Обоснование способа определения положения кромки льда в арктических морях в навигационных целях
|
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ 6
1.1 Sentinel-2 и Landsat 8, их достоинства и недостатки для реализации
поставленной задачи 6
1.2 Сравнительная характеристика получаемых данных с приборов 14
1.3 Визуальные методы дешифрования видов льда на спутниковых
изображениях 16
Выводы 19
Глава 2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ 21
2.1 Процесс получение спутниковой информации о положении кромки льда. 21
2.2 Аргументирование информации и ее адаптация для целей работы 25
Выводы 28
Глава 3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ И ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ КРОМКИ ЛЬДА В АРКТИЧЕСКИХ МОРЯХ И НАВИГАЦИОННЫХ ЦЕЛЯХ 29
3.1 Физико-географические особенности Карского моря и о. Диксон 29
3.2 Общие сведения о гидрометеорологических сведениях Карского моря и о.
Диксон 31
Выводы 34
Глава 4. ОЦЕНКИ ПОЛОЖЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ КРОМКИ ЛЬДА ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ 35
Выводы 58
Заключение 60
Список использованных источников 63
Глава 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ 6
1.1 Sentinel-2 и Landsat 8, их достоинства и недостатки для реализации
поставленной задачи 6
1.2 Сравнительная характеристика получаемых данных с приборов 14
1.3 Визуальные методы дешифрования видов льда на спутниковых
изображениях 16
Выводы 19
Глава 2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ 21
2.1 Процесс получение спутниковой информации о положении кромки льда. 21
2.2 Аргументирование информации и ее адаптация для целей работы 25
Выводы 28
Глава 3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ И ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ КРОМКИ ЛЬДА В АРКТИЧЕСКИХ МОРЯХ И НАВИГАЦИОННЫХ ЦЕЛЯХ 29
3.1 Физико-географические особенности Карского моря и о. Диксон 29
3.2 Общие сведения о гидрометеорологических сведениях Карского моря и о.
Диксон 31
Выводы 34
Глава 4. ОЦЕНКИ ПОЛОЖЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ КРОМКИ ЛЬДА ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ 35
Выводы 58
Заключение 60
Список использованных источников 63
Потребность в материалах космической съемки стала причиной появления целой плеяды съемочных аппаратов со сверхвысоким пространственным разрешением. Точность географической привязки и детальность получаемых изображений не один год позволяют формировать на их основе карты и планы крупного масштаба, что ранее было возможно только благодаря аэросъемки. Высокий спрос продуктов космической съемки привел к тому, что рынок все активнее осваивается компаниями с частным капиталом. Это характерно не только для запада, где поддержка частного бизнеса и передача ему ряда функций по получению данных в интересах государственных органов стала государственной политикой, но и завоевала весь мир. Глобальные наблюдения за процессами, происходящими на поверхности Земли, в её атмосфере и гидросфере, а также накопление информации, полученной с помощью спутниковых систем, ведутся с 70х годов прошлого столетия. Суровые климатические условия арктических морей, а также регулярное и непредсказуемое движение льдов под воздействием течений и ветра приводят практически к полному отсутствию возможности регулярно транспортировать исследующий персонал, необходимые ресурсы и оборудование. Плюс ко всему это огромные экономические затраты. Кроме того, Быстрые и частые климатические изменения, и отсутствие достаточной информации о положении и толщине льдов - препятствует закреплению новых полярных станций на дрейфующих льдах, что часто приводит к утрате дорогостоящего оборудования.
Появление спутниковых технологий и их интенсивное развитие позволяют ежедневно производить множество наблюдений за каждым уголком Земли. Наибольшую значимость имеют наблюдения за мировым океаном, ледяным и снежным покровами Арктики и Антарктики, поскольку измерения в этих местах либо отсутствуют, либо недостаточно актуальны. Вследствие глобальных климатических изменений возрастает потребность в метеорологических, геофизических, геомагнитных, гидрологических измерениях, для своевременного прогнозирования стихийных бедствий. Прилегающая к Арктике территория является местом базирования Северного флота ВМФ России. Поэтому оперативный мониторинг положения кромки льда с помощью систем дистанционного зондирования Земли позволяет расширить так же оборонительные возможности нашей страны.
Коммерческая и научно-исследовательская навигация в холодных водах арктических морей всегда была сложным занятием. Непредсказуемые погодные условия и угрозы столкновения с айсбергами и плавучими льдами, а также нехватка актуальных подробных карт ледовой обстановки в удаленных регионах по сегодняшний день делают навигацию сложной и опасной. Несмотря на то, что прямое наблюдение потенциальных угроз экипажем судна и подробное планирование маршрута судна являются стандартными методами обеспечения безопасного прохода, они никогда не давали подробных данных по ледовой обстановке.
