Використання аерокосмічного моніторингу для людських потреб

Використання аерокосмічного моніторингу для людських потреб

ВСТУП

моніторинг аерокосмічний дослідження

Актуальність теми. Успішний розвиток і широке використання в теперішній час космічних методів дослідження в неоекології дозволяють свідчити про новий науковий напрямок — космоекогеологія. Космічні знімки разом з матеріалами традиційних методів вивчення Землі дають космогеології надійні дані для будови еколого-геологічних моделей територій, що досліджуються.

Мета і задачі дослідження. Довгострокова стратегія охорони та збереження природи, яка розроблена за ініціативою і участю вчених всього світу та підтримана Організацією Обєднаних Націй, потребує рішучого переходу від пасивної реєстрації нищівних наслідків численних екологічних надзвичайних ситуацій та катастроф з головною ціллю своєчасного попередження і запобігання.

Прийнята міжнародна програма з надзвичайних ситуацій і спільних дій, яка передбачає створення системи надійного та широкомасштабного моніторингу навколишнього природного середовища. Моніторинг має забезпечувати систематичне та оперативне спостереження за станом природного середовища з метою її контролю та управлінням її важливими складовими.

Оцінка стану та прогноз зміни космічного середовища мають досить важливе значення для виявлення своєчасного порушення екологічної рівноваги в природних екосистемах, а також мають велике народногосподарське значення.

Обєктом дослідження є космос (від грец. «Косме» — порядок). Космос це всесвіт, що розглядається як єдине впорядковане ціле. Платон і Аристотель вважали, що Всесвіт впорядкована за принципами розуму. Переконання в наявності закономірного порядку стало основою сучасних природничих наук.

Предметом дослідження є моніторинг, який має здійснюватись на трьох ієрархічних рівнях: регіональному, детальному, локальному.

Регіональний моніторинг повинен охоплювати великі економічні райони та надавати загальне уявлення про характер, масштаби, інтенсивності різних геологічних процесів, збитки які вони наносять народногосподарським обєктам та природному середовищу, ефективності захисних заходів, що використовуються тощо. В залежності від ступеню освоєння території та інших факторів він може здійснюватись в широкому діапазоні масштабів від 1:100 000 до 1:500000.

Детальний та локальний моніторинг повинен давати вже більш повне уявлення про розвиток екологічних процесів в межах окремих інженерних комплексів та споруд або їхніх комплексів. Обрання методів, що використовуються під час моніторингу, визначається його рівнем. Під час регіонального моніторингу, за базові треба використовувати аерокосмічні методи, доповнюючи їх невеликим обємом наземних досліджень. Під час детального та локального моніторингу основні дані будуть одержані наземними дослідженнями, а аерокосмічні методи стануть їхнім істотним доповненням.

Провідна роль в реалізації аерокосмічного моніторингу має належати знімкам, що виконуються в оптичному діапазоні спектру через максимум корисної інформації.

Методом дослідження є екологічні проблеми, поряд з такими, як енергетичні, водні, продовольчі, відносять до розряду глобальних. Відомо, що промислове освоєння та інтенсифікація сільськогосподарського виробництва в багатьох регіонах світу стримуються саме невирішеністю екологічних проблем, а витрати на запобігання несприятливих екологічних наслідків від уже реалізованих господарських проектів підчас перевищують витрати на самі проекти і, звичайно, в десятки і сотні разів більші того, якби були б виконані попереджувальні заходи, на початкових етапах розвитку негативних процесів.

Оскільки зміни, внесені людиною в природне середовище, та екологічні ефекти, породжувані його діяльністю, мають, регіональний, а часто і глобальний характер, без аерокосмічних засобів спостережень не можна своєчасно не виявити, ні простежити динаміку, ні дати повної картини того, що відбувається навколо нас. Як показують аерокосмічні знімки, вплив господарської активності людей помітно майже на 60 % суші, а в деяких зонах ця цифра досягає 90 %. Треба ще враховувати, що антропогенні зміни природного середовища відбуваються значно швидше, ніж природні, і встежити за ними вже досить складно. Том в наш час ефективно вирішувати складні завдання краще саме способом регулярною зйомкою земної поверхні з літаків і супутників, тобто аерокосмічним методом екологічного моніторингу.

