Заказчик

Министерство природных ресурсов, экологии и охраны окружающей среды Республики Марий Эл

Цель проекта

Мониторинг воздействия на окружающую среду при проведении горных работ и выработке общераспространённых полезных ископаемых на территории республики Марий Эл. Выявление незаконного недропользования, сопровождающегося загрязнением окружающей среды, а именно – обнаружение и актуализация информации о незаконных карьерах (вне границ лицензионных участков) и сопутствующих им свалках твёрдых бытовых отходов (ТБО).

Выполненные работы

В рамках выполнения технического задания Заказчика были осуществлены каталогизация и предварительная фотограмметрическая обработка архивных снимков, работы по автоматическому и ручному дешифрированию, анализ данных и обновление ГИС, созданной в 2013-2016 гг., полевые работы.

Подготовительные работы.

Был осуществлен заказ архивной съёмки на районы работ – космических снимков со спутников «Канопус-В» и «Ресурс-П» за 2017–2018 гг. Затем на основе метаданных специалисты ООО «Иннотер» произвели каталогизацию имеющихся данных ДЗЗ, что позволило эффективно отобрать пригодные для дешифрирования снимки и отсеять данные с высоким процентом облачности, наличием снежного покрова и другими дефектами.

Следующим этапом работ стало ортотрансформирование (по RPC-полигонам и SRTM-1) выбранных снимков, их геометрическая и радиометрическая коррекция, в том числе и для для точной привязки к изображениям, использованным ранее в проекте 2013-2016 гг.

После этого необходимо было провести оценку спектральной разделимости классов с целью возможности выявления объектов недропользования. Основное назначение оценки спектральной разделимости – визуальное или автоматическое сравнение кривых спектральной яркости определяющих отражательную способность различных объектов наземного покрова. Были выбраны тестовые участки в наиболее характерных территориях для данного ландшафта, а также объекты недропользования (карьеры, древостои, антропогенные объекты, не покрытые растительностью земли, водные объекты).

Тестовые участки для оценки спектральных характеристик объектов ландшафта
Тестовые участки для оценки спектральных характеристик объектов ландшафта. (а – песок, б – древесно-кустарниковая растительность, в – асфальтированная

Исходя из этой оценки, специалисты ООО «Иннотер» смогли определить какие объекты будут хорошо классифицироваться на снимках, имея разные спектральные характеристики (как то, «песок» и «лес»), а какие объекты схожи по параметрам и могут ввести в заблуждение, как («песок» и «грунт») и, следовательно, необходимо будет более тщательно подбирать эталонные участки и проводить экспертный контроль автоматического дешифрирования. Но даже и объекты, имеющие хорошие эталоны, зачастую могут классифицироваться ложно в автоматическом режиме, поэтому необходимо визуальное дешифрирование специалистов.

Обновление и дополнение данных ранее созданной ГИС

В программном продукте NextGIS QGIS была произведена актуализация данных с использованием новой информации, полученной со снимков 2017-2018 гг., а также из реестра карьеров по Республике Марий Эл, (это было предоставлено Министерством природных ресурсов, экологии и охраны окружающей среды Республики Марий Эл).

Полученная карта-схема в формате ГИС содержала геоинформационные слои, которые отражали предварительную информацию обо всех объектах класса «объекты недропользования», площади карьеров, информация о полезных ископаемых, наличии свалок и т.п.

Пример одного из слоёв карты-схемы

Пример одного из слоёв карты-схемы

Дешифрирование снимков и классификация данных

Как уже было сказано выше, сначала был осуществлён отбор данных ДЗЗ. Из 65 архивных снимков, входящих в первую поставку, только 40 удовлетворяли временному диапазону. Дальнейший отбор произошёл по критериям надёжности в качестве источника информации, касающейся дешифрировочных признаков. Были исключены снимки со снежным и сплошным облачным покровом. Снег значительно затрудняет обнаружение карьеров, например. Облака – тем более. Таким образом, приоритет был отдан снимкам, которые были сделаны в летне-осенний период.

Обнаруженный карьер (полигон красного цвета) надёжно дешифрируется по летнему (А) снимку, но не читается на зимнем (Б) снимке
Обнаруженный карьер (полигон красного цвета) надёжно дешифрируется по летнему (слева) снимку, но не читается на зимнем (справа) снимке

В качестве подготовки к основному этапу работ был осуществлен запуск кластера баз данных – программно-аппаратного комплекса, позволяющего сотрудникам ООО «Иннотер» работать одновременно над одним проектом посредством языка запросов SQL. Преимущество использования такого кластера перед работой в обычной настольной ГИС заключается в том, что множество специалистов-дешифровщиков работают одновременно с одними и теми же данными: не нужно дублировать данные, заниматься сводкой результатов дешифрирования от нескольких исполнителей и т.п.

