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 концепции и технологии аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Нзеха Мухсен Азиз

Разработка концепции и технологии аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов

Специальность 25.00.34 — Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва — 2009

Работа выполнена на кафедре прикладной экологии в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК)

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Малинников Василий Александрович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Зверев Анатолий Тихонович

кандидат технических наук

Кочнова Ирина Владимировна

Ведущая организация: ФГУП “ГОСГИС центр”

Государственный научно-внедренческий центр

геоинформационных систем и технологии

Защита диссертации состоится « » «__________» 2009 г. в ______ часов на заседании диссертационного совета Д. 212.143.01 в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) по адресу: 105064, Москва, Гороховский переулок, 4. (Зал заседаний Ученого Совета)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии.

Автореферат разослан «____» «___________» 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Б.В. Краснопевцев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Сегодня бесконтактными методами собирается большое количество разнообразной информации об археологических объектах и, можно с уверенностью утверждать, что этот объем со временем будет только увеличиваться.

Если говорить о задачах археологии в целом, то в значительно обобщенной форме, их совокупность в археологических исследованиях можно отнести к одному из двух типов: реконструкция целого по неполным данным, или представление и выделение существенных черт целого из большого объема сведений.

В задачах первого типа происходит домысливание, индуктивное расширение информации на основе недостаточного количества фактических данных. Второй тип задач характеризуется свертыванием, сжатием информации. Из большого объема фактических данных либо выделяется их существенная часть, либо формируются обобщенные интегрированные показатели.

Чаще всего случаев задачи как первого так и второго типа направлены на достижение одной из важнейших целей археологических исследований — выявление и установление структурных соотношений между исходными археологическими объектами. Поэтому на сегодняшний день, на мой взгляд, наиболее актуальным и первоочередным представляется разработка подходов к исследованию стохастических, нелинейных свойств структуры археологических объектов, а именно, структуры архитектурно-археологических объектов (начиная с древнейших поселений и кончая отдельными сооружениями) и выработка на их основе концепции и технологии аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка концепции системы аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов, а также совершенствование теоретических и практических подходов к пространственно-структурному анализу аэрокосмических изображений археологических объектов, в форме технологий. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

  1. Выполнить историографический обзор современного состояния дистанционных методов обследования архитектурно-археологических объектов;
  2. Провести сравнительный анализ аэрокосмических данных дистанционного зондирования Земли, используемых при археологических исследованиях;
  3. Предложена концепция системы аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов;
  4. Сделать сравнительный анализ современных методов исследования структурной организации древних городских поселений по их цифровым изображениям;
  5. Обосновать возможность использования мультифрактальных методов при исследовании пространственной структуры древних поселений;
  6. Создать Методику структурно-пространственного анализа цифровых изображений археологических объектов;
  7. Провести экспериментальную апробацию разработанной Методики структурно-пространственного анализа на примере цифровых изображений древнейших сирийских городов.

Объект и предмет исследования. Объектом диссертационного исследования является аэрокосмический мониторинг природных и антропогенных объектов, предметом диссертационных исследования - архитектурно-археологические объекты.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Предложена концепция архитектуры системы аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов, в форме функционально-технологической схемы, включающей в себя ядро ГИС, обеспечивающее управление данными, а также совокупность подсистем, выделяемых по функциональному признаку: подсистема сбора и хранения информации, подсистема обработки данных, подсистема моделирования и подсистема представления информации.
  2. Разработан математический аппарат и теоретические основы методики структурно-пространственного анализа цифровых изображений археологических объектов.
  3. Впервые показано, что мультифрактальные параметры могут быть использованы для количественного описания пространственной структуры архитектурно-археологических объектов.
  4. Впервые построена геоинформационная фрактальная модель пространственной структуры древних поселений, позволяющая описывать строение древних городов на трех иерархических уровнях: макроуровне (описание пространственной организации кварталов древнего города), мезоуровне (описание формы границы городских кварталов) и микроуровне (описание планировочной структуры кварталов).
  5. Предложена и обоснована Методика получения фрактальных параметров пространственной структуры древних поселений на каждом уровне геоинформационного моделирования.

Практическое значение. Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в том, что разработанная в ней концепция системы аэрокосмического мониторинга может быть использована при реализации мониторинга архитектурно-археологических объектов разных исторических периодов. Предложенная в диссертации Методика структурно-пространственного анализа изображений архитектурно-археологических объектов позволяет существенно снизить затраты на организацию и планирование археологических исследований.

Кроме того, развиваемый в диссертации мультифрактальный подход дает возможность количественного описания структуры древнего поселения на разных иерархических уровнях, что можно рассматривать как принципиально новую основу для решения актуальных задач археологии.

