Способ определения коэффициента извилистости русла реки

Авторы патента:

Красногорская Наталия Николаевна (RU)

G01C13/00 - Специальная топографическая съемка открытых водных пространств, например морей, озер, рек, каналов (измерение уровня жидкости G01F; измерение скорости движения жидкости G01P; определение наличия и движения подземных вод G01V)

Владельцы патента RU 2554334:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области гидрологии и может быть использовано при мониторинге, моделировании, количественной оценке водных ресурсов. Сущность: реку и ее притоки на цифровой топографической карте разбивают на квадраты размером δ. Вычисляют количество квадратов N, покрывающих реку и каждый ее приток, для вычисления фрактальной размерности. Затем на основании вычисленной фрактальной размерности рассчитывают коэффициент извилистости русла реки и длину реки. Технический результат: определение коэффициента извилистости русла реки. 2 табл.

Изобретение относится к области гидрологии и может быть использовано при мониторинге, моделировании, количественной оценке водных ресурсов.

Известен способ измерения длины реки или другой извилистой линии по способу Шокальского, суть которого сводится к экстраполяции графика зависимости длины водотока определенного класса извилистости от раствора циркуля-измерителя, которым по карте определяется длина. Измеряемая линия разбивается на участки с учетом степени извилистости, затем каждый участок измеряется специально изготовленным циркулем или микроизмерителем с раствором его ножек в 1 мм (Кудрицкий Д.М. Картометрические работы. Учебное пособие. Л.: Ленинградский политехнический институт (ЛПИ), 1978 г. 80 с., стр.15).

Недостатком такого способа является сложность экстраполяции графика и его математическая необоснованность, а также ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью использования бесконечно малого раствора циркуля-измерителя.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения речной сети по численности водотоков (патент РФ №2004138176, кл. G01C 13/00, опубл. 27.09.2006), основанный на определении количества водотоков, их группировки по порядкам примыкания к водотоку более высокого порядка, согласно Р. Хортону, вычислении шага группировки отдельно по интервалам площади водосбора и оценки речной сети по математическим закономерностям распределений численности притоков по интервалам длины и площади водосбора:

Недостатком такого способа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные измерением речной сети только изученных средних и крупных водотоков.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения морфометрических характеристик малоизученных средних и малых рек.

Технический результат - определение коэффициента извилистости русла малоизученных средних и малых рек путем измерения их фрактальной размерности.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе определения коэффициента извилистости русла реки согласно изобретению реку и ее притоки на цифровой топографической карте покрывают сеткой с квадратами размером δ×δ, вычисляют количество квадратов N, покрывающих реку и каждый ее приток, и определяют фрактальную размерность D по формуле:

вычисляют коэффициент извилистости русла реки К_изв и длину реки L по формулам:

По полученному значению коэффициента извилистости русла реки путем сравнения с табличными данными определяют тип извилистости русла реки (таблица 1, столбец 1).

Фрактальную размерность D определяют по формуле, предложенной Мандельбротом (Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с., с.52)

Тип извилистости русла определяют из таблицы 1 (Ресурсы поверхностных вод СССР. Т11. Средний Урал и Приуралье. Под. ред. Н.М. Алюшинской. Л.: Гидрометеоиздат. 1973. - 850 с.).

Таблица 1
Типы извилистости русел рек
Типы извилистости русел	Значения коэффициента извилистости
1	2
Относительно прямолинейные	<1.1
Очень слабо извилистые	1.10-1.20
Слабо извилистые	1.21-1.40
Умеренно извилистые	1.41-1.60
Извилистые	1.61-1.80
Сильно извилистые	1.81-2.00
Чрезвычайно извилистые	>2.00

В настоящее время многие реки подвержены антропогенному воздействию, в результате которого изменяется форма и строение русел, водность рек, происходит развитие эрозионных процессов. Изменения, вызванные антропогенным воздействием на речные сети, приводят к негативным последствиям для жизнедеятельности человека и водных экосистем. В большинстве случаев рассматриваемые реки являются малоизученными или неизученными вовсе. В связи с этим для комплексной оценки современного состояния речных систем необходимо проводить исследование изменений их развития с использованием математических методов. Одним из таких инструментов, позволяющих анализировать современное состояние речных систем, обусловленное физико-географическими особенностями территории и антропогенным воздействием, является фрактальный анализ.

