Науки о Земле (Geo-Science) №1/2-2014 by Geo Science

О ЖУРНАЛЕ Международный научно-‐технический и производственный электронный журнал «Науки о Земле» (International scientific, technical and industrial electronic journal «GeoScience») является периодическим электронным изданием, цель которого публикация статей ученых и специалистов, занимающихся изучением широкого круга проблем, объединенных общим объектом исследования – Землей. Выходит 4 раза в год.

Свидетельство Роскомнадзора Эл№Фс77-‐44805 от 29.04.2011, ISSN: 2223-‐0831, Журнал включен в Российский индекс научного цитирования, DOAJ (Directory of open access jornals).

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ д.т.н., проф. Баранов Владимир Николаевич / Baranov Vladimir N. к.т.н., доц. Гаврилова Лариса Анатольевна / Gavrilova Larisa A. академик РАН, НАНБ, д.г-‐м.н., проф. Гарецкий Радим Гаврилович / Garetsky Radim G. к.т.н., гл.ред. Докукин Петр Александрович / Dokukin Petr A. к.г-‐м.н., с.н.с. Докукина Ксения Александровна / Dokukina Ksenia A. к.т.н., проф. Зайцев А.К. / Zaitsev A.K. д.т.н., проф. Карпик Александр Петрович / Karpik Alexandr P. д.т.н., г.н.с. Кафтан Владимир Иванович / Kaftan Vladimir I. д.э.н., проф. Косинский Владимир Васильевич / Kosinskij Vladimir V. к.т.н., проф. Левин Евгений / Levin Eugene д.т.н., проф. Малинников Василий Александрович Malinnikov Vasily A. д.с-‐х.н., проф. Нагорный Виктор Дмитриевич / Nagorny Victor D. д.т.н., проф. Певнев Анатолий Кузьмич / Pevnev Anatoly K. д.с-‐х.н., проф. Плющиков Вадим Геннадьевич / Plushikov Vadim G. член-‐корр. РАН, д.т.н., проф. Савиных Виктор Петрович / Savinykh Victor P. д.т.н., проф. Татевян Сурия Керимовна / Tatevian Suriya K. д.ф-‐м.н., проф. Харченко Сергей Григорьевич / Kharchenko Sergey G. к.э.н., проф. Чепурин Евгений Михайлович / Chepurin Eugene M.

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ Докукин Петр Александрович / Dokukin Petr A. Кафтан Владимир Иванович / Kaftan Vladimir I. Поддубский Антон Александрович / Poddubsky Anton A. Поддубская Ольга Николаевна / Poddubsky OlgaN. Байрамов Айдын Намиг оглы / Bayramov Aydyn N.

Главный редактор: Докукин Петр Александрович dokukin@geo-‐science.ru Шеф-‐редактор: Поддубский Антон Александрович poddubsky@geo-‐science.ru Редактор международного отдела: Поддубская Ольга Николаевна

Учредитель (издатель): ООО «ГеоДозор», Россия, Москва, 109129, а/я 39 Генеральный директор: Семисчастнов Олег Ярославович Издается совместно с ПСО «Науки о Земле» Российского университета дружбы народов

Почтовый адрес редакции: Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-‐Маклая, дом 8 корпус 2, каб. 445

Электронный адрес: http://geo-‐science.ru Электронная почта: jornal@geo-‐science.ru

Размещение статьи в номере журнала на его официальном интернет-‐сайте http://geo-‐ science.ru является свидетельством публикации. Авторские права сохраняются в соответствии с международными правилами. Авторы статей несут ответственность за содержание статей и за сам факт их публикации. Редакция не всегда разделяет мнения авторов и не несет ответственности за недостоверность публикуемых данных. Редакция журнала не несет никакой ответственности перед авторами и/или третьими лицами и организациями за возможный ущерб, вызванный публикацией статьи. Редакция вправе изъять уже опубликованную статью, если выяснится, что в процессе публикации статьи были нарушены чьи-‐либо права или общепринятые нормы научной этики. О факте изъятия статьи редакция сообщает автору, который представил статью, рецензенту и организации, где работа выполнялась.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

СОДЕРЖАНИЕ -‐ CONTENT

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME 4

Памяти профессора Юрия Григорьевича Батракова / Memory of professor Yu.G.Batrakov

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY Савиных В.П., Быков В.Г., Карпик А.П., Молдобеков Б., Побединский Г.Г., Демьянов Г.В., Кафтан В.И., Малкин З.М., Стеблов Г.М. Организация Международной комисии по региональной земной геодезической основе Северно-Восточной Евразии / Savinykh V.P., Bykov V.G., Karpik A.P., Moldobekov B., Pobedinsky G.G., Demianov G.V., Kaftan V.I., Malkin Z.M., Steblov G.M. Organization of the North East Eurasia reference frame Мозжухин О.А. Метод подобия пр учета рефракции в нивелировании / Mozjukhin O.A. Similarity wethod for the research of refraction in leveling

ГЕОДИНАМИКА / GEODYNAMICS Андриец Т.В. Геодинамический режим территории бассейна реки латорица (Восточные Карпаты) по данным структурно-морфометрического анализа / Andriiets T.V. Geodinamic regime of the Latorytsia river basin territory (The Eastern Carpathians) based on structure-morphometric analysis Серебрякова Л.И., Басманов А.В. Обработка и анализ повторных спутниковых измерений на Северо-Кавказком геодинамическом полигоне / Serebryakova L.I., Basmanov A.V. The North Caucasus geodynamic polygons repeated satellite measurements’s and analyses

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS Муравьев Л.А. особенности обработки наземной магнитной съемки в непрерывном режиме для выделения слабоконтрастных объектов на примере перспективной на углеводороды территории / Muravyev L.A. Processing of high-precision magnetic survet in continuos mode for revealing of weakly contrasting objects at exploration og oil-bearing area

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING Жоголев А.В., Савин И.Ю., Голосная А.О. Изменение площади нарущенных почв садоводачных участков в Подмосковье , выявляемое по спутниковым данным LANDSAT / 76 Zhogolev A.V., Savin I.Yu., Golosnaya A.O. Change of acreage of disturbed soils of gardensummer-resort areas in Mosscow region, revealed based on LANDSAT satellire data Украинский П.А ., Щербаков К.В. Эрозионный рельеф участка Ямская степь (природный заповедник «Белогорье») / Ukrainsky P.A., Sherbakov K.V. Erosional relief of the site Yamskaya steppe (nature reserve “Belogorie”)

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Цветков В.Я., Азаренкова Н.В. Оценка геоинформационных систем на основе теории предпочтений / Tsvetkov V.Ya., Azarenkova N.V. The measurement of corporate information systems6 as information objects using the theory preferences Булгаков С.В Анализ инфраструктуры пространственных данных / Bulgakov S.V. Analyses of spatial data infrastructure

92 99

ПАМЯТЬ / MEMORY Демьянов Глеб Викторович / Memory of G.V.Demianov Середин Владимир Владимирович / Memory of V.V.Seredin

106 108

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

ПАМЯТИ ПРОФЕССОРА

ЮРИЯ ГРИГОРЬЕВИЧА БАТРАКОВА

8 августа 2014 года вся геодезическая и землеустроительная общественность отмечает знаменательную дату – 90 лет со дня рождения выдающегося ученого, заслуженного деятеля науки и техники Российской Федерации, доктора технических наук, профессора Юрия Григорьевича Батракова. К сожалению Юрий Григорьевич совсем немного не дожил до своего юбилея, е го не стало 8 января 2014 года. До последних дней своей долгой жизни этот легендарный человек продолжал работать, отдавать свои знания и опыт, саморазвиваться. Очередной выпуск нашего журнала мы посвящаем памяти Юрия Григорьевича Батракова, память о котором навсегда останется в аших сердцах. Юрий Григорьевич родился 8 августа 1924 года в селе Митрофановка Воронежской области. Участник, ветеран и инвалид Великой Отечественной войны, Юрий Григорьевич был призван в действующую армию в 1942 году. За время военной службы он принял

участие в Курской битве, освобождении Белоруссии, взятии Берлина. За храбрость и мужество, проявленные в боях, Ю.Г.Батраков был награжден орденами Отечественной войны I степени, Красной Звезды, Славы III степени, двумя медалями «За отвагу» и др. После возвращения из армии в 1950 году Юрий Григорьевич поступил на Геодезический факультет Московского института инженеров землеустройства (МИИЗ, ныне Государственный университет по землеустройству, ГУЗ), с тех пор и до последних дней его жизнь была связана с этим вузом. За отличную учебу и активную научную работу Юрий Григорьевич был удостоин стипендии им. Ф.Н.Красовского. В 1955 году с отличием окончив институт, Ю.Г.Батраков был приглашен в аспирантуру. В 1959 году Юрий Григорьевич защитил кандидатскую диссертацию и в 1961 году получил ученое звание доцента по кафедре геодезии МИИЗ. В 1972-78 годах Юрий Григорьевич заведовал кафедрой геодезии МИИЗ. Это

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME период связан с активной работой коллектива кафедры над хоздоговорными темами. В 1984 году Юрий Григорьевич защитил докторскую диссертацию в Московском институте инженеров геодезии, аэросъемки и картографии (МИИГАиК, ныне Московский государственный университет геодезии и картографии, МГУГиК). В 1990 году Юрию Григорьевичу Батракову было присвоено ученое звание профессора. С 1990 года активно занялся изучением, освоением и исследованием спутниковой геодезической аппаратуры и ее внедрением для создания геодезических сетей специального назначения и геодезического обеспечения землеустроительных и кадастровых работ. Юрий Григорьевич был автором внедренной в производство технологии создания опорных межевых сетей в комплексе с разреженной привязкой границ землепользования на базе применения светои радиодальномеров, электронных тахеометров и спутниквых систем. Юрий Григорьевич руководил производственными работами в Белорусии, Молдавии, Сирии и др. Под руководством Ю .Г.Батракова успешно защищено 5 кандидатских диссертаций. Юрий Григорьевич автор огромного количества научных статей, монографий, учебных и методических пособий и учебников. Он – один из соавторов знаменитого учебника «Геодезия», выдержавшего шесть изданий, переведенного на иностранные языки. За 5-е издание Ю.Г.Батраков в 1997 году награжден премией Правительства Российской Федерации в области науки и техники. В 2000 году за работу «Разработка и внедрение технологий геодезического оборудования Государственного земельного кадастра и землеустройства» Батракову Ю.Г. вместе с другими авторами присуждена Государственная премия Российской Федерации. В последние годы, помимо изучения применения GPS/ГЛОНАСС технология, Юрий Григорьевич занялся исследованием беспилотных летательных аппаратов с целью

их использоввания для получения координат земельых участков. Своим коллегам, студентам и аспирантам Юрий Григорьевич запомнился как великолепный преподаватель, обладающий не только глубокими знаниями, но и прекрасным чувством юмора, как добрый и чуткий человек, и, конечно, как автор многочисленных афоризмов. Практически у всех его учеников в тетрадях для лабораторных работ, курсовых проектах, дипломных работах и диссертациях, остались записи, сделанные незабываемым четким геодезическим почерком профессора Батракова (который легко распознавался компьютером как печатный шрифт): «ПНВ» Полное непонимание вопроса; «АНВ» Абсолютное непонимание вопроса; «Очковтирательство», «Суперочковтирательство», «Чушь!»; «Отделите котлеты от мух»; «Пахнет нафталином»; «Сапоги всмятку»; «Сумбур»; «Доработать» и др. Особо интересными были рассказы Юрия Григорьевича о его участии в войне, которыми он делился на торжественных встречах, посвященных Дню Победы. А кто из студентов Ю.Г.Батракова не знает его рассказы о работе на Пинских болотах, практики в Молдавии, спасении полигона и пыжиковых шапках. Для многих выпускников специальности «Прикладная геодезия» университет и особенно научно-учебная база «Чкаловская», в развитие которой профессор Батраков внес значительный вклад, прочно ассоциируются с именем Юрия Григорьевича. Примечательно, что и похоронили Ю.Г.Батракова недалеко от любимого им полигона – на кладбище д. Леониха. С 2011 года Ю.Г.Батраков был членом Редакционного совета нашего журнала. Редакция журнала «Науки о Земле», сотрудники которой являются учениками Ю.Г.Батракова, выражает глубокие соболезнования семье, близким и коллегам Юрия Григорьевича. В память о нашем Учителе, м ы публикуем некоторые из многочисленных фотографий Ю.Г.Батракова, сделанных его студентами и коллегами.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

Юрий Григорьевич (слева) со студентами практикантами ГУЗа (Чкаловская, 2001)

Занятия по спутниковым методам, в центре Ю.Г.Батраков (Чкаловская, 2001)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

Геодезическая эстафета, в центре Ю.Г.Батраков (Чкаловская, 2003)

Юрий Григорьевич выполняет контрольные угловые измерения (Чкаловская, 2004)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

Проверка лабораторных работ (ГУЗ, 2004)

На заседании Ученого совета ГУЗ, посвященном 80-‐летию профессора Ю.Г.Батракова, слева Ректор ГУЗ, академик С.Н.Волков (ГУЗ, 2004)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

На научной студенческой конференции (ГУЗ, 2006)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

На защите отчетов по производственной практике (ГУЗ, 2006)

Исследования по аэрофотосъемке с мотодельтаплана (Чкаловская, 2006)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

Награждение победителей геодезической эстафеты, в центре Ю.Ю.Каширкин, справа А.А.Поддубский (Чкаловская, 2006)

Ю.Г.Батраков возле полигона (Чкаловская, 2007)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

Профессора Ю.К.Неумывакин и Ю.Г.Батраков на научной конференции (ГУЗ, 2007)

На кафедре геодезии и геоинформатики (ГУЗ, 2009)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

На праздновании 85-‐летия профессора Ю.Г.Батракова (ГУЗ, 2009)

С доцентом Л.А.Гавриловой на научной конференции (ГУЗ, 2010)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

На научной конференции (ГУЗ, 2010)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЛАВНАЯ ТЕМА – MAIN THEME

Выступление с докладом о жизни и творчестве профессора Ю.К.Неумывакина (ГУЗ, 2012)

Выступление на митинге, посвященном Дню Победы (ГУЗ, 2012)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY УДК 528.2/3

ORGANIZATION OF THE NORTH EAST EURASIA REFERENCE FRAME ОРГАНИЗАЦИЯ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОМИССИИ ПО РЕГИОНАЛЬНОЙ ЗЕМНОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЕВРАЗИИ Demianov G.V. / Демьянов Г.В. Savinykh V.P. / Савиных В.П. Doctor of Tech. Sci., professor, President of The Moscow State University of Geodesy and Cartography / Д.т.н., профессор, Президент Московского государственного университета геодезии и картографии

Doctor of Tech. Sci., professor, Central Research Institute of Geodesy, Aerial Survey and Cartography, Moscow, Russia / Д.т.н., профессор, Центральный научноисследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии

Bykov V.G. / Быков В.Г.

Kaftan V.I. / Кафтан В.И.

Doctor of Phys.-Math. Sci., Deputy Director, Institute of Tectonics and Geophysics, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences / Д.ф-м.н., заместитель директора, Институт тектоники и геофизики, Дальневосточное отделение РАН

Doctor of Tech. Sci., Geophysical Center, Russian Academy of Sciences / Д.т.н., главный научный сотрудник, Геофизический центр РАН

Karpik A.P. / Карпик А.П. Doctor of Tech. Sci., professor, Rector of The Siberian State Geodetic Academy / Д.т.н., профессор, Ректор Сибирской государственной геодезической академии

e-mail: kaftan@geod.ru

Malkin Z.M. / Малкин З.М. Doctor of Phys.-Math. Sci., Pulkovo Observatory, Russian Academy of Sciences / Д.ф-м.н., Пулковская обсерватория РАН

Steblov G.M. / Стеблов Г.М. Moldobekov B. / Молдобеков Б. Candidate of Geol.-Min. Sci., CentralAsian Institute for Applied Geosciences / К.г-м.н., Содиректор ЦентральноАзиатского института прикладных исследований Земли

Doctor of Phys.-Math. Sci., Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia / Д.фм.н., главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН

Pobedinsky G.G./ Побединский Г.Г. Candidate of Tech. Sci., General Direkor of Open Joint Stock Company “Roskartografia” / К.т.н., Генеральный директор ОАО “Роскартография”

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY

Аннотация: Основная часть статьи посвящена проблеме создания и развития региональной земной геодезической основы для Северо-Восточной Евразии (NEEREF). Для решения задач предлагается создание международной научной организации. Инициатива создания Международной комиссии принадлежит Комиссии по геодезии Национального геофизического комитета Российской академии наук при поддержке ряда научно-исследовательских учреждений и организаций. Введены в действие наблюдательная сеть с основными элементами инфраструктуры, обеспечивающих совместные наблюдения, анализа данных и доступа пользователей к данным. В с татье демонтрируются возможности созданной научной организации. Ключевые слова: Северо-Восточная Евразия, региональная земная геодезическая основа, ГНСС, международная комиссия.

Abstract: The main body of the paper deals with the problem of establishing and developing the Regional Terrestrial Reference Frame for North East Eurasia (North East Eurasia Reference Frame - NEEREF). The problem solving suggests the creation of the International Scientific Organization. The initiative for establishment of the International Commission on the Regional Terrestrial Reference Frame for North East Eurasia (NEEREF) launched by the Geodesy Section of the National Geophysical Committee of the Russian Academy of Sciences was supported and implemented by a number of research institutions and organizations. A unified observation network with the main infrastructure elements providing joint observations, data analysis and user data access has been put into effect. The potentialities of the created scientific organization are demonstrated. Keywords: North East Eurasia, Reference Frame, International Collaboration, GNSS, Permanent Observation Network.

Background

Western and Eastern Europe and Western North America. North East Eurasia is one of the regions least provided with regular and dense observational reference frames. Here, the area occupying tens of millions of km2 is covered by only several tens of permanent observation networks. In the above regions with higher network density, the number of observation sites of the first level varies from hundreds to thousands. The Arctic and Circumpolar areas of the region are especially insufficiently covered by the geodetic observation techniques. The shortcomings stated, and, also, the lack of access to the observation results for a wide range of users gave an impetus for the development of arrangements on the establishment of the Regional Terrestrial Reference Frame for North East Eurasia (North East Eurasia Reference Frame - NEEREF) by analogy with those in the International Association of Geodesy (IAG) Sub-Commission 1.3 Regional Reference Frames. It is taken into consideration that a number of observation stations in the area may and should preserve their operational attributability to the acting neighboring TRF, for example, such as the European and Pacific-Asian TRFs. This will provide creating buffer zones necessary for control of independent solutions, and the possibility of obtaining the most reliable results.

In compliance with the principle “from the universal to the private”, it may be stated that a Terrestrial Reference Frame (TRF) is the most important element of the infrastructure of the global community interactions, as well as coordination and cooperation between the regional and state formations. It is needed to be used for a large number of research and practical applications. Applying of TRF is not constrained by exclusively terrestrial tasks. It is demanded for the implementation of the satellite projects. The main quality characteristics of TRF are accuracy, density, homogeneity, stability and availability. The first three characteristics are closely interrelated. Densification and provision of the homogeneity for the observation sites of terrestrial geodetic networks is dictated by the demand for high and uniform accuracy of the coordinate reference frames for topographic surveying. High density of the reference networks is also necessary for a more reliant study of the geodynamic processes. Using a rather dense geodetic network for the study of the spatio-temporal structure of the ionosphere and troposphere is an important geophysical aspect. The density of the global terrestrial reference frame varies significantly. The major densest geodetic networks operate in such regions as the Japanese Archipelago,

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY The Geodesy Section [http://geodesyngc.gcras.ru/en/] of the National Geophysical Committee [http://ngc.gcras.ru/index_eng.html] of the Russian Academy of Sciences announced an initiative on unifying the observation networks affiliated to different national and departmental organizations into a single regional cluster. A number of meetings of the Geodesy Section held in 2012-2103 were devoted to the organizational problem solving. During this period, the texts of the Statute of the International Commission on the Regional Terrestrial Reference Frame for North East Eurasia (NEEREF) and the Agreement between the institutions and organizations were elaborated, and signing of the Agreement started up. International Commission on the Regional Terrestrial Reference Frame for North East Eurasia (NEEREF) is a voluntary association of institutions and organizations of different ownership forms and legal structures. One of NEEREF tasks is the promotion in adhering to the recommendations of the international geodetic organizations when undertaking its activities. The NEEREF activity as of an additional IGS cluster is intended after some year operation testing and complying with all IGS requirements and its acceptance by the IGS community. One of the long-range goals of the NEEREF network is joining GGOS.

It is a well-known fact that the first in the history and most developed IAG Regional SubCommission which provided the community with GNSS and other geodetic observation data and results is EUREF [Altamimi et al., 2009]. Therefore, NEEREF structure is established by approximate analogy with EUREF, as shown in Fig. 1. The entire research is based on the unified observation network which provides the initial observation data obtained not only by GNSS but also by other satellite and terrestrial observation techniques. The observation data are transmitted to the data centers and/or analysis centers for primary treatment and/or final solution determination. The measurement data and processing results become to be available to a wide range of users. A specialized Technical Working Group (TWG) promotes technical and scientific interaction between the centers in the unified reference frame. It develops the methods of observation and analysis, the data and analysis formats, etc., and recommends these for application. The Coordination Committee staff consists of members who are professionals and influential figures involved in strategic and political decision making. It also promotes the interaction with international organizations at the highest scientific level. It is suggested that in the future the organization should be integrated into the general structure of IAG Regional SubCommissions. One of NEEREF objectives is to conduct researches not only in the frame of conventional geodetic problems but also the related geophysical ones. For example, the interaction with geomagnetic observation networks, which is significant for better understanding of the interrelationship of the terrestrial and natural external processes [Kaftan et al, 2013]. The distribution of functions between the participants and defining conditions for access to measurement data and processing results are based on free choice and the mutual arrangements concluded at the national and international levels.

Status of the Regional Reference Frame Commission for North East Eurasia (NEEREF) Current data owners and analysis centers Today, ten institutions and organizations have made a decision to participate in NEEREF activity as analysis centers. They are listed in the Table 1. with regard to their experience and expected activities. Preliminary organization structure

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY Table 1. N

Institution name

Destination for NEEREF operation

Central-Asian Institute for Applied Geosciences, Bishkek, Kyrgyz Republic

GNSS data provision, regional geodynamic analysis

Federal State Budgetary Establishment “Federal Scientific-Technical Center of Geodesy, Cartography and Spatial Data Infrastructure”, Moscow, Russia

GNSS and gravity data provision, regional coordinate solutions, quasigeoid determination, GLONASS ephemerides computation, standardization

Geophysical Center, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Ionosphere and magnetosphere analysis, local deformation research

Institute of Applied Mathematics, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russia

Regional coordinate solutions, geodynamic research

Institute of Tectonics and Geophysics, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Khabarovsk, Russia

GNSS data provision, geotectonic analysis

Deformation and geotectonic study

Moscow State University of Geodesy and Cartography, Moscow, Russia

Common observation analysis, standard development standardization

Open Joint Stock Company “Roskartografia”, Moscow, Russia

Leveling data provision, standardization

Education, geodetic research, standardization Large scale geodetic measurements, standardization GNSS observation, Earth rotation and regional geodynamic study GNSS observation, geodynamic and ionosphere study Education, geodetic research, applied geodetic research

Pulkovo Observatory, Saint-Petersburg, Russia

GNSS data provision, Earth rotation modeling

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

GNSS data provision, geodynamic and ionosphere analysis

Siberian State Geodetic Academy, Novosibirsk, Russia

GNSS data provision

Main experience GNSS network operation, deformation and geotectonic study GNSS network operation, terrestrial gravity measurement, quasigeoid research Geomagnetic observation and analysis, geophysical data collection GNSS data processing, network design, ionosphere and deformation study

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY

Fig. 1. Structure design of the International Commission NEEREF rights

• The measurement modes of NEEREF stations (regimes and technical specifications) • Defining the policy and providing the possibility for data exchange between the participants • The structure of NEEREF data analysis centers

The Regional Reference Frame Commission for North East Eurasia (NEEREF) and its Technical Working Group (NEEREF TWG) develop harmonized recommendations on the following items: • An appropriate set of geodetic measurement tools and special software provided for the sites involved in the creation and development of the regional reference frame NEEREF • Monumentation and stability control of NEEREF site monuments

NEEREF goals The main general objective of NEEREF is to provide the region of North East Eurasia with actual data and results of observations of the shape, size and gravity field of a vast area. In the first place, it is creation of the main kinematic coordinate and gravimetric reference

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY frame for its further densification and detalization depending on specific research and technological objectives. In this connection, let us give a preliminary list of the main research objectives set by NEEREF. NEEREF coordinates scientific collaboration between commission participants in the field of creation and development of the North East Eurasian Terrestrial Reference Frame. NEEREF facilitates the development of uniform coordinate, height and gravimetric systems in Eastern Europe, North and Middle Asia and Eurasia. NEEREF realizes the joint efforts to construct and develop the unified geodetic permanent network aimed at accuracy and stability control of the North East Eurasian Terrestrial Reference Frame; to observe movements and deformation of the Earth’s crust, including geophysical (seismic and meteorological) monitoring using GNSS. NEEREF attempts to reach sufficient density of site locations and to provide the joint free access to measurement data and processing results for all NEEREF participants. NEEREF combines efforts in creating a uniform height reference frame [see, for example, Demianov et al, 2011] and developing the common geoid model. NEEREF creates a favorable and constructive working environment for development and exchange by modern technologies, and also for developing modern coordinate, height and gravimetric systems on the regional (sub continental) scale. NEEREF promotes implementation of the recommendations of the international geodetic organizations in its activities for development and maintenance of the regional North East Eurasian Terrestrial Reference Frame. NEEREF assists in expert examination of national projects for creation and development of modern national terrestrial coordinate reference systems using state-of-the-art geodetic measurement tools of GNSS, VLBI and other observation systems. The above list of the objectives set is not exhaustive and may undergo changes. It will

undergo alterations and improvements during the work according to the demands of the community and the state of the region and, also, of the planet as a whole. NEEREF sites NEEREF array includes the sites in compliance with the recommendations of NEEREF and its Technical Working Group (NEEREF TWG). The institutions and organizations to which they belong by right of property or on other lawful basis, signed the agreement with NEEREF on providing data for joint processing, the development of harmonized solutions with further open publication for science and international cooperation. Presently, several tens of permanent GNSS observation stations have been prepared to operate in the unified network. Their precise number is refined and may vary depending on the tendencies of NEEREF development. Currently, the observation sites of the Federal State Budgetary Establishment “Federal Scientific-Technical Center of Geodesy, Cartography and Spatial Data Infrastructure” are recording the signals of two systems, namely GLONASS and GPS. Some of them are equipped with hydrogen masers for the use as GLONASS orbit service sites. The observation sites of the Russian Academy of Sciences and of its Far Eastern Branch are partly equipped with the receivers of these two navigation systems. The possibility of carrying out GLONASS observations suggests using the site for determining satellite ephemerides of this navigation satellite system. The sites shown on the sketch map in Fig. 2 provide static observations with recording frequency of GNSS signals - 30 s and - 1 s in some cases. The site monuments are mainly located on fundamental constructions; in some cases, these are ground monuments. Continuous observations have been carried out at the described network sites for a time span not less than a year. Separate sites have been operating for more than 20 years. Technical requirements for GNSS observations are analogous to those for IGS observations [Dow et al, 2009].

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY

Fig. 2. Map of permanent GNSS tracking sites and geophysical observatories contributing to NEEREF Legend. Dark blue triangles are the permanent GNSS sites of TsNIIGAiK, Pulkovo Observatory and Schmidt Institute of Physics of the Earth. Orange triangles are the permanent GNSS sites of the Far Eastern Branch of the RAS, the Russian Federation. Green triangles are the permanent GNSS sites of the Central-Asian Institute for Applied Geosciences, Bishkek, the Kyrgyz Republic. Purple triangles are the permanent GNSS sites of the Republic of Uzbekistan (under approval). Magenta and red circles are magnetic observatories and stations of the Russian Federation [Soloviev et al., 2013].

Expected and current results

ITRF08 catalogue. The coordinate accuracy values of daily Bernese solutions were 0.8 and 1.7 mm for the horizontal and vertical components, accordingly. The velocity vector values of the sites of the Russian Fundamental Astro-Geodetic Network (FAGS) are derived from the data of continuous GPS observations conducted in 01/2010-12/2011. The velocities are determined from the time series analysis of two-year observations. The accuracy of determination of the displacement rates obtained from the time series of daily coordinate solutions attained 0.2-0.3 and 0.4 mm/yr for the horizontal and vertical components, respectively [Gorobets et al, 2012]. Figure 3 demonstrates the models of the state of the ionosphere (fields of total electron content (TEC) values) for specific time

Preliminary list of expected NEEREF products is the following. • • • • •

Uniform coordinate reference frame Weekly regional coordinate solutions Coordinate time series and velocity vectors Deformation analysis results (Fig. 4) Tropospheric and ionospheric characteristics (delays, maps, etc.). See Fig. 3. • Geomagnetic observations for joint magnetosphere research • Data for national and international use The first kinematic coordinate reference frame of Russia is a common work result of the above mentioned Russian institutions. The coordinate solutions were obtained based on the

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY moments in connection with the Great Tohoku earthquake occurred on March, 11, 2011 at 05:46:23 GMT. The models are based on the data of dual-frequency GPS observations performed at the GNSS network sites of a few Russian GPS networks, IGS and Korean GPS array and GEONET data. It is observed a characteristic interference picture and decrease of TEC as a response to strong seismic event. Figure 4 illustrates the results of deformation of the Earth’s surface on the continental coast caused by the Tohoku earthquake [Baek et al., 2012]. The deformations were obtained by integrating coseismic displacement fields for China [Wang et al., 2012], Korea and the Far East of the Russian Federation. The fields were integrated using the transformation of the displacement vectors obtained from different sources. The result shows how a strong sea bottom earthquake deforms the continental earth’s crust at a distance longer than two thousand kilometers from the epicenter.

