Методы обработки данных геофизических исследований

Министерство топлива и энергетики Украины Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по дисциплине «Геофизика»

Студент группы Божинов Валерий Константинович Направление подготовки 0804 «Компьютерные науки»

Специальность 80 400 «КЭЭМ»

Руководитель:Черненькая Валентина Петровна Зав. кафедрой: Шумейко И. П

2011 г.

Актуальность. Использование ГИС-технологий является передовым в области геоинформатики.

Необходимость проанализировать картографические данные, накопленные в географических информационных системах, возникает все чаще. Прежде всего, это актуально для управленческих структур, владеющих большими массивами информации, на основе которой принимаются решения. В этом также нуждаются специалисты, оценивающие и прогнозирующие состояние какой-либо области человеческой деятельности, например, рынков сбыта продукции, экологии, социально-экономического состояния регионов и т. д. Нарастающие информационные потоки в современном обществе, разнообразие информационных технологий, усложнение решаемых на компьютере задач увеличивают нагрузку на пользователя этих технологий. Стоит задача перенести проблему выбора и принятия решений с человека на ЭВМ. Одним из путей решения этой задачи является применение ГИС-технологий в различных областях науки и техники в общем и в геофизике в частности.

Цель и задачи работы.

— Моделирование 3D рельефа местности по заданной топографической съемке;

— Рассмотрение и расчет геофизических показателей заданного водного объекта;

— Построение схемы геологической структуры суши и акваторий в 3D модели рельефа заданной местности;

— Создание розы ветров заданной местности, разработка и анализ графика среднемесячной (среднедневной) температуры для заданной местности;

— Оценка инженерной обстановки при наводнении;

— Рассмотрение и расчет геофизических показателей заданного водного объекта;

— Русловые процессы — расчет по заданной местности;

— Расчет погодных условий на заданной местности;

— Создание связей между основной моделью рельефа местности и теплодинамическими показателями атмосферы.

Теоретическое и практическое значение работы. Выполнение данной работы позволит более подробно изучить ГИС с теоретической точки зрения, а также поможет закрепить полученные теоретические знания, путем применения практических навыков на конкретном продукте.

Область внедрения. Учеными подсчитано, что 85% информации, с которой сталкивается человек в своей жизни, имеет территориальную привязку. Поэтому перечислить все области применения ГИС просто невозможно. Этим системам можно найти применение практически в любой сфере трудовой деятельности человека. ГИС эффективны во всех областях, где осуществляется учет и управление территорией и объектами на ней. Это практически все направления деятельности органов управления и администраций: земельные ресурсы и объекты недвижимости, транспорт, инженерные коммуникации, развитие бизнеса, обеспечение правопорядка и безопасности, управление ЧС, демография, экология, здравоохранение, рекламные агентства и т. д.

Структура работы. Работа состоит из титульного листа, задания на РГР, содержания, введения, основной части, заключения и литературы, а также приложений.

РАЗДЕЛ 1. Анализ информации об объекте исследования

1.1. Нормативная база, регламентирующая деятельность в геофизике, геодезии и картографии

Нормативную базу, регламентирующую деятельность в геофизике, геодезии и картографии составляет юридическое законодательство Украины. Прежде всего, это Закон Украины «О топографо-геодезической и картографической деятельности» (С изменениями, внесенными в соответствии с Законами № 662-IV (662−15) от 03.04.2003, ВВР, 2003, № 27, ст. 209 № 762-IV (762−15) от 15.05.2003, ВВР, 2003, № 30, ст. 247 № 3370-IV (3370−15) от 19.01.2006, ВВР, 2006, № 22, ст. 184 № 3421-IV (3421−15) от 09.02.2006, ВВР, 2006, № 22, ст. 199.

В данном законе представлено: законодательство о топографо-геодезической и картографической деятельности, определение основных сроков, задание законодательства о топографо-геодезической и картографической деятельности, объекты топографо-геодезической и картографической деятельности, субъекты топографо-геодезической и картографической деятельности, органы государственного управления в отрясли топографо-геодезической и картографической деятельности, компетенция Кабинета Министров Украины в отрясли топографо-геодезической и картографической деятельности, компетенция Главного управления геодезии, картографии и кадастра при Кабинете Министров, компетенция Министерства обороны Украины и других органов исполнительной власти в отрасли топографо-геодезической и картографической деятельности, виды и условия осуществления топографо-геодезической и картографической деятельности, охрана геодезических пунктов, государственный геодезический надзор и ответственность за нарушение законодательства в отрасли топографо-геодезической и картографической деятельности, международное сотрудничество в сфере топографо-геодезической и картографической деятельности.

Также к нормативной базе относятся постановления правительства Украины.

Постановление от 22 сентября 2004 г. № 1259 г. Киев «Некоторые вопросы применения геодезической системы координат» Кабинет Министров Украины постановляет:

1. Установить, что: выполнение топографо-геодезических и картографических работ начиная с 1 января 2007 г. будет осуществляться с применением Государственной геодезической рефференцированной системы координат УСК-2000; во время проведения международных исследований, в которых соучаствует Украина, в частности глобальных геодинамических и сейсмических процессов, изучения фигуры Земли, в космической и транспортной отраслях применяется международная рефференцированная система координат ITRS.

2. Третьему пункту «Основных положений создания Государственной геодезической сети Украины», утвержденных постановлением Кабинета Министров Украины от 8 июня 1998 г. № 844 (844−98-п), (Официальный вестник Украины, 1998 г., № 23, ст. 845; 2004 г., № 25, ст. 1650 аббревиатуру и цифры «(GRS 1980)» заменить аббревиатурой «(ITRS)» .

