Опыт использования космических снимков сверхвысокого разрешения открытого доступа для мониторинга динамики берегов Крыма

Береговая зона черноморского побережья Крыма обладает значительными рекреационными ресурсами и является наиболее крупным курортным регионом Украины. В первое десятилетие XXI века на берегах Крыма развернулось беспрецедентное по масштабам строительство различных объектов. Ранее существовавшая проблема деградации берегов становится все более заметной, а в отдельных районах приобрела угрожающий характер. Характерно, что она затронула и аккумулятивные берега. В связи с этим, проблема анализа состояния и прогноза развития берегов стоит как никогда остро. Все имеющиеся к настоящему времени данные об изменении черноморских берегов Крыма получены измерениями ширины пляжей на стационарных створах с помощью рулетки или, реже, сравнительным анализом отдельных топографических и аэрофотосъемок. Наиболее полная сводка об изменчивости береговой линии Крыма по таким данным за 1960-1994 гг. содержится в [1]. К 2000 г. наблюдения на створах в Крыму были свернуты, а в 2006 г. возобновлены только в районе Евпатории.
Известных недостатков измерений на створах (отнесение величин изменений к достаточно протяженным участкам побережья и др.) лишены космические снимки, которые стали новым инструментом исследований изменчивости береговой линии. Изменения очертаний берега (отступание клифов, рост или деградация аккумулятивных форм и др.) можно выявлять путем сопоставления разновременных снимков. Анализ массива архивных космических снимков позволяет получить детальные изменения положения береговой линии, а также их количественные характеристики. Впервые анализ таких снимков применительно к берегам Крыма был выполнен в [2]. Были использованы данные ИСЗ серии Landsat в период 1986-2009 гг. По результатам анализа выделены участки побережья, где наблюдается отступание или нарастание берегов. Определены скорости эрозии, проведено их сравнение с данными, полученными другими методами. Преимуществом снимков серии Landsat заключается в том, что они находятся в свободном доступе, а их архив данных содержит снимки с 1984 года, что позволяет оценить изменчивость береговой линии за достаточно продолжительное время. Вместе с тем, их разрешение (~15 м на пиксел) недостаточно на относительно небольших временных промежутках и там, где изменения береговой линии невелики. Существует целая линейка спутников, которые дают информацию со сверхвысоким разрешением (Ikonos, QuickBird, WorldView-1, GeoEye-1 и др.). Однако, скудное финансирование украинской науки не позволяет их использовать в качестве инструмента исследований. Поэтому используется любая возможность получить информацию из открытого доступа. Такую возможность даёт известный Интернет-ресурс Google Earth. Размещенные здесь снимки имеют хорошее пространственное разрешение (до 0,6 м на пиксел), содержат информацию об области покрытия снимка, спутнике с которого получена информация, условиях съемки и его дате. В последних версиях программного продукта Google Earth-Pro есть возможность экспортирования изображений хорошего качества и инструмент Исторические изображения, который дает снимки во временной последовательности. Вместе с тем, прямое использование этой информации для анализа изменений береговой линии невозможно из-за недостаточной точности привязки изображений к географическим координатам. Выполненная нами оценка показала, что сдвиг координатной сетки на различных по времени снимках соответствует на местности до 12 м по долготе и 4 м по широте, что для анализа изменений береговой линии неприемлемо. Поэтому нами использовались две методики. Первая заключалась в создании мозаики перекрывающихся изображений, которые потом привязывались к географическим координатам в пакете ArcGIS по углам зданий и т.п. После этого, береговая линия оцифровывалась, вычислялись величины и площади изменений. Вторая заключалась в наложении последущего изображения на предыдущее непосредственно в Google Earth Pro. Такую возможность даёт инструмент Накладываемое изображение. После наложения, изменяя прозрачность, оба изображения подгонялись друг к другу. Необходимо отметить, что это очень трудоёмкая процедура, которая, кроме того, требует хорошего знания местности. Дополнительные сложности возникают в тех районах побережья, где нет каких-либо сооружений. В этом случае для подгонки использовались перекрестки дорог, отдельные деревья и т.п. Определенные ограничения накладывает и размер изображения. Опыт обработки показал, что для достижения приемлемой точности он не должен превышать 500 м по длине береговой линии и 100-200 м от береговой линии в сторону суши. Поэтому второй подход использовался в основном как контрольный для проверки величин, полученных первым методом. Сравнение величин изменений показало, что в большинстве случаев разница между данными, полученными двумя методами не превышает 1-2 м. По результатам выполненной нами работы были получены карты с величинами изменений береговой линии в районе Евпатории на протяжении около 50 км, в период 2006-2010 гг. Максимальное отступание береговой линии за этот период достигало 16 м или 4 м/год.

Литература.
1. Oceanographic Atlas of the Black Sea and the Sea of Azov– Kiev, State Hydrographic Service of Ukraine, 2009– 356 p.
2. Горячкин Ю.Н., Харитонова Л.В. Изменения береговой линии Крыма по спутниковым данным // Причорноморський екологічний бюлетень.– Вип. № 1 (35).– березень 2010 р.– «Стан та проблеми берегової зони морiв Укра їнi».– С. 122–129.