РОЗДІЛ 1. АЕРОКОСМІЧНИЙ МОНІТОРИНГ

моніторинг аерокосмічний дослідження

1.1 Історія розвитку і його аерокосмічний моніторинг

Комплексні космічні експерименти, що вирішували різні екологічні завдання шляхом зйомки з літаків і супутників, почали проводитися в СРСР і США з кінця 1960 років. Аерокосмічні спостереження доповнювалися наземними дослідженнями обраних типових ділянок суші. Завдяки подальшому порівнянні даних з усіх трьох рівнів вдається коректно дешифрувати аеро- і космічні знімки. І хоча такі експерименти мали пошукові мети (відпрацювати ту чи іншу методику, оцінити ступінь достовірності, з якою з космосу визначаються види рослинності і типи ґрунтів, перевірити нові можливості картографування, відпрацювати способи, що дозволяють стежити за сезонним розвитком екосистем і їх багаторічної динамікою), їх результати потім впроваджувалися в практику природоохоронних, лісо- та сільськогосподарських, меліоративних та інших робіт.

У 1969 році під час групового польоту космічних кораблів Радянського Союзу "Союз-6" та "Союз-8" був проведений геофізичний підсупутниковий експеримент в Західному Казахстані, в якому, зокрема, зясовувалося, яким може бути вплив атмосфери при формуванні дрібномасштабного космічного зображення.

Розпізнавальний експеримент був виконаний над Сальськими степами (Ростовська область) під час польоту "Союзу-9" в 1970 р. досліджувалися посіви різних сільськогосподарських культур, їх склад і стан, а також рослинність пасовищ. Одночасно проводилася підсупутникова аерофотозйомка масштабу 1:70 000. Згодом інформація з наземних точок спостереження порівнювалось з зображеннями на аеро- і космічних фотографіях, і на їх основі будувалася класифікація зображень. Результати робіт свідчили про те, що ймовірність правильного розпізнавання посівів сільськогосподарських культур залежно від їх складу коливається в межах від 60 до 90%. Ці цифри потім підтвердили численні експерименти радянських і американських вчених, що охопили великі площі.[1]

Під час польоту орбітальної станції «Салют» в 1971 році були здійснені картографічні підсупутникові експерименти. За космічними фотографій були складені перші дрібномасштабні геоботанічні, геоморфологічні та сільськогосподарські карти східноказахстанської частини Алтаю. Порівняння «космічних» карт із звичайними показало, що у перших є ряд переваг. Насамперед, вони в 1.5-2 рази більше детальні. Причому значна частина кордонів (до 40 %), не зазначених на звичайних картах, була виявлена за космічними знімками. Крім того, підвищилася загальна якість карт. Особливо ефективною виявилася космічна зйомка сільськогосподарських угідь. Вона оперативно виявляла всі помилки в існуючих картах внутрішньогосподарського землеустрою. Ось чому космічна технологія була відразу рекомендована для поновлення тематичних карт, і в першу чергу карт використання земель.

Розпочався широкомасштабний процес дешифрування і картографування рослинності, ґрунтів, сільськогосподарських і лісових угідь, які почали виконуватися за космічними знімками, отриманими за короткі проміжки часу. Коли накопичилося багато повторних космічних фотографій, що охопили значний часовий інтервал, і приступили до експериментів в динаміці. Вперше подібні роботи були проведені в СРСР знову ж таки на Сальском полігоні. Порівняння знімків, отриманих із станції «Салют-6» в 1978 р., з отриманими раніше, показало, як змінюються структура землекористування і площа ріллі, які тенденції притаманні забудові та іншим видам відчуження земель несільськогосподарського призначення, як розширюються еродовані і засолені ґрунти, скорочуються площі пасовищ. У результаті вже в 1978 р. зявилась можливість дати еколого-економічний прогноз розвитку регіону на основі попередніх і нових аерокосмічних зйомок території.

