Аэрокосмический мониторинг

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Тема: Аэрокосмический мониторинг

   КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

   По  дисциплине

   Мониторинг  среды обитания 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Содержание: 

Введение…………………………………………………………………………………...3

История развития аэрокосмического мониторинга………………….…………………4

Глава 1. Аэрокосмический мониторинг

1. Аэрокосмический мониторинг……………………………………………….……7
2. Динамика природной среды и экологический прогноз……………………..….10
3. Использование аэрокосмического мониторинга для изучения природных ресурсов Земли………………………………………………………………………12

Глава 2. Сферы применения аэрокосмического мониторинга

2.1. Аэрокосмический мониторинг месторождений нефти и газа……………………17

2.2. Комплексный космический мониторинг прибрежных акваторий……………….20

2.2.1. Роль космических средств для мониторинга прибрежных акваторий………...21

Список используемой литературы……………………………………………………...23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение

    Экологические проблемы, наряду с такими, как энергетические, водные, продовольственные, относят к разряду глобальных. Известно, что промышленное освоение и интенсификация сельскохозяйственного производства во многих регионах мира сдерживаются именно нерешенностью экологических проблем, а затраты на предотвращение неблагоприятных экологических последствий от уже реализованных хозяйственных проектов подчас превышают расходы на сами проекты и, конечно, в десятки и сотни раз больше того, во что обошлись бы предупредительные мероприятия, осуществить которые нужно было бы на стадиях изысканий или начальных этапах развития негативных явлений.

    Поскольку изменения, вносимые человеком в  природную среду, и экологические эффекты, порождаемые его деятельностью, имеют, по крайней мере, региональный, а часто и глобальный характер, без аэрокосмических средств наблюдения нельзя своевременно не выявить их, ни проследить их динамику, ни дать полной картины происходящего вокруг нас. Достаточно сказать, что, как показывают аэрокосмические снимки, воздействие хозяйственной активности людей заметно почти на 60% суши, а в некоторых зонах эта цифра достигает 98%. Надо еще учесть, что антропогенные изменения природной среды происходят на два-три порядка быстрее, чем природные, и уследить за ними уже невозможно. В наше время эффективно решить столь сложную задачу можно лишь единственным способом: регулярной съемкой земной поверхности с самолетов и спутников, то есть аэрокосмическим методом экологического мониторинга. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    История развития аэрокосмического мониторинга.

    Комплексные космические эксперименты, решавшие различные экологические задачи путем съемки с самолетов и  спутников, начали проводиться в  СССР и США с конца 1960 годов. Аэрокосмические наблюдения осуществлялись взаимно калиброванной аппаратурой и одновременно дополнялись наземными исследованиями избранных типичных участков суши. Благодаря последующему сравнению данных со всех трех уровней удается корректно дешифрировать аэро- и космические снимки. И хотя такие эксперименты имели поисковые цели (отработать ту или иную методику, оценить степень достоверности, с которой из космоса определяются виды растительности и типы почв, проверить новые возможности картографирования, опробировать способы, позволяющие следить за сезонным развитием экосистем и их многолетней динамикой), их результаты затем внедрялись в практику природоохранных, лесо- и сельскохозяйственных, мелиоративных, и других работ.

    В 1969 году во время группового полета космических кораблей "Союз-6" – "Союз-8" был проведен геофизический подспутниковый эксперимент над плато Устюрт в Западном Казахстане, в котором, в частности, выяснялось, каким может быть влияние атмосферы при формировании сверхмелкомасштабного космического изображения.

    Распознавательный эксперимент был выполнен над  Сальскими степями (Ростовская область) во время полета "Союза-9" в 1970 г. наземно исследовались посевы различных сельскохозяйственных культур, их состав и состояние, а также растительность пастбищ. Одновременно проводилась подспутниковая аэрофотосъемка масштаба 1:70 000. Впоследствии информация с наземных точек наблюдения сопоставлялась с их изображениями на аэро- и космических фотографиях, на основе чего строилась классификация изображений. Из результатов работ следовало, что вероятность правильного распознавания посевов сельскохозяйственных культур в зависимости от их состава и фенологического (сезонного) развития колеблется в пределах от 60 до 90%. Эти цифры затем подтвердили многочисленные эксперименты советских и американских ученых, охватившие большие площади.

    Во  время полета орбитальной станции "Салют" в 1971 году были осуществлены картографические подспутниковые эксперименты. По космическим фотографиям были составлены первые мелкомасштабные геоботанические, геоморфологические и сельскохозяйственные карты Приалхашья и восточно-казахстанской части Алтая. Сравнение "космических" карт с обычными показало, что у первых есть ряд преимуществ. Прежде всего, они в 1.5-2 раза более детальны. Причем значительная часть границ (до 40%), не отмеченных на обычных картах, была выявлена по космическим снимкам. Кроме того, повысилось общее качество карт. Особенно эффективной оказалась космическая съемка сельскохозяйственных угодий. Она оперативно выявляла все ошибки в существующих картах внутрихозяйственного землеустройства. Вот почему космическая технология была сразу рекомендована для обновления тематических карт, и в первую очередь карт использования земель.