Речная сеть является примером фракталоподобного объекта. Существует несколько методов определения фрактальной размерности речной сети. Наиболее распространен классический клеточный метод, предложенный Мандельбротом (Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с.). Фрактал является и мерой извилистости объекта.

Показатель фрактальной размерности позволяет определить морфометрические характеристики рек, в том числе малоизученных.

Пример конкретной реализации способа.

На топографической карте речной сети Республики Башкортостан была выбрана малая река. Исследуемая река на карте поочередно покрывалась сеткой размером: 685×685 пкс, 342×342 пкс, 171×171 пкс, 86×86 пкс, 43×43 пкс, 21×21 пкс, 11×11 пкс, 5×5 пкс, 3×3 пкс. Вычислялось количество квадратов N, покрывающих реку и каждый ее приток в зависимости от размера сетки δ. Результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2
Размер сетки δ×δ	Количество квадратов N (δ)
685×685	1
342×342	1
171×171	2
86×86	6
43×43	11
21×21	26
11×11	72
5×5	195
3×3	442

Подставляя полученные значения δ и N (δ) из таблицы 2 в формулу 1, рассчитывают значение фрактальной размерности водотока, D=1.19.

По формуле 2 получено значение коэффициента извилистости: К_изв=1.37.

Путем подстановки полученного значения D в формулу 3 вычислена длина водотока L=64 км.

Полученное значение К_изв сравнивается с данными таблицы 1 (столбец 2). В соответствии со столбцом 2 русло реки относится к типу «слабо извилистое».

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет оперативно определить коэффициент извилистости русла реки и длину реки по значению фрактальной размерности.

Способ определения коэффициента извилистости русла реки, отличающийся тем, что реку и ее притоки на цифровой топографической карте разбивают на квадраты размером δ, вычисляют количество квадратов N, покрывающих реку и каждый ее приток, и определяют фрактальную размерность D по формуле: далее вычисляют коэффициент извилистости русла реки К_изв и длину реки L по формулам: , .

Изобретение относится к области океанографических измерений и предназначено преимущественно для определения характеристик коротких морских ветровых волн. Технический результат изобретения - повышение точности измерений за счет устранения фактора воздействия водного потока на струнные волнографические датчики, что обеспечивает их неподвижность даже в условиях штормового моря, а также за счет уменьшения длины погруженной в воду части штанги, несущей волнографические датчики, и одновременно с этим - обеспечения требуемого заглубления датчиков. Сущность: устройство содержит установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу раздела воздух-вода.

Способ дистанционного определения загрязнения поверхности открытых водоемов // 2548122

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля изменения состояния поверхности открытых водоемов, вызванного их загрязнением поверхностно-активными веществами, при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Техническим результатом изобретения является возможность при осуществлении анализа характеристик бликов зеркального отражения учитывать фактор влияния, ветра, что обеспечивает повышение точности определения наличия загрязнения, а также степени его интенсивности. Согласно изобретению поверхность облучают лазером, регистрируют блики зеркального отражения и определяют их характеристики.

Способ радиолокационного определения загрязнения морской поверхности нефтью или другими поверхностно-активными веществами // 2548121

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля загрязнения поверхности открытых водоемов при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Технический результат - обеспечение возможности учитывать влияние длинных, по сравнению с брегговскими компонентами, поверхностных волн на характеристики рассеяния радиоволн, по которым оценивают изменения в пространстве спектра поверхностных волн, что повышает достоверность определения загрязнения акватории. Сущность: контролируемую область морской поверхности облучают одновременно радиоволнами разной длины с помощью скаттерометра и альтиметра, которые размещены на двух летательных аппаратах.

Способ радиолокационного обнаружения загрязнения морской поверхности // 2548118

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля загрязнения поверхности открытых водоемов при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Технический результат изобретения - повышение вероятности обнаружения загрязнения и снижение вероятности ложных тревог за счет разделения на радиолокационных изображениях участков, созданных поверхностным загрязнением, и участков, созданных вариациями поверхностного течения. Сущность: контролируемую область поверхности облучают под азимутальным углом α1, регистрируют рассеянный назад сигнал и по изменению уровня сигнала выявляют аномальный участок поверхности, от которого рассеянный назад сигнал имеет более низкий уровень по сравнению с фоновым значением сигнала.

Способ гидрографической оценки антропогенно измененных частей речной сети по численности водотоков // 2538039

Изобретение относится к области гидрографии и может быть использовано для гидрографической оценки речной сети. Сущность: определяют количество притоков реки.

