Совместная обработка пространственной информации в виде цифровых карт и космических снимков для планирования противопаводковых мероприятий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Кунаков, Юрий Николаевич

• Кунаков, Юрий Николаевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кунаков, Юрий Николаевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОТИВОПАВОДКОВЫХ МЕРОПРИЯТИЙ И ПОСТРОЕНИЯ ЗОН ЗАТОПЛЕНИЙ.

1.1 Анализ процесса и методов планирования противопаводковых мероприятий для объектов промышленности.

1.2 Методы построения зон затоплений местности, основанные на использовании данных дистанционного зондирования Земли и ГИС-технологий.

1.3 Анализ существующих систем мониторинга паводка и информационной поддержки планирования противопаводковых мероприятий для объектов промышленности.

Результаты и выводы к главе 1.

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ЗОН ЗАТОПЛЕНИЯ МЕСТНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ И ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ.

2.1 Информационная поддержка принятия управленческих решений при планировании противопаводковых мероприятий для объектов промышленности.

2.2 Разработка метода построения локальных зон затопления на цифровой карте местности на основе оптических и радиолокационных космических снимков и анализа характерных точек рельефа.

2.3 Разработка метода объединения локальных зон затопления участков местности в единую зону фактического затопления интересующей территории.

2.4 Разработка метода построения прогнозных зон затопления на цифровых картах местности на основе зон затоплений, полученных с архивных космических снимков, и прогнозных данных об уровнях воды на

3 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ПРОТИВОПАВОДКОВЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ОСНОВЕ ПОСТРОЕНИЯ ЗОН ЗАТОПЛЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ И ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ.

3.1 Разработка функциональной и информационной модели совместного использования пространственных данных для построения зон затоплений местности.

3.2 Разработка алгоритмов заказа, обработки и организации хранения космических снимков для построения зон затоплений местности.

3.3 Разработка алгоритмов распределенного хранения космических снимков, организация- баз данных и программного обеспечения совместного использования космических снимков и цифровых карт местности.

Результаты и выводы к главе 3.

4 РЕАЛИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОВМЕСТНОЙ ОБРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ КАРТ И КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЗОН ЗАТОПЛЕНИЙ

4.1 Разработка программного обеспечения совместной обработки цифровых карт и космических снимков для построения зон затоплений при планировании противопаводковых мероприятий для объектов промышленности.

4.2 Анализ эффективности- применения методов построения зон затоплений при информационной поддержки планирования противопаводковых мероприятий для объектов промышленности. постах гидрологического наблюдения Результаты и выводы к главе 2.

4.3 Использование разработанных методов совместной обработки пространственной информации в виде цифровых карт и космических снимков для решения некоторых задач управления природными ресурсами.

Результаты и выводы к главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совместная обработка пространственной информации в виде цифровых карт и космических снимков для планирования противопаводковых мероприятий»

Актуальность темы

Повышение частоты повторяемости паводков является по своему географическому масштабу стабильной и глобальной тенденцией требующей увеличение роли противопаводковых мероприятий, направленных на предупреждение и смягчение последствий паводковой ситуации на промышленность, население, объекты инфраструктуры. Информационной основой для планирования противопаводковых мероприятий является оценка и оперативное прогнозирование зон затоплений (33) местности (территорий, оказывающихся под водой, в результате изменения гидрологического состояния водных объектах).

Одним из необходимых условий построения 33 местности для дальнейшего планирования противопаводковых мероприятий является полная и достоверная информация о состоянии водных объектах, уровнях воды на гидрологических постах наблюдения (ГПН), рельефе местности, населённых пунктах, хозяйственных и промышленных объектах, расположенных в прибрежных зонах и находящихся под угрозой затопления. Для обработки значительного объема информации о пространственно-распределенных объектах в период динамически изменяющейся паводковой ситуации и последующего оперативного принятия противопаводковых мер необходимо автоматизировать процесс расчета параметров зон затоплений. Однако ограниченное число ГПН и недостаточное качество информации о водных объектах и рельефе местности снижает достоверность оценок текущей и прогнозируемой паводковой ситуации на всей территории в целом. Ввиду этого более полезными оказываются космические системы наблюдения, способные предоставлять оптические- и радиолокационные космические снимки (КС) с фактическими изображениями зон затопления в оперативном режиме с высоким пространственным разрешением. Указанное обстоятельство повышает оперативность и адекватность предпринимаемых мер по снижению вредного воздействия паводковой ситуации на промышленность.

Исследованию и решению задач связанных с оценкой, прогнозированием паводковой ситуации и формированием информационной поддержки соответствующих управленческих решений посвящены работы многих отечественных ученых и зарубежных специалистов: В. X. Багманова, С. Е. Беднарука, В. И. Васильева, Б. И. Гарцмана, В. Е. Гвоздева, Л. А. Гриневича, В. И. Данилова-Данильяна, В. А. Коннелли, В. Г. Крымского, Л. К. Левит-Гуревича, В. Г. Пряжинской, А. X. Султанова, Р. 3. Хамитова, М. А. Шахраманьяна, И. У. Ямалова, Д. М. Ярошевского, С. Линда, С. Хаггетта, Д. Эгенхофера и др.

Тем не менее, в используемых методах построения зон затоплений на цифровых топографических картах местности, проблемы совместной обработки разнотипной пространственной информации, такой как цифровые карты местности, космические снимки, данные с ГПН, решены не полностью. Одними из наиболее актуальных проблем являются значительная погрешность совмещения информации о 33, выделенных на КС, с цифровыми картами местности и проблема построения на их основе прогнозных 33. В конечном итоге эти проблемы не позволяют с необходимой достоверностью оценить ущерб промышленности от затопления. В связи с этим задачи совместного использования пространственной информации в виде цифровых карт местности и космических снимков являются актуальными как в теоретическом, так и в практическом плане.

