Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле

Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле

Досліджено можливість використання даних топографічного знімання SRTM для розрахунку поправки за вплив рельєфу місцевості на виміряне гравітаційне поле. Наведено загальний огляд топографічного радіолокаційного знімання SRTM, виконано статистичну оцінку точності та вертикальної роздільної здатності S...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2012
Автори: Петровський, А.П., Федченко, Т.А., Трачук, А.Ю.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2012
Назва видання:Геофизический журнал
Теми:
Научные сообщения
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98307
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле / А.П. Петровський, Т.А. Федченко, А.Ю. Трачук // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 147-153. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-98307
record_format dspace
spelling irk-123456789-983072016-04-12T03:02:53Z Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле Петровський, А.П. Федченко, Т.А. Трачук, А.Ю. Научные сообщения Досліджено можливість використання даних топографічного знімання SRTM для розрахунку поправки за вплив рельєфу місцевості на виміряне гравітаційне поле. Наведено загальний огляд топографічного радіолокаційного знімання SRTM, виконано статистичну оцінку точності та вертикальної роздільної здатності SRTM-знімання у зіставленні з наземним геодезичним зніманням. Проаналізовано можливість використання даних SRTM для розрахунку поправки за вплив рельєфу місцевості в гравітаційне поле для різних масштабів гравіметричних знімань. Установлено, що для рівнинних умов місцевості, з перепадом висот не більше 60 м, дані SRTM можуть бути використані для обчислення поправки за рельєф від середньої і дальної зон. The subject of the article is investigation of usage of SRTM topographic data for relief correction evaluation for measured gravitational field. Brief review of SRTM, statistical assessment, comparison of accuracy and vertical resolution ability of SRTM and ground geodetic survey have been represented in article. Analysis of possibility to apply SRTM data for relief correction evaluation for different scales of gravitational survey have been given. It has been found that for the plains terrain, with a height difference of not more than 60 m SRTM data can be used to calculate the correction for the relief of middle and far zones. Исследована возможность использования данных топографической съемки SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности. Приведена общая информация о топографической радиолокационной съемке SRTM. Выполнена статистическая оценка точности и вертикальной разрешающей способности SRTM-съемки в сопоставлении с высокоточной наземной геодезической съемкой. Проанализирована возможность использования данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности к гравитационному полю для различных масштабов гравиметрической съемки. Установлено, что для равнинных условий местности, с перепадом высот не более 60 м, данные SRTM могут быть использованы для вычисления поправки за рельеф от средней и дальней зон. 2012 Article Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле / А.П. Петровський, Т.А. Федченко, А.Ю. Трачук // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 147-153. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0203-3100 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98307 550.830 ru Геофизический журнал Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Научные сообщения
Научные сообщения
spellingShingle Научные сообщения
Научные сообщения
Петровський, А.П.
Федченко, Т.А.
Трачук, А.Ю.
Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле
Геофизический журнал
description Досліджено можливість використання даних топографічного знімання SRTM для розрахунку поправки за вплив рельєфу місцевості на виміряне гравітаційне поле. Наведено загальний огляд топографічного радіолокаційного знімання SRTM, виконано статистичну оцінку точності та вертикальної роздільної здатності SRTM-знімання у зіставленні з наземним геодезичним зніманням. Проаналізовано можливість використання даних SRTM для розрахунку поправки за вплив рельєфу місцевості в гравітаційне поле для різних масштабів гравіметричних знімань. Установлено, що для рівнинних умов місцевості, з перепадом висот не більше 60 м, дані SRTM можуть бути використані для обчислення поправки за рельєф від середньої і дальної зон.
format Article
author Петровський, А.П.
Федченко, Т.А.
Трачук, А.Ю.
author_facet Петровський, А.П.
Федченко, Т.А.
