Использование технологии ДЗЗ и ГИС для контроля добычи полезных ископаемых Хмельницкой области.

На сегодняшний день в Хмельницкой области насчитывается 237 месторождений нерудных полезных ископаемых, которые находятся на учете. Только 116 от общего количества разрабатывается законно, остальные заброшенные или ведется незаконное добывание. Кроме месторождений, которые внесены к общему учету существует больше сотни незаконных добыч природных ископаемых.
Цель проведенной работы - создание базы геоданных (БГД) существующих месторождений природных ископаемых и обеспечить эффективный мониторинг с помощью технологии ДЗЗ и возможностей ГИС.
Цель проведенной работы - обеспечить сбор и систематизацию информации о состоянии месторождений с помощью тематической обработки космических снимков и ГИС.
Основные методы мониторинга добычи полезных ископаемых:

1. проведение наземных измерений (GPS – приемник, специальные геодезические устройства);
2. использование методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ):
3. аэрофотосъемка (самолеты, беспилотные летательные аппараты и другие);
4. космическая съемка (искусственные спутники Земли (ИСЗ)).

Таблица 1. - Сравнительный анализ разных методов оценки состояния месторождений полезных ископаемых.

Для оптимального мониторинга месторождений полезных ископаемых необходимо, минимум раз в квартал осуществлять измерения на каждом объекте. Ежеквартальное проведение мониторинга с помощью контактных наземных измерений на больше чем 300 объектах не является целесообразным, потому что для этого необходимо большое количество человеческих ресурсов и финансов. Таким образом целесообразно рассмотреть альтернативные методы мониторинга этих объектов - дистанционные.
Дистанционное зондирование - это получение информации о свойствах объектов или явлений с помощью устройства, которое не имеет с ними контакта.
Аэрофотосъемка на сегодняшний день является более дороже за космическую.
Снимки, полученные с космоса, позволяют охватывать на поверхности Земли большие территории, что дает возможность, применяя специальные технологии компьютерной обработки, анализировать процессы, которые исследуются в один и тот же момент времени на больших площадях.
Для дешифрирования с помощью космических снимков месторождений полезных ископаемых необходимо определить основные их дешифровочные признаки.
Разделяют разработку месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способами. Открытым способом в мире добывается почти 100% нерудных полезных ископаемых (рис.1).

а б

Рисунок 1. Системы открытой разработки: а — песчаные карьеры; б — гранитные карьеры.

Стрелками показано направление развития работ.
Объем выделенных в отвал скрытых пород при открытой разработке месторождений зачастую значительно превышает объем полезных ископаемых, которые добываются. Этот способ приводит к смене форм земной поверхности, агротехнических свойств земли и гидрогеологических режимов районов, которые хорошо видимы на снимках.
Основные дешифровочные признаки месторождений полезных ископаемых на космических снимках (рис. 2 а, б, в):

• открытые почвы (овраги);
• отвалы;
• наличие дорог (подъездов).

;

Рисунок 2. Снимки карьеров, которые получены с помощью ИСЗ: а – ИСЗ Landsat-7 – гранитный карьер, б - ИСЗ Spot – гранитный карьер, в – ИСЗ QuickBird – карьер фосфоритов).

Для использования результатов космической съемки необходимо создать БГД существующих месторождений с помощью ГИС и провести измерения для определения тестовых участков.
Обычно ГИС представляет информацию в виде карт и с помощью символов. Смотря на карту, возможно узнать, где находятся те или иные объекты и процессы, чем они являются, как к ним возможно добраться по автодорогам или другим транспортом, что граничат с ним или находятся вблизи. При интерактивной работе с картами на персональном компьютере, ГИС может также создавать новую информацию, которая не присутствует в явном виде на бумажных картах.
Например вы можете запросить все известные атрибуты (характеристики) пространственного объекта; получить список всех объектов, которые встречаются на маршруте с одной точки сети к другой; вычислить время движения; произвести моделирование.
Входная информация для БГД это список месторождений в формате *.xls.
Основные атрибуты БГД:

