Оценка динамики и расчет объема горных выработок Домодедовского карьера по данным дистанционного зондирования Земли (2016–2026 гг.)

Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе (МГРИ), Москва, Россия
Работа посвящена оценке пространственной динамики Домодедовского карьера и возможности расчета объема горных выработок по открытым данным дистанционного зондирования Земли. Рассматривается обработка снимков Sentinel-2 и высотных моделей ASTER GDEM v3 и Copernicus GLO-30 в QGIS. Методика включает выделение границ выемки, подготовку и взаимную привязку высотных данных, построение разностной поверхности и раздельный учет понижения и повышения рельефа. В исходном описании приведено увеличение площади со 142 до 186 га и предварительный объем изменений поверхности около 11,4 млн м³. Эти значения требуют проверки по исходным материалам. Основное ограничение связано с временной принадлежностью глобальных моделей: их нельзя автоматически отождествлять с состояниями карьера в 2016 и 2026 гг. Обсуждаются различия между геометрическим изменением поверхности, объемом извлеченной горной массы и производственным учетом добычи. Отмечается необходимость согласования пространственной и высотной основы, документирования обработки и независимой проверки результатов. Практическое значение состоит в формировании схемы предварительного мониторинга и определении условий достоверной количественной оценки. Предложенная последовательность позволяет разграничить задачи анализа площади и объема, а также выявить сведения, недостающие для подтверждения результатов.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, Домодедовский карьер, Sentinel-2, ASTER GDEM, Copernicus DEM, QGIS, мониторинг горных работ, объем выемки
Суслин Илья Романович — старший преподаватель кафедры инженерной геологии; e-mail: suslinir@mgri.ru.
Седов Дмитрий Владимирович — студент МГРИ; e-mail: sedovdmitrij848@gmail.com.
E-mail автора-корреспондента: suslinir@mgri.ru
Введение
Мониторинг горных работ необходим для контроля недропользования и оценки изменений природной среды. Он включает определение границ выемки, направления расширения карьера, площади нарушенных земель и углубления рабочих участков. Наземные измерения дают подробные сведения о выработке, однако требуют значительных затрат. Спутниковые снимки позволяют исследовать пространственные изменения, а цифровые модели поверхности — высотное строение.
Цель работы — оценить динамику площади Домодедовского карьера за 2016–2026 гг. и рассмотреть возможность расчета объема горных выработок по открытым данным дистанционного зондирования Земли в QGIS. Задачи включают выделение контуров, сопоставление высотных данных и оценку ограничений полученных результатов.
Объект исследования и исходные данные
Объект расположен в Московской области, в районе координат 55,3° с. ш. и 37,8° в. д. Ступенчатое строение карьера требует совместного анализа границ и высот поверхности. При оконтуривании необходимо разграничивать выемку, отвалы, склады и технологические дороги: граница нарушенной территории не всегда совпадает с границей извлечения породы.
В исходном описании указаны снимки Sentinel-2 за летние периоды 2016 и 2026 гг. и модели ASTER GDEM v3 и Copernicus GLO-30 с разрешением около 30 м. Источником данных назван USGS EarthExplorer (https://earthexplorer.usgs.gov/), обработка выполнялась в QGIS 3.34. Для воспроизводимости необходимо указать идентификаторы сцен, даты съемки и использованные высотные продукты.
ASTER GDEM v3 сформирована по съемкам 2000–2013 гг., а основные данные Copernicus DEM получены в 2011–2015 гг. Эти продукты нельзя автоматически считать состояниями поверхности за 2016 и 2026 гг. Дата публикации или скачивания не является датой съемки; разность моделей сама по себе не подтверждает объем работ за указанное десятилетие (ASTER Global…, б. г.; Copernicus DEM — Global…, б. г.). Copernicus DEM представляет модель поверхности, включающую растительность и сооружения, что необходимо учитывать при интерпретации различий (Copernicus DEM. Product…, б. г.).
Материалы и методы исследования
Оптические изображения подбирались для близких сезонных условий с учетом облачности и теней. Границы выемки определялись по снимкам Sentinel-2 с использованием нормализованного индекса влажности NDMI, рассчитанного в Semi-Automatic Classification Plugin. Пороговая классификация уточнялась визуальным дешифрированием и ручным редактированием. Контуры обеих дат должны выделяться по единым критериям.
Высотные модели обрезались с буферной зоной 200 м. Предобработка включала заполнение отсутствующих значений, фильтрацию шумов и взаимную привязку по устойчивым участкам за пределами карьера. Необходимо согласовать систему координат, размер и положение ячеек, высотную основу и проверить влияние фильтрации на объем. Устранение систематических смещений выполняется до анализа изменений (Nuth, Kääb, 2011).
Изменения высот оценивались методом разности цифровых моделей (Difference of DEMs, DoD): 〖DoD〗_i = H_(2,i) - H_(1,i), где H_(1,i) и H_(2,i) — высоты соответствующей ячейки исходной и конечной моделей. Отрицательные значения характеризуют понижение, положительные — повышение поверхности. Такая интерпретация допустима после проверки сопоставимости данных и оценки ошибок.
Геометрический объем понижения рассчитывается как V_выемки = ∑_(i: 〖DoD〗_i 0)▒〖〖DoD〗_i S_i 〗. Раздельный учет позволяет отличать выемку от накопления материала. Если разработанный участок затем засыпан, разность моделей отражает итоговое изменение, а не весь объем извлечения.
Результаты и обсуждение
В исходном варианте площадь выемки увеличилась со 142 до 186 га. Прирост составил 44 га, или около 31%; основное расширение отмечено в юго-западном направлении. Эти значения сохраняются как заявленные результаты оконтуривания и требуют подтверждения снимками, векторными слоями и критериями выделения границ.