Трачук, А.Ю.
author_sort Петровський, А.П.
title Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле
title_short Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле
title_full Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле
title_fullStr Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле
title_full_unstemmed Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле
title_sort использование топографических данных srtm для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле
publisher Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
publishDate 2012
topic_facet Научные сообщения
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98307
citation_txt Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле / А.П. Петровський, Т.А. Федченко, А.Ю. Трачук // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 147-153. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series Геофизический журнал
work_keys_str_mv AT petrovsʹkijap ispolʹzovanietopografičeskihdannyhsrtmdlârasčetapopravkizavliânierelʹefamestnostinagravitacionnoepole
AT fedčenkota ispolʹzovanietopografičeskihdannyhsrtmdlârasčetapopravkizavliânierelʹefamestnostinagravitacionnoepole
AT tračukaû ispolʹzovanietopografičeskihdannyhsrtmdlârasčetapopravkizavliânierelʹefamestnostinagravitacionnoepole
first_indexed 2025-07-07T06:19:56Z
last_indexed 2025-07-07T06:19:56Z
_version_ 1836967997872275456
fulltext ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ SRTM ДЛЯ РАСЧЕТА ПОПРАВКИ ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 147 Введение. При проведении геолого-раз- ведочных работ на нефть и газ все большая роль отводится высокоточной гравиразвед- ке, которая обеспечивает получение новой дополнительной информации о глубинном строении изучаемых объектов. Результатом выполнения гравиметрических измерений является построение кондиционной карты гравитационного поля, из которого исключено влияние всех источников, не представляющих геолого-поискового интереса. Одна из состав- ляющих измеренного гравитационного поля — гравитационное влияние рельефа местности, которое компенсируется введением в грави- тационное поле соответствующей поправки. Значительные трудности при расчете поправ- ки за влияние рельефа местности возникают в связи с отсутствием надежных цифровых топографических данных как вблизи пункта гравиметрического наблюдения, так и на от- далении от него. В этом случае приходится выполнять геодезические измерения вокруг гравиметрических пунктов, оцифровывать УДК 550.830 Использование топографических данных SRTM для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле © А. П. Петровский1, Т. А. Федченко1, А. Ю. Трачук2, 2012 1Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, Ивано-Франковск, Украина 2Институт геотехнологий «ИНГЕОТЕХ ЛТД», Ивано-Франковск, Украина Поступила 26 апреля 2012 г. Представлено членом редколлегии В. И. Старостенко Досліджено можливість використання даних топографічного знімання SRTM для розрахун- ку поправки за вплив рельєфу місцевості на виміряне гравітаційне поле. Наведено загальний огляд топографічного радіолокаційного знімання SRTM, виконано статистичну оцінку точності та вертикальної роздільної здатності SRTM-знімання у зіставленні з наземним геодезичним зніманням. Проаналізовано можливість використання даних SRTM для розрахунку поправки за вплив рельєфу місцевості в гравітаційне поле для різних масштабів гравіметричних знімань. Установлено, що для рівнинних умов місцевості, з перепадом висот не більше 60 м, дані SRTM можуть бути використані для обчислення поправки за рельєф від середньої і дальної зон. The subject of the article is investigation of usage of SRTM topographic data for relief correc- tion evaluation for measured gravitational field. Brief review of SRTM, statistical assessment, com- parison of accuracy and vertical resolution ability of SRTM and ground geodetic survey have been represented in article. Analysis of possibility to apply SRTM data for relief correction evaluation for different scales of gravitational survey have been given. It has been found that for the plains terrain, with a height difference of not more than 60 m SRTM data can be