3. Государственному комитету природных ресурсов принять меры до создания и внедрения начиная с 1 января 2007 г. Государственной геодезической рефференцированной системы координат УСК-2000. Премьер-министр Украины В.Янукович.

Постановление от 22 декабря 1999 г. № 2359 г. Киев «О внедрении на территории Украины Мировой геодезической системы координат WGS-84» (С изменениями, внесенными согласно постановлениям КМ № 792 (792−2004;п) от 21.06.2004, № 754 (754−2006;п) от 25.05.2006.

С целью интеграции Украины в мировую и европейскую экономические системы, внедрения современных систем навигации транспортных средств, участия в международных научных исследованиях глобальных экологических и геодинамических процессов, изучение фигуры Земли и картографирование территории Украины с использованием спутниковых технологий Кабинет Министров Украины постановляет:

1. Принять для использования на территории Украины Мировую геодезическую систему координат WGS-84.

2. Возложить на Министерство охраны окружающей природной среды ответственность за внедрение и использование в Украине Мировой геодезической системы координат WGS-84. (Пункт 2 с изменениями, внесенными согласно Постановлениям КМ № 792 (792−2004;п) от 21.06.2004, № 754 (754−2006;п) от 25.05.2006)

3. Главному управлению геодезии, картографии и кадастру в двухмесячный срок подать Кабинета Министров Украины план мер относительно внедрения на территории Украины Мировой геодезической системы координат WGS-84. Первый вице-премьер-министр Украины А. Кинах.

Постановление от 16 января 2003 г. № 37 г. Киев «Об утверждении Государственной научно-технической программы развития топографо-геодезической деятельности и национального картографирования на 2003;2010 годы"(С изменениями, внесенными согласно постановлению КМ № 792 (792−2004;п) от 21.06.2004, № 754 (754−2006;п) от 25.05.2006.

Эта Программа направлена на совершенствование системы удовлетворения потребностей экономики, науки, образования и обороны страны в геопространственной информации и картографической продукции, активизацию фундаментальных и прикладных научных исследований, внедрение передовых достижений науки, техники и технологий в этих сферах и развитие производственной инфраструктуры.

Постановление от 8 июня 1998 г. № 844 г. Киев «Об утверждении основных положений создания государственной геодезической сети Украины» (с изменениями, внесенными согласно постановлениям КМ № 792 (792−2004;п) от 21.06.2004, № 1259 (1259−2004;п) от 22.09.2004, № 754 (754−2006;п) от 25.05.2006.

Основные положения создания Государственной геодезической сети Украины устанавливают общие требования к принципам построения и модернизации Государственной геодезической сети Украины, обследование и обновление ее пунктов и математической обработки результатов измерений. Основные положения предусматривают выполнение работ с использованием современных спутниковых радионавигационных систем (GPS), компьютерных технологий, а также допускают использование традиционных геодезических методов.

Постановление от 24 сентября 2005 г. № 979 г. Киев «Об утверждении Положения о Государственной службе геодезии, картографии и кадастра».

1.2 Методы геофизических исследований

Для изучения Земли в целом и отдельных ее регионов используются сейсмо-, гравии-, магнито-, электро-, термо-, и нуклеометрия. Все эти методы по сути дела являются самостоятельными науками. В основу измерений каждой из них положено различие в физических свойствах горных пород и полезных ископаемых. Каждое земное тело в окружающем пространстве и внутри себя создает разнообразные физические поля. По их измерению судят об источниках этих полей. Каждое геологическое тело порождает вокруг себя потенциальные поля (гравитационное и магнитное). Геологические тела по-разному реагируют на различные внешние воздействия: механические, электрические, термические, ядерные и др.- и становятся источниками полей упругих колебаний, электрических токов, теплового и ядерного излучений и т. д. Преобразуя по-разному получаемую извне энергию, горные породы становятся специфическими источниками носителей физических полей. По измерению силы тяжести судят о массе геологических тел, по ядерным излучениям — о содержании в них радиоактивных элементов.

Геофизические методы исследования земной коры, называемые по-разному: разведочная и скважинная; прикладная и промысловая; региональная, разведочная и геофизические исследования скважин (или каротаж), — это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный для изучения земной коры мощностью 35 — 70 км на суше и 5 — 10 км под дном акваторий океанов и морей.

Хотя иногда геофизику отождествляют с Физикой Земли, однако последняя наука изучает лишь Землю, как планету и ее оболочки: каменную — литосферу, мощностью порядка 100 км, астеносферу, простирающуюся до глубин 400 км, мантию — до глубин 2900 км, ядро внешнее (до глубин 5100 км) и внутренне (до центра Земли). Глобальная геофизика как обобщающая фундаментальная наука включает не только Физику Земли, но и геофизику космоса и атмосферы, гидросферы, а также науки, изучающие конкретные физические поля Земли: гравиметрию, магнитометрию, геоэлектрику, сейсмологию, сейсмометрию, термометрию, ядерную геофизику. Из этих фундаментальных геофизических наук выделяются научно-прикладные разделы. Так, геофизика воздушной оболочки включает физику космоса и атмосферы, метеорологию, климатологию и др. Геофизика водной оболочки (гидросферы) состоит из гидрофизики, океанологии, физики моря, лимнологии (изучение озер), гидрологии (изучение рек), подземной гидросферы, гляциологии (изучение ледников) и др. Из геофизики литосферы выделились разведочная или прикладная геофизика с методами, имеющими большое практическое значение при поисках и разведке полезных ископаемых и называемыми гравиразведкой, магниторазведкой, электроразведкой, сейсморазведкой, терморазведкой, ядерно-геофизической и геофизические методы исследования скважин (ГИС).

