Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 6. С. 129-143
Обнаружение многолетних бугров пучения с использованием декомпозиции цифровых моделей рельефа по топологическим признакам
С.В. Еремеев
1 , А.В. Абакумов
1 , Д.Е. Андрианов
1 , И.В. Богоявленский
2 , Р.А. Никонов
2 1 Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», Муром, Россия
2 Институт проблем нефти и газа РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 27.11.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-6-129-143
В последнее десятилетие значительно возрос интерес к изучению геокриологических особенностей Арктики, что связано с расширением масштабов поиска и освоения ресурсов полезных ископаемых, особенно углеводородов. В статье описана технология автоматизированного обнаружения многолетних бугров пучения (МБП), нередко несущих угрозы мощных выбросов и взрывов газа, на цифровых моделях рельефа (ЦМР). В качестве исходных данных используются высокоточные цифровые модели рельефа Арктики ArcticDEM, построенные при фотограмметрической обработке космоснимков высокого разрешения. Разработанная технология поиска МБП, включающая программное обеспечение, базируется на использовании декомпозиции изображений по топологическим признакам. Данный метод позволяет сформировать набор топологических свойств из входной матрицы точек ЦМР и проводить их дальнейший анализ с последующей фильтрацией по заданным параметрам. Показаны особенности представления МБП, а также их отличия от других рельефообразующих объектов Арктики. Приведены численные и графические результаты обнаружения МБП на реальных данных севера Западной Сибири. Предложенный подход позволяет проводить анализ ЦМР по геометрическим и топологическим признакам. С использованием геометрических признаков средняя точность правильно выделенных объектов составляет 78,2 %, а с добавлением топологических свойств это значение увеличивается до 81,8 %.
Ключевые слова: многолетние бугры пучения (МБП), цифровые модели рельефа (ЦМР), ArcticDEM, декомпозиция изображений, топологические признаки
Полный текстСписок литературы:
- Беляев М. Ю., Виноградов П. В., Десинов Л. В., Кумакшев С. А., Секерж-Зенькович С. Я. Идентификация по фотоснимкам из космоса источника океанских кольцевых волн вблизи острова Дарвин // Изв. Российской акад. наук. Теория и системы управления. 2011. № 1. С. 70–83.
- Богоявленский В. И. (2014a) Угроза катастрофических выбросов газа из криолитозоны Арктики. Воронки Ямала // Бурение и нефть. 2014. № 9. С. 13–18.
- Богоявленский В. И. (2014б) Арктика и Мировой океан: современное состояние, перспективы и проблемы освоения ресурсов углеводородов // Тр. Вольного экон. о-ва России. Т. 182. М.: Изд-во ВЭО России, 2014. № 3. С. 12–175.
- Богоявленский В. И. Фундаментальные аспекты генезиса катастрофических выбросов газа и образования гигантских кратеров в Арктике // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11. № 1. С. 51–66. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-1-51-66.
- Богоявленский В. И., Сизов О. С., Богоявленский И. В. и др. Дегазация Земли в Арктике: комплексные исследования распространения бугров пучения и термокарстовых озер с кратерами выбросов газа на полуострове Ямал // Арктика: экология и экономика. 2019. № 4(36). С. 52–68. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2019-4-52-68.
- Богоявленский В. И., Богоявленский И. В., Каргина Т. Н., Никонов Р. А. Цифровые технологии дистанционного выявления и мониторинга развития бугров пучения и кратеров катастрофических выбросов газа в Арктике // Арктика: экология и экономика. 2020. Т. 40. № 4. С. 90–105. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2020-4-90-105.
- Богоявленский В. И., Богоявленский И. В., Каргина Т. Н. Катастрофический выброс газа в 2020 г. на полуострове Ямал в Арктике. Результаты комплексного анализа данных аэрокосмического зондирования // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11. № 3. С. 363–374. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-3-362-374.
- Бондур В. Г., Чимитдоржиев Т. Н., Кирбижекова И. И., Дмитриев А. В. Радиолокационное обнаружение аномальной динамики бугров пучения на примере Ямальского бугра/кратера 2020 г. // Докл. Российской акад. наук. Науки о Земле. 2022. Т. 506. № 1. С. 65–72. https://doi.org/10.31857/S2686739722602575.
- Еремеев С. В., Абакумов А. В., Андрианов Д. Е., Титов Д. В. Метод разложения изображения по топологическим признакам // Компьютерная оптика. 2022. Т. 46. № 6. С. 939–947. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-1080.
- Звягин К. Н., Мальцев Д. Д. К вопросу о подавлении цифрового шума при автоматическом построении контуров объектов «лед – вода» при обработке ледовой информации // Проблемы Арктики и Антарктики. 2020. Т. 66. № 1. С. 102–114. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2020-66-1-102-114.
- Иванов М. А., Ермолаев О. П. Геоморфометрический анализ бассейновых геосистем Приволжского федерального округа по данным SRTM и Aster GDEM // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 2. С. 98–109. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-2-98-109.
- Лисицын В. М., Обросов К. В., Сафонов В. А. Выделение и определение параметров цилиндрических и сферических поверхностей при сегментации дальностных лазерно-локационных изображений // Изв. Российской акад. наук. Теория и системы управления. 2019. № 6. С. 103–118.
- Лобанов Г. В., Зверева А. Ю., Протасова А. П. и др. Геоморфологическое районирование на основе цифровых моделей рельефа (по данным SRTM для Верхнего Поднепровья) // Геоморфология. 2020. № 3. С. 44–55. https://doi.org/10.31857/S0435428120030074.
- Савчик А. В., Николаев П. П. Метод проективного сопоставления для овалов с двумя отмеченными точками // Информац. технологии и вычисл. системы. 2018. № 1. С. 60–67.
- Barr I., Dokukin M., Kougkoulos I. et al. Using ArcticDEM to analyse the dimensions and dynamics of debris-covered glaciers in Kamchatka, Russia // Geosciences. 2018. V. 8. No. 6. P. 216–233. https://doi.org/10.3390/geosciences8060216.
- Bogoyavlensky V., Bogoyavlensky I., Nikonov R. et al. Permanent gas emission from the Seyakha crater of gas blowout, Yamal Peninsula, Russian Arctic // Energies. 2021. V. 14. Article 5345. https://doi.org/10.3390/en14175345.
- Chang Y., Bailey D., Le Moan S. The shape of patterns tells more: Using two dimensional Hough transform to detect circles // Proc. 5th Asian Conf. Pattern Recognition (ACPR 2019). 2019. V. 12047. P. 64–75.
- Ishalina O. T., Bliakharskii D. P., Florinsky I. V. Recognition of crevasses with high-resolution digital elevation models: application of geomorphometric modeling and texture analysis // Trans. GIS. 2021. V. 25. No. 5. P. 2529–2552.
- Martin M. D., Barr I., Edwards B. et al. Assessing the use of optical satellite images to detect volcanic impacts on glacier surface morphology // Remote Sensing. 2021. V. 13. No. 17. Article 3453. https://doi.org/10.3390/rs13173453.
- Porter C., Morin P., Ian H. et al. ArcticDEM, Version 3. Harvard Dataverse, V1. 2018. https://doi.org/10.7910/DVN/OHHUKH.
- Shiggins C. J., Lea J. M., Brough S. Automated ArcticDEM iceberg detection tool: insights into area and volume distributions, and their potential application to satellite imagery and modelling of glacier–iceberg–ocean systems // The Cryosphere. 2023. V. 17. P. 15–32. https://doi.org/10.5194/tc-17-15-2023.