used to calculate the correction for the relief of middle and far zones. топографические карты крупного масштаба с созданием соответствующей цифровой моде- ли местности или использовать иные методы аппроксимации поверхности рельефа. Все эти действия либо нетехнологичны и требуют зна- чительных затрат времени, либо приводят к недостаточной точности вычислений, что явля- ется недостатком при интенсивном развитии современной высокоточной гравиразведки. При этом наиболее влияют на точность рас- чета поправки размеры ближней, средней и дальней зон, а также точность и качество циф- ровых топогеодезических данных в пределах указанных зон. Так, согласно классическим представле- ниям, для учета влияния рельефа местности строится математическая модель, аппрокси- мирующая реальную земную поверхность во- круг точки наблюдения с помощью методов (способы Немцова—Пришивалко, Лукавченко, Березкина, Мудрецовой), которые базируются на непосредственных топогеодезических на- блюдениях [Гравиразведка, 1981]. НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ А. П. ПЕТРОВСКИЙ, Т. А. ФЕДЧЕНКО, А. Ю. ТРАЧУК 148 Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 Краткий обзор съемки SRTM. В качестве альтернативы для решения проблемы топо- геодезического обеспечения вычисления по- правки за рельеф местности может выступать топографическая база данных SRTM [http:// www2.jpl.nasa.gov/srtm]. SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) — глобальная радиолокационная многократная топографическая съемка — была проведена для большей части территории земного шара, за исключением самых северных (более 60°) и южных (более 54°) широт, а также океанов (рис. 1). Съемка SRTM выполнялась на протя- жении 11 дней в феврале 2000 г. двумя сенсора- ми SIR-C и X-SAR, смонтированными на косми- ческом корабле многоразового использования «Shuttle». Основная база данных находилась в свободном доступе через глобальную сеть Интернет по адресу: http://dds.cr.usgs.gov/srtm/ в виде растровых файлов, представленных как квадратные области размером 1×1◦ с простран- ственным разрешением 1 арксекунда (~30 м) или 3 арксекунды (~90 м). Квадрат данных SRTM — простое 16-битовое растровое изо- бражение без заголовка. Высота над уровнем моря — значение амплитуды (яркости) пикселя в этой точке. В случае отсутствия данных в со- ответствующем пикселе записывается число –32768, которое соответствует значению «no data» (отсутствие данных о высоте). Проектная точность данных SRTM различ- ная для разных континентов и территорий зем- ной поверхности, что связано, прежде всего, с кратностью съемки и характером поведения рельефа местности (табл. 1). За время, прошедшее после проведения измерений, топогеодезическая база SRTM уточнялась и корректировалась другими топо- геодезическими исследованиями, в том числе наземными, что позволило существенно улуч- шить ее характеристики. Следует отметить, что территория Украины находится в одном из наиболее освещенных SRTM-съемкой поясов планеты. Как видно из схемы освещенности (рис. 1), основная часть покрыта трехкратной съемкой, а ее централь- Рис. 1. Схема покрытия поверхности Земли съемкой SRTM (Land 0-1-2-3-4, Water 0-1-2-3-4 — цифра указывает на крат- ность наблюдения соответственно на суше (Land) и на воде (Water)) [http://www2.jpl.nasa.gov/srtm]. Таблица 1. Проектная точность данных SRTM [http://www2.jpl.nasa.gov/srtm] Ошибка Африка Австралия Евразия Острова Северная Америка Южная Америка Абсолютная в плане, м 11,9 7,2 8,8 9,0 12,6 9,0 Абсолютная по высоте, м 5,6 6,0 6,2 8,0 9,0 6,2 Относительная по высоте, % 9,8 4,7 8,7 6,2 7,0 5,5 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ SRTM ДЛЯ РАСЧЕТА ПОПРАВКИ ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 149 Рис. 2. Карта цифровой модели мест- ности (ЦММ), построенная по данным НПГС с положением пунктов геодези- ческой сьемки (а), по данным SRTM (б), а также отклонение высот между НПГС и SRTM (в). Рис. 3. Отклонение между НПГС и SRTM с учетом адди- тивной составляющей 1,83 м. ная и северная части — четырехкратной. Такая кратность наблюдений позволяет полагать, что ошибки топографической съемки SRTM в пределах территории Украины, и