полученными от компанииDigitalGlobe и имеющими разрешение до 5 м на пиксель. Данные высот рельефа имеют разрешение порядка 30 метров по горизонтали на территории США, порядка 90 метров на остальной территории и точность по вертикали вплоть до одного метра. Так же, на снимках, полученных с Google “Планета Земля” имеются координаты.
2. Во второй главе был описан алгоритм получения снимков, необходимых для работы и произведен анализ прибрежной зоны по полученным изображениям.
По результатам проведенного анализа было выявлено:
- береговая зона Финского залива в районе поселка Лебяжье представляет собой широкую полосу песчаных кос и баров различных генераций;
- Строение подводного берегового склона в исследуемом районе отличается от других районов залива, где также установлено наличие подводных террас.
- бары весьма разнообразны по морфологии, морфометрии и взаимоотношениям с другими элементами литодинамических систем, поэтому могут формироваться как при относительном повышении, так и при понижении уровня моря, под воздействием течений и ветров;
- c 2010 по 2017 года в районе впадения реки Лебяжья в Финский залив песчаные намывы изменились и стали больше похожи на песчаную косу.
3. В третьей главе было рассмотрено программное обеспечение, используемое в этой работе.
ArcSoft Photostudio - редактор изображений с большой библиотекой инструментов для работы со снимками.
UNESCO Bilko - программа, предназначенная для обработки данных дистанционного зондирования океана и прибрежных регионов, которая совместно с прилагаемыми пособиями используется для образовательных целей.
Были приведены характеристики гидрометеорологических условий исследуемого района. Средняя температура в исследуемые месяцы (июль, август) составляет 22оС днем и 14оС ночью , а средние осадки в эти месяцы самые большие в году и составляют 85 мм. В районе поселка Лебяжье преобладают западные и юго-западные ветра , преимущественно 1 - 5 м/c.
Основными причинами изменения прибрежной зоны исследуемого района, по моему мнению, является строительство защитной дамбы (комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений) в 2011 году, так как это привело к изменению направлений течений в Финском заливе. После ее постройки поступление воды в Невскую губу ограничено, схема течений изменилась, появились условия для намыва песчаных образований - баров.
По результатам анализа изменений прибрежной зоны было установлено, что в августе 2010 года уровень воды был ниже, песчаные отложения и неоднородности в воде лучше видны, чем в июле 2014 года.
Приведены примеры расчета размеров и площади мелководных участков при воздействии новых гидротехнических сооружений.
Для оценок характеристик бара строились композитные изображения в естественных цветах, разрезы через исследуемый бар, определялись их линейные размеры. В результате проделанной работы была рассчитана ширина исследуемой части бара, которая составила 300 м.
Для расчета площади бара выделялся его фрагмент на композитном изображении. Далее по гистограмме для вырезанного участка с частью бара, определялась его площадь. По результатам работы площадь исследуемого участка бара равна 0,98 км2.
При описании и разработке методики оптимального доступа к информации для представления ее пользователям необходимо обращаться к различным источникам информации в зависимости от цели исследования. Чтобы убедиться в процессах, происходящих на земной поверхности, провести статистический анализ или наблюдать за изменением характеристик, оптимально использовать данные спутников с небольшим пространственным разрешением от 30 до 15 метров. Такие снимки можно брать из сервиса с открытым доступом данных “Планета Земля”. Для максимально информативного и детального изучения космические снимки могут приобретаться у собственников интернет-архивов. В работе были использованы визуальные методы исследования территории и с помощью программного обеспечения.
Для повышения качества визуального представления информации рассматривались методы контрастирования.
Преимуществом данной методики является локальное проведение работ по изучению различных удаленных районов. Инновационный подход к изучению динамики береговых зон и других характеристик дает возможность минимизировать расходы на поездки в другие исследуемые регионы.
Методика может быть использована для различных целей, например, при подборе мест для строительства портов и гидротехнических сооружений, для построения маршрутов мелким судам, анализ динамики изменений прибрежных зон и т.д.
Были использованы космические снимки со спутника Landsat8, которые обрабатывались в специальном программном обеспечении. Через построение разрезов с использованием комбинации спектральных каналов RGB и построение по ним композитного изображения в естественных цветах, был сделан анализ изменения прибрежной зоны.
Основные результаты:
1. В первом разделе описывается программное обеспечение Планета Земля, возможности оптико-электронного спутника (Landsat 8) в качестве источника данных для выше упомянутого ПО и оценки динамики прибрежной зоны. По результатам проведённого анализа были выявлены положительные и отрицательные стороны использования снимков спутника.
Положительные стороны Landsat 8: высокое пространственное разрешение (15м-100м) и свободный доступ к данным. Недостаток данных Landsat 8: большой период съемки (16 суток) и зависимость от облачности.