Предметом исследований геофизических методов (прикладной геофизики) являются: глубинные структуры земной коры на суше и океанах (платформенные, геосинклинальные, рифтовые области, океанические впадины и др.), кристаллический фундамент, осадочный чехол, полезные ископаемые в них, верхняя часть земной коры, называемая геологической (геофизической) средой или верхней частью разреза. Целью прикладной геофизики является восстановление строения, состава, истории развития этих объектов земной коры на основе косвенной информации о физических полях. Основными задачами геофизических исследований земной коры являются следующие: изучение состава, строения и состояния пород, слагающих земную кору, а также их динамику, выявление полезных ископаемых и изучения геологической среды как основы для промышленного, сельскохозяйственного, гражданского и военного освоения и сохранения ее экологических функций, как источника жизни на Земле путем косвенного изучения физических полей. Формально они сводятся к обнаружению геологических объектов, оценки их геометрии, а по физическим свойствам определение их геологической природы. В соответствии с решаемыми задачами основными прикладными направлениями и методами геофизических исследований земной коры являются: глубинная, региональная, разведочная (нефтегазовая, рудная, нерудная, угольная), инженерная (инженерно-геологическая, гидрогеологическая, почвенно-мелиоративная, мерзлотно-гляциологическая) и экологическая геофизика. Каждая горная порода и полезные ископаемые имеют определенный вещественный состав, текстуру, структуру и соответствующие им физические свойства. Однако одни и те же физические поля могут соответствовать различным горным породам, т. е. обратные задачи в геофизике бывают, как правило, неоднозначными. Например, плотности 2,7 г/см куб. могут соответствовать гранит, известняк, доломит и т. д. Базальт и каменная соль проявляют себя идентичным образом по отношению к распространению упругих колебаний и т. д. Поэтому для определения однозначности природы геологических объектов применяют совокупность/комплекс геофизических методов. Так, для отделения гранитного массива от известняков можно воспользоваться гравии магнитометрией. По магнитной восприимчивости граниты значительно отличаются от известняков и т. д. Базальтовый массив от солянокупольного массива можно отличить по комплексу сейсмического и гравитационного методов, поскольку каменная соль имеет более низкую плотность, чем базальты, и т. д.

1.3 Геоинформационные системы, как средства обработки данных геофизических исследований.

Geomap. Для эффективного топографического обеспечения полевых электроразведочных работ требуется применения специализированного программного обеспечения. Коллективом ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие» была разработана электроразведочная геоинформационная система «GeoMAP».

В системе реализованы инструменты для работы с пространственной и электроразведочной информацией: масштабирование, навигация по карте, работа с картографическими проекциями, обмен данных с GPS приемниками, инструменты для визуализации имеющейся сети наблюдения. Также она работает с единой БД комплекса, представляя имеющуюся пространственную информацию (растровые и векторные карты и схемы районов работ, геометрию зондирующих установок, треки GPS и т. д.), таким образом, вся пространственная информация упорядочивается и доступна в любой момент каждой из программ комплекса для визуализации или анализа.

Частью ГИС является мощный планировщик сетей наблюдений, который позволяет в полностью автоматическом режиме рассчитать геометрию установок (петля/линия, диагональная и прямая ориентация, размеры и т. д.) в профильном варианте и значительно автоматизирует процесс проектирования площадных установок.

Панель инструментов программы содержит кнопки для управления видом, масштабом, точкой отображения. Здесь же возможно запланировать сеть наблюдений и сохранить информацию в БД, а также вывести запроектированную сеть наблюдений (все точки и только отработанные). Форма отображения ГИС-проекта использует для отображения пространственной информации ГИС-компонент GeoMap.

На данный момент геоинформационная оболочка обладает следующими возможностями:

— отображение векторной информации (точечные, линейные, полигональные темы);

— поддержка формата файлов arcView;

— подключение привязанных растров в формате MapInfo;

— поддерживается иерархическая структура (дерево) для управления отображением тем;

— механизм доступа к базам данных на основе технологии ADO;

Наличие гибко конфигурируемого компонента (Data Provider), обеспечивающего доступ к данным из разных таблиц/источников, с сохранением метаданных (данных о структуре и связи таблиц);

— отображение информации в прямоугольной проекции Гаусса-Крюгера (метры);реализованный в компоненте импорт данных, представленных в географических координатах (широта/долгота) в проекциях Гаусса-Крюгера и WGS 84;

— модуль для работы с мобильными GPS приемниками Garmin, который позволяет осуществлять обмен координатной информацией между ПК и навигатором. Такая возможность позволяет оперативно обрабатывать полученные треки с помощью специализированного инструмента — планировщика установок и, таким образом, значительно увеличить эффективность работы.

В системе реализован компонент, позволяющий обмениваться информацией с GPS-навигаторами фирмы Garmin.

Возможности компонета:

— автоматическое подключение программы к COM-порту, либо разьему USB;

— прием с навигатора контрольных точек и треков. Возможность выбора интересующих записей из контейнера;

— запись в навигатор точек (координатная информация, метка).

В целом, ГИС система, реализованная на основе компонента GeoMap, позволяет решать весь спектр задач, связанных с проектированием сети наблюдений, представлении картографического материала в одной системе, работой с GPS-навигаторами и другими задачами ГИС-системы.

Microsoft MapPoint — это уникальный картографический инструмент для анализа и визуализации географической информации. Продукт содержит карты высокого качества со всякого рода сопроводительной информацией (население, аэропорты, АЗС и пр.), удобные программы-мастера для выполнения типовых операций и мощные средства отображения. MapPoint служит для просмотра и передачи коммерческой информации, снабженной разнообразными картами, которые можно встраивать также в документы Microsoft Office.

