Методологія використання матеріалів багатоспектральної космічної зйомки для вирішення гідрогеологічних задач

40. Сахацький О. І. Використання даних багатозональної та гіперспектральної супутникової зйомки різної розрізненості в інфрачервоному діапазоні для оцінки зволоженості земних покровів / О. І. Сахацький // Шестая украинская конференция по космическим исследованиям : тезисы докладов, (Евпатория, 3-10 сентяб. ) / НЦУИКС. - К. : ИКИ НАНУ-НКАУ, 2006.- С. 121

41. Сахацький О.І. Формування зображень на основі розрахунків вегетаційних індексів червоного краю за даними ENVISAT MERIS / О.І. Сахацький, О.М. Сибірцева, З.М.Шпортюк // Шестая украинская конференция по космическим исследованиям : тезисы докл., (Евпатория, 3-10 сентяб.) / НЦУИКС. - К. : ИКИ НАНУ-НКАУ, 2006.- С. 124.

42. Сахацький О. І. Використання водних індексів за даними мультиспектральної супутникової зйомки та моделювання водообміну в геосистемі для визначення параметрів гідрогеологічних моделей [Електронний ресурс] / О. І. Сахацький // Матеріали Першої наук. конф. “Науки про Землю та Космос - Суспільству”, (Київ, 25-27 черв. 2007 р.) : тези доп. - К. : ІКД НАНУ-НКАУ, ЦАКДЗ ІГН НАНУ, 2007. - 5.19 - 1 електрон. Опт. Диск (СD-ROM) - 12 см. - Системні вимоги Pentium; 32 Mb RAM ; Windows 95, 98, 2000, XP, MS Word 97-2000. - Назва з контейнера.

43. Сахацький О. І. Мережа спостережень гідрометеорологічних станцій, як основа тестових полігонів аерокосмічного моніторингу агроресурсів [Електронний ресурс] / [О. О. Косовиць, О. І. Сахацький, Г. М. Жолобак., В. В. Соколов, Н. П. Сидорова, М. В. Ющенко, Т. М. Федоренко] // Матеріали Першої наук. конференції “Науки про Землю та Космос - Суспільству” м. Київ, 25 - 27 червня 2007 р. : тези доп. - К. : ІКД НАНУ-НКАУ, ЦАКДЗ ІГН НАНУ, 2007. - Р.5.21 - 1 електрон. Опт. Диск (СD-ROM) - 12 см. - Системні вимоги Pentium; 32 Mb RAM ; Windows 95, 98, 2000, XP, MS Word 97-2000. - Назва з контейнера.

44. Сахацький О. І. Дистанційна оцінка площ озимого клину Київської області під урожай поточного 2007 року [Електронний ресурс] / [В.І. Лялько, О.І. Сахацький, Г.М. Жолобак., Л.Д. Греков] // Матеріали Першої наук. конференції “Науки про Землю та Космос - Суспільству” м. Київ, 25 - 27 червня 2007 р.: тези доп. - К. : ІКД НАНУ-НКАУ, ЦАКДЗ ІГН НАНУ, 2007. - Р.5.2 - 1 електрон. Опт. Диск (СD-ROM) - 12 см. - Системні вимоги Pentium ; 32 Mb RAM ; Windows 95, 98, 2000, XP, MS Word 97-2000. - Назва з контейнера.

45. Сахацький О. І. До можливостей використання супутникових даних та моделювання геофільтрації для визначення водного балансу та гідрогеологічних параметрів зони активного водообміну / О. І. Сахацький // Сьома Українська конференція з космічних досліджень : тези доп., (Євпаторія, 3-8 вересня 2007 р.) / НЦУВКЗ. - К. : ІКД НАНУ-НКАУ, 2007. - С. 170.

