авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка геоинформационной технологии исследования оползневых процессов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Скнарина Надежда Анатольевна

РАЗРАБОТКА ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 25.00.35 – Геоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК)

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Лябах Николай Николаевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Цветков Виктор Яковлевич кандидат технических наук, научный сотрудник Матвеев Александр Станиславович
Ведущая организация – Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный ордена Знак Почета научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф. Н. Красовского»

Защита диссертации состоится «16» февраля 2012 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.143.03 при Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) по адресу: 105064, г. Москва, Гороховский пер. д. 4, зал заседаний Учёного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК)

Автореферат разослан *** «12» января 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Климков Ю. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Устойчивое и эффективное развитие общества зависит от степени его защищенности от опасных природных и техногенных процессов. В связи с резким изменением климата планеты, увеличивающейся антропогенной нагрузкой на геологическую среду актуализируются проблемы активизации таких экзогенных процессов как оползни и сели. Достаточно проанализировать события последних лет в России (например, Краснодарский край, апрель, 2011 год), Китае, ряде европейских стран, и других странах.

Оползневые процессы представляют серьезную угрозу, оказывают прямое или косвенное воздействие на природу, экономику и социальное благополучие населения, а иногда их активизация приводит к человеческим жертвам и материальным потерям.

В этой связи становится необходимой разработка геоинформационной технологии исследования оползневых процессов, представленной автоматизированной, постоянно функционирующей системой геоинформационного мониторинга оползней, способной оценить в реальном масштабе времени степень опасности, спрогнозировать возникновение опасных тенденций, заблаговременно оповестить, и по возможности упредить негативные явления.

Для решения поставленной задачи необходимо шире внедрять цифровые методы обработки информации, полученной с помощью геоинформационного моделирования и полевых наблюдений.

Успешное решение задачи разработки технологии геоинформационного исследования оползневых процессов основывается на выявлении комплекса взаимосвязанных проблем:

- инженерно-геологических (исследование свойств грунтов, строения грунтового массива и характера влияния на них различных природных и техногенных факторов);

- технологических (обеспечение системного построения геоинформационной системы мониторинга);

- технических (выбор средств геоинформационной системы мониторинга объекта исследования, организации каналов связи, вычислительных средств);

- информационных (хранение, отображение и использование полученной информации для анализа, прогноза и управления оползневой ситуации);

- математических (построение и использование моделей исследуемых процессов и процедур принятия решений) и других.

Степень разработанности проблемы.

Проблемы создания геоинформационных систем исследования сложных природных и техногенных объектов освещены в трудах: Т. А. Барабошкиной, Ю. Б. Баранова, В. Г. Бондура, В. К. Епишина, И. Г. Журкина, В. Е. Закруткина, А. Д. Иванникова, А. П. Камышева, В. П. Кулагина, С. В. Козловского, В. И. Коробкина, В. А. Королева, И. К. Лурье, С. И. Матвеева, В. И. Осипова, А. В. Погорелова, А. Л. Ревзона, В. П. Савиных, А. Н. Тихонова, В. Т. Трофимова, Ю. А. Федорова, Н. М. Хансиваровой, В. Я. Цветкова, М. А. Шубина и других авторов.

Инструментальные средства (математические, информационные, программные, технические) представлены в работах П. П. Бескида, Г. В. Демьянова, А. Г. Дружинина, Е. Б. Клюшина, С. М. Ковалева, И. Ф. Куштина, С. Лоусона, И. К. Лурье, Н. Н. Лябаха, А. А. Майорова, Ю. И. Маркузе, И. Б. Фоминых, З. Б. Хакиева, В. Я. Цветкова, В. А. Шабельникова, Б. В. Щукина, В. А. Явны и других авторов.

Вопросы генезиса оползней исследованы в работах: В. П. Ананьева, Г. К. Бондарика, В. В. Виноградова, А. Г. Гликмана, Е. П. Емельяновой, Г. С. Золотарева, И. А. Клевцова, В. В. Кюнтцеля, Н. Н. Маслова, И. В. Ниязова, В. И. Осипова, А. П. Павлова, Ф. П. Саваренского, К. Терцаги, Н. Ф. Петрова, Г. П. Постоева, А. Л. Ревзона, И. Н.Сафронова и других авторов.

