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:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Математико-картографическое обеспечение геоинформационного моделирования геосистем и комплексов (на примере гидрологических)

-- [ Страница 2 ] --

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на 38 научных конференциях и совещаниях: IV Международная конференция «Распознавание образов и анализ изображений» (Новосибирск, 1998); Второй Всероссийский научный молодежный симпозиум «Безопасность биосферы – 98» (Свердловск, 1998); Научно-практическая конференция «Гидрология Урала на рубеже веков» (Пермь, 1999); VII Всероссийский форум «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование» (Москва, 2000); Международная научно-практическая конференция «Геоинформатика – 2000» (Томск, 2000); Международная научно-практическая конференция «География, общество, окружающая среда: развитие географии в странах Центральной и Восточной Европы» (Калининград, 2001); Международная конференция «Интер-Карто VIII: ГИС для устойчивого развития территорий» (Санкт-Петербург, 2002); Научная конференция по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды в государствах-участниках СНГ, посвященная 10-летию образования Межгосударственного совета по гидрометеорологии (Санкт-Петербург, 2002); Международная научно-практическая конференция «География и регион» (Пермь, 2002); IX Всероссийский форум «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование» (Москва, 2002); X Всероссийский форум «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование» (Москва, 2003); Международная конференция «Взаимодействие общества и окружающей среды в условиях глобальных и региональных изменений» (Барнаул, 2003); XI Всероссийский форум «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование». 2–8 июня 2004 (Москва, 2004); Международная конференция «ИнтерКарто-ИнтерГИС – 10»: ГИС для устойчивого развития территорий. Международная конференция. 12–19 июля 2004. Владивосток (Россия), Чанчунь (КНР); Международная выставка и научный конгресс «ГеоСибирь–2005» (Новосибирск, 2005); Всероссийская научно-практическая конференция «Современные проблемы исследований водохранилищ» (Пермь, 2005); XII Всероссийский форум «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование» (Москва, 2005). Международная выставка и научный конгресс «ГЕО-СИБИРЬ – 2006», 17–19 апреля 2006, Новосибирск; XIV Всероссийский форум «Рынок геоинформатики в России. Современное состояние и перспективы развития». 5–7 июня 2007. Москва; Международная конференция Международная конференция «ИнтерКарто-ИнтерГИС – 13»: Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт. Ханты-Мансийск (Россия) – Йеллоунайф (Канада). 12–14 августа 2007 г.; 12-я Всероссийская учебно-практическая конференция «Организация, технологии и опыт ведения кадастровых работ». 13–15 ноября 2007. Москва; XV Всероссийский форум «Рынок геоинформатики в России. Современное состояние и перспективы развития». 3–5 июня 2008 г.; Международная конференция Международная конференция «ИнтерКарто-ИнтерГИС – 14»: Устойчивое развитие территорий: Теория ГИС и практический опыт» 24 июня – 1 июля 2008 г.; Межрегиональная научно-практическая конференция «Геоинформационное обеспечение пространственного развития Пермского края» 22–23 октября 2008 г.; «Рождественские чтения». Пермь. ПГУ. 5–6 января 2009 г.; Международная конференция Международная конференция «ИнтерКарто-ИнтерГИС – 15»: Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт. Sustainable development of territories: GIS theory and practice». 25 июня – 3 июля 2009 г. Пермь; Региональная научная конференция «Историко-культурное наследие и информационно-коммуникационные технологии: сохранение и исследование». 13 ноября 2009 г.; II Межрегиональная научно-практическая конференция «Геоинформационное обеспечение пространственного развития Пермского края». 17–18 ноября 2009 г.; Межрегиональный конгресс «Комфортный город». Круглый стол «ГИС-технологии: управление урбанизированными территориями». 15 марта 2010 г.; XVII Всероссийский форум «Рынок геоинформатики в России. Современное состояние и перспективы развития». Калуга. 25–27 мая 2010 г.; Международная конференция «ИнтерКарто-ИнтерГИС – 16»: Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт: Материалы международной конференции (Ростов-на Дону (Россия), Зальцбург (Австрия), 3–4 июля 2010 г.; III Межрегиональная научно-практическая конференция «Геоинформационное обеспечение пространственного развития Пермского края». 17–18 ноября 2010 г.; Международная научная конференция (19–21 мая 2011 г.) «Землеустройство: история и современность». Май. 2011 г.; Международный семинар «От наземной станции приема ДДЗ – к интеграции и сетевым решениям». 4–11 февраля 2011 г. Кемер. Турция; Всероссийская школа-семинар «Использование данных дистанционного зондирования  Земли в управлении лесными ресурсами». ПГУ. 15–16 февраля 2011 г.; Международная школа-семинар «Геоинформационное обеспечение модернизации  России и стран СНГ. Организационный, технологический и кадровый потенциал». Пермь – Казань – Саратов – Астрахань – Волгоград – Самара – Пермь. 25 сентября – 9 октября 2011 г.; Международная конференция «ИнтерКарто-ИнтерГИС – 17»: Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт: Материалы международной конференции. Барнаул (Россия), (Индонезия), декабрь 2011 г.; IV Межрегиональная научно-практическая конференция «Геоинформационное обеспечение пространственного развития Пермского края». 17–18 ноября 2011 г.; V Межрегиональная научно-практическая конференция «Геоинформационное обеспечение пространственного развития Пермского края». 14–15 ноября 2012 г. 

