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 |

Методика оценки состояния железнодорожной природно-технической системы в условиях эрозионной опасности с использованием аэрокосмического зондирования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Шварев Сергей Валентинович

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ ЭРОЗИОННОЙ ОПАСНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Специальность 25.00.36 – геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2006

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

Научный руководитель: доктор географических наук, Ревзон Андрей Львович
Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Зверев Анатолий Тихонович кандидат технических наук Бровко Елена Алексеевна
Ведущая организация: Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии «Планета» (НИЦ «Планета) Росгидромета

Защита состоится «22» декабря 2006 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета Д.212.143.02 в Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу: 105064, Москва, К-64, Гороховский пер., 4 (ауд. 321)

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

Автореферат разослан «22» ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С.А.Сладкопевцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Развитие транспортной инфраструктуры России играет важную роль для ее устойчивого развития и органичного вхождения в международную систему хозяйства. Надежность работы инженерных коммуникаций во многом зависит от своевременной и достоверной оценки пространственно-временных параметров природно-техногенных условий и процессов, как современных, так и потенциальных. В то же время геоинформационная обеспеченность всех уровней управления природно-техническими системами – от регионального до локального, в настоящий момент недостаточна. Возникают критические ситуации, ликвидация ущерба от последствий которых имеет экстремальный характер и неоправданно большую стоимость, чего можно было бы избежать при своевременной системной оценке взаимодействия природных и техногенных факторов.

Наиболее эффективным способом получения информации является аэрокосмическое зондирование, а её анализа и представления – специализированная геоинформационная система. При этом необходим регулярный мониторинг природно-технических систем (ПТС) на разных уровнях обобщения данных для управляющих органов разного ранга.

В соответствии с современными представлениями о ПТС, исследование взаимодействия природных факторов и инженерных сооружений на всех стадиях их создания и эксплуатации, должно обеспечиваться сочетанием геоэкологического и геотехнического анализов, формирующих информационную основу разработки мероприятий по экологической и технической безопасности природы и общества и оптимизации природопользования.

В целях охраны окружающей среды и рационального природопользования, Российской академией наук совместно с Роскосмосом, Роскартографией, Росгидрометом разрабатывается система многоцелевого космического мониторинга, опирающаяся на геосистемный (ландшафтный) подход и многоярусное картографическое моделирование. Одним из направлений применения этой системы является комплексная экологическая и геотехническая безопасность, а также инженерная защита территорий и сооружений. Представляется весьма актуальной задача разработки структуры и содержания специального геоинформационного обеспечения для управления ПТС с оценкой её состояния и динамики, прогнозом критических ситуаций и рекомендациями по инженерной защите как составной части системы комплексного экологического и геотехнического мониторинга.

Кроме общих вопросов оценки состояния ПТС, представляется актуальным изучение овражной эрозии, как её составляющей. Несмотря на достаточно развитые методы и принципы оценки овражной эрозии, последней не уделяется должного внимания как опасному процессу, развитие которого может привести к аварийным ситуациям при эксплуатации инженерных сооружений. Однако, распространенность овражной эрозии и обусловленность её, во многом, нерациональным техногенезом, обусловливает её достаточно важное место в ряду опасных природных процессов. В связи с этим, возникает актуальная необходимость анализа причинно-следственных связей инженерных сооружений и оврагообразования для транспортной ПТС в типичных для России равнинных условиях.

Цель и задачи исследований. Основной целью диссертации является разработка методики оценки состояния железнодорожной природно-технической системы в условиях эрозионной опасности с использованием материалов аэрокосмического зондирования.

Задачи исследования:

  • определение общей структуры оценки и картографического отображения состояния ПТС;
  • разработка методов оценки овражной опасности, применительно к оценке состояния ПТС;
  • разработка структуры и содержания базы данных специализированной геоинформационной системы;
  • оценка состояния, динамики ПТС, прогноз устойчивости и выработка рекомендаций по инженерной защите ПТС от угрозы оврагообразования с использованием разработанных методов и картографических моделей.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является природно-техническая система дистанции пути Барнаул-Бийск Алтайского отделения Западно-Сибирской железной дороги.

Предметом исследования является разработка методики оценки состояния ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск в условиях интенсивного оврагообразования.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели исследования применены научно-технические методы:

  1. Анализ и обобщение материалов по теории и практике аэрокосмического зондирования, ландшафтного, геоэкологического, геотехнического картографирования, оценке природной опасности и риска, структуре и функционированию ПТС, устойчивости и инженерной защите сооружений, геоинформационным технологиям.
  2. Сбор, обработка и анализ данных аэрокосмического зондирования, в том числе фото- и сканерных космических изображений, многозональных и крупномасштабных аэрофотоснимков с применением методов визуального и автоматизированного дешифрирования и ретроспективной оценки и данных специальных наземных обследований дистанции пути Барнаул-Бийск.
  3. Экспертно-статистический анализ факторов оврагообразования, эмпирические расчеты пространственных и динамических параметров эрозионных форм для оценки потенциальной и фактической опасности;
  4. Картографирование состояния, динамики ПТС и прогноза её устойчивости с рекомендациями по совершенствованию инженерной защиты.