Fig. 3. Ionospheric response to the Tohoku earthquake [Shestakov et al., 2012]. Legended. Samples of filtered TEC maps showing the propagation of different scale traveling ionospheric disturbances (TIDs). Upper plot shows no any TEC perturbations before the earthquake. The next samples show large-scale coseismic and postseismic TIDs. The last figure renders the TEC conditions after the main TIDs have passed away.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY

Fig. 4. Coseismic deformation due to Tohoku earthquake [Shestakov et al., 2012]. A) Coseismic displacements in the Far East of Russia obtained in this study; B) displacements in the east of China (extracted from Wang M. et al., Chinese Sci Bull, 2011); C) displacements on the Korean Peninsula (extracted from Baek et al., Terra Nova, 2011).

Concluding remarks To date, such measures as densification of the observation networks, provision of open access to the data and products and, also, unification in the frame of the international cooperation are extremely demanded in the field of control of the Earth’s geospheres. For this purpose, the scientific organization NEEREF has been established for the area of a large region. The first stage of this action has been accomplished by the preparation of the Statute and the Agreement on NEEREF. A unified permanent GNSS observation network has been created. The institutions and organizations that joined NEEREF at the first stage of establishing the International Scientific Organization, which suggests permanent expansion, possess the potentialities to fulfill

the tasks planned by NEEREF including geodetic and geophysical observations to study regional variations of the geospheres using the Regional Reference Frame. At the current stage, NEEREF can provide data and meta-data to the global international community only from the authorized part of permanent stations. All possible amounts of data will be accessible to the wide community when state official restrictions will be removed. The future-oriented intention of NEEREF is to become a fully legitimate and capable regional cluster of ITRF. References

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY 1.

Altamimi Z., C. Boucher, E. Brockmann, A. Caporali, W. Gurtner, H. Habrich, H. Hornik, J. Ihde, A. Kenyeres, J. Mäkinen, G. Stangl, H. van der Marel, J. Simek, W. Söhne, J.A. Torres, G. Weber, 2009, The European Reference Frame: Maintenance and Products, "Geodetic Reference Frames", IAG Symposia Series, Springer, Vol. 134, pp. 131-136, DOI: 10.1007/978-3-642-00860-3_20 Baek Jeongho, Young-Hong Shin, Sung-Ho Na, Nikolay V. Shestakov, Pil-Ho Park, Sungki Cho. Coseismic and postseismic crustal deformations of the Korean Peninsula caused by the 2011 Mw 9.0 Tohoku earthquake, Japan, from global positioning system data, Terra Nova, 2012, 00, 1–9, doi: 10.1111/j.1365-3121.2012.01062.x Demianov G.V., Mayorov A.N., Sermiagin R.A. The joint height system establishment tasks, International scientific, technical and industrial electronic journal “Geo Science”2011, No. 1, р. 37-39 Dow, J.M., Neilan, R. E., and Rizos, C., The International GNSS Service in a changing landscape of Global Navigation Satellite Systems, Journal of Geodesy (2009) 83:191198, DOI: 10.1007/s00190-008-0300-3 Gorobets V.P., Demianov G.V., Mayorov A.N., Pobedinsky G.G. Results of creation of the state geocentric coordinate system of Russian Federation in the frame of the Federal special purpose program GLONASS, Geodesia i Cartographia, 2012, No. 2, p. 53-57 (in Russian) Kaftan V.I., N.V. Shestakov, N.P. Perevalova, M.D. Gerasimenko, S.V. Voeykov, A.B. Ishin, Yu.V. Yasyukevich, V.G. Bykov. Global navigation satellite system observation as a

part of complex geophysical observation systems, Materials of the Partnership Conference “Geophysical observatories, multifunctional GIS and data mining”, 30 September- 3 October 2013, Kaluga, Russia, DOI: 10.2205/2013BS012_Kaluga 7. Shestakov N.V., N.P. Perevalova, S.V. Voeykov, A.B. Ishin, Yu.V. Yasyukevich, V.G. Bykov, M.D. Gerasimenko. Investigation of coseismic displacements and ionospheric disturbances in the Far East of Russia generated by the Great 2011 Tohoku earthquake, Paper presented to EGU2013 8. Shestakov N., Takahashi H., Ohzono M., Prytkov A., Bykov V., Gerasimenko M., Luneva M., Gerasimov G., Kolomiets A., Bormotov V., Vasilenko N., Baek J., Park P.H., Serov M. Analysis of the far-field crustal displacements caused by the 2011 Great Tohoku earthquake inferred from continuous GPS observations, Tectonophysics, 2012, V. 524-525, p. 76-86. DOI: 10.1016/j.tecto.2011.12.019 9. Soloviev A., Bogoutdinov S., Gvishiani A., Kulchinskiy R, and Zlotnicki J. Mathematical Tools for Geomagnetic Data Monitoring and the INTERMAGNET Russian Segment. Data Science Journal, 2013, V. 12, p. WDS114WDS119, doi:10.2481/dsj.WDS-019 10. WANG Yue-Bing, JIN Hong-Lin, FU GuangYu, MENG Guo-Jie. Estimation of co-seismic slip distribution of the 2011 Tohoku-Oki Mw 9.0 earthquake using Yabuki & Matsu’ura’s inverse method, Chinese Journal of Geophysics, 2012, V. 55, No. 4, p. 418-428

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY УДК 528.024

МЕТОД ПОДОБИЯ ПРИ УЧЕТЕ РЕФРАКЦИИ В НИВЕЛИРОВАНИИ SIMILARITY METHOD FOR THE RESEARCH OF REFRACTION IN LEVELING

Мозжухин О.А. / Mozzhukhin O.A. Кандидат технических наук, профессор, Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия / Doctor of Tech. Sci., professor, Nizhny Novgorod State Agricultural Academy e-mail: mozzhuxin@yandex.ru

Аннотация: На практических примерах Abstract: Using practical examples, you рассмотрен способ учета рефракции в learned how to account of refraction in bilateral двустороннем тригонометрическом trigonometric leveling, based on the application нивелировании, основанный на применении of similarity theory and modeling. теории подобия и моделирования. Ключевые слова: Метод подобия, Keywords: Method of similarity, refraction, рефракция, д вустороннее bilateral trigonometric leveling. тригонометрическое нивелирование.

Результат определения превышения h односторонним тригонометрическим нивелированием, помимо искомой высоты h О , содержит переменную составляющую ρ , вызванную искривлением (рефракцией) оптического луча в атмосфере:

h = h0 + ρ ,

Ro−1 = −

−2

= 79 pT (0, 0342 − γ Ζ )⋅10

(3)

−6

представляет собой градиент показателя преломления[19], величина которого определяется интегральным градиентом температуры воздуха на пути распространения оптического луча γ Ζ = dT/dz (К/м), знак которого считается положительным, когда температура воздуха падает с высотой. Соотношение p ⋅T −2 выступает в роли постоянного множителя, поскольку изменения температуры T (K) и атмосферного давления p (мб) в приземном слое относительно невелики. После подстановки (3) в (2) получим: ρ= −2 −2 −6 39,5 pT S (0,0342 − γ Ζ ) ⋅ 10 , (4)

(1)

которую по аналогии с поправкой за кривизну Земли находят по формуле:

ρ = 0,5 ⋅ S 2 ⋅ Ro−1 = 0,5 ⋅ S −2 ⋅ RЗ−1 ⋅ k ,

" dN % −6 dn = −$ ' ⋅10 = # dz & dz

(2)

где S – расстояние между пунктами, Ro радиус траектории распространения оптического луча, k = R З / RO - коэффициент земной рефракции, представляющий собой обратную величину переменной Ro , выраженную в единицах земного радиуса, где выражение

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY где

11,24,28]. Метод физического подобия широко используется в науке[1] и ее технических приложениях, прежде всего связанных с движением жидкости или газа: в гидромеханике [22], теплотехнике [5], энергетике [2], метеорологии [7] и др. Методология те ории подобия излагается при этом на примерах, относящихся к конкретным областям знаний. Предполагается, что читатель знаком с основами данной науки. В этой связи перед читателем, впервые знакомящемся с основами теории подобия, могут возникнуть определенные трудности. Успешное применение теории подобия в новых областях техники всегда представляет собой новое техническое решение. При этом важно иметь достаточно глубокое представление о физической картине изучаемого явления. Понятие подобия, заимствованное из геометрии, применяют к физическим явлениям, имеющим одинаковую физическую природу, которые развиваются под влиянием одинаковых физических сил и описываются одинаковыми по форме дифференциальными уравнениями и краевыми условиями. Предпосылкой подобия физических явлений является геометрическое подобие систем, где эти явления протекают. Первым шагом на пути применения теории подобия является отбор участвующих в процессе величин. При этом важно отсеять второстепенные факторы. Имея сравнительно ограниченный ряд экспериментальных данных и обрабатывая их в безразмерных величинах (числах подобия), представляется возможность для переноса результатов опыта, полученных на одном объекте, на другие объекты, где такие измерения невозможны по определению Любое уравнение, отражающее физический процесс, может быть представлено в безразмерном виде. Этим сокращается число аргументов под знаком функции, чем существенно упрощается процесс исследования явлений. Приемлемое решение задачи об учете рефракции удается найти путем обработки

⎛ ρO ⋅ T 2 ⎞ 6 ⎟ ⋅ 10 , (5) 2 ⎟ ⎝ 39 ,5 p ⋅ S ⎠

γ Ζ = 0 ,0342 − ⎜⎜

Градиент γ Ζ , по аналогии с определением коэффициента рефракции k , находят путем сравнения ρ о = h − ho результатов измерения h , определяемых односторонним тригонометрическим нивелированием, с геометрическим ho Использование постоянного или заранее определенного значения k (или γ Ζ ) не обеспечивает надежных результатов при определении поправок . Это связано с тем, что атмосфера находится в постоянном движении, а ее количественные характеристики, в том числе температура и ее производная по высоте (вертикальный градиент) испытывают непрерывные пространственно-временные изменения. Поэтому задача сводится к определению поправок в режиме реального времени (на момент геодезических наблюдений). Использование коэффициента k не обеспечивает реализацию такого условия. В связи с этим, начиная с шестидесятых годов прошлого столетия основные усилия специалистов, занятых проблемой рефракции, были направлены на изготовления приборов для непосредственного измерения угла рефракции [20], а затем на определение интегрального температурного градиента с использованием современных измерительных технологий[23,35,36], которые, однако, не нашли до сих пор практического применения. Можно добавить, что постоянная R З не входит в перечень величин, существенных для физического процесса. Поэтому переменная k утратила практический смысл и вызывает лишь исторический интерес. С конца семидесятых – начала восьмидесятых годов развитие проблемы рассматривается на пути применения методологии подобия и моделирования [8

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY опытных данных в безразмерных величинах с использованием уравнения, отражающего физический процесс[18,29]:

γΖ =

T1 − T2 T = • , z ⋅ ln z2 / z1 z

несложная техническая задача, легко реализуемая в современных условиях . Сущность решения задачи об учете рефракции методом подобия поясним следующим образом[29]. Рассмотрим два физических явления, описываемых одинаковыми по форме дифференциальными уравнениями (6):

(6)

где - температура воздуха, T1 ,T2 измеренная на высотах z1 , z 2 относительно земной поверхности; T∗ - температурный масштаб в теории подобия МонинаОбухова. Формула (6) отражает логарифмическую закономерность изменения температуры воздуха с высотой в приземном слое. Максимальные градиенты образуются вблизи земной поверхности и резко уменьшаются с ростом высоты z, становясь соизмеримыми с погрешностями измерения температуры термометрами. Указанные погрешности вызваны пульсирующей структурой температурного поля, а также инструментальными погрешностями приборов, составляя в среднем ~0,1-0,5 К[12]. В гидрометеорологической практике используются температурные градиенты γ 1 , относящиеся к высоте z=1м [4]:

γ1 =

To − T2 ln z 2 z o

T∗' γ = ', z ' z

T∗'' γ = '' , z '' z

(8)

одно из которых (с одним штрихом) назовем модельным, а второе – натурным. Разделим левые и правые части равенств одно на другое и решим полученное соотношение относительно γ z'' . Тогда

⎛ T∗'' ⎞ ⎛ z ' ⎞ γ = γ ⋅ ⎜⎜ ' ⎟⎟ ⋅ ⎜⎜ '' ⎟⎟. ⎝ T∗ ⎠ ⎝ z ⎠ '' z

' z

Заменим «локальные» градиенты

γz

интегральными γ Ζ , а параметры T∗ и z аналогичными им величинами γ 1 и z ср . (средняя высота визирного луча над земной поверхностью), С учетом этого полученное соотношение представим в виде:

⎛ z ср' γ z = γ z ⋅ ⎜ '' ⎜ z ⎝ ср

(7)

где ΔT = To − T2 - температурная разность между высотами z=2м и z o (уровень шероховатости подстилающей поверхности, исчисляемый сантиметрами). По стандартной методике [4,8,29] величина γ 1 может быть определена на основе показаний аспирационного психрометра, что делает ее широко доступной в полевых условиях. Найденные таким образом градиенты являются репрезентативными (представительными) в радиусе десятков километров. Можно отметить, что определение градиента γ 1 -

⎞ ⎛ γ 1'' ⎞ ⎟ ⋅ ⎜ ⎟ , ⎟ ⎜ γ ' ⎟ ⎠ ⎝ 1 ⎠

(9)

где показатели степени m и n характеризуют степень влияния переменных γ 1 и z ср . на искомую (определяемую) переменную γ Ζ . Или ''

γz =γz ⋅

( z ср' ) ( z ср'' ) n

(γ '' ) ⋅ '' 1 m , ( z ср )

(10)

Опуская индексы, можем написать

γ Ζ = a ⋅ γ 1n z срm ,

(11)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY где постоянная a состоит из величин, измеренных на опытном объекте (модели), а именно:

a = γ Ζ ⋅ z срm γ 1n .

подобие (сходство), означающее тождество, встречается в относительно редких случаях. Уравнения (8) могут быть представлены в безразмерном виде:

(12)

γ z' ⋅ z ' ' ∗

Порядок обработки экспериментальных данных, с целью установления функции перехода (11) от модельных определений к натурным, связанный с определением эмпирических коэффициентов a, m, n, подробно рассмотрен в [ 13,25-27]. Установлены значения: a~0,7-0,8: m=1; n=0,2. При высоте прибора J, существенно превышающем 1,5м, в качестве геометрического параметра предложено воспользоваться величиной z = ( z ср ⋅ J ) 0.5 [14,25,27,29]. В этом случае

γ 10, 2 ( J ⋅ z ср ) 0,7

γ z'' ⋅ z '' '' ∗

или

γz ⋅z T∗

= idem, (14)

где символ “idem” означает «соответственно одинаковый». Соотношение (14) указывает на то, что в приземном слое при одноименном типе термической стратификации (степени неоднородности распределения температуры по высоте) существуют безразмерные комплексы (инварианты), сохраняющие одно и то же числовое значение. Фактом существования подобия является логарифмическая закономерность изменения температуры по высоте, которая хорошо прослеживается в приземном слое в условиях неустойчивой стратификации и менее надежно в условиях устойчивости (инверсия). На рис.1 представлена схема влияния рефракции в двустороннем тригонометрическом нивелировании [1618,30 ]. Обозначению h1 соответствуют превышения, измеренные в направлении положительного уклона, а h2 отрицательного. На рис. (а) показано расположение траектории оптического луча, когда плотность воздуха убывает с высотой, а на рис. (б) она возрастает, вследствие чего траектория луча оказывается обращенной выпуклостью вниз. Такое, весьма неустойчивое к вертикальному перемешиванию состояние воздуха, возникает в случаях, когда вертикальный градиент γ Ζ превышает по величине

функция (11) принимает вид:

γΖ =

(13)

Параметры, входящие в формулы (1113), не являются независимыми. Между ними существуют внутренние ф изические связи. Поэтому применение известных правил оценки точности функции по ошибкам ее аргументов не дает положительного эффекта. Значения эмпирических коэффициентов сохраняются постоянными в пределах определенной системы «модельнатура». При обработке опытных данных в другой системе значения этих коэффициентов может измениться, что однако не может оказывать влияния на конечный результат. Кроме этого, надо иметь в виду, что установленные зависимости (11-13) остаются справедливыми в пределах лишь тех изменений аргументов γ 1 и z ср . , какие имели место на модели. Модель всегда является неполной копией натурного объекта, что позволяет говорить о приближенном моделировании. Полное

градиент автоконвекции ( γ Ζ > γ А =0,0342 К/м). На верхней границе слоя автоконвекции (~15-20 м) искажения ρ , согласно (4), стремятся к нулю. Образованию такого слоя вблизи земной поверхности сопутствует теплая погода в дневное время летом.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY

Рис. 1. Схема влияния рефракции в двустороннем тригонометрическом нивелировании при расположении оптического луча над слоем автоконвекции (а) и внутри его (б). Согласно

рис.

1(а) имеем Отсюда получим:

завышающую превышение hср (при условии,

ho = h1` − ρ1 = h2 + ρ 2 . ho = 0,5 ⋅ (h1 + h2 ) − 0,5 ⋅ ( ρ1 − ρ 2 ) = hср − δ .

что поскольку возникает ρ1 > ρ 2 ), неравенство вида h1 > h0 > h2 , а при измерениях в слое автоконвекции – занижающую его. При этом обычно имеем h1 < h0 < h2 , При наличии сходства состояний термической стратификации на модельном и натурном объектах, величина искомого параметра может быть получена в виде:

При этом h1 − h2 = ρ1 + ρ 2 = ρ Σ . На основании рис. 1 (б по аналогии получим: и h1 − h2 = −ρ Σ . Таким h o = hср + δ образом, результат измерения содержит переменную компоненту: δ = hср − ho = 0,5 ⋅ ( ρ1 − ρ 2 ) = 0,5 ⋅ ( ρ1 + ρ 2 ) ⋅

ρ1 ρ 2 − 1 , ρ1 ρ 2 + 1

hср (15)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY

δ = 0,5 ⋅ Co ⋅ ρ Σ , где

где C o - коэффициент пропорциональности (множитель подобного преобразования), а разность результатов δ o = hср − ho измерений превышения двусторонним тригонометрическим и геометрическим нивелированием. Рассмотрим возможности реализации метода на практических примерах. В табл. 1 (графа 4) представлены величины δ o = hср − ho , полученные на 17 сторонах триангуляции, проложенной в степной зоне Украины. Исходные данные заимствованы из работы [3].

(16)

сумма

параметров известна из двусторонних измерений. Представим соотношение (15) в безразмерном виде [15,30,33,34]:

ρ Σ = ρ1 + ρ 2 = h1 − h2

ρ1 −1 2δ O ρ2 ρ − ρ2 , (17) Со = = 1 = ρ1 ρ1 + ρ 2 ρ1 + ρ 2 +1 ρ2 №№ п/п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Среднее

S, км 2 5,1 11,3 5,3 6,9 5,9 6,8 5,3 8,1 5,1 5,8 8,1 5,9 8,8 8,2 3,9 5,7 7,0 6,7

ρ Σ , см

δ o , см

3 79 164 66 111 36 118 51 139 26 142 147 41 105 105 22 44 69 86

4 -17 -41 -7 -12 -26 -36 -5 -10 -6 -16 -16 -20 -48 -44 -8 -13 -16 -20

В графе 2 указаны длины сторон, а в графе 3 - известные разности измерений ρ Σ = h1 − h2 . При этом измерения h1 были выполнены преимущественно в летние месяцы (в период с 26.05 по 30.09), а обратные h2 - в осенние (с 8.10. по 21.11). В силу этого возникло закономерное неравенство величин ρ1 = h1 − ho <

ρ 2 = h2 − ho .

Или

δ , см 5 -17 -35 -14 -24 8 -25 -11 -30 -6 -30 -32 -9 -23 -23 -5 -9 -15 -19

Таблица 1. δ О − δ , см 6 0 -6 7 12 -18 -11 6 20 0 14 16 -11 -25 -21 -3 -4 -1 0

Измеренные превышения hср оказались систематически заниженными в среднем на 20 см ( с размахом от - 5 до - 48 см). Используя данные первой строки, после подстановки в (17), найдем коэффициент C o = - 17/79 = - 0,43. С учетом этого, на основании (16), подсчитаны величины δ в графе 5. В последней графе указаны разности чисел δО − δ , характеризующие точность измерений

δ o = 0,5 ⋅ ( ρ1 − ρ 2 ) .

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY после введения поправок. Последние носят знакопеременный характер. Среднее квадратическое отклонение ряда составили 19 см. Таким образом, используя характеристику одного физического явления, выступающего в качестве о бразца (модели), получили искомые характеристики других натурных явлений путем простого пересчета. Это стало возможным благодаря наличию подобия физических процессов (явлений), протекающих в системе «модель-натура». При этом имеет место достаточно значительное расхождение чисел в графе 6, что свидетельствует о приближенном подобии. Отдельные значения коэффициента C o в табл. 1 колеблются в пределах от – 0,18 до -1,44, составляя в среднем -0,46, что оказалось близким в принятому значению. Как видим, несмотря на приближенное подобие, использование метода позволило получить довольно простыми средствами полезные практические результаты. В то же время очевидно, насколько важно иметь более полную информацию о наличии сходства (подобия) между явлениями. Полезную информацию на этот счет можно получить путем анализа состояния термической стратификации с использованием градиентов γ ср , рассчитанных по формуле (5) с использованием известного параметра 0,5 ρ Σ . Поделив части равенства (5) на характерное число γ А =0,0342 К/м, получим после арифметических преобразований безразмерный параметр:

Это означает, что измерения производили выше слоя автоконвекции или при отсутствии его. Отрицательным значениям K отвечает устойчивый тип термической стратификации (инверсия). Условия, при которых градиенты γ ср близки к ~0,01 К/м являются ра вновесными, а при K»1 – сверхравновесными. При этом значения градиентов γ ср значительно превышают величину γ А . В следующем примере (табл. 2) представлены результаты исследования рефракции в двустороннем нивелировании, полученные в холмистом районе Львовской области (предгорье Карпат). Одновременные измерения с интервалом в один час производили на четырех линиях в дневное время на испытательном полигоне [6]. В таблице указаны величины ρ1 = h1 − ho и ρ 2 = h2 − ho , полученные по каждому из восьми сроков наблюдений при измерениях на подъем и спуск. В графе 11 указаны средние значения ρ 1, 2 для каждого ряда из 8 измерений, что позволило подсчитать соответствующие значения δ o , ρ Σ .C 0 для каждой из четырех линий. При этом величины ρ Σ оказались соответственно равными; 42, 84, 136 и 188 см. Они имеют тенденцию к росту с увеличением длины линий. Менее четко эта тенденция сказывается на систематических δ o , величины которых отклонениях оказались соответственно равными: 4, 11, 18 и 18 см, Что практически не отразилось на изменениях коэффициента .C 0 . Средняя величина последнего равна 0,22. Величина параметра K по линиям равна: 0,16; 0,14; 0,06; 0,15, чему соответствуют градиенты γ ср : 0,0055; 0,0048; - 0,0020; 0,0051 К /м, близкие к нулевому значению. Таким образом, измерения производились в условиях равновесной термической стратификации. Введение поправок в результаты измерений hср на основе использования модельных

γ cр ⎛ ρ ⋅ T 2 ⎞ = 1− 0,37 ⋅ ⎜⎜ Σ 2 ⎟⎟ ⋅ 10 −6 . (18) γA ⎝ p ⋅ S ⎠

Обращаясь к табл. 1, для средних значений S = 6.7 км и ρ Σ = 0,86 м, принимая T =288 К, р =1013 мб (стандартные значения «нормальной» атмосферы), получим K=0,42. Отсюда γ ср = 0,0144 К /м.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY определений возможно, поскольку величина коэффициента .C 0 сохранялась достаточно

стабильно.

Таблица 2. S,км

ρ 1, 2 ,см

3,95 5,61 6,42 8,37

ρ1

ρ2 ρ1

ρ2

1 3 24 20 90 40 99 56 115 96

2 4 31 16 80 36 90 68 99 75

Сроки наблюдений 3 4 5 6 5 6 7 8 23 18 30 28 17 24 11 16 53 54 45 40 23 24 27 17 81 89 83 77 40 47 48 42 125 120 101 105 73 75 65 75

В следующем примере (табл. 3) приведены данные по изучению влияния рефракции в горной местности. Исходные данные (в графах 2-4), заимствованные из работы [21], размещены в порядке возрастания длин линий. Величины ρ Σ имеют тенденцию к росту с увеличением №№ п/п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ср.

S,км 2 6,0 8,8 8,8 8,8 10,2 10,9 10,9 10,9 11,1 12,2 12,6 14,9 15,8 21,2 10,9

расстояний, отношении

7 9 18 15 24 37 95 55 117 68

8 10 28 14 40 47 73 40 112 81

Ср. 11 25 17 53 31 86 50 112 76

Co 12 0,19 0,26 0,26 0,19

чего нельзя сказать в параметра δ o = hср − ho .

δ o носят систематический Величины характер: результаты двусторонних измерений, вследствие влияния рефракции, оказались завышенными.

ρ Σ ,м

δ o ,м

.C 0

3 1,10 1,85 2,05 2,08 1,25 3,42 3,66 3,45 2,02 3,52 4,08 5,44 6,60 12,08 3,54

4 0,13 0,21 0,20 0,23 0,36 0,47 0,31 0,39 0,03 0,71 0.18 0,36 0,10 0,49 0,30

5 0,24 0,23 0,19 0,22 0,32 0,27 0,17 0,23 0,03 0,40 0,09 0,13 0,03 0,08 0,19

В графе 5 указаны коэффициенты .C 0 , подсчитанные по данным граф 3,4. По формуле (16), с использованием данных в

δ ,м 6 0,10 0,18 0,19 0,20 0,12 0,32 0,35 0,33 0,19 0,33 0,39 0,51 0,62 1,15

Таблица 3. δ О − δ ,м 7 0,03 0,03 0,01 0,03 0,24 0,15 -0,04 0,06 -0,16 0,38 -0,21 -0,15 -0,53 -0,66

графе 3 с коэффициентом .C 0 = 0,19 из табл. 2, вычислены значения δ в графе 6. В

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY других (табл. 4), отметки которых были определены геометрическим нивелированием 4 класса. Наблюдения производили 25 июля ( γ 1 =0,09 К/м, Т = 293 К, p = 1003 мб) на севере Тюменской области. Обратные измерения были выполнены в другие дни и часы. Измерения велись со штативов на пункты с высотой визирования 3-4.

последней графе указаны разности δ О − δ между измеренными и рассчитанными систематическими отклонениями. Откуда следует, что введение поправок позволило повысить точность результатов измерений, за исключением двух линий длиной 15,8 и 21,2 км (строки 13,14). Рассмотрим результаты двусторонних измерений из одного пункта на четыре

№ п/п 1 1 2 3 4

ho ,

м 2 19,76 30,32 0,55 -20,60

h1 , м 3 20,01 30,95 1,18 23,39

h2 , м 4 19,43 29,39 0,05 20,35

hср , м 5 19,71 30,17 0,62 21,87

ρΣ ,

м 6 0,58 1,56 1,13 3,04

В графе 2 указаны превышения, измеренные геометрическим нивелированием, а в графе 7 отклонения двустороннего δ o = hср − ho тригонометрического нивелирования от геометрического. Превышения h1 измерены в направлении положительного уклона с γ 1' , градиентом определенным по показаниям аспирационного психрометра на пункте наблюдений (графа 8). Значения γ 1'' на противоположных пунктах указаны в графе 9. В графе 10 указана средняя высота визирного луча над земной поверхностью, подсчитанная п о формуле Симпсона с помощью профиля, снятого с карты в масштабе 1:50 000. В последней графе указаны критерии состояния термической стратификации, подсчитанные по формуле (18). Согласно которым имеем величины γ ср , соответственно равные: 0,0222; 0,0102; 0,0205; -0,0212 К /м. Приведенные данные, за исключением указанных в графах 2 и 7, известны в процессе полевых измерений. На основании данных в графе 12, а также в графах 8 и 9, можно заметить, что наблюдения с обратного пункта (строка 4) выполнены в условиях температурной

δo ,

' 1

'' 1

γ ,

м 7 -0,05 -0,15 0,07 1,27

К/м 8 0,09 0,09 0,09 0,00

К/м 9 0,01 0,07 0,04 0,09

z ср м 10 15 36 20 17

Таблица 4. S, К км 11 12 7,30 0,65 8,51 0,30 8,04 0,60 7,78 -0,62

инверсии. Другие три измерения были получены в более сходных условиях. Это '

дает основание рассчитать величину γ Ζ по формуле (11), а затем, после подстановки в (4), найти значение ρ1 , после чего величину ρ 2 можно найти в виде ρ 2 = ρΣ − ρ1 . Кроме этого, по формуле (12) найдем значения коэффициента a с использование трех указанных выше величин δ :0,54; 0,59; 0,66. Среднее значение a ср = 0,60 . Результаты сведем в отдельную табл.5. Величина ρ1 = 0,23 м в графе 6 подсчитана по формулам (4,11), а в графе 7 – в виде разности чисел ρ 2 = ρ Σ - ρ1 . Им соответствует коэффициент С = -0,21, с помощью которого нашли величину δ в строке 2. Величины ρ1 , ρ 2 в строке 3 определены также по формулам (4,11), а в строке 4 – по аналогии с расчетами приведенными в строке 1. Введение поправок позволило повысить точность результатов измерений и устранить недопустимую погрешность в измерении hср на последней линии (строка 4).

