Аэрокосмический мониторинг

    В настоящее время, в соответствии с нормативными документами, проведение экологического мониторинга осуществляется на трех основных стадиях:

• предпроектной (предстроительный или фоновый мониторинг);
• проектной (строительный мониторинг);
• эксплуатационной (эксплуатационный мониторинг).

    Для проведения мониторинга используются аэрокосмические наблюдения, наблюдения с наземных стационарных и передвижных пунктов, а также результаты, полученные в ходе проведения всего спектра инженерных изысканий.

    Особое  место в данном перечне используемых систем наблюдения отводится аэрокосмическим  комплексам. Это, в первую очередь, связано  с возможностью использования широкого диапазона наблюдений исследуемой территории, как по детальности и площади ее отображения, так и по возможности анализа физических свойств объектов в различных зонах электромагнитного спектра. Данные свойства аэрокосмических изображений позволяют их с успехом использовать как на начальных стадиях проведения фонового мониторинга, так и в ходе проведения строительного и эксплуатационного мониторинга. Успешная реализация данных решений возможна лишь при оптимальных выборах технологических маршрутов получения исходных изображений и их цифровой обработки. Следует отметить, что требования к проведению аэрокосмического мониторинга определяются стадией проводимых наблюдений и, соответственно, перечнем решаемых при этом задач.

    В ходе проведения фонового мониторинга  по материалам аэрокосмических съемок решаются следующие задачи:

• осуществляется привязка изображений к топооснове разных масштабов и существующим схемам ландшафтного, геоструктурного, инженерно-геологического и других видов районирования;
• выявляются участки развития опасных геологических, гидрометеорологических и техно-природных процессов и явлений;
• выявляются техногенные элементы ландшафта и инфраструктуры, влияющие на состояние природной среды (промобъекты, транспортные магистрали, трубопроводы, карьеры и др.);
• выполняется предварительная оценка негативных последствий прямого антропогенного воздействия (ареалов загрязнения, гарей, вырубок и других нарушений растительного покрова, изъятия земель и т.п.);
• осуществляется слежение за динамикой изменения экологической обстановки;
• определяется количество и место расположения точек наземной локальной сети мониторинга.

    При этом рекомендуется выполнять: предварительное  дешифрирование (до проведения полевых  работ), полевое дешифрирование (в  процессе проведения полевых работ), окончательное дешифрирование (при камеральной обработке материала, выполнении экстраполяционных операций и составлении отчета).

    На  основании результатов сбора  материалов и данных о состоянии  природной среды и предварительного дешифрирования составляются схематические  экологические карты и схемы хозяйственного использования территории, предварительные легенды, ландшафтно-индикационные таблицы, оценочные шкалы и классификации, а также планируются наземные маршруты с учетом расположения выявленных источников техногенных воздействий.

    В настоящее время для решения  данного класса задач используются как известные зарубежные программные комплексы ERDAS, ENVI, ArcGIS, так и разработанные в последнее время отечественные комплексы ScanMagic (фирма Scanex) и геоинформационная система АГИР (Агентство Геоинформатики и Риска). Данные системы реализуют комплексную обработку и анализ, как полученной видеоинформации, так и уже существующей картографической информации, обеспечивая на конечном этапе создание многослойных тематических геоинформационных продуктов, лежащих в основе оценки состояния наблюдаемых природных компонентов

    Использование специализированных программных продуктов  позволяет существенно повысить эффективность и качество обработки аэрокосмических изображений применительно к конкретным задачам мониторинга.

    В качестве примера реализации такого подхода на рисунке 2 представлены образцы аэрокосмического мониторинга нефтяного месторождения на стадии эксплуатации.

Рис.2 Комплексный анализ динамики развития месторождения на разновременных космических изображениях и аэроизображении

    Представленные  материалы иллюстрируют возможности  использования материалов аэрокосмических съемок при решении классических задач мониторинга площадных территорий месторождений на стадии эксплуатации.

    Следует отметить, что возможный симбиоз последних достижений получения цифровых изображений и геоинформационных технологий, существенно расширяет возможности повышения эффективности решения классических задач экологического мониторинга. Это возможно только при разработке достаточного количества классификаторов объектовой информации и повышения степени автоматизации процессов комплексного анализа и отображения получаемой информации на основе интегрированных геоинформационных технологий. 

2.2. Комплексный космический мониторинг прибрежных акваторий

    Одним из наиболее важных направлений изучения Мирового океана является исследование его прибрежных зон. Это обусловлено тем, что в прибрежных зонах проживает более половины населения Земли и они подвергаются интенсивным антропогенным воздействиям. Кроме того, в настоящее время шельф и континентальный склон начинают интенсивно осваивать для добычи природных ресурсов, что существенно усиливает антропогенную нагрузку на эти области.

    Основными источниками антропогенных воздействий на моря и океаны, и прежде всего на прибрежные акватории, являются: промышленное производство; добыча полезных ископаемых и углеводородного сырья; сброс промышленных и хозяйственных вод непосредственно в море или с речным стоком; поступление с суши различных веществ, применяемых в сельском и лесном хозяйствах; преднамеренное захоронение в море загрязняющих, в том числе радиоактивных, веществ; утечка различных веществ в процессе судовых операций; аварии на морском транспорте и военных кораблях; аварийные выбросы с подводных трубопроводов; туристическая и рекреационная деятельность; перенос загрязняющих веществ через атмосферу и т.п.