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка методов совместной обработки цифровых карт местности, оптических и радиолокационных космических снимков для построения зон затопления территории и дальнейшего их использования для планирования противопаводковых мероприятий и снижения вредного воздействия паводковой ситуации на промышленность.

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Разработать метод построения локальных зон затопления на цифровых картах местности па основе оптических и радиолокационных космических снимков и анализа характерных точек рельефа местности.

2. Разработать метод объединения построенных на основе космических снимков локальных зон затопления участков местности в единую зону фактического затопления интересующей территории.

3. Разработать метод построения прогнозных зон затопления на цифровых картах местности на основе зон затоплений, полученных с архивных космических снимков, и прогнозных данных об уровнях воды на постах гидрологического наблюдения.

4. Разработать функциональную и информационную модели совместного использования пространственных данных, таких как цифровые карты, оптические п радиолокационных космические снимки, для построения зон затоплений местности, определения их характеристик и дальнейшего снижения вредного влияния паводка на промышленные объекты.

5. Разработать алгоритмы, заказа, обработки и организации хранения космических снимков и программное обеспечение совместной обработки цифровых карт и космических снимков для последующего планирования противопаводковых мероприятий и снижения вредного влияния на промышленность.

Методика исследования

В работе использовались методы структурного анализа и проектирования информационных систем (БАОТ), математическая теория множеств, методы математического и геоинформационного моделирования, организации баз геоданных, методы обработки данных дистанционного зондирования земли (пространственной привязки, дешифрирования и анализа космических снимков) и принципы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы содержится в следующих результатах.

1. Разработан метод построения локальных зон затопления на цифровых картах местности, основанный на определении опорных точек привязки космических снимков к цифровым картам местности с помощью анализа морфологии русел рек (определения на крутых берегах точек максимальной устойчивости к изменениям во времени), позволяющий точнее совмещать информацию о зонах затопления, выделенных на космических снимках, с цифровой картой местности сохраняя геометрические характеристики зон затоплений в виде площадей и границ затапливаемых территорий.

2. Разработан метод объединения построенных на основе космических снимков локальных зон затопления участков местности в единую зону фактического затопления интересующей территории, основанный на сглаживании граничных участков объединяемых локальных зон затопления по принципу максимального затопления (наихудшего варианта) с учетом характера рельефа местности, позволяющий обеспечить целостность данных и повысить скорость определения промышленных объектов, попавших в зону затопления местности.

3. Разработан метод построения прогнозных зон затопления на цифровых картах местности основанный на выборе и объединении зон затоплений, полученных с архивных космических снимков на территории «ответственности» гидрологических постов наблюдения и соответствующих прогнозным данным об уровнях водьг на гидрологических постах наблюдения, позволяющий определить характеристики предполагаемых зон затопления для выявления промышленных объектов, попадающих в эти зоны.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Результаты исследований в виде методов построения зон затоплений территории с использованием цифровых карт, оптических и радиолокационных космических снимков и алгоритмов заказа, обработки и организации хранения космических снимков, извлечения из базы геоданных и анализа зон затопления использовались для информационной поддержки планирования противопаводковых мероприятий для отдела водных ресурсов по Республике Башкортостан Камского бассейнового водного управления Федерального агентства водных ресурсов Российской Федерации и Министерства природопользования и экологии Республики Башкортостан (свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2008613775, от 07.08.2008 года и № 2008614653, от 26.09.2008 года.), а также в учебном процессе УГАТУ.

Связь темы исследования с научными программами

Работа выполнена в период 2006-2009 г.г. на кафедре геоинформационных систем Уфимского государственного авиационного технического университета в рамках государственного контракта № И-06-12 «Разработка и внедрение геоинформационной системы «Водные ресурсы Республики Башкортостан»» и разработка подсистем «Прогнозирование и оценка зон затоплеппя на территории РБ во время весеннего половодья по космическим снимкам и цифровым картам», а также в Министерстве природопользования и экологии Республики Башкортостан в рамках государственного контракта № 031-2008 «Применение данных дистанционного зондирования Земли для оценки паводковой ситуации и развития автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению природными ресурсами и охраной окружающей среды».

На защиту выносятся:

1. Метод построения локальных зон затопления на цифровых картах местности, основанный на совместной обработке оптических и радиолокационных космических снимков и характерных точек рельефа местности.

2. Метод объединения построенных на основе космических снимков локальных зон затопления участков местности в единую зону фактического затопления интересующей территории.

3. Метод построения прогнозных зон затопления на цифровых картах местности, использующий зоны затопления, полученные с архивных космических снимков и прогнозные данных об уровнях воды на гидрологических постах наблюдения.

4. Информационная и функциональная модели совместного использования пространственных данных в виде цифровых карт, оптических и радиолокационных космических снимков для построения зон затоплений местности и определения их характеристик.

5. Алгоритмы заказа, обработки и организации хранения космических снимков и программное обеспечение совместной обработки цифровых карт и космических снимков для построения зон затоплений местности и определения их характеристик для последующего планирования противопаводковых мероприятий и снижения вредного влияния на промышленность.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: Третьей международной конференции «Земля из космоса - наиболее эффективные решения» (Инженерно-технологический Центр «СканЭкс», Москва, 2007); Второй международной конференции «Космическая съемка - на пике высоких технологий» (ЗАО «Совзонд», Москва, 2008); Шестой всероссийской открытой ежегодной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (ИКИ РАН, Москва, 2008); «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT'2007 - 2009); XIII Конференции пользователей ESRI и ERDAS в России и странах СНГ (Голицыно, 2007); Всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2008-2009); Всероссийской молодежной научной конференции (УГАТУ, Уфа, 2007-2008); Восьмой международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Уфа, 2007); Семинаре «Проблемы совершенствования подготовки IT-специалистов в высшей школе на основе требований рынка» (Уфа, 2007); Конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века» (Сургут, 2008); 3-й Всероссийской конференции «Геоинформационные технологии в муниципальном управлении» (Уфа, 2009); Межрегиональной научно-практической конференции «Вода для жизни - 2009» (Уфа, 2009).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 33 источниках, включающих 18 статей, 12 материалах конференций и семинаров, 2 свидетельства о регистрации программ и 1 учебно-методическую работу. Результаты работы опубликованы в одном издании, входящем в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации (РФ) в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из 232 страницы машинописного текста, включающего в себя введение, четыре главы, заключение, список литературы из 147 наименований, четыре приложения, 138 рисунков и 23 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Кунаков, Юрий Николаевич

Выход

Рисунок 4.7 - Главная форма программы ОЗЗ

Функция формирования отчетов по результатам запросов пользователей о зонах фактического затопления и подтопления территорий позволяет создавать графические материалы (рис 4.8).

Отчет содержит:

- входные характеристики, заданные пользователем: тип космического снимка, его дату;

- космический снимок;

- векторную карту с зонами фактического затопления и подтопления территорий (при наличии необходимого космического снимка);

- площадь затопленных и подтопленных территорий (при наличии необходимого космического снимка).

Руководство пользователя программы ОЗЗ приведено в Приложении Г.

Для получения адекватных результатов программой 033 необходимо иметь в БГД локальные зоны затопления, полученные с космических снимков. Построение локальных зон затоплений осуществляется с помощью разработанного программного обеспечения, которое осуществляет поиск опорных точек, принадлежащих крутым берегам и используемых для пространственной привязки космических снимков к цифровой карте местности (рис 4.9). На рисунке изображены совмещенные фрагменты космического снимка с руслом реки на топографической карте. Для этого использовалось десять опорных точек, которые пользователь имеет возможность корректировать, удалять, либо добавлять новые. Пример определения опорных точек на крутых берегах и выделение с их помощью фрагментов космического снимка показан на рисунке 4.10. Результат построения локальных зон затопления показан на рисунке 4.11. Как видно из рисунка промышленный объект оказывается в зоне подтопления, это удалось определить благодаря применению разработанного метода построения локальных зон затоплений, поскольку использование известных методов, привязки космических снимков не позволил точно совместить 33 местности.

В ОВР по РБ внедрена и функционирует ГИС ВР РБ, которая включает следующие подсистемы:

1. подсистема информационно-справочных задач;

2. подсистема моделирования аварийных разливов и распространения загрязняющих веществ в водных объектах, а также при угрозе их попадания в водные объекты;

3. подсистема моделирования и прогнозирования зон затопления при строительстве и разрушении гидротехнических сооружений;

4. подсистема обработки информации в экстренных случаях и чрезвычайных ситуация;

5. подсистема анализа, обработки и интерпретации в картографической форме статистической информации, имеющейся в ОВР по РБ Камского БВУ.

Бураеаскии

Бирский

Чекмагушевский

Нуримановский

Кушнаренковский

Г Уфимский

Чишминский

Кармаскалинский

Зоны фактического затопления по р. Белая на 05.05.2007

Дюртюлинский

Караидельскии

Благовещенский

Благоварский

Зоны затопления Реки, озера Водохранилища Границы районов РБ Растительность

И глине кий

Площадь зоны затопления 91 529,069 (Га) по данным космического снимка Modis Aqua

Рисунок 4.8 - Сформированный отчет по результатам оценки зон затоплений

Пуринзноескии 1 I д I | а □ ^ р^Т] у.: У,.' ?'

Рисунок 4.9 - Результат построения локальных зон затоплений с использованием разработанного программного обеспечения

Никольским

Ноеодесчткино

Кос т древ --

Ч - и

Силантьева

Кастареео

С р е дн еб а иниво. старое аино »У

КЛ.1ЫШ11НП Мордвинова Ш

ДОХ.основьш Бор;

Рисунок 4.10 — Выделенные фрагменты космического снимка

Рисунок 4.11 - Результат построения локальных зон затопления на основе космического снимка

Некоторые функции разработанных подсистем связаны с обработкой информации по паводкам, например, позволяют записывать информацию о паводке, анализировать статистическую информацию по паводкам, на основе информации, полученной из Росгидромета или сайта waterinfo.ru анализировать с помощью построенных графиков информацию об уровнях воды на гидропостах. Графики позволяют наглядно оценить паводковую ситуацию и ее динамику на гидропосте.

Анализ решаемых в ОВР по РБ задач и функциональных возможностей существующих информационных систем показал, что задача оценки зон фактического затопления на территории РБ во время весеннего паводка по космическим снимкам и построение прогнозных зон затоплений в настоящее время не решается.

Поэтому встала необходимость интегрировать разработанный комплекс программ, осуществляющий построение как фактических, так и прогнозных зон затопления, в ГИС ВР РБ и решать, таким образом, задачи с использованием всех имеющихся возможностей. Объединение осуществляется на уровне баз данных и на уровне интерфейсов, в результате чего все разработанные программы работают с БД ГИС ВР РБ (векторной картой масштаба 1:200000), а некоторые функции ГИС ВР РБ используются при мониторинге паводка (инструменты классификации) и наоборот функции ИС мониторинга используются в подсистемах ГИС ВР РБ (подсистема обработки информации в экстренных случаях и чрезвычайных ситуациях). Главная форма ГИС ВР РБ с интегрированными программами построение и оценки зон затоплений при планировании противопаводковых мероприятий представлена на рисунке 4.12 еоинфор мацнонная система водных ресурсов Республики Башкортостан

ГЕОПНФОРМАЦПОННАЯ СИСТЕМА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Картография

Поиск

Карта Республики Башкортостан (1:200 ООО)

Карта Республики Башкортостан и прилегающие субъектов Федерации (1:1 ООО ООО)

Задачи

Населенные пункты

Озера

-[

Водохранилища

Специальные объекты

Бассейны рек

Бассейны водохранилищ

Моделирование распространения загрязнений в водных объектах и при угрозе попадания в водные объекты

Моделирование ¡он затопления при строительстве и разрушении Г ТС

Обработка информации в экстренных случаях и ЧС

Обработка статистической информации

Отслеживание динамики схода смежного покрова по косгическин снимкам

Прогнозирование зон затопления во время половодья по космический снимкам

Оценка зон фактического затопления по космическим снимкам

Закрыть меко

Выход из системы

Рисунок 4.12 - Главная форма ГИС ВРРБ Таким образом, осуществлена реализация программного обеспечения совместной обработки цифровых карт и космических снимков для построения фактических и прогнозных зон затоплений в составе геоинформацонной системы водных ресурсов Республики Башкортостан. Благодаря автоматизации разработанных методов построения зон затоплений специалисты, осуществляющие планирование противопаводковых мероприятий имеют возможность получать как прогнозную, так и фактическую информацию о паводковой ситуации с помощью интерфейса реализованного программного обеспечения, что повышает эффективность информационной поддержки при определении промышленных объектов и территорий промышленных предприятий, оказавшихся под негативным влиянием паводка.

4.2 Анализ эффективности применения методов построения зон затоплений при информационной поддержки планирования противопаводковых мероприятий для объектов промышленности

Эффективность применения методов построения зон затоплений на основе совместной обработки пространственной информации в виде цифровых карт и космических снимков для дальнейшей информационной поддержки планирования противопаводковых мероприятий- определяется следующими факторами:

1. точностью построения зон затопления;

2. количеством необходимых опорных точек привязки космических снимков для построения зон затоплений;

3. снижением необходимого количества архивных космических снимков и временных затрат, необходимых для построения зон затоплений.

Разработанный метод построения локальных зон затопления, на основе цифровых карт, космических снимков и анализа характерных точек рельефа был использован при построении зон фактического затопления местности на основе космических снимков Каёагэа1 в период весеннего паводка 2008 года в окрестностях города Уфы.

Визуальный анализ результатов выделения зон затопления с обработанного космического снимка с помощью разработанного метода показывает эффективность применения данного метода совмещения зон затопления с цифровой топографической картой (рис. 4.13). На рисунке 4.14 приведены сравнения результатов выделения зон затопления со снимков Кайагза^ обработанных разработанным методом и классическим способом привязки космических снимков. Из рисунка видно, что повышается точность совмещения зон затопления, полученных с помощью разработанного метода, и цифровой картой местности.

Таким образом, площадь несоответствия между зонами затопления (полученная на основе соотношений 2.23), полученными с космического снимка обработанного с использование метода построения локальных 33, и векторным слоем рек составляет 1990000 м2, а между зонами затопления, полученными с космического снимка привязанного классическим способом, с тем же векторным слоем рек 3310000 м2, что говорит о повышении точности совмещения зон фактического затопления с цифровой топографической картой на 35-45%. Различия между самими зонами затопления составляет 3410000 м2. Эта количественная оценка подтверждает эффективность использования данного метода.

Нултика

Благовещенский

Кушнаренковский

Рисунок 4.13 - Фрагменты космического снимка, привязанные с помощью разработанного метода

Условные обозначения

Зшы затопления, полученные с ИОСМичесмого снимка принизанного классическим. метода Июпинии высот

---Линейная Гидрография

I 1 Р«*, озера

I 1 Границы районов РБ

Условные обозначения

Зоны эатоаленмй, полученные с *осмичес*«о снимка привязанного методом ГПБ

-——— Изолинии »ыСОТ

---П им емкая Гидрография

I I Рвкн.ожра

Границы районов Р6 а " ~ ." с

Рисунок 4.14- Различие между зонами затопления, полученными с космического снимка: а - классическим способом; б — с помощью разработанного метода, и границами русла реки на цифровой карте местности

Совместное использование данных дистанционного зондирования Земли из космоса и геоинформационных технологий при информационной поддержки мониторинга паводковой ситуации позволяет повысить качество построения зон фактического затопления местности и точность их совмещения с векторной топографической картой за счет разработанного метода построения зон затоплений, что существенно при оценке затопленных и подтопленных территорий и промышленных объектов специалистами, осуществляющими планирование противопаводковых мероприятий. Результаты сравнения приведены в таблице 4.1.

