Проблемы конца XX - начала XXI века

Проблемы конца XX - начала XXI века

Крупные селевые катастрофы, произошедшие на рубеже тысячелетий на Кавказе, такие, как сели по реке Герхожан-Су в 1999 (рис. 4) и 2000 г., массовый сход селей в июне и ледниковая катастрофа в долине реки Геналдон в сентябре 2002 г., – заставили снова усилить внимание к селевой проблеме. Сейчас по проблеме селей в России работают структуры МЧС, территориальные службы геологического мониторинга, ВГИ, Севкавгипроводхоз, МГУ и др. учреждения. Вышли новые публикации о селях (Черноморец, 2005, и другие). Стали организовываться селевые экспедиции, появились новые публикации о селях. После долгого перерыва в России были проведены три конференции по селям (Всероссийская…, 2002, Защита…, 2004, Тезисы…, 2005).

Тем не менее, сообщество селевиков до недавнего времени оставалось разобщенным. Организации и специалисты занимались отдельными исследованиями, но координация действий отсутствовала. Между тем, всемирные селевые конференции последних лет в Сан-Франциско, Тайпее, Давосе показали, что по многим позициям мировое селеведение значительно продвинулось вперед, например, в таких вопросах, как натурные количественные измерения параметров селей, лабораторное моделирование потоков, проектирование защитных сооружений.  

Селевая ассоциация

Рис. 4. Плотина на р. Герхожан-Су (Северный Кавказ, Россия), построенная в 1987-1999 гг. и разрушенная селем через 2 месяца после окончания строительства

Под эгидой ассоциации идет работа над новым библиографическим указателем по селям и защите от них. Если в 1850-1967 гг. о селях вышло около 1700 публикаций на русском языке (Власов и Крашенинникова, 1969), то с 1968 по 2005 гг., по предварительным подсчетам А.Ю. Власова (устное сообщение, 2006), опубликовано более 3800 работ.

Ассоциация планирует организовать международную конференцию по селевым потокам и мерам защиты от них. Конференция пройдет в России на Кавказе в конце сентября 2008 г.

Рис. 5. Группа участников заседания, на котором была учреждена Селевая ассоциация.

Пятигорск, Россия, 17 мая 2005 г. В правом верхнем углу - логотип ассоциации.

литература

1.      Боголюбова И.В. Селевые потоки и их распространение на территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 152 с.

2.      Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 144 с.

3.      Власов А.Ю., Крашенинникова Н.В. Селевые явления в СССР и методы борьбы с ними. Библиогр. указатель. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1969. 215 с.

4.      Всероссийская конференция по селям. Октябрь, 8-11, 2002 г. Тезисы. ВГИ, Нальчик, 2002.

5.      Гомер. Илиада. СПб.: Белый город, 2003, 640 с.

6.      Защита народнохозяйственных объектов от воздействия селевых потоков. (Материалы Международной конференции по селям, Пятигорск, 17-21 ноября 2003 г.). Вып. 2. Пятигорск, 2004. 175 с.

7.      Леонардо да Винчи. Избранные естественнонаучные произведения. Ред., пер., ст. и комм. В.П. Зубова. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 1027 с.

8.      Методическое руководство по комплексному изучению селей. Под ред. М.В. Чуринова и А.И. Шеко. М., Недра, 1971. 159 с.

9.      Письма Плиния Младшего. М.: Наука, 1984. 408 с.

10.  Плиний Старший. Естественная история. http://www.kolhida.ru/index.php3path=_sourcer&source=ps#76

11.  Приключения нарта Сасрыквы и его девяноста девяти братьев. Сухуми: Алашара, 1988.

12.  Руководство по изучению селевых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 144 с.

13.  Руставели Ш. Витязь в тигровой шкуре. Пер. Н.А. Заболоцкого. М.: Рипол классик, 2002. 368 c.

14.  Сенека Л.А. Философские трактаты. СПб, Алетейя, 2001. 400 с.

15.  СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. Издание официальное. М.: Государственный комитет СССР по делам строительства, 1983.

16.  Статковский Б. И. Проект дороги через хребет Кавказских гор между урочищем Квишеты и станцией Коби. Журн. Гл. упр-я путей сообщ. и публичных зданий. 1859, т. 39, кн. 2-3, С. 249-282.