Базовые материалы исследования. В основу базовых материалов исследований по теме диссертации положены результаты научных работ по основным и прикладным аспектам рассматриваемой проблемы, нашедших отражение в научных трудах математиков Б.Б. Мандельброта, Я. Леви-Вехеля, и др., архитекторов В. Лоренца, К. Бовиля и др., археологов Ю.П. Холюшкина, К.Л. Квамме, М. Йон, С.Парцак и др., специалистов дистанционного зондирования и ГИС П. Лонгли, В.Я. Цветкова, А.А. Златопольского В.А. Малинникова и др. В работе также использовались материалы научных конференций по современным проблемам дистанционного зондирования Земли из космоса и применения аэрокосмических методов в археологических исследованиях.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использованы методы теории вероятности и математической статистики, вычислительной математики, цифровой обработки изображений, теории фракталов.

Достоверность результатов подтверждается:

  1. Корректным применением математических методов и вычислительных средств теории вероятностей и математической статистики, вычислительной математики, цифровой обработки изображений, теории фракталов.
  2. Научно-методическим обоснованием выбора характеристик фрактальных и мультифрактальных свойств пространственной структуры древних поселений.
  3. Апробацией методики, а также удовлетворительным совпадением результатов с расчетами в аналитических и численных моделях, полученными другими авторами.

На защиту выносятся следующие разработки и результаты:

    1. Концепция архитектуры системы аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов.
    2. Методика структурно-пространственного анализа цифровых изображений археологических объектов.
    3. Результаты экспериментальной апробации Методики структурно-пространственного анализа изображений архитектурно-археологических объектов для исследования структурной организации древнейших сирийских городов.

Апробация работы. Основные результаты работы по теме диссертации докладывались и обсуждались на научных заседаниях кафедры Прикладной экологии МИИГАиК, на 68-ой (апрель, 2008) и 69-ой (апрель, 2009) научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК, на Международной конференции, посвященной 230-летию МИИГАиК (Москва, май, 2009), проводившихся в Московском государственном университете геодезии и картографии.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 научных работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал работы изложен на 161 странице машинописного текста, содержит 11 таблиц, 36 рисунков, 0 приложений. Список литературы состоит из 134 наименований, из них 85 на иностранных языках, 5 интернет - источников.

Содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы ее цель и задачи, практическая значимость.

В первой главе -«Обзор современного состояния дистанционных методов обнаружения и исследования архитектурно-археологических объектов» продемонстрированы большие возможности и перспективы применения дистанционных методов зондирования Земли для исследования археологических объектов.

На основе анализа работ российских и зарубежных ученых в области дистанционного зондирования Земли представлен обзор основных наземных и аэрокосмических методов дистанционного зондирования архитектурно-археологических объектов.

Как известно одним из наиболее распространенных методов наземного дистанционного зондирования является геофизическая разведка. Геофизические методы исследований являются неразрушающими, что позволяет привлекать геофизику для создания кадастров археологических памятников и карт охранных историко-археологических зон. Под напором технического прогресса из геофизики выделилась отдельное направление – археогеофизика: геофизика в археологии и для археологии. В археогеофизике, главным образом, используются четыре метода: магниторазведка, электроразведка методом сопротивлений, электромагнитная разведка, георадарная разведка. В настоящей главе указаны преимущества и недостатки каждого метода.

При исследовании архитектурно-археологических объектов с воздуха может быть использован широкий набор средств аэросъемки. Наиболее часто в воздушной археологии используют вертикальную аэрофотосъемку, но в некоторых случаях может применяться и ракурсная аэрофотосъемка. Степень детальности снимков зависит, прежде всего, от высоты положения камеры и от спектральной чувствительности используемой пленки. Она может фиксировать либо видимый, либо невидимый свет и передавать его в черно-белом или цветном варианте. Все архитектурно-археологические объекты, как правило, — результат человеческой деятельности, поэтому изображения их, получаемые на аэрофотоснимках, имеют правильные геометрические формы и хорошо отличаются от природных объектов.

Появившиеся со временем инфракрасная, мультиспектральная, тепловая и радиолокационная съемки открыли перед археологами еще большие возможности для обследования территорий археологических объектов. Это привело к резкому увеличению количества работ, в которых стали использоваться материалы космической съемки.

Космические данные ДЗЗ могут быть использованы в археологических ГИС двумя способами. В первом случае участие ограничивается топографической поддержкой проекта в условиях отсутствия или неполноты картографического материала. Во втором случае используется содержащаяся в многоспектральных (многозональных) космических снимках информация о пространственном распределении спектральных свойств земной поверхности.