Механизмы расчета параметров оползневых процессов разрабатывались Э. В. Калининым, Н. Моргенштерном, Н. Н. Масловым, С.И. Маций, В. В. Пендиным, Г. П. Постоевым, К. Терцаги, Д. Тейлором, И. О. Тихвинским, Р. Р. Чугаевым, А. Л. Рогозиным, Г. И. Тер-Степоняном, К. Ш. Шадунцем, Г. М. Шахунянцем, А. И. Шеко, Л. Шукле и другими авторами.

Проблемы создания геоинформационных систем мониторинга оползневых процессов освещены в трудах: С. К. Дулина, В. К. Епишина, О. В. Зеркаля, С. В. Козловского, В. С. Круподерова, В. А. Королева, С. И. Матвеева, И. Н. Розенберга, В. Т. Трофимова, М. А. Харькиной, Н. Л. Шешени и других авторов.

Вместе с тем, ряд проблем разработки геоинформационной технологии исследования оползневых процессов (архитектура, алгоритмы синтеза и функционирования, математическое обеспечение моделирования и принятия решений) в настоящее время не решен.

Цель и задачи исследования.

Данное диссертационное исследование предпринималось в соответствии со следующими целями:

- анализ современного состояния и развитие геоинформационной технологии исследования оползневых процессов;

- обозначение роли и места цифрового моделирования при создании геоинформационных систем мониторинга оползневых процессов;

- развитие математических методов и алгоритмов идентификации и классификации динамических процессов, характеризующих оползнеопасные ситуации;

Достижение поставленных целей раскрывается в последовательном решении следующих задач:

1. Обоснование необходимости построения специализированной технологии исследования оползневых процессов, разработка математического, программно-технического обеспечения синтезируемой системы.

2. Разработка комплексного подхода к физическому, аналитическому, имитационному моделированию оползневых процессов.

3. Развитие формализованных методов классификации оползней.

4. Анализ существующих подходов к организации и техническому исполнению систем мониторинга оползневых процессов.

5. Разработка авторского варианта геоинформационной системы мониторинга оползней (ГИСМО).

6. Внедрение результатов диссертационного исследования в научные и практические разработки.

В качестве объекта данного исследования можно выделить территориально распределенные объекты природного ландшафта, урбанизированные территории, подверженные образованию и развитию оползней, а также специализированные геоинформационные системы (ГИС) различного назначения (мониторинг состояния мостов, туннелей, зданий и пр.).

Предметом исследования данной работы являются геоинформационные системы мониторинга оползней, а именно геоинформационные технологии исследования закономерностей формирования, анализа оползневых процессов при изменениях под воздействием природных и техногенных факторов.

Теоретико-методологической основой исследования послужили научные труды отечественных и зарубежных ученых, посвященные вопросам генезиса оползней, синтеза геоинформационных систем, построения математических моделей оползневых процессов и процедур принятия решений в условиях неопределенности.

Информационно-эмпирическая база исследования формировалась на основе законодательных и нормативных актов РФ; материалах натурных обследований территорий Ростовской области и Краснодарского края; данных монографических исследований отечественных и зарубежных ученых, статистических сборников, фактах, приведенных в научной литературе и периодической печати, а также информации из разнообразных Интернет-ресурсов и собственных авторских исследований диссертанта.

Для обеспечения достоверности выводов и рекомендаций были использованы результаты натурных наблюдений ряда типичных объектов исследования:

  • скально-обвально-оползневой косогор КМ 1929 ПК 5-9 перегона Чемитоквадже – Якорная Щель, СКЖД;
  • оползневые процессы тоннеля №8 КМ 1977 ПК 10 перегона Мацеста – Хоста, СКЖД;
  • оползневые процессы на участке Шахтинско - Донского водовода правобережья реки Дон.