В таблице приведены результаты сравнения различий привязки границ водной поверхности, выделенными с космического снимка при уровне воды в реке, не превышающем уровень поймы, к руслу реки на цифровой карте местности. В этом случае границы обоих водных объектов должны максимально совпадать. Поэтому в сравнении участвуют площади несовпадения границ водных объектов, выделенных с привязанных космических снимков разными методами, с границами русел рек на цифровой карте местности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По итогам выполненного исследования можно сформулировать следующие выводы. В диссертационной работе решена актуальная задача, имеющая существенное значение для повышения эффективности планирования противопаводковых мероприятий за счет разработки методов построения и оценки зон затоплений с использованием ГИС-технологий и данных ДЗЗ. Предложенные методы и алгоритмы позволяют эффективнее прогнозировать и оценивать характер развития и последствий паводка.

При решении поставленной задачи получены следующие научные и практические результаты.

1. Разработан метод построения локальных зон затопления на цифровых картах местности, основанный на определении опорных точек привязки оптических и радиолокационных космических снимков к цифровым картам местности с помощью анализа морфологии русел рек (определения опорных точек на крутых берегах), позволяющий точнее совмещать информацию о зонах затопления, выделенных на космических снимках, с цифровой картой местности сохраняя геометрические характеристики зон затоплений в виде площадей и границ затапливаемых территорий.

2. Разработан метод объединения построенных на цифровых картах местности с использованием космических снимков локальных зон затопления участков местности в единую зону фактического затопления интересующей территории, основанный на корректировке граничных участков объединяемых локальных зон затопления по принципу максимального затопления (наихудшего варианта) с учетом характера рельефа местности, позволяющий обеспечить целостность данных о зонах затопления определенной местности для дальнейшего определения промышленных объектов, попавших в зону затопления.

3. Разработан метод построения прогнозных зон затопления на цифровых картах местности основанный на выборе и объединении зон затоплений, полученных с архивных космических снимков, соответствующих зонам «ответственности» гидрологических постов наблюдения и прогнозными данными об уровнях воды на этих постах, позволяющий отобразить прогнозные зоны затопления на цифровой карте местности, для дальнейшего определения характеристик предполагаемых затопленных территорий и выявления промышленных объектов, администрации которых должны быть предупреждены о возможном затоплении.

4. Разработаны информационная и функциональная модели совместного использования пространственных данных в виде цифровых карт, оптических и радиолокационных космических снимков для построения зон затоплений местности и определения их характеристик.

5. Разработаны алгоритмы заказа, обработки и организации хранения космических снимков и программное обеспечение совместной обработки цифровых карт и космических снимков, основанные на разработанных методах и моделях, для информационной поддержки планирования противопаводковых мероприятий и дальнейшего снижения вредного влияния паводка на1 промышленность. Программное обеспечение внедрено в деятельность отдела водных ресурсов по Республике Башкортостан Камского бассейнового водного управления Федерального агентства водных ресурсов Российской Федерации и его использование способно повысить эффективность оценки зон затопления за счет увеличения точности их построения на цифровых картах местности на 3545%, сокращения необходимого количества опорных точек привязки на 20% и сокращения необходимого количества архивных космических снимков для построения прогнозных зон затопления на 48%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кунаков, Юрий Николаевич, 2009 год

1. Авакян А.Б., Истомина М.Н. Наводнения как глобальная многоаспектная проблема. // Вестник РАН. 2002. - Т. 72, № 12. - С. 1059 -1068.

2. Аковецкий В.И. Дешифрирование снимков. М.,: «Недра», 1983.— 125 с.

3. Аксенов О.Ю. Совмещение изображений // Цифровая обработка сигналов, 2005. № 3. С. 15 - 19.

4. Акулиничева A.A., Соломахов А.Ю., Шмелькин Ю.Л., Юсупов Ю.И. Практическое использование геоинформационной системы Метео и направления её развития. Тр. ГМНИИЦРФ. 2000, № 334. С. 163-179.

5. Алейников A.A., Зимин М.В., Конох O.A., Кузнецова Е.А., Мудря Т.М. Изображение Земли из космоса: примеры применения. Москва, ИТЦ СканЭнкс 2005.

6. Андрианов, В.Ю. Англо-русский толковый словарь по геоипформатике : около 1700 терминов, 110 названий, 180 аббревиатур / В. Ю. Андрианов .— М. : Дата+, 2001 .— 122 с.

7. Асарин Е.А., Полад-Заде П.А., Семенов А.Н. Водные ресурсы России и их использование // Гидротехническое строительство. — 2007. № 6. -С. 4-9.

8. Багманов В.Х. Информационная технология анализа и обработки данных космических систем наблюдения на основе системной интеграции мультимасштабных концепций // Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. Уфа : УГАТУ, 2006. - 236 с.

9. Бахтизин Р.Н., Васильев А.Н., Кутуков С.Е., Набиев P.P., Павлов C.B. Применение ГИС для оценки экологического риска аварии на магистральном трубопроводе // Башкирский экологический вестник: сборник статей. 2000. -№1(8).-С. 40-47.

10. Берлянт A.M., Мусин O.P., Свентэк Ю.В. Геоинформационные технологии и их использование в эколого-географических исследованиях // География. М.: Изд-во МГУ, 1993. - 47 с.

11. Бурков В. Н. Экологическая безопасность / В. Н. Бурков, А. В. Щепкин. М. : ИПУ РАН, 2003 .-92 с.

12. Васильев A.A. Шестьдесят лет Центру гидрометерологических прогнозов: Гидрометеорол. Н.-и. Центр СССР.-Л.:Гидрометеоиздат, 1989.-323с.

