Изучение динамики изменения береговой линии Балтийского мора в районе Куршской косы с использованием спутниковой информации
|
Сокращения и обозначения 4
Введение 5
1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА СЛЕЖЕНИЯ ЗА ИЗМЕНЕНИЕМ БЕРЕГОВОЙ
ЛИНИИ 8
1.1 Физико-географические особенности района исследования 8
1.1.1 Географическое положение 8
1.1.2 Физико-географические условия 9
1.1.3 Строение Куршской косы и история ее формирования 11
1.2. Исходные данные для работы 18
1.2.1 Общая характеристика спутника Landsat 8 18
1.2.2. Технические характеристики бортовой аппаратуры 21
1.2.3 Приборы на спутнике Landsat8 22
1.2.4 Организация доступа к данным 26
1.2.5 Интерфейс геоинформационной системы EarthExplorer 27
2 ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТОВ 35
2.1 Общая информация о программе UNESCO Bilko 35
2.1.2 Процесс комбинации спектральных каналов в программе Bilko 36
2.1.3 Основные комбинации спектральных каналов 39
2.2 Географическая привязка 47
2.2.1 Процесс географической привязки полученных данных в программе
Bilko 47
2.3. Основы классификация без обучения (кластеризации) 49
3. РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫБРАННОГО МЕТОДА ДЛЯ РАЙОНА
ИССЛЕДОВАНИЯ 55
3.1. Принципы обработки спутниковых изображений 55
3.2 Реализация метода обработки снимков при помощи разрезов 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
Список использованных источников 62
Введение 5
1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА СЛЕЖЕНИЯ ЗА ИЗМЕНЕНИЕМ БЕРЕГОВОЙ
ЛИНИИ 8
1.1 Физико-географические особенности района исследования 8
1.1.1 Географическое положение 8
1.1.2 Физико-географические условия 9
1.1.3 Строение Куршской косы и история ее формирования 11
1.2. Исходные данные для работы 18
1.2.1 Общая характеристика спутника Landsat 8 18
1.2.2. Технические характеристики бортовой аппаратуры 21
1.2.3 Приборы на спутнике Landsat8 22
1.2.4 Организация доступа к данным 26
1.2.5 Интерфейс геоинформационной системы EarthExplorer 27
2 ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТОВ 35
2.1 Общая информация о программе UNESCO Bilko 35
2.1.2 Процесс комбинации спектральных каналов в программе Bilko 36
2.1.3 Основные комбинации спектральных каналов 39
2.2 Географическая привязка 47
2.2.1 Процесс географической привязки полученных данных в программе
Bilko 47
2.3. Основы классификация без обучения (кластеризации) 49
3. РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫБРАННОГО МЕТОДА ДЛЯ РАЙОНА
ИССЛЕДОВАНИЯ 55
3.1. Принципы обработки спутниковых изображений 55
3.2 Реализация метода обработки снимков при помощи разрезов 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
Список использованных источников 62
Актуальность темы работы обусловлена тем, что:
Береговая зона морей и океанов — один из динамично развивающихся природных образований, на ее формирование оказывают влияние климатические факторы, гидродинамические условия моря, геологогеоморфологические условия побережья, техногенные факторы и др.
С изменением уровня Мирового океана в условиях глобального потепления климата проблема изучения динамики береговых границ морей как в России, так и за рубежом становится особенно актуальной.
В последние десятилетия отмечается возросшее разрушение берегов морей России вследствие активизации природных и техногенных процессов, что усложняет задачу своевременного проведения природоохранных мероприятий, выбора методов и средств берегозащиты. Во время экстремальных штормов (более 7 баллов) повторяемостью один раз в 5-7 лет увеличилась интенсивность разрушения берегов в Балтийском море до 4-6 м в год. При этом смывается от 1,5 до 3 млн м3 грунта и песчаных наносов, а в отдельные экстремальные шторма — до 6-10 млн м3 рыхлого материала. В результате интенсивных разрушений часть зданий и построек на берегу в городах Зеленоградске, Пионерском, Светлогорске, поселках Отрадное Филино, Рыбное, Донское находятся в опасной зоне. Однако в большинстве случаев нарушение естественного состояния режима морских берегов и, как следствие, изменение береговых границ связывают с техногенными воздействиями. Строительство любых гидротехнических сооружений, добыча строительных материалов и отвал горных пород при добыче полезных ископаемых, функционирование рекреационных зон оказывают определенное влияние на динамику берега и чаще всего негативное. С изменением технологии янтарного производства на Балтийском побережье современная динамика морского берега в значительной степени зависит от сбросов в прибрежную зону рыхлого материала из карьеров Янтарного комбината.