1. Название района;
2. Название месторождения или населенного пункта;
3. Полезное ископаемое;
4. Предприятие, которое эксплуатирует месторождения;
5. Специальное разрешение (№, дата выдачи, вид деятельности, срок действия);
6. Дата согласование в государственном управлении;
7. Состояние месторождения;
8. Площадь месторождения;
9. Периметр месторождения;
10. Максимальная длина месторождения;
11. Максимальная глубина месторождения;
12. Географическая долгота центра месторождения;
13. Географическая широта центру месторождения;
14. Дата проведения наземных измерений.

Первый этап - определение координат населенного пункта возле которого находится месторождение и занесение координат в графу географическая долгота и широта центра месторождения. Координаты населенных пунктов возможно получить с помощью ПО ArcGIS.
Второй этап - графическое отображение на топографической карте (М 1:100 000) и уточнение положения (рис.3, 4).

		3

Рисунок 3. Условное обозначение карьеров на топографических картах (1 – глиняный, 2 – песчаный, 3 – торфоразработки).



Рисунок 4. Изображение карьеров на топографической карте (1 – гранитный, 2 – песчаный).
Третий этап - проведение наземных измерений с помощью GPS – приемника и создание тестовых участков для основных типов месторождений. Для возможности космического мониторинга месторождений необходимо иметь тестовые участки (знать, какой вид имеют месторождения на космических снимках) и определить их основные дешифровочные признаки. Проведения наземных измерений возможно осуществить с помощью GPS-технологии. Система Глобального Позиционирования (GPS или Global Positioning System) - это глобальная, всепогодная и обеспечивает возможность получения точных координат и времени 24 часа в день.
GPS приемники могут вычислять положение с периодом меньше одной секунды и обеспечивает точность от метров до сантиметров при работе в дифференциальном режиме измерений. GPS приемник получает сигналы с GPS спутников и потом вычисляет Ваше местоположение. Результаты вычислений отображаются в виде координат на дисплее приемника. GPS приемники вычисляют также высоту над уровнем моря, что позволяет проводить наземные измерения на месторождениях полезных ископаемых.


GPS приемник позволяет получать точные, обновленные геоинформационные данные в любое время. В устройстве для GPS картографирования возможно задать словарь атрибутов объектов и вводить эти атрибуты в поле одновременно с сбором данных необходимых для определение положения объекта. Это ускоряет процесс обработки собранных данных, позволяет выключать ошибки при переводе с одной формы носителя данных в другую и обеспечить БГД самою свежей геоинформацией (рис. 5).



 

Рисунок 5. Схема размещения контрольных точек на территории глиняного карьера Сошенской сельской рады (возле г. Изяслав).


С помощью проведенных наземных измерений определено такие характеристики карьеров, как: периметр, площадь, максимальную длину и глубину, объем месторождения - после построения 3D - модели за данными высот, которые определенны с помощью GPS приемника (рис. 6).



Рисунок 6. 3D-модель Красносилкивского гранитного карьера.


Четвертый этап – тематическая обработка данных ДЗЗ, доступ к БД существующих снимков за разные года и проведение анализа изменений, которые произошли на протяжении определенного периода.
Для мониторинга месторождений добычи полезных ископаемых необходимо использовать следующие космические снимки:

1. снимки высокого разрешения: относительно высокого 20 - 40 м. высокого 10 - 20 м. очень высокого 1 - 10 м.;
2. снимки сверхвысокого разрешения меньше 0,3 - 0,9 м.