Научная новизна исследований. Состоит в разработке комплексной методики оценки состояния ПТС дистанции пути железной дороги в условиях интенсивного оврагообразования в сопряжении со структурой и методами космического многоцелевого мониторинга с применением аэрокосмических материалов, геоинформационных технологий и специальных технологических решений. В том числе разработаны (выполнены):

  1. Структура и содержание картографического обеспечения оценки геотехнического состояния ПТС в условиях интенсивного оврагообразования;
  2. Структура и содержание базы данных специализированной ГИС предупреждения природно-техногенных аварий в условиях равнинного Алтая;
  3. Методика оценки опасности оврагообразования на базе экспертно-статистических оценок;
  4. Комплексная оценка состояния ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск, рекомендации и схемы инженерной защиты от угрозы оврагообразования.

Практическое значение работы. Разработанные методы, подходы, практические решения могут быть использованы при оценке состояния ПТС и проектировании инженерной защиты в равнинных условиях России с активным развитием овражной эрозии, а также для создания локальных систем комплексного экологического и геотехнического мониторинга, структурно сопряженных с системой космического многоцелевого мониторинга России.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований по проблемам экологической и технической опасности, картографированию состояния ПТС, геоинформационного обеспечения многоцелевого космического мониторинга докладывались и обсуждались на ряде научных и научно-практических конференций и совещаний всероссийского, межгосударственного и международного уровней: Всесоюзное совещание «Новые методы и технологии в геоморфологии для решения геоэкологических задач» (XXI Пленум Геоморфологической Комиссии АН СССР), Ленинград, 26-28 февраля 1991 г.

; Расширенное заседание Научного совета по криологии Земли РАН, 20-24 апреля 1993 г.; «Геоморфологический риск» (Иркутский геоморфологический семинар, вторые научные чтения памяти Н.А.Флоренсова), Иркутск, 16-19 ноября 1993 г.; Научно-практическая конференция «Экологическая безопасность транспортных магистралей и ее правовое регулирование», Москва, МИИТ, 3-4 декабря 1996; Второе всероссийское совещание «Аэрокосмические методы и геоинформационные системы в лесоведении и лесном хозяйстве». Москва, Россия, 18-19 ноября 1998 г.; 27th International Symposium on Remote Sensing of Environment, 8-12 June 1998; «Геодинамика и геоэкология», Международная конференция, Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 1999; Межгосударственное совещание XXV пленума Геоморфологической комиссии РАН Белгород, 18-22 сентября 2000 г.; «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» Международная конференция, Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 2002; «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов” - Материалы научно-технической конференции, Москва, МИИТ, 7-9 октября 2003 г.; Александр фон Гумбольдт и проблемы устойчивого развития Урало-Сибирского региона. Материалы российско-германской конференции – Тюмень, Тобольск, 20-22 сентября 2004 г.; Пятая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов» - Материалы, МИИТ, 18-19 ноября 2004 г.; Вторая Открытая Всероссийская конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 16-18 ноября 2004 г.; 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment (ISRSE), 20-24 June 2005, Saint Petersburg.

Внедрение. Результаты работ соискателя по теме диссертации внедрены в практике работ Новосибирского научно-исследовательского института транспортного строительства (ЗАО СибЦНИИС), выполнившего по заказу Управления Западно-Сибирской железной дороги комплекс работ по инженерной защите железнодорожных сооружений по линии Барнаул-Бийск.

Результаты исследований по теме диссертации использованы также при разработке проектной документации строительства железной дороги «Карпогоры-Вендинга» ОАО «Белкомур» (проект транспортного коридора «Белое море-Коми-Урал»).

На защиту выносятся следующие научные результаты:

  1. Методика оценки состояния природно-технической системы железной дороги в условиях интенсивного оврагообразования с использованием данных аэрокосмического зондирования;
  2. Способ оценки потенциальной опасности природных процессов с использованием экспертного анализа факторов со статистическим обоснованием на основе рангового коэффициента корреляции;
  3. Структура и содержание базы данных локальной геоинформационной системы предупреждения аварий ПТС в равнинных условиях с активным оврагообразованием (как блока космического многоцелевого мониторинга).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 печатных работ

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, 4 главы, заключение, список используемой литературы и картографическое приложение. Основной текст изложен на 142 страницах машинописного текста, включая 25 таблиц, 32 рисунка. Список литературы включает 183 наименования. К диссертации прилагается справка о внедрении результатов исследований в ЗАО СибЦНИИС.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель и задачи работы, её научное и практическое значение. Представлены этапы исследования и структура работы.