Рисунок 1.1 — Geomap

Разработанный для повседневного применения, Microsoft MapPoint доступен пользователям любой квалификации. Географическая информация в помощь бизнесу 70−80% записей в корпоративных базах данных так или иначе связаны с географией: в них присутствуют адреса заказчиков, торговых представительств, магазинов и пр. С помощью Microsoft MapPoint вы можете отобразить все эти данные на карте, а с ними и показатели реализации продукции по регионам, сведения, относящиеся к конкурентам, и другие экономические параметры, которые нельзя наглядно представить в обычных электронных таблицах или отчетах.

Пошаговые инструкции помогут вам на любом этапе создания различных видов карт с представленной на них коммерческой и демографической информацией. Наличие карты с отмеченными местоположением клиентов, путями транспортировки товара и результатами продаж существенно облегчит работу. Планирование маршрутов доставки и графика выполнения заявок ускорит обслуживание. Легко можно будет получить справку о расположении гостиниц и ресторанов или об адресах клиентов в незнакомом городе. Ознакомьте с новыми аналитическими подробностями, отображенными на карте, своих коллег и клиентов, предоставив им печатные отчеты, материалы презентаций или информацию на сайте. Тесная интеграция с другими приложениями Office и упрощенный доступ к MapPoint из других программ позволяют безо всяких затруднений использовать основные картографические функции. MapPoint может импортировать данные из Access, Excel, Outlook или баз данных SQL Server.

Рисунок 1.2 — MapPoint

Microsoft AutoRoute — это картографический программный пакет, совмещающий в себе большой набор карт, маршрутов, дорожных развязок и поддержку карманных компьютеров класса Pocket PC. С помощью персонализированных средств планирования маршрута, охватывающих более 37 европейских стран, Microsoft AutoRoute 2007 поможет вам быстро сориентироваться на незнакомой карте и найти оптимальное направление движения (настраиваемые средства определения оптимального маршрута, расчет времени, расстояния и затрат, обзор объектов, попадающихся на пути маршрута от бензоколонок до гольф клубов, сохранение маршрута, вывод на печать и распространение через интернет выбор наиболее удобного маршрута, гибкое изменение выбранного маршрута, импортирование адресной книги Microsoft Office Outlook® или электронных таблиц Microsoft Office Excel® в проект маршрута, просмотр карты в полноэкранном режиме. Программа содержит информацию о более чем 747 000 объектов, которые могут представлять интерес во время путешествия: гостиницы, рестораны, музеи, кемпинги и многое другое.

Программа обладает уникальными возможностями. Вот только некоторые из них:

— Точнейший расчет расстояния из места в место (включает в себя задание промежуточных пунктов следования и точнейшее планирование маршрута);

— позволяет создать подробное описание пути следования (навигационный лист для водителей);

— подробное графическое описание пути следования (включает мощное масштабирование в плоть до отдельных зданий);

— расчет примерного времени затраченного на прохождение пути (включает в себя следующие параметры: разрешенное время движения, когда началось движение, задержки на границах, скорость движения на данном отрезке пути и многое другое;

— расчет стоимости и расхода топлива (вами задается цена на топливо и расход на 100 км при различной скорости);

— поиск любого города или селения по примерному названию (внесены даже мельчайшие деревни);

— возможность самим конвертировать нужную сумму EURO в другую валюту и обратно;

— и множество других уникальных возможностей…

Рисунок 1.3 — AutoRoute

1.4 Строение земной коры заданной местности

Территория Донбасса относится к структурной зоне, тектоническое положение которой не очень ясно. С одной стороны, она тесно связана с докембрийской Восточно-Европейской платформой, с другой — с Предкавказской эпигерцинской платфомой. По комплексу признаков он представляет собой палеозойскй трог, вклинившийся в пределы платформы.

Палеозойские породы смяты в складки с образованием большого количества тектонических нарушений. С породами каменноугольного и пермского периодов связаны крупные месторождения каменных углей и солей.

Породы складчатого комплекса перекрываются полого залегающими отложениями мезозоя и кайнозоя.

По площади распространения преобладают территории кайнозойской (неогеновой) системы. В районе Донецкого кряжа — палеозойской (каменноугольной и отчасти пермской) системы. На Приазовской возвышенности — архейской системы. В пойме рек Северский Донец, Бахмут — участки мезозойской (меловой) системы.

Недра области богаты разнообразными полезными ископаемыми, из которых наибольшее значение имеет каменный уголь (Донецкий угольный бассейн). Значительны запасы каменной соли (Артёмовское и Славянское месторождения). Минерально-сырьевая база промышленности строительных материалов и чёрной металлургии представлена значительными месторождениями доломитов, известняков (флюсовых и строительных — Докучаевск, Комсомольское, пгт Новотроицкое), огнеупорных (Часовоярское, Новорайское, Андреевское, Затышанское, Веселовское, Октябрьское месторождения) и пластичных (керамические — Краматорское, Курдюмовское, Кутейниковское, Николаевское, Рай-Александровское, Никифоровское месторождения) глин, мергеля (Амвросиевский район, район города Краматорска), гипса (Артёмовский район), каолинов (Владимирское, Богородицкое, Екатериновское месторождения), мела (Славянский район), строительных и кварцевых песков, гранита (Тельмановский, Володарский район), кварцита и другое. Есть также ртуть (Никитовское месторождение), минеральные краски (охра — Яснополянское месторождение), фосфориты (Резниковское и Осыковское месторождения), асбест, графит (в Приазовье). Обнаружены месторождения нефелиновых сиенитов (алюминиевые руды — Калинино-Шевченковское месторождение), флюорита (плавиковый шпат — Петрово-Гнутовское и Покров-Киреевское месторождения), вермикулита (Каменномогильное месторождение), железных руд (в Приазовье), давсонита, калийных солей (около Славянска). В северных районах области находится Днепровско-Донецкая нефтегазоносная область (в области практически не разрабатывается), в южных, на побережье моря — Причерноморско-Крымская нефтегазоносная провинция. Эксплуатируются источники минеральных вод (Доброполье, Новоазовск).