17.  Статковский Б.И. О причинах происхождения Казбекского завала и о мерах для его предупреждения. Тифлис: 1877. 42 с.

18.  Страбон. География. Пер. с греч., вступ. статья и комм. Г.А. Стратановского. М.: ОЛМА-ПРЕСС Инвест, 2004. 639 с.

19.  Тезисы Всероссийской конференции по селям. 26-28 октября 2005 г. Нальчик, ВГИ, 2005. 156 с.

20.  Флейшман С.М. Сели. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 312 с.

21.  Черноморец С.С. Селевые очаги до и после катастроф. М.: Научный мир, 2005. 184 с.

22.  Fabre J.A. (citoyen). Essai sure la theorize des torrents et des rivers. 1797. 482 p.

Surrel A. Etude sur les torrents des Hautes- Alpes. Paris, 1841. 284 p.

УДК 528.71                                                                                   О.В. Тутубалина

 

ВОЗМОЖНОСТИ ВЫСОКОДЕТАЛЬНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

В современном высокотехнологичном мире космическая съемка играет особую роль. С появлением виртуальной модели Земли Google Earth (http://earth.google.com/) Интернет-пользователям стали доступны аэро- и космические снимки с детальностью от 15 до 0,5 м на всю поверхность суши Земли, и трехмерные модели рельефа с детальностью 30-1000 м. Эти материалы используются для познавательных целей - туризма и изучения географии нашей планеты, а также для экстренных действий при чрезвычайных ситуациях, например при борьбе с последствиями недавних землетрясений в Пакистане и ураганов в США в 2005 г.

У профессионалов в области кадастра, строительства и инженерных изысканий также появилось мощное средство информационного обеспечения - высоко детальные (1 м и лучше) космические съемки местности, которые выполняются под заказ с искусственных спутников Земли. По данным ГИС-Ассоциации (цит. по: Зайцев, 2005), в 2005 г. объемы использования материалов космического зондирования Земли в России (в денежном выражении) почти вдвое превысили объемы использования материалов аэрофотосъемки. В основном это происходит в результате активных закупок высоко детальных космических снимков. Сейчас съемка осуществляется в основном с трех спутников США (Ikonos, QuickBird, OrbView-3), а к 2008 г. ожидается запуск еще 15 аппаратов различных стран. Увеличение количества снимков и их удешевление в перспективе позволит в значительной мере заменить аэрофотосъемку более дешевой и организационно удобной космической съемкой.

Среди достоинств космической съемки - оперативность, обусловленная постоянным функционированием спутника на орбите, возможностью его перенацеливания для быстрой съемки требуемого объекта, и передачей снимка в цифровом виде с орбиты, а далее через Интернет заказчику. Кроме того, съемка с большой высоты (200-700 км) позволяет уменьшить искажения, связанные с рельефом земной поверхности, что упрощает создание карт по снимкам. При применении снимков следует отметить отсутствие отечественных систем высокодетальной цифровой космической съемки, а также пока сохраняющийся в России режим ограниченного использования любых космических снимков с детальностью лучше 2 м.

29 декабря 2005 г. по заказу института «Севкавгипроводхоз» была проведена космическая съемка участка 1-28 км Большого Ставропольского канала (БСК-1) в Карачаево-Черкесии, а также получены архивные снимки 31 октября 2005 г. на участки Усть-Джегутинского водохранилища и 1-8 км БСК-1, а также 22 сентября 2004 на участок Гижгит в Кабардино-Балкарии. Перечисленные снимки были выполнены спутником QuickBird, с детальностью 0,7 м (панхроматический режим) и 2,4 м (многозональная съемка). Были также заказаны и получены менее детальные снимки с других спутников, выполненные в 1971 и 2005 г. В феврале-марте 2006 г. проведена предварительная обработка приобретенных снимков и начата работа с ними. В статье освещаются основные результаты выполненных работ.

 

2.  Используемые материалы

Американский спутник QuickBird был запущен 18 октября 2001 г. на полярную солнечно-синхронную орбиту высотой 450 км и наклонением 97,2°. Двигаясь по орбите со скоростью 7,1 км в секунду, спутник облетает Землю за 93,5 минуты. На нисходящей орбите спутник пересекает линию экватора в 10,30 утра по Гринвичу. Он также смещается относительно поверхности Земли за счет вращения планеты, и таким образом имеет возможность наблюдать большую часть поверхности Земли. Современная многозональная цифровая камера на борту этого спутника обеспечивает наибольшую ширину полосы съемки, наибольшую емкость бортового накопителя памяти и высочайшую детальность из всех работающих в настоящее время коммерческих спутников (табл. 1.).