    Неуклонное  нарастание суммарного воздействия многих источников загрязнений приводит к прогрессирующей эвтрофикации и микробиологическому загрязнению морской воды, что существенно затрудняет её использование для различных нужд человека. Высокая концентрация загрязняющих веществ антропогенного происхождения в приповерхностном слое океана вызывает нарушение баланса экосистем и снижение биопродуктивности акваторий. В связи с этим актуальными становятся организация мониторинга морской среды и создание соответствующих систем, важное место среди которых занимают аэрокосмические средства. 
 
 

    2.2.1. Роль космических средств для мониторинга прибрежных акваторий

    За  последнее время достигнуты значительные успехи в области развития аэрокосмических методов и технологий дистанционного зондирования океана. Перспективность их использования для решения задач мониторинга акваторий, в том числе прибрежных, основана на возможности регистрации современной дистанционной аппаратурой широкого спектра значимых параметров водной среды. К ним относятся, прежде всего:

    - вариации гидрооптических характеристик,  в первую очередь цвета и мутности, за счет флуктуаций коэффициентов рассеяния и поглощения света при изменениях концентрации взвешенных и поглощающих веществ;

    - изменения гидродинамических параметров (поля течений, внутренние волны, турбулентность, циркуляционные движения и др.), приводящие к деформациям поверхностного волнения и изменениям характеристик приповерхностного слоя океана;

    - вариации температуры в областях  полей течений, апвеллинга, взаимодействия турбулентности и внутренних волн с водной поверхностью и др.;

    - флуктуации параметров физико-химических  полей океана, приводящие к изменениям температуры, солености, диэлектрической проницаемости, концентрации тяжелых металлов и т.п.;

    - вариации биологических параметров (концентрация основных биогенных элементов (азота, кислорода, фосфора), кислотность, состояние фитопланктона в океане и др.);

    - появления нефтяных пленок и  изменения концентрации пленок поверхностно-активных веществ за счет растворенной органики, приводящие к изменениям цвета, температуры, амплитудно-частотных характеристик волнения;

    - вариации уровня океана, вызванные  приливно-отливными процессами, геострофическими течениями, волнами цунами и т.п.

    Кроме этого, достаточно высокий уровень  достигнут в области обработки космических данных, а также в усвоении больших потоков информации, полученной при комплексном мониторинге различных физических, химических и биологических полей океана с использованием спутниковых и подспутниковых средств.

    При космическом мониторинге прибрежных акваторий могут решаться следующие задачи:

- исследование  динамики прибрежных вод (поверхностных течений, океанических фронтов, турбулентности и циркуляционных движений различных масштабов, взаимодействия внутренних и поверхностных волн, механизмов переноса массы и энергии и т.д.).

- исследование различных гидрофизических полей в толще вод прибрежных акваторий по эффектам на поверхности и в приповерхностном слое;

- оценки  углеродного бюджета прибрежных  вод и оценка их вклада в углеродный цикл;

- исследование  биопродуктивности и биоразнообразия прибрежных акваторий;

- выявление  загрязнений прибрежных вод, обусловленных различными источниками;

- изучение  изменения экосистем в прибрежных  зонах морей и океанов под влиянием естественных и антропогенных факторов;

- комплексные  исследования состояния и изменчивости прибрежных акваторий, в том числе при антропогенных воздействиях;

- изучение  зон апвеллинга;

- мониторинг  ледовой обстановки (в северных  морях);

- определение  рельефа дна в шельфовых зонах  и его изменений под воздействием разных процессов;

- исследование  приливно-отливных явлений в региональном масштабе;

- предупреждение  катастрофических природных процессов в прибрежных акваториях (цунами, подводные землетрясения и т.п.) и оценка их последствий.

    Перечисленный (не исчерпывающий) набор задач, решаемых космическими средствами дистанционного зондирования океана, свидетельствует  об их широких возможностях. Поэтому космические методы и средства уже сегодня играют значительную роль в мониторинге океана и его прибрежных зон. В ближайшем будущем их значение для решения этой актуальной задачи будет существенно возрастать. 
 
 

    Список  используемой литературы:

1. Бондур В.Г. Аэрокосмические методы в современной океанологии. // В кн. "Новые идеи в океанологии". Т1: Физика. Химия. Биология / Отв. ред. М.Е
2. Бондур В.Г. Проблемы аэрокосмического мониторинга океана // Исследования в области океанологии, физики атмосферы, географии, экологии, водных проблем и геокриологии. М.: Геос, 2001. С. 87-94.
3. Бондур В.Г., Гребенюк Ю.В. Дистанционная индикация антропогенных воздействий на морскую среду, вызванных заглубленными стоками: моделирование, эксперименты// Исследование Земли из космоса, 2001, №6, с. 49-67.
4. Землеустройство с основами геодезии. - М., 2002
5. Виноградов, С.С. Лаппо. - М.: Наука, 2004, с. 55 – 117.
6. Картография. - М., 2001