Для почвенного покрова большей части Донецкой области характерны чернозёмы, в северных районах встречаются дерновые слабооподзоленные почвы, вдоль побережья Азовского моря — слабоосолоделые чернозёмы и солонцы.

атмосфера рельеф наводнение съемка

РАЗДЕЛ 2. Методы обработки данных геофизических исследований

2.1 Метод обработки данных рельефа местности по заданной топографической съемке

Создание модели на основе цифровых топографических карт соответствующего масштаба выполняется по содержанию информации о рельефе в виде изолиний, отметок высот, отметок урезов воды и т. п. Процесс создания модели рельефа (в триангуляционном или матричном виде) по цифровым данным такого типа в настоящее время хорошо изучен, реализован во многих ГИС-пакетах. Однако очевидно, что качество и точность получаемой модели определяется качеством, точностью и особенностями представления исходных цифровых данных — изолиний, отметок высот и т. п.

Топографические условные обозначения. Символические штриховые и фоновые условные обозначения объектов местности, применяемые для их изображения на топографических картах. Для условных обозначений предусмотрена общность обозначений (по начертанию и цвету) однородных групп объектов; при этом основные знаки для топографических карт разных стран не имеют между собой особых различий. Как правило, условные обозначения передают облик (форму, размеры), местоположение и некоторые качественные и количественные характеристики воспроизводимых на картах предметов, контуров и элементов рельефа. Условные обозначения принято разделять на масштабные (или площадные), внемасштабные, линейные и пояснительные. Масштабные топографические условные обозначения служат для воспроизведения таких топографических объектов, очертания и размеры которых в плане могут быть выражены в масштабе данной карты. При этом занимаемую масштабным знаком площадь ограничивают и закрашивают (леса, водоёмы, кварталы населённых пунктов), заштриховывают (болота, солончаки, разливы вод), заполняют графическим обозначениями (преимущественно в шахматном порядке — травянистая и полукустарниковая растительность, глинистая и кочковатая поверхности) или выделяют сочетанием этих приёмов (мели на реках, сады, виноградники и т. п.). Внемасштабные топографические условные обозначения используются для передачи объектов, не выражающихся в масштабе карты, то есть главным образом местных предметов, и воспроизводят их вид сверху или сбоку. Положению этих объектов в натуре должны соответствовать на карте следующие точки топографические условные обозначения: для знака правильной формы (например, треугольника, обозначающего пункт геодезической сети, круга — цистерну, скважину) — центр фигуры; для знака в виде перспективного рисунка объекта (фабричная труба, монумент) — середина основания фигуры; для знака с прямым углом в основании (ветряной двигатель, бензоколонка) — вершина этого угла; для знака, сочетающего несколько фигур (радиомачта, нефтяная вышка), — центр нижней из них. Линейные топографические условные обозначения предназначены для изображения с возможной графической точностью таких объектов, как береговые линии, ручьи и канавы, дороги, просеки, ограждения, линии проволочных передач, границы угодий и политико-административные границы. Если какой-либо из данных объектов воспроизводится на карте только с преувеличением по ширине, то его плановое положение фиксируют осью соответствующего знака. Линейными топографическими условными обозначениями изображаются также горизонтали. Пояснительные топографические условные обозначения применяются в целях дополнительной характеристики показываемых на карте объектов. Например, точка — для фиксации места определения абсолютных отметок рельефа или относительных превышений (высота кургана, глубина обрыва), различные стрелки — для передачи направления течения рек, пункта измерения глубины болота и др., знаки древесных пород для показа состава лесонасаждений.

2.2 Способы представления теплодинамических показателей атмосферы (построение розы ветров и графика среднемесячной (среднедневной) температуры

Роза ветров — векторная диаграмма, характеризующая в метеорологии и климатологии режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям и выглядит как многоугольник, у которого длины лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях (румбах горизонта), пропорциональны повторяемости ветров этих направлений («откуда» дует ветер). Розу ветров учитывают при строительстве взлётно-посадочных полос (ВПП) аэродромов, планировке населенных мест (целесообразной ориентации зданий и улиц), оценке взаимного расположения жилмассива и промзоны (с точки зрения направления переноса примесей от промзоны) и множества других хозяйственных задач (агрономия, лесное и парковое хозяйство, экология и др.). Роза ветров, построенная по реальным данным наблюдений, позволяет по длине лучей построенного многоугольника выявить направление Господствующего, или Преобладающего ветра, со стороны которого чаще всего приходит воздушный поток в данную местность. Поэтому настоящая Роза ветров, построенная на основании ряда наблюдений, может иметь существенные различия длин разных лучей. То, что в геральдике традиционно называют «Розой ветров» — с равномерным и регулярным распределением лучей по азимутам сторон света в данной точке, является распространённой метеорологической ошибкой; на самом деле это всего лишь географическое обозначение основных географических азимутов сторон горизонта в виде лучей.

Чтобы подсчитать среднемесячную температуру: для этого нужно сложить все среднесуточные температуры и разделить на количество дней в месяце. Чтобы построить розу ветров: для этого нужно подсчитать количество дней каждого направления ветра, данные записать и по ним построить график «Роза ветров».