Для разработки мероприятий по контролированию береговых процессов и принятия управленческих решений с целью сохранения и геоэкологической защиты пляжных территорий требуется проведение исследования изменения береговой зоны.
Традиционные методы топографической съемки не в состоянии оперативно отобразить информацию изменчивости береговых границ и во многом уступают современным дистанционным методам. Большая протяженность береговой линии Балтийского моря обусловливает особую важность применения дистанционных методов и географических информационных систем для изучения береговых процессов. В основ ном в дистанционных исследованиях береговой зоны используются космические снимки. К аэрофотосъемке и лазерному сканированию из-за их высокой стоимости прибегают в единичных случаях при детальных исследованиях береговых и подводных процессов. Преимущество применения современных космических снимков (КС) высокого разрешения состоит в том, что при сопоставимых с аэрофотосъемкой величинах пространственного разрешения КС обеспечивает значительно больший по площади охват территории.
Кроме того, в последние годы благодаря прогрессу в развитии информационно-космических технологий существенно возросло
пространственное разрешение КС, что создает возможность детально изучать изменения береговых процессов.
Снимки с высоким пространственным разрешением (0,5-0,8 м) можно получать со спутников :
Иконос (Ikonos) c 1999 г.,
Квикбёрд (QuickBird) с 2001 г.,
Ворлдвью (WorldView) с 2007 г. и т. д.
Небольшой архив снимков высокого разрешения по временному охвату, а также высокая стоимость не позволяют их использовать в изучении многолетней динамики береговых границ. По этой причине в дистанционных исследованиях преимущественно обращаются к снимкам со спутников Ландсат (Landsat) с более чем 35-летним архивом данных. Дистанционное исследование береговой зоны, как правило, ограничивается качественным анализом изменения состояния, а количественных оценок недостаточно, что 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.
Целью бакалаврской работы является разработка метода оценки динамики береговой линии Балтийского моря в районе Куршской косы.
На основе поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Получение композитных изображений в различных комбинациях
спектральных каналов и анализ этих изображений;
2. Анализ практических методов распознавания объектов на
космических снимках;
3. Построение разрезов через выбранные точки на Куршской косе и
анализ полученных результатов;
Результаты работы:
За период с 08.09.2013 по 03.06.2016 г. проведена оценка изменения площади береговой зоны на тестовых участках. Показано, что на всем протяжении береговой линии преобладают абразионные процессы над аккумулятивными. Суммарная площадь потерь на тестовых участках ежегодно изменяется от 10 до 30 метров в год при аккумуляции от 10 до 20 метра в год в среднем по всем тестовым участкам. Абразионные процессы ниаболее вырожены в приближенной к материковой части Куршской косы.
Береговая зона морей и океанов — один из динамично развивающихся природных образований, на ее формирование оказывают влияние климатические факторы, гидродинамические условия моря, геологогеоморфологические условия побережья, техногенные факторы и др.
С изменением уровня Мирового океана в условиях глобального потепления климата проблема изучения динамики береговых границ морей как в России, так и за рубежом становится особенно актуальной.