Ще при виконанні розпізнавальних досліджень вчені зіткнулися з великими сезонними варіаціями оптичних і радіаційних характеристик екосистем. Узагальнивши результати згаданих вище та інших базових вишукувань, фахівці на початку 1980 р. розробили методичний фундамент, на якому можна було вести систематичні аерокосмічні дослідження складу, структури, і динаміки екосистем, особливостей ґрунтів, рослинності, тваринного світу, впливу антропогенних факторів. У теперішній час настала черга широкого використання аерокосмічних методів в екологічному моніторингу стану біосфери для визначення і детального вивчення біологічних ресурсів світу.[4]

Система нагляду за допомогою літаків, супутників і супутникових систем називається аерокосмічним методом моніторингу.

Аерокосмічний моніторинг поділяється на:

) Дистанційний моніторинг — сукупність авіаційного та космічного моніторингів. Іноді в це поняття включають стеження за середовищем за допомогою приладів, встановлених у важкодоступних місцях Землі (в горах, на Крайній Півночі), показання яких передаються до центрів спостереження за допомогою методів дальньої передачі інформації (по радіо, проводам, через супутники і т. п.).

) Авіаційний моніторинг здійснюють з літаків, гелікоптерів і інших літальних апаратів (включаючи повітряні кулі і т. п.), що не піднімаються на космічні висоти (в основному за межами тропосфери).

) Космічний моніторинг — моніторинг за допомогою космічних засобів спостереження.

Оперативне спостереження і контроль за станом навколишнього середовища та окремих її компонентів за матеріалами дистанційного зондування та картками називають аерокосмічним (або картографо- аерокосмічним) моніторингом.

Аерокосмічний моніторинг дозволяє одночасно отримувати обєктивну інформацію і оперативно виконувати картографування території практично на будь-якому рівні територіального поділу: країна — область — район — група господарств (землекористування) — конкретне сільськогосподарське угіддя-культура.

Матеріали дистанційного зондування отримують у результаті неконтактної зйомки з літальних повітряних і космічних апаратів, судів і підводних човнів, наземних станцій. Отримувані документи дуже різноманітні за масштабом, вирішенню, геометричним, спектральним і іншим властивостям. Все залежить від виду і висоти зйомки, що застосовується апаратури, а також від природних особливостей місцевості, атмосферних умов і т.п. Головні якості дистанційних зображень, особливо корисні для складання карт — це їх висока детальність, одночасне охоплення великих просторів, можливість отримання повторних знімків і вивчення важкодоступних територій. Знімки дають інтегроване і разом з тим генералізоване зображення всіх елементів земної поверхні, що дозволяє бачити їх структуру та звязку. Завдяки цьому дані дистанційного зондування знайшли в картографії різноманітне застосування: їх використовують для складання та оперативного оновлення топографічних і тематичних карт, картографування маловивчених і важкодоступних районів (наприклад високогіря). Нарешті, аеро- і космічні знімки служать джерелами для створення загальногеографічних і тематичних фотокарт.[7]

Існує кілька основних напрямків застосування матеріалів дистанційного зондування в цілях картографування:

складання нових топографічних і тематичних карт;

виправлення і оновлення існуючих карт;

створення фотокарт, фото-діаграм та інших комбінованих фото картографічних моделей;

складання оперативних карт і моніторинг.

Складання оперативних карт — це один з важливих видів використання космічних матеріалів. Для цього проводять швидку автоматичну обробку які дистанційних даних і перетворення їх у картографічний формат. Найбільш відомі оперативні метеорологічні карти. В оперативному режимі і навіть в реальному масштабі часу можна складати карти лісових пожеж, повеней, розвитку несприятливих екологічних ситуацій та інших небезпечних природних явищ. Космофