Введение к работе
Актуальность диссертационной работы:
Задача получения современной достоверной топографо-геодезической информации особенно остро стоит для самых северных территорий Российского Заполярья. Этот островной регион, покрытый ледниками, является одним из наименее изученных регионов Российской Федерации и наименее изученным регионом во всей Арктике. Ледники Заполярья не включены в международную сеть мониторинга ледников, так как по ним нет доступной комплексной аналитической информации и актуальных сведений. Сегодня единственным достаточно полным собранием сведений о ледниках Российского Заполярья являются топографические карты и «Каталог ледников СССР», содержащие информацию о характеристиках ледников по состоянию на 1950-1980 гг.
Для исследования и освоения Заполярья необходимы новые топографические и тематические карты, необходима актуальная информация о современном состоянии наиболее динамично изменяющихся объектов - ледниках, регулярный мониторинг их изменений. «Стратегией развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года» предусмотрено выполнение картографических работ, а также внедрение современных информационно-телекоммуникационных технологий, в том числе методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в Арктике.
Современные методы исследования поверхности Земли и выполнения топографо-геодезических работ в региональном масштабе основаны на использовании данных ДЗЗ из космоса, позволяющих в сжатые сроки получить высокоточную геопространственную основу для обширной территории. Из-за сложных погодных условий и недостаточной освещенности поверхности значительную часть времени для арктических территорий целесообразно использовать радиолокационные данные и специализированные методы их обработки, позволяющие получить наиболее полную информацию о ледниковой поверхности. Для получения корректных достоверных результатов при работе с данными ДЗЗ требуется наличие опорной информации, источниками которой могут служить либо топографические карты территории с незначительными изменениями, либо координаты геодезических пунктов, либо точки полевых работ с
ГЛОНАСС/GPS координатами. Если в качестве плановых опорных точек при среднемасштабном картографировании (1:100 000,1:200 000) может быть использован ряд контуров с имеющихся топографических карт или ортотрансформированные снимки сверхвысокого разрешения, то для получения высотной опорной информации ни один из приведенных источников не подходит, так как высоты поверхности ледников сильно изменились за 50-ти летний период, а масштабные полевые работы непосредственно на ледниковой поверхности в Заполярье очень сложны, опасны и дороги.
Современные методы обработки какого-либо вида данных ДЗЗ не позволяют получить полную актуальную пространственную информацию о ледниках, поэтому необходима комплексная методика обработки разнородных данных, учитывающая их сильные и слабые стороны, а также наличие и доступность данных. В работе предлагается методика, позволяющая проводить исследования изменений ледников и их картографирование на основе дистанционного профильно-площадного спутникового зондирования. В качестве основных исходных пространственных данных предлагаются интерферометрические пары радиолокационных снимков, а в качестве источника высотной опорной информации - данные высокоточных альтиметрических измерений высот ледниковой поверхности. Разработанная методика может стать основой системы мониторинга ледников Заполярья, позволит получить количественные и качественные оценки изменений оледенения Российского Заполярья.
Цель диссертационной работы:
Разработка методики профильно-площадного спутникового зондирования ледников, основанной на совместной обработке альтиметрических, радиолокационных и оптических данных ДЗЗ, для задач регионального мониторинга, среднемасштабного картографирования и анализа изменений объема, режима и баланса массы ледников Российского Заполярья.
Основные задачи исследования:
- изучить информацию об основных объектах и дистанционных методах их исследования, выполнить сбор и подготовку экспериментальных баз данных;
- выполнить анализ современных методов и программных средств обработки
спутниковых данных профильной альтиметрии и площадной интерферометрии;
разработать профильно-площадную методику спутникового зондирования островных ледников Российского Заполярья;
провести апробацию методики в рамках научно-исследовательских проектов по исследованию изменений ледников Российского Заполярья;
создать серию среднемасштабных тематических карт и моделей изменений наиболее удаленных ледниковых комплексов Российского Заполярья за период 1950 -2010 гг.;
получить количественные и качественные оценки изменений объема, режима и баланса массы исследуемых ледников Российского Заполярья.