13. Вендров A.M. CASE-технологии. // Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1998. -176 с.

14. Верещагин Н.К., Шень А. Лекции по математической логике и теории алгоритмов. Часть 1. Начала теории множества. М.: МЦИМО, 1999. 128с.

15. Воробьев Ю.Л, Акимов В.А., Соколов Ю.И. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.// Под общ. ред. Ю.Л.Воробьева. М.: Ин-октаво, 2005. - 368 с.

16. Воробьев Ю.Л., Акимов В.А., Соколов Ю.И. Катастрофические наводнения начала XXI века: уроки и выводы. М.: ООО Дэк-Пресс, 2003. -352 с.

17. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике / М.Я.Выгодский-М.: Джангар. ООО "Большая медведица", 2005. 864 с.

18. Выпуск 1., М.: Издательство ООО СП Дата +, 1998. - 118с.

19. Вычислительные системы и вопросы принятия решений:сборник статей / Под ред. Л.Н.Королева,П.С.Краснощекова.-М.: Изд-во МГУ, 1991.-213 с.

20. Гарцман Б.И., Степанова М.В. Особенности гидрологических расчетов максимального стока на Дальнем Востоке // География и природные ресурсы-1996.-№4.-С.103-110.

21. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. М.: ГИС -Ассоциация, 1999. - 204 с.

22. Гершензон В.Е., Кучейко A.A., Стандартизация оборудования станций приема данных ДЗЗ. Пространственные данные №1, 2006, 33 стр.

23. Гершензон В.Е. Дистанционное зондирование Земли: общие проблемы и российская специфика, ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ГИСАССОЦИАЦИИ № 3(50). 2005. С. 57.

24. Голомолзин В.В., Щербенко Е.В., Епихин A.B., Бондарев Д.А., Иванов

25. B.В, Использование ERDAS IMAGINE в МЧС России для мониторинга паводковой обстановки в 1998 г., ArcReview, №3. -С.13-14.

26. Голубков Е.П. Системный анализ как методологическая основа принятия решений // Менеджмент в России и за рубежом. Б.м - 2003. - N3.1. C.95-115.

27. ГОСТ Р 22.1.01-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Основные положения

28. ГОСТ Р 22.1.02-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Термины и определения

29. ГОСТ Р 22.1.04-96. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг аэрокосмический. Номенклатура контролируемых параметров чрезвычайных ситуаций

30. ГОСТ Р22.0.06-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях Источники природных чрезвычайных ситуаций. Поражающие факторы. Номенклатура параметров поражающих воздействий.

31. ГОСТ Р22.1.08-99. Мониторинг и прогнозирование опасных гидрологических явлений и процессов. Общие требования.

32. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды в Российской Федерации в 2006 году». Часть I, раздел 2 «Поверхностные и подземные воды. Морские воды». М.: МПР России, 2007.

33. Государственный доклад о состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2003 году. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2004.

34. Государственный доклад о состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2005 году. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2006.

35. Губанов В.А., Захаров В.В., Коваленко А.Н. Введение в системный анализ. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988. - 232 с

36. Д. Кренке , Теория и практика построения баз данных: учеб. пособие / Д. Кренке Питер, 2005 - 859 с.

37. Данилов-Данильян В.И. К. С. Лосевы. Потребление воды: экологический, экономический, социальный и политический аспекты. М.: 2006.

38. ДеМерс, Майкл. Н. Географические Информационные Системы. Основы:.: Пер. с англ. М.: Дата+, 1999. - 489 с.

39. Дубиновский В.Б. Калибровка снимков. М.,: «Недра», 1982. 101 с.

40. Евланов JI. Г. Теория и практика принятия решений. М.: Экономика, 1984. - 176 с.

41. Живичин В.Н., Соколов B.C. Дешифрирование фотографических изображений. М.,: «Недра», 1980. 136 с.

42. Зейлер Майкл. Моделирование нашего мира: Руководство ESRI по проектированию базы геоданных. / Пер. с англ. М.: МГУ, 2001. - 254 с.

43. Злобин В.К., Еремеев В.В. Обработка аэрокосмических изображений. -М.: ФИЗМАТЛИТ. 2006. 304с.

44. Злобин В.К., Еремеев В.В., Федоткин Д.И. Информационная технология географической привязки космических изображений с использованием электронных карт // Исследование Земли из космоса, 2000. №1. С. 86-91.

45. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Геоинформатика. М.: МАКС Пресс, 2001. - 349 с.

46. Ильясов Б.Г. Моделирование производственно-рыночных систем.-Уфа: УГАТУ, 1995.-321с.

47. Кашкин В.Б., Сухинин А.И. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений: Учебное пособие. М.: Логос, 2001. 264 с.

48. Кищинская И., Гохман В. ArcGIS 9: новая функциональность, корпоративные решения // ArcReview. Современные геоинформационные технологии- 2004. №3(30), - С. 1-4.

49. Классификатор тематических задач оценки природных ресурсов и окружающей среды, решаемых с использованием материалов дистанционного зондирования Земли. Редакция 7. Иркутск: ООО «Байкальский центр», 2008. -80 с.

50. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические методы географических исследований. 2004. 336с.

51. Козин Е.С. Объектно-ориентированный подход привязки космических снимков / Е. С. Козин // Информационные технологии .— 2006 .— N 12 .— С. 37-39.

52. Кондратьев К.Я., Крапивин В.Ф., Пшенин Е.С. Концепция регионального геоинформационного мониторинга. //Исслед. Земли из космоса. 2000. №6. С. 3-10.