Глава 1 Современный уровень изучения и картографирования состояний природно-технических систем с использованием аэрокосмических технологий (состояние проблемы). Содержит анализ существующих теоретических и методических основ оценки состояния природно-технических систем. В том числе: методологические подходы к понятию природно-техническая система (ПТС), анализ структурных компонентов и типов ПТС. Основы обеспечения безопасности ПТС: анализ природных воздействий и устойчивости природной среды, определение опасности и риска, оценка уязвимости и инженерной защиты территорий и сооружений. Рассматривается опыт применения аэрокосмических и ГИС-технологий для оценки геотехнического состояния ПТС, GPS и лазерного сканирования как перспективных направлений. Оценивается современный уровень картографирования состояний ПТС.

Развитие методологии изучения ПТС связано с работами Института географии РАН, кафедр инженерной геологии МГРИ и МГУ, Института геоэкологии РАН, Института литосферы РАН, ЦНИИС и ПНИИИС.

В настоящее время общепризнанным является положение, что обеспечение комплексной безопасности строительства и эксплуатации инженерных сооружений базируется на своевременном и всестороннем изучении прямых и обратных связей во взаимодействии природных компонентов и инженерных сооружений на всех стадиях и этапах их создания и эксплуатации. Картографирование, применяющееся в качестве основного метода оценки состояний ПТС в системе обоснования проектных решений крупных и протяженных сооружений и мониторинговых исследований, определяется интеграцией двух подходов – геоэкологического и геотехнического.

Этот принцип, на основе широкого применения методов аэрокосмического зондирования, в последнее десятилетие реализуется усилиями ЦНИИС, МИИГАиК, Института проблем нефти и газа РАН, Института геоэкологии РАН, Географического факультета МГУ, НИЦ ЭБ РАН, Госцентра «Природа», НПЦ ЭМОС. Наиболее последовательно в данном направлении работает ЦНИИС, осуществляя комплекс работ в различных природно-климатических зонах и на разных типах ПТС.

Одним из актуальных остающихся вопросов является создание конкретных методик применения аэрокосмического зондирования и ГИС-технологий для картографирования при оценке геотехнического состояния ПТС, в том числе в равнинных условиях России с интенсивным развитием оврагообразования, просадочности грунтов и оползневых процессов.

Глава 2 Методика оценки геотехнического состояния равнинных железных дорог в условиях интенсивного развития овражной эрозии с применением материалов аэрокосмического зондирования и ГИС технологий.

В общем виде система контроля геотехнического состояния ПТС железной дороги, опирается на иерархическую информационно-картографическую систему, уровни которой сопряжены со структурными управленческими подразделениями железной дороги. Соответственно этим уровням (управление дороги, отделение дороги, дистанция пути, участок) определяется картографический ряд (1:1000000 (межрегиональный); 1:100000 (региональный); 1:25000 (локальный); 1:2500 (детальный)). Картографирование осуществляется с использованием дистанционных данных, включающих космические съемки (управление дороги - дистанция пути) и аэросъемки (дистанция пути – участок).

Объект исследования - ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск Западно-Сибирской железной дороги расположена на юге Западной Сибири в пределах Предалтайских равнин. Железная дорога, построенная в 1911 г. как ответвление транссибирской магистрали и сооруженная без специальной инженерной защиты, устойчиво работала до середины 50-х гг. XX века, когда в непосредственной близости от транспортных сооружений были обнаружены активные овраги. Предпринятые разнообразные меры противодействия не решили вопрос, так как и через десятки лет овражная опасность сохраняется, а защитные сооружения регулярно разрушаются.

С целью комплексной оценки сложившейся ситуации и выработки обоснованных решений по инженерной защите использованы разномасштабные аэрокосмические материалы и применены разнообразные методы их обработки и анализа для выполнения задач: 1)_идентификации ландшафтно-неотектонических и техногенных условий как факторов развития опасных процессов; 2) определения пространственно-временных параметров опасных процессов; 3)определения взаимосвязей природных и технических компонентов в ПТС

Выполнение поставленных требований обеспечивалось использованием многозональных космических фотоснимков (КФС) МК-4 с разрешением 6-12 м, многозональных и панхроматических космических сканерных снимков Landsat ETM+ с разрешением 15-30 м, а также специальных аэрофотосъемок синхронно многозональной аэрофотокамерой МСК-4 и топографическим аэрофотоаппаратом АФА ТЭ-200, выполненных НПЦ «Аэроизыскания» ЦНИИС.

Для тематической интерпретации аэро- и космических снимков применены интерактивный и автоматизированный методы с использованием известных алгоритмов автоматического распознавания мультиспектрального изображения.



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.