На первом этапе дешифрирование производилось визуально – специалистами. Использовались следующие дешифровочные признаки:

  • спектральная яркость (фототон);
  • размер;
  • форма;
  • структура;
  • тень;
  • контекст (близость дорог, населённых пунктов);

В итоге были получены предварительные данные.

Потенциальные объекты добычи полезных ископаемых, выявленные по результатам дешифрирования космосъемки 2017-2018 гг.
Потенциальные объекты добычи полезных ископаемых, выявленные по результатам дешифрирования космосъемки 2017-2018 гг.

Далее была произведена оцифровка объектов интереса, а затем было решено выполнить автоматическую неуправляемую классификацию снимков (кластеризацию) в пределах выделенных карьеров. Например, таким образом стало возможным выделить выработанную часть карьеров. Для этого было создано несколько моделей, обработавших данных специальным образом (в основу положили метод ISODATA). В результате было выявлено несколько классов, автоматически отдешифрированных программой.

Классифицированный по границе карьера фрагмент снимка. Выделено 6 классов
Классифицированный по границе карьера фрагмент снимка. Выделено 6 классов

На следующем этапе данные также в автоматическом режиме с помощью специально созданной модели были векторизованы и объединены в один слой.

Анализ полученных данных

Следующим значительным этапом работы стал анализ полученных объектов в совокупности с существующими данными фонда недр и подготовка к полевым исследованиям. Помимо интеграции данных, была разработана специальная шкала «достоверности»:

  • 25% – наличие карьера маловероятно;
  • 50% – наличие карьера определено со средней степенью вероятности;
  • 75% – наличие карьера определено с высокой степенью вероятности;
  • 100% – объект является карьером.

Данные были оценены в соответствии с ней и внесены все остальные актуальные атрибутивные данные (состояние карьера, наличие свалки ТБО, площадь выработки, вид полезного ископаемого, используемый для дешифрирования космический снимок, год съёмки).

В рамках подготовки к полевым работам были созданы несколько дорожных графов и спланированы маршруты объезда интересующих объектов.

Полевой маршрут №1.

Полевой маршрут № 1.

Полевые работы

Заключительный этап проект заключался собственно в полевом обследовании объектов интереса. В результате полевых работ было обследовано 43 потенциальных объекта недропользования 21 объект из 43 посещенных оказался карьером.

Кроме того, опыт полевого обследования позволил уточнить шаблоны и эталоны для камерального дешифрирования, что поможет сотрудникам ООО «Иннотер» в будущем в подобных проектах. Теперь, ООО «Иннотер» располагает собственным банком эталонов дешифрирования и точность выявления карьеров достигает 70% и более.

Результат

Выполнен мониторинг воздействия на окружающую среду при проведении горных работ на территории Республики Марий Эл, осуществлённый с помощью космических снимков «Ресурс-П» и «Канопус-В» за 2017–2018 гг. С учетом имеющегося покрытия территории Республики пригодными для дешифрирования космическими снимками, по итогу проведенных работ выявлено более 100 объектов недропользования.

Результаты работ показали, что данные дистанционного зондирования Земли можно – и нужно – использовать для мониторинга окружающей среды, например, в данном случае для выявления незаконного недропользования и добычи полезных ископаемых, а также обнаружения несанкционированных свалок ТБО.

Помимо выявленных объектов недропользования были сформированы дополнительные дешифровочные признаки карьеров, а также других объектов, которые можно спутать с карьерами при автоматизированном и ручном дешифрировании.

Составлен ГИС-проект по ведению и мониторингу объектов недропользования в формате NextGIS QGIS, содержащий информацию о контурах законных и незаконных выработках, когда-либо обнаруженных на территории Республики; о данных полевого обследования и неподтверждённых случаях нелегальной деятельности (в том числе, центроиды фотографий); о снимках, используемых в работе. Кроме того, ГИС содержит топографическую и административную информацию о территории.

Итоговый вид ГИС созданного проекта
Итоговый вид ГИС созданного проекта

Заказать обратный звонок
К началу страницы