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY Таблица 5. №№ п/п 1 1 2 3 4

ρ 01 ,

ρ 02 ,

м 2 0,25 0,63 0,63 2,79

м 3 0,33 0,93 0.50 0,25

ρ1 ,

.C 0

м 5 0,23 0,61 0,46 2,70

4 -0,14 -0,19 0,12 0,84

Рассмотрим возможности учета рефракции при измерениях на короткие расстояния (в турбулентном подслое, слое автоконвекции). В табл, 6 представлены данные, аналогичные приведенным выше, заимствованные из работы [3]. Одновременные двусторонние измерения

№ п/п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Врем час 2 7,7 8,7 9,6 10,7 11,8 12,2 14,3 15,2 16,3 17,3

γ1 ,

ρ 01 ,

ρ 02 ,

К/м 3 0,05 0,12 0,15 0,16 0,17 0,18 0,17 0,17 0,17 0,14

мм 4 -38 -67 -90 -135 -127 -116 -156 -105 -91 -48 Сумма

мм 5 -30 -52 -48 -57 -68 -36 -71 -55 -54 -43 -973

ρ 2,

м 6 0,35 0,95 0,55 0,34

δ, м 7 -0,06 -0,16 -0,04 1,18

δО − δ , м 8 0,01 0,01 0,11 0,09

производили в теплую погоду 13 июля ( Т=298 К , p= 994 мб) с концов базисной линии (S=1006 м, z ср ~3,0 м). Измерения h1 производили со штатива (J ~1,5 м) а в обратном направлении – с площадки сигнала (J ~2,4 м).

δo ,

ρΣ ,

мм 6 -68 -119 -138 -192 -195 -152 -227 -160 -145 -91 -514

мм 7 -4 -8 -21 -39 -30 -40 -42 -25 -18 -2 -229

Значения коэффициента К существенно превышают единицу, что свидетельствует о наличии отрицательных величин ρ . Для K ср =5,8 имеем γ ср = 0,1084

δ, мм 8 -10 -18 -21 -30 -30 -23 -35 -25 -22 -14 -228

δo δ мм 9 6 10 0 -9 0 -17 -7 0 4 12 0

Σδ 0 , мм 10 -4 -12 -33 -72 -102 -142 -184 -209 -227 -229

Таблица 6. Σδ 0 K δ мм 11 12 6 3,1 16 4,9 16 5,5 7 7,3 7 7,4 -10 6,0 -17 8,4 -17 6,2 -13 5,7 -1 4,0

и в сумме равны нулю. Накопления величин, указанных в графах 7 и 9, представлены в графах 10 и 11. Коэффициент С можно получить путем определения параметров ρ1 и ρ 2 с помощью соотношения (13). В этом случае геометрический параметр в направлении h1 составит 0,3489, а в обратном 0,2511. При γ1 = среднем значении 0,15 К /м соответственно имеем: -91 и -61 мм, чему соответствует С = 0,20. Это позволяет снизить влияние рефракции. Однако менее эффективно по сравнением с

К/м, что значительно превышает γ А= 0,0342 К/м. Принимая во внимание суммарные значения чисел, найдем коэффициент подобного преобразования .C 0 =0,308 и с его помощью рассчитаем искомые «погрешности» в графе 8. Расхождения между измеренными и рассчитанными величинами приведены в графе 9. Последние носят знакопеременный характер

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY двусторонним тригонометрическим нивелированием hср . превышения ho между пунктами которого были получены также высокоточным нивелированием. Измерения выполнены 8 мая с 10 до 13 ч. в Нижегородской области (T=291 K, p=988 мб).

использованием .C 0 =0,31. Представленные в табл. 6 данные указывают на возможность расчета поправок на основе невязок f h , возникающих в замкнутых либо разомкнутых ходах. В табл. 7 представлен нивелирный ход, полученный неодновременным

Таблица 7. №№ п/п 1 1 2 3 сумма

S, км 2 0,38 1,01 0,53

hср , мм 3 4164 17622 13982 35768

δo ,

ρΣ ,

мм 4 -15 -104 -99 -218

мм 5 -7 -3 -9 -19

Превышение между конечными пунктами h0 = 35787 мм. Следовательно, δ o

1 1 2 3 4 5 6 7 Сумма

S, км 2 0,24 0,21 0,45 0,36 0,32

h1 , м 3 4944 1562 11251 11666 2896 16195 -16124 71

hиспр . мм 7 1465 17631 13990 35786

K 8 4,3 4,2 12,2

исправленные поправками превышения. Сумма их равна h0 . Рассмотрим замкнутый ход из пяти пунктов, проложенный электронным тахеометром 1 августа в теплую погоду с 11 до 16 ч. в Нижегородской области.

= hср - ho = -19 мм, а коэффициент .C 0 = -38/218 = 0,17. В графе 6 указаны рассчитанные значения δ , а в следующей графе -

№№ п/п

δ, мм 6 -1 -9 -8 -18

hср , м 5 4930 -1558 11188 -11648 -2883 16118 -16089 29

h2 , м 4 4915 1555 11126 11629 2870 16041 -16054 -13

В строках 6,7 указаны суммы превышений, сгруппированные по знаку в графе 5. В нижней строке получены разности чисел (невязки). Откуда имеем: ρ1 = Σh1 −h 0 = 71 мм; ρ 2 = h0 − Σh2 = 13

ρΣ ,

м 6 29 7 125 37 26 154 -70 84

δ, мм 7 10 2 43 13 9 53 -24 29

Таблица 8. hиспр . мм 8 4920 -1556 11145 -11635 -2874 16065 -16065 0

поправками превышения приведены в графе 8. Сумма их равна нулю. Итак, применение предложенного способа позволяет устранить влияние рефракции в сетях двустороннего тригонометрического[15,17,30,34], а также геометрического[18] нивелирования. Метод имеет ограничения, связанные с сохранением подобия физических явлений в системе «модельный объект – натурный»,

мм; δ o = Σhср . − h0 = 29 мм; Σρ Σ = 84 мм. На основании (17) получим коэффициент С = 0,69, с помощью которого рассчитаны величины в графе 7. Исправленные

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY которые требуют отдельного рассмотрения. Учет рефракции в одностороннем нивелировании надо рассматривать как первый шаг в решении проблемы, поскольку серьезного влияния на результаты практических измерений не оказывает. Без учета влияния рефракции технические возможности современных геодезических приборов (электронных тахеометров, цифровых нивелиров) остаются не реализованными. Искажения за счет влияния рефракции нельзя рассматривать в качестве погрешностей, связанных с точностью измерений, как это принято в геодезии, поскольку вызваны они физическими причинами. Поэтому к оценке точности и уравниванию высотных сетей следует приступать лишь после устранения этих искажений[18,31].

8. Мозжухин О.А. Определение коэффициента рефракции способом метеорологических измерений - Геодезия и картография. 1976. - № 12. – с.27-32. 9. Мозжухин О.А. К учету рефракции в тригонометрическом нивелировании на основе метеорологических измерений. В кн.: Исследования по геодезии, аэрофотосъемке и картографии. М.: 1979. Вып.5(4). – с. 99-101 10. Мозжухин О.А. Метод учета вертикальной рефракции с использованием метеопараметров атмосферы. // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1981. В ып.5 – с.56-43. 11. Мозжухин О.А. О «метеорологическом» методе учета вертикальной рефракции. - В кн: Висша геодезия. София, 1981. вып. 7. – с. 57-63. 12. Мозжухин О.А. Исследование стратификации показателя преломления воздуха в приземном слое атмосферы. - Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка 1965. вып. 4. 13. Мозжухин О.А. Применение метода подобия для учета рефракции в нивелировании. - Геодезия и картография. М., 2003. № 7. 14. Мозжухин О.А. Метод подобия при учете атмосферных влияний в геодезических измерениях. - Геодезия и картография. 1992. № 2. – с.7-9. 15 Мозжухин О.А. Учет рефракции методом вспомогательного базиса // Геодезия и картографии. 1993. № 9. – с 16-18. 16. Мозжухин О.А. Определение поправок за влияние рефракции в тригонометрическом нивелировании. Геодезия и картография. 1994. № 6. – с. 1617. 17. Мозжухин О.А. Рефракция в двустороннем тригонометрическом нивелировании и способ ее учета. - Изв. вузов. Строительство. 1997. № 8. – с.139144. 18. Мозжухин О.А. Рефракция в нивелировании. Способ учета. – Международный научно-технический и

Литература 1. Баренблатт Г. И. Подобие, автомодельность, промежуточная асимптотика: Теория и приложения к геофизической гидродинамике. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Гидрометеоиздат, 1982. – 255 с. 2. Веников В . А. Теория подобия и моделирования: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1976. – 479 с. 3. Изотов А.А., Пеллинен Л. П. Исследование земной рефракции и методов геодезического нивелирования. Труды ЦНИИГАиК, М., 1955, вып. 102. -176 с. 4. Константинов А. Р. Испарение в природе. - Л.: Гидрометеоиздат. 1968. – 532 с. 5. Кутателадзе С . С . Анализ подобия в теплофизике. – Новосибирск. Изд. Наука, 1982. – 280 с. 6. Маслич Д. И. О точности геодезического нивелирования в горных условиях. – Издание Львовского политехнического института. Львов, 1957. – 56 с. 7.Матвеев Л. Т. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы. – Л.,Гидрометеоиздат. 1965. – 876 с.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY производственный журнал «Науки о Земле». № 1, 2013. – с. 39-48. 19. Никольский В.В . Электродинамика и распространение радиоволн. - М.:Наука. 1978. 1978. – 543 с. 20. Прилепин М. Т., Голубев А.Н. Инструментальные методы геодезической рефрактометрии. – М.: 1979. - 91 с. / Итоги науки и техники. Геодезия и аэросъемка. Том 15/. 21. Сажин В . А. Исследование статистических характеристик результатов круглосуточных наблюдений зенитных расстояний в горном районе. – В кн: Геодезия, картография и аэрофотосъемка. Львов, 1978. вып. 27. с. 133-141. 22. Седов Л. П. Методы подобия и размерности в механике.–10-е изд. доп. – Москва, 1987. Изд. Наука – 435 с. 23. Gasott N., Deuβen D., Witte B. Methoden zur Bestimmung der geodätischen Refraktion bei terrestrischen Präzisionsmessungen. Vermessungswesen und Raumordnung. Bonn. 1998. H. 4.- s. 193-206. 24. Mozzhukhin O.A. Correction of leveling by refraction determined from meteorological measurement. Acta Geod., Geoph.,Mont. Hung. Vol.14. 1979. 25. Mozzhukhin O.A. Refraction in leveling and a method for its determination – theoretical basis, Acta Geod., Geoph. Hun vol. 36(3), 2001. p. 297-312. 26. Mozzhukhin O.A.: Application of the similarity theory for the computation of refraction in leveling. - Acta Geod., Geoph. Hung.Vol.39(4). 2004. p.395-402.24. 27. Mozzhukhin O.A. Die nivellitische Refraktionund ihre Berucksichtigung. Vermessungswesen und Raumordnung. 57.Bonn.1995. H.7+8.

28. Mozzhukhin O.A., Gordeevtcev A.V. History of Considering Refraction in Leveling. Allgemeine VermessungsNachrichten, 1/2007. S. 3-6. 29. Mozzhukhin O.A.: Technology for Correcting Refraction in Leveling, Allgemeine Vermessungs-Nachrichten, 4/2008. S. 146-15 30. Mozžuchin O.A.: Zur Berechnung des Refraktionseinflusses bei gegenseitiger trigonometrischer Hőhenmessung, Allgemeine Vermessungs-Nachrichten, 4/2009, S. 141-145. 31. Mozzhukhin O.A. Zur Genauigkeitsschätzung von Nivellementergebnissen. Allgemeine Vermessungs-Nachrichten. 3 / 2011. s. 95-97. 32. Mozzhukhin O.A. Die Anwendung der Ähnlichkeittheoria zur Bestimmung von Refraktionskorrektionen beim Nevellement. Allgemeine Vermessungs-Nachrichten, . 4/2013. s. 145-147. 33. Mozzhukhin O.A. Die Berücksichtigung der Refraktion beim Nivellement und ihre Entwicklungsgeschicht. Allgemeine Vermessungs-Nachrichten. 11-12/2013. 34. Mozzhukhin O.A. Zur Berechnung des Refraktionseinflusses beim trigonometrischen Nivellement. Allgemeine VermessungsNachrichten. 11-12/2010. 35. Reiterer A. Modeling Atmospherie Refraction influences by Optical Turbulencie Usig an Jmage – Assisted Total Station. – Zeitschrift für Vermessungswesen. 3/2012. 137. p. 156-165. 36. Witte B. Deuβen D. Во зможности применения цифровой камеры для определения вертикальной рефракции. – Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, вып. 2: М., 2001. с. 130 – 139. © Мозжухин О.А., 2014

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ТЕРРИТОРИИ БАССЕЙНА РЕКИ ЛАТОРИЦА (ВОСТОЧНЫЕ КАРПАТЫ) ПО ДАННЫМ СТРУКТУРНО-МОРФОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА (YDK 551.4:528.067.4 (477.87) ) GEODYNAMIC REGIME OF THE LATORYTSIA RIVER BASIN TERRITORY (THE EASTERN CARPATHIANS) BASED ON SRTUCTURE-MORPHOMETRIC ANALYSIS Андриец Т.В. / Andriiets T.V. Аспирант кафедры общей и исторической геологии Геологического факультета Киевского национального университета имени Тараса Шевченко / postgraduate, The department of general and historical geology, The Faculty of Geology, National Taras Shevchenko University of Kyiv. e-mail: tanya4la@gmail.com Аннотация: В статье продемонстрирована возможность применения классической методики структурной морфометрии и ГИС-анализа для изучения неотектоники и процессов геоморфогенеза горных областей на примере территории бассейна реки Латорица (Украинские Карпаты). Разработан программный модуль “Morphometry” для автоматизации морфометрических построений и создания серии морфометрических карт. Анализ и интерпретация морфометрических данных позволили выделить периоды геодинамической активности, определить амплитуды, скорости неотектонических движений и де нудации, их пространственное и временное распределение.

Abstract: In the paper the possibility of structural morphometry classic technique and GIS-analysis application to study the neotectonics and geomorphogenesis of the mountain regions (the Ukrainian Carpathians) has been shown. The program module “Morphometry” to morphometric mapping automation and to construct of the morphometric maps series has been designed. The analysis and interpretation of the morphometric data provide to divide the geodynamic activity, to define the amplitudes, the newest movements and denudation speeds, their spatial and temporal distribution.

Ключевые слова: структурная морфометрия, рельеф, новейшие движения, денудация, геодинамика, неотектоника, ГИС.

Keywords: structural morphometry, relief, the newest movements, denudation, geodynamics, neotectonics, GIS.

Украинские Карпаты характеризуются длительной многофазной историей развития, в ходе которой сформировался сложный тектонический план, геологическое и геоморфологическое строение. И.Д. Гофштейн, С. И. Субботин, В. П. Палиенко, В.Г. Бондарчук, С.С . Круглов, В.В . Глушко, А.В. Чекунов и многие другие посвящали свои труды изучению различных вопросов геологии региона. За несколько десятилетий исследований, выполненных многочисленными научноисследовательскими организациями в рамках как теоретических, так и поисковоразведочных направлений, множество вопросов поныне остаются дискуссионными. Наиболее важными являются вопросы

неотектоники региона, в частности эволюции отдельных структурно-тектонических единиц, их активности в различные фазы складчатости, определения амплитуд и скоростей вертикальных новейших движений, их влияния на геоморфологический план территории и характер проявления опасных геологических процессов. На сегодня приоритетным направлением остается поиск новых методов, адаптация и усовершенствование существующих с целью выявления сложных взаимосвязей между тектоникой и различными процессами геоморфогенеза. В этом отношении высокой информативностью характеризуется структурно-морфометрический метод [11, 12], который позволяет изучать новейшие

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS тектонические преобразования и процессы геоморфогенеза посредством анализа рельефа. Последние исследования в этом направлении подтверждают эффективность и целесообразность использования методики [1, 3-6, 10, 13].

преобразования изолинейных и гридповерхностей, временно-пространственного моделирования. Структурноморфометрический анализ в среде ГИС проводится в несколько этапов, среди которых выделяются следующие [3]: 1) векторизация топографических карт и их привязка; 2) проектирование баз геоданных с соответствующей организацией картографической и атрибутивной информации относительно сети долин и разногенетических поверхностей рельефа; 3) построение цифровой модели рельефа (с использованием функции topogrid (ArcInfo Workstation) с учетом пространственного положения горизонталей или рисунка речной сети и других гидрографических объектов; 4) построение серии морфометрических карт и анализ изолинейных и грид-поверхностей, включающие составление карт порядков долин и водораздельных линий (рис. 1), карт базисных и вершинных поверхностей, разностных поверхностей и др.; 5) пространственный анализ и создание TIN- и Raster-моделей для последующей интерпретации. Для построения и анализа этих моделей используются специализированные модули 3D Analyst и Spatial Analyst. Согласно выше описанной методике реализации метода В. П. Философова в среде ГИС были построены 35 морфометрических карт различного генезиса, в частности карты порядков долин и водораздельных линий, базисных, вершинных и разностных поверхностей. Карты порядков долин и водораздельных линий включают сеть с первого по шестой порядок долин и водоразделов. На основе этих карт были построены базисные и вершинные поверхности пяти порядков без учета элементарных единиц первого порядка в связи с максимальным сходством с горизонталями. Базисные и вершинные поверхности разных порядков отражают определенные этапы в развитии эрозионной сети и системы водоразделов.

Новейшая геодинамика территории бассейна реки Латорица Регион исследований охватывает Свалявский и Мукачевский районы Закарпатской области, его площадь составляет около 320 км2. В геологическом отношении территория принадлежит к нескольким структурно-фациальным единицам. Зона Внешних (Флишевых) Карпат включает Поркулецкий покров, а Внутренних – Закарпатский прогиб с наложенным элементом Выгорлат-Гутинской вулканической гряды. Разделяет эти единицы зоны Пеннинских и Мармарошских утесов, трассирующих Закарпатский глубинный разлом [6]. Перечисленные элементы структурного плана претерпели длительную историю развития, проявляющуюся в различной степени складчатости, пространственной и количественной дифференциации амплитуд новейших движений, времени окончания последней фазы активности. Эти особенности предопределяют характерный геоморфологический план, морфометрические показатели рельефа которого являются объектом исследований структурноморфометрического анализа. Классическая методика структурной морфометрии для исследований рельефа и неотектоники Украинских Карпат применяется впервые. Анализ рельефа и построение всех структурно-морфометрических карт, а также аналитические операции выполнены в среде ArcGIS 9.3 и 10.1 (ESRI). Этот программный продукт имеет удобный многофункциональный инструментарий и специализированные модули с возможностями пространственного анализа, картометрических построений,

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS

Рис. 1. Морфометрические карты: а – порядков долин; б – порядков водораздельных линий (масштаб 1:50 000).

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS

Важнейшим направлением в исследованиях неотектоники является определение амплитуд новейших движений, а также их пространственной дифференциации. Решение этих вопросов весьма затруднительно, особенно в горноскладчатых регионах. В большинстве случаев удается вычислить только суммарные амплитуды вертикальных движений за неогенчетвертичное время. Менее успешным представляется вычисление амплитуд в течение более кратковременных периодов. Метод структурной морфометрии позволяет определить распределение амплитуд вертикальных движений в числовом эквиваленте на основе созданных карт разностных поверхностей, в частности карт разностных базисных, разностных вершинных поверхностей смежных порядков, разностных вершинно-базисных поверхностей одного порядка (рис. 2). Построение этих карт выполняется путем графического вычитания разногенетических изолинейных поверхностей согласно методу П.А. Рыжова [9]. В классическом “ручном” варианте этот процесс представляется весьма трудоёмким. С целью упрощения построений разностных карт был разработан модуль “Morphometry” [5], который позволяет максимально автоматизировать процесс вычитания с одновременным созданием shp-, TIN-файлов соответствующих морфометрических моделей. Скрипт модуля написан на языке программирования python 2.7.5 с использованием модулей arcpy, sys, os. В модуле предусмотрена пакетная обработка данных, позволяющая вычитать несколько изолинейных поверхностей одновременно. Программный модуль подключается к среде ArcGis 10.1 и более поздних версий как инструмент ArcToolbox. С использованием модуля стало возможным построение карт остаточного рельефа и локального размыва (рис. 3), которые позволяют более полно изучать процессы геоморфогенеза и неотектоники. Методика построения этих карт сходна с методикой построения разностных базисных и вершинных поверхностей, однако

эти поверхности графически вычитаются с горизонталями рельефа. Для получения горизонталей рельефа региона использовались данные SRTM90. Для территории бассейна среднего течения р . Латорица были построены все выше перечисленные карты разностных поверхностей (четыре порядка разностных базисных и разностных вершинных поверхностей смежных порядков и пять порядков разностных вершинно-базисных поверхностей). Каждая поверхность соответствующего порядка иллюстрирует неотектоническую активность определенного периода (рис. 2). Скорость и пространственное распределение процессов денудации, которые в той или иной степени зависят от неотектонических преобразований структур, фиксируются на картах локального размыва пяти порядков (рис. 3). Геологическая и геоморфологическая интерпретация структурно-морфометрических построений проводилась с использованием геологических, структурно-тектонических, геоморфологических материалов, а также данных бурения и геофизики. Трудность интерпретации морфометрических показателей заключается в определении возраста наиболее древней поверхности высокого порядка, от которой необходимо отсчитывать каждую последующую поверхность низшего. Поскольку на большей части региона исследований последняя фаза складчатости завершилась в плиоцене и ознаменовалась созданием наложенного вулканического структурного плана, который является основой современного рельефа, возможный возраст наиболее древней поверхности (шестой порядок) определен как постплиоценовый.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS

Рис. 2. Разностные вершинно-базисные поверхности: а – шестого порядка; б – пятого порядка; в – четвертого порядка; г – третьего порядка; д – второго порядка со значениями амплитуд неотектонических движений (м) соответственно (масштаб 1:50 000).

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS Таким образом, полученные разностные поверхности характеризуют суммарные амплитуды неотектонических подвижек за постплиоцен-четвертичное время. В частности, разностные вершинные поверхности смежных порядков характеризуют суммарные амплитуды вертикальных движений земной коры, а разностные базисные поверхности смежных порядков показывают колебания гипсометрических уровней местных и региональных базисов эрозии. Поскольку преобразование вершинных поверхностей, созданных в большей мере эндогенными факторами, проходит под воздействием экзогенных процессов, которые иллюстрируют базисные поверхности, разностные вершинные и базисные поверхности не дают полноценной картины новейших движений. Для исключения экзогенной составляющей в методике В. П. Философова используются разностные вершинно-базисные поверхности одного порядка. В результате анализа этих поверхностей выделено пять периодов неотектонической активности территории исследований с конца плиоцена по голоцен включительно. Исходя из данных карт разностей, вычисленные средние значения суммарных амплитуд вертикальных движений составляют 585 м (табл. 1), что согласуется с ранее полученными данными [7]. С учетом продолжительности четвертичного времени, около 1,8 млн. лет [2], вычислена средняя скорость движений, которая составляет приблизительно 0,3 мм/год. Вычисленная по данным карт локального размыва средняя скорость денудации составляет 0,15 мм/год. Выделенные периоды согласуются с региональными хроностратиграфическими подразделениями четвертичных отложений Украины [2], что дает возможность вычислить скорости новейших движений и скорости денудации для отдельных периодов (табл. 1). Также в результате анализа разностных вершинно-базисных поверхностей и карт локального размыва пяти порядков выявлены пространственные и временные особенности неотектонической активности в разные

периоды. Установлен колебательный дифференцированный характер движений во времени – периоды с высокими значениями амплитуд сменяются периодами относительно низкой активности. Сходная картина наблюдается и со значениями скоростей денудации. Так, в раннем эоплейстоцене (Е1) скорость движений составляла 0,3 мм/год, а скорость денудации около 0,14 мм/год (табл. 1). В это время наблюдается примерно одинаковое распределение амплитуд новейших движений с максимумами на участках, которые пространственно относятся к вулканическим постройкам Синяк и Борлиов Дил (рис. 2а). Также отмечена высокая неотектоническая активность Поркулецкого покрова и части Закарпатского прогиба, югозападного склона Выгорлат-Гутинской вулканической гряды. Высокая активность указанных структурных единиц подтверждается максимумами значений локального размыва шестого порядка (рис. 3а). Поздний эоплейстоцен (Е2) характеризовался относительным снижением скорости движений до 0,2 мм/год и значительным падением скорости процессов денудации в регионе до 0,03 мм/год (табл. 1). В распределении амплитуд новейших движений наблюдается некоторая как продольная, так и поперечная дифференциация. Выявлена большая активность вулканоструктуры Борлиов Дил по сравнению с вулканоструктурой Синяк. Также наблюдается некоторое смещение максимальных значений амплитуд к восточной части региона и значительное понижение значений в юго-западной. Большая часть вулканической гряды и Поркулецкий покров выступают как единый блок (рис. 2б). Участки с аномально высокими значениями размыва горных пород пространственно приурочены к локальным тектоническим структурам, по-видимому, испытывающим неотектоническую активность, что способствовало интенсификации процессов денудации.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS

Рис. 3. Карты локального размыва: а – шестого порядка; б – пятого порядка; в – четвертого порядка; г – третьего порядка; д – второго порядка со значениями размыва соответственно (м) (масштаб 1:50 000).

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS Структуры представлены довулканическим Оленёвским разломом, совпадающим с долиной р. Матэкова, и зоной погружения Пенинских и Мармарошских утесов под магматические комплексы, условно проходящей по р. Латорица (рис. 3б). В раннем неоплейстоцене (Р1) фиксируется возрастание скорости новейших вертикальных движений до 0,4 мм/год и существенное увеличение скорости денудации до 0,15 мм/год (табл. 1). В результате анализа амплитуд отмечена высокая неотектоническая активность вулканоструктуры Борлиов Дил, которая продолжается с позднего еоплейстоцена. Это дает возможность предположить о наличии обособленного блока, граница которого условно проходит по долине р . Латорица (рис. 2в). Максимумы в распределении значений локального размыва четвертого порядка характерны для Оленёвского разлома и других разломов, ограничивающих кальдеры, для антиклинальной складки в структуре Заломской чешуи Поркулецкого покрова на юг от р . Тесанек в долине р . Большая Пыня (рис. 3в). Аномальные значения на этих участках помимо физико-географических особенностей, очевидно, обусловлены также возрастанием активности структур с повышением скорости движений в это время. Средний неоплейстоцен (Р2) ознаменовался ре зким скачком скорости движений в сторону убывания до 0,1 мм/год, но в тоже время фиксируется максимальное значение скорости денудации на территории до 0,19 мм/ год (табл. 1). Резкое снижение скорости движений может быть связано с последующей активизацией новой глобальной фазы неотектонического этапа с конца среднего-начала позднего неоплейстоцена [8]. Относительное неотектоническое “затишье” создало условия для повсеместной активизации процессов денудации, что фиксирует локальный размыв третьего порядка. Максимальные значения размыва горных пород приурочены к долинам рек территории исследований (рис. 3г). В распределении амплитуд отмечается некоторая зональность: юго-западная часть

территории характеризуется низкими значениями, вулканоструктуры – наибольшими, северо-восточный склон которых имеет более низкие значения с последующим возрастанием в том же направлении (рис. 2г). В позднем неоплейстоцене (Р3) и голоцене (Н) отмечена активизация неотектонических движений, что проявилось в стремительном возрастании скорости до 1 мм/год. Скорость денудации составляет 0,15 мм/год и соответствует среднему значению за постплиоцен-четвертичное время (табл. 1). Распределение амплитуд неотектонических движений по площади имеет равномерный характер с некоторым возрастанием значений на вулканических структурах. Зафиксированные отрицательные значения, сосредоточенные в долинах больших рек, а также на юго-западном склоне, соответствуют опускающимся участкам (рис. 2д). Пространственное распределение локального размыва горных пород имеет сходную картину с предыдущим периодом. Максимумы значений тяготеют к верховьям большинства рек и других эрозионных единиц и являются следствием поднятия большей части территории (рис. 3д). В результате проведения структурноморфометрического анализа установлено этапность развития рельефа и тектонической эволюции региона Вулканических Карпат и сопредельных территорий в бассейне реки Латорица в течение четвертичного периода. Использование инструментов ГИС дало возможность определить амплитуды неотектонических движений, их пространственное и временное распределение. Геоморфологическая и геологическая интерпретация морфометрических построений дала возможность выделить пять периодов геодинамической активности: ранний эоплейстоцен, поздний эоплейстоцен, ранний неоплейстоцен, средний неоплейстоцен, поздний неоплейстоцен-голоцен. Анализ выделенных этапов позволил установить дифференцированный характер в распределении значений скоростей вертикальных движений и денудации.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS Таблица 1 Характеристика показателей геодинамической активности территории бассейна р. Латорица за четвертичное время

Проведенные исследования подтверждают возможность применения классической методики структурной морфометрии для изучения процессов геоморфогенеза, тектоники, геодинамики регионов с горным вулканическим рельефом.