Данные полученные с помощью сервиса Планета Земля имеют более широкое разрешение, чем напрямую со спутника, и имеют большую информативность для детального изучения поставленной задачи. Сам сервис дает доступ к архиву спутниковых снимков для дальнейшего их использования и анализирования. Практически вся поверхность суши покрыта изображениями, полученными от компанииDigitalGlobe и имеющими разрешение до 5 м на пиксель. Данные высот рельефа имеют разрешение порядка 30 метров по горизонтали на территории США, порядка 90 метров на остальной территории и точность по вертикали вплоть до одного метра. Так же, на снимках, полученных с Google “Планета Земля” имеются координаты.
2. Во второй главе был описан алгоритм получения снимков, необходимых для работы и произведен анализ прибрежной зоны по полученным изображениям.
По результатам проведенного анализа было выявлено:
- береговая зона Финского залива в районе поселка Лебяжье представляет собой широкую полосу песчаных кос и баров различных генераций;
- Строение подводного берегового склона в исследуемом районе отличается от других районов залива, где также установлено наличие подводных террас.
- бары весьма разнообразны по морфологии, морфометрии и взаимоотношениям с другими элементами литодинамических систем, поэтому могут формироваться как при относительном повышении, так и при понижении уровня моря, под воздействием течений и ветров;
- c 2010 по 2017 года в районе впадения реки Лебяжья в Финский залив песчаные намывы изменились и стали больше похожи на песчаную косу.
3. В третьей главе было рассмотрено программное обеспечение, используемое в этой работе.
ArcSoft Photostudio - редактор изображений с большой библиотекой инструментов для работы со снимками.
UNESCO Bilko - программа, предназначенная для обработки данных дистанционного зондирования океана и прибрежных регионов, которая совместно с прилагаемыми пособиями используется для образовательных целей.
Были приведены характеристики гидрометеорологических условий исследуемого района. Средняя температура в исследуемые месяцы (июль, август) составляет 22оС днем и 14оС ночью , а средние осадки в эти месяцы самые большие в году и составляют 85 мм. В районе поселка Лебяжье преобладают западные и юго-западные ветра , преимущественно 1 - 5 м/c.
Основными причинами изменения прибрежной зоны исследуемого района, по моему мнению, является строительство защитной дамбы (комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений) в 2011 году, так как это привело к изменению направлений течений в Финском заливе. После ее постройки поступление воды в Невскую губу ограничено, схема течений изменилась, появились условия для намыва песчаных образований - баров.
По результатам анализа изменений прибрежной зоны было установлено, что в августе 2010 года уровень воды был ниже, песчаные отложения и неоднородности в воде лучше видны, чем в июле 2014 года.
Приведены примеры расчета размеров и площади мелководных участков при воздействии новых гидротехнических сооружений.
Для оценок характеристик бара строились композитные изображения в естественных цветах, разрезы через исследуемый бар, определялись их линейные размеры. В результате проделанной работы была рассчитана ширина исследуемой части бара, которая составила 300 м.
Для расчета площади бара выделялся его фрагмент на композитном изображении. Далее по гистограмме для вырезанного участка с частью бара, определялась его площадь. По результатам работы площадь исследуемого участка бара равна 0,98 км2.
При описании и разработке методики оптимального доступа к информации для представления ее пользователям необходимо обращаться к различным источникам информации в зависимости от цели исследования. Чтобы убедиться в процессах, происходящих на земной поверхности, провести статистический анализ или наблюдать за изменением характеристик, оптимально использовать данные спутников с небольшим пространственным разрешением от 30 до 15 метров. Такие снимки можно брать из сервиса с открытым доступом данных “Планета Земля”. Для максимально информативного и детального изучения космические снимки могут приобретаться у собственников интернет-архивов. В работе были использованы визуальные методы исследования территории и с помощью программного обеспечения.
Для повышения качества визуального представления информации рассматривались методы контрастирования.
Преимуществом данной методики является локальное проведение работ по изучению различных удаленных районов. Инновационный подход к изучению динамики береговых зон и других характеристик дает возможность минимизировать расходы на поездки в другие исследуемые регионы.
Методика может быть использована для различных целей, например, при подборе мест для строительства портов и гидротехнических сооружений, для построения маршрутов мелким судам, анализ динамики изменений прибрежных зон и т.д.
Подобные работы
- Оценка экологической благоприятности существования гидробиологических сообществ восточной части Финского залива
Дипломные работы, ВКР, природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4255 р. Год сдачи: 2022 - Оценка экологической благоприятности существования гидробиологических сообществ восточной части Финского залива
Бакалаврская работа, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4285 р. Год сдачи: 2022