Объекты исследования:
Ледниковые комплексы и отдельные ледники наиболее удаленного и малоизученного региона Российского Заполярья, включающего: Землю Франца-Иосифа, Северную Землю, острова Де-Лонга, часть Северного острова Новой Земли и отдельные острова: Виктория и Ушакова.
Предмет исследования:
Методы и технологии обработки данных ДЗЗ для задач мониторинга, картографирования и количественного анализа изменений покровного оледенения.
Методы исследования:
В исследовании использованы численные методы; методы цифровой обработки изображений; методы фотограмметрической обработки данных ДЗЗ; методы интерферометрической обработки радиолокационных данных; методы картографического, статистического и визуального анализа.
Научная новизна работы:
предложена не имеющая аналогов профильно-площадная методика спутникового зондирования ледников, предусматривающая комплексную совместную обработку радиолокационных, оптических и альтиметрических данных ДЗЗ, учитывающая региональные особенности и рациональное использование имеющихся данных;
- определены современные размеры оледенения наиболее северных ледников
Российского Заполярья (2010 - 2012 гг.), данные о режиме, балансе массы и характере
изменений;
установлено существование растущих ледников на фоне общего отрицательного характера изменений объема, режима и баланса массы ряда ледников Российского Заполярья за период 1950-е - 2010-е гг.;
- установлены существенные ошибки в плановом положении ряда крупных отдельных удаленных островов с ледниками на топографических картах масштабов 1:200 000 - 1:1 000 000 (1957-1965 гг. и более поздние переиздания).
Результаты диссертационных исследований, выносимые на защиту:
-
Методика профильно-площадного спутникового зондирования ледников, основанная на совместной обработке альтиметрических, радиолокационных и оптических данных ДЗЗ;
-
Технологические схемы обработки данных ДЗЗ, использование которых предусмотрено разработанной методикой;
-
Рекомендации и пошаговые инструкции по обработке данных в рамках разработанной методики;
-
Результаты исследования изменений объема, режима и баланса массы исследуемых ледников Российского Заполярья за период 1950-е - 2010-е гг.:
серия моделей изменений ледников;
серия тематических карт изменений ледников;
результаты количественного анализа, свидетельствующие о наличии растущих ледников на фоне общего уменьшения площади занятой ледниками;
уточненные границы арктических островов.
Практическая значимость:
Предложенная методика комплексной обработки радиолокационных, оптических и альтиметрических данных разрабатывалась в ходе 3 научно-исследовательских проектов (два международных: INTEGRAL и SMARAGD в Joanneum Research, институт информационных и коммуникационных технологий, Грац, Австрия и в рамках НИР «Географические исследования северных территорий России по материалам космических съемок», МИИГАиК). Совершенствование и практическое применение представленной методики проводилось в рамках международного проекта MAIRES - Мониторинг ледников и морских льдов Арктики
с использованием российских и европейских данных ДЗЗ в 2012-2013 гг. для
исследования арктических ледниковых комплексов. Предложенные подход и методика могут использоваться для картографирования и анализа изменений для ледников покровного типа в глобальном масштабе.
Апробация работы:
Основные положения и результаты исследования представлены на научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (Москва, 2007 г.), на юбилейной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (Москва, 2009 г.), на Генеральной ассамблее Европейского союза наук о земле EGU General Assembly 2012 (Австрия, Вена, 2012 г.), на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава "МИИГАиК-234" (Москва, 2013 г.), на Всероссийской конференции с международным участием «Применение космических технологий для развития арктических регионов» КТАР-2013 (Архангельск, 2013 г.), на одиннадцатой открытой Всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса» (Москва, 2013 г.).
Публикации:
Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 9 статьях, в том числе 2 - в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации:
Похожие диссертации на Разработка профильно-площадной методики спутникового зондирования островных ледников Российского Заполярья