Для решения поставленных задач был использован широкий инструментально - методологический аппарат, включающий принципы и методологические подходы системного анализа, методы и инструментальные технологии научного познания: когнитивное моделирование, функциональный анализ, теория распознавания образов, теория нечетких множеств, а также широкий спектр статистических методов: корреляционный, регрессионный анализы.

Основные результаты, выносимые на защиту.

1. Геоинформационная технология создания распределенной геоинформационной системы мониторинга оползневых процессов, способной адаптироваться к изменяющимся условиям объекта мониторинга и окружающей среды.

2. Геоинформационная динамическая модель оползней, обеспечивающая возможность мониторинга исследуемого процесса по заранее выявляемым признакам.

3. Геоинформационное моделирование оползневых процессов, формализующее опыт и знания специалистов и формирующие новое знание для обучения человека принятию решений в данной среде.

4. Геоинформационный мониторинг оползневых процессов, обеспечивающий комплексное моделирование для принятия решений и контроля состояния объекта исследования.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Усовершенствован категориальный аппарат исследования, уточнены понятия геоинформационной технологии исследования оползней, в частности: геоинформационной системы мониторинга оползней, индикативного и репрезентативного мониторинга оползневых территорий, физического, аналитического, имитационного моделирования оползневых процессов.

2. Предложено синтезировать геоинформационную систему мониторинга оползневых процессов на основе использования беспроводных сенсорных сетей (обеспечивается сбор и первичная обработка информации), систем радиосвязи (осуществляющих передачу информации в центр анализа и управления) и современных вычислительных средств (интеллектуальная обработка информации и принятие решений).

3. Предложена и обоснована концепция создания интеллектуальной геоинформационной системы мониторинга оползневых процессов, широко использующей цифровые модели и в этой связи обладающей свойствами обучаемости, адаптивности к изменяющимся свойствам объекта и среды, содержащей блок расчета сценариев развития оползня и соответствующих управляющих воздействий.

4. Разработан новый подход к комплексному геоинформационному моделированию оползней, включающему цифровое (аналитическое, имитационное), натурное и физическое моделирование.

5. Предложен модернизированный вариант исследования оползневых ситуаций, использующий принципы и положения теории распознавания образов и возможности применения теории нечетких множеств к анализу лингвистически заданных и расплывчатых данных.

Теоретическая и практическая ценность исследования заключается в разработке универсальных подходов к построению комплекса геоинформационных моделей, развитии интеллектуальных технологий в ГИС мониторинга оползневых процессов. Результаты работы могут быть использованы при проектировании и разработке новых, а также совершенствовании уже существующих технологий исследования оползневых процессов.

Практическая значимость исследования заключается в том, что в рамках данной работы разработаны методы и алгоритмы, обеспечивающие функционирование ГИСМО.

Наиболее существенные результаты полученные автором:

  1. Архитектура геоинформационной системы мониторинга оползневых процессов.
  2. Алгоритмы синтеза и функционирования интеллектуальной геоинформационной системы мониторинга оползневых процессов.
  3. Формализация процесса классификации оползневых территорий.
  4. Основные требования к геоинформационной системе мониторинга оползневых процессов.
  5. Понятийный аппарат комплексного геоинформационного моделирования оползневых процессов.
  6. Анализ состояния и развитие геоинформационной технологии исследования оползневых процессов, общий анализ проблемы синтеза геоинформационной системы мониторинга оползней.
  7. Техническое и программно-математическое обеспечение технологии геоинформационного исследования оползневых процессов, включающие средства идентификации состояния оползня и организации каналов передачи информации.

Апробация и внедрение результатов исследования.