Способ испытания травы между лесом и прибрежной грунтовой дорогой // 2537909

Изобретение относится к области ландшафтоведения и лесоводства. Способ включает в пределах водоохранной зоны визуально по карте или натурно выделение участка луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению водотока разметку группы пробных площадок, учет расстояния между центрами пробных площадок вдоль и поперек реки, а после срезки испытания проб травы.

Способ биохимического анализа проб травы на пойменном лугу малой реки // 2536057

Изобретение относится к области сельского и лесного хозяйств, а также к экологическому мониторингу. Способ включает выделение участка пойменного луга с испытуемым травяным покровом.

Гидроакустический автономный волнограф // 2484428

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения и регистрации морского волнения методом импульсной эхолокации узконаправленным лучом в направлении от дна к поверхности воды.

Способ измерения углов наклона и высоты волнения водной поверхности относительно ее равновесного состояния // 2474788

Изобретение относится к области океанографических измерений и позволяет синхронно измерять высоту h и углы наклона х и у волнения водной поверхности в одной точке.

Способ определения угла наклона и высоты волнения водной поверхности относительно ее равновесного состояния // 2448324

Изобретение относится к области океанографических измерений, в частности к способам измерения высоты волнения и угла наклона водной поверхности, и может быть использовано в океанологии для изучения волновых процессов на поверхности океана.

Способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик и система определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик // 2556289

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик. Подспутниковые средства измерений представлены четырьмя наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, первый (1) из которых размещен на носовой части судна, находящейся под водой, второй (2) - на носовой части судна, находящейся над водой, третий (3) - на борту судна, четвертый (17) - на носителе (18), выполненном в виде зонда, сочлененного с якорно-буйрепным устройством (19). Первый (1) набор состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде, устройства (12) забора забортной морской воды, многолучевого эхолота, гидролокатора бокового обзора. Второй (2) набор состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя радиационной температуры морской поверхности, измерителя спектральных яркостей неба, моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Третий (3) набор состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода. Четвертый набор (17) состоит из измерителей вертикальных профилей растворенного метана, содержания нитратов альфа-, бета- и гамма-радиоактивности, зональной и меридиональной компонент скорости течения, скорости звука в морской воде. Спутниковые средства измерений включают лидар, содержащий лазер красного и зеленого диапазонов, устройство (6) определения координат судна, устройство (8) определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. Показания подспутниковых средств измерений используют при корректировке спутниковых данных в устройстве (11) коррекции спутниковой информации и хранения океанографических данных. Технический результат: повышение достоверности при определении океанографических характеристик и выявлении их пространственного распределения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения сверхмалой высоты полета самолета преимущественно гидросамолета, над водной поверхностью и параметров морского волнения // 2557999

Изобретение относится к неконтактным океанографическим измерениям и может быть использовано для определения статистических характеристик морского волнения с борта движущегося судна. Способ измерения сверхмалой высоты полета самолета, преимущественно гидросамолета, над водной поверхностью и параметров морского волнения, основанный на регистрации физических величин, зависящих от электромагнитного поля, создаваемого установленной на самолете антенной, по которым судят о высоте полета самолета, о высоте морской волны, о длине морской волны в направлении полета и в месте, над которым пролетает самолет, в котором антенна для создания электромагнитного поля выполнена в виде пяти независимых антенн, установленных на корпусе самолета соответственно в центре тяжести самолета, в носовой и кормовой частях самолета, и в оконечных частях крыльев самолета. Техническим результатом является повышение достоверности и информативности измерения высоты морских волн с борта летательного аппарата для обеспечения посадки на морскую поверхность. 3 ил.

Способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик и система для его реализации // 2559338

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик. Подспутниковые средства измерений представлены пятью наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, первый (1) из которых размещен на носовой части судна, находящейся под водой, второй (2) - на носовой части судна, находящейся над водой, третий (3) - на борту судна, четвертый (18) - на дрейфующих буях, а пятый (19) - на спускаемых за борт зондах. Первый (1) набор состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде, устройства (12) забора забортной морской воды. Второй (2) набор состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя (радиометра) радиационной температуры морской поверхности и измерителя спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Третий (3) набор состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода. Четвертый (18) набор состоит из датчиков измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электропроводности воды, температуры воды в поверхностном слое, гидростатического давления, высоты, скорости, периода и направления морских волн. Пятый (19) набор состоит из устройств измерения составляющих вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговой чувствительности концентрации сульфидов на двенадцати горизонтах до глубины 250 м. Спутниковые средства измерений включают устройство (6) определения координат судна и устройство (8) определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. Показания подспутниковых средств измерений используют при корректировке спутниковых данных в устройстве (11) корректировки спутниковой информации и хранения океанографических данных. Технический результат: повышение информативности и достоверности при определении океанографических характеристик и выявлении их пространственного распределения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения высоты морских волн с борта движущегося судна // 2563314

Изобретение относится к неконтактным океанографическим измерениям и может быть использовано для определения статистических характеристик морского волнения с борта движущегося судна. Техническим результатом является повышение достоверности и информативности измерения высоты морских волн. В способе измерения высоты морских волн определяют расстояние до водной поверхности по времени задержки отраженного от водной поверхности сигнала с помощью сосредоточенной приемоизлучающей системы, определяя ее углы наклона и медленно меняющихся составляющих углов наклона. По величине углов наклона и расстоянию до водной поверхности приемоизлучающей системы вычисляют расстояние по вертикали от уровня приемоизлучающей системы до уровня точки отражения на водной поверхности. Вычисляют вертикальное перемещение приемоизлучающей системы. Определяют профиль морских волн. Высоту волны заданной обеспеченности определяют в зависимости от относительной среднеквадратичной ширины спектра волнового процесса, путем определения основных статистических характеристик среднего периода первичных колебаний, среднего периода максимальных значений амплитуд, средней высоты волн, на основе исходной информации, получаемой измерением первичными измерительными средствами ординат, скоростей и ускорений вертикальных колебаний волнового процесса.

Способ измерения векторного поля скорости океанских и речных течений в космическом рса // 2597148

Способ измерения векторного поля скорости протяженной поверхности относится к радиолокации поверхности Земли с космических аппаратов и может быть использован для одновременного формирования яркостных и векторно-скоростных портретов речных и океанских течений с необходимым пространственным разрешением и привязкой к координатам местности. Способ пригоден для использования в двух известных вариантах радиолокационных скоростных измерений - интерференционном и доплеровском, т.е. в обычном РСА и в ИРСА с продольной антенной базой. Технический результат - одновременное использование двух лучей, симметрично отклоненных на угол ±β от траверса, что позволяет, используя проекции тангенциальной и радиальной составляющих скорости отражателя на оба луча, а также свойства алгоритмов апертурного синтеза, вычислить обе составляющие скорости для каждой из разрешаемых площадок в широкой области по дальности. 2 ил.

Способ пространственного согласования приливных колебаний при составлении приливных карт // 2599913

Изобретение относится к способам составления приливных карт. Сущность: определяют высоту прилива по гармонической составляющей волны, ограниченной по контуру акватории, задаваемой амплитудой, углом положения и периодом. При этом определяют вещественные плановые координаты точки акватории, направленные на восток и север соответственно. Определяют значения высоты прилива гармонической составляющей волны в фиксированный момент времени через проекцию точки на фазовую окружность, соответствующую данной высоте уровня моря. Причем параметры указанной высоты определяют с учетом местоположения внутренних точек акватории и ее контура. Кроме того, определяют амплитуду колебаний гармонической составляющей волны по значениям высоты прилива в точках с вещественными плановыми координатами для последовательного набора дискретных значений времени. По значению амплитуды определяют время максимального уровня прилива. Формируют ряды наблюдений путем разложения спектра колебаний на непересекающиеся интервалы и декомпозиции исходного ряда на составляющие для каждого интервала частот. Декомпозиции исходного ряда подвергают преобразованиям посредством вейвлета Мейера. Оценку гармонических постоянных выполняют для каждого отдельного светила. Дополнительно выполняют оценку устойчивости гармонических постоянных путем районирования приливных колебаний на заданной акватории океана по критерию равенства гармонических параметров. Причем указанный критерий определяют как разность фаз между двумя приливными колебаниями в двух различных точках акватории. Кроме того, определяют приливные колебания непериодического характера. Кроме того, при построении изолиний определяют меру близости между двумя системами изолиний путем построения метрики Хаусдорфа, определяют временную и пространственную изменчивость возраста прилива между амфидромическими точками изолиний. Технический результат: повышение достоверности при составлении приливных карт. 1 ил.