    Началось  повсеместное дешифрирование и картографирование растительности, почв, сельскохозяйственных и лесных угодий, выполнявшееся, если можно так выразиться, в статике, т.е. по космическим снимкам, полученным за короткие промежутки времени. Когда накопилось много повторных космических фотографий, охвативших достаточно представительный временной интервал, можно было приступать к экспериментам в динамике. Впервые подобные работы были проведены в СССР на том же Сальском полигоне. Сравнение снимков, полученных со станции "Салют-6" в 1978 г., с полученными ранее, показало, как меняются структура землепользования и площадь пашни, какие тенденции присущи застройке и другим видам отчуждения земель несельскохозяйственных целях, как расширяются эродированные и засоленные почвы, сокращаются площади пастбищ и т.п. В итоге уже в 1978 г. Появилась возможность дать эколого-экономический прогноз развития региона на основе предшествующих и новых аэрокосмических съемок территории.

    Еще при выполнении первых распознавательных  исследований ученые столкнулись с большими сезонными вариациями оптических и радиационных характеристик экосистем. Фенологический эксперимент по наблюдению за весенним ("зеленая волна") и осенним ("бурая волна") развитием растительности, проведенный в 1972-1973 г.г. с помощью спутника "Лэндсат-1" (США), продемонстрировал, что глобально отслеживать прохождение общих фенологических смен можно.

    Изучая  процесс в динамике, специалисты  собрали обширную информацию о существенных колебаниях сроков этих смен в разные годы, особенно на локальном уровне, т.е. в отдельных экорегионах. В 1981 г. в Кызылкумах в Узбекистане со станции "Салют-6" осуществлялся локальный фенологический эксперимент, который состоял в последовательном фотографировании из космоса одного и того же экорегиона через короткие промежутки времени и сопровождался наземными оптическими и фенологическими исследованиями полигона. Последующее сопоставление показало, что изменение оптических характеристик на космических снимках хорошо соответствует сезонному ходу нарастания и уменьшения фитомассы. Выявленные таким образом корреляционные зависимости дали возможность прогнозировать состояние пастбищной растительности на весь вегетационный период.

    Обобщив результаты упомянутых выше и других базовых изысканий, специалисты в начале 1980 г.г. разработали тот методический фундамент, опираясь на который уже можно было вести систематические аэрокосмические исследования состава, структуры, ритмики и динамики экосистем, их почв, растительности, животного мира, антропогенных факторов. Теперь настала очередь широкого использования аэрокосмических методов в экологии для изучения биологических ресурсов и охраны природы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Глава 1. Аэрокосмический мониторинг

1. Аэрокосмический мониторинг

    Система наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников и спутниковых систем называется аэрокосмическим методом мониторинга.

Аэрокосмический мониторинг подразделяется на:

• Дистанционный мониторинг - совокупность авиационного и космического мониторингов. 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.).
• 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.

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

    Аэрокосмический мониторинг позволяет одновременно получать объективную информацию и оперативно выполнять картографирование территории практически на любом уровне территориального деления: страна - область - район - группа хозяйств (землепользование) - конкретное сельскохозяйственное угодье - культура.

    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. Снимки дают интегрированное и вместе с тем генерализованное изображение всех элементов земной поверхности, что позволяет видеть их структуру и связи. Благодаря этому данные дистанционного зондирования нашли в картографии разнообразное применение: их используют для составления и оперативного обновления топографических и тематических карт, картографирования малоизученных и труднодоступных районов (например, высокогорий). Наконец, аэро- и космические снимки служат источниками для создания общегеографических и тематических фотокарт.

    Существует несколько основных направлений применения материалов дистанционного зондирования в целях картографирования:

• составление новых топографических и тематических карт;
• исправление и обновление существующих карт;
• создание фотокарт, фотоблок-диаграмм и других комбинированных фото картографических моделей;
• составление оперативных карт и мониторинг.

    Составление оперативных карт - это один из важных видов 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.

    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. Таким образом, оперативное картографирование становится средством контроля за развитием явлений и процессов и обеспечивает принятие управленческих решений.

    Система аэрокосмического мониторинга позволяет  регулярно и оперативно проводить:

• инвентаризацию земельного фонда земель сельскохозяйственного назначения;
• ведение земельного кадастра;
• уточнение карты землепользования;
• инвентаризацию селитебных земель, их инфраструктуры (городов, поселков, деревень, в том числе больших "неперспективных" и заброшенных);
• инвентаризацию земель мелиоративного фонда;
• оценку мелиоративного состояния земель и ведение динамического мелиоративного кадастра;
• подготовку и систематическое обновление каталогов земель, находящихся в фонде перераспределения;
• контроль над темпами освоения новых земель;
• разработку экологического обоснования природопользования в районах традиционного и нового сельскохозяйственного освоения;
• планирование рационального землепользования, проведение своевременной инвентаризации очагов (зон) дефляции, водной и ветровой эрозии, деградации почв и растительного покрова;
• инвентаризацию земель, включенных в состав природоохранного, рекреационного и историко-культурного назначения, а также особо ценных земель;
• составление карт динамики природных и антропогенных процессов и явлений;
• составление прогнозных карт неблагоприятных процессов, активизирующихся в результате нерациональной хозяйственной деятельности;
• сопряжение картографической информации со статистическими данными.