2.3 Русловые процессы

Русловым процессом называются изменения в морфологическом строении речного русла и речной поймы, постоянно происходящие под действием текущей воды. Также русловыме процемссы — совокупность явлений и процессов, происходящих под воздействием комплекса различных природных и антропогенных факторов, и выражающихся в изменениях формы и параметров речных русел. Русловые процессы иногда неточно называются русловомй процемсс. Формы румсловый процемсс и румсловые процемссы — устаревшие. Одним из ярких проявлений русловых процессов является взаимодействие текущей воды и речного русла. Также существуют другие активные руслоформирующие факторы, определяющие русловые процессы (растительность, вечная мерзлота и др.). Действие активных руслоформирующих факторов сдерживают ограничивающие факторы (выходы неразмываемых пород, базис эрозии, коренные борта долины и др.). Русловые процессы приводят к изменениям формы русла. Содержанием русловых процессов является транспорт наносов. Русловые процессы изучает русловедение (теория русловых процессов). Русловедение состоит из трёх неразрывно связанных частей. Первая часть: общие логические основы науки (постулаты). «Первый шаг в этом направлении был сделан Великановым, который в своих последних работах говорил уже не о динамике русловых потоков, а о теории руслового процесса, и в основу его закладывал три постулата: взаимозависимость русла от потока и потока от русла; принцип минимума диссипации энергии; принцип ограниченности природных комплексов. Появления этих принципов вызвало широкую дискуссию, в которой высказывались противоположные соображения, но само появление обобщающих постулатов уже говорило о том, что вопрос создания строгой теории руслового процесса назрел». Вторая составляющая часть науки о русловых процессах — типизация русел и руслового процесса. Разделение рек на типы было впервые проведено К. И. Россинским и И. А. Кузьминым. Ими выделены прямолинейные (слабоизогнутые), извилистые и разбросанные русла и установлены главные черты их деформаций: периодическое расширение в первых, развитие излучин во вторых и блуждание в третьих. Третья составляющая часть — руслоформирующие факторы. Впервые понятие об определяющих факторах руслообразования было сформулировано в 1885 г. В. М. Лохтиным. «Всякая река … образуется сочетанием трех основных, друг от друга не зависящих элементов, а именно: 1) многоводности, определяемой атмосферными и почвенными условиями выпадения осадков на речную область и стока их в реку из притоков; 2) ската, или крутизны, обусловливаемой рельефом пересекаемой рекой местности и 3) большей или меньшей размываемости или устойчивости ложа реки, соответствующей свойствам прорезываемых её течением слоёв Земли».

2.4 Геофизические свойства водных объектов

Вода является одним из самых трудных веществ, изучаемых и физиками и химиками. Среди этих ученых существует такое мнение, что нет в мире более «грязного» вещества, чем чистая вода. Слово «грязная» используется в том смысле, что физические явления в воде протекают по чрезвычайно сложным путям, и на каждом шагу встречаются различные особенности воды. Современное исследование свойства воды показало, что корни этих аномалий лежат в самой молекуле воды в ее строении.

Характер загрязнения подземных вод зависит от типа источника загрязнения и от геофизической ситуации. К основным источникам загрязнения подземных вод относят промышленные, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные сточные воды, для которых характерен определенный набор загрязняющих веществ. Например, состав промышленного стока горнодобывающего предприятия зависит от состава добываемой руды. В подземные воды попадают хлориды, сульфаты, бром, йод, калий, натрий, кальций, железо, нефтепродукты.

2.5 Прогноз погоды. Природные явления

Прогноз погоды — научно обоснованное предположение о будущем состоянии погоды в определённом пункте или регионе на определённый период времени. Составляется (разрабатывается) государственными или коммерческими метеорологическими службами на основе методов метеорологии. Прогнозы делятся по заблаговременности периода, на который даётся прогноз: сверхкраткосрочные (СКПП) — до 12 часов; краткосрочные (КПП) — от 12 до 36 часов; среднесрочные (СПП) — от 36 часов до 10 суток; долгосрочные (ДПП) — от 10 суток до сезона (3 месяца); сверхдолгосрочные (СДПП) — более чем на 3 месяца (год, несколько лет). Оправдываемость прогнозов тем ниже, чем выше заблаговременность. Оправдываемость СКПП составляет приблизительно 95−99%, КПП 85−95%, СПП 65−80%, ДПП 60−65%, СДПП — около 50%.

Прогнозы погоды делятся по типам в зависимости от целей, для которых они разработаны:

· прогнозы общего пользования (публикуемые в СМИ и на интернет-сайтах) содержат краткую информацию об облачности, атмосферных осадках, явлениях погоды, ветре, температуре и влажности воздуха, атмосферном давлении;

· авиационные прогнозы содержат детальную характеристику ветра, видимости, явлений погоды, облачности;

· морские и речные прогнозы содержат детальную характеристику ветра, волнения, явлений погоды, температуры воздуха;

· сельскохозяйственные (агрометеорологические) прогнозы содержат детальную характеристику атмосферных осадков и температуры воздуха.

РАЗДЕЛ 3. Обработка данных геофизических исследований

3.1 Моделирование 3D рельефа местности по заданной топографической съемке

Модель 3D рельефа местности по заданной топографической съемке согласно варианта создается в программном продукте AutoCad. Снимок заданной территории используется в качестве положки, для чего после открытия рабочего пространства AutoCad выбирается пункт меню Вставка/Растровое изображение. Множество изолиний на снимке обводятся с помощью инструмента Полилиния, таким образом, чтобы они были замкнуты.

Рисунок 3.1. — Пример обрисовки изображения с помощью полилинии

Далее производится поднятие созданных ранее изолиний на определенную высоту, которую можно определить по цифрам, соответствующим каждой линии. Для этого используется инструмент Move, выделяется изолиния, затем выбирается сам инструмент и в командной строке вводятся координаты.