53. Королев Ю.К. Теоретическая геоинформатика.- М.: «Недра», 1997. Часть 1.-С.98.

54. Кунаков Ю.Н. Использование космических снимков MODIS для мониторинга схода снежного покрова // Мавлютовские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция: сб. тр. в 5 т. Том 3 / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа: УГАТУ, 2008. - С. 84-85.

55. Кучко A.C. Аэрофотография и специальные фотографические исследования. М., : «Недра», 1988. -211 с.

56. Лабутина И.А. Дешифрирование аэрокосмических снимков: Учеб. пособие для студентов вузов. М.: Аспект Пресс, 2004. - 184 е., 8 с. цв. вкл.

57. Лаврова Н.П., Стеценко А.Ф., Прилепский А.Н. Аэрофотосъемка. Автоматизация аэрофотосъемочных процессов. М.,: «Недра», 1985. 198 с.

58. Ларичев О. И. Наука и искусство принятия решений / О. И. Ларичев. -М.: Наука, 1979.-200 с.

59. Лебедев А. Н. Моделирование в научно-технических исследованиях.-М.: Радио и связь, 1989.-223с.

60. Липаев В.В. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем. М.: СИНТЕГ, 1999. - 234 с.

61. Лисичкин В.А., Голынкер Е.А. Принятие решений на основе прогнозирования в АСУ. М.: Финансы и статистика, 1981. - 112 с.

62. Лобанов А.Н., Дубиновский В.Б., Машимов М.М. и др. Аналитическая пространственная фототриангуляция. М.,: «Недра», 1981. 200 с.

63. Лобанов А.Н., Журкин И.Г. Автоматизация фотограмметрических процессов. М.5: «Недра», 1980.- 110 с.

64. Лукъянчикова О.Г., Васильчиков Ф.Ю., Ульянкина Л.К. Геоинформационная система гидрологического назначения в Самарской области. // ArcReview, 2006. №1. - С. 2 - 5.

65. Лурье И.К. Геоинформационные картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков: учебник — М. : КДУ, 2008.-424 с.

66. Максименко О. Геоинформационные системы подсказывают где // Наука и жизнь. 2003. - №5. С. 18-22.

67. Малявский Б.К., Жарковский A.A. Аналитическая обработка фотограмметрической информации в целях инженерных изысканий. М.,: «Недра», 1984.-200 с.

68. Мамедов, Э. База Геоданных /Э.Мамедов //ArcReview. Современные геоинформационные технологии- 2004. №3(30). - С. 4.

69. Методические рекомендации по предотвращению образования ледовых заторов на реках Российской Федерации и борьбе с ними. Шахраманьян М.А., Векслер А.Б. Пчелкин В.И, Трегуб Г.Б. и др. М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2003, 234 с, с иллюстрациями.

70. Методические рекомендации председателям противопаводковых комиссий муниципальных образований Республики Башкортостан по выполнению комплекса противопаводковых мероприятий, 2006.- Уфа.

71. Методология IDEF0. Стандарт. Русская версия. М.: МетаТехнология, 1993,- 117 с.

72. Методы и системы принятия решений. Экспертные системы в автоматизированном проектировании / Отв.ред. А.Н.Борисова. Рига: РПИ, 1990.—174с.

73. Миронов П.А. Оценка инвестиционной привлекательности внедрения геоинформационных проектов (на примере нефтегазовых компаний) /П.А. Миронов // ArcReview. Современные геоинформационные технологии- 2006. -№1(36).-С. 5.

74. Мониторинг катастрофического паводка в дельте реки Терек: Научно-популярное издание М.: ООО Инженерно-технологический центр «СканЭкс», 2005. - 100 с.:ил. ИТЦ СканЭкс

75. Найденов В.И., Кожевникова И.А. Почему так часто происходят наводнения. // Природа №9. - 2003 г. - С. 5-6.

76. Нежиховский P.A. Наводнение в реках и озерах.-Л.:Гидромет издат., 1988.-98с.

77. Основные положения по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов. М.,: «Недра», 1982.

78. Основные положения по созданию и обновлению топографических карт масштабов 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000, 1:200000, 1:500000, 1:1000000. М.:РИО ВТС, 1984.-51 с.

79. Павлов C.B., Кунаков Ю.Н. Мониторинг паводковой ситуации с использованием данных дистанционного зондирования // Научно-практический экологический журнал «Табигат», №11 (70), 2007 г., с. 25-27

80. Павлов C.B., Кунаков Ю.Н., Шкундина P.A., Атнабаев А.Ф. Поддержка принятия решений при прогнозировании зон затоплений на территории

81. Паводковая ГИС Башкортостана / C.B. Павлов, С.Р. Галямов, О.И. Христодуло, И.Н. Заитов // ARCREIEW Современные информационные технологии, 2006.-№4(39).-С.5.

82. Пасечник P.E., Чеботарева А.Н., Абдураимов А., Дмитрюк П.Ю. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Комментарии законодательства и правоприменительной практики. М.: Вершина. 2006. - 176.

83. Петров В. Н. Информационные системы. СПб.: Питер, 2003. - 688 е.:ил.

84. Разработка интегрированной системы мониторинга и прогнозирования ледовой и паводковой обстановки на реках автономного округа на основе оперативных данных ДДЗ и гидропостов // Югорский НИИ информационных технологий, 2007. 52 с.

85. Редактирование в АгсМар: описание возможностей редактирования в картографическом приложении АгсМар / Джеф Шнэр и Дженифер Райтсел // Copyright 2001-2002 ESRI. 425 с.