Пятый этап - создание, ведение и пополнения БГД (рис.7) новыми данными (табл.3).
Объекты в БГД хранятся в связанных реляционных таблицах. Часть этих таблиц представляют собой пространственные объекты. Другие таблицы создают отношение между пространственные объектами, правила проверки корректности и доменов атрибутов.
В результате проведенной работы в БГД карьеров Хмельницкой области было внесено дополнительную информацию по 13 карьерах:
- Головчинецкий гранитный (с. Головченцы);
- Красносилковский гранитный (с. Красносилки);
- Русановский гранитный (с. Русановцы);
- Изяславский песчаный (возле завода «Харчомаш»);
- Изяславский глиняный (с. Мокрец);
- Изяславский глиняный (c. Сошенское);
- Красиловский глиняный (с. Слобидка Красиловска);
- Красиловский глиняный (смт. Антонины);
- Красиловский известной (с. Чепеливка);
- Волочиский глиняный (с. Користовец);
- Волочиский глиняный(г. Волочиськ);
- Теофипольский песчаный (с. Новоставцы).



Рисунок 6. БГД карьеров в среде ArcGIS.

Таблица 3. – Список наименований атрибутов таблицы.

Наименование атрибута	Объяснение
P_1	Район
P_2	Название месторождения или населенного пункта
P_3	Полезное ископаемое
P_4	Предприятие, которое эксплуатирует месторождение
P_5	Специальное разрешение (№, дата выдачи, вид деятельности, срок действия)
P_6	Дата согласование в государственном управлении
P_7	Стан месторождения
P_8	Периметр
P_9	Площадь
P_10	Максимальная длинна
P_11	Максимальная глубина
P_12	Географическая долгота объекта
P_13	Географическая широта объекта
P_14	Дата проведения наземных измерений
P_15	Тематическая карта

Шестой этап - определение места размещения месторождений, на которых ведется незаконная добыча природных ископаемых.
Значительных убытков, как государству, так и территориальным обществам (причем, часто непоправимых) наносит незаконное использование земель для добычи полезных ископаемых. Особенного распространения имеют самовольные занятия земли для использования ее ресурсами; уклонение от уплаты платежей за добычу полезных ископаемых.
Используя результаты тематической обработки космических снимков возможно выявить новые карьеры.

Вывод


Заострение экологических проблем на нашей планете, в том числе повязанных с добычей полезных ископаемых, требует постоянного мониторинга состояния природной среды, для которого в наше время необходимо применение космических средств наблюдения.
Для изучения тенденций и темпов смены на местности - важно проследить за динамикой их развития. Такую возможность открывает использование разновременных снимков.
Материалы аэрокосмических съемок дают достаточно полное представление о особенностях строения и динамики ландшафтов, которые сформировались в районах добычи полезных ископаемых. Они могут быть использованы для мониторинга отработанных территорий, определение направления работ по рекультивации, оценки их эффективности. Для решения этих задач необходимы космические снимки высокого разрешения или аэроснимки.
Нарушенные при добычи полезных ископаемых земли могут быть использованы для сельского хозяйства, лесоразведения, создание рыбоводных ставов и охотничьих хозяйств или для проведения повторной добычи полезных ископаемых.
Полученные результаты разрешают вести учет, осуществлять контроль и проводить мониторинг существующих месторождений полезных ископаемых и определить незаконную добычу.
Применение технологии ДЗЗ та ГИС должно стать неотъемной частью и важным инструментом контроля и учета использования природных ископаемых для местных и государственных органов управления.

Список используемой литературы

• Геоинформатика: А.Д. Иванников, В.П. Кулагин, А.Н. Тихонов, В.Я. Цветков.-М.:МАКС Пресс, 2001.-349 с.
• Бугаевский Л.М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы: Учебное пособие для вузов. - М.:2000. - 222 с.
• ДеМерс, Майкл Н. Географические Информационные Системы. Основы.: Пер. с англ. – М.: Дата+,1999.
• Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: Наука, 1984.
• Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. — М.: Издательство А и Б, 1997. — 296 с.
• Ш.М. Дейвис, Д.А. Ландгребе. Дистанционное зондирование: количественный поход. Пер. С англ. Недра, 1983, с. 415.

Хотел пойти на курсы английского языка, но нашел в интернете английский для любого уровня и мне этот курс понравился.