46. Сахацький О. І. Використання індексів червоного краю та водних індексів за гіперспектральними даними EO-1 Hyperion для класифікації наземного покриву / [В. І. Лялько., О. І. Сахацький., З. М. Шпортюк, О. М. Сибірцева] // Сьома Українська конференція з космічних досліджень : тези доп., (Євпаторія, 3-8 вересня 2007 р.) / НЦУВКЗ. - К. : ІКД НАНУ-НКАУ, 2007. - С. 176.

47. Сахацький О. І. Використання знімків ТERRA/MODIS для прогнозування врожайності озимих зернових в межах адміністративних районів Київської області / [В. І. Лялько, О. І. Сахацький, Г. М. Жолобак, Л. Д. Греков, М. В. Ющенко, О. А. Апостолов, Н. П. Сидорова] // Сьома Українська конференція з космічних досліджень : тези доп., (Євпаторія, 3-8 вересня 2007 р.) / НЦУВКЗ. - К. : ІКД НАНУ-НКАУ, 2007. - С. 179.

48. Сахацький О. І. Автоматизована контекстна класифікація заболочених територій за матеріалами космічного знімання / [М. О. Попов, О. І. Сахацький, С. А. Станкевич, А. О. Козлова] // Матеріали XII Міжнародного науково-технічного симпозіуму “Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища: GPS і GIS-технології” : тези доп., (Алушта, 10-15 вересня 2007 р.). - Львів : В-во Львів. політехн. ун-ту, 2007. - С. 63-65.

49. Sakhatsky A. I. Classification of space images for forest state identification within the Siberia region (Part 1) / [A. I. Sakhatsky, V. I. Lyalko, A. Ja Khodorovsky, I. Ja Bujanova, J. McCallum]. - Laxenburg, Austria, IIASA , IR-02-29 / April 2002. 45 p. Режим доступу до матеріалів: http://www.iiasa.ac.at/Admin/PUB/Documents/IR-02-029.pdf .

50. Sakhatsky A. I. The experience of application of NOAA/AVHRR and Landsat-7 data for cereal crop yield forecasting / [A. I. Sakhatsky, V. I. Lyalko, A. Ya. Hodorovsky Khodorovsky, G. M. Zholobak, I. Ja Bujanova] // Geoinformation for European wide integration.- Rotterdam: Millpress.- 2003. - P. 567-572.

51. Sakhatsky A. I. Monitoring of forests structure in North and West of Ukraine in connection with problems of ecology and estimation of carbon cycle using multispectral space images [Електронний ресурс] / [V. I. Lyalko, A.I. Sakhatsky, A. Ja. Hodorovsky, G. M. Zholobak, A. A. Apostolov, Y. S. Shparyk] // Proc. of the 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment (ISRSE). (Saint Petersburg, 20-24 June 2005, Russian Federation).(PDF 270) - 4 p. - Режим доступу до матеріалів http://www.isprs.org/publications/related/ISRSE/html/papers/270.pdf .

52. Sakhatsky A. I. Earth observation of Ukraine and Siberia for an estimation of their state, fire risk and carbon cycle / [V. I. Lyalko, S. Nilsson, A. I. Sakhatsky, A. Shvidenko, J. McCallum, A. Ja. Hodorovsky, O. G. Harechko] // New Strategies for European Remote Sensing. ; ed. М. Oluic. - Rotterdam, Millpress, 2005. - P. 269-277.

53. Sakhatsky A. I. Land cover classification in Ukrainian Carpathians using the MERIS Terrestrial Chlorophyl Index and Red Edge Position from Envisat Meris data [Електронний ресурс] / A. I. Sakhatsky, Z. M. Shportyuk, O.N. Sibirtseva // Proc. of Mid-Term Symposium ISPRS “ Remote Sensing: From Pixels to Processes”, Enschede, the Netherlands, 8-11 May 2006. - Режим доступу до матеріалів http://www.itc.nl/isprsc7/symposium/proceedings.aspx .