86. Рис У.Г. Основы дистанционного зондирования Москва: Техносфера, 2006.-336 с.

87. Руководство пользователя. ArcCatalog: описание функциональности и интерфейса приложения для управления картографическими данными ArcCatalog. / Алета Вьено // Copyright 1999, 2001 ESRI. 257 с.

88. Руководство пользователя. Design/IDEF. Русская документация. М.: МетаТехнология, 1995.-239 с.

89. С. Наумов, Ю. Копии, Автоматическая привязка снимков различного разрешения и быстрое создание мозаик на обширные территории — новые инструменты ERDAS Imagine, Геопространственые технологии и сфера их применения, 2006. 45 с.

90. Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования.-М.: Картгеоцентр Геодезиздат, 2001,-228 е.: ил.

91. Системный анализ технологических методов обработки,применяемых в производстве летательных аппаратов: Учеб.пособие / В.И.Богданович, В.А.Барвинок, А.Г.Цидулко. Куйбышев.авиац.ин-т им.С.П.Королева.-Куйбышев: КуАИ, 1989. 65с.

92. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшя школа, 1985.-271 с.

93. СТП ВНИИГ 210.01.НТ-05. Методика расчета гидрологических характеристик техногенно-нагруженных территорий

94. Таратунин А. А. Наводнения на территории Российской Федерации / Под ред. А. М. Черняева. Екатеринбург : РосНИИВХ, 2000. - 376 с.

95. Тикунов B.C. Моделирование в картографии: Учебник. М.: Изд-во МГУ, - 1997.-405 с.

96. Томлинсон, Роджер Ф. Думая о ГИС. Планирование географических информационных систем: руководство для менеджеров. Пер. с англ. М. Дата+, 2004. - 325 с.

97. Тюфлин Ю.С. Космическая фотограмметрия при изучении планет и спутников. М.,: «Недра», 1986.

98. Урмаев М.С. Космическая фотограмметрия. М.,: « Недра», 1989.

99. Харрингтон Джен JI. Проектирование реляционных баз данных. Просто и доступно. Лори,2006. - 230с.

100. Хинкис Г.Л., Зайченко В.Л. Словарь терминов употребляемых в геодезической и картографической деятельности (термины и словосочетания) / Под ред. А.И. Спиридонова. М.: ООО «Издательство «Проспект», 2006. - 144 с.

101. Христодуло О.И., Кунаков Ю.Н. Применение космических снимков MODIS и Radarsat для оценки паводковой ситуации территории Республики Башкортостан // Материалы IX Окружной конференции молодых ученых

102. Наука и инновации XXI века», Сургут, 27-28 нояб. 2008 г.: в 2 т. / Сургут, гос. ун-т ХМАО Югры. - Сургут: ИЦ СурГУ, 2009. - Т. 1. - 33 -34 с.

103. Что такое ArcGIS: описание программных продуктов семейства ArcGIS // Copyright 2001-2002 ESRI. 45 с.

104. Шахраманьян M.А. ГИС для прогнозирования чрезвычайных ситуаций И Компьютерра М.: Новые технологии, 2001. - №47. — С. 23 - 26.

105. Шахраманьян М.А. Новые информационные технологии в задачах обеспечения национальной безопасности России (природно-техногенные аспекты). М:: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2003. - 398 с.

106. Ямалов И.У. Моделирование процессов управления и принятия решений в условиях чрезвычайных ситуациий // М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2007. 228 с.

107. Ямалов И.У. Принципы построения моделей развития и ликвидации чрезвычайных ситуаций //Системы управления и информационные технологии. №1.2(23), 2006 г.- с.297-300.

108. Ямалов И.У. Информационная поддержка принятия решений при ликвидации чрезвычайных ситуаций на основе моделирования сценариев управления // Информационные технологии. №6, 2005 г.- с. 51—58.

109. A hybrid model for daily flow forecasting water / H. Phien, N. Danh I I Journal of Hydrological Sciences, 1997.-№>23(3).-p.201-208.

110. Advanced hydrologic prediction system / B. Conelly, D. Braatz, J. Halgust // J. Geophys. Res. D., 1999.-№104(6).-p.655-660.

111. An integrated approach to flood forecasting and warning in England and Wales / C. Haggett// Water and Environ. Manag., 1998.-№12(6).-p.425-432.

112. Applying soft computing approaches to river level forecasting / S. Linda, O. Stan//Journal of Hydrological Sciences, 1999.-№44(5).-p.763-778.

113. Flood forecasting with a watershed model: A new method of parameter updating / X. Yang, M.Claude // Journal of Hidrological Sciences, 2000.- №45(4).-p.537-546.

114. Flood Frequency Analysis Methods. // Guidelines and Specifications for Flood Hazard Mapping Partners February 2007. : Bulletin 17B (the USA), 2007.

115. Muller J.C. "Generalisation of Spatial databases" in "Geographical Information Systems" Volume 1: Principles edited by Maquire D.J., Goodchild M.F., Rhind D.W., Longmans, 1991, p. 75-457.

116. Pavlov S.V., Kunakov Y.N. Freshet situation monitoring using remote sounding data. Workshop on Computer Science and Information Technologies CSIT'2007, Ufa, Russia, 2007. -p/ 31-35.

117. Understanding GIS. The ARC/INFO Method. Environmental Systems Research Institute, Inc. USA, 1995. 610 p.

118. Ward R. Floods. A Geographical Perspective. London, The Macmillan Press, 1978.-244 p.