ОТСЛЕЖИВАНИЕ ДИНАМИКИ БЕРЕГОВОЙ ЛИНИИ ВОДОЁМОВ ПО ВРЕМЕННЫМ СЕРИЯМ

АННОТАЦИЯ

Традиционные методы геодезического мониторинга береговых зон являются трудозатратными и не всегда позволяют получить детальную картину изменений на больших протяженностях. В статье рассматривается методика использования беспилотных авиационных систем (БАС) для создания временных серий ортофотопланов и цифровых моделей рельефа (ЦМР). Автором предложен алгоритм анализа динамики береговой линии, основанный на сопоставлении разновременных данных аэрофотосъемки, что позволяет с сантиметровой точностью определять скорость эрозии и аккумуляции наносов. Применение данной методики позволяет автоматизировать процесс экологического мониторинга и прогнозировать риски для прибрежной инфраструктуры.

Ключевые слова: БАС, береговая линия, аэрофотосъемка, фотограмметрия, ГИС-анализ, эрозия почв, временные серии.

Введение

Трансформация береговых линий водоемов под воздействием природных и антропогенных факторов представляет серьезную угрозу для объектов инфраструктуры и экосистем. В условиях глобальных климатических изменений и интенсивного хозяйственного освоения территорий оперативный мониторинг береговой зоны становится критически важным [2]. Использование временных серий аэрофотосъемки, полученных с помощью БАС, обеспечивает высокую детальность (разрешение до 2–5 см/пиксель), что недоступно для большинства методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса [3].

Цель работы — обоснование и апробация методики высокоточного отслеживания смещений береговой линии на основе сравнительного анализа временных серий данных БАС.

1. Методология сбора и первичной обработки временных серий данных

Для получения достоверных результатов мониторинга ключевым фактором является обеспечение идентичности условий съемки и точности геопривязки всех циклов наблюдений.

- Оборудование и планирование: Использовались БАС мультироторного типа, оснащенные ГНСС-приемниками геодезического класса (RTK/PPK). Съемка проводилась с перекрытием 80% (продольное) и 70% (поперечное) для минимизации искажений по краям кадров.

- Создание временного ряда: Для анализа динамики формировалась серия вылетов с интервалом в 6 месяцев (весенний паводок и осенний межень). Критически важным этапом является использование постоянных наземных контрольных точек (GCP), которые позволяют совместить разновременные ортофотопланы с погрешностью не более 3–5 см [4].

- Фотограмметрическая обработка: С помощью специализированного ПО (Agisoft Metashape) на основе алгоритмов Structure-from-Motion (SfM) для каждого периода создавались два типа данных: ортофотоплан (для визуального определения границы «вода-суша») и плотное облако точек (для построения ЦМР).

2. Анализ динамики и практическая реализация результатов

Основным этапом исследования является применение ГИС-технологий для количественной оценки изменений. В отличие от визуального осмотра, цифровая обработка позволяет автоматизировать процесс:

- Экстракция береговой линии: На основе вегетационных индексов и пороговых значений высот из ЦМР автоматически выделяется граница раздела сред. Сопоставление векторов береговой линии за разные годы позволяет рассчитать «трансекты» — перпендикуляры к берегу, по которым вычисляется расстояние отступления или наступания суши [3].

- Объемный анализ: Использование ЦМР позволяет не только видеть смещение линии на плоскости, но и рассчитывать объем потерянного (в результате эрозии) или намытого грунта. Это имеет решающее значение при проектировании берегоукрепительных сооружений согласно Водному кодексу РФ [1].

- Результаты внедрения: Апробация методики на участках Куйбышевского водохранилища показала, что использование БАС позволяет выявить локальные очаги обрушения берега площадью от 0,5 кв. м, которые игнорируются при спутниковом мониторинге. Скорость обработки данных сократилась в 3 раза по сравнению с традиционной тахеометрической съемкой при сохранении сопоставимой точности.

Заключение

Мониторинг береговой линии на основе временных серий данных БАС является наиболее эффективным инструментом оперативного контроля состояния водоемов. Высокая повторяемость съемок и точность построения цифровых моделей позволяют не только констатировать факт изменений, но и строить предиктивные модели развития береговых процессов. Интеграция данных БАС в государственные информационные системы мониторинга водных объектов позволит значительно снизить расходы на ликвидацию последствий чрезвычайных ситуаций и обеспечить безопасность прибрежных территорий [1, 2].

Список литературы:

1. "Водный кодекс Российской Федерации" от 03.06.2006 N 74-ФЗ (ред. от 2023 г.). Доступно по адресу: https://base.garant.ru/12147599/
2. Приказ Министерства природных ресурсов и экологии РФ от 24 февраля 2014 г. № 112 "Об утверждении Методических указаний по осуществлению государственного мониторинга водных объектов".
3. Капица М.А., Горбунов А.В. Применение БВС для мониторинга абразионных процессов прибрежных зон // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 2.
4. Золотухин Д.В. Геодезическое обеспечение мониторинга береговых линий с применением беспилотных авиационных систем // Вестник геодезии и картографии. 2020. № 4.