В начало

Аэрокосмический мониторинг (Лекция)

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Использование аэрокосмического мониторинга  в экологических исследованиях

2. Аэрокосмический мониторинг Каспийского моря

 

1. Использование аэрокосмического мониторинга  в экологических исследованиях

 

Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Получаемые документы очень разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам. Все зависит от вида и высоты съемки, применяемой аппаратуры, а также от природных особенностей местности, атмосферных условий и т.п. Главные качества дистанционных изображений, особенно полезные для составления карт, - это их высокая детальность, одновременный охват об­ширных пространств, возможность получения повторных снимков и изуче­ния труднодоступных территорий.

Съемки ведут в различных зонах спектра: видимой, ближней инфракрасной, тепловой инфра­красной, радиоволновой и ультрафиолетовой. При этом сним­ки могут быть черно-белыми зональными и панхроматическими, цветными, цветными спектрозональными и даже - для лучшей различимости некоторых объектов - ложноцветными, т.е. выполненными в условных цветах. Следует отметить особые достоинства съемки в радиодиапазоне. Радиоволны, почти не поглощаясь, свободно проходят через облачность и туман. Ночная темно­та тоже не помеха для съемки, она ведется при любой погоде и в любое вре­мя суток.

Главные достоинства аэроснимков, космических снимков и цифровых данных, получаемых в ходе дистанционного зондирования, - их большая об­зорность и одномоментностъ. Они покрывают обширные, в том числе труднодоступные, территории в один момент времени и в одинаковых физи­ческих условиях. Снимки дают интегрированное и вместе с тем генерализо­ванное изображение всех элементов земной поверхности, что позволяет ви­деть их структуру и связи. Очень важное достоинство - повторностъ съемок, т.е. фиксация состояния объектов в разные моменты времени и возможность прослеживания их динамики.

Составление оперативных карт - еще один важный вид использования космических материалов. Для этого проводят быструю автоматическую обработку поступающих дистанционных данных и преобразование их в картографический формат. Наиболее известны оперативные метеорологические карты. В оперативном режиме и даже в реальном масштабе времени можно составлять карты лесных пожаров, наводнений, развития неблагоприятных экологических ситуаций и других опасных природных явлений. Космофотокарты применяют для слежения за созреванием сельскохозяйственных посе­вов и прогноза урожая, наблюдения за становлением и сходом снежного по­крова на обширных пространствах и тому подобными ситуациями, сезонной динамикой морских льдов.

Главнейшее значение для реализации программы создания службы мониторинга окружающей среды имеют дистанционные (аэрокосмические) средства и методы.

Оперативное слежение и контроль за состоянием окружающей среды и отдельных ее компонентов по материалам дистанционного зондирования и картам называют аэрокосмическим (дистанционным) мониторингом.

Иногда в это понятие включают слежение за средой с помощью прибо­ров, установленных в труднодоступных местах Земли (в горах, на Крайнем Севере), показания которых передаются в центры наблюдения с помощью методов дальней передачи информации (по радио, проводам, через спутники и т. п.). Аэрокосмический мониторинг подразделяется на авиационный и кос­мический.

Авиационный мониторинг осуществляют с самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов (включая парящие воздушные шары и т. п.), не поднимающихся на космические высоты (в основном из пределов тропо­сферы).

Космический мониторинг - мониторинг с помощью  космических  средств наблюдения. Авиационный мониторинг ориентирован на региональ­ные или локальные явления. Например, он широко используется при инвентаризации лесов, выявлении площадей, пораженных пожарами, промышлен­ными загрязнения, вредителями. Космический мониторинг позволяет соста­вить представление об отдельных изменениях в биосфере, которые при дру­гих методах не выявляются.

Первый экологический искусственный спутник земли (ИСЗ) «Космос-1906» был запущен в конце 1987 г. Программа полета ИСЗ предусматривает получение и обработку данных дистанционного зондирования Земли, выполнения съемок ряда территории СНГ, Антарктиды и Мирового океана. На ос­нове космической информации ведутся планомерные широкомасштабные исследования природных ресурсов, ОС, изучаются результаты воздействия на нее хозяйственной деятельности.

Спутник мгновенно может обеспечить съемку от 8 до 40 тыс. км2 земной поверхности, а за 10 мин работы - около 1 млн км . Такой огромный объ­ем информации обрабатывается, естественно, с применением ЭВМ. С помо­щью спутниковых данных изучают изменение границы тундры и лесотундры (это характеризует динамику глобального потепления), динамику и состоя­ние лесов, определяют очаги распространения вредителей сельскохозяйст­венных культур, отслеживают динамику растительности. В настоящее время в народном хозяйстве по материалам космических съемок решается около 300 различных задач, и перечень их продолжает расти.

Так как мониторинг предполагает не только наблюдение за процессом или явлением, но также его оценку, прогноз распространения и развития, а кроме того - разработку системы мер по предотвращению опасных последст­вий или поддержанию благоприятных тенденций, оперативное картографи­рование становится средством контроля за развитием явлений и процессов и обеспечивает принятие управленческих решений. Картографический метод создания глобальной системы мониторинга предполагает развертывание paбот при обследовании и изучении любой территории в двух основных на­равлениях:

1.Создание базовой инвентаризационной картографической документации, отражающей современное состояние и оценку природных ресурсов;

            2.Картографирование динамики изменений природной среды, предусматривающее обновление инвентаризационных карт, создание специальных карт динамики и прогноза, т. е. систематическое картографическое слежение за состоянием природной среды и ее изменениями, обуслов­ленными хозяйственной деятельностью людей.

Масштабы картографического представления и периодичность составления оперативных тематических карт мониторинга во многом зависят от ха­рактера использования земель и степени развития природно-территориального комплекса.

Масштабы и периодичность карт мониторинга природной среды в различных регионах приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Масштабы и периодичность составления оперативных карт мониторинга природной среды в различных регионах

Использование земель

Степень развития территориально-производстаенного комплекса

Масштаб
карт

Период составления карт

Интенсивное

Развитие со сложной инфраструктурой

1:200 000 и крупнее

Ежегодно

 

Развивающиеся

1:200 000

1:500 000

1…3 года

 

Формирующиеся

1:200 000

1:500 000

3…5 лет

Экстенсивное

Слабая, но природно-территориальные комплексы высокодинамичные

1:200 000

 

1…3 года

 

Слабая

1:500 000

1:1000 000

5..7 лет и более

 

Отсутствует (природоохранные зоны)

1:200 000

1:500 000

1…3 года

 

Структура космической системы изучения ПРЗ состоит из 4 основных подсистем: получения космической информации; получения дополнительной дистанционной информации; сбора и хранения информации; обработки информации.

Подсистема получения космической информации включает: космические носители измерительной аппаратуры; измерительную аппаратуру, уста­навливаемую на космических носителях; аппаратуру, передающую получен­ную информацию на Землю (на пункты приема информации - ППИ) в под­систему сбора информации.

 

Рис. 1. Структура космической системы изучения природных ресурсов (ИСЗ – искусственные спутники Земли; ПКК – пилотируемые космические корабли; ОС орбитальные станции)

 

Данные, полученные с помощью космической измерительной подсистемы, содержат для каждого отдельного элемента природного объекта ин­формацию о его состоянии. Эти данные передаются на пункты приема информации и оттуда в банк данных подсистемы сбора информации на хранение.

Подсистема получения дополнительной дистанционной информации объединяет средства и методы получения дистанционной информации о природных и антропогенно измененных объектах, осуществляемых в основном в пределах тропосферы.

В эту подсистему включены: авиационные средства (самолеты-лаборатории и вертолеты); суда-лаборатории, буйковые станции, наземные передвижные лаборатории, установленная на этих носителях измерительная аппаратура, установленная на них аппаратура, передающая получаемую информацию на пункт приема информации.

В структуру космической системы изучения природной среды Земли и Мирового океана в подсистему получения дополнительной информации включены также научно-исследовательские суда-лаборатории, буйковые станции и наземные передвижные лаборатории.

В состав судов-лабораторий входят научно-исследовательские суда, экспедиционные суда, морские, озерные и речные суда, специально построенные или перестроенные из другого типа судов для комплексных исследо­ваний и для проведения различных специальных исследований (геофизиче­ских, гидробиологических и др.) в толще водных масс, морского дна, атмо­сферы и космического пространства.

Так, на борту научно-исследовательского судна космической службы «Космонавт Юрий Гагарин» имеется 110 научных лабораторий.

Буйковые станции (автоматические станции) снабжены специальной аппаратурой для получения определенных типов информации через спутники на пункты приема информации, космической системы изучения природных ресурсов.

Наземные передвижные лаборатории позволяют получать достоверные и точные данные о природных объектах, процессах и данные на локальных участках земной поверхности. Наземные измерения выполняют синхронно космическими и авиационными измерениями точно в момент прохождения космических аппаратов и авиасредств над данной точкой.

Наземные измерения служат базой для проведения необходимых методических работ, связанных с проблемой идентификации природных ресурсов и изучения их свойств на основе сопоставления и корреляции различных дан­ных дистанционного зондирования с данными непосредственных наземных измерений.

Все вышесказанное относится к измерениям, выполняемым судами-лабораториями и автоматическими буйковыми станциями.