После того, как все линии подняты на определенную высоту производится «Лофтинг» фигуры для наглядного изображения. С помощью команды «По сечениям» «лофтим» изолинии, начиная с наименьшей. Для просмотра полученной фигуры выделяем обьект и выбираем команду Визуальные стили, где выбирается где выбирается нужный цвет фигуры.

Рисунок 3.2 — Моделирование 3D рельефа местности по заданной топографической съемке

3.2 Построение схемы геологической структуры суши и акваторий, в 3D модели рельефа заданной местности

Создание схемы геологической структуры суши и акваторий, в 3D модели рельефа заданной местности осуществляется с помощью программного пакета AutoCad по данным топографической съемки. Построение начинается с выбора заданном плане топографической съемки местности 6 точек бурения (с 0 по 5 включительно), причем так, что бы точки бурения находились на одной прямой. Для этого используются такие инструменты, как pline и circle для обозначения точек, которые нумеруются.

Рисунок 3.3 -Выбор шести точек бурения

После выбора 6 точек бурения осуществляется построение геологического разреза рельефа данной местности. Для этого строятся оси координат x, y, на оси x обозначается глубина бурения скважин, на оси y — их расположение относительно друг друга. На буровой колонке скважины, представляющей собой несколько вертикальных граф, последовательно для каждой из пройденных пород отмечают: глубину и типы горных пород соответствующими условными обозначениями (штриховкой). Затем строится геологический разрез. На осях скважин, отмеченных тонкими линиями, наносятся абсолютные отметки устьев скважин.

Полученные точки соединяются от руки. При этом линия проводится за крайние скважины на 1 — 2 см. Так будет обозначена дневная поверхность. Затем на осях скважин откладываются отметки подошвы первого от поверхности геологического слоя. Полученные точки также соединятся от руки и линия подошвы проводится за крайние скважины на 1 — 2 см. Для наглядности выбирается 4 типа почв для геологического разреза, которые обозначаются условными знаками. В данном случае это: песок мелкозернистый, мелкий, влажный; суглинок бурый, пластичный; глина коричневая, пластичная; гравий с валунами и галькой (рис 3.4.)

Рисунок 3.4 — Геологический разрез

Для наглядного изображения скважин и почв, которые используются на геологическом разрезе прорисовывают скважины (рис 3.5).

Рисунок 3.5. — Шесть скважин

3.3 Создание розы ветров заданной местности, разработка и анализ графика среднемесячной (среднедневной) температуры для заданной местности

Создание розы ветров заданной местности, разработка и анализ графика среднемесячной (среднедневной) температуры для заданной местности производится с помощью программного продукта Microsoft Office Excel. Данные о направлении ветра для заданной местности за определенный период (год) вводятся в соответствующие таблицы, затем по формуле высчитываются. После вывода направлений подсчитываются их средние значения, а затем выделяются столбцы, содержащие их и выбирается пункт меню Вставка/Диаграмма. В данном случае выбирается «Лепестковая» диаграмма в выпадающем окне (Мастер диаграмм).

Рисунок 3.6 — Роза ветров

Данные для графика среднемесячной (среднедневной) температуры для заданной местности также вводятся в Microsoft Office Excel. Затем подсчитываются средние значения температур воды и воздуха, после чего выделяются столбцы, содержащие их и выбирается пункт меню Вставка/Диаграмма. В данном случае выбирается тип диаграммы «График» в выпадающем окне (Мастер диаграмм).

Рисунок 3.7 — График среднемесячной (среднедневной) температуры.

3.4 Оценка инженерной обстановки при наводнении

Задача 1. Объем водохранилища W=70* м куб., ширина прорана =80 м, глубина воды перед плотиной (глубина прорана) H=50 м, средняя скорость движения волны прорыва (попуска) V= 3 м/с. Определить параметры волны прорыва (попуска) на расстоянии R=125 км от плотины до объекта экономики при ее разрушении.

Решение:

1. Время подхода волны прорыва (попуска) на заданное расстояние (до обьекта) R=125 км.

=R/V = 125*/3*3600 = 11,6;

2. Высота волны прорыва (попуска) h=m*H=0,075*50=3,75;

3. Время опорожнения водохранилища:

T=W/3600*N* =70*/3600*350*80=0,07 (ч);

4. Продолжительность прохождения волны прорыва (попуска) t до объекта на расстоянии R и время опорожнения водохранилища Т. (по табл. А.3 при R=125 км определим коэффициент m1=4): t=m1*T=4*0,07=0,28 (ч).

Ответ: параметры волны прорыва (попуска):высота волны прорыва (попуска) h=3,75 м; время подхода волны прорыва (попуска) =11,6 ч; время опорожнения водохранилища T=0,07 ч; продолжительность прохождения волны прорыва (попуска) t=0,28 ч.

Задача 2. В результате весеннего половодья произошел подьем уровня воды в реке Сура, через которую наведен металлический мост Близь реки расположен пос. Шепелевка, и недалеко от него имеется водохранилище с плотиной. После переполнения водохранилища и прорыва плотины через проран в ней с параметром в безразмерном виде В=0,25началось резкое увеличение уровня воды в р. Суре, и гидропоток воды устремился к пос. Шепелевка Известны высота уровня воды в верхнем бьефе плотины H0=40м, удаление створа объекта от плотины L=20км, гидравлический уклон водной поверхности реки i=2а также высота месторасположения объекта =1,5максимальная высота затопления участка местности (поселка) по створу объекта = 8 м и высота прямоугольника, эквивалентного по площади смоченному периметру в створе объекта = 5 м. Определить параметры волны прорыва — высоту, скорость и степень возможных разрушений на объекте и в поселке.