У компании-производителя (DigitalGlobe) имеется развитая сеть дистрибьюторов в России, приняты единые общемировые цены на снимки, и есть реальная возможность оперативного заказа архивных и новых съемок. При заказе можно очертить на топографической карте участок произвольной формы (так называемый «полигон съемки») и стоимость снимков рассчитывается исходя из площади полигона. Минимальная площадь заказа для снимков, имеющихся в архиве дистрибьютора, составляет 25 км², а для новой съемки 64 км².

Таблица 1.

 

Характеристика	Величина
Пространственное разрешение (детальность), м	Многозональный* сканер MS: от 2,44 м (съемка вертикально вниз) до 2,88 м (отклонение 25° от вертикали) Панхроматический* сканер Pan: от 0,61 м (съемка вертикально вниз) до 0,72 м (отклонение 25° от вертикали)
Спектральные зоны	голубая 450-540 нм зеленая 520-600 нм красная 630-690 нм ближняя инфракрасная 760-900 нм панхроматическая 450-900 нм
Радиометрическое разрешение (число уровней яркости, регистрируемых приемником) излучения)	11 бит (2048 уровней яркости)
Ширина полосы съемки	16,5 км при вертикальной съемке (больше при наклонной)**
Максимальная частота съемки	1 раз в 1-3,5 дней в зависимости от широты (при отклонении угла съемки до 30°)
Погрешность географической привязки по орбитальным данным	до 23 м (в 90% случаев)

 

* Многозональной называют одновременную съемку в нескольких узких зонах (областях) электромагнитного спектра, а панхроматической - съемку в одной широкой области спектра, охватывающей диапазон видимого света

(у QuickBird в эту область также попадает край ближней инфракрасной части спектра)

** Размер полигона заказа для одного снимка должен быть размером не более 14 км х 14 км

Новая съемка была заказана для института «Севкавгипроводхоз» во второй половине декабря 2005 г. и проведена 29 декабря 2005 г. в 8 ч. 26 мин. по Гринвичу (11 ч. 26 мин. местного времени), с отклонением от вертикали на 22.6°. Срок гарантированного проведения съемки с малой облачностью составляет до 90 дней. В данном случае от заказа до проведения съемки прошло менее двух недель. Необходимо отметить особенности зимней съемки: малая высота Солнца приводит к образованию длинных теней от деревьев, зданий, склонов и других объектов, на местности имеется частичный снежный покров. Все это, в целом, снижает качество снимков. В данном случае период съемки диктовался срочностью проведения проектных работ, однако по возможности на юге России следует проводить съемки для изыскательских работ весной или осенью. В это время высота стояния Солнца достаточна, отсутствует как снежный покров, так и густая зеленая растительность.

Что касается сроков получения материалов съемки, следует отметить, что после съемки и оплаты заказа обычно 3-7 дней занимает обработка снимков компанией-поставщиком (ЗАО "Совзонд"), и, в случае заказа съемки детальнее 2 м, одна-две недели на доставку фельдегерской связью в первый отдел заказчика.

Космические снимки были заказаны в варианте QuickBird Standard Ortho-Ready (стандартный, подготовленный   для   ортотрансформирования).   Ортотрансформирование   (учет   искажений, связанных с рельефом) не проводилось, поскольку отсутствовала прецизионная модель местности, соответствующая требованиям масштаба 1:2000. В поставку были включены снимки как многозонального, так и панхроматического сканера. Практически использовались цветные совмещенные изображения, в которых путем специальной обработки многозональные изображения были приведены к детальности панхроматических – 0,7 м. Совмещение осуществила компания-дистрибьютор, однако большинство пакетов программ по обработке космических снимков имеют такую функцию, в том числе использовавшийся нами пакет ERDAS Imagine 8.5. Компанией-дистрибьютором также выполнена первичная обработка данных космической съемки:

геометрическая и радиометрическая коррекции;

координатная привязка изображений к Универсальной поперечной проекции Меркатора (UTM) и Общеземной геодезической системе координат 1984 г. (WGS-84).