Публикации. Автором опубликовано 115 работ. Из них по теме диссертации 60, в том числе монографий 4, статей 28 (13 в изданиях из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ), материалов конференций и тезисов докладов 28. Имеются три свидетельства о государственной регистрации базы данных в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам: № 2010620078 – Региональная гидрологическая ГИС «Бассейн Воткинского водохранилища», № 2010620079 – Гидрологическая ГИС «Водохранилища камского каскада» от 1 февраля 2010 г. (в соавторстве с В.Г. Калининым) и № 2011620638 – Геоинформационная система «Гидротехнические сооружения Пермского края» (ГИС ГТС «Пермского края») от 8 сентября 2011 г. (в соавторстве с Ю.Н. Шавниной), а также 8 свидетельств отраслевой разработки.

Структура и объем работы. Диссертация объемом 210 страниц машинописного текста состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 123 источника и 7 приложений. В ней содержится 67 рисунков и 24 таблицы.

Автор выражает благодарность научному консультанту, заведующему кафедрой метеорологии и охраны атмосферы Пермского государственного национального исследовательского университета, д.г.н., профессору Калинину Н.А. за полезные советы и рекомендации; доценту кафедры физической географии и ландшафтной экологии, к.г.н. Соболевой Е.Б., заместителю директора Естественно-научного института Пермского государственного национального исследовательского университета, к.г.-м.н. Максимовичу Н.Г. за внимание, проявленное к работе и ценные замечания, а также профессору кафедры физической географии и ландшафтной экологии, д.г.н. Калинину В.Г.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность работы, излагаются цели и задачи исследования, дана оценка их научной новизны и практической значимости. Приведен перечень защищаемых положений и наиболее значимых результатов, выносимых на защиту. Приводятся сведения о работе и ее структуре.

В первой главе приведены основные термины и определения, используемые в работе. На примере ряда реализованных проектов показано, что использование геоинформационных технологий в геоэкологических исследованиях нашло широкое применение, поскольку эти исследования носят пространственный характер. Одним из важнейших классов решаемых задач являются задачи моделирования гидрологических процессов и явлений.

Показано, что создание гидрологической ГИС направлено на решение широкого класса задач, весь спектр которых по степени сложности можно разделить на четыре группы:

1. Создание и ведение составляющих гидрологической базы данных;

2. Определение и уточнение гидрографических, гидрологических характеристик рек и их бассейнов, а также морфометрических характеристик водохранилищ как при нормальном подпорном горизонте, так и разных уровнях сработки (в том числе не линейной);

3. Цифровое математико-картографическое моделирование для расчета гидрографических, гидрологических и морфометрических показателей

4. Гидрологический анализ,

В разработанной региональной гидрологической ГИС представлен весь спектр указанных задач.

