Проблемы и перспективы применения спутникового экологического мониторинга

К этому направлению развития относятся:

- повышение эффективности работы геопортала Роскосмоса за счет расширения пользовательских функций доступа к продуктам ДЗЗ стандартных уровней обработки;

- разработка и ввод в действие территориально распределенного банка базовых информационных продуктов ДЗЗ межведомственного использования и обеспечение его функционирования в потоковом режиме;

- поэтапное внедрение нового поколения информационно-коммуникационных технологий в создаваемые сервисы и системы обработки данных ДЗЗ;

- совершенствование нормативно-правовой базы работы с различными категориями потребителей в части закрепления статуса фонда данных ДЗЗ как государственного ресурса и значительного ослабления существующих ограничений на распространение и использование российских данных ДЗЗ и продуктов их обработки.

При целевом применении орбитальной группировки необходимо учесть многовариантность использования различных КА группировки для выполнения задач наблюдения, разнообразие требований потребителей к материалам ДЗЗ и условиям проведения съемки, возможность совмещения и взаимоучета режимов объектового и площадного наблюдения, необходимость обеспечения скоординированного функционирования орбитального и наземного сегментов системы ДЗЗ, особенно при проведении оперативного наблюдения в режиме непосредственной передачи. Центральным звеном, обеспечивающим эффективное использование совокупных технических возможностей орбитальной группировки и наземной инфраструктуры эксплуатации, является многоуровневая система комплексного планирования целевого применения ОГ КС ДЗЗ (рис. 5).

Реализуется система в виде последовательности взаимоувязанных по времени самостоятельных автоматизированных технологических циклов, результаты каждого из которых являются информационной базой для выполнения последующего. Так, на этапе предварительного планирования во взаимодействии с потребителями проводятся обобщение и уточнение требований к космической съемке и оценивание информационных ресурсов ОГ по возможности выполнения полученных заявок, в том числе с учетом возможного наращивания состава группировки запланированными запусками. Результатом этого этапа являются формирование обобщенного плана съемки объектов и территорий на плановый период с определением приоритетности и сроков выполнения заявок, а также предварительное распределение каждой группы задач (заявок) по типам КА группировки.

На этапе долгосрочного планирования (до 30 суток) осуществляется моделирование полета каждого КА ОГ для определения баллистических условий наблюдения в заданных районах. Учитываются ожидаемые метеорологические условия в этих районах по климатическим данным. Результатами этапа являются распределение объектов и районов съемки по конкретным КА группировки и план проведения коррекций орбит КА ДЗЗ.

Разработку нового поколения программного и методического обеспечения производства информационных продуктов ДЗЗ целесообразно проводить, прежде всего, с учетом требования по унификации как самих продуктов, так и средств их предоставления потребителям, в рамках общедоступных банков данных. Это позволяет создать равные условия доступа потребителей к результатам космической съемки всех видов, вне зависимости от их технологической готовности к использованию первичной информации.

Следует подчеркнуть, что большинство развивающихся ведомственных и региональных информационных систем не связывают свою деятельность с созданием собственных центров приема, обработки и накопления космических данных, а предполагают использовать возможноcти уже имеющихся специализированных центров приема и обработки данных ДЗЗ.

Основными тематическими направлениями создания и использования базовых информационных продуктов ДЗЗ являются:

- pастительный покров (индексы вегетации различного назначения в интересах мониторинга состояния сельскохозяйственных и лесных угодий, экологического контроля и др.);

- лесное хозяйство (вырубки, лесовосстановление, борьба с вредителями);

- морская среда (индексы качества вод, ледовая обстановка);

- чрезвычайные ситуации (пожарная обстановка, речные пойменные затопления, смещения земной поверхности);

- экология (снежный покров, загрязнение водоемов, почвенная эрозия, осушение земель).

Подобный подход уже более более 20 лет реализуется в европейской программе GMES (Global Monitoring for Environment and Security – Глобальный мониторинг окружающей среды и безопасность), учрежденной Европейской комиссией и Европейским космическим агентством и программе EOS (Earth Observing System) Национального управления США по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (NASA).