Основные требования, предъявляемые к измерениям (данным), получаемым в подсистемах космической и дополнительной дистанционной информации:

- синхронность получения всех видов информации;

- метрологиче­ское единство всех видов измерений;

- репрезентативность наземных и изме­рений с самолета относительно территорий, охватываемых космической съемкой;

- сопоставимость масштабов и разрешающей способности всех видов измерений;

- оперативность доставки информации с самолета и наземной в пункты приема и обработки космической информации.

Репрезентативность в статистике - главное свойство выборочной совокупности, состоящее в близости ее характеристик (состава, средних величин и др.) к соответствующим характеристикам генеральной совокупно­сти, из которой отобрана выборочная.

Подсистема сбора и хранения информации формирует банк данных огромного и постоянно меняющегося объема различного вида информации. Задачи этой подсистемы - формирование, хранение и управление базой данных, нахождение необходимой для определенных конкретных целей информации и оперативная передача ее в блок подсистемы обработки информации.

База данных должна содержать:

            1.Разновременные и разномасштабные материалы космических и аэрофотосъемок;

            2.Характеристики измерительной аппаратуры;

            3.Результаты наземных (натурных) измерений (выполненных синхронно с космическими съемками) параметров состояния природной среды в отдельных пунктах земной поверхности;

            4.Разновременные и разномасштабные картографические материалы (топографические и специальные тематические карты);

            5.Статистические и другие данные.

Эта структура (сбора, хранения, управления базой данных) подсистемы должна обеспечить оперативный обмен информацией между ее частями и доступ к ней подсистемы обработки информации.

Подсистема обработки информации заключается в оперативной обработке полученной из банка данных информации и выдаче результатов обра­ботки в виде картографических материалов в требуемом масштабе.

 

2. Аэрокосмический мониторинг Каспийского моря

 

Начиная примерно с середины 70-х годов, на Каспийском море проводились авиационные наблюдения за загрязнением поверхности моря нефтя­ной пленкой, которые охватывали в основном акватории морских нефтяных промыслов. Следует отметить, что в рамках этих работ была отработана ме­тодика авиационных наблюдений, позволяющая оценить количество нефти на поверхности моря и, отчасти, степень ее трансформации.

Чуть позже для исследования устьев рек, береговой и шельфовой зоны Каспийского моря стала использоваться космическая фотосъемка. Основным предметом этих исследований были геоморфологические процессы в прибрежной зоне в связи с колебаниями уровня Каспийского моря.

В настоящее время спутниковое зондирование пришло на смену авиационной ледовой разведке. Для контроля за состоянием ледяного покрова Северного Каспия используется спутниковые фотографии. Наряду с ледовы­ми процессами осуществляется спутниковый контроль за температурой поверхностного слоя воды, что делалось и ранее.

Широкое распространение для исследования динамики полей уровня Каспийского моря получила спутниковая альтиметрия. Кроме того, методы спутникового нивелирования используются для привязки уровнемерных устройств. В прошлом году такая работа была выполнена для постов, расположенных на российском побережье Каспия.

Радиолокационные методы спутникового зондирования используются для контроля загрязнения акватории нефтяной пленкой. Предлагается ис­пользовать для этой цели также комплекс наблюдений в инфракрасном и ви­димом спектрах, менее дорогостоящий и более оперативный. Такие экспери­менты проводятся в настоящее время и на Каспийском море.

За развитием спутниковых технологий контроля нефтяного загрязнения внимательно следят нефтегазовые компании, действующие на Каспии, более других заинтересованные в использовании этих технологий для экологиче­ского мониторинга акваторий, отведенных для нефтегазодобычи, а также для контроля аварийных разливов нефти.

Спутниковые методы используются на Каспии так же, как на других морях, для оценки состояния фитопланктона и его активности. В отличие от других морей, на Каспии спутниковые данные используются также для контроля геодинамической активности (извержениями подводных грязевых вул­канов, активностью подводных грифонов, выделениями инертных и углеводородных и других газов и т.п.).

В основном спутниковая информация используется в научно-исследовательских целях. Для мониторинга морской среды применяются только данные наблюдений за температурой воды и ледяным покровом. Трудности, связанные с регулярным получением спутниковой информации и ее интерпретацией, препятствуют более широкому использованию спутни­ковых данных для экологического мониторинга Каспийского моря.

Опыт других морей, в частности, Черноморского побережья, показыва­ет, что наиболее эффективным для решения задач экологического монито­ринга является комплекс спутниковых, авиационных и судовых наблюдений в сочетании с численным моделированием процессов, происходящих в мор­ской среде.


Разблокировка Билайн Про 2
Разблокировка Билайн Про 2


iTunes Gift Card (РОССИЯ) - 800 руб
iTunes Gift Card (РОССИЯ) - 800 руб


Разблокировка Билайн А106
Разблокировка Билайн А106