H=A1/, из табл. А.5. А1=108, В1=74, тогда H=1,15(м)

Скорость волны прорыва

V=A2/=30/50+20=0,43 (м/с)

Время приходя гребня и фронта волны прорыва: время (продолжительность) затопления территории обьекта ;

Коэффициент по табл А.6, iL/H0=0,05,тсюда следует =0,14,тогда

=0,14(60−360)(1−1,5/1,15)=12,6 ч=756 мин.

Возможные разрушения волны прорыва находят также по таблице А.2. при h=1,15 V=0,43.

Вывод: здания получат слабые разрушения, дома, мост, дорогасильные.

3.5 Рассмотрение и расчет геофизических показателей заданного водного объекта

Таблица 3.1

Рассчитываем объем озера в каждом квартале

объем озера = (осадки + грунтовые воды + поверхностный сток) — (испарение + забор воды)

V1= (7+3.5+2.1) — (3+5) = 12.6−8=4.6;

V2= (5+2.5+1.5) — (3+3) = 3;

V3= (5+2.5+1.5) — (2+4) = 3;

V4= (6+3+1.8) — (5+2) = 3.8.

Определяем средний обьем озера за год:

Vср. = 14.4 (ед.куб.);

Из таблицы зависимости глубины озера от его объема находим, что при объеме озера приблизительно 14 ед. куб. шкала показывает глубину 23 см. Отсюда составляем пропорцию:

1) 4.6 ед. куб. — 23 см Х=15 (см)

3 ед. куб. — Х см

2) 3 ед. куб. — 23 см Х=23 (см)

3 ед. куб — Х см

3) 3 ед. куб. — 23 см Х=29 (см)

3.8 ед. куб. — Х см

Таким образом, объем озера в первом квартале составил 4600 м куб., а во втором 3000 м куб. Уровень водомерной рейки на стационарном гидрологическим посту при этом оказалась на отметке 15 см, что по критерию оценки объема озера, что является оптимальным объемом для потребления. В третьем квартале объем воды остался прежним и составил 3000 м куб. между вторым и третьим кварталом уровень водомерной рейки оказался на отметке 23 см, что также является оптимальным объемом для потребления. В четвертом квартале объем составил 3800 м куб. Отметка на рейке показала значение 29 см, что является максимальным объемом для потребления.

3.6 Русловые процессы - расчет по заданной местности

При моделировании руслового процесса необходимо учитывать следующие его характеризующие физические величины, взятые по данным в задании согласно варианту:

— жидкий расход q=2м куб.;

— твердый расход p=35 г.;

— ширины потока b=5 м;

— средние по сечению глубины потока h=0,5 м;

— средний диаметр наноса D=1/32 мм;

— гидравлическая крупность w=0,132 см/с.;

— поверхностный уклон i=0,4;

— динамическая скорость =25 см/с.;

— начальная скорость влечений насосов u;

— средняя скорость потока и, средняя расходная концентрация насосов

;

1. Относительная ширина: = 5 м/0,5 м = 10;

2. Относительная шероховатость: = 1/32*0,5 = 0,625;

3. Относительная гидравлическая крупность: = 0,132/25 см/с. = 0,528;

4. Приведенный твердый расход: = 35/1/32*1,96 = 57,14;

5. Критерий подвижности: = 0,5*0,4/0,208*1/32 = 3076;

6. Критерий транспортирующей способности: = 3241;

7. Средняя расходная мутность, равная по определению = 35/2 = 17,5;

Вывод: реальная кривизна равна оптимальной; поток поддерживает нормальную в данных условиях расхода и крупности насосов глубину и не перемещает своих береговых линий;

3.7 Создание связей между основной моделью рельефа местности и теплодинамическими показателями атмосферы

Для создания связи между основной моделью рельефа местности и теплодинамическими показателями атмосферы используем функцию гиперссылки. Для этого в рабочем окне Autocad создаем объекты, на которые в будущем будем ссылаться, затем выбираем Меню/Вставка/Гиперссылка. Далее указываем на созданные объекты, подтверждаем нажатием клавиши Enter.

Рисунок 3.9 — Вставка гиперссылки

ВЫВОДЫ

Географическая информационная система (ГИС) — это возможность нового взгляда на окружающий нас мир. Если обойтись без обобщений и образов, то ГИС — это современная компьютерная технология для картирования и анализа объектов реального мира, также событий, происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий. Создание карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более соответствующий современности, более эффективный, удобный и быстрый подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза. До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах.

В настоящее время ГИС — это многомиллионная индустрия, в которую вовлечены сотни тысяч людей во всем мире. ГИС изучают в школах, колледжах и университетах. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности — будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи. ГИС позволяют точнейшим образом учитывать координаты объектов и площади участков. В области транспорта ГИС давно уже показали свою эффективность благодаря возможности построения оптимальных маршрутов, как для отдельных перевозок, так и для целых транспортных систем, в масштабе отдельного города или целой страны. При этом возможность использования наиболее актуальной информации о состоянии дорожной сети и пропускной способности позволяет строить действительно оптимальные маршруты.

1. Бондаренко В. М., Демура Г. В., Ларионов А. М. Общий курс геофизических методов разведки. — М.: Недра, 1986.

2. Геофизические методы исследования / Под ред. В. К. Хмелевского. — М.: Недра, 1988. http://www.amdm.ru

3. Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика. — М.: Недра, 1883.

4. Гравиразведка. Справочник геофизика. — М.: Недра, 1990.

5. Магниторазведка. Справочник геофизика. — М.: Недра, 1990.

6. Сейсморазведка. Справочник геофизика в двух книгах. — М.: Недра, 1990.