Устройство для измерения микровозмущений водной поверхности, вызванных процессами в стратифицированной по плотности среде // 2606203

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров поверхностного волнения жидкостей. Данное устройство может быть применено для исследования волновых процессов на поверхности жидкости, как в натурных, так и в лабораторных условиях, например для определения микро возмущений (порядка десятков микрон) водной поверхности при наличии низкочастотных волн значительной амплитуды (порядка пяти-десяти сантиметров). В предлагаемом устройстве в качестве датчика поверхностного волнения (возмущения) использован бесконтактный емкостной датчик, представляющий собой конденсатор. Одна обкладка конденсатора выполнена в виде пластины из проводящего материала (например, в виде металлического диска), а второй обкладкой является проводящая жидкость (например, вода), волнение (возмущение) поверхности которой измеряется. Пластина бесконтактного емкостного датчика закреплена на подвижной относительно поверхности жидкости штанге подъемно-опускного механизма. В подъемно-опускном механизме обеспечивается поддержание постоянного заданного расстояния между пластиной датчика и поверхностью жидкости за счет применения отрицательной обратной связи. Технический результат заключается в возможности измерения высокочастотных микро колебаний водной поверхности при наличии низкочастотных возмущений большой амплитуды. Устройство может быть использовано для определения корреляции между данными, полученными радиолокационными методами исследованиями водной поверхности и ее реальным состоянием. 1 ил.

Способ создания тепловой карты и компьютерная система для ее создания // 2608568

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для создания тепловой карты. Предложен способ и система для создания тепловой карты, представляющей множество объектов. Способ содержит в себе доступ к значениям, связанным с множеством объектов; доступ к местоположениям, связанным с множеством объектов; определение минимального значения среди значений; определение максимального значения среди значений; создание диапазона тепловых значений. При этом диапазон тепловых значений охватывает значения от минимального теплового значения, связанного с минимальным значением, до максимального теплового значения, связанного с максимальным значением. Диапазон тепловых значений представляет визуальные варианты графических указаний. Способ также содержит в себе присвоение теплового значения по меньшей мере одному из множества объектов, создание визуального варианта графического указания на основе теплового значения, присвоенного одному из множества объектов; и отрисовки тепловой карты. Технический результат – уменьшение риска исключения и/или невидимости на тепловой карте значений, связанных с объектами, и/или самих объектов, которые должны быть отображены на тепловой карте пользователю. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 9 ил.

Волномерный буй с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков // 2631965

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения спектральных и статистических характеристик трехмерного морского волнения. Волномерный буй содержит корпус, обеспечивающий необходимую плавучесть, герметичный отсек, в нижней части которого размещен блок аккумуляторных батарей. Блок аккумуляторных батарей соединен с инерциальным измерительным модулем, процессорным модулем и антенной, размещенной на крышке герметичного отсека. Инерциальный измерительный модуль соединен с процессорным модулем, который в свою очередь соединен с антенной. В инерциальном измерительном модуле размещены три микромеханических кремниевых вибрационных гироскопа, три микромеханических кремниевых акселерометра и трехкомпонентный магнитометр. Оси чувствительности датчиков направлены ортогонально. Достигаемый технический результат - повышение надежности волномерного буя, повышение его автономности, расширение диапазона измеряемых длин волн, уменьшение массогабаритных характеристик буя, повышения его вибро- и ударостойкости. 1 ил.

Способ определения состояния ледяного покрова // 2635332

Изобретение относится к способам определения состояния ледяного покрова. Сущность: с помощью цифрового фотоаппарата и подводной видеокамеры, размещенных соответственно на квадрокоптерах и автономных аппаратах типа “SONOBOT”, получают изображения льдин. Выполняют интерпретацию и анализ полученных изображений. При этом определяют толщину льдин, прочностные характеристики каждой льдины, а также выявляют льдины, представляющие опасность для конкретного морского объекта хозяйственной деятельности, с последующим ранжированием льдин по степени их разрушительной силы. Кроме того, определяют направление и скорость дрейфа льдин по смещению изображений на заданном интервале времени, маркируют льдины по степени их разрушительной силы с учетом прочностных характеристик морского объекта хозяйственной деятельности. Технический результат: расширение функциональных возможностей, снижение трудозатрат. 2 ил.