Литература 1.

Андрієць Т.В. Методичні засади структурно-морфометричних досліджень гірського рельєфу (на прикладі

Карпатського модельного полігону) // Вісник Київського національного університету. Серія Геологія, 2013, Вип. 61. С. 23–26. Веліканов В. А., Глеваська А.М., Гожик П.Ф. та ін. Стратиграфічний кодекс України. К.: НСК України, 1997. – 40 с. Іванік О.М., Тустановська Л.В. Застосування класичних методик структурно-морфометричного аналізу для реконструкції новітнього

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS

тектогенезу на основі ГІС // Вісник Київського національного університету. Серія Геологія, 2011, Вип. 53. С. 4–7. Іванік О.М., Андрієць Т.В., Муравко С.В. Дослідження тектогенезу території басейну середньої течії річки Латориця на основі аналізу базисних поверхонь // Геодинаміка, 2013, № 2. С. 34–36. Іванік О.М., Андрієць Т.В., Муравко С.В. Структурно-морфометричний аналіз у середовищі ГІС для картографування гірського рельєфу (на прикладі Карпатського модельного полігона) // Геоінформатика, 2013, № 4 (48). С. 85–89. Круглов С.С ., Смирнов С. Е., Спитковская С. М. и др. Геодинамика Карпат / Отв. ред. В . В . Глушко, С . С. Круглов. Киев: Наукова думка, 1985. – 136 с. Максимчук В. Ю., Кузнєцова В. Г., Вербицький Т.З. та ін. Дослідження сучасної геодинаміки Українських Карпат. Київ: Наукова думка, 2005. – 256 с. Палиенко В.П. Новейшая геодинамика и ее отражение в рельефе Украины. Киев: Наукова думка, 1992. – 116 с.

9. 10.

11.

12.

13.

Рыжов П.А. Геометрия недр. М.: Недра, 1964. – 500 с. Тустановська Л.В. Еволюція рельєфу Канівського Придніпров’я на основі аналізу базисних і вершинних поверхонь // Вісник Київського національного університету. Серія Геологія, 2011, Вип. 54. С. 11–15. Философов В.П. Краткое руководство по морфометрическому методу поисков тектонических структур. Саратов: Издво Саратов. ун-та, 1960. – 93 с. Философов В. П. Основы морфометрического метода поисков тектонических структур. Саратов: Издво Саратов. ун-та, 1975. – 232 с. Чернова И.Ю., Хасанов Д.И., Жарков И.Я. и др. Обнаружение и исследование зон новейших движений земной коры инструментами ГИС [Електронный ресурс] // Arcreview, 2005, № 1 (32). – Режим доступа к журн.: http://www.dataplus.ru/news/arcreview/det ail.php?ID=1833&SECTION_ID=49. © Андриец Т.В., 2014

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS УДК 528.22 ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ПОВТОРНЫХ СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ НА СЕВЕРОКАВКАЗСКОМ ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ ПОЛИГОНЕ THE NORTH CAUCASUS GEODYNAMIC POLYGONS REPEATED SATELLITE MEASUREMENTS TREATMENT’S AND ANALYSIS Серебрякова Л.И. / Serebryakova L.I. Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Управление геодезических исследований, ФГБУ «Центр геодезии, картографии и ИПД» / Candidate of Tech. Sci., Leading Researcher, Departament of geodetic studies FSBO "Center of Geodesy, Cartography and Spatial Data Infrastructure" e-mail: serebryakova_li@nsdi.rosreestr.ru Басманов А.В. / Basmanov A.V. Кандидат технических наук, главный научный сотрудник, Управление геодезических исследований, ФГБУ «Центр геодезии, картографии и ИПД»/ Candidate of Tech. Sci., Chief Researcher, Departament of geodetic studies FSBO "Center of Geodesy, Cartography and Spatial Data Infrastructure" Аннотация: В статье содержится краткое описание и алгоритм методики анализа высокоточных повторных спутниковых измерений, выполняющихся на геодинамических полигонах (ГДП) Росреестра. Приведены последовательность вычислительных операций по оценке точности измерений, дисперсионному анализу степени деформированности спутниковых сетей и вычислению характеристик деформирования. Использован опыт и результаты измерений на ГДП Роскартографии (ныне Росреесра) в рамках Службы контроля деформаций земной поверхности. Методика опробована на примере данных повторных измерений в спутниковой сети Северо-Кавказского ГДП. Ключевые слова: Геодинамический полигон, оценка точности, статистическая гипотеза, компоненты векторов смещений, инвариантные характеристики, аномалии высот квазигеоида.

Abstract: A brief description and algorithm of the methods of analysis for high-precision satellite measurements repeated running on geodynamic polygons. Given sequence of computational operations to assess the accuracy of measurements, analysis of variance power deformity satellite networks and calculation of deformation characteristics. Methods is tested by the data of repeated measurements on the satellite network of the North Caucasus GFC Geodynamic polygon.

Keywords: Geodynamic polygon, estimation accuracy, statistical hypothesis, the components of the displacement vector, invariant characteristics, anomalies of quasigeoids heights.

Введение

В современной литературе методы оценки точности измерений и принципы вычисления характеристик деформации отражены слабо. В ряде случаев вычисляются плановые векторы смещений по программе NUVEL в планетарной системе координат, основанной на математической модели движений

На геодинамических полигонах Росреестра (Роскартографии), расположенных в сейсмоактивных районах (Северный Кавказ, Сахалин, Байкал), в настоящее время регулярно выполняются только спутниковые измерения.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS литосферных плит. Такой путь представления результатов повторных спутниковых измерений часто применяется даже для локальных сетей, в которых требуется получить относительные смещения пунктов и внутренние деформации сети. В Центре геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных (ЦГКиИПД) Росреестра, ранее ЦНИИГАиК, разработана методика оценки точности спутниковых измерений и вычисления компонент относительных векторов смещений и деформационных (инвариантных) характеристик с предварительным статистическим анализом, определяющим степень деформированности сети. (Для простоты, а также как более известное в научном мире имя далее ЦКГиИПД именуется ЦНИИГАиК).

анализом измерительной информации при обработке полевых материалов. Наиболее часто оценку точности подобных измерений выполняют для плановой и высотной компонент по формулам [1, с.106]: mD =a+bD; соответственно mН = a' + b'D, (1) где D – длина базовой линии, a = 5 мм, b ≈ 1.10-6; a' и b' - коэффициенты погрешности высоты, как правило, в два раза больше. В таком случае при расстоянии в 10 км обе погрешности соответственно будут 15 и 30 мм. Подобный подход к оценке точности осуществлен в программе Topcon Tools, которая в основном используется в ЦНИИГАиК. Получалось, что оценка точности измерений просто назначается аналогично тому, как это принято при светодальномерных измерениях без учета коренных отличий между этими методами. Произвольное «назначение» оценки точности никогда не было приемлемо в геодезической практике. Классика геодезии требует избыточных измерений для уравнивания результатов измерений, оценки точности и контроля. На ГДП высокоточные спутниковые измерения выполняются расстановкой сразу нескольких приемников и затем последовательной их перестановкой на пунктах сети. Могут быть непрерывно работающие приемники на одной - двух базовых станциях; остальные приемники переставляются. Избыточные измерения получаются перестановками при работающих базовых станциях или пересекающимися расстановками с последующей перестановкой лишь части приемников. С колько таких перестановок, столько и избыточных измерений, т. к. из-за высокой физической корреляции измерений в отдельной расстановке невязки фигур практически не образуются. Измерения выполняются 6-часовыми сеансами, которые входят в сессии. Сессии состоят из нескольких сеансов. Из практики спутниковых измерений, к настоящему времени накопившейся в достаточно

Оценка точности и статистическое испытание степени деформированности сети «Одна из самых трудных задач для геодезиста – оценка качества измерений. В спутниковых технологиях это особенно важно, поскольку сама техника измерений не является физически очевидным фактом в отличие от измерений углов, расстояний или превышений традиционными методами. Геодезист должен полностью полагаться на аппаратуру, средства обработки, и надежность их работы не должна вызывать сомнений при выполнении определенных требований». [1, c, 81]. В упомянутой монографии К. М.Антоновича приводятся сведения по этому вопросу, касающиеся высокоточного относительного определения местоположений пунктов, которое и выполняется на геодинамических полигонах. Ошибки наблюдателя ослабляются надлежащей организацией наблюдений и могут быть учтены самим наблюдателем. При высокоточных относительных определениях ошибки математической обработки, геофизических и стохастических моделей в значительной степени ослабляются современной двухчастотной аппаратурой, программами обработки,

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS большом объеме, известно, что для получения максимально высокой точности достаточно их суточной продолжительности. Формулы оценки точности группа ученых из Национальной геодезической службы США [1, c, 107], [18] получила эмпирическим путем, исследуя результаты измерений в сети активных станций США CORS. Определялась зависимость погрешностей компонент базовых векторов от расстояния и продолжительности измерений. 10-суточные измерения они приняли за безошибочные и сравнивали с ними 4, 6, 8, 12 и 24 – часовые сеансы. Обработка выполнялась с помощью научной программы PAGES с использованием точных эфемерид МГС и оцениванием тропосферной задержки. При принятых ими условиях (длины базовых векторов были в диапазоне 26-300 км) было найдено, что зависимость точности измерений от расстояния между пунктами пренебрежимо мала, получилась явная зависимость от продолжительности наблюдений. К слову, начиная с первых в стране измерений линий спутниковыми методами, в ЦНИИГАиКе исследовалась корреляция погрешностей измерений линий с их длинами. Примерно при таком же диапазоне длин линий в сетях геодинамических полигонов, при каком исследовалась точность измерений в [18], зависимость погрешностей измерений от расстояний также оказалась пренебрежимой, что, собственно, создает дополнительные и очень важные преимущества спутниковых измерений перед традиционными. Исследователи [18] получили следующие формулы стандартных ошибок для отклонений к северу Sn, востоку Sc, и по высоте Su (в миллиметрах): Sn = kn /T0.5;

Sc =kc /T0.5;

Эти результаты оказались близкими к тем, что были получены по данным высокоточных спутниковых измерений на ГДП, как это будет видно из дальнейшего изложения. Они показывают, что надлежаще поставленные спутниковые измерения продолжительностью от одного 6-ти часового сеанса до суточных характеризуются точностью в первые миллиметры (по формулам (2) точность для суточных сеансов Sn и Sc будет 2,0 ± 0,4 мм, а Su = 7.3 ± 1.6 мм). К тому же эта точность постоянна, т. е. практически одинакова для каждого пункта сети, поскольку от расстояния в нашем случае не зависит (не накапливается). Значит, относительные погрешности в л иниях, как это принято для оценки точности измерения линий, уменьшаются пропорционально их длине. Обработка спутниковых наблюдений на Северо-Кавказском ГДП выполнялась программными пакетами Topcon Tools и Bernese 5.0. По второй программе вычислялись длинные базовые линии, превышающие сотни километров. Оценка точности измерений в программах – «черных ящиках» - не очевидна, и трудно заключить, насколько она адекватна действительным погрешностям измерений, каковы были уравнения ошибок. Следовательно, остается неизвестным, насколько получившаяся из уравнивания корреляционная матрица и ошибка единицы веса соответствуют истинной оценке точности измерений. Для оценки точности спутниковых измерений на ГДП в ЦНИИГАиК использовался прием сравнения измеренных линий с линиями, вычисленными по уравненным координатам. Вернее, не самих длин базовых линий, а их соответствующих разностей между циклами измерений (вторых разностей). При спутниковых определениях измеренными элементами сети являются длины базовых линий, которые получаются на первом этапе обработки полевых материалов. На втором этапе обработки вычисляются уравненные координаты, включающие те несоответствия, несогласия, которые вызваны наличием

Su = ku /T0.5 (2)

где Т - продолжительность сеанса в часах, а коэффициенты k соответственно эмпирически получились: 9.5 ± 2.1 мм; 9.9 ± 3.1 мм и 36.5 ± 9.1 мм, т. е. коэффициенты плановых составляющих координат получились практически одинаковыми, а высотной составляющей – в 3-4 раза больше.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS избыточных измерений, особыми процедурами уравнительных программ, различиями используемых систем координат и др. Вторые разности свободны от деформаций сети, произошедших за период времени между циклами измерений. Средняя квадратическая погрешность (СКП) в этом случае определяется по формуле:

свойство высокоточных спутниковых сетей было использовано и оправдало себя в [13] для привязки активных базовых станций координатного обеспечения Новосибирской области. В угловых и линейных сетях в геодезии СКП за счет погрешностей ориентирования исходной стороны, ее масштаба и накопления за счет случайных ошибок измерения углов по мере удаления от исходных пунктов (L) нарастали: первые две пропорционально L, а третья – корню из L. В спутниковых сетях этого не происходит. Следовательно, широко применяемый для выявления группы взаимно несмещенных пунктов и ослабления накапливающихся погрешностей при анализе угловых и линейно-угловых измерений в сетях ГДП метод трансформирования при обработке измерений, выполненных в спутниковых сетях, очевидно, не эффективен. Исходный пункт выбирается с учетом неотектонического строения территории ГДП, сейсмичности и сведений о современных движениях земной коры (СДЗК), которые могли быть получены по результатам ранее выполнявшихся геодинамических исследований. Влияют на его выбор и цели исследования деформаций. Относительное смещение самого исходного пункта может быть определено из полученных таким образом относительных величин векторов, т. к. такие схемы относительных смещений обратимы, легко можно получать их варианты. Анализируя варианты с учетом дополнительной информации (неотектоника, сейсмичность, данные по СДЗК), можно получать векторы смещений пунктов, наиболее согласованные с реальным деформационным состоянием исследуемой территории. На рис. 1 приведена схема алгоритма методики обработки и анализа повторных высокоточных спутниковых измерений на ГДП. В этой схеме предусматривается вычисление инвариантных характеристик согласно [2, с.76-99, 3, 4].

∑Δ

(1),

где Δ – разности между измеренными и вычисленными разностями (вторые разности), n – число базовых линий, отобранных для подсчетов. Попутно с оценкой точности проверяется нулевая статистическая гипотеза об отсутствии деформаций в сети (методика разработана В.И.Кафтаном [5]). По двум рядам величин Δ - разностей между измеренными длинами линий и вычисленными по уравненным координатам и δи – разностей измеренных длин линий в сравниваемых циклах вычисляются дисперсии: D1 = ΣΔ2/n и D2= Σ δи2/n. Проверка нулевой статистической гипотезы об отсутствии деформаций, т. е. одинаковой cтатистической точности двух рядов выполняется по критерию Фишера: F = D2 / D1 .

(2)

Уравнивание и вычисление векторов смещений предлагается выполнять при одном исходном пункте, т. е. при минимальном влиянии деформации системы относимости. Как отмечалось выше, спутниковая сеть с длинами линий от нескольких километров до нескольких сотен километров, является жесткой, не деформированной какими-либо закономерно искажающими ее погрешностями. По точности она однородна. При этом ориентировка ее в пространстве благодаря навигационной системе остается устойчивой, так что нет и ошибок ее ориентирования. Это

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS

Рис. 1. Схема алгоритма предлагаемой методики Она иллюстрируется примером обработки 4-х циклов измерений на СевероКавказском ГДП [6, 11].

[11]. При этом фондовыми материалами являлись литературные источники по неотектоническому районированию Северозападного Кавказа [7, 8] (Рис.3), в дополнение к которым в Институте геоэкологии РАН были получены исходные схемы морфоструктур Северо-западного Кавказа в масштабе 1: 200 000 (совмещены с рис.2). Информация по сейсмичности представлена в табл. 1, по СДЗК существенных данных на участок ГДП не нашлось.

Пример обработки результатов измерений на Северо-Кавказском ГДП По предлагаемому алгоритму были обработаны результаты 4-х циклов повторных высокоточных спутниковых измерений в сети Северо-Кавказского ГДП (рис.2). Результаты приведены в научнотехническом отчете [6] и опубликованы в

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS

Рис. 2. Схема расположения пунктов Северо-Кавказского ГДП

Рис. 3. Схема неоструктурного районирования Северо-Запада Кавказа [7, 1992, с. 35]

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS Таблица 1. Год

Мес.

Чис.

Шир.

Дол.

Макросейсмика

1861

45.00

39.10

3.5

1862

45.00

39.00

3.7

1876

45.00

39.10

3.7

1935

44.00

39.30

3.4

Туапсинский рой. Туапсе – 3-4 балла, в Майкопе – 5 баллов

1936

44.00

39.10

4.4

Туапсе – 6-7 баллов

1936

44.00

39.10

4.3

Туапсе = 7 баллов

1937

44.00

38.60

4.0

Архипо-Осиповка – 6 баллов, Сочи – 3 балла

1963

44.30

39.60

3.3

1974

44.10

39.50

3.3

Лазаревское – 4-5 баллов, Сочи – 4 балла

1974

44.00

39.60

2.8

Лазаревское – 4 балла

1981

44.10

39.10

2.8

1991

43.86

39.51

4.0

В районе Катковой Щели

1992

43.86

39.45

4.3

В районе Катковой Щели

1994

44.21

39.43

4.6

с. Терзиян

1998

44.03

39.32

4.1

с. Хаджико

Ощущалось в Краснодаре. Извержение грязевого вулкана в районе Темрюка

Не зарегистрировано ни одного землетрясения

1999 2001

43.79

38.93

4.4

В прибрежной зоне Черного моря

2004

44.34

39.59

4.7

р-н с. Красная Горка

2011

43.81

39.93

4.4

Хостинский р-н

2012

43.50

39.45

4.1

В прибрежной зоне Черного моря, вблизи Сочи

2012

43.99

39.17

4.0

В районе с. Макопсе

2013

43.22

41.64

5.1

На границе России и Грузии, недалеко от с. Теберда

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS Схемы морфоструктур, полученные в Институте геоэкологии РАН (отдел д.г.н.. С.А.Несмеянова) позволили соотнести пункты сети ГДП с неотектоническими структурами [11]. Они показаны на рис.3. Оценка точности и результаты дисперсионного анализа приведены в табл. 2. Средняя квалратическая погрешность величин разностей базовых линий между циклами в среднем получилась приблизительно ±5 мм (табл.2), что согласуется с данными исследований американских геодезистов (см. формулы (2) с учетом того, что измерения могут быть выполнены одним 6-ти часовым сеансом). Получилось также, что нулевая гипотеза уверенно отвергается лишь для тех

разностей длин базовых линий, которые образованы с измерениями 2012 года. Именно в этот промежуток времени произошли два землетрясения с магнитудами 4,4 и 4,1 – соответственно Хостинское и в акватории моря вблизи Сочи, как это видно из табл. 2 [6]. Совпадение критического уровня с полученными значениями отношений дисперсий в первых двух интервалах получилось осредненным для всех измерений, и, возможно, есть отдельные группы (пусть с небольшими, но превышающими СКП величинами), в которых могли проявиться слабые деформации. Поэтому в [6] анализировались и первые два цикла измерений, и результаты представлены в табл.4. Таблица 2.

Разности в циклах

2010-2009

2011-2010

2012-2011

2012-2009

Северо-Кавказский полигон D1 = δиср2

0.002803

0.003327

0.010592

0.013100

m (5) в мм

4,3

5,1

5,3

6,8

D2 = Δ2ср.

0.001321

0.001813

0.002001

0.003290

2.12

1.83

5.29

3.98

Степень вероятности 95%

Предельное критическое значение по таблице верхних пределов уклонения для F получилось при числе степеней свободы n-1 = 69 F = 1,8

В табл. 3 приведены составляющие векторов смещений пунктов при исходном пункте ВГС Туапсе, наиболее удаленном от эпицентральных областей землетрясений. Поскольку в соответствии с дисперсионным анализом первые два временных интервала мало «деформированы» (табл.2) (при этом в первом отношение дисперсий слегка превышает критическое значение, во втором

равно ему), по величинам векторов смещений в плане, не превышающим 2m, отбирались пункты, не сместившиеся относительно исходного (табл.4). В периоды между тремя первыми циклами (2010-2009 и 2011-2010) большая часть пунктов оказалась несмещенной. В первый период группа их состояла из 9 пунктов, во второй – из 17. По остальным пунктам выполнен анализ относительных смещений.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS

Название пункта Альтмиец Бзогу Богушевка Б. Кичмай ВГС Туапсе Головинка Дагомыс Детляжка Казачий Брод Калиновое оз. Каткова Щель Кучук−Дере Макопсе Нижняя Хобза Ордынка Отрадное Пластунка Татьяновка Черешня п.тр.Школьн. ВГС Сочи

ΔХ, м -0,013 -0,013 -0,006 -0,011 0,000 -0,003 -0,010 -0,007 0,008 0,000 -0,004 -0,008 -0,006 -0,001 -0,009 -0,011 -0,012 -0,015 0,013 0,017 -0,002

2010-2009 ΔY, м 0,004 -0,001 -0,002 -0,003 0,000 -0,001 -0,005 -0,001 -0,015 -0,004 -0,005 -0,004 -0,005 -0,002 -0,002 -0,002 -0,005 -0,004 -0,013 -0,006 -0,005

Δh, м 0,045 0,045 0,021 0,038 0,000 0,033 0,025 0,027 0,006 0,038 0,447 0,029 0,031 0,035 0,027 0,035 0,033 0,048 0,012 0,017 0,028

ΔХ, м 0,008 -0,004 0,001 0,003 0,000 -0,003 0,011 0,007 -0,006 -0,001 0,005 0,011 0,010 0,006 0,009 0,008 0,004 -0,004 -0,006 -0,012 0

2011-2010 ΔY, м 0,000 0,004 0,002 0,007 0,000 0,005 -0,002 0,003 0,005 -0,005 0,010 0,002 0,001 0,001 -0,006 0,003 -0,002 0,001 0,002 -0,003 0,001

Объединенные группы пунктов с близкими значениями компонент векторов

Δh, м -0,002 0,008 -0,024 -0,009 0,000 0,007 -0,001 -0,004 0,026 0,013 -0,003 -0,004 -0,009 -0,009 -0,002 0,007 0,005 0,027 0,015 0,007 0,004

Таблица 3. 2012-2011 ΔХ, м ΔY, м Δh, м 0,017 -0,012 0,073 0,017 -0,013 0,062 0,015 -0,012 0,077 0,011 -0,016 0,072 0,000 0,000 0,000 0,010 -0,002 0,047 0,009 -0,011 0,070 0,005 -0,005 0,090 0,016 -0,006 0,068 0,014 -0,033 0,067 0,015 -0,013 0,082 -0,001 -0,006 0,059 -0,013 -0,011 0,007 0,000 -0,009 0,025 0,013 0,010 0,044 0,013 -0,010 -0,114 0,012 -0,007 0,076 0,000 -0,002 0,025 0,019 -0,005 0,062 0,004 -0,015 0,064 0,028 -0,015 0,082

Таблица 4. Ср. величины компонент вект. смещений и их ср.кв.укл. в мм ΔХ/mx ΔY/my

2010-2009 Группа из 9 пунктов предположительно несмещенных относительно ВГС Сочи (Богушевка, Головинка, Туапсе, Детляжка, Калиновое оз., Каткова Щель, Макопсе, Н.Хобза, ВГС Сочи,) Группа из 9 пунктов с векторами, несколько превысившими СКП (Альтмиец, Бзогу, Б.Кичмай, Дагомыс, Детляжка, Кучук-Дере, Ордынка, Отрадное, Пластунка) Группа из 3 пунктов, векторы которых несколько превысили СКП – (Казачий Брод, Черешня, Школьная). 2011-2010 Группа из 17 пунктов, несмещенных относительно исходного (9 пунктов из первого периода Богушевка, Головинка, Туапсе, Детляжка, Калиновое оз., Каткова Щель, Макопсе, Н.Хобза, ВГС Сочи и 8 пунктов – Татьяновка, Бзогу, Б.Кичмай, Ордынка, Казачий Брод, Черешня, Пластунка, Школьная) Группа из 4 пунктов (Альтмиец, Дагомыс, Кучук-Дере и Отрадное), векторы которых несколько превысили СКП

-3,2 ± 2,7

-2,8 ± 2,0

-10,9 ± 2,3

-2,3 ± 2,8

+12,3 ± 4,5

+2,3 ± 2,5

0,8 ± 5,2

2,1 ± 4,1

8,5 ± 1,7

2,0 ± 1,4

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS В оба периода 2010-2009 и 2011-2009 гг. группа из 9 пунктов с точностью, не хуже величины погрешности измерений, в ряде случаев вдвое лучше, может считаться несмещенной относительно ВГС Туапсе. При этом более чем уверенно подтверждается СКП в разностях измеренных векторов ±5 мм. В первом периоде две оставшиеся группы, в которые входят соответственно 9 и 3 пункта относительно исходной системы испытывают разнонаправленные субмеридиональные смещения (величина ΔY получилась незначительной), максимальная величина которых может быть около 3m, как видно из табл. 4. В первую из них вошли пункты, расположенные вблизи разрывной структуры, отделяющей подзону Северного крыла от подзоны Большого Сочи. Во вторую группу вошли 3 пункта, расположенные в подзоне Большого Сочи, в самой южной ее части, на Воронцовском аллохтоне [11]. Изменения геодезических высот оказались существенными (по ним дисперсионный анализ не выполнялся). При этом следует подчеркнуть, что в разностях координат (величинах векторов смещений) вертикальная компонента, которая измеряется с погрешностью, считающейся по меньшей мере в два раза грубее ошибки плановых компонент, в нашем случае получилась с такой же точностью (первые миллиметры), что и плановые компоненты. Это выявилось по группе несмещенных 16 пунктов (в период 2011-2010) – совмещение по вертикальной компоненте произошло со средним квадратическим отклонением 5,1 мм. В период между циклами 2011-2012 картина заметно меняется, из табл. 3 видно, что для большинства пунктов плановые смещения превышают СКП в 3-4 раза, а вертикальные в среднем составляют около 80 мм. Заметим, что в табл.3 приведены смещения за периоды в один год, т. е. эквивалентные годовым скоростям. Такие большие величины требуют объяснения. Еще раз отметим, что в период 2011-2012

произошли два землетрясения, и статистическая гипотеза для этого периода была категорически отвергнута (табл.2). К тому же вскоре после измерений четвертого цикла в 2012 году произошли еще два землетрясения с наибольшими для данного района магнитудами – вблизи Макопсе в ноябре 2012 г. (М=4,0) и на границе России с Грузией вблизи Теберды в марте 2013 г. (М=5,1). Плановые смещения, составившие 13-20 мм/год явно вызваны происшедшими землетрясениями, но годовые величины вертикальных смещений, достигавшие 100 мм и выше за год, не могут быть объяснены изменениями рельефа, т. к. максимально вертикальные смещения, определяемые геометрическим нивелированием, при землетрясениях такой магнитуды бывали значительно меньше. По-видимому, в сейсмически активных районах изменение сейсмичности вызывает значительные по величине изменения гравитационного поля, что и выявляется в изменениях геодезических высот, слагаемыми которых являются нормальная высота и высота квазигеоида. О путях их определения и раздельного исследования неоднократно писала М.И.Юркина [12, 14-17]. Этот эффект проявился и при анализе вертикальных смещений при обработке повторных спутниковых измерений на Сахалине и в Байкальском регионе. В обоих случаях в один из периодов между измерениями было проявление активной сейсмичности. По всей вероятности, внутрикоровые процессы в таких обстоятельствах могут вызывать подобные эффекты. Необходимо организовать исследования этого эффекта совмещением нивелирных, гравиметрических и спутниковых измерений хотя бы по одному профилю на каждом из действующих в настоящее время ГДП, проложенном вкрест разлома, активность которого заранее установлена. Если этот эффект подтвердится, то авторы предлагают разности геодезических высот назвать параметром Юркиной. Этот параметр может стать гораздо более выразительным

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS при определении сейсмогенных деформаций земной коры, чем изменения положений пунктов и нормальных высот. Для целей прогнозирования опасной сейсмичности, сейсмического районирования и др. геофизических и сследований задача, возможно, упростится, а для определения опасных для строительства ответственных инженерных сооружений разрывных поверхностных смещений используются изменения нормальных высот, определяемых повторным нивелированием. В результате таких исследований может появиться возможность установить закономерные соотношения между теми и другими проявлениями в изменениях высот. Таким образом, по результатам повторных высокоточных спутниковых измерений в полученном материале в вертикальных и горизонтальных смещениях просматриваются четкие закономерности их связи с сейсмичностью. В период 2010-2009 при малых величинах составляющих плановых смещений (табл. 3 и 4) № №

Треугольники

большинство пунктов относительно исходного остались несмещенными, группы пунктов, образовавших совместное смещение в пределах максимальной точности измерений, оказались приуроченными к определенным неотектоническим структурам, т. е. их даже небольшие смещения отражали проявления сейсмичности (рис. 2, 4, 5). На рис. 4 и 5 показаны составляющие векторов смещений в период 2012-2011 гг. В заключительной части согласно схеме вышеприведенного алгоритма в качестве примера подсчитывались инвариантные характеристики в четырех треугольниках сети, форма которых отвечала ограничениям (острый угол не менее 300). Результаты приведены в Табл.5. В каждом треугольнике подсчеты выполнялись для первого интервала между измерениями 20102009 гг. и для последнего – 2012-2011 гг.. В Таблице 6 они записаны соответственно в верхней и нижней строках.

