Современные методы ведения государственного мониторинга земель прибрежных зон
На данный этап развития технологий существует множество методов создания и обновления топографических планов, являющихся основой для мониторинга земель, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим некоторые из них[35].
Картографический методоснован на изучении карт прибрежных районов, созданных в различные периоды. Точность получения информации о прибрежной полосе в этом методе зависит от масштаба используемой топографической карты, а актуальность информации – от времени создания карты. Поэтому картографический метод применяется для получения только первичной информации о состоянии прибрежной полосы.
Геодезический методзаключается в топографической съемке прибрежной полосы. При съемке береговой полосы применяют уже ставшие традиционными технологии: использование электронного тахеометра или метода спутниковых определений, с использованием навигационных систем GPS или ГЛОНАСС. При этом геодезический метод позволяет получить высокую точность измерения – до 3 см и, следовательно, мониторинг состояния прибрежной полосы также будет обладать высокой точностью. Однако большая трудоемкость этого способа и его достаточно высокая стоимость делает целесообразным его использование только для мониторинга небольших по площади участков побережья[26].
Наземное лазерное сканирование (НЛС) – один из наиболее быстрых и производительных способов получения полной и максимально точной информации о пространственном состоянии объекта. Метод позволяет удаленно обследовать участки местности и отдельные природные объекты, съемка которых затруднена в силу их локализации или структурной сложности, а также затратности обследования традиционными геодезическими способами. Полученные в результате НЛС материалы делают возможным создание цифровых моделей объектов, исключая промежуточные действия по оцифровке данных[32]. При создании планов НЛС применяют в сочетании с другими видами съемки, такими как тахеометрическая съемка, съемка с использованием GPS-приемников, воздушное лазерное сканирование, аэрокосмическая съемка. Применение нескольких видов съемки обусловлено зачастую невозможностью проезда транспортного средства, на котором установлена сканирующая система, в какую-либо из необходимых зон съемки[14].
Фотограмметрический методпредполагает использование данных дистанционного зондирования с помощью съемочной аппаратуры воздушного или космического базирования, включающего в себя проведение аэрофотосъемки и последующую фотограмметрическую обработку полученных снимков, а также воздушную лазерно-локационную съемку.
Применение спутниковой радарной РСА-интерферометрии или InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) предполагает метод измерений, использующий эффект интерференции электромагнитных волн. Основная идея метода заключается в формировании интерферограммы, которая представляет собой результат композиции двух радиолокационных изображений одной и той же территории, содержащих информацию об амплитуде и фазе сигнала, и полученных идентичными радарами из близко расположенных точек орбиты. Данный метод весьма эффективен при решении задач мониторинга динамики поверхности Земли. РСА-интерферометрия широко применяется при мониторинге деформаций различного происхождения. Для мониторинга состояния прибрежной полосы использование метода не представляется возможным, так как точность построения ЦМР по высоте составляет 1-3 м для поверхности без растительности[33].
Для мониторинга прибрежной зоны может также использоваться метод воздушного лазерного сканирования, при котором лазерные сканеры – лидары (Light Detection and Ranging) устанавливаются на летательных аппаратах и обеспечивают прямое измерение точек земной поверхности с высокой точностью. Воздушное лазерное сканирование проводится обычно с высот 500-1500 м. В качестве воздушного носителя съемочной аппаратуры используется вертолет, реже самолет. Для повышения точности измерений координат используют базовые GPS-станции, которые дают информацию для вычисления дифференциальных поправок, учитывающих погрешности распространения сигналов спутников. Как правило, совместно со сканирующей системой на носитель устанавливается цифровая фотоаппаратура, позволяющая производить аэрофотосъемку одновременно с лазерным сканированием.
Использование воздушного лазерного сканера для съемки поверхности земли является наиболее передовой технологией получения данных, однако этот метод не обеспечивает получение высокоточных пространственных данных для мониторинга прибрежной полосы, поскольку точность фиксации отражений по высоте 10-15 см, в плане – 1/1500 высоты полета. Таким образом, при съемке местности с высоты 500 м, плановая точность будет не хуже 25 см. Кроме того, применение данного метода имеет высокую стоимость[20].
С помощью космических аэроснимков возможно получение информации как о рельефе, так и о положении береговой полосы, но использование космических снимков высокого разрешения для мониторинга состояния прибрежной полосы не представляется возможным. На сегодняшний день можно получить стереопары космических снимков с разрешением не хуже 0,5 м на пиксель со спутников WorldView-1, GeoEye-1, запущенных в 2007 и 2008 гг. соответственно, а также Ikonos (1999 г.) и QuickBird (2001 г). Этот метод не обеспечивает высокой детализации и требуемой точности[17].
Использование материалов аэрофотосъемки для проведения мониторинга прибрежной полосы позволяет получить высокую точность построения цифровой модели береговой зоны и определить по стереопарам аэрофотоснимков положение береговой линии и рельеф прибрежной полосы. При обработке снимков можно получить точность до сантиметров, для этого достаточно выбрать оптимальную аппаратуру[26].
Традиционный способ аэрофотосъемки территории подразумевает использование крупногабаритных пилотируемых самолетов, который изначально предусматривает значительные затраты, предполагает использование только при благоприятных условиях и накладывает ряд ограничений ввиду его габаритов. Использование малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) имеет ряд преимуществ в связи с быстротой развертываемости аппаратуры и оперативной подготовки к запуску БПЛА. Возможность летать при минимальной высоте в 150-200 м позволяет находится под облаками практически в любое время[13]. Однако использование БПЛА в числе недостатков имеет небольшую массу, что может сказаться на возможности управления в ветреную погоду и небольшой подъемный вес. Оптимальным является использование легких малоформатных фотоаппаратов с размером кадра 24×36 мм. Для получения цифровой модели рельефа с точностью 0,02–0,05 м, которая обеспечит точное определение положения береговой линии, достаточно рассчитать высоту и базис фотографирования в зависимости от конкретной камеры[34,36].
Используемый метод для проведения работ следует выбирать исходя из целей работ, требуемой точности, материальных и временных затрат. Однако, в качестве наиболее оптимальных для ведения государственного мониторинга прибрежных зон можно выделить геодезический метод и фотограмметрический с использованием БПЛА, так как они обеспечивают максимальную из всех перечисленных методов точность определения координат и высот.