В последние десятилетия отмечается возросшее разрушение берегов морей России вследствие активизации природных и техногенных процессов, что усложняет задачу своевременного проведения природоохранных мероприятий, выбора методов и средств берегозащиты. Во время экстремальных штормов (более 7 баллов) повторяемостью один раз в 5-7 лет увеличилась интенсивность разрушения берегов в Балтийском море до 4-6 м в год. При этом смывается от 1,5 до 3 млн м3 грунта и песчаных наносов, а в отдельные экстремальные шторма — до 6-10 млн м3 рыхлого материала. В результате интенсивных разрушений часть зданий и построек на берегу в городах Зеленоградске, Пионерском, Светлогорске, поселках Отрадное Филино, Рыбное, Донское находятся в опасной зоне. Однако в большинстве случаев нарушение естественного состояния режима морских берегов и, как следствие, изменение береговых границ связывают с техногенными воздействиями. Строительство любых гидротехнических сооружений, добыча строительных материалов и отвал горных пород при добыче полезных ископаемых, функционирование рекреационных зон оказывают определенное влияние на динамику берега и чаще всего негативное. С изменением технологии янтарного производства на Балтийском побережье современная динамика морского берега в значительной степени зависит от сбросов в прибрежную зону рыхлого материала из карьеров Янтарного комбината.
Для разработки мероприятий по контролированию береговых процессов и принятия управленческих решений с целью сохранения и геоэкологической защиты пляжных территорий требуется проведение исследования изменения береговой зоны.
Традиционные методы топографической съемки не в состоянии оперативно отобразить информацию изменчивости береговых границ и во многом уступают современным дистанционным методам. Большая протяженность береговой линии Балтийского моря обусловливает особую важность применения дистанционных методов и географических информационных систем для изучения береговых процессов. В основ ном в дистанционных исследованиях береговой зоны используются космические снимки. К аэрофотосъемке и лазерному сканированию из-за их высокой стоимости прибегают в единичных случаях при детальных исследованиях береговых и подводных процессов. Преимущество применения современных космических снимков (КС) высокого разрешения состоит в том, что при сопоставимых с аэрофотосъемкой величинах пространственного разрешения КС обеспечивает значительно больший по площади охват территории.
Кроме того, в последние годы благодаря прогрессу в развитии информационно-космических технологий существенно возросло
пространственное разрешение КС, что создает возможность детально изучать изменения береговых процессов.
Снимки с высоким пространственным разрешением (0,5-0,8 м) можно получать со спутников :
Иконос (Ikonos) c 1999 г.,
Квикбёрд (QuickBird) с 2001 г.,
Ворлдвью (WorldView) с 2007 г. и т. д.
Небольшой архив снимков высокого разрешения по временному охвату, а также высокая стоимость не позволяют их использовать в изучении многолетней динамики береговых границ. По этой причине в дистанционных исследованиях преимущественно обращаются к снимкам со спутников Ландсат (Landsat) с более чем 35-летним архивом данных. Дистанционное исследование береговой зоны, как правило, ограничивается качественным анализом изменения состояния, а количественных оценок недостаточно, что 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.
Целью бакалаврской работы является разработка метода оценки динамики береговой линии Балтийского моря в районе Куршской косы.
На основе поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Получение композитных изображений в различных комбинациях
спектральных каналов и анализ этих изображений;
2. Анализ практических методов распознавания объектов на
космических снимках;
3. Построение разрезов через выбранные точки на Куршской косе и
анализ полученных результатов;
Результаты работы:
За период с 08.09.2013 по 03.06.2016 г. проведена оценка изменения площади береговой зоны на тестовых участках. Показано, что на всем протяжении береговой линии преобладают абразионные процессы над аккумулятивными. Суммарная площадь потерь на тестовых участках ежегодно изменяется от 10 до 30 метров в год при аккумуляции от 10 до 20 метра в год в среднем по всем тестовым участкам. Абразионные процессы ниаболее вырожены в приближенной к материковой части Куршской косы.
Полученные результаты позволяют выделить наиболее уязвимые места береговой линии Куршской косы. Через построение разрезов с использованием комбинации спектральных каналов и построение по ним классификации была получена картина изменения береговой линии под влиянием сильных ветров, штормов, ураганов, а также деятельности человека.