Таблица 5. Инварианты в единицах 6-го знака (10-6) Вращение Угол ω, Θ0, γ1 γ2 γ Δ Е1 Е2 СКП секунды градусы 1,3 0,8 1,5 0,8 2,3 -0,7 -0,05 328 5,1 -2,7 2,3 3,6 1,2 4,7 -2,4 -0,38 131

Каткова Щель– Б.Кичмай-Головинка

Отрадное – Бзогу Альтмиец

-0,5 0,7

0,4 0,1

0,6 0,7

0,4 -0,5

0,9 0,3

-0,2 -1,2

9,0

-0,07 0,05

128 348

Кучук-Дере – Альтмиец - Дагомыс

1,7 1,8

-2,9 3,1

3,4 3,6

-2,9 2,6

0,5 3,9

-6,3 -3,3

17,5

0,22 0,05

59 299

ВГС Сочи – Калиновое озеро Школьная

0,6

1,5

1,6

1,5

3,1

-0,1

0,19

-0,46

-1,0

0,3

1,0

0,9

Данные этой таблицы оказались неинформативными – все инвариантные характеристики не превысили величины СКП. Это объясняется тем, что наша сеть спутниковых станций имеет недостаточную густоту пунктов при такой сложной морфоструктуре. Треугольники объединяют достаточно большие территории с участками, деформированными по-разному,

1,9

-0,1

8,0

где могут соседствовать (как это об ычно бывает при связях деформаций с сейсмичностью) участки растяжений и сжатий, компенсирующие друг друга. При землетрясениях небольшой магнитуды, повидимому, не возникло общерегионального деформирования, подобные характеристики его не выявили. Они удобны в применении к более детальным по структуре сетям.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS

Рис. 4. Изменения геодезических высот в период 2011-2012 гг.

Рис. 5. Плановые смещения за период 2011-2012 гг.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS Выводы 1. В результате проделанной работы в ЦНИИГАиК создана методика обработки повторных спутниковых определений, периодически выполняемых на геодинамических полигонах. Она позволяет выполнять оценку точности, определять степень деформированости наблюдательной сети, и в случае, если критерий деформированности значимый, определять векторы смещений пунктов и деформационные характеристики элементарных фигур сети, изучать их закономерности. С привлечением данных по сейсмичности, морфоструктурному строению, неотектонике, а также данных по предыдущим геодинамическим исследованиям территории ГДП, могут быть получены характеристики смещений, по которым оценивается деформационное состояние территории, отвечающее тому или иному уровню сейсмичности. 2. Примененный здесь метод оценивания точности результатов спутниковых определений как очевидно, является упрощенным по причине того, что авторы не видят возможности строгого определения величины СКП (m). Но на примере применения его к конкретным данным результатов измерений в четырех циклах спутниковых измерений СевероКавказского ГДП такой подход полностью оправдался. При этом следует отметить, что для оценки точности спутниковых измерений американские исследователи не использовали ничего другого, как эмпирический подход. Результаты их исследований и нашего примера практически совпали. Интересно, что СКП ±5 мм – очень устойчивый показатель. Он получился как СКП внутренней точности в Новосибирской сети активных базовых станций АБС [13], при оценке точности первых циклов измерений в спутниковой сети СевероБайкальского ГДП: приблизительно такую оценку разными способами независимо друг от друга

получили соавторы статьи [10] В.Зубинский и Л.Серебрякова. Определяющей в этом смысле можно считать приведенную в начале статьи рекомендацию К. М.Антоновича о том, что исследователь может полагаться на надежность работы высококачественной аппаратуры и всю систему спутниковых определений. Действительно, эта техника работает, практически непрерывно генерируя множество решений по определению положений пунктов. Она настолько высокотехнологична, что на нее м ожно положиться. Приведенные примеры обработки повторных спутниковых измерений показывают, что ее возможности могут превосходить ожидаемые. Получается, что наряду с такими преимуществами спутниковых измерений перед традиционными, как всепогодность, оперативность, удобство применения на местности, многократно расширившиеся возможности охвата территорий и получения одновременно плановой и высотной составляющей положений пунктов, результаты спутниковых измерений имеют немалые преимущества перед традиционными т акже и в отношении обработки и анализа повторных измерений. Стабильность и однородность точности измерений, получение этой точности гораздо выше 10-6, позволяет унифицировать и в какойто степени автоматизировать как полевые измерения, так и их обработку с анализом. Инвариантные характеристики в трехмерной системе координат (трехмерный тензор деформации) по спутниковым измерениям вычислять нецелесообразно, т. к. вертикальная компонента характеризует не только поверхностные деформации, но и внутрикоровые. По своей природе они различны. При продолжении геодинамических исследований на геодинамических полигонах как отмечалось выше, необходимо к спутниковым измерениям

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОДИНАМИКА / GEODINAMICS добавить совмещенные с ними нивелирные и гравиметрические определения. 5. Результаты приведенного анализа показывают, что необходимо пересмотреть «Основные положения» [9]. В них оценка точности каждого класса сети назначалась предположительно. Повидимому, по точности пункты разных классов (ФАГС. ВГС, СГС-1) могут быть получены при принятой практике современных спутниковых измерений одинаково (с точностью не хуже ±5 мм). В таком случае для обеспечения координатной опорной сети страны может быть развита сеть одного класса (к ней будут принадлежать уже созданные сети ФАГС, ВГС и СГС-1), в которой пункты могут быть двух видов – непрерывно работающие и периодически определяемые.

Литература

13.

1. 2.

4. 5.

10.

11.

12.

Антонович К.М., Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. - Т.2, М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. - 359 с. Геодезические методы изучения деформаций земной коры на геодинамических полигонах. Методическое руководство. М .: ЦНИИГАиК, 1985 - 113 с. Докукин П.А., Кафтан В .И., Красноперов Р.И. Влияние формы треугольников сети СРНС на результаты определения деформаций земной поверхности// Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2010. № 5. - С. 6-11. Есиков Н.П. Тектонофизические аспекты анализа современных движений земной поверхности. М.: Наука, 1979. - 182 с. Кафтан В.И. Анализ устойчивости геодезических пунктов и определение векторов смещений земной коры// Геодезия и картография, 1986. № 5. - С .9-13. Научно-технический отчет по разделу 7 государственного задания 2013 г . для ФГБУ «Центр геодезии, картографии и ИПД» «Выполнение работ, связанных с обеспечением функций службы контроля деформации земной поверхности», Этап № 1, «Северо-Кавказский геодинамический полигон». М .: «ЦГК и ИПД», 2013 – 77 с. Несмеянов С.А. Неоструктурное районирование Северо-Западного Кавказа. М.: «Недра», 1992 255 с.

14.

15.

16.

17. 18.

Несмеянов С.А. Инженерная геотектоника, М.: «Наука». 2004. - 780 с. Основные положения о государственной геодезической сети Российской Федерации ГКИНП (ГНТА)-01-006-03- М.: Роскартография, 2004. Серебрякова Л.И., Горобец В .П, Сермягин Р.А., Басманов А.В., Буртовой В.В., Ватамановский Э.А., Насретдинов И.Ф., Пикалов О.О., Попадьев В.В., Фролов К .Е.. Начальные циклы высокоточных геодезических измерений на экспериментальном Северо-Байкальском геодинамическом полигоне и их результаты. // Геодезия и картография. – 2010. - № 8. - С. 1120. Серебрякова Л.И., Басманов А.В. Предварительные результаты обработки и анализа повторных геодезических измерений, выполненных на Северо-Кавказском геодинамическом полигоне Росреестра.// Геодезия и картография.// – 2014. - № 4. - С. 4454. Файтельсон А.Ш., Юркина М.А. Влияние изменений силы тяжести на результаты повторного нивелирования. Доклады АН СССР, том 213, № 6, М.: С. 1274-1275. Шендрик Н.К. Возможности использования пунктов Международной геодинамической сети и системы ITRF для геодезического обеспечения территории Новосибирской области.// Геодезия и картография. – 2013. - № 12. - С. 2-5. Юркина М .И. О совместном определении изменений гравитационного поля и вертикальных движений по повторным гравиметрическим и нивелирным наблюдениям.// Геодезия и картография. – 1986. - № 11. - С. 6-10. Юркина М.И. Определение изменений гравитационного поля через функцию Стокса и простой слой. В кн. “Повторные гравиметрические наблюдения», Вопросы теории и результаты. (сб. научн. тр.).// М., изд.МГК. – 1986. - С.13-18. Юркина М.И. Исследования по совместному определению изменений земного гравитационного поля и вертикальных движений земной коры по повторным гравиметрическим и нивелирным наблюдениям.// - В кн. Повторные гравиметрические наблюдения, Сб. научн. тр. совещания Комис. по изуч. неприливн. изм. силы тяжести. М.: - 1988. - С. 6-22. Юркина М.И. Некоторые задачи отсчета при изучении вертикальных движений земной коры.// Геодезия и картография. – 1993 - № 1. С.18-21. Eckl M.C. and al. Accuracy of GPS-derived relative positions as a function of interstation distance and observing-session duration [Text]. J. of Geodesy. – 2001. – Vol. 75, No. 12. – P 643-640

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS УДК 550.380.8

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ НАЗЕМНОЙ МАГНИТНОЙ СЪЕМКИ В НЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СЛАБОКОНТРАСТНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ПРИМЕРЕ ПЕРСПЕКТИВНОЙ НА УГЛЕВОДОРОДЫ ТЕРРИТОРИИ PROCESSING OF HIGH-PRECISION MAGNETIC SURVEY IN CONTINUOUS MODE FOR REVEALING OF WEAKLY CONTRASTING OBJECTS AT EXPLORATION OF OIL-BEARING AREA Муравьев Л.А. / Muravyev L.A. Кандидат технических наук, научный сотрудник Института геофизики им.Булашевича Уральского отделения Российской академии наук / Candidate of technical sciences, research associate, Institute of geophisics Ural branch of Russian Academy of Sciences e-mail: mlev@mail.ru Аннотация: Предлагается технология выделения слабоконтрастных магнитных аномалий, связанных с особенностями геологического строения осадочного чехла по результатам пешеходной наземной магнитометрической съемки. Рассмотрены методические особенности проведения магнитной съемки при непрерывном перемещении оператора с магнитометром по маршруту. Предложен способ уравнивания полевых записей вариации геомагнитного поля с помощью магнитограмм ближайшей обсерватории. Фильтрация результатов съемки производится путем пересчета в верхнее полупространство на небольшую высоту. Локальные аномалии находятся как разность между пересчитанными и усредненными значениями магнитного поля вдоль профилей. Достоверность полученных результатов оценена на повторных контрольных измерениях.

Abstract: We offer the technology to reveal faint anomalies, associated with the geology of the sedimentary cover by results of the terrestrial ground magnetic survey. Methodical peculiarities of magnetic survey with continuous movement of the magnetometer on the route are described. A method for adjustment of field geomagnetic variations recordings using nearest observatory magnetograms is offered. Filtering of the survey results is carried out by applying the upper transformation. Local anomalies are the difference between the transformed and averaged values of the magnetic field along the profile. Reliability of the results is estimated by repeated measurements.

Ключевые слова: магнитометрия, интерпретация, глубинное строение, микромагнитная съемка, методика, обработка, локальные аномалии, слабоконтрастный объект.

Keywords: magnetometry, inversion, deep structure, micromagnetic survey, methodic, processing, local anomalies, weakly contrast object.

Введение

производится по методу аналогии с соседними площадями. В связи с уменьшением количества не открытых структур антиклинального типа, повышением интереса к поискам ловушек углеводородов неантиклинального типа, требованиями к эффективности и стоимости разведочных работ, в нефтяной геофизике возрастает актуальность «легких» методов, таких как магнитометрия.

Современные методы распознавания геологических структур с целью дальнейшего подсчета и обоснования залежей углеводородов в основном заключаются в предварительном построении геологических моделей по данным сейсморазведки. При этом по сейсмическим характеристикам выделяются локальные структуры, находящиеся на глубине. Распознавание геологических структур

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS Существующая сейчас магнитометрическая и гравиметрическая аппаратура позволяет со сравнительно небольшими затратами получать достаточно точную и детальную информацию о геопотенциальных полях. Современные технологии их интерпретации дают информацию строении участка, которая может служить «нулевым» приближением для дальнейшего изучения участка более затратными геофизическими методами. Проведение магнитной съемки высокой детальности дает возможность выявления в геологической среде слабоконтрастных и малоразмерных объектов[1], которые могут быть индикаторами наличия нефтяной залежи. Известно, что зоны нефтегазоносности в магнитном поле часто проявляются локальными аномалиями. Их формирование вызвано процессами миграции метана и сероводорода из зон нефтяных ловушек в вышележащие слои и образованию магнетита [2]. Морфология данных аномалий может иметь сложную форму и характеризует структуру залежи [3]. Сложность выявления и изучения данных объектов и аномалий от них обусловлена тем, что геофизические наблюдения проходят на фоне помех совершенно разной природы [4]. Такими помехами могут быть: градиенты магнитного поля от других геологических тел, в том числе региональные аномалии, иные геологические неоднородности; вариации земного магнетизма и техногенные магнитные помехи; погрешности приборов и методики измерений. Для надежного выявления данных слабоконтрастных микромагнитных особенностей и последующей интерпретации с применением современных компьютерных технологий необходима методическая проработка процедуры получения надежных исходных данных магнитометрии.

Для регистрации геомагнитного поля нами использован ядерно-прецессионный магнитометр POS на основе процессорного оверхаузеровского датчика, обладающий высокой градиентоустойчивостью, возможностью сохранения данных в энергонезависимой памяти и реализацией подключения навигационного приемника GPS для определения координат точки измерения. В настоящее время прибор производится серийно в лаборатории квантовой магнитометрии УГТУ-УПИ [5]. Проведенные в лабораторных и обсерваторских условиях эксперименты позволили определить при отсчетной величине 0,001 нТл, абсолютную точность прибора ±0.5 нТл, стабильность до 0.05 нТл/год и чувствительность до 0.02 нТл [6]. Магнитометр POS представляет собой процессорный оверхаузеровский датчик, состоящий из двух составных частей: первичный преобразователь и блок электроники, а также полевое компьютерное устройство накопления информации. В первичном преобразователе происходит формирование сигнала свободной прецессии ядерной намагниченности рабочего вещества. Конструктивно преобразователь размещён в цилиндрическом корпусе и состоит из приёмно-поляризующих низкочастотных катушек, помещённого в них рабочего вещества и высокочастотного контура, необходимого для создания резонансного электромагнитного поля. Управление и обмен информацией с датчиком осуществляется по последовательному порту COM (RS-232). Датчик магнитометра крепится в рюкзаке за спиной у оператора, что позволяет легко перемещаться с прибором по пересеченной местности (рис.1.) Основные метрологические характеристики прибора а также их сравнение с характетистиками аналогичной аппаратуры зарубежных производителей приведены в статье [7]. При наземных пешеходных магниторазведочных работах, как правило,

Магнитометрическая аппаратура и особенности непрерывного режима наземной магнитной съемки

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS применяется режим измерений в конкретных, закрепленных жестко на местности пунктах наблюдений. Согласно инструкции по магниторазведке [8], это требование является обязательным для магнитных съемок повышенной точности. Естественно, необходимость инструментальной разбивки сети наблюдений, и четкая фиксация датчика прибора на измеряемой точке – существенно

снижают скорость выполнения магнитометрических работ. При этом, непрерывный режим сбора данных на съемочном маршруте реализован практически во всех современных моделях пешеходных геомагнитометров: отечественных оверхаузеровских POS, зарубежных квантовых Scintrex, GEM, Geometrics.

Рис. 1. Оператор с магнитометром POS при перемещении по профилю. Особенности применения непрерывного режима измерений магнитного поля в пешеходной магнитометрии рассмотрены в публикации [9]. Первая из них - усреднение значения магнитного поля за время измерения. Процесс измерения длится определенное конечное время. При этом чувствительный элемент прибора перемещается из одной точки в другую. Фактически магнитометром

фиксируется некое усреднение значения поля вдоль пути перемещения его датчика. При пешеходной магнитометрической съемке используется стандартная высота датчика над землей и ближайшими магнитоактивными источниками – 2 метра. При частоте измерений раз в секунду и средней скорости оператора, одно измерение приходится на метр маршрута. При наличии интенсивных пространственных градиентов

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS магнитного поля такое усреднение может существенно повлиять на итоговую точность съемки. Возникает динамическая погрешность измерения, величину которой можно оценить с помощью экспериментальных измерений в переменных магнитных полях низкой частоты. Вторая особенность – существование погрешности в определении координат точки наблюдения. Основным методом определения координат точек измерения в настоящее время стало спутниковое позиционирование. Стационарные двухчастотные приемники GPS геодезического класса, обеспечивающие в дифференциальном режиме точность до нескольких миллиметров, не могут применяться совместно с пешеходным магнитометром. Эта аппаратура является магнитной, имеет значительный объем, вес. Кроме того, при пешеходной магниторазведке измерительный маршрут может проходить через участки с плохой видимостью спутников, например густой лес. В этой ситуации уверенно работает только GPS навигационного класса. Для натурной оценки точности определения координат, нами проведены мониторинговые наблюдения навигационными приемниками Garmin в течение нескольких часов в одной точке. При наилучших условиях видимости спутников, такие приборы позволяют получить координаты с точностью от десятков до единиц метров. В то же время, при плохой видимости спутников, точность может ухудшаться до сотен метров [10]. Требования топографо-геодезическому обеспечению в геологоразведке закреплены инструкцией [11]. Указанная величина погрешности допустима для магниторазведочных работ до масштаба 1:50 000. На реальном объекте с его особенностями строения верхней части разреза и расположением магнитоактивных объектов, мы имеем фактическую ситуацию, которая отражается в виде шума, добавляющимся к результатам измерений.

Помимо рассмотренных выше факторов, на его величину, а значит и достоверность выявления аномалий магнитного поля, влияет также и неравномерность скорости движения оператора по съемочному маршруту. Окончательной, интегральной оценкой достоверности результата съемки будут являться контрольные повторные измерения, проводимые в соответствии с инструкцией по магниторазведке [8]. Особенности полевых магнитометрических работ Технология наземной магнитометрии в режиме непрерывных измерений в объеме 420 км профилей была опробована во время проведения геофизических работ на одном из перспективных на углеводороды участков Тюменской области. Основная часть участка размером 18 на 20 км отработана с использованием протонных магнитометров POS-1. Одновременно на объекте проводились гравиметрия и сейсмические исследования по общей сети профилей. Общее время, затраченное на магнитную съемку, составило 30 рабочих дней. Аппаратура POS показала хорошую работу при температурах до -30° С. Для определения координат точек наблюдения в полевых работах были использованы приемники Garmin GPS II+ и III+, подключенные к магнитометру. Первичная обработка результатов магнитной съемки заключается в следующем. Записи измерений, находящиеся в памяти накопителя данных магнитометра передаются на компьютер. Используется программа DLPOSExplorer, входящая в комплект поставки магнитометра. В виде текстового файла сохраняется информация об измеренном значении магнитного поля, дате и времени измерения, оценка его качества и привязка к пикету или координаты. Процедура обработки включает пересчет координат из геодезических в прямоугольные, а также введение поправки за вариации геомагнитного поля по файлу данных вариационной станции. Для

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS первичной обработки результатов съемки автором создана программа Surv, выполняющая эти действия в автоматическом режиме [12]. Интерфейс программы изображен на рис.2. Программа позволяет производить осреднение, фильтрацию данных, вывод графиков, а также обработку результатов съемки в непрерывном режиме: сглаживание координат, получение координат пикетов из значений координат, определенных на соседних точках. Последняя функция связана с особенностью регистрации результатов измерения в п риборе: для каждой точки сохраняется либо координата, либо номер пикета. Поэтому координаты

пикетов определяются по соседним точкам измерений, имеющим привязку GPS. Процедура пересчета координат точек измерения в плоские прямоугольные в принятой на территории России проекции Гаусса-Крюгера выполнена по алгоритму ГОСТ Р 51794-2001, а в плоские в мировой системе UTM по формулам, указанным в [13]. Файл результата содержит все исходные данные, а также значения поля с поправкой за вариацию и прямоугольные координаты каждого пункта измерения. Дальнейшая обработка данных и построение карт магнитного поля может быть проведены с использованием стандартных программных продуктов Surfer, Grapher, Oasis Montaj.

Рис. 2. Пример рабочего окна программы учета вариации Surv. Учет вариации геомагнитного поля при многодневной съемке

случае регистрация вариаций магнитного поля Земли осуществлялась непосредственно вблизи изучаемого участка аналогичным магнитометром POS-1. Инструкция по магниторазведке предписывает располагать

При проведении магнитных съемок необходимо учитывать и исключать вариации геомагнитного поля. В нашем

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS магнитовариационную станцию вдали от промышленных источников помех, линий электропередач, дорог с интенсивным движением транспорта, и т. д. Но конкретные условия проведения работ могут не предполагать возможности размещения вариационного прибора вдали от помех. В нашем случае базовый магнитометр был установлен в спокойном магнитном поле с горизонтальным градиентом, не превышающем 3 нТл/м. Место его установки выбрано вблизи базы экспедиции, на окраине поселка, что диктовалось необходимостью обслуживания прибора, замены батарей, передачи записанных данных на компьютер для оперативной обработки. Полностью избежать влияния техногенных магнитных помех в данном месте не удалось. Их влияние выражалось в виде происходящих несколько раз в сутки сдвигов магнитного поля на небольшую величину, до 5 нТл. Изменения поля были обусловлены передвижением автотранспорта с одной точки в другую на расстоянии не ближе 100 м от магнитного датчика и хорошо выявлялись на первичных записях магнитного поля. Все магнитные записи перед введением поправки за вариацию был проверены. За собственно время движения оператора с магнитометром по профилю, этих сдвигов не наблюдалось (рис. 3, кривая а), то есть в пределах каждой записи вдоль профиля поправка за вариацию введена корректно. Проблему вызывает только процедура «сшивки» отдельных фрагментов профилей, выполненных в разные дни. Отчасти проблему «сшивки» позволило бы решить ежедневное проведение замеров магнитного поля полевым магнитометром на контрольной точке, удаленной от помех. Более точный результат позволило получить применение данных магнитной обсерватории Арти в качестве опорных. Расстояние по прямой между объектом и обсерваторией составляло 560 км, ход вариаций в этих двух пунктах нельзя назвать синхронным. Однако, путем

сравнения каждого файла полевой вариации с обсерваторской записью (рис. 3 кривые а, б) можно найти индивидуальное значение сдвига, которое применялось к каждой записи магнитного поля на профиле. Это позволило получить достоверную, целостную картину магнитного поля вдоль каждого профиля (рис.4 кривая б) и с достоверностью утверждать, что все особенности аномального магнитного поля отвечают магнитоактивным геологическим объектам. Все время проведения полевых работ базовый магнитометр работал в автоматическом режиме с периодичностью записи – от 3 до 15 секунд. Погрешность синхронизации рабочих магнитометров и магнитовариационной станции не превышала 0,1 сек. Для обеспечения указанной точности ежедневно перед началом полевых наблюдений осуществлялась синхронизация часов полевого магнитометра и магнитовариационной станции с помощью встроенной в эти приборы функции [14]. Перед проведением синхронизации встроенные часы накопителя данных корректировались по всемирному времени с помощью подключенного к прибору приемника GPS. Выделение магнитного неоднородностей осадочного чехла

поля

На рис. 7 приведена общая карта магнитного поля участка. Предварительная интерпретация выполнена с применением технологии решения трехмерной обратной задачи магнитометрии на основе адаптивного метода Adm-3d [15]. Результатом стала послойная магнитная модель глубинного строения участка, приведенная в публикации [16]. Полученное предварительное решение показало, что наблюдаемые магнитные аномалии вызваны неоднородностями среды, расположенными на глубинах порядка 3-4 км. Контраст в магнитных свойствах вышележащих слоев выражен слабее.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS

Рис. 3. Уравнивание полевых записей вариации геомагнитного поля по опорным магнитным данным обсерватории: а - вариация в обсерватории, б - вариация, записанная в поле; в – то же, с учетом сдвигов.

Рис. 4. Введение поправки за вариацию в съемку по профилю, проведенную в течение нескольких дней: а – исходные полевые измерения; б – профиль с введенной поправкой за вариацию; в – поправка за вариацию.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS Анализ изменения поля вдоль профилей показывает, что помимо плавно изменяющегося в течение многих километров аномального магнитного поля амплитудой до 400 нТл, на некоторых участках профилей регистрируются менее протяженные с меньшей амплитудой аномалии. В основном, величина их составляет до 50-100 нТл, протяженность – от 50 до 500 метров. Можно сделать предположение о примерно такой же глубине залегания источников этих аномалий – в осадочном чехле [2, 4]. Для достоверного выявления указанных локальных аномалий на фоне влияния глубокозалегающих магнитоактивных тел рассмотрено несколько вариантов обработки исходных данных. Найдем разницу между магнитным полем модели, полученной с помощью адаптивного метода Кочнева и реальных результатов измерения и сгладим ее. Для сглаживания выберем процедуру RLOESS пакета MATLAB (робастная взвешенная локальная квадратичная регрессия, менее чувствительная к выбросам данных, [17]). Параметр сглаживания отождествляется с размером окна, в котором производится обработка. Выполним сглаживание с параметром, отвечающим ширине ок на в 50 м и 400 м. Разность между этими кривыми можно отождествлять с локальными аномалиями. Пример профиля, обработанного таким образом, приведен на рис. 5. Алгоритм, основанный на усреднении, работает недостаточно хорошо на тех профилях, где исходный сигнал зашумлен. Появляются ложные аномалии. Требуется подбор параметров усреднения, для каждого профиля индивидуально. В качестве более эффективного метода фильтрации помех применим трансформацию магнитного поля – пересчет в верхнее полупространство [18]. В двумерном варианте на дискретно заданной сетке исходных данных вычислительная схема определяется формулой:

U k ( xi ' , H ) =

⋅∑ k

H ⋅ U k ( xk ,0) ⋅ Δx ( xk − xi ' ) 2 + H 2

здесь xk , xi ' - координаты точек измерения поля; U k ( xk ,0) - вектор исходных данных на высоте H=0; U k ( xi ' , H ) - вектор результатов пересчета на высоту H; Расстояние между точками измерений Δx может быть как постоянным, так и переменной величиной в пределах профиля. Для обеспечения п остоянного шага возможна интерполяция результатов измерений на регулярную сеть координат. В среде MATLAB, ориентированной на матричные вычисления, приведенная формула легко записывается в виде произведения матрицы на вектор исходных данных, и позволяет быстро получать серии пересчетов на ряд высот. Рисунок 6 на примере одного из профилей демонстрирует исходное измеренное аномальное магнитное поле (а), и его значения, пересчитанные на высоты 5, 10, 20, 50 и 100 м (кривые б - е). Высота пересчета 20 метров (кривая г) наиболее характерно отражает локальные аномалии. Случайные выбросы, обусловленные приповерхностными металлическими объектами, пропадают. Для получения собственно локальных аномалий, используем разницу между полем, пересчитанным на 20 м и сглаженными той же процедурой RLOESS значениями. Кривая отражена на рис.6 внизу, кривая ж. Профиля локальных аномалий приведены на рис. 7 поверх карты магнитного поля участка. Некоторые особенности магнитного поля проявляются на соседних профилях, однако небольшая протяженность некоторых аномалий не дает возможности увидеть эту корреляцию в масштабе приведенной карты. В скользящем окне длиной 1 км выполним усреднение модуля указанной локальной составляющей магнитного поля. Кривая з на рис. 6. Данный параметр может быть построен на площадной карте.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS

Рис. 5. Пример результатов обработки одного из профилей сглаживанием с помощью процедуры усреднения rloess: а – исходное магнитное поле; б – рассчитанное с помощью программы ADM поле модели; в – разность между исходным полем и рассчитанным (остаточные аномалии); г – остаточные аномалии, усредненные процедурой rloess с параметром 50 м; д – то же, с параметром 400 м; е – локальные аномалии.

Рис. 6. Пример результатов обработки одного из профилей с помощью пересчетов в верхнее полупространство: а – исходное магнитное поле; пересчитанные вверх значения поля, на высоту: б – 5 м, в – 10 м, г – 20 м, д – 50 м, е – 100 м; ж – локальные аномалии; з – локальные аномалии, усредненные в окне 1 км.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS Распределение усредненного модуля интенсивности локальных аномалий по площади участка приведено на рис. 7, желто-синей заливкой. Его интенсивность приведена в относительных единицах, максимальное в пределах площади значение взято за единицу. Значения меньше 0.2 на карте не приводятся, таким образом, отражены только области с повышенной величиной локальной составляющей поля. Для возможности выделения линеаментов, имеющих техногенное происхождение, на карте отражены имеющиеся на участке грунтовые автодороги, шоссе и линия электропередач. Часть выявленных микромагнитных аномалий находится вблизи их, однако непосредственно вблизи данных техногенных источников съемка не проводилась, все данные участки профилей были исключены из обработки. Ряд микромагнитных аномалий группируется в некоторый контур, обозначенный на рис.7 буквой д. Некоторые линеаменты можно сопоставить с зонами нарушения сплошности, в частности с проходящим через участок среднепозднепалеозойского сбросом в складчатом основании [19].