Среднее понижение оценено в 14,5 м, максимальное — в 28–30 м, объем горной массы — около 11,4 млн м³. Указанные показатели являются предварительными: рассмотренная пара глобальных моделей не подтверждает их принадлежность периоду 2016–2026 гг. Для проверки необходимы высотные данные соответствующих дат, расчетная маска и оценка погрешности. Следует также указать территорию, по которой определено среднее понижение.
Без геологических и производственных данных геометрическая оценка не разделяет полезное ископаемое и вскрышу. Коэффициент разрыхления не применялся; результат нельзя непосредственно сопоставлять с объемом материала в транспорте, на складах или в отвалах.
Анализ погрешностей и ограничений
Разрешение около 30 м ограничивает описание уступов, бровок и узких технологических элементов. Неопределенность связана также с вертикальными ошибками, различиями построения моделей, наличием растительности и неодинаковыми периодами съемки. Характеристики продуктов необходимо проверять по документации (Copernicus DEM. Product…, б. г.; Digital Elevation…, б. г.; Copernicus GLO-30…, б. г.).
Взаимная привязка уменьшает систематическое смещение, но не устраняет локальные ошибки (Nuth, Kääb, 2011). Без независимой проверки нельзя утверждать определенный процент недооценки объема или совпадение с отчетностью на уровне 85–90%. Контроль должен выполняться для одинаковых границ и временных интервалов. Для воспроизводимости сохраняются исходные данные, параметры обработки и правила учета разностей высот.
Заключение
Работа объединяет анализ пространственной динамики карьера с методикой расчета геометрических изменений поверхности. Заявленное увеличение площади на 44 га требует подтверждения исходными материалами. Главный методический вывод — необходимость совместного использования оптических и высотных данных с разграничением их назначения.
ASTER GDEM v3 и Copernicus GLO-30 нельзя автоматически считать состояниями карьера в 2016 и 2026 гг. Поэтому оценка 11,4 млн м³ нуждается в пересчете или подтверждении по высотным данным соответствующих дат. Выемка и накопление материала должны учитываться раздельно, а геометрические изменения не следует отождествлять с производственным учетом добычи.
Практическое значение работы заключается в последовательной схеме предварительного мониторинга. При наличии сопоставимых данных она позволяет выявлять изменившиеся участки и планировать контрольные измерения. Применение количественных результатов для аудита недропользования требует документированной независимой проверки.
Литература
ASTER Global Digital Elevation Model V003 (ASTGTM) // NASA Earthdata. Б. г. URL: https://www.earthdata.nasa.gov/data/catalog/lpcloud-astgtm-003. Дата обращения: 12.10.2026.
Copernicus DEM — Global and European Digital Elevation Model // Copernicus Data Space Ecosystem. Б. г. URL: https://dataspace.copernicus.eu/explore-data/data-collections/copernicus-contributing-missions/collections-description/COP-DEM. Дата обращения: 12.10.2026.
Copernicus DEM. Product Handbook. Version 5.0. GEO1988-CopernicusDEM-SPE-002. Б. г. URL: https://dataspace.copernicus.eu/sites/default/files/media/files/2024-06/geo1988-copernicusdem-spe-002_producthandbook_i5.0.pdf. Дата обращения: 12.10.2026.
Copernicus GLO-30 Digital Elevation Model // OpenTopography. Б. г. URL: https://portal.opentopography.org/raster?opentopoID=OTSDEM.032021.4326.3. Дата обращения: 12.10.2026.
Digital Elevation Model (DEM) Product Comparison Guide // LP DAAC. Б. г. URL: https://lpdaac.usgs.gov/documents/642/DEM_Comparison_Guide.pdf. Дата обращения: 12.10.2026.
Nuth C., Kääb A. Co-registration and bias corrections of satellite elevation data sets for quantifying glacier thickness change // The Cryosphere. 2011. V. 5. P. 271–290. DOI: 10.5194/tc-5-271-2011.
Assessment of the dynamics and estimation of excavation volume at the Domodedovo quarry using Earth observation data (2016–2026)
I. R. Suslin, D. V. Sedov
Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting (MGRI), Moscow, Russia
The paper examines the spatial dynamics of the Domodedovo quarry and the feasibility of estimating excavation volume from open Earth observation data. The workflow combines Sentinel-2 images with ASTER GDEM v3 and Copernicus GLO-30 elevation products in QGIS. It includes boundary delineation, elevation data preparation and co-registration, generation of a difference surface, and separate accounting for surface lowering and raising. The original description reports an increase in area from 142 to 186 ha and a provisional volume estimate of approximately 11.4 million m³. These values require verification using original data. The main limitation concerns acquisition periods: the global products cannot automatically represent quarry conditions in 2016 and 2026. Geometric surface change is distinguished from total extraction and production records. Spatial and vertical consistency, processing documentation, and independent validation are essential. The practical contribution is a framework for preliminary monitoring that identifies the data requirements and limitations of quantitative assessment. Reliable interpretation requires elevation observations corresponding to the study dates and validation against independent measurements.
Keywords: Earth observation, Domodedovo quarry, Sentinel-2, ASTER GDEM, Copernicus DEM, QGIS, mining monitoring, excavation volume
Suslin Ilya Romanovich — Senior Lecturer, Department of Engineering Geology; e-mail: suslinir@mgri.ru.
Sedov Dmitry Vladimirovich — student, MGRI; e-mail: sedovdmitrij848@gmail.com.
E-mail of the corresponding author: suslinir@mgri.ru