особенно в ее равнинных участках, могут быть значительно меньшими, чем в целом по Евразии, а точность определения высот рельефа – выше. Оценка точности SRTM для территории Украины. С целью оценки точности топогра- фической основы, полученной из базы дан- ных SRTM, для территории Украины, было проведено их сопоставление с результатами наземной площадной геодезической съемки (НПГС), выполненной спутниковой системой позиционирования GPS Trimble-5700 по ква- зирегулярной сети 100×100 м. Общая площадь сопоставления 400 км2. Цифровые модели местности и карты от- клонений высот (1) (рис. 2, 3) построены с ис- пользованием программного комплекса Surfer по регулярной сети 100×100 м методом интер- поляции «Kriging» с радиусом поиска 1000 м: ( ) ( ) ( ), , ,i j i j i jZ x y N x y S x y , (1) где N(xi, yj) — интерполированное значение высоты по данным НПГС в точках с координа- тами xi, yj по регулярной сети 100×100 м; S(xi, yj) — интерполированное значение высоты по данным SRTM в точках с координатами xi, yj по А. П. ПЕТРОВСКИЙ, Т. А. ФЕДЧЕНКО, А. Ю. ТРАЧУК 150 Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 той же регулярной сетке точек; ∆Z(xi, yj) — от- клонение между высотами по данным НПГС и SRTM в точках с координатами xi, yj. Статистический анализ величины откло- нения ∆Z(xi, yj) (табл. 2) показал, что среднее значение отклонения составило 1,74 м, дис- персия — 0,97, медиана — 1,83 м, среднеква- дратическое отклонение — 0,9845 м. Величина полученного среднеквадратического откло- нения соответствует точности SRTM модели, которая составляет ±0,5 м, что свидетельствует о принципиальном соответствии между циф- ровыми моделями местности по данным НПГС и SRTM. Наличие смещения указывает на си- стематическую (аддитивную) погрешность, которая может быть устранена соответствен- ной адаптацией данных SRTM к НПГС путем вычитания из высот модели SRTM величины оцененной медианы: ( ) ( ), , 1,83m i j i jZ x y Z x y . (2) Кроме аддитивной погрешности отклоне- ния ∆Zm(xi, yj) (рис. 3) содержат погрешности интерполяции, возникающие при перерасчете высот из точек наблюдения в точки регулярной сети. В связи с этим для окончательной оценки точности данных SRTM выполнен дополни- тельный статистический анализ отклонения высот по данным НПГС и SRTM в точках, где пространственные координаты и высоты были точно измерены при проведении наземных измерений: ( ) ( ) ( ), , ,s n m n m n mZ x y N x y S x y , (3) где ∆N(xn, ym) — значение высоты в точках НПГС с координатами xn, ym; S(xn, ym) — интер- полированное значение высоты по данным SRTM в точках НПГС с координатами xn, ym; ∆Zs(xn, ym) — отклонение между высотами по данным НПГС и SRTM в точках НПГС с ко- ординатами xn, ym; n — номер профиля НПГС; m — номер пикета НПГС. Характер поведения гистограммы распре- деления отклонений высот (рис. 4) показывает, что отклонение имеет квазинормальное слу- чайное распределение со средним значением 1,78 м, дисперсией 0,635, среднеквадратиче- ским отклонением 0,7968 м и медианой 1,84 м. Использование данных SRTM съемки для расчета поправки за влияние рельефа мест- ности на измеренное гравитационное поле. Чтобы оценить пригодность данных SRTM для использования при расчете поправок к грави- тационному полю за влияние рельефа средней Таблица 2. Статистические характеристики отклонения между данными НПГС и SRTM Отклонение высот Среднее значение, м Медиана, м Дисперсия, м2 Средне- квадратическое отклонение, м ∆Z(xi, yj) 1,74 1,83 0,971 0,9849 ∆Zm(xi, yj) 0,12 0,006 0,971 0,9849 ∆Zs(xn, ym) 1,78 1,84 0,635 0,7968 Рис. 4. Гистограмма отклонения между высотами по данным НПГС и SRTM в точках НПГС. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ SRTM ДЛЯ РАСЧЕТА ПОПРАВКИ ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 151 и дальней зон на исследуемом участке, был выполнен оценочный расчет влияния погреш- ности определения высоты на величину по- правки за влияние рельефа местности. Рельеф исследуемого участка является типичным для центральной, северной и восточной частей территории Украины. Расчеты выполнены при перепаде высот рельефа не более 60 м со сред- неквадратической погрешностью определения высот 1 м, что хуже оцененной ранее средне- квадратической погрешности определения высот по данным SRTM сьемки (табл. 2). При расчете поправки для гравитационного поля Рис. 5. Модель рельефа для расчета поправки в гравитаци- онное поле за влияние рельефа местности. Рис. 6. Поправка (а) и погрешность в поправке (б) за влияние рельефа для средней зоны. Рис. 7. Поправка (а) и погрешность в поправке (б) за влияние рельефа для дальней зоны № 1. Рис. 8. Поправка (а) и погрешность в поправке (б) за влияние рельефа для дальней зоны № 2. А. П. ПЕТРОВСКИЙ, Т. А. ФЕДЧЕНКО, А. Ю. ТРАЧУК 152 Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 за влияние рельефа местности использовалось соотношение [Гладкий, 1967] ( )1 2, ,pg r r h ( ) ( )1/2 1/22 2 2 2 1 1 2 22 f r h r r h r , (4) где Δgp(r1, r2, h) — поправка за влияние ре- льефа, м/с2; f — гравитационная постоянная (6,67·10–11 м3/(кг·с2)); σ — средняя плотность из- быточных гравитационных масс (2300 кг/ м3); h — превышение рельефа над точкой, для ко- торой рассчитывается поправка за влияние рельефа, м; r1, r2 — расстояния от точки, для которой рассчитывается поправка за влияние рельефа до внутренней и внешней границ Рис. 9. Суммарная погрешность поправки за влияние рельефа при использовании данных SRTM для средней (а) и дальней (б) зон. кольцевой зоны, охватывающей точку вы- числения (рис. 5). Расчет поправки за влияние рельефа на из- меренное гравитационное поле выполнен при максимальном перепаде высот, не превышаю- щем 60 м, и погрешности определения высоты 1 м. Местность вокруг точки наблюдения ус- ловно разделена: на ближнюю зону с внешним радиусом 100 м; среднюю зону с внутренним радиусом r1=100 м и внешним радиусом r2=500 м (рис. 6); дальнюю зону № 1 с внутренним радиусом r1=500 м и внешним радиусом r2=5000 м (рис. 7); Таблица 3. Анализ возможности использования данных съемки SRTM для расчета поправки за влияние рельефа средней и дальней зон Масштаб отчетных карт С еч ен ие из оа но м ал , ×1 0–5 м /с 2 С К П оп ре де ле ни я ан ом ал ии Б уг е, ×1 0–5 м /с 2 С К П оп ре де ле ни я вы со т, м Общий перепад высот рельефа, м <10 10—20 20—30 30—40 40—50 50—60 1:1 000 000 5,0 ±1,5 ±5,0 С, Д1:500 000 1:200 000 2,0 ±0,8 ±2,5 С, Д 1:100 000 1,0 ±0,4 ±1,2 С, Д 1:50 000 0,5 ±0,2 ±0,7 С, Д 0,25 ±0,1 ±0,35 С, Д 1:25 000 0,25 ±0,10 ±0,35 С, Д 0,20 ±0,08 ±0,25 С, Д 1:10 000 0,2 ±0,08 ±0,20 С, Д 0,1 ±0,04 ±0,10 С, Д 1:5 000 0,1 ±0,04 ±0,10 С, Д 0,05 ±0,02 ±0,05 С,Д Д Примечание. Возможность использования данных SRTM при расчете влияния рельефа: С — средней зоны, Д —даль- ней зоны. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ SRTM ДЛЯ РАСЧЕТА ПОПРАВКИ ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 153 дальнюю зону № 2 с внутренним радиусом r1=5 км и внешним радиусом r2=200 км (рис. 8). Полученные величины погрешностей при вычислении поправки за влияние рельефа средней и дальней зон (рис. 9) и данных SRTM можно сравнить с среднеквадратической по- грешностью определения аномалии Буге для различных масштабов гравитационной съемки (табл. 3) [Инструкции, 1975]. Таким образом, выполненный анализ позво- ляет утверждать, что для территории равнинной части Украины при среднем перепаде высот рельефа не больше 60 м высоты данные, из- меренные с помощью топографической радио- локационной съемки SRTM, могут быть исполь- зованы в качестве топографической основы при расчете поправки в гравитационное поле за влияние рельефа местности. Использование данных SRTM для дальней зоны возможно при гравиразведочных работах любого масштаба, а для средней зоны — при съемках не крупнее М 1:10 000 (табл. 3). С учетом того, что данные SRTM уже представлены в цифровом виде, их применение для расчета поправки за влияние рельефа местности на гравитационное поле обеспечивает высокую достоверность и эффек- тивность обработки гравиметрических данных. Гладкий К. В. Гравиразведка и магниторазведка. — Москва: Недра, 1967. — 319 с. Гравиразведка. Справочник геофизика / Под ред. Е. А. Мудрецовой. — Москва: Недра, 1981. — 397 с. Список литературы Инструкция по гравиметрической разведке. — Мо- сква: Недра, 1975. — 87 с. http://www2.jpl.nasa.gov/srtm (офіційний сайт SRTM).

Схожі ресурси