сглаженную сетку координат, и находить разности интерполированных значений. Затем среднеквадратичное отклонение попарных разностей вычисляется по стандартной формуле. Для оценки достоверности предложенной технологии выявления локальных аномалий, процедура проведена всех контрольных измерений, проведенных на участке согласно инструкции в объеме 5% от общего количества измерений. Рис. 8 отражает выделение локальных аномалий по рядовым и контрольным измерениям на одном из профилей. Полученная указанным образом погрешность обработки контрольных измерений на разных профилях составляет от 1,2 до 0,8 нТл, что говорит о достоверности как качественных так и количественных оценок. Выводы Магнитометрические измерения в непрерывном режиме непосредственно при движении оператора по маршруту позволяют при неизменных затратах на осуществление съемки получать более детальную информацию о распределении магнитного поля, а следовательно о геологическом строении исследуемого объекта. При проведении магнитных съемок масштаба до 1:50 000 по данной методике определение координат точек наблюдения можно производить с помощью навигационного приемника GPS, конструктивно связанного с магнитометром. Применение непрерывного режима магнитных измерений позволяет выявлять слабоконтрастные в геомагнитном поле малоразмерные геологические особенности, в частности в верхней части разреза на фоне более протяженных и интенсивных аномалий от глубинных магнитоактивных тел. Данные объекты могут служить индикатором находящихся на глубине структур, обладающих коллекторскими свойствами.

Оценка достоверности обработки на контрольных измерениях Согласно инструкции по магниторазведке [8], для оценки качества магнитометрической съемки проводятся контрольные измерения. В случае непрерывного режима таким контролем будет повторное прохождение одного и того же участка съемочного маршрута. Таким образом, оценивается сразу общая погрешность съемки, в которую включается погрешность измерения магнитного поля и погрешность определения координат. При этом прямое сопоставление затруднено, т. к. рядовое и контрольное измерения могут не попасть точно в одну точку. Можно провести интерполирование обоих серий измерений на одну общую регулярную

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS

Рис. 7. Магнитное поле участка и выделенные локальные аномалии вдоль профилей измерения: а – изолинии полного вектора аномального магнитного поля; б – остаточные локальные аномалии; в – шоссе и грунтовые дороги; г – линия электропередач; д –контур, объединяющий расположение наибольших амплитуд локальных магнитных аномалий.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS

Рис. 8. Локальные аномалии, выделенные по рядовым и контрольным измерениям на одном из профилей: а – рядовые полевые измерения; б – контрольные полевые измерения в – рядовые измерения, пересчитанные на 20 м; г – контрольные измерения, пересчитанные на 20 м; д – локальные аномалии, выделенные по рядовым измерениям; е – локальные аномалии, выделенные по контрольным измерениям. Таким образом, проведение магнитометрических исследований на современном аппаратурном и методическом уровне дают дополнительную информацию для прогнозирования перспективных участков, на которых можно более корректно планировать сейсмические исследования и выбирать положение поисковых скважин. Автор выражает глубокую благодарность Ю.К.Доломанскому за идею и ценные обсуждения данной работы.

Литература 1.

Никитин А.А. Теория и методы выделения слабоконтрастных объектов в геофизических полях / А.А. Никитин // Геофизика №2-2001. М.ЕАГО, 2001 – СC.918. Donovan T.J. Aeromagnetic detection of diagenetic magnetite over oil fields / Donovan T.J., Forgey R.L., Roberts A.A. // A.A.P.G. Bulletin. –V.63, N 2. –1979. PP.245-248

Берёзкин В.М. Новые возможности аэромагниторазведки при поисках на нефти и газа / Берёзкин В.М., Будагов А.Г., Филатов В.Г., Дорофеев И.Ф., Булычев Е.В. // Прикладная геофизика. – Вып.131. – М.: Недра, 1994. – СC.217-226. Ревякин П.С. Высокоточная магниторазведка // П.С. Ревякин, В.В. Бродовой, Э.А. Ревякина. – М.: Недра. –1986. – 272 c. Сапунов В.А. Современные протонные оверхаузеровские магнитометры: возможности и перспективы в области геологоразведки / В.А. Сапунов, Д.В. Савельев, О.В. Денисова, С.Е. Киселев, А.Ю. Денисов, А.А. Сабанин // Геологической службе России 300 лет. Международная геофизическая конференция: Тез. докл. – СПб, 2000. – СC. 290-292. Sapunov V. Metrology of proton and Overhauser magnetometers / V. Sapunov, A. Denisov, O. Denisova // Contributions to Geophysics & Geodesy. – 2000. V.30. – N.2. – P.149.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОФИЗИКА / GEOPHYSICS 7.

10.

11.

12.

13.

Муравьев Л.А. Полевые исследования метрологических характеристик современных пешеходных магнитометров [Электрон. ресурс] / Л.А. Муравьев // Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». – №1, 2011. М.: ООО «ГеоДозор». – СC. 50-67. – Режим доступа: http://geoscience.ru/wp-content/uploads/GeoScience-012011-p-50-67.pdf. Инструкция по магниторазведке. Наземная магнитная съемка. Аэромагнитная съемка. Гидромагнитная съемка / под научной редакцией Ю.С. Глебовского, В.Е.Никитского. – Л.: Недра, 1981. – 264 с. Муравьев Л.А. Некоторые особенности непрерывного режима наземной магнитной съемки / Л.А. Муравьев // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы XXXVI сессии Международного семинара (г. Казань, 26 – 31 января 2009 г.) / Сост. Н.Н. Равилова. – Казань: Изд-во Казан. гос. ун та, 2009. – СC. 240-241. Муравьев Л.А. Возможности высокочувствительных магнитомет-ров POS при проведении геомагнитных съемок / Л.А. Муравьев // Уральский геофизический вестник. – 2007. – №1(10). – Екатеринбург: УрО РАН. – СC. 56-60. Инструкция по топографо-геодезическому и навигационному обеспечению геологоразведочных работ. – Новосибирск: СНИИГГиМС. – 1997. – 106 с. Муравьев Л.А. Программа обработки данных магнитометрической съемки SURV. Св-во об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007610859 / Роспатент. – 2007 г. Snyder, J. P. Map Projections-A Working Manual. U. S. Geological Survey Professional

14.

15.

16.

17.

18.

19.

Paper 1395 / Snyder, J. P. // Washington, DC: U. S. Government Printing Office. – 1987. Муравьев Л.А. Требования к точности синхронизации моментов измерения магнитного поля для выделения тектономагнитных сигналов / Л.А. Муравьев // IV Уральская молодежная школа по геофизике. Учебно-научные материалы. – Пермь: Горный институт УрО РАН, 2003. – СC. 136-137. Kochnev V.A. The technology of forward and inverse modeling for 3D and 2D magnetic data / V.A. Kochnev, I.V. Goz // Exp. Abstr. of International Geophysical Conference & Exhibition. – Moscow, 2003. PS9. – 4 p. Муравьев Л.А. Возможности магнитометрической съемки в непрерывном режиме при исследовании нефтеперспективного участка [Электрон. ресурс] / Л.А. Муравьев // Электронный научный журнал “Нефтегазовое дело”. – 2007. – 11 c. – Режим доступа: http://www.ogbus.ru/ authors Muraviev/Muraviev_1.pdf. Cleveland, W. S. Locally Weighted Regression: An Approach to Regression Analysis by Local Fitting / Cleveland, W. S., and S. J. Devlin // Journal of the American Statistical Association. – Vol. 83. – 1988. PP. 596–610. Блох Ю.И. Количественная интерпретация гравитационных и магнитных аномалий / Блох Ю.И. // М.: Издательство МГГА. – 1998. – 88 с. Карта разломов территории СССР и сопредельных стран. Масштаб 1:2500000 / Ред. А.В.Сидоренко // М.: НПО "Аэрогеология". – 1980.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

УДК 528.8

ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОЩАДИ НАРУШЕННЫХ ПОЧВ САДОВО-ДАЧНЫХ УЧАСТКОВ В ПОДМОСКОВЬЕ, ВЫЯВЛЯЕМОЕ ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ LANDSAT CHANGE OF ACREAGE OF DISTURBED SOILS OF GARDEN- SUMMER-RESORT AREAS IN MOSCOW REGION, REVEALED BASED ON LANDSAT SATELLITE DATA Жоголев А.В. / Zhogolev A.V. Младший научный сотрудник отдела генезиса, географии, классификации и цифровой картографии почв Почвенного института им. В .В. Докучаева / Junior research associate of the genesis, geography, classification and digital mapping of soils department of Dokuchaev Soil Science Institute e-mail: jars@bk.ru

Савин И.Ю. / Savin I.Yu. Доктор сельскохощяйственных наук, заместитель директора по научной работе Почвенного института им. В .В. Докучаева, профессор кафедры почвоведения, земледелия и земельного кадастра Аграрного факультета РУДН / Doctor of Agriculture, deputy director of Dokuchaev Soil Science Institute, professor of soil science, agriculture and land cadaster department of Agrarian Faculty of PFUR e-mail: savigory@gmail.com

Голосная А.О. / Golosnaya A.O. Cтудент кафедры почвоведения, земледелия и земельного кадастра Аграрного факультета РУДН / Student of soil science, agriculture and land cadaster department of Agrarian Faculty of PFUR e-mail: golos666@me.com Аннотация Архив спутниковых данных LANDSAT TM позволяет проследить изменения площадей садоводачных участков за последние несколько десятков лет, которые могут быть интерпретированы с точки зрения изменения степени нарушенности почв, которая возникает при вовлечении земель в садово-дачное использование. Анализ изменения площади подобных почв на территории ключевого участка в Московской области показал, что площади нарушенных почв местами увеличились на десятки процентов и, в соответствии с положениями по картографированию почв, их ареалы должны отражаться на почвенных картах и учитываться при анализе почвенных ресурсов любой территории.

Abstract

Archive of LANDSAT remote sensing data allows monitoring changes of acreage of disturbed soils of gardensummer-resort areas during last few decades. These changes can be interpreted in terms of soils disturbance rate related to garden-summer-resort using. Analysis of changes of acreage of disturbed soils in Moscow Region showed that it increased by tens percent in some areas and, in accordance with soil mapping manuals, it need to be mapped and considered for soil resources analysis.

Ключевые слова

Keywords

Дешифрирование почв, нарушенные почвы, LANDSAT, картографирование почв, динамика почв.

Soil recognition on satellite images, disturbed soil, LANDSAT, soil mapping, soil dynamics.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

Введение

дистанционного зондирования, так как их границы в большинстве случаев достаточно уверенно определяются на снимках визуально. Для этих целей наиболее удобно использовать данные Landsat 5TM в связи с достаточным пространственным разрешением для выделения массивов дачных и коттеджных поселков, наличием нескольких инфракрасных каналов в разных зонах спектра и большим архивом данных, накопленных с 80-х годов прошлого века (http://glovis.usgs.gov/). К настоящему времени было проведено множество исследований, посвящённых использованию данных Landsat 5TM для дешифрирования растительности, почв, застроенных территорий [1, 2, 4, 7, 8, 9], но разработанных подходов для оценки нарушенности почв в результате дачнокоттеджного строительства до сих пор нет.

Почвенный покров Земли сильно изменен человеком. Выделяют более 10 видов антропогенно обусловленной деградации почв [6]. Согласно результатам международного проекта изучения антропогенной деградации земель Мира GLASOD [6] около 15% всех почв в настоящее время в той или иной степени деградировано. По данным Государственной почвенно-географической базы данных России деградированные почвы занимают около 14.5% всей территории страны [5]. Деградация почв ведет к изменению или полному уничтожению многих важных функций почв, среди которых наиболее важное значение имеют функции почвенного плодородия и поддержания экологического равновесия в биосфере. Значительная нарушенность этих функций ведет к проблемам с производством сельскохозяйственной продукции и ухудшением экологической обстановки. Из всех типов деградации почв наиболее значимые связаны с физическим нарушением самого почвенного тела, которое возникает в процессе строительства зданий и сооружений, а также сооружения коммуникаций. В последние десятилетия в пригородных зонах большинства городов России значительно возросло число дачных и коттеджных поселков. В процессе их создания и подвода коммуникаций и дорог почвенный покров претерпевает существенные изменения. Во многих случаях почвы целиком уничтожаются или запечатываются, а в большинстве – уничтожается верхняя, наиболее плодородная и экологически значимая часть почв. Такие почвы в структуре почвенного покрова густонаселенных районов местами уже занимают более 10% [1] и, в соответствии с традиционными методами составления почвенных карт, должны отражаться на почвенных картах [3]. В качестве источника информации для картографирования таких почв оптимальным выглядит использование данных

Объект В качестве объекта исследований выступает ключевой участок в западной части Подмосковья. Участок площадью 2012км2 расположен в Солнечногорском и Нарофоминском районах Московской области (рис. 1).

Рис. 1. Ключевой участок в Московской области (показан серым цветом) Дачи и сады занимают здесь значительные площади, причем количество дачных и садовых участков существенно

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

возросло в 80-90е годы. Данный участок так же удобен и для разработки методов оценки динамики нарушенности почв. Это связано с тем, что период наиболее активного развития садово-дачного строительства в области полностью покрывается спутниковыми данными Landsat 5TM, которые доступны на Московскую область, начиная с 1984 года по 2011 год. Нарушения почв при организации дач и садов связаны со строительством зданий и коммуникаций, а также с ведением садовоогородного хозяйства. Наибольшее влияние на почвенный покров оказывают жилая застройка, строительство водоемов и проведение коммуникаций. При таком воздействии почвенный профиль полностью уничтожается или же срезаются верхние горизонты почв. Меньшее, но также существенное влияние на почву, оказывает и само ведение садово-огородного хозяйства. При этом верхняя часть почв вовлекается в обработку, удобряется. Поверхность часто нивелируется, или же покрывается насыпным грунтом. Таким образом, почвенный покров дачных и коттеджных поселков является сильнонарушенным. Естественные участки почвенного покрова сохраняются лишь под нетронутой естественной древесной растительностью. На территории исследований существуют различные виды поселков: коттеджная

Номер канала 1 2 3 4 5 6 7

застройка с минимальными территориями садово-огородного хозяйства, садоводческие товарищества с большими территориями садов и огородов, коттеджные посёлки в лесах без садов и огородов и другие. Соответственно, для каждого вида поселков и давности их существования нарушенность почв является разной. Методы В качестве источника дистанционной информации для выявления и оценки нарушенных почв использовался архив спутниковых данных Landsat 5TM, доступный на сайте http://glovis.usgs.gov/. Основные характеристики космических снимков Landsat представлены в таблице 1. Для исследования были отобраны 2 космических снимка Landsat 5TM за следующие даты: 07.08.1986 г. и 28.08.2011 г. Были выбраны позднелетние снимки, так как они наилучшим образом отражают состояние растительности, что важно при выявлении нарушенности почв. Выбранные снимки полностью покрыли территорию ключевого участка. Для космических снимков была уточнена привязка по реперным точкам и векторному слою автодорог проекта «OpenStreetMaps». Ошибки привязки для обоих снимков составили менее одного пикселя.

Таблица 1. Основные характеристики сканера Landsat TM Спектральный Пространственное Полоса Повторяемость съёмки диапазон, мкм разрешение, м обзора, км одной территории, сут 0.450 – 0.515 30 0.525 – 0.605 30 0.63 – 0.69 30 0.75 – 0.90 30 185 16 1.55 - 1.75 30 10.40 – 12.5 120 2.09 – 2.35 30

На предварительном этапе по данным 2011 года была проведена интерактивная визуальная векторизация границ всех дачнокоттеджных участков на территории исследований. В качестве основы для

векторизации использовались снимки LANDSAT, но визуальный контроль качества векторизации осуществлялся с привлечением космических снимков высокого пространственного разрешения.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

Далее для всех выделов дач и коттеджных поселков по спутниковым данным LANDSAT 2011 года съемки выделялись типы наземного покрова, которые затем были интерпретированы с точки зрения нарушенности почвенного покрова. Так выделялись следующие типы наземного покрова:

пикселов было значительно меньше и т.д. Процесс останавливался, когда качество классификации при очередной итерации оставалось таким же как на предыдущей. Аналогичная классификация была проведена и для снимка LANDSAT, полученного в 1986 году. Оценка качества классификации для снимка 2011 года проводилась на основе выборки из 100 точек. Точки опробования выбирались случайным образом так, чтобы число точек каждого класса в выборке было примерно одинаковым. Каждой точке опробования на основе экспертной оценки по снимкам высокого пространственного разрешения присваивался тот или иной класс. Далее результаты визуальной классификации сравнивались с результатами автоматической классификации по снимкам LANDSAT. Для оценки динамики нарушенности почв были построены соответствующие карты нарушенности почв на 2011 и 1986 года. Карта динамики была построена методом «пересечения» карты нарушенности 2011 года и карты нарушенности за 1986. При построении карты на 1986 г од использовалась маска дач и садов 2011 года. Таким образом, в класс почв садов и огородов за 1986 год попали также почвы, которые не использовались в 1986 году в качестве садовых или коттеджных поселков. В рамках настоящего исследования считалось, что почвы сельскохозяйственных полей и почвы садов и огородов имеют примерно одинаковую степень нарушенности, промежуточную по отношению к лесным и запечатанным почвам. Для анализа данных дистанционного зондирования использовался пакет прикладных программ ILWIS v.3.3 (http://www.ilwis.org/).

- запечатанные асфальтом и строениями участки с сильнонарушенным почвенным покровом (практически полностью уничтоженном); - участки с садами и огородами со средненарушенными почвами; - участки с сохранившейся естественной древесной растительностью с ненарушенными или слабонарушенными почвами; - участки с водной поверхностью. Типы наземного покрова выявлялись с помощью автоматизированной классификации по 2, 3 и 4 каналам съёмки. Выбор этих каналов был обусловлен тем, что они наиболее универсальны при оценке состояния растительности и почв, а также при разделении территорий с сильной и слабой застройкой. В качестве правила разделения использовался метод максимального сходства. Классификация проводилась поэтапно: сначала дешифрировались водоёмы, затем части снимков с водоёмами удалялись из рассмотрения, и дешифрировался следующий объект – лесные почвы, далее запечатанные почвы, оставшиеся почвы были идентифицированы как почвы садов и огородов. Дешифрирование объектов одного класса также проводилось в несколько шагов, сначала создавалась обучающая выборка для грубой классификации, чтобы в класс точно попали все дешифрируемые объекты, а затем в несколько шагов проводилась очистка маски интересующего нас класса от посторонних объектов. Например, при дешифрировании воды, на первом этапе дешифрирования в класс водоёмов попали пиксели, от носящиеся к классу лесных почв, на втором этапе таких

Результаты и обсуждение По результатам классификации спутниковых изображений были построены электронные карты нарушенности почв за 1986 и 2011 год, а также карта изменений

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

нарушенности почв. Фрагменты карт нарушенности почв при использовании их в виде садов и дач за 1986 и 2011 года представлены на рис. 2 и 3. На рис. 4 представлен фрагмент карты изменений нарушенности почв.

слабонарушенных и ненарушенных почв под естественной лесной растительностью – около 8%.

Рис. 2. Фрагмент цифровой карты нарушенности почв за 2011 год (1 – водные поверхности; 2 – неизмененные и слабоизмененные почвы под естественной лесной растительностью; 3 – среднеизмененные почвы садов и огородов; 4 – сильноизмененные почвы под дорогами и строениями)

Рис. 3. Фрагмент цифровой карты нарушенности почв за 1986 год (1 – водные поверхности; 2 – неизмененные и слабоизмененные почвы под естественной лесной растительностью; 3 – среднеизмененные почвы садов и огородов; 4 – сильноизмененные почвы под дорогами и строениями)

Оценка точности классификации (сравнение результатов визуальной и автоматической классификации) показало сходимость 93%. Итоговая точность классификации для карты изменений нарушенности почв составила 86%. Оценка ошибки генерализации, рассчитанная путём сравнения снимков Landsat cо снимками высокого пространственного разрешения, составила 95%. Таким образом, качество классификации явилось вполне удовлетворительным. Общая площадь дачно-коттеджных поселков на ключевом участке оказалось равной 20403 га, что составляет 10% от общей площади ключевого участка (201232 га). В их пределах в 1986 году абсолютно преобладали средненарушенные почвы садов и огородов. Доля сильнонарушенных почв под дорогами, зданиями и сооружениями составляла около 15%, а доля

Рис. 4. Фрагмент карты изменения нарушенности почв за период с 1986 по 2011 год при их использовании в виде садов и дач (7 – были ненарушенные и слабонарушенные, стали средненарушенные; 8 – были ненарушенные и слабонарушенные, стали сильнонарушенные; 12 – были средненарушенные, стали сильнонарушенные

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

В 2011 году почти в 2 раза возросла доля почв под дорогами, зданиями и сооружениями и почти в 2,5 раза

уменьшилась доля почв растительностью (табл.2).

под

лесной

Таблица 2. Площадь выделов наземного покрова Площадь в 1986 году, га

Площадь в 2011 году, га

Изменение площади, га

водоёмы

участки с древесной растительностью

1711

684

1027

участки с садами и огородами

15463

13648

1815

запечатанные асфальтом и строениями участки

3134

6038

2904

Суммарная площадь всех выделов, га

Табл.2 дает представление лишь об изменении площадей участков с разным типом наземного покрова, но не отражает изменения площадей нарушенных почв. Для определения их изменений был проведен более детальный анализ переходов из одного класса наземного покрова в другой при сравнении результатов классификации по снимкам 1986 и 2011 годов. Результаты представлены в табл.3. При интерпретации результатов, представленных в табл. 3 учитывалось, что нарушенность почвенного покрова необратима за несколько десятков лет. Поэтому, например, почвенный покров с сильнонарушенными почвами в 1986 году, невзирая на изменение типа наземного покрова, также третировался как сильнонарушенный и в 2011 году. Согласно данным табл.3 доля сильнонарушенных почв на территории исследований за счет развития садовокоттеджных участков в 2011 году увеличилась по сравнению с 1986 годом более чем на 4000 га, доля средненарушенных почв сократилась приблизительно на 3000 га за счет их перехода в сильнонарушенные. На площадь в 1500 га сократилась доля ненарушенных и

20403

слабонарушенных почв за счет их перехода, преимущественно, в средненарушенные почвы. Таким образом, в пределах садовокоттеджных участков на территории исследований в 2011 году более половины почв (62%) было средненарушенными и около 36% – сильнонарушенными. Ненарушенные и слабонарушенные почвы занимают только около 2% их площади. Следовательно, доля средне и сильнонарушенных почв на всей территории ключевого участка в 2011 году оказалась близка к 10%. С учетом других типов нарушенности почв на территории исследований (дороги, строения и т.п.), а не только садово-коттеджных участков, доля нарушенных почв должна быть еще выше. Выводы 1. Разработан подход для выявления и оценки почв, нарушенных в результате их использования в виде садово-коттеджных участков, на основе пошаговой классификации по правилу максимального подобия с использованием 4, 3 и 2 каналов спутника Landsat 5TM.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

Таблица 3. Изменение наземного покрова и нарушенности почв дачно-коттеджных участков 1986 год

2011 год

Площадь, га

Доля от суммарной площади, %

водоёмы

0,1

водоёмы водоёмы водоёмы участки с сохранившейся естественной древесной растительностью с ненарушенными или слабонарушенными почвами участки с сохранившейся естественной древесной растительностью с ненарушенными или слабонарушенными почвами участки с сохранившейся естественной древесной растительностью с ненарушенными или слабонарушенными почвами участки с сохранившейся естественной древесной растительностью с ненарушенными или слабонарушенными почвами участки с садами и огородами со средненарушенными почвами участки с садами и огородами со средненарушенными почвами участки с садами и огородами со средненарушенными почвами участки с садами и огородами со средненарушенными почвами запечатанные асфальтом и строениями участки с сильно нарушенным почвенным покровом запечатанные асфальтом и строениями участки с сильно нарушенным почвенным покровом запечатанные асфальтом и строениями участки с сильно нарушенным почвенным покровом запечатанные асфальтом и строениями участки с сильно нарушенным почвенным покровом

участки с естественной древесной растительностью с ненарушенными или слабонарушенными почвами участки с садами и огородами с сильнонарушенными почвами запечатанные асфальтом и строениями участки с сильнонарушенным почвенным покровом

0,0

0,2

0,1

водоёмы

0,0

участки с сохранившейся естественной древесной растительностью с ненарушенными или слабонарушенными почвами

361

1,8

участки с садами и огородами со средненарушенными почвами

1140

5,6

запечатанные асфальтом и строениями участки с сильнонарушенным почвенным покровом

205

1,0

водоёмы

0,0

299

1,5

11115

54,5

4045

19,8

0,0

0,1

1351

6,6

1758

8,6

20403

100,0

участки с древесной растительностью со средненарушенными почвами участки с садами и огородами со средненарушенными почвами запечатанные асфальтом и строениями участки с сильнонарушенным почвенным покровом водоёмы участки с древесной растительностью с сильнонарушенным почвенным покровом участки с садами и огородами с сильнонарушенным почвенным покровом запечатанные асфальтом и строениями участки с сильнонарушенным почвенным покровом

Суммарная площадь переходов всех типов, га

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

2. С помощью разработанного подхода выделено 3 класса нарушенных почв: запечатанные почвы (сильнонарушенные); почвы садов и огородов (средненарушенные); лесные почвы (слабонарушенные). Точность классификации составила 93%. По результатам классификации построены карты нарушенности почв за 1986 и 2011 года, а также карта изменений за этот период нарушенности почв в результате их использования в виде дач и садов для ключевого участка в Московской области. 3. Выявлен тренд значительного увеличения доли сильно и средненарушенных почв на территории исследований, что диктует необходимость их отражения на почвенных картах и учета при земельнооценочных работах. 4. Представляется возможным более детальное дешифрирование почв по степени их нарушенности с достаточно высокой точностью (более 90%) при более полном использовании всех спектральных каналов спутника Landsat 5TM. 5. Существующий архив спутниковых данных LANDSAT позволяет осуществить подобный анализ и для других пригородных регионов России.

Литература 1. Савин И. Ю. Картографирование экранозёмов Московской агломерации по спутниковым данным Landsat. //Исслед. Земли из космоса. 2013. № 5. С. 55-61 2. Савин И.Ю. О тоне изображения открытой поверхности почв как прямом

дешифровочном признаке // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2013. №71. С. 52-64. Составление областных среднемасштабных почвенных карт Нечерноземья с показом структуры почвенного покрова (рекомендации). М.: Агропромиздат, 1990. 80 с. Статакис Д., Перакис К ., Савин И.Ю. Дешифрирование урбанизированных территории по спутниковым данным Landsat // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 5. С. 22–28. Столбовой В.С ., Савин И.Ю., Шеремет Б.В., Сизов В.В ., Овечкин С.В. Геоинформационная система деградации почв России // Почвоведение, №5, 1999. С.646-651. Oldeman, R.T.A. Hakkeling, W.G. Sombroek. World map of the status of human-induced soil degradation: an explanatory note. -Wageningen: ISRIC: UNEP, 1991. – 35 pp. Robinove, C. J. 1981. The logic of multispectral classification and mapping of land. Remote Sensing of Environment. 11:231-244. Stathakis D., K. Perakis, Savin I. Efficient segmentation of urban areas by the VIBI // International Journal of Remote Sensing, vol. 33, no. 20, October 2011. - pp. 6361 – 6377. Yun Chen, David Gillieson, Evaluation of Landsat TM vegetation indices for estimating vegetation cover on semi-arid rangelands: a case study from Australia Canadian Journal of Remote Sensing, 2009, 35(5): 435-446. © ЖоголовА.В., Савин И.Ю., Голосная А.О., 2014

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

УДК 551.435

ЭРОЗИОННЫЙ РЕЛЬЕФ УЧАСТКА ЯМСКАЯ СТЕПЬ (ПРИРОДНЫЙ ЗАПОВЕДНИК «БЕЛОГОРЬЕ») EROSIONAL RELIEF OF THE SITE YAMSKAYA STEPPE (NATURE RESERVE «BELOGORIE»)

Украинский П.А. / Ukrainski P.A. Кандидат географических наук, младший научный сотрудник ФГБУ «Государственный природный заповедник «Белогорье» / Ph.D. in Geography, Research Associate, FSBO «Belogorie» Nature Reserve e-mail: pa.ukrainski@gmail.com

Щербаков К.В. / Sherbakov K.V. Студент географического факультета, Иркутский государственный университет / Student, Faculty of Geography, Irkutsk State University e-mail: hop.2@mail.ru

Аннотация: Представлены результаты изучения эрозионного рельефа участка Ямская Степь заповедника «Белогорье», полученные на основе дешифрирования космического снимка зимнего периода съемки из мозаики ArcGIS World Imagery. С помощью ГИС-технологий составлена карта эрозионного рельефа и проанализированные пространственные закономерности его распространения. Впервые детально закартографирована сеть потяжин. Охарактеризована форма эрозионной сети и ее густота в различных ландшафтных урочищах Ямской Степи.