Целью дипломного проекта является разработка актуального и удобного способа оценки участков береговой линии, наиболее подверженных абразионным процессам, а также выявление таковых по космическим данным. Основные результаты:
1) В первом разделе описываются возможности оптико-электронного спутника (Landsat 8) в качестве источника данных для оценки динамики береговой линии. По результатам проведённого анализа были выявлены положительные и отрицательные стороны спутника.
Положительные стороны Landsat 8:
-Высокое пространственное разрешение(15м-100м);
-Свободный доступ к данным.
Отрицательные стороны Landsat 8:
-Частота съёмки(16 суток);
-Зависимость от облачности.
Спутник Landsat 8 предоставляет снимки в высоком разрешении от 15м до 100м, это позволяет с высокой точностью определить нужные характеристики в выбранном регионе. К сожалению, снимки делаются только один раз в 16 дней, в связи с этим отсутствует возможность подробно исследовать те или иные процессы на поверхности Земли, а из-за наличия облачности мы можем совсем ничего не увидеть. В то же время все снимки предоставляются в свободном доступе.
2) Во втором разделе были проанализированы методы распознавания объектов и было установлено, что классификация по определённой комбинации спектральных каналов является эффективной процедурой, позволяющей выделить на спутниковом снимке объекты разных типов, и установить чёткие границы между различными типами объектов со сложными границами. В случае, если объект исследования имеет ровную земную поверхность, стоит использовать классификацию без обучения, поскольку она позволяет довольно быстро обработать изображения, просто задать параметры классификации и довольно точно распределить кластеры соответственно яркостным характеристикам изображения.
3) В третьем разделе была произведена обработка полученных результатов, исходя из этого, можно сделать вывод, что наиболее опасным является зимнее время года. В связи с участившимися штормами и ураганами, в результате изменения климата, береговая линия Куршской косы наиболее подвержена абразионным процессам.
Данный метод наблюдения за береговой линией Куршской косы может помочь при оценке ущерба и проведении мероприятий по предотвращению смыва песка и грунта на отдельных, требующих внимания, участках, а также при установке волнорезов или защитного вала авандюн.
Целью дипломного проекта является разработка актуального и удобного способа оценки участков береговой линии, наиболее подверженных абразионным процессам, а также выявление таковых по космическим данным. Основные результаты:
1) В первом разделе описываются возможности оптико-электронного спутника (Landsat 8) в качестве источника данных для оценки динамики береговой линии. По результатам проведённого анализа были выявлены положительные и отрицательные стороны спутника.
Положительные стороны Landsat 8:
-Высокое пространственное разрешение(15м-100м);
-Свободный доступ к данным.
Отрицательные стороны Landsat 8:
-Частота съёмки(16 суток);
-Зависимость от облачности.
Спутник Landsat 8 предоставляет снимки в высоком разрешении от 15м до 100м, это позволяет с высокой точностью определить нужные характеристики в выбранном регионе. К сожалению, снимки делаются только один раз в 16 дней, в связи с этим отсутствует возможность подробно исследовать те или иные процессы на поверхности Земли, а из-за наличия облачности мы можем совсем ничего не увидеть. В то же время все снимки предоставляются в свободном доступе.
2) Во втором разделе были проанализированы методы распознавания объектов и было установлено, что классификация по определённой комбинации спектральных каналов является эффективной процедурой, позволяющей выделить на спутниковом снимке объекты разных типов, и установить чёткие границы между различными типами объектов со сложными границами. В случае, если объект исследования имеет ровную земную поверхность, стоит использовать классификацию без обучения, поскольку она позволяет довольно быстро обработать изображения, просто задать параметры классификации и довольно точно распределить кластеры соответственно яркостным характеристикам изображения.
3) В третьем разделе была произведена обработка полученных результатов, исходя из этого, можно сделать вывод, что наиболее опасным является зимнее время года. В связи с участившимися штормами и ураганами, в результате изменения климата, береговая линия Куршской косы наиболее подвержена абразионным процессам.
Данный метод наблюдения за береговой линией Куршской косы может помочь при оценке ущерба и проведении мероприятий по предотвращению смыва песка и грунта на отдельных, требующих внимания, участках, а также при установке волнорезов или защитного вала авандюн.