По оценкам метеорологических характеристик за последние годы было выявлено уменьшение площади льдов в арктических морях. Изучив статистику, было определено, что каждые 10 лет на Северном полюсе количество льда уменьшается примерно на 13%. Поэтому вопрос об увеличении навигационного периода в Арктических морях был изучен с помощью полученных данных со спутников. Знание подробной ледовой обстановки вокруг судна, плывущего в арктическом море — это не только вопрос безопасности, но и экономия.
Для подробного рассмотрения всевозможных исходов увеличения навигационного периода в интересующем нас районе, были собраны данные и проведен анализ.
Объектом исследования стали способы определения положения кромки льда в арктических морях под воздействием течений и ветра различных направлений с помощью спутниковых систем Sentinel-2 и Landsat-8.
Предметом изучения данной ВКР является обеспечение навигации в арктических морях.
...
Появление спутниковых технологий и их интенсивное развитие позволяют ежедневно производить множество наблюдений за каждым уголком Земли. Наибольшую значимость имеют наблюдения за мировым океаном, ледяным и снежным покровами Арктики и Антарктики, поскольку измерения в этих местах либо отсутствуют, либо недостаточно актуальны. Вследствие глобальных климатических изменений возрастает потребность в метеорологических, геофизических, геомагнитных, гидрологических измерениях, для своевременного прогнозирования стихийных бедствий. Прилегающая к Арктике территория является местом базирования Северного флота ВМФ России. Поэтому оперативный мониторинг положения кромки льда с помощью систем дистанционного зондирования Земли позволяет расширить так же оборонительные возможности нашей страны.
Коммерческая и научно-исследовательская навигация в холодных водах арктических морей всегда была сложным занятием. Непредсказуемые погодные условия и угрозы столкновения с айсбергами и плавучими льдами, а также нехватка актуальных подробных карт ледовой обстановки в удаленных регионах по сегодняшний день делают навигацию сложной и опасной. Несмотря на то, что прямое наблюдение потенциальных угроз экипажем судна и подробное планирование маршрута судна являются стандартными методами обеспечения безопасного прохода, они никогда не давали подробных данных по ледовой обстановке.
По оценкам метеорологических характеристик за последние годы было выявлено уменьшение площади льдов в арктических морях. Изучив статистику, было определено, что каждые 10 лет на Северном полюсе количество льда уменьшается примерно на 13%. Поэтому вопрос об увеличении навигационного периода в Арктических морях был изучен с помощью полученных данных со спутников. Знание подробной ледовой обстановки вокруг судна, плывущего в арктическом море — это не только вопрос безопасности, но и экономия.
Для подробного рассмотрения всевозможных исходов увеличения навигационного периода в интересующем нас районе, были собраны данные и проведен анализ.
Объектом исследования стали способы определения положения кромки льда в арктических морях под воздействием течений и ветра различных направлений с помощью спутниковых систем Sentinel-2 и Landsat-8.
Предметом изучения данной ВКР является обеспечение навигации в арктических морях.
...
Были рассмотрены основные характеристики спутников Landsat-8 и Sentinel-2, а также основные характеристики установленного на них оборудования: тепловизора OLI и теплового инфракрасного датчика TIRS, выделены преимущества и недостатки данных спутниковых систем для реализации поставленных целей.
Дана сравнительная характеристика получаемых данных, с приборов Landsat 8 и Sentinel 2. По характеристикам данных Sentinel-2 имеет преимущество из-за дополнительных каналов и их лучшего пространственного разрешения. Качество изображений Sentinel-2 с пространственным
разрешением от 10 м до 100 м удовлетворяет решению поставленной в работе задачи, однако данные Landsat-8, имеющие более длинный период наблюдений, могут использоваться для детального анализа ледовой обстановки в высоких широтах.
Данные Landsat-8 с 720-730 сцен в сутки размером 190х180 км2 и Sentinel- 2 (150-200 сцен в сутки) размером 290х300 км2, поставляют информацию о поверхности Земли в 24,8 млн км2. Таким образом, Sentinel-2 превосходит Landsat-8 по точности съёмки, но данные Landsat-8 имеют более длинный ряд наблюдений, поэтому в данной работе использована информация обоих спутников.
Результаты обработки спутниковых изображений Landsat и сравнительная оценка с данными Sentinel показала, что информация о направлении движения льдов на снимках является достаточно точной, но фиксируются территории, не покрытые льдом. Таким образом, совмещение данных о характеристиках льда по снимкам Landsat и Sentinel позволяет повысить точность получаемой информации и облегчить её обработку. Интегральные оценки изменения положения льдов в арктических морях в навигационный период свидетельствуют о возможностях получить точную и оперативную информацию о положении льдов, воспроизводить ключевые 60
особенности навигационного периода в различных частях арктического региона с помощью спутниковой информации.
Исключительное влияние на продолжительность навигационного периода оказывает толщина и положение ледового покрова. Важность навигации и использования средств дистанционного зондирования обусловлена повышающейся с каждым годом потребностью в транспортном сообщении. В связи с быстрыми изменениями арктического климата и режима движения льдов под воздействием течений и ветра различных направлений, ожидается увеличение навигационного периода с каждым годом. Современные спутниковые системы позволяют регистрировать всё чаще повторяющиеся опасные явления быстрого движения льдов. Это связано с усилением приповерхностного ветра и морских течений.