Abstract: Are presented the results of scientific researches an erosive relief of Yamskaya Steppe (nature reserve «Belogorie»). The data were obtained on the basis of interpretation of satellite images of winter survey from ArcGIS World Imagery. With the help of GIS technology made a map of erosion relief and analyzed spatial patterns of its distribution. First details mapped gully network. Characterized by erosion form the network and its density in different landscapes Yamskaya Steppe.

Ключевые слова: Дешифрирование, з аповедник «Белогорье», космические снимки, рорельеф, потяжины, эрозия, Ямская Степь.

Keywords: Image interpretation, Belogorie nature reserve, satellite imagery, relief, gully, erosion, Yamskaya Steppe.

Линейную эрозию изучают в основном на пахотных землях. Для пашни эта проблема наиболее актуальна, поскольку сельскохозяйственная обработка почвы часто стимулирует развитие эрозии. Однако, помимо эрозии, обусловленной деятельностью человека, существует и естественная эрозия. Ее в чистом виде можно наблюдать только на территориях, не

затронутых хозяйственной деятельностью человека. Наиболее полно этому условию удовлетворяют особо охраняемые природные территории (ООПТ). В научной работе ООПТ геоморфологические исследования занимают довольно скромное место. Большинство исследований на ООПТ посвящено изучению живой природы. Как известно, она

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

отличается определенной изменчивостью в пространстве и во времени. Поэтому типичная организация научной работы на ООПТ предполагает постоянное и расширяющееся накопление информации о флоре и фауне. Для большей части компонентов неживой природы при отсутствии антропогенного влияния характерна значительная стабильность. Это касается, в том числе, и рельефа. Он обычно изучаются единоразово и по возможности максимально полно [10]. Появление же новых сведений о нем чаще всего бывает связано с внедрением новых технологий и методов исследования, позволяющих существенно детализировать и уточнить имеющиеся представления. Эта работа посвящена эрозионному микрорельефу участка Ямская Степь заповедника «Белогорье». Новые сведения о нем были получены благодаря использованию материалов космической съемки и ГИСтехнологий.

разветвлениями. Разница высотных отметок дна балок и водораздела достигает 100 м. Водоразделы имеют абсолютные отметки 190–230 м. Балки характеризуются крутыми склонами, покрытыми дерниной, поэтому современная эрозия на них выражена слабо. На сегодняшний день известны общие закономерности распространения эрозионных форм рельефа в пределах Ямской Степи, известно расположение крупных лощин и оврагов. Наиболее изученными являются три крупные балки – Суры, Вишняки и Еремкин лог [7]. Менее изучен эрозионный микрорельеф, представленный здесь потяжинами. Под термином потяжины, предложенным В.П. Лидовым, понимаются линейные формы рельефа глубиной до 0,5-0,8 м с плавным сочленением склонов, не всегда имеющие четко выраженные водоразделы. Их роль в концентрации стока больше зависит от их длины, чем от глубины вреза [5]. Потяжины тяжело картографировать наземными методами. Из-за незначительного поперечного перепада высот и небольшой ширины эти эрозионные формы трудно обнаружить при работе на местности. Поэтому при традиционной топографической съемке они чаще всего остаются незамеченными. Но эта проблема достаточно эффективно решается при использовании космических снимков или аэрофотоснимков [3]. Количество мелких форм рельефа (потяжин) и их расположение для Ямской Степи точно не известно. Детальная карта эрозионного рельефа, включающая не только балки, овраги и лощины, но и потяжины, до сегодняшнего дня не была создана. Создание такой карты является основной задачей представленной работы. При описании изучаемой территории и результатов проведенного исследования нами используется ландшафтное деление, приведенное у В. М. Покровской, но с небольшими корректировками [6]. К восьми урочищам, обозначенным у В.М. Покровской, нами добавлены Еремкин лог и балка Вишняки, попавшие в состав заповедника после его территориальных

Исследуемая территория Участок Ямская Степь заповедника «Белогорье» расположен в Губкинском районе Белгородской области, в 10 км юговосточнее города Губкин. Общая площадь участка составляет 566 га. Здесь под охраной находится сохранившийся целинный участок разнотравно-луговой степи. Статус заповедника территория имеет с 1935 года (первоначально в составе Центрально-Черноземного заповедника, а с 1999 в – составе заповедника Белогорье). Поэтому на мезоуровне рельеф участка Ямская Степь изучен давно и достаточно хорошо. Он отображен горизонталями на различных топографических картах вплоть до масштаба 1:10000. Подробный анализ рельефа данной территории изложен в материалах исследования Ю.Г. Пузаченко и др. [7]. Большая часть территории приурочена к водоразделу двух небольших притоков Оскола – Чуфички и Дубенки, и приводораздельным склонам. Поверхность склонов сильно изрезана и дренируется глубокими балками с многочисленными

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

расширений во второй половине XX века. Также в качестве отдельного урочища выделены Котеневские Кусты, охватывающие небольшие рощи в северовосточном углу Ямской Степи (рис. 1).

геометрией. Система координат данных – UTM 37N / WGS 84. При векторизации балок, соответствующий им линейный объект наносился по донному врезу, а при его отсутствии – по тальвегу балки. Если устья потяжин располагались на бровке балки, то потяжина проводилась далее по кратчайшему расстоянию до тальвега балки. По такому же принципу векторизовались промоины на склонах балок, завершающиеся у подножья склона. Для каждого объекта в таблицу атрибутов слоя была занесена длина и тип формы рельефа. Для оценки густоты эрозионной сети использован инструмент «плотность ядер» (Kernel density) из набора инструментов ArcToolBox программы ArcGIS. Радиус поиска при построении растра плотности задан равным 250 м. Такая величина выбрана как с учетом расстояния между отдельными потяжинами, так и с учетом расстояния между группами потяжин по разные стороны от водоразделов.

Материалы и методы Картографирование линейных эрозионных форм выполнено нами в программе ArcGIS 10.1 путем ручной векторизации. В качестве растровой подложки для векторизации была использована мозаика космических снимков ArcGIS World Imagery, которую в ArcGIS версии 10.1 можно в он -лайн режиме подгружать из Интернета в качестве «базовой карты». На момент исследования (июль 2013) территория Ямской Степи в этой мозаике снимков была представлена кадром зимнего периода съемки. Пространственное разрешение данных составляет 0,5 м/пиксель, что достаточно для распознавания верхних звеньев эрозионной сети (рис. 2). Именно благодаря наличию снимка зимнего периода съемки стало возможным решение поставленной задачи. Обычно, для самых различных географических исследований и спользуются снимки, выполненные в теплое время года. Но в последнее время получен опыт, свидетельствующий о том, что для изучения линейной эрозии высокую эффективность показывает применение именно зимних снимков [2]. Этот опыт нашел свое подтверждение и в Белгородской области [4, 8]. Ложбины и потяжины на зимних снимках дешифрируются достаточно четко, чему способствует низкий угол падения солнечных лучей зимой. При этом вся территория находится в одинаковом состоянии, покрытая слоем снега. В таком состоянии различия в растительности не мешают дешифрированию линейной эрозии. Для векторизации эрозионного рельефа был создан шейп-файл с линейной

Результаты Результатом проделанной работы стала карта эрозионного рельефа участка Ямская Степь, представленная на рисунке 3. В электронном виде с полученными данными можно ознакомиться в веб-ГИС заповедника «Белогорье», где они размещены в ресурсах открытого доступа (http://belogorie.maps.arcgis.com) [8]. Приступая к анализу полученных результатов, стоит отметить, что на некоторых участках количество выделенных эрозионных форм может быть занижено. Это связано с тем, что космические снимки при изучении рельефа помимо определенных достоинств имеют и некоторые недостатки. Под лесной растительность, даже зимой, достаточно трудно рассмотреть на снимке мелкие формы рельефа. Поэтому в дубраве Кучугуры могли быть выделены не все эрозионные формы, а только наиболее крупные.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

Рис. 1. Ландшафтное деление исследуемой территории

Рис. 2. Фрагмент использованного космического снимка (слева) и результаты дешифрирования эрозионного рельефа, наложенные на изогипсы (справа)

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

На крутых склонах мелкие эрозионные формы могут быть не распознаны из-за затенения или засветки. Поэтому существует вероятность пропуска промоин при дешифрировании юго-западных и северовосточных склонов Еремкиного лога и балки Вишняки. Но на распознавание потяжин в пределах косимой степи эти факторы не влияют. В целом, несмотря на возможный пропуск некоторых элементов эрозионного рельефа (в основном промоин на крутых склонах), результаты дешифрирования позволяют сформировать верное представление о распространении эрозионных форм рельефа в Ямской Степи. Исследование показало, что на территории Ямской Степи эрозионный рельеф, как нами и предполагалось, не ограничивается только балками, оврагами и лощинами. Существует также развитая сеть более мелких форм рельефа – потяжин. При этом, большая часть протяженности эрозионной сети здесь приходится именно на потяжины. Если общая протяженность выявленной эрозионной сети составляет 49,12 км, то потяжины имеют совокупную длину 35,25 км. Остальное приходится на балки (5,24 км), овраги (1,34), лощины (2,57) и промоины (4,72 км). Таким образом, потяжины являются здесь самой распространенной формой рельефа. Причем они преобладают не только количественно, но и территориально. Потяжины представлены практически на всей территория Ямской Степи. Исключением являются только узкие приводораздельные пространства. Кроме потяжин, нам удалось по снимку выделить промоины, распространенные на склонах балок. Наиболее они распространены на крутом восточном склоне Еремкиного лога. Также представлены они на склонах балки Вишняки у южной границы участка заповедника. А вот в балке Суры промоины отсутствуют. Располагаясь на крутых склонах, промоины отличаются небольшой длиной от 0,2 до 0,18 км. Также на космическом снимке отчетливо видно наличие в Еремкином логу донного вреза,

который не характерен для остальных двух балок. Самое большое распространение потяжины имеют в Лубушевой Степи. А меньше всего их в восточной части заповедника, охватывающей Городническую Степь, урочище Стрелица и Котеневские кусты. Остальные урочища занимают среднее положение между этими крайними вариантами и по количеству потяжин сходны друг с другом. Нагляднее всего распространение потяжин характеризует показатель их густоты. Густота линейных эрозионных форм колеблется от 0 до 13 км/км2. Нулевая и близкая к нулю густота характерна для пространства вдоль основного водораздела, разделяющего бассейны Чуфички и Дубенки. Наибольшая густота характерна для Лубушевой Степи в шестом квартале, где она превышает 9 км/км2. Хотя Лубушева Степь - это самое неоднородное по развитию эрозии урорчище заповедника. Здесь представлены все варианты развития эрозионной сети, от самой густой до самой разреженной. В остальных урочищах густоту эрозионной сети можно охарактеризовать однозначным образом. На втором месте по этому показателю находится верхняя часть балки Вишняки, где она достигает 7-9 км/км2. Третье место делят между собой урочище Косяк и соседние с балкой Суры урочища, в которых густота потяжин колеблется от 1 до 5 км/км2. В общем виде можно сделать вывод, что наиболее густая сеть потяжин совпадает с наиболее длинными склонами. Самый большой участок, на котором отсутствуют потяжины, простирается с запада на восток вдоль основного водораздела, разделяющего бассейны Чуфички и Дубенки. Форма этого участка отдаленно напоминает песочные часы. Наиболее широкий он у границ заповедника во втором и седьмом квартале, а к центральной части заповедника сужается. Во втором квартале самое большое расстояние между потяжинами по разные стороны водораздела составляет 598 м, а в седьмом квартале – 964 м. В наиболее узком месте, на

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

стыке третьего, четвертого, шестого и седьмого кварталов, где находится седловина основного водораздела, расстояние между вершинами соседних потяжин составляет всего 123 м. При этом расстояние между вершинами соседних потяжин, разделенных более мелкими водоразделами, еще меньше. Так потяжины

урочищ Глинище и Косяк отдалены друг от друга в среднем на 200 м, а потяжины выходящие к Вишнякам и Еремкиному логу - всего лишь на 90 м. То есть наблюдается закономерность, что чем меньше по рангу водораздел, тем глубже в его направлении врезаются потяжины.

Рис. 3. Эрозионный рельеф участка Ямская Степь заповедника «Белогорье» Большинство потяжин начинаются и заканчиваются в пределах заповедника. Это характерно для Лубушевой Степи, Городнической Степи, урочищ Глинище и Дубравка. На их территории потяжины

замыкаются на балки. А вот потяжины из урочища Стрелица, Котеневских Кустов и урочища Косяк переходят через границу заповедника. Из первых двух урочищ потяжины вне заповедника выходят к

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

верховьям балки Козиновка, идущей в долину Чуфички (в настоящее балка большая часть этой балки занята хвостохранилищем Лебединского ГОКа). А из урочища Косяк потяжины выходят к западному отрогу балки Суры. В пределах заповедника потяжины являются первым (самым верхним), а в отдельных случаях вторым по счету звеном эрозионной сети. А более крупные формы – лощины балки, занимают третье и четвертое звено в структурной иерархии эрозионной сети. Для описания формы эрозионной сети мы использовали классификацию И.С. Гудилина, разработанную специально для задач дешифрирования эрозионного рельефа по космическим и аэрофотоснимкам [1]. На территории Ямской Степи можно выделить две формы эрозионной сети – древовидную и параллельную, а также одиночные потяжины. Древовидная форма является наиболее распространенной. Она представленная по всей те рритории, за исключением Котневских Кустов, где встречаются только одиночные потяжины. В остальных урочищах потяжины соединяются друг с другом, образуя разветвленную эрозионную сеть. Она бывает чаще компактной формы (как в урочище Косяк и дубраве Кучугуры), или, что реже, вытянутой формы (урочище Глинище, урочище Дубровка). Параллельная же форма эрозионной сети относительно мало распространена. Она характерна для Лубушевой Степи в шестом квартале. Здесь длинные и почти не разветвленные потяжины пересекают ю го-западный склон, переходя в Еремкин лог и продолжаясь вплоть до его днища. Также параллельная форма эрозионной сети характерна для промоин на восточных склонах Еремкиного лога и Вишняков.

2. Полученные в результате дешифрирования космического снимка сведения существенно дополняют и детализируют существующие представления о рельефе Ямской Степи. 3. Впервые получены сведения о количестве, расположении и протяженности сети потяжин в Ямской Степи. 4. Дана характеристика форме и густоте эрозионной сети в различных урочищах Ямской Степи. Литература 1. Гудилин И.С. Дешифрирование рельефа как индикатора элементов геологическогостроения // Труды Моск. об-ва испытателей природы. – 1970. – Т. 36. – С.105-118 2. Кокутин С.Н., Сабиров А.Т., Галиуллин И.Р., Онегов В.Л. Применение космических снимков при изучении развития эрозии в природных ландшафтах Прикамья // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2008. – Т.7. – № 1. – С. 132-137. 3. Колбановский Е.Ю., Брагин П.Н.. Применение данных дистанционного зондирования Земля для территориального планирования. Старые задачи и новые возможности // Геоматика. – 2009 – №2 (3). – С. 83-89 4. Кузьменко Я.В. Применение дистанционного зондирования и ГИС-технологий при анализе верхнего звена эрозионной сети // Материалы Международной научной конференции студентов и аспирантов «Географические исследования: история, настоящее, перспективы», посвященная памяти профессора Г.П. Дубинского (6-8 апреля 2011 г.). – Харьков: ХНУ, 2011. – С. 139-141 5. Лидов В.П.. Процессы водной эрозии в зоне дерново-подзолистых почв. – М.: изд-во МГУ, 1981. – 167 с. 6. Покровская В.М. Описание растительности Ямской Степи // Труды Центрально-Черноземного государственно заповедника. – 1940. – Выпуск 1. – С.369-381 7. Непрерывное слежение за состоянием и динамикой природного комплекса Ямской степи и его компонентов в целях получения оперативной информации по в лиянию Лебединского горнообогатительного комбината на экосистемы заповедника и оценки эффективности мероприятий по сокращению пыления хвостов и защите участка от подтопления. – Книга 2: Съемка и создание геоморфологической и ландшафтной карт территории уч астка «Ямская степь» государственного природного заповедника «Белогорье»: отчет о НИР / ГПЗ «Белогорье»; рук. Пузаченко Ю.Г.; исполн.: Кожаринов А .В.,

Выводы 1. Проведенное исследование еще раз подтвердило полезность использования космических снимков зимнего периода съемки для дешифрирования эрозионного рельефа.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / REMOTE SENSING AND LAND MONITORING

Варлагин А.В., Пузаченко М.Ю., Немыкин А.А. – Борисовка, 2007. - 66 с. 8. Украинский П.А. Оценка земель сельскохозяйственного назначения по показателям плодородия для дистанционного мониторинга (на примере Белгородской области): автореф. дисс. … канд. геогр .наук: 25.00.26. – Белгород, 2011. – 23 с. 9. Украинский П.А., Пожванов Г.А. Веб-ГИС заповедника Белогорье: р азработка, назначение,

специфика // Материалы научно-методического семинара "ГИС и заповедные территории" (13-14 апреля 2013 г ., Харьковская обл., Краснокутский р-н., пгт. Краснокутск). – Харьков: Мадрид, 2013. – С. 26-29табл.. Филонов К.П., Нухимовская Ю.Д. Летопись природы в заповедниках СССР. – М.: Наука, 1990. – 143 с.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS УДК 519.613.3 ОЦЕНКА ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ПРЕДПОЧТЕНИЙ THE MEASUREMENT OF CORPORATE INFORMATION SYSTEMS, AS INFORMATION OBJECTS USING THE THEORY PREFERENCES Цветков В.Я. / Tsvetkov V.Ya. Доктор технических наук, п рофессор кафедры информатики и информационных систем, Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики МГТУ МИРЭА / Doctor of Tech. Sci., professor, adviser, Moscow state technicalUniversity of radio engineering, electronics and automation e-mail: cvj2@mail.ru Азаренкова Н.В. / Azarenkova N.V. Аспирант, Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики МГТУ МИРЭА / Postgraduate student Moscow state technicalUniversity of radio engineering, electronics and automation e-mail: azarka1@yandex.ru Аннотация: Статья описывает результаты оценок характеристик корпоративных информационных систем, как информационных объектов с использованием теории предпочтений. В качестве информационных объектов были взяты восемь корпоративных информационных систем и дано перечисление качественных и количественных характеристик ГИС.

Abstract: the Article describes the results of measurements of the characteristics of corporate information systems, as information objects using the theory of preferences. As information objects were taken eight of corporate information systems and given enumeration of qualitative and quantitative characteristics of the KIS.

Ключевые слова: теория предпочтений, информационный объект, корпоративная информационная система, качественная характеристика, количественная характеристика.

Keywords: theory of preferences, information object corporate information system, qualitative characteristics, quantitative characteristics.

Введение. Сравнительная оценка объектов с использованием теории предпочтений основан а на использовании понятия информационный объект [1] прагматичной меры и сравнительного метода [2]. Метод применим по разному в двух случаях. Сравниваемые объекты имеют равное число сопоставимых параметров. Сравниваемые объекты имеют разное число или разные параметры. Оценка объектов с равным числом

сопоставимых параметров применяется , когда имеется ограниченная совокупность объектов (ГИС), каждый из которых может быть формально представлен одинаковой записью вида ГИСj (a1, a2, a3, …ai...an) здесь i=1…n, j=1…m, где n- число параметров, одинаковое для всех объектов; m – число информационных объектов в сравниваемой

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS совокупности. Сущность оценки состоит в построении nматриц размерностью m х m, получении оценок предпочтительности для каждой матрицы и сведений результат ов оценивания в единую матрицу. Следует отметить , что в работах по теории предпочтений Неймана Дж. Моргенштерна О.[3] и Льюса Р.Д., Райфа Х. [4] связывается с индивидом , т.е . с лицом, принимающим решение (ЛПР). Оно рассматривается, как возможность ЛПР принять решение на основе выбранной им системы предпочтений. Сравнение разных объектов , решающих схожие задачи , является одним из основных вопросов при поддержке принятия решений [5, 6]. Используя методики работ [1-4] составим таблицу предпочтений для геоинформационных систем , которую будет заполнять лицо принимающее решение. В

качестве иллюстрации подхода рассмотрим ситуацию с практической оценкой разных ГИС. Методика оценки предпочтений представляет собой логический процесс [7] поэтапного сравнения объектов по одной из выбранных характеристик . При этом необходимо применять переменные качественных и количественных шкал [6]. Кроме того , предполагаем , что метод оценивания можно рассматривать как сложную систему [8] Пример. Даны 7 ГИС с различными характеристиками. Чтобы избежать рекламы, называем ГИС условными именами, которые в процессе установки дали разработчики. Необходимо произвести их сравнение. Исходные данные приведены в таблице 1. В строке «Вес» введены числовы е значения для каждой характеристики, которое осуществляет эксперт. Необходимо определить «лучший» объект (ГИС) согласно выбранным критериям. Таблица 1.

Исходные данные для сравнения объектов Стоимость Стоимость сопровождения / разработки мес

№

Название ГИС

Год запуска

Интерфейс

Кол-во пользователей

GIS portal

2012

сложный

100

300т.р.

BIS

2007

сложный

250

Phoenix

2006

сложный

2006

ЛД

7 Вес

Web сервер

Внешняя СУБД

25 т.р.

Apache

PostgreSQL

250т.р

50 т.р.

Apache

PostgreSQL

4500

800т.р.

60 т.р.

Rootage

Oracle

простой

4500

500 т.р.

60 т.р.

Rootage

Oracle

2013

сложный

300

300 т.р.

180 т.р.

Apache

MS SQL

lawattorney

2013

простой

200

40 т.р.

0 р.

Apache

DB2

Rags

2009

простой

2000

500т.р.

50 т.р.

nginx

MySQL

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Алгоритм оценки объектов следующий. Для качественных переменных необходимо составить локальную систему предпочтений, которую необходимо использовать как эталон при оценке объектов. Для количественных переменных необходимо задать числовой критерий предпочтительности. Необходимо составить матрицы предпочтений для каждой характеристики. При оценке предпочтений будем использовать бинарный подход [1], т.е. двоичные оценки: 1предпочтительней; 0 – не предпочтительней ; 0.5 – характеристики равны. Подсчитаем суммарные значен ия предпочтения и определим ранг каждой характеристики. Для каждой характеристики введём вес в общей системе характеристик.

Необходимо так же дать обоснование величин веса. Необходимо свести все суммы предпочтений в единую систему с использованием весов. Необходимо построить суммарные ранги для всех объектов на основе вычисленных сумм с использованием весов . Необходимо определить наилучший объект по результатам измерения. Допустим, для измерения качественных переменных эксперт составил следующую систему п редпочтений: СУБД: 1.MS SQL, 2. Oracle,3. PostgreSQL, 4.DB2 (табл. 2) .Вес этой характеристики эксперт оценил в 8. Web-сервер: 1. Apache, 2. nginx, 3. Rootage, (табл. 4) Вес этой характеристики эксперт оценил в 9. Таблица 2.

Оценка характеристики «Система управления базами данных». Название ГИС

GIS portal

BIS

Phoen ix

ЛД

lawatt orney

Rags

∑

Вес ∑

2,5

0,5

5.5

BIS

0,5

Phoenix

0,5

ЛД

lawattorney

Rags

0,5

Оценка характеристики «количество пользователей ». Чем больше пользователей , тем выше предпочтение. Вес характеристики равен 9

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Таблица 3. Оценка характеристики «Количество пользователей» Название ГИС

GIS portal

BIS

Phoen ix

ЛД

lawatt orney

Rags

∑

Вес ∑

0,5

6,5

58.5

6,5

58.5

BIS

Phoenix

0,5

ЛД

lawattorney

Rags

Таблица 4. Оценка характеристики «Web-сервер» Название ГИС

GIS portal

GIS portal BIS

Phoen ix

BIS 0,5

0,5

lawatt orney

ЛД

∑

Вес ∑

0,5

4.5

40.5

0,5

4.5

40.5

0,5

4,5

0,5

4,5

0,5

4.5

40.5

4.5

40.5

Phoenix

0,5

ЛД

0,5

lawattorney

0,5

Rags

Для количественных переменных (стоимость разработки, стоимость сопровождения в месяц, количество пользователей) эксперт составил следующие предпочтения: Стоимость разработки – чем меньше стоимость, тем выше вес. Вес равен 9.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Таблица 5. Оценка характеристики «Стоимость разработки». Название ГИС

GIS portal

BIS

Phoen ix

ЛД

lawatt orney

Rags

∑

Вес ∑

0,5

4,5

0,5

4,5

1,5

13,5

BIS

Phoenix

0,5

ЛД

0,5

lawattorney

Rags

Оценка характеристики «стоимость сопровождения». Чем ниже стоимость, тем выше вес. Вес этой характеристики равен 8 (табл.6). Таблица 6. Оценка характеристики «стоимость сопровождения». Название ГИС

GIS portal

BIS

Phoen ix

ЛД

lawatt orney

Rags

∑

Вес ∑

0,5

3,5

0,5

1,5

3,5

BIS

Phoenix

0,5

ЛД

lawattorney

Rags

0,5

Оценка характеристики «Интерфейс». В этой характеристики эксперт будет ориентироваться на«понятность» структуры ГИС (табл.7). Более понятный и дружелюбный интерфейс будет выше по весу. Вес характеристики равен 6.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Таблица 7. Оценка характеристики «Интерфейс» Название ГИС

GIS portal

BIS

Phoen ix

ЛД

lawatt orney

Rags

∑

Вес ∑

0,5

1,5

0,5

1,5

0,5

1,5

0,5

5,0

1,5

0,5

5,0

BIS

0,5

Phoenix

0,5

ЛД

0,5

lawattorney

0,5

Rags

0,5

Оценка характеристики «Год запуска». В этой характеристики эксперт будет ориентироваться на более ранний запуск . Чем раньше ГИС была запущена , тем выше вес (табл. 8). Вес характеристики равен 4. Таблица 8. Оценка характеристики «Год запуска»

Название ГИС

GIS portal

lawat torne Rags y

BIS

Phoen ix

ЛД

∑

Вес ∑

0,5

5,5

0,5

0.5

BIS

Phoenix

0,5

ЛД

lawattorney

0,5

Rags

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Сводный результат по вс ем измерениям приведен в табл. 9.

другого ЛПР интерфейс буде т сложным и неудобным в использовании . Теория предпочтений дает более независимые оценки, если для оценок будут формироваться на основе нескольких мнений экспертов.

Таблица 9. Сводный результат оценок характеристик ГИС ГИС GIS portal BIS Phoenix PD ЛД lawattorney Rags

∑ 122,5 163,5 166,5 151,5 136 183,5 195

Литература

Ранг 7 4 3 5 6 2 1

Иванников А.Д., Тихонов А.Н, Цветков В.Я. Основы теории информации. М.: Макс Пресс 2007. - 263с. 2. Цветков В.Я . Основы теории предпочтений. М.: Макс Пресс 2004- 64с. 3. Нейман Дж ., Моргенштерн О . Теория игр и экономическое поведение. – М.: Наука, 1970 -780с. 4. Льюс Р.Д . Райфа Х . Игры и решения. Введение и критический обзор. М.: Изд-во иностранной литературы, 1961. -560с. 5. Москвин Б.В . Теория принятия решений . Учебник. – СПб.: ВКА им . А . Ф. Можайского, 2004. 6. Тихонов А.Н . . Цветков В.Я. Методы и системы поддержки принятия решений . М.: МаксПресс 2001 -312с. 7. Цветков В.Я. Логика в науке и методы доказательств. - LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany 2012 -84 с. 8. Негойце К . Применение теории систем к проблемам управления. М.: Мир, 1981. 9. Дюбин Г.Н., Суздаль В.Г . Введение в прикладную теорию игр . М .: Наука. Главная редакция физико -математической литературы, 1981. 10. Поляков А.А ., Цветков В . Я. Информационные техноло гии в управлении. - М.: МГУ факультет государственного управления, 2007 - 138с.

В сводном результате видно , что наибольший ранг получила ГИС «rags». Таким образом , данный подход позволяет осуществить оценк у объектов, характеристики которых измерены в качественных и количественных шкалах. Выводы. Рассмотренный метод относится к теоретико -игровым [9]. Он является также информационным , поскольку каждую матрицу можно рассматривать как информационно-определяемый объект [10]. Суммарная оценка качественных и количественных характеристик геоинформационных систем осуществлена на основе сводной таблицы. На основе теории предпочтений выяв лена наиболее предпочтительная ГИС – «rags». Однако, теория предпочтений достаточно субъективна, поскольку в решениях принимается во внимание мнение оного ЛПР (эксперта). В технических характеристиках можно рассчитывать на объективную оценку , но в таких характеристиках , как например интерфейс решение усложняется. Один и тот же интерфейс может быть для одного ЛПР простым и интуитивно – понятным, для

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS УДК 519.613.3

АНАЛИЗ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ ANALYSIS OF SPATIAL DATA INFRASTRUCTURE Булгаков С.В. / Bulgakov S.V. Кандидат технических наук , доцент , ученый секретарь, Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики МГТУ МИРЭА / Scientific Secretary of the Moscow State University of Technical University of Radio Engineering, Electronics and Automation E-mail: bulgakov@mirea.ru Аннотация: В статье рассмотрено понятие инфраструктуры пространственных данных. Показана двойственность этого понятия. Раскрыты два этапа создания и эксплуатации инфраструктуры пространственных данных. Отмечен зарубежный опыт создания ИПД. Показано различие между о траслевым и межотраслевым создания инфраструктуры пространственных данных. Отмечены недостатки при создании инфраструктуры пространственных данных. Отмечено сходство между инфраструктурой пространственных данных и Information Technology Infrastructure Library.

