Аэрокосмический мониторинг

    Съемки ведут в видимой, ближней инфракрасной, тепловой инфракрасной, радиоволновой и ультрафиолетовой зонах спектра. 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.

2. Динамика природной среды и экологический прогноз

    Для наблюдения за динамикой природной  среды целесообразно использовать регулярную съемку нескольких десятков экологических полигонов ("горячих  точек"), где неблагоприятные процессы идут особенно интенсивно и захватывают больше площади. Речь идет в первую очередь о космическом слежении за такими процессами, как:

• сокращение площади и падение продуктивности пастбищ в результате опустынивания, перевыпаса, нарушения растительного и почвенного покрова, ветровой эрозии;
• сокращение площади лесов, снижение их возраста и продуктивности, ухудшение состава насаждений вследствие вырубок, заболачивания, эрозии почв;
• поражение лиственных и хвойных лесов, посевов сельскохозяйственных культур вредителями и инфекциями;
• понижение плодородия почв из-за уменьшения содержания гумуса, ухудшения их структуры, водной эрозии;
• сокращение площади пашни вследствие отчуждения земель под несельскохозяйственное использование;
• подтопление, заболачивание, засоление почв в результате гидротехнического строительства и эксплуатации гидромелиоративных систем;
• понижение плодородия и продуктивности земель при осушении болот и пойм;
• сокращение площади лесов, пастбищ и полей, загрязнение почв и повреждение растительности в результате геотехнических работ;
• абразия (разрушение) берегов, просадочные, оползневые и другие изменения геологической среды;
• загрязнение почв и повреждение растительности вокруг городов и промышленных предприятий;
• загрязнение их стоками водных экосистем.

    Частота аэрокосмической съемки при изучении динамики экосистем должна зависеть от их особенностей. Среди экосистем выделяют четыре класса:

• стабильные, требующие обновления детальной информации раз в 10 лет и реже;
• слабодинамичные – раз в 6-10 лет;
• умеренно динамичные – раз в 3-5 лет;
• сильнодинамичные – раз в 1-2 года.

    Большой интерес представляет моделирование  динамики по результатам многократной (повторенной три раза и более) съемки. По фотографиям разных лет за представительный период прослеживаются тренды (т.е. направленные изменения без учета случайных отклонений год от года). Динамика площадей с антропогенными нарушениями (например, рост площади разбитых песков, смытых почв, засоленных земель, горных выработок, отвалов породы и т.п.) хорошо распознаваема на аэрокосмических снимках. Математическое описание тренда отражает тот факт, что экологические события нарастают лавинообразно и содержат в своей основе экспоненту.

    Здесь уместно заметить, что, осуществляя  мониторинг и составляя прогнозы, ученые, естественно, не ограничиваются пассивным созерцанием неблагоприятных явлений. Аэрокосмические снимки – документы, в соответствии с которыми разрабатываются рекомендации, поступающие в правительственные органы и учитывающиеся при планировании.

    Следующим шагом в аэрокосмическом мониторинге является слежение за развитием простых систем типа ресурс-резерв. Здесь уже по повторным снимкам выявляются два тренда, характеризующие увеличение потребления "ресурса" и сокращение "резерва" Точка пересечения этих трендов соответствует году качественного перелома, когда из-за исчерпания резервов начинают уменьшаться ресурсы.

    Наконец, наиболее труден аэрокосмический мониторинг сложных, многоэлементных систем. Для анализа их динамики по повторным фотографиям строятся так называемые матрицы переходов, в которые заносятся все площади, изменившие состояние за период времени между съемками. Такой метод дает возможность, во-первых, составить пространственную балансовую модель динамики сложной системы в ближайшем будущем.

3. Использование аэрокосмического мониторинга для изучения природных ресурсов Земли

    Структура космической системы изучения природных  ресурсов Земли:

    Рис. 1 Структура космической системы изучения природных ресурсов Земли 

    Блок-схема 1. Структура космической системы изучения природных ресурсов 

    Структура космической системы ИПРЗ принципиально  состоит из системы управления структурой и четырех основных подсистем: получения  космической информации, дополнительной дистанционной информации, сбора  и хранения информации, обработки информации.

    Подсистема получения космической информации включает: космические носители измерительной аппаратуры - искусственные спутники Земли, пилотируемые космические корабли (ПКК) и орбитальные станции (ОС); измерительную аппаратуру, устанавливаемую на космических носителях; аппаратуру, передающую полученную информацию на Землю (на пункты приема информации - ППИ) в подсистему сбора информации. 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.

    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.

    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:

• разновременные и разномасштабные материалы космических и аэрофотосъемок;
• характеристики измерительной аппаратуры;
• результаты наземных (натурных) измерений (выполненных синхронно с космическими съемками) параметров состояния природной среды в отдельных пунктах земной поверхности;
• разновременные и разномасштабные картографические материалы (топографические и специальные тематические карты);
• 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.

    Обрабатывают  материалы визуально-инструментальным (с использованием оптико-механических приборов) методом и с использованием ЭВМ и переводом данных с компьютера в цифровую карту.

    Выходные  документы - тематические и специальные  карты, схемы, графики, таблицы, методические материалы и т. п. Они должны быть получены в результате картографической, экономико-статистической и другой информации об изучаемых районах с обязательным использованием результатов наземных обследований в наиболее характерных природных, сельскохозяйственных, гидрогеолого-мелиоративных и водохозяйственных зонах изучаемых регионов в соответствии с разрабатываемыми уровнями системы мониторинга.

    Таким образом, основная цель работ по внедрению  и развитию методов аэрокосмического мониторинга в отрасли - совершенствование установления корреляционных связей между оптическими свойствами экологических комплексов (природных и антропогенно измененных), отраженными на аэрокосмических изображениях, и их свойствами в системе различных природных признаков (физической, биологической, химической и др.), направленными на выявление существующих зависимостей между геологическим строением местности и ее рельефом, гидрографией, почвами, растительностью и другими элементами ландшафта, для разработки и совершенствования методов региональных комплексных исследований, оценки природно-экологических и антропогенных условий территории при проектировании и проведении землеустроительных мероприятий с целью сохранения экологического равновесия.  
 
 
 
 
 
 

Глава 2. Сферы применения аэрокосмического мониторинга

2.1. Аэрокосмический мониторинг месторождений нефти и газа

      На современном этапе реализация  проектов обустройства и эксплуатации месторождений нефти и газа предполагает наряду с разработкой проектов технологических решений выполнение комплекса мероприятий связанных с охраной окружающей среды. Важным элементом проектных решений является разработка программы производственного экологического мониторинга и ее практическая реализация на стадии эксплуатации месторождений. Это требует оценки состояния (загрязнения) природных компонентов окружающей среды, которые включают: атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвенный покров, растительность и животный мир. Наряду с оценкой степени загрязнения природных компонентов объектами наблюдения экологического мониторинга являются опасные геологические процессы и явления, воздействие которых на технологические объекты может привести к авариям, и, соответственно, загрязнению природных компонентов.