Обеспечение потребителей информационными продуктами реализовано в этих программах на основе использования специализированных банков данных крупных информационных центров, осуществляющих прием, обработку и распространение спутниковой информации. При этом характерно наличие единых территориально распределенных информационных ресурсов ДЗЗ и широкое использование технологий «облачных» вычислений. Как правило, ответственность за формирование и ведение таких банков возложена на национальные космические агентства.

В России решение данной задачи обеспечивается разработкой и централизованной эксплуатацией российским Оператором КС ДЗЗ максимально унифицированных технологий формирования и ведения распределенного банка базовых продуктов ДЗЗ межведомственного использования. Его место и сопряжение с основными информационными компонентами системы ДЗЗ представлены на рис. 6. Основным технологическим требованием к такому банку информационных продуктов является наличие единой технической платформы (серверного ядра), обеспечивающей выполнение всех функций банка данных с использованием технологий виртуализации процессов обработки и архивации информации. Заполнение банка данных должно проводиться в потоковом режиме обработки получаемой первичной информации.

В настоящее время технологии и услуги в области ДЗЗ приобрели ключевую роль в информационном обеспечении процессов управления устойчивым развитием и эффективным функционированием социально-экономических сфер большинства развитых стран. Использование космической информации ДЗЗ в различных отраслях хозяйственной и управленческой деятельности стало неотъемлемой частью функционирования и развития экономики России. В процессе производства и использования информационных продуктов ДЗЗ задействовано более 1,5 тыс. российских предприятий и организаций. В речевой оборот специалистов устойчиво вошло понятие «отрасль ДЗЗ». По оценкам международных экспертов, годовой оборот российского рынка только прямой поставки информации и услуг ДЗЗ к 2018 г. может увеличиться со 120 до 200 млн. долл. США (примерно на 70%).

Все это предопределяет необходимость совершенствования организационно-правовых основ деятельности в области ДЗЗ, и прежде всего в части распространения и использования данных и информационных продуктов. Действующий механизм обеспечения государственных потребителей информацией ДЗЗ не способствует ее внедрению в хозяйственный оборот с эффективностью, соответствующей потребностям инновационного развития России, по ряду причин:

- не определен порядок распространения данных среднего и низкого разрешения с российских КА ДЗЗ, созданных с использованием бюджетных средств;

- существующий порядок получения и предоставления российских данных ДЗЗ высокого разрешения устанавливает разрешительную систему их использования уполномоченными организациями, перечень которых согласовывается с Минобороны России, что существенно ограничивает возможности Оператора КС ДЗЗ по оперативному предоставлению заказчикам необходимой информации;

- неоднозначность трактовки нормативно установленных положений в отношении режимных ограничений по распространению данных ДЗЗ.

В целях решения вышеуказанных проблемных вопросов представляется целесообразным:

- внести необходимые изменения в нормативно-правовые акты, регламентирующие порядок использования спутниковой информации ДЗЗ из космоса;

- снять существующие ограничения на распространение данных ДЗЗ высокого разрешения для всех российских потребителей, включая коммерческих, а также физических лиц;

- упразднить институт организаций, уполномоченных осуществлять обработку данных ДЗЗ высокого разрешения;

- установить нормативно порядок свободного доступа к информации ДЗЗ среднего разрешения.

В настоящее время уже ведется работа в этом направлении. Федеральными органами исполнительной власти реализуется ряд мероприятий по совершенствованию организационно-правового обеспечения деятельности в области ДЗЗ из космоса.

Минэкономразвития России совместно с Роскосмосом разработан и представлен в Правительство РФ законопроект о внесении изменений в Закон РФ «О космической деятельности» в части создания и ведения государственных фондов данных ДЗЗ.