При обнаружении и обследовании архитектурно-археологических объектов используются оба подхода. С одной стороны, исследуется и реконструируется древний ландшафт, содержащий изучаемые или наблюдаемые архитектурно-археологические объекты (для этого могут быть использованы, например, мультиспектральные изображения Landsat, Corona), а с другой стороны, строится модель пространственного размещения и структуры различных типов архитектурно-археологических объектов (для этого могут быть использованы панхроматические изображения Quickbird, IKONOS). Основной целью является понимание архитектурных особенностей древних сооружений, выявление их отличительных черт и связей между ними и теми событиями, которые происходили на данной территории в прошлом.

Результаты этой работы, как правило, совмещаются с данными наземных дистанционных методов измерений в среде ГИС. При этом для исследуемой территории может быть построена цифровая модель рельефа, а сами снимки желательно дополнять изображениями, полученными из Google EarthTM или World Wind. Здесь так же приводится сравнительный анализ аэрокосмических данных, наиболее часто используемых при исследовании архитектурно-археологических объектов.

В конце первой главы указаны проблемы математических методов обработки археологической информации и пути их преодоления. В частности, здесь отмечается, что сложность, случайность и гетерогенность исследуемых объектов, и, как следствие, данных дистанционного зондирования являются одной из причин того, что большая часть математических методов, нашедших применение в археологии, основанных на евклидовой или линейной метриках, оказывается малоэффективными или вовсе неэффективными при решении целого ряда археологических задач. Выход из данной ситуации видится во всесторонних исследованиях методов и технологий, основанных на различных методологических основаниях и использующих разные пространственно-временные метрики, включая информационные и энтропийные на предмет их применимости в целях решения археологических задач, в рамках существующих и разрабатываемых систем мониторинга археологических объектов.

Во второй главе - «Концепция и принципы организации системы аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов » изложены основные цели и задачи аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов. Предложены Концепция и принципы организации системы аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов.

Целью аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов являются наблюдение, оценка и прогноз изменения состояния архитектурно-археологических объектов под влиянием естественных, либо антропогенных факторов, а также выработка научно-обоснованных рекомендаций по принятию управленческих решений в интересах охраны археологических объектов.

К основным задачам мониторинга архитектурно-археологических объектов, как показало исследование, относятся:

  • оценка и прогнозирование изменений состояния архитектурно-археологических объектов под влиянием техногенных и природных факторов, откликов экосистем на антропогенное воздействие;
  • выработка рекомендаций по предупреждению и устранению влияния негативных процессов на состояние археологических памятников;
  • информационное обеспечение кадастра архитектурно-археологических объектов;
  • обеспечение органов государственного управления, научных, проектных и общественных организаций, а также заинтересованного населения необходимой достоверной информацией о состоянии археологических памятников.

Отмечено, что эффективное решение перечисленных выше задач возможно только в рамках автоматизированной системы аэрокосмического мониторинга за состоянием архитектурно-археологических объектов, входными данными которой являются материалы космической, воздушной и наземной съемок архитектурно-археологических объектов, а выходными — набор значений их структурно-пространственных характеристик, тематические и специальные карты, схемы, графики, таблицы, демонстрирующие их географическое положение, структурные свойства, текущее состояние и изменение его во времени.

В качестве определяющих концепции организации мониторинга архитектурно-археологических объектов были приняты следующие положения:

  • оперативный контроль за состоянием архитектурно-археологических объектов возможен только при использовании данных аэрокосмической съемки;
  • для совершенствования Методик анализа пространственно-структурных характеристик архитектурно-археологических объектов необходимо привлечение аппарата современной теории нелинейных систем, и, в частности, теории фракталов;
  • эффективная организация мониторинга за состоянием архитектурно-археологических объектов возможна лишь при централизованном объединении информации, комплексно характеризующей состояние и использование архитектурно-археологических объектов;
  • структурирование информации об археологических памятниках и их отдельных элементах, также представляющих археологическую ценность, требует использования объектного подхода к организации данных;

Реализация каждого из положений концепции оказалась возможной в рамках системы мониторинга архитектурно-археологических объектов, функционально-технологическая схема которой приведена на рис. 1.

Рис. 1. Функционально-технологическая схема системы аэрокосмического мониторинга архитектурно-археологических объектов

Как видно из рис. 1 рассматриваемая на концептуальном уровне система мониторинга включает в себя ядро геоинформационной системы, обеспечивающее управление данными, а также совокупность подсистем (модулей), выделяемых по функциональному признаку: подсистема сбора и хранения информации; подсистема обработки данных; подсистема моделирования и подсистема представления информации.



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.