Розробка методики комплексного дослідження змін поверхневих об’ємів острівних льодовиків Антарктичного узбережжя

Abstract

Дисертаційна робота полягає у розробці та дослідженні методики комплексного дослідження змін поверхневих об’ємів острівних льодовиків Антарктичного узбережжя методами наземного лазерного сканування та наземного цифрового знімання. У роботі подано сучасний стан досліджень льодовиків в регіоні Антарктичного півострова. Розглянуто та проаналізовано методи для моніторингу льодовиків та запропоновано їх класифікацію. Сформовано відповідні висновки щодо переваг та недоліків застосування методів. Розроблено способи визначення фокусної віддалі ЦНЗК, виконано їх дослідження та апробація. Досліджено та враховано вплив дисторсійних спотворень ЦНЗК. Подано дослідження точності побудови хмари точок методом наземного лазерного сканування залежно від віддалі до об’єкта сканування та характеристик поверхні сканування. Подано запропоновану методику комплексного дослідження змін поверхневих об’ємів острівних льодовиків антарктичного узбережжя. Висвітлено основні етапи технологічної схеми та надано рекомендації щодо їх виконання. Здійснено апробацію методики для моніторингу льодовиків на о. Вінтер та о. Галіндез упродовж 2013-2014 та 2014-2018 років. Аналіз отриманих результатів та попередніх досліджень дозволяє зробити висновок, що упродовж 2013-2019 років льодовик о. Галіндез загалом втратив до 3 % свого об’єму, а льодовик острова Вінтер – до 2%. Диссертационная работа заключается в разработке и исследовании методики комплексного исследования изменений поверхностных объемов островных ледников Антарктического побережья методами наземного лазерного сканирования и наземной цифровой съемки. В работе представлено современное состояние исследований ледников в регионе Антарктического полуострова. Рассмотрены и проанализированы методы для мониторинга ледников и предложена их классификация. Сформированы соответствующие выводы относительно преимуществ и недостатков применения методов. Разработаны способы определения фокусного расстояния ЦНСК, выполнено их исследование и апробация. Исследовано и учтено влияние дисторсии ЦНСК. Представлены исследования точности построения облака точек методом наземного лазерного сканирования в зависимости от расстояния до объекта сканирования и характеристик поверхности сканирования. Подано предложенную методику комплексного исследования изменений поверхностных объемов островных ледников Антарктического побережья. Освещены основные этапы технологической схемы и даны рекомендации по их выполнению. Осуществлена апробация методики для мониторинга ледников на о. Винтер и о. Галиндез на протяжении 2013-2014 и 2014-2018 лет. Анализ полученных результатов и предыдущих исследований позволяет сделать вывод, что на протяжении 2013-2019 лет ледник о. Галиндез в целом потерял до 3% своего объема, а ледник о. Винтер – до 2%. The dissertation work consists in the development of the methodology for complex research of volume changes of the island glaciers on the Antarctic coast by the methods of terrestrial laser scanning and terrestrial photogrammetry. The process of glacier formation, methods of their monitoring and the current state glaciers research in the Antarctic region are considered. According to the analysis of literature, the classification of glaciers research methods is offered and the corresponding conclusions concerning advantages and disadvantages of methods application are formed. It is established that the use of terrestrial laser scanning and terrestrial photogrammetry is a priority for monitoring changes in island glaciers. This will avoid “blind” areas of TLS and increase the accuracy of determining volume changes of glaciers. The analyzes existing methods and ways to determine the internal orientation of digital non-metric cameras, three methods for determining the focal length are proposed, their description, technological implementation, calculation algorithm and approbation results are given. For each of the developed methods, recommendations for use are given depending on the characteristics of the camera. The influence of distortion of digital non - metric cameras is investigated and taken into account. The sources of TLS errors are analyzed and recommendations for minimizing each of the groups of errors are proposed. A study of the investigation of points cloud by TLS depending on the distance to the scanning object and the characteristics of the scanning surface is presented. Methodology based on the application of the TLS and the terrestrial photogrammetry are proposed. According to the required accuracy of determining changes of glaciers volume, the parameters of TLS and creation a digital model of the glaciers surface based on terrestrial surveying data were calculated. The workflow of the proposed technique of complex research of volumes changes of island glaciers which takes into account the details of the choice of parameters and data processing. ecommendations are given for the implementation of the stages of technical design, field work of TLS and terrestrial surveying, processing of materials and determination of volume changes. The main attention is paid to the peculiarities of performing measurements of glacial surfaces and the means of their processing. Algorithms for detecting “blind” areas of TLS and optimizing the interval choice for the construction of digital models of glacier surfaces based on terrestrial surveying data are presented. The application of the proposed methodology for monitoring glaciers on the islands Winter and Galindez during 2013-2014 and 2014-2018 are presented. According to the proposed algorithm, the grid interval for digital model creation of glacier surfaces is calculated. The results of approbation of the algorithm for detecting “blind” area of TLS are presented and polygons are constructed, which serve as masks for digital model creation of glacier surfaces according to terrestrial surveying data. Data of field works were processed and point models obtained according to TLS data and digital models of glacier surfaces obtained according to terrestrial surveying covering “blind” area were built. Volume changes of island glaciers are calculated as the volume differences between observation cycles. Analysis of the results and previous research allows us to conclude that during 2013-2019, the Galindez Glacier has lost up to 3% of its total volume, and the Winter Glacier has lost up to 2%.