Методика мониторинга состояния объектов транспортной инфраструктуры по данным дистанционного зондирования Земли

Объекты транспортной инфраструктуры (ОТИ) являются составляющими транспортного комплекса и обеспечивают его функционирование. Мониторинг состояния отдельных типов ОТИ (например, мосты, эстакады, тоннели и т.д.) является важным с точки зрения экономики и безопасности жизнедеятельности человека. Нарушение (или прекращение) функционирования таких объектов приводит к потере управления экономикой страны, субъекта или административно-территориальной единицы, её необратимому негативному изменению (или разрушению) или существенному снижению безопасности жизнедеятельности населения, проживающего на этих территориях (Распоряжение Правительства РФ от 27.08.2005 № 1314-р «Об одобрении Концепции федеральной системы мониторинга критически важных объектов и (или) потенциально опасных объектов инфраструктуры Российской Федерации и опасных грузов»).

 

Органами исполнительной власти Российской Федерации осуществляется контрольно-надзорная деятельность за состоянием ОТИ. В настоящее время основным методом контроля является проведение проверок субъекта транспортной инфраструктуры, периодичность которых составляет один раз в 1-3 года (в зависимости от типа ОТИ). Внедрение в контрольно-надзорную деятельность дистанционных методов позволит отслеживать состояние объектов в периоды между плановыми проверками. При использовании космических снимков оценка состояния ОТИ выполняется по ряду показателей, установленному в соответствии с правовой и нормативной документацией. Все показатели можно разделить на две большие группы: качественные и количественные. Качественные показатели характеризуют наличие или отсутствие неблагоприятных для ОТИ процессов. Примером качественных показателей являются наличие свалок на территории ОТИ, заболачивание, зарастание, наличие/отсутствие маркировочных знаков на поверхности аэродрома и т.п.

 

Количественные показатели позволяют определить соответствие геометрических параметров ОТИ нормам и оценить степень развития того или иного неблагоприятного для объекта процесса. Например: длина взлётно-посадочной полосы должна соответствовать заявленному классу аэродрома; расстояние между объектами аэропортов должно соответствовать определённым нормам; уменьшение площади водных объектов из-за зарастания не должно препятствовать нормальному функционированию ОТИ.

 

Специалистами ЗАО «СТТ груп» была разработана и внедрена методика мониторинга ОТИ по космическим снимкам для структур исполнительной власти Российской Федерации. Она заключается в оценке изменения состояния объектов по паре снимков. Пара подбирается таким образом, чтобы исключить влияние сезонной динамики ОТИ. Поскольку мониторинг — это ряд наблюдений, то методика предполагает отслеживание состояния объектов на основе постоянного анализа пары снимков, один из которых представляет результат новой космической съёмки, второй – архивный снимок, который фиксирует нормальное состояние ОТИ. Для интерпретации результатов дешифрирования используется комплексная цифровая модель (КЦМ) ОТИ, которая представляет собой набор векторных объектов, полученный при оцифровке космического снимка. КЦМ фиксирует нормальное состояние ОТИ и должна обновляться в тех случаях, когда происходят плановые изменения объекта (проводится его реконструкция, развитие, ремонт и т.д.).

 

Методика мониторинга состояния ОТИ по данным дистанционного зондирования основана на использовании методов визуального и автоматизированного дешифрирования космических снимков. Выбор метода дешифрирования зависит от типа ОТИ, типов космических снимков, близости дат съёмки двух снимков, возможностей программного обеспечения и квалификации оператора.

Выявление изменений ОТИ на основе визуального дешифрирования заключается в сравнении космического снимка, полученного в результате новой съёмки, с КЦМ. Этот метод целесообразно использовать в случаях, если ОТИ расположен в зонах с плотной застройкой и представляет собой относительно простое сооружение (например, железнодорожный мост). Качество результата дешифрирования напрямую зависит от квалификации оператора, выполняющего дешифрирование.

 

Для автоматизированного выявления изменений ОТИ целесообразно использовать один из двух алгоритмов.

Первый из них основан на вычитании значений яркости пикселов снимка, полученного в результате новой космической съёмки, из значений архивного снимка. В этом случае необходимо задать порог для разности, превышение которого будет приниматься алгоритмом как произошедшее изменение. Пороговое значение разности выбирается с учётом особенностей местности и сезона снимков, участвующих в обработке.

 

Второй алгоритм предполагает использование результатов классификации для выявления изменений. На первом этапе проводится классификация изображений (контролируемая или неконтролируемая в зависимости от наличия и качества эталонов). На втором этапе выполняется анализ классов объектов на предмет их изменений (например, класс «водные объекты» для конкретного объекта изменился на класс «растительность»). На качество результатов дешифрирования автоматизированными методами влияет качество предварительной обработки снимков (ортотрансформирование, геометрическая коррекция снимка, полученного в результате новой космической съёмки, относительно архивного снимка), близость дат космической съёмки для пары снимков (один сезон, один месяц), качество выполненной классификации.

 

Интерпретация результатов автоматизированного дешифрирования проводится с использованием КЦМ. Оператор совмещает КЦМ и снимок с выявленными изменениями и проводит оценку вычисленных алгоритмом изменений. Методы автоматизированного дешифрирования позволяют сократить площадь анализируемой оператором территории со 100% до 10-15% от площади анализируемого снимка.

Выявленные изменения на основе классификации (слева) и вычитания значений яркости (справа). Классификация в случаях сравнения снимков, сделанных в разные сезоны (в данном случае 23.05.2011 и 13.09.2012) позволяют исключить влияние сезонной динамики.

В качестве дальнейших направлений развития предложенной методики мониторинга состояния ОТИ по данным дистанционного зондирования следует выделить использование радарных интерферометрических пар и методов пространственного моделирования. Применение радарной интерферометрии позволяет определять вертикальные деформации земной поверхности, поэтому применительно к мониторингу состояния ОТИ её целесообразно использовать для выявления просадок грунта. Однако, по сравнению с результатами оптической космической съёмки, у радарной интерферометрии есть существенный недостаток — её дороговизна. Пространственное моделирование позволит осуществлять прогнозирование развития неблагоприятных явлений для ОТИ (например, затопление ОТИ).

Автор: Полина Геннадьевна Михайлюкова, ведущий специалист АО «СТТ груп»

Перейти на страницу о работе

наверх

© АО «СТТ груп» г.Москва 2009–2016

 

info@cttgroup.ru

+7 (495) 545–45–40

Андроновское ш., д. 26, стр. 5