54. Sakhatsky A.I. Evаluation of vegetation Cover Change Contribution into Greenhouse Effect by Remotely Sensed Data: case Study for Ukraine / [V. I. Lyalko, I. G. Artemenko, G. M. Zholobak, Y. V. Kostyuchenko, A. I. Sakhatsky, O. I. Levchik] // Regional Aspects of Climate-Terrestrial-Hydrologic Interactions in Non-boreal Eastern Europe; ed. P. Ya. Groisman, S. Ivanov. - Springer Science+ Business Media B.V. 2009. - P. 157 - 164.

АНОТАЦІЯ

Сахацький О. І. Методологія використання матеріалів багатоспектральної космічної зйомки для вирішення гідрогеологічних задач. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора геологічних наук за спеціальністю 05.07.12 - Дистанційні аерокосмічні дослідження. - Державна установа “Науковий центр аерокосмічних досліджень Землі Інституту геологічних наук НАН України”. - Київ, 2009.

Розроблено методологію використання матеріалів багатоспектральних космічних зйомок для вирішення гідрогеологічних задач, пов'язаних з побудовою гідрогеологічних моделей для оцінки складових водообміну та ресурсів підземних вод в зоні інтенсивного водообміну. Розглянуто етапи побудови гідрогеологічних моделей. Для кожного з таких етапів обґрунтовано використання багатоспектральних супутникових даних для підвищення достовірності та ефективності гідрогеологічних досліджень.

Представлено оригінальні методичні підходи для визначення складових водообміну, використовуючи аналіз стану рослинного та ґрунтового покриву, на основі класифікації земного покриття за багатоспектральними космічними знімками. Запропоновано новий водний індекс, що вираховується за даними космічної зйомки, для оцінки зволоженості земного покриття при вирішенні гідрогеологічних, екологічних та агротехнічних проблем. Розроблено спосіб комплексування даних космічної зйомки з гідрогеологічним моделюванням для ідентифікації параметрів гідрогеологічних моделей.

Запропонована методологія доповнює традиційне ландшафтно-індикаційне та структурне дешифрування матеріалів дистанційного зондування в гідрогеологічних дослідженнях.

Теоретико-методичні розробки були апробовані, використовуючи значний обсяг даних, в межах окремих характерних ландшафтно-кліматичних зон України.

Ключові слова: багатоспектральні космічні знімки, водні індекси, класифікація земного покриття, водообмін, гідрогеологічне моделювання, ідентифікація гідрогеологічних параметрів.

АННОТАЦИЯ

Разработана методология использования материалов многоспектральных космических съемок для решения гидрогеологических задач, касающихся построения гидрогеологических моделей для оценки составляющих водообмена и ресурсов подземных вод в верхней гидродинамической зоне активного водообмена.

Определение параметров водообмена в верхней гидродинамической зоне интенсивного водообмена, как правило, недостаточно обосновано из-за недостатка данных. В некоторых случаях всю балансовую неувязку между составляющими водного баланса (количеством атмосферных осадков, поверхностным стоком, испарением с поверхности грунта и водоемов, а также эвапотранспирацией растительности) необоснованно относят к инфильтрации поверхностных вод в подземные без дальнейшей проверки на основе создания соответствующих фильтрационных моделей. На всех этапах моделирования геофильтрационных процессов на основе использования только данных наземных точечных измерений и опробования в скважинах, колодцах, шурфах и т. п. исполнитель всегда сталкивается с недостатком данных и с тем, что они характеризуют, собственно, только точку опробования. Вместе с тем при моделировании необходимо оперировать обобщенными и усредненными характеристиками для расчетных блоков модели, что может быть достигнуто при использовании материалов малозатратных многоспектральных космических съемок.

Рассмотрены этапы гидрогеологических работ при построении гидрогеологических моделей для оценки водообмена и ресурсов подземных вод и проблемы, которые при этом существуют. На этой основе обосновано использование многоспектральных спутниковых съемок на каждом из таких этапов и предложены методические разработки, объединенные в методологию для повышения достоверности и эффективности гидрогеологических исследований.