Средство распознавания льдов в Арктике, изменяющийся климат и постоянный мониторинг местностей в ближайшее время позволил бы серьёзно задуматься об увеличении продолжительности навигационного периода. Проделанная работа для получения более точной информации с помощью спутниковой информации о положении льдов, отслеживание их особенностей в различных частях арктического региона с помощью для дополнения данных ледовых карт с более детальными исследованиями. Исключительное влияние на продолжительность навигационного периода оказывает, толщина, площадь и характеристики дрейфа льда. Важность использования средств дистанционного зондирования для навигации обусловлена повышающейся с каждым годом потребностью в транспортном сообщении.
Относительно выбора района следует отметить, что о. Диксон — это сеть полярных станций, геофизическая обсерватория, порт Северного морского пути, штаб морских операций, сеть береговых аэродромов, клубы полярников, охотничьи зимовки, рыбзавод, художественная галерея, но последние годы только в краеведческих книгах, подшивках газеты «Советская Арктика» и памяти людей, которые приезжали обживать неприветливый Крайний Север. Погранзастава, неотапливаемый аэропорт, гидрометеостанция, котельная, дизельная, школа, администрация, библиотека и несколько магазинов — все, что осталось сегодня. И одной из причин является труднодоступность морского транспорта для налаживания внутренней экономики острова.
Дана сравнительная характеристика получаемых данных, с приборов Landsat 8 и Sentinel 2. По характеристикам данных Sentinel-2 имеет преимущество из-за дополнительных каналов и их лучшего пространственного разрешения. Качество изображений Sentinel-2 с пространственным
разрешением от 10 м до 100 м удовлетворяет решению поставленной в работе задачи, однако данные Landsat-8, имеющие более длинный период наблюдений, могут использоваться для детального анализа ледовой обстановки в высоких широтах.
Данные Landsat-8 с 720-730 сцен в сутки размером 190х180 км2 и Sentinel- 2 (150-200 сцен в сутки) размером 290х300 км2, поставляют информацию о поверхности Земли в 24,8 млн км2. Таким образом, Sentinel-2 превосходит Landsat-8 по точности съёмки, но данные Landsat-8 имеют более длинный ряд наблюдений, поэтому в данной работе использована информация обоих спутников.
Результаты обработки спутниковых изображений Landsat и сравнительная оценка с данными Sentinel показала, что информация о направлении движения льдов на снимках является достаточно точной, но фиксируются территории, не покрытые льдом. Таким образом, совмещение данных о характеристиках льда по снимкам Landsat и Sentinel позволяет повысить точность получаемой информации и облегчить её обработку. Интегральные оценки изменения положения льдов в арктических морях в навигационный период свидетельствуют о возможностях получить точную и оперативную информацию о положении льдов, воспроизводить ключевые 60
особенности навигационного периода в различных частях арктического региона с помощью спутниковой информации.
Исключительное влияние на продолжительность навигационного периода оказывает толщина и положение ледового покрова. Важность навигации и использования средств дистанционного зондирования обусловлена повышающейся с каждым годом потребностью в транспортном сообщении. В связи с быстрыми изменениями арктического климата и режима движения льдов под воздействием течений и ветра различных направлений, ожидается увеличение навигационного периода с каждым годом. Современные спутниковые системы позволяют регистрировать всё чаще повторяющиеся опасные явления быстрого движения льдов. Это связано с усилением приповерхностного ветра и морских течений.
Средство распознавания льдов в Арктике, изменяющийся климат и постоянный мониторинг местностей в ближайшее время позволил бы серьёзно задуматься об увеличении продолжительности навигационного периода. Проделанная работа для получения более точной информации с помощью спутниковой информации о положении льдов, отслеживание их особенностей в различных частях арктического региона с помощью для дополнения данных ледовых карт с более детальными исследованиями. Исключительное влияние на продолжительность навигационного периода оказывает, толщина, площадь и характеристики дрейфа льда. Важность использования средств дистанционного зондирования для навигации обусловлена повышающейся с каждым годом потребностью в транспортном сообщении.
Относительно выбора района следует отметить, что о. Диксон — это сеть полярных станций, геофизическая обсерватория, порт Северного морского пути, штаб морских операций, сеть береговых аэродромов, клубы полярников, охотничьи зимовки, рыбзавод, художественная галерея, но последние годы только в краеведческих книгах, подшивках газеты «Советская Арктика» и памяти людей, которые приезжали обживать неприветливый Крайний Север. Погранзастава, неотапливаемый аэропорт, гидрометеостанция, котельная, дизельная, школа, администрация, библиотека и несколько магазинов — все, что осталось сегодня. И одной из причин является труднодоступность морского транспорта для налаживания внутренней экономики острова.
