Modeling of a steep wall of an active cliff using LiDAR survey data (using the example of the Krasnodar Reservoir)
Abstract
Relevance. The banks of the Krasnodar Reservoir in some areas continue to actively form with the destruction of the ledge of the II floodplain terrace of the Kuban River valley. In the coastal zone of the reservoir on this terrace there are numerous development objects belonging to various functional zones (residential, recreational, etc.) of the municipal formation of the city of Krasnodar. Aim. The aim of the research is the development of a methodology for creating and analyzing a digital relief model of an active cliff, focused on a steep cliff with negative slopes, with an assessment of the shape and size of wave-cut notches. Methods. As a result of the LiDAR survey, a point cloud was obtained within a test section of the active cliff with a length of 458 m and a classification of the point cloud was performed, highlighting the “ground” class. In order to exclude negative slopes from the model, a transformation of the point cloud coordinate system was performed, expressed in replacing the coordinates along the X axis by a distance along the edge of the cliff and rotating the array of points around the new abscissa axis by minus 90°. After transforming the coordinate system, a digital model of the steep wall was built with the identification of wave-cut notches based on the TPI index. Results. A technique has been developed for modeling landforms with a negative slope. The shape, dimensions and spatial position of the wave-cut notches have been determined. In total, 14 separate notches were identified within the site with a total length of 394,72 m. The average depth of the niches is 0,51 m, the maximum is 1,79 m; the average length is 28,82 m, the maximum is 84,16 m. The average slope of the slope surface along the site is 57,97°; the average positive slope is 52,12°, the average negative slope is 72,58°. Significant variability in the altitudinal position of wave-cut notches on the slope was discovered (from 33,89 to 37,82 m (Baltic Vertical Datum)). The total volume of soil mass contained above the wave-cut notch between the surface of the slope and the horizontal plane tangent to the deepest point of the notch within the study site is 743,88 m3
References
Антоненко М.В., Зименко Д.Н., Погорелов А.В. Применение данных воздушного лазерного сканирования при проведении инженерных изысканий. // Нефтяное хозяйство. – 2014. – No 11. – С. 6–11.
Гаврюхова Л.Н. Механизм разрушения лессовых берегов водохранилища (на примере Краснодарского водохранилища): автореф. дис. ... канд. географ. наук: 11.00.07 / Гаврюхова Лариса Николаевна. – СПб.: КубГАУ, 1998. – 22 с.
Долотов Ю.С. Динамические обстановки прибрежно-морского рельефообразования и осадконакопления. М.: Наука, 1989. – 296 с.
Иванов И.П., Тржцинский Ю.Б. Инженерная геодинамика. СПб: Наука, 2001. – 416 с.
Калинин В.Г., Суманеева К.И., Русаков В.С. Анализ методов интерполяции пространственного распределения метеорологических характеристик при расчетах весеннего снеготаяния. // Географический вестник. – 2017. – Т. 41. No 2. – С. 126–137. DOI: 10.17072/2079-7877-2017-2-126-137.
Лагута А.А., Погорелов А.В. Исследование динамики берегов Краснодарского водохранилища методом лидарной съемки. // Материалы XIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа». М.: ИИЕТ РАН, 2023. – С. 539–546. DOI: 10.26200/GSTOU.2023.93.99.071.
Назаров Н.Н., Гаврюхова Л.Н. Морфология и морфодинамика суглинистых берегов водохранилищ. Эрозионные и русловые процессы. / Под редакцией Р.С. Чалова. Вып. 4. М.: МГУ, 2005. – С. 130–141.
Погорелов А.В., Бойко Е.С., Вертлиб Э.М. Использование технологий лидарной съемки для создания высокоточной 3D модели города: опыт моделирования города Краснодара, Россия. // Известия Ошского технологического университета. – 2023а. – No 2-1. – С. 70–76.
Погорелов А.В., Вертлиб Э.М., Бойко Е.С. 3D-модель древесных насаждений города по данным лидарной съемки. Разработка и анализ. // Сборник материалов VI Кавказского Международного экологического форума «Комплексное изучение экосистем горных территорий»/ Грозный: ЧГУ, 2023б. – С. 290–297. DOI: 10.36684/102-1-2023-290-297.
Правила использования водных ресурсов Краснодарского водохранилища. Краснодар: ПИИ «Кубаньводпроект», 2008. – 158 с.
Хабидов А.Ш., Кусковский В.С., Жиндарев Л.А., Хейнс Д.М. и др. Берега морей и внутренних водоемов: Актуальные проблемы геологии, геоморфологии и динамики. Новосибирск: Изд. СО РАН, 1999. – 272 с.
Черниховский Д.М. Оценка связей морфометрических характеристик рельефа с количественными и качественными характеристиками лесов на основе цифровых моделей рельефа ASTER и SRTM. // Сибирский лесной журнал. – 2017. – No 3. – С. 28–39. DOI: 10.15372/SJFS20170303.
Axelsson P. DEM Generation from Laser Scanner Data Using Adaptive TIN Models. ISPRS – International Archives of the Photogrammetry. // Remote Sensing and Spatial Information Sciences. – 2000. – Vol. 33. –pp. 110–117.
Florinsky I.V. Digital terrain analysis in soil science and geology. Amsterdam: Academic Press, 2016. – 486 p.
Jenness J. Topographic Position Index (TPI). – 2006. – Vol. 1.2. – 42 p.
Oliver M.A., Webster R. Kriging: a method of interpolation for geographical information systems. // International Journal of Geographical Information Systems. – 1990. – Vol. 4. Issue 3. – pp. 313–332. DOI: 10.1080/02693799008941549.
Ossowski R., Przyborski M., Tysiac P. Stability assessment of coastal cliffs incorporating laser scanning technology and a numerical analysis. // Remote Sensing. – 2019. Vol. 11. Issue 16. Art. No.1951. DOI: 10.3390/rs11161951.
Ossowski R., Tysiac P. A new approach of coastal cliff monitoring using mobile laser scanning. // Polish Maritime Research. – 2018. – Vol. 25. Issue2. –pp. 140–147. DOI: 10.2478/pomr-2018-0065.
Pettijohn F.J. Sedimentary rocks. New York: Harper & Row, 1957. – 718 р.
Pogorelov A.V., Laguta A.A., Netrebin P.B., Lipilin D.A. Analysis of the bottom topography of the reservoir due to sediment trapping (according to the Krasnodar Reservoir, Russia). // Geography, Environment, Sustainability. – 2023. – Vol. 16. No. 3. – pp. 102–112. DOI: 10.24057/2071-9388-2023-290.
Reineck Н.Е, Singh I.B. Depositional sedimentary environments with reference to terrigenous clastics. Berlin; Heidelberg; New-York: Springer-VеrIаg, 1957. – 428 р.
Weiss A.D. Topographic Positions and Landforms Analysis (Conference Poster). 21st Annual ESRI. International User Conference. San Diego, CA, July 9-13, 2001.
Wilson M.F.J., O’Сonnell B., Brown C., Guinan J.C., Grehan A.J. Multiscale Terrain Analysis of Multibeam Bathymetry Data for Habitat Mapping on the Continental Slope. // Marine Geodesy. – 2007. – Issue 30. – pp. 3–35. DOI: 10.1080/01490410701295962.
English
Русский