Роскосмосом разработан и проходит согласование с заинтересованными органами государственной власти законопроект о внесении изменений в Закон РФ «О космической деятельности» в части дополнения действующего закона разделом о дистанционном зондировании Земли, в котором урегулированы ключевые вопросы правоотношений, возникающих при осуществлении деятельности по дистанционному зондированию Земли.

Кроме того, в рамках дальнейшего использования спутникового геоэкологического мониторинга больших городов планируется:

- разработка методов теплового дистанционного зондирования мегаполисов и выявления изменений в состоянии окружающей среды урбанизированных территорий;

- оперативное обнаружение тепловых аномалий и техногенных выбросов, например, контроля тепловых выбросов ТЭЦ и промышленных объектов. Классификация участков космических снимков по радиационной температуре и выявление аномальных источников излучений. Выделение дымовых шлейфов на основе специальных алгоритмов и выделение границ неоднородных областей шлейфов. Задача выявления тепловых дымовых шлейфов и зон задымления от локализованных источников;

- прогнозирование переноса загрязнений в городской атмосфере, основанное на анализе структуры турбулентных полей и ветра. Известно, что распространение загрязнений в городской атмосфере определяется структурой турбулентных полей и ветра. В то время как средний ветер вызывает адвекцию (снос) примесей, турбулентность приводит к диффузионному расплыванию облака загрязнений. Характеристики крупномасштабной турбулентности определяют размеры зон, охваченных загрязнениями воздуха. Показано, что в условиях плотной городской застройки возникают благоприятные возможности возбуждения крупных вихревых структур;

- на основе комплексного экологического мониторинга региона возможно эффективно оценивать влияние мощной техногенной системы на экологию города;

- построение температурных карт городов и тематических методик обработки спутниковых данных;

- выявление температурных аномалий и суммарных загрязнений природной среды объектами промышленного и городского хозяйства с использованием тематической дешифровки и компьютерной обработки данных ДЗЗ и ГИС-технологий;

- формирование единой упорядоченной информационной среды региона. Создание информационного банка знаний по космическому геоэкологическому мониторингу мегаполиса. Комплексная обработка экологической информации о мегаполисе, начиная со сбора данных и кончая ее хранением, обновлением и представлением городскому сообществу;

- построение динамических моделей техногенного воздействия по данным тепловой космической съемки.

В заключение необходимо отметить, что комплекс мероприятий, реализуемых в рамках федеральной космической программы России к 2015 г. по выполнению опытно-конструкторских работ «Прием», «Регион В-Валидация», «Регион В-Архив», в сочетании с проводимой работой по совершенствованию законодательной базы в области ДЗЗ в части внесения изменений в Закон РФ «О космической деятельности», обеспечивают необходимый технологический и правовой базис развития российской системы ДЗЗ в целом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если будут накоплены надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если будут разработаны новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого природе человеком.

Из всего выше сказанного, следует вывод о необходимости совершенствования системы природопользования в нашей стране. Сохранение природы и улучшение окружающей среды – приоритетные направления государства и общества. Задачами, требующими скорейшего разрешения, являются создание единой государственной структуры, осуществляющей экологический мониторинг, и стимулирование исследовательской деятельности в области химического анализа компонентов окружающей среды вкупе с социальными программами, призванными информировать нацию о насущных экологических проблемах.

Выполняемые в России работы по спутниковым системам ДЗЗ создали предпосылки для функционирования отдельных систем экологического и ресурсосберегающего мониторинга. Сегодня функционируют системы спутникового мониторинга лесных пожаров Авиалесоохраны, мониторинга Госкомрыболовства в РФ, а также демонстрационный образец системы обнаружения содержащих наркотические вещества растений, созданный по заказу МВД РФ. Следует отметить, что из-за ограниченного объема данных съемок с отечественных КА в перечисленных системах активно используется зарубежная информация. Вместе с тем при современных социально-экономических условиях страны очевидна необходимость комплексного решения экологических и ресурсосберегающих проблем. Не существует альтернативы организации и осуществлению на базе новых информационных технологий перспективной космической техники государственного мониторинга окружающей среды в соответствии с постановлением Правительства РФ.