Работа выполнена при участии автора в грантах РФФИ (№ 10-01-00058, № 10-07-00158, № 11-07-00075), гранта Президента РФ «Ведущие научные школы России» НШ-8030.2010.5, Государственного контракта № 02.740.11.0334 по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России». Получены справки об использовании и внедрении результатов исследования. Результаты диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры МИИГАиК, на конгрессе по интеллектуальным системам и информационным технологиям «IS&IT` 11» (Дивноморск, 2011 г.), на VI-ых Щукинских чтениях (Москва, 2010 г.), на международных научно-практических конференциях: «ИнтеллектТранс-2011» (Санкт-Петербург, 2011 г.), «Безопасность движения поездов» (Москва, 2011 г.), «Актуальные вопросы инженерной геологии и экологической геологии» (Москва, 2010 г.), «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону, 2010 г.), на Российской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной «Году Планеты Земля»: «Планета Земля: актуальные вопросы геологии глазами молодых ученых и студентов» (Москва, 2009 г.), «Многообразие современных геологических процессов и их инженерно-геологическая оценка» (Москва, 2009 г.), «Проблемы инженерной геодинамики и экологической геодинамики» (Москва, 2006 г.), на III-ей Межрегиональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: «Молодежь XXI века - будущее Российской науки» (Ростов-на-Дону, 2005 г.).

Структура и объем работы. Диссертационное исследование последовательно раскрывает цель и задачи исследования и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 120 наименований и трех приложений. Работа проиллюстрирована 20 рисунком и 11 таблицами.

Общий объем диссертации составляет 164 страницы.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 работ (в том числе 13 без соавторов), три из которых в журналах, включенных в перечень ВАК.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Народно-хозяйственное значение задачи геоинформационного исследования оползневых процессов» дана характеристика объектов диссертационного исследования (на примере территорий правобережья Нижнего Дона), дана классификация оползнеопасных территорий, проведены анализ и систематизация существующих подходов и методов исследования оползней, обоснована актуальность построения геоинформационной системы мониторинга оползневых процессов.

В частности введены понятия индикативного и репрезентативного мониторинга. Обоснована необходимость создания и определены основные принципы современной концепции построения ГИСМО, обеспечивающей эффективный и безопасный режим мониторинга.

Синтезируемая система мониторинга должна быть автономной, осуществлять автоматизированный непрерывный режим мониторинга, сохранять статистику наблюдений за объектом, мнения экспертов (нужны встроенные базы данных) и осуществлять интеллектуальный анализ данных (нужны встроенные базы знаний). Это позволит прогнозировать состояние объекта, собственно системы мониторинга и осуществлять упреждающее управление, не допуская сбоев и больших потерь от нарушения устойчивости склона.

Интеллектуальность ГИСМО предполагается развивать в двух направлениях:

- заимствование интеллекта у человека (опытное лицо, принимающее решение, обучает машину);

- генерация собственного интеллекта (машина содержит механизмы самообучения, которое происходит в процессе работы).

При составлении обучающей выборки для моделирования ЛПР вкладывает свой интеллект и опыт, задавая принадлежность ситуаций выделенным классам оползнеопасных объектов. Далее, осуществляя мониторинг, машина накапливает в автоматическом режиме данные этой же обучающей выборки, подтверждая принадлежность ситуации классам по итоговым результатам. Кроме того, машина осуществляет расчет решающих правил, предоставляя их и результаты принятия машинного решения человеку, обучая его.

Создание ГИСМО, имитирующей внешние возмущения и внутренние процессы, позволит заблаговременно рассчитывать и накапливать в базе знаний возможные сценарии развития оползня. Эта информация в свою очередь позволит ввести упреждающее управление.

Отличительные особенности авторского видения ГИСМО состоят в следующем:

- содержит в своем составе блок цифрового моделирования оползневых процессов и процедур принятия решений, комплексно использует традиционные методы анализа, спутниковые технологии и технологии беспроводных сенсорных сетей;

- содержит динамическую модель оползней, и этим обеспечивается прогноз развития и упреждающее управление оползневыми процессами с учетом текущего и будущих состояний объекта исследования;

- обладает свойствами интеллектуально функционирующей системы мониторинга, формирующей новое знание и обучающей человека принятию решений в данной сфере, а также включает в формализованном виде опыт и знания специалистов;

- требует комплексного использования всего арсенала методов моделирования: аналитического, физического, имитационного, логико-лингвистического, обеспечивающего геоинформационное моделирование и геоинформационный мониторинг оползневых процессов.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.