Abstract: The article discusses the concept of spatial data infrastructure. Shows the duality of this concept. Revealed two stages of development and operation of spatial data infrastructure. Marked by foreign experience creating SDI. Shows the difference between sectoral and cross-sectoral spatial data infrastructure. Marked deficiencies in creating spatial data infrastructure. Noted the similarities between the spatial data infrastructure and Information Technology Infrastructure Library.

Ключевые слова: пространственные данные, инфраструктура пространственных данных, фонды пространственной информации, информационный сервис, базы данных.

Keywords: spatial data, spatial data infrastructure, funds spatial information, information services, databases.

Понятие «Инфраструктура пространственных данных » неоднозначно встречено научной общественностью в области наук о Земле . Находятся , правда , отдельные молодые ученые, которые с восторгом пишут о прелестях этого понятия , не понимая его суть. Однако это понятие имеет двойственную трактовку. Как система хранения пространственной информации это понятие обозначает фонд картографо -геодезической информации и имеет слабое отношение к инфраструктуре. В науке и технике достаточно большое количество не четких терминов, имеющих смысловое несоответствие между обозначением и содержанием. Такие термины применяют, но их нельзя истолковывать буквально, что происходит с термином

«инфраструктура пространственных данных». В период существования ГУГК , после появления термина «цифровая карта», некоторые сотрудники ГУГК истолковывали этот термин как «карта, на которой много цифр». Сейчас с ИПД возникает аналогичная ситуация. Опубликовано достаточно большое количество работ посвященных инфраструктуре пространственных данных, следует отметить [1, 2, 3]. Одно из первых определений инфраструктуры пространственных данных (ИПД) или (Spatial Data Infrastructure - SDI) было приведено в исполнительном указе президента США У. Дж. Клинтона №12906 от 13.04.94г. о начале работ по созда нию национальной ИПД (National Spatial Data Infrastructure- NSDI) в США. В этом документе

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS ИПД определяется как «Совокупность технологий, политики , стандартов и человеческих ресурсов , необходимых для сбора, обработки , накопления , хранения, распределения и улучшенного использования пространственных данных ». «Инфраструктура данных» как самостоятельный объект отсутствует в этом толковании. В России , спустя 12 лет после этого постановления была принята национальная концепция создания ИПД [4]. В этом документе ИПД трактуется «Инфраструктура пространственных данных Российской Федерации - территориально распределенная система сбора, обработки , хранения и предоставления потребителям пространственных данных ». И в этом определении «инфраструктура данных » как самостоятельный объект отсутствует. В директиве по созданию Европейской ИПД (INSPIRE), дается следующее определение [5] ИПД: «инфраструктура пространственных данных – это метаданные, наборы пространственных данных и сервисы для их обработки , сетевые серв исы и технологии, соглашения о доступе , обмене и использовании информации , механизмы координации и мониторинга , процессы и процедуры описанные , реализованные и доступные в рамках настоящей Директивы». По существу в данном определении слово «это» тождественно слову «совокупность». «Инфраструктура данных» как самостоятельный объект отсутствует в этой трактовке. Недостатком данного термина в значениях «фонд пространственных данных » или «картографо-геодезический фонд пространственной информации » посвящена работа [6]. Авторы достаточно детально анализируют понятие инфраструктуры пространственных данных и показывают , что фонд пространственных данных не может быть инфраструктурой. Выводы авторов можно считать логическими . Однако они не учитывают полисемию этого понятия. Это характерно для многих терминов связанных с информацией. Двойственность понятия

«инфраструктура пространственных данных » обусловлена двойственным применения этого понятия. Если считать , что главной задачей создания ИПД является отраслевая за дача создания хранилища пространственных данных, то авторы [6] правы. Однако, если считать , что главной задачей создания ИПД является межотраслевое обслуживание пространственной информацией разнообразных потребителей, то в этом случае и возникает понятие инфраструктуры. Если главной задачей создания ИПД является не решение картографических задач, а обслуживание потребителей других отраслей, то ИПД действительно становится инфраструктурой. Таким образом , можно говорить о двух этапах создания ИПД. Первый вр амках картографической отрасли (отраслевой) – создание фонда пространственной информации . Второй в масштабах государства (межотраслевой) обслуживание потребителей пространственной информацией. На первом этапе естественно , никакой инфраструктуры нет, есть фонд . Можно согласиться с авторами [6]. Но на втором этапе главным являются информационные услуги , а фонд становится вспомогательным средством. Именно в этом случае ИПД и становится инфраструктурой. Нельзя не отметить , российскую специфику создания И ПД. Первый этап целесообразно было бы поручать специалистам из области наук о Земле , в первую очередь геодезистам и геоинформатикам. Вторую часть , как информационный сервис , целесообразно поручать программистам , как специалистам в области компьютерного сервиса. Однако, как показывает опыт защиты ряда диссертаций , создание региональных ИПД поручают инженерам и программистам, которые не имеют понятие, что такое точность измерения и погрешность . Не имеют они представления и о том , что такое система геоцентрическая система координат, трансформирование координат и т.д. Де факто работа посвящена созданию хранилища данных безотносительно к специфике

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

100

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS пространственных данных и особенностям преобразования координат . Такая ситуация выявилась при защите диссертации специалистом их уральского регионального центра ИПД . Вопросы обслуживания и удовлетворения потребностей потребителя разнообразной пространственной информацией были полностью исключены . В этом случае качество информации , которой собираются снабжать потребителя может быть не удовлетворительным. Еще более экзотической была представленная диссертация на соискание степени доктора наук , специалистом из Иркутской области по специальности «геоинформатика». Соискатель не имеет отношение ни к геодезии, ни к геоинформатике и вообще к области наук о Земле . Он либо биолог, либо экономист. В возрасте 50 лет он впервые в жизни узнал о существовании и возможностях ГИС . Нарисовал с помощью несколько карт , связанных с экологией , и представил к защите диссертацию , связав ее с инфраструктурой пространственных данных. В данном случае электронное картографирование называют ИПД , что также неверно . Но к счастью диссертация была отклонена и недоброкачественная работа не впущена. Как некая концепция , ИПД – это не только система и хранилище, а еще сервис, на основе котор ого решаются задачи межотраслевого, государственного обеспечения информацией. В этом отношении ИПД близка к ITIL (Information Technology Infrastructure Library) библиотеке инфраструктур информационных технологий [7]. Опыт работы с пространственной информацией за последние 50 лет показывает, что массовое использование пространственных в рамках государства и между отраслями было затруднено рядом причин:

• методы получения пространственной информации внутри отрасли большей частью были ориентированы на решение частных задач отрасли или предприятия; • методы получения пространственной информации внутри отрасли были ориентированы на повторное проведение собственных измерений, а не на использование уже имеющейся информации в другой отрасли; • разработчики баз геоданных не имели общей концепции и создавали свои структуры БД по своему усмотрению; • наличие ведомственных, отраслевых и местных барьеров при попытках получить пространственную информацию; • локальное создание хранилищ пространственной информации было основано на использовании своих форматов и структур без учета интереса других организаций и отраслей; • пренебрежение национальными стандартами формирования пространственных данных. • существующие в настоящее время системы идентификации пространственных объектов по их адресному описанию, в том числе реестры, кадастры, регистры, ведение которых осуществляют федеральные органы исполнительной власти, не позволяют обеспечить интеграцию и совместное использование пространственных данных, полученных из различных источников. • наличие ограничений на распространение пространственных данных; • низкий уровень актуализации материалов и данных государственного картографо-геодезического фонда Российской Федерации. Проблемами, определяющими необходимость создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации, являются:

• отсутствие централизованных общедоступных фондов межотраслевой пространственной информации; • отсутствие центров коллективного пользования пространственной информации;

• увеличение числа задач, требующих использования единых пространственных

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

101

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS

•

данных, созданных и хранящихся в цифровых форматах; распространение геоинформационных технологий как средства эффективного использования пространственных данных; развитие информационнотелекоммуникационных сетей, в том числе сети Интернет; рост потребности в создании условий для оперативного доступа к пространственным данным; интенсивное развитие инфраструктуры пространственных данных в зарубежных • странах.

Для решения отмеченных проблем была принята концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных РФ распоряжение Правительства РФ от 21 августа 2006 г. №1157-р. Проект ИПД является многоцелевым . В частности, инфраструктура пространственных данных должна решать не только чисто производственные задачи , но и задачи управления связанные со статистикой [8]. Инфраструктура пространственных данных должна содержать не просто информацию как координаты, но главное это семантическое содержание [9] информации, связанной с пространственной информацией. По логике и зарубежному опыту создание ИПД и ее эксплуатация должны происходить в двух качественно разных фазах. Первая фаза : создание исходного хранилища пространственных данных и актуализацию должны проводить с пециалисты в области наук о Земле : геодезисты , геоинформатики. Вторая фаза : проектирование сервиса по обслуживанию потребителей , с учетом их запросов, развитее и поддержка ИПД – должны проводить специалисты в области ИТ – технологий. Более конкретно к целя м создания ИПД можно отнести следующие: Создание единых принципов организации и хранения пространственных данных ; Преобразование данных в информационные ресурсы; Обеспечение доступа к информации со стороны государственных и коммерческих

•

организаций и про стых граждан ; исключение дублирования работ по получению данных В процессном аспекте ИПД должна обеспечить информационного взаимодействия держателей и потребителей данных и устранять семантические разрывы [10], которые существуют между интересами потребителей и специалистами по получению и хранению пространственной информации. Как сервисные системы и по существу как инфраструктура ИПД решают следующие основные задачи: Создание информационных ресурсов для решения широкого круга задач в разных отраслях. Объединение информационных ресурсов на всех уровнях пользования: от глобального до территориального или локального. Обеспечение поиска и доступа к необходимой информации простыми средствами , не требующими специализированного программного обеспечения и подготовки через геопортал [11]. Упорядочение пространственной информации в общедоступные и понятные каталоги, пригодные для автоматизированного формирования и исследования. Научное, техническое и технологическое обеспечение создания , ведения и предоставления в пользование базовых пространственных данных и метаданных. Организацию работ в зарубежных странах по созданию и развитию инфраструктур пространственных данных, как правило, осуществляет межведомственный орган с широкими полномочиями в сфере координации деятельности органов власти всех уровней и организаций посредством создания нормативной правовой базы , проведения научно-технической политики , внедрения новых технологий, обучения кадров. Государственные поддержка и финансирование, играющие важную роль н а первых этапах создания и развития национальной инфраструктуры пространственных данных , по мере развития рынка этих данных и геоинформационных услуг сменяются взаимовыгодным партнерством бизнеса и органов

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

102

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS государственной власти при сохранении этими • органами регулирующих функций. Дальнейшее развитие инфраструктуры пространственных данных планируется осуществлять на основании углубления межведомственного взаимодействия и распространения опыта на региональном и местном уровнях. Многолетняя практика разработо к концептуальных основ и реализации национальных ИПД позволила выделить в их составе следующие составляющие: • • • •

•

• •

технологии и технические средства. ИПД хранят базовые и вспомогательные данные. Базовые пространственные данные — информация, не содержащая сведений, отнесенных к государственной тайне, о: 1) координатной системе отсчета Российской Федерации; 2) пунктах государственных геодезических сетей; 3) границах между субъектами Российской Федерации, муниципальными образованиями и населенными пунктами; 4) Государственной границе Российской Федерации; 5) границах единиц кадастрового деления; 6) границах земельных участков; 7) местоположении зданий и сооружений; 8) наименованиях географических объектов и адресах; 9) границах зон с особыми условиями использования территорий; 10) границах территорий, покрытых лесом; 11) границах поверхностных водных объектов на территории Российской Федерации; 12) границах особо охраняемых природных территорий; 13) местоположении автомобильных дорог федерального, регионального, межмуниципального и местного значения; 14) местоположении железнодорожных путей общего пользования и железнодорожных станций; 15) причалах, р ечных и морских портах, аэродромах и аэропортах; 16) рельефе местности.

базовая пространственная информация; базы метаданных [12]; механизмы доступа и обмена данными; система стандартизации пространственных данных.

Кроме того , проекты некоторых национальных ИПД содержат четвертый компонент – институциональную основу [5]. Это институции , органы , механизмы координации, службы , обеспечивающие ее проектирование и реализацию. Данные должны храниться в федеральных фондах пространственных данных (ФФПД) и региональных фондах пространственных данных (РФПД). В рамках создания национальной ИПД эти функции должны выполнять различные центры ИПД, такие как региональные и отраслевые. Если рассматривать принципы организации данных д ля ИПД и организацию данных в геоинформатике , то выясняется большое сходство с организацией данных в геоинформатике [13]. При этом речь идет не только об измерении , а о формировании информационных ресурсов на основе добычи геоданных [14]. Инфраструктуру пр остранственных данных Российской Федерации образовывает совокупность следующих взаимосвязанных компонентов: информационные ресурсы, включающие базовые пространственные данные и метаданные; организационная структура; нормативно-правовое обеспечение;

К базовым пространственным данным также относится информация , полученная в результате обработки данных дистанционного зондирования Земли и представленная в форме ортофотокарт и ортофотоп ланов, а также топографические карты Государственный реестр метаданных о пространственных данных входит в состав федерального фонда пространственных данных и состоит из следующих разделов: 1) метаданные о базовых пространственных данных, содержащихся в федеральном фонде

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

103

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS пространственных данных; 2) метаданные о пространственных данных, содержащихся в государственных и муниципальных информационных системах В целях предоставления информации, содержащейся в федеральном фонде пространственных данных, федеральный орган исполнительной власти , осуществляющий функции по оказанию государственных услуг в сфере геодезии и картографии , обеспечивает создание государственных топографических карт и планов. Государственные топографические карты и планы являются формой предс тавления сведений о:

выработке и реализации государственной политики, нормативно-правовому регулированию в области обороны Координаты помещают в наборы пространственных данных , в которых все значения координат должны принадлежать одной и той же координатной системе отсчета. Каждый набор данных должен содержать описание одной системы координат , которая применена ко всем координатам в наборе данных. Если пространственные данные отнесены более чем к одной системе координат, то они должны быть разделены на две или более соответствующие группы, каждая со своим собственны м описанием системы.

1) автомобильных дорогах федерального, регионального, межмуниципального и местного значения; 2) железнодорожных путях общего пользования и железнодорожных станциях; 3) причалах, речных и морских портах; 4) аэродромах и аэропортах; 5) зданиях и сооружениях; 6) поверхностных водных объектах на территории Российской Федерации; 7) внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации; 8) землях, на которых располагаются леса; 9) населенных пунктах; 10) субъектах Российской Федерации и муниципальных образованиях; 11) особо охраняемых природных территориях.

Заключение Инфраструктура пространственных данных может рассматриваться в двух аспектах: 1) отраслевое хранилище пространственной информации или отраслевой фонд; 2) межотраслевой сервисный центр по обслуживанию потребителей нашей стр аны и зарубежных потребителей актуальной пространственной информацией. Для реализации концепции создания ИПД целесообразно раздельное привлечение специалистов: геодезического образования для создания хранилища и разработки технологий актуализации информации Специалистов в области информационных технологий и экономики для обслуживания и реализации ИТ -сервиса с пространственными данными.

Требования к государственным топографическим картам и планам, в том числе требования к их созданию и отображению на них сведений, утверждаются федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в сфере геодезии и картографии, по согласованию с федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по

Литература 1.

Савиных В.П ., Соловьёв И.В ., Цветков В.Я. Развитие национальной инфраструктуры пространственных данных на основе развития картографо геодезического фонда Российской Федерации .// Геодезия и аэрофотосъемка.2011.- №5. - с.85-91. Майоров А.А Развитие инфр аструктуры пространственных данных // Науки о

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

104

ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS

5. 6.

7. 8. 9.

Земле № 2-3, 2013 – с 63-68. Майоров А.А ., Соловьёв И.В ., Цветков В.Я., Дубов С . С ., Шкуров Ф.Ф. Мониторинг инфраструктуры пространственных данных М.: МИИГАиК, 2012, - 198с. Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных РФ распоряжение Правительства РФ от 21 августа 2006 г. №1157-р Kuhn, W. (2005) Introduction to Spatial Data Infrastructures. Presentation held on March 14 2005 Кафтан В . И ., Цветков В . Я . О форме и содержании понятия «инфраструктура пространственных данных » // Геодезия и картография.- 2013.- №7.- с54-57. http://www.itil-officialsite.com Цветков В.Я. Геостатистика // Геодезия и аэрофотосъемка. – 2007. – №3. – с. 174–184 Цветков В . Я . И нформационные единицы сообщений // Фундаментальные исследования. - 2007, - №12. - с.123 – 124

10. Victor Y. Tsvetkov. Information Interaction as a Mechanism of Semantic Gap Elimination // European Researcher, 2013, Vol.(45), № 41, p.782- 786 11. Геопортал инфраструктуры пространственных данных РФ http://nsdi.ru/geoportal/catalog/main/home.pa ge 12. Png T. H. et al. Metadata database management system and method therefor : пат. 7613728 США. – 2009 13. Майоров А.А. Состояние и развитие геоинформатики // Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле ». Выпуск 032012.- с.11-16/ 14. Кудж С.А . Исследование окружающего мира методами геоинформатики // Вестник МГТУ МИРЭА. - 2013.- №1 (1).с.95-102. © Булгаков С.В., 2014

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

105

ПАМЯТЬ / MEMORY Под научным руководством Г.В. Демьянова подготовили и защитили диссертационные работы на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности «Геодезия» ряд молодых ученых. Глеб Викторович непосредственно участвовал в разработке концептуальных теоретических положений и в их практической реализации при создании современной геодезической основы России на основе спутниковых технологий ГЛОНАСС\GPS, результатом которых являлось установление государственных систем координат СК-95 и ГСК-2011. При его непосредственном участии выполнены и внедрены в производство научные разработки, имеющие важное значение для науки, экономики, обороны и безопасности страны. Им опубликовано более 100 научных статей и работ по специальной тематике. Г.В.Демьянов являлся членом рабочей группы Международной ассоциации геодезии и ответственным исполнителем международных проектов и программ с Канадой, Финляндией и рядом других стран, непосредственно принимал участие в совместных научных проектах с учеными геодезических служб зарубежных стран в области построения точного геоида (квазигеоида), геодинамических исследованиях современных движений земной коры, установлению единой системы высот. Г.В.Демьянов был награжден рядом государственных и ведомственных наград. За заслуги перед государством, многолетний добросовестный труд и большой вклад в создание государственной геодезической сети, картографирование территории с траны Указом Президента Российской Федерации Г.В.Демьянову присвоено почетное звание «Заслуженный работник геодезии и картографии Российской Федерации». За исследования в области теоретической геодезии присуждена премия им. Ф. Н. Красовского, награжден нагрудным знаком «Отличник геодезии и картографии», присвоено звание «Почетный геодезист», 1999 г ., награжден медалью Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии «За заслуги», 2013 г. Он был обаятельнейшим, добрым открытым для общения с молодежью человеком. Редакция журнала “Науки о Земле” приносит родным и близким Глеба Викторовича Демьянова, а также всему геодезическому сообществу России глубокие соболезнования.

ДЕМЬЯНОВ ГЛЕБ ВИКТОРОВИЧ (1939-2014)

1 июня 2014 года ушел из жизни ученыйгеодезист с мировым именем, заслуженный работник геодезии и картографии Российской Федерации, лауреат премии им. Ф.Н.Красовского, доктор технических наук, профессор Глеб Викторович Демьянов. В 1963 году Глеб Викторович окончил Московский институт инженеров геодезии, аэросъемки и картографии (МИИГАиК), после чего был распределен на работу в Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф.Н.Красовского, (ЦНИИГАиК), где и работал до конца жизни. Глеб Викторович Демьянов один из ведущих научных работников России в области изучения фигуры и гравитационного поля Земли, геодинамических исследований по определению предвестников катастрофических явлений природного характера с использованием гравиметрических, геодезических и спутниковых данных. В 2005-2010 годах Глеб Викторович заведовал кафедрой высшей геодезии МИИГАи, с 2010 года являлся профессором указанной кафедры.

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

106

ПАМЯТЬ / MEMORY

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

107

ПАМЯТЬ / MEMORY

опубликованных в самых высокорейтинговых изданиях. Наша потеря так внезапна (хотя мы уже знали, что он болен) и так ужасна, что я сейчас не в состоянии сколько-нибудь полно рассказать о том, что сделано В . В. Серединым в трех взаимосвязанных областях (причем «связал» эти некогда обособленные области – именно он): металлогении и рудной геологии Приморья; минералогии и наноминералогии; геохимии и рудоносности углей. Начинал он в Приморье под руководством И. Н. Томсона как региональный геолог-металлогенист, увлеченный проблемой эндогенной зональности рудоносных территорий. Но этот период его жизни протекал до нашего с ним знакомства, поэтому данную сторону его научной карьеры я знаю плохо. Однако, профессионально занимаясь региональной металлогенией, Владимир Владимирович, в отличие от так называемых кабинетных ученых, был весьма талантливым геологом, геохимиком и минералогом. И после защиты геологической кандидатской диссертации, сделал важное геохимическое открытие: оп робовав, казалось бы, давно известное буроугольное месторождение и применив современные методы анализа – он доказал, что зола этих углей не просто содержит «повышенные» концентрации РЗЭ – нет, эти концентрации настолько значительны, что являются промышленными! Уже в 1999 г. он с гордостью показывал мне пробирку с концентратом РЗЭ (вероятно, оксидов; за точность не поручусь), полученным из этих зол. Редкоземельная тема надолго (фактически – до конца жизни) стала центральной темой его геохимического и минералогического творчества. Он разработал единственную в своем роде классификацию угольных месторождений по содержаниям и соотношениям в них лантаноидов, а с помощью современной микрозондовой техники – обнаружил (среди множества других своих находок) целую

СЕРЕДИН ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ (1950-2014) Во вторник 27 января 2014 г. оборвалась жизнь Владимира Владимировича Середина. Рак не щадит никого.… Ведь в апреле ему исполнилось бы только 64 года! Он только что, полный впечатлений и планов, вернулся из очередной поездки в Китай, где он давно и исключительно плодотворно сотрудничал с китайскими геологами-угольщиками: читал им лекции, консультировал, публиковал совместные статьи в самых престижных международных журналах. Китайцы его обожали и показывали ему все свои секреты, которыми они не слишком охотно делятся с иностранцами – уникальные месторождения германиеносных углей и завод по производству чистого германия. Владимир Середин пользовался огромным авторитетом в мировом научном сообществе, он был членом редколлегий двух международных журналов (Energy Exploration & Exploitation и International Journal of Coal Geology). За период своей профессиональной деятельности В . В. Середин принял активное участие в 9 (!) международных форумах: в сессиях Международного геологического конгресса в Киото (1992), Пекине (1996) и Рио де Жанейро (2000); в Международных угольных конференциях (Овиедо, 1995; Эссен, 1997; Таян, 1999); Международных конференциях геологов-прикладников (Прага, 1995; Турку, 1997; Краков, 2001). В 1998 г. он получил премию Международной издательской компании «Интерпериодика» за лучшую статью, опубликованную в журналах РАН. В списке только англоязычных (т.е. доступных мировому сообществу) трудов В. В. Середина – около 50 блестящих статей,

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

108

ПАМЯТЬ / MEMORY серию редкоземельных фаз микро- и наноразмерности. Дальше – больше. Как известно, именно в Приморье геохимиками ИМГРЭ в свое время был (впервые в мире) выделен класс германий-угольных месторождений. Владимир Владимирович внес огромный вклад в изучение таких месторождений – на современном приборном и научном уровне (поэтому его консультации так высоко ценились китайскими коллегами) и увязал германиевое оруденение с кайнозойским вулканизмом. На основе глубокого изучения геохимии и минералогии РЗЭ в углях Середин дал важный прогноз (который, я уверен, будет подтвержден) – возможность открытия в угольных месторождениях России РЗЭ-минерализации так называемого Юньнаньского типа – т. е. минерализации, локализованной в туфогенных прослоях – угольных каолиновых тонштейнах. Но кроме РЗЭ и германия в бурых углях Приморья обнаружены еще и уран, и золото, и платиноиды – и всем им Середин посвящал великолепные статьи, переполненные удивительными фактами и наблюдениями! Добавим к указанным еще целый «букет» элементов-примесей, в том числе, впервые описанные Серединым уникальные концентрации сурьмы. Итогом многолетних блестящих исследований редкометальной минерализации углей Приморья (с которых он начинал), а затем широкого обобщения данных по металлоносности и других угольных б ассейнов и месторождений России – явился огромный и во всех отношениях основополагающий очерк, фактически монография (65 страниц!) – «Металлоносность углей: условия формирования и перспективы освоения» в томе VI "Угольной базы России" (2004). Перечисленного более чем достаточно, чтобы показать масштаб дарования Владимира Середина и поставить его на первое место в российской «угольной» геохимии и минералогии, ведущей свое начало прямо от Ферсмана, описавшего в 1912 г. сульфидную минерализацию углей

Подмосковного бассейна (в районе Боровичей). Но, оказывается, сугубо рудноугольная тематика в творчестве Середина по свой значимости может быть даже уступает другой теме (но органически выросшей из исследования минерализации углей), которую можно условно назвать г лубиннофлюидной. Работая на угольных месторождениях Приморья, он обнаружил вертикальные трубообразные рудные тела, почти достигавшие дневной поверхности и залегавшие в рыхлых четвертичных отложениях. При этом найденные в них фантастические минеральные парагенезисы (самородные металлы, интерметаллиды и многое другое) бросали вызов привычной для минералога термодинамике.… У Володи не вызывало сомнения глубинное происхождение минерализации, содержащей множество диковинных фаз, например таких, как титанат церия! В последние годы (2008) вместе со своим первым учителем, И. Н. Томсоном, Володя пришел к грандиозному обобщению: они выделили в Приморье ЗападноПриморскую благородно-редкометальную металлогеническую зону – полосу шириной 100–200 км и протяженностью около 700 км. Эта зона рассматривается ими как часть Тань-Лу-Охотской рифтовой системы. Здесь расположено около 50 кайнозойских впадин, в пределах которых открыты, как уже отмечено выше – весьма «нетрадиционного» типа рудопроявления олова, благородных металлов (в том числе платиновой группы), W, РЗЭ, Li, Be, Ge, U и др. редких элементов. При этом в чехле впадин рудные тела обычно стратиформные, а в фундаменте на периферии впадин – секущие, в форме субвертикальных рудоносных трубокбрекчий. Первые Середин и Томсон связывают с разгрузкой металлоносных флюидов в основании впадин и их латеральной миграцией вдоль проницаемых горизонтов, а вторые – с прорывом к поверхности газонасыщенных флюидов вдоль тектонических нарушений. Авторы подчеркивают мощное влияние базальтового

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

109

ПАМЯТЬ / MEMORY вулканизма (который они считают надплюмовым) на осадочные толщи впадин – как на стадии седиментогенеза (если

вулканизм был строго синхронным), так и на стадии диагенеза (если вулканизм проявился несколько позже осадкообразования).

В.В. Середин - первый слева в переднем ряду (Сыктывкар, март 2012 года. Российское совещание "Диагностика вулканогенных продуктов в осадочных толщах") Все те, кто знал Владимира Середина – в Москве (в ИГЕМ РАН, в ИМГРЭ, в ГЕОХИ РАН), в Приморье, в Китае, в Болгарии, в США, в Канаде, в Австралии, – я уверен, потрясены этой ужасной новостью. О себе я могу сказать только то , что без Володи – не были бы написаны наши с М. П. Кетрис 9 (девять!) книг по геохимии углей, вышедшие в 2001–2006 гг. Дело в том, что занимаясь много лет угольной геохимией, к 1989 г. я решил с этой темой наконец «завязать». Но встреча с Серединым в 1999 г. в корне изменила мои жизненные планы. Это именно он убедил меня в том, что, во-первых, геохимия угля

находится в периоде бурного развития и нуждается в новом научном осмыслении, и, во-вторых, что советская геохимия угля с ее приоритетными достижениями, совершенно неизвестна на Западе, и мой долг – донести наши результаты до англоязычного читателя. Так началась наша дружба. Володя, настоящий «гражданин мира», лично знакомый с ведущими зарубежными геохимиками и минералогами, постоянно подпитывал меня новейшей информацией, а я, со своей стороны, в меру своих сил помогал (в качестве рецензента) проталкивать его замечательные результаты

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

110

ПАМЯТЬ / MEMORY в печать, реферировал и пропагандировал их в своих книгах. Теперь уже, к сожалению, можно открыть один «секрет» – почему мы, при тесном научном общении, никогда не были соавторами. Дело в том, что В олодя надеялся видеть меня своим оппонентом по докторской диссертации, а диссертанту противопоказано соавторство с оппонентами. Однако до предела

загруженный своими международными проектами, он так и не собрался сочинить докторскую, а в последние годы вообще отказался от этой мысли – крайне удрученный общим снижением научного уровня защищаемых у нас диссертаций. Прощай, Володя. Ты живешь в моем сердце. Я. Э. Юдович. Сыктывкар

Международный научно-‐технический и производственный журнал «Науки о Земле» -‐ № 1/2 -‐ 2014

111