Необходимо обратить внимание на особенности лицензирования снимков QuickBird. Права собственности на переданные материалы космической съемки принадлежат компании DigitalGlobe. Материалы космической съемки передаются заказчику в соответствии с условиями передачи прав на результаты интеллектуальной деятельности компании DigitalGlobe. Заказчик обязуется, в частности, не публиковать космические снимки со спутника QuickBird без согласования с компанией-производителем и использовать их только для конкретных целей (в данном случае – проектирование и реконструкция гидротехнических сооружений).

 

2.2 Фотоснимки Corona KH-4B

Corona - это название серии, состоявшей из нескольких сот американских военных фотоспутников, которые вели съемку в 1960-70-е гг. В настоящее время материалы этих съемок рассекречены, их каталог размещен в сети Интернет, а сами снимки в сканированном виде доступны для заказа в Геологической съемке США. На район БСК-1 были заказаны два снимка, полученные панорамной фотокамерой высоко детальной съемки КН-4В. Они были выполнены 2 апреля 1971 г. в ходе миссии № 1114-2 (начало полета 24 марта 1971 г.), на орбите 138D (кадры 178 и 179). Точное время съемки не зафиксировано. На спутнике были установлены две камеры, направленные вперед и назад по направлению полета, однако в архиве были обнаружены только снимки с камеры, направленной назад (Aft). В таблице 2 приведены основные характеристики съемочной аппаратуры.

Таблица 2.

 

Основные технические характеристики снимков, пленки и камеры КН-4В

 (по Declassified Satellite Imagery..., 2006)                                                      

Характеристика	Величина
Название	КН-4В
Тип камеры	панорамная
Ширина пленки, мм	70 мм
Примерный формат кадра (в дюймах)	2.18x29.8
Фокусное расстояние (в дюймах)	24
Наилучшая разрешающая способность пленки (приблизительно, в лин/мм	160
Оптимальное увеличение негатива для дешифрирования (раз)	16
Наилучшее наземное разрешение (примерно, в футах)	6 (1.8 м)
Номинальная высота полета (морские мили)	81
Номинальный масштаб фотонегатива	1:247,500
Номинальный охват кадра на поверхности (в милях)	8.6X117
Номинальное разрешение просмотрового изображения в Интернет (футов/пиксел)	430

 

Хотя наилучшее возможное разрешение снимков КН-4В составляет 1,8 м, копирование для потребителей осуществляется с дублей негативов, что в 1,5-2 раза ухудшает итоговую детальность. Дубль-негативы сканируются в Геологической съемке США с разрешением 7 мкм (3600   dpi),   что   вполне   достаточно   для   сохранения   всех   деталей   снимка.   Итоговые оцифрованные снимки имеют разрешение 2-3 м в зависимости от качества негатива и части снимка. Для нашего района разрешение составило около 3 м.

IRS - это серия индийских спутников наблюдения Земли. Нами использовались снимки на район БСК-1, полученные многозональным сканером LISS III и панхроматическим сканером PAN со спутника IRS 1-С 22 октября 2005 г. в 06 ч. 36 мин. по Гринвичу (9 ч. 36 мин местного времени). Фактически мы анализировали единое цветное изображение - результат совмещения данных LISS и PAN, приведенное к детальности 6 м. Прием снимков, их предварительную обработку, совмещение и географическую привязку провел инженерно-технологический центр «СканЭкс». (Москва). Основные параметры съемочных систем указаны в таблице 3.

      Таблица 3.

Основные технические характеристики используемых снимков со спутника IRS 1-С (по Euromap..., 2006)                                                                                                                     

Характеристика	Величина
Название системы	Панхроматический сканер (PAN)	Многозональный сканер Linear Imaging Scanner (LISS III)
Пространственное разрешение (детальность), м	5.8	23
Спектральные зоны	500-750 нм	зеленая 520-590 нм красная 620-680 нм ближняя инфракрасная 770-860 нм
Радиометрическое разрешение (число уровней яркости, регистрируемых приемником) излучения)	6 бит (64 уровня яркости)	7 бит (128 уровней яркости)
Ширина полосы съемки	70	140
Максимальная частота съемки	1 раз в 5 дней (при отклонении угла съемки до ±26°)	1 раз в 24 дня