Разработанная методология использует преимущества многоспектральной космической съемки и включает ряд предложенных расчетных методов. Во-первых, используется классификация земных покровов на основе космических снимков и наземных данных и для выделенных классов земных покровов определяются характерные гидрогеологические процессы и усредненные значения параметров их моделей и составляющих водного баланса, во-вторых, используется прямая корреляция данных космической съемки с наземными материалами для оценки параметров непосредственно по дистанционным данным. Третий подход основывается на комбинации первых двух и в ряде случаев является наиболее эффективным, когда регрессионные зависимости определяются только для отдельного класса земного покрытия, который выделяется в результате классификации космических изображений. Четвертый подход заключается в параметризации моделей природной среды и их балансового согласования на основе созданных моделей водообмена с учетом данных космической съемки.

Работа включает оригинальные методические подходы для оценки составляющих водообмена, используя анализ состояния растительного и грунтового покровов, на основе классификации земных покровов по многоспектральным космическим снимкам с различным пространственным и спектральным разрешением.

Разработан методический подход комплексирования данных космической съемки с гидрогеологическим моделированием для идентификации параметров гидрогеологических моделей с использованием метода взаимокорректировки основных гидрогеологических параметров и показана его эффективность на конкретных примерах.

Предложен новый водный индекс, который рассчитывается по данным многоспектральной космической съемки и показана эффективность его использования для оценки увлажненности верхнего слоя грунта, а также для выделения понижений форм микрорельефа с повышенной влажностью, которые могут совпадать с зонами питания или разгрузки подземных вод. Методический поход можно использовать также при решении экологических и агротехнических проблем.

Предложенная методология дополняет традиционное ландшафтно-индикационное и структурное дешифрирование материалов ДЗЗ для оценки составляющих водного баланса и ресурсов подземных вод, используя новые возможности, которые предоставляют современные многоспектральные космические съемки.

Теоретико-методические разработки были апробированы, используя значительный объем обработки спутниковых и наземных данных, в пределах отдельных характерных ландшафтно-климатических зон Украины: зона лесов Полесья (Чернобыльская зона отчуждения), лесостепная зона (юго-восточные районы Киевской области), степная зона (Николаевская область), Карпатский регион.

Ключевые слова: многоспектральные космические съемки, водные индексы, классификация земных покровов, водообмен, гидрогеологическое моделирование, идентификация гидрогеологических параметров.

ABSTRACT

Sakhatsky A. I. Methodology of application of multispectral satellite data under the solution of hydrogeological problems. - Manuscript.

Thesis for the degree of Doctor of Science in geology, specialty 05.07.12 - Remote Aerospace Research. - State Institution “Scientific Centre for Aerospace Research of the Earth IGS NAS of Ukraine”. - Kyiv, 2009.

The methodology of using of multispectral satellite data for the solution of hydrogeological problems connected with construction of hydrogeological models for evaluation of elements of water balance and underground water resources in upper zone of intensive water exchange has been developed. The steps of hydrogeological models construction have been considered. For every step the using of multispectral satellite data has been motivated to increase efficiency and reliability of hydrogeologycal investigations.

Thesis includes original methodical approaches for evaluation of elements of water balance using analysis of vegetation cover and soils on the base of classification of land cover on multispectral satellite data. The new water index, calculated on the base of multispectral data, for land cover moisture evaluation has been offered for the solution hydrogeological, ecological and agro technical problems. The approach for complex using of multispectral satellite data with hydrogeological modelling for identification of hydrogeological models parameters has been developed.

The offered methodology complements the traditional landscape indication and structure interpretation of remote sensing data in hydrogeological researches.

The theoretical and methodical developments have been realized using significant volume of data within the limits of the typical landscapes and climatic zones of Ukraine.

Key words: multispectral satellite data, water indexes, water cycle, hydrogeological modelling, hydrogeological parameters identification.

Размещено на Allbest.ru