В ГИС предусмотрена возможность задавать критерии, относительно которых будет создан тематический слой на основе исходного файла. Этот слой состоит только из объектов, удовлетворяющих условию запроса, что в свою очередь позволяет на основе одного и того же файла создавать множество слоев, каждый из которых отвечает соответствующей тематической характеристике.

Достоинством региональной гидрологической ГИС является вычисление пространственных характеристик. Так, в пределах любого бассейна имеется возможность расчета линейных и площадных параметров объектов, причем, как суммарных значений, например, длины рек или площади, занятой озерами, так и с вычислением показателей каждого объекта и его доли от общего суммарного значения, что очень важно для исследований и расчетов речного стока, особенно по неизученным рекам. Следующей важной функциональной особенностью созданной ГИС является возможность выделения глубоководной, мелководной и прибрежной зон и подзон в пределах какого-либо участка водохранилища и расчет их морфометрических характеристик. Определение этих таксонов выполняется по заданным пользователем критериям в виде значений глубин на их границах с последующим созданием векторных и растровых слоев, по которым вычисляются площади и пространственная статистика. Также предусмотрен расчет различных морфометрических характеристик любых таксономических единиц водохранилищ с картографическим отображением результатов вычислений на основе цифровых моделей рельефа дна. При выполнении исследований морфологических особенностей какого-либо участка водоема имеется возможность построения поперечных разрезов в любом интересующем месте и с любым шагом.

Предусмотрена статистическая обработка атрибутивных баз данных для любой метеостанции или гидрологического поста. Результатом статистической обработки ряда наблюдений является стандартный набор описательной статистики (количество членов ряда, среднее, максимальное, минимальное, среднеквадратическое отклонение, амплитуда), включая коэффициенты вариации и асимметрии. Эти показатели являются важной информацией, характеризующей закономерности распределения случайной величины.

Этот достаточно стандартный набор функций в единой среде ГИС позволяет более гибко управлять данными (в том числе и пространственными) (изъятие и добавление характерных или не характерных наблюдений, добавление новых бассейнов, отвечающих ряду характеристик и т.д.). В связи с этим появляется возможность более оперативного и качественного анализа.

Для работы с данными с непрерывной характеристикой (GRID) в ГИС программно реализован модуль некоторых вычислительных функций, объединенных в один интерфейс. К ним, например, относится необходимость корректирования и исправления ошибок, полученных при математико-картографическом моделировании цифровой модели (краевой эффект, превышение допустимых значений, ошибки округления).

Выполняется расчет выбранного показателя (минимума, максимума, среднего, медианы, суммы, диапазона, стандартного отклонения, большинства, меньшинства и числа уникальных значений) по значениям ячеек GRID в пределах контура (области соседства), задаваемого пользователем (прямоугольник, круг, кольцо, сектор) (фокальная статистика).

Вычисление описательной статистики значений ячеек GRID в пределах выбранного полигонального объекта(ов) или попадающих в контур (полигон, прямоугольник, круг) позволяет рассмотреть неоднородность распределения пространственной характеристики гидрологического объекта или явления.

Пространственная корреляция основана на двух способах формирования выборок: методом плавающего окна и на основе бассейнового подхода. При использовании первого способа формируется новый GRID, в ячейках которого содержатся значения коэффициентов корреляции. Это дает возможность выполнения пространственного анализа изменения тесноты связи между исследуемыми характеристиками (GRID) в пределах любой территории. При использовании второго способа вычисляются коэффициенты корреляции для каждого из бассейнов (на которых организованы режимные наблюдения), ограничивающих по контуру исследуемые GRID. Результаты вычислений формируются в виде таблицы. На основе данных таблицы и слоя с центрами тяжести бассейнов существует возможность построения карты изокоррелят или нового GRID.

Во второй главе рассматривается использование математико-картографических методов при оценке гидрографических характеристик рек и их бассейнов в расчетах поверхностного стока. Как известно, гидрологический режим водных объектов определяется комплексным влиянием климата, рельефа, состава коренных пород, почвенно-растительного покрова территории. Климатические особенности характеризуются пространственно-временными неоднородностями распределения солнечной радиации, осадков и испарения, господствующего переноса воздушных потоков, мощности снежного покрова и глубины промерзания почвогрунтов.

Доказано, что кроме основных гидрографических характеристик могут быть использованы новые показатели и коэффициенты, определение которых традиционными методами крайне сложно или практически невозможно. Однако они играют далеко не последнюю роль в понимании ряда важнейших гидрологических процессов и явлений и позволяют, особенно при отсутствии данных наблюдений, косвенным путем получить важные гидрологические сведения. К их числу следует отнести порядки рек, а также суммарные длины рек и горизонталей в пределах бассейна, коэффициенты расчлененности рельефа.

Выявленные закономерности формирования поверхностного стока являются весьма показательными и, безусловно, найдут применение для изучения и оценки водных ресурсов рассматриваемой территории, а также для определения режимной гидрологической информации наряду с известными расчетными методами.

В гидрологических исследованиях для выявления закономерностей характеристик стока от определяющих факторов широко применяются методы корреляционного и регрессионного анализа, которые сводятся к построению локальных зависимостей и их аппроксимации математическими функциями. В работе рассмотрены особенности создания карт пространственного распределения корреляционной и регрессионной функций на примере зависимости зимнего стока от определяющих факторов.

Предложен новый метод формирования выборки в пределах бассейна, где каждому значению ячейки растра пространственно строго соответствует значение ячейки другого растра, т.е. фактически формируются парные массивы значений из ячеек о стоке и осадках отдельно по каждому бассейну. Вычисленные коэффициенты корреляции помещаются в центры тяжести водосборов, и эти данные интерполируются для всей рассматриваемой территории. Этот метод позволяет выявить основные закономерности распределения коэффициентов корреляции (регрессии) по исследуемой территории и представляет собой новый методологический подход к исследованиям особенностей формирования стока в зависимости от определяющих факторов с использованием геоинформационных технологий и пространственного корреляционного и регрессионного анализа. Построение подобных карт дает возможность получить дополнительную информацию для исследования стока неизученных рек.

В то же время одним из способов учета может являться разработка и использование обобщенного интегрального показателя, отражающего комплексное влияние основных факторов формирования стока.

Для создания обобщенного интегрального показателя использован метод экспертно-статистической регрессионной модели. Эти модели используются для анализа временных и пространственных рядов, а также для построения карт статистических поверхностей, характеризующих пространственные закономерности процессов и явлений.

При построении обобщенного интегрального показателя экспертно-статистическим методом наряду с исходными данными необходимо располагать сведениями о значениях экспертных оценок Z, i = 1, 2,..., n, под которыми понимаются количественные или порядковые значения, не поддающиеся непосредственному измерению и основывающиеся на суждениях специалистов.

Эти данные используются в качестве обучающей выборки классической линейной модели множественной регрессии вида

,

где – либо нормированные, либо ранговые показатели, -случайные регрессионные остатки, удовлетворяющие всем условиям классической модели (т.е. они имеют нулевые средние значения, взаимно некоррелированы и однородны), а – вектор экспертных оценок, при этом .

Оценив, таким образом, неизвестные коэффициенты и обозначив

,

можно определить способ вычисления значений обобщенного интегрального показателя.

Следующим шагом исследования стала оценка возможности оптимизации выбора коэффициентов, учитывающих степень влияния отдельных факторов на формирование зимнего стока, т.е. нахождение таких коэффициентов, при которых будет наблюдаться наиболее тесная зависимость зимнего стока от интегрального показателя.

Оптимизация основана на принципе использования критерия максимизации коэффициента корреляции ri между переменными yi – характеристики стока и – интегрального показателя. Таким образом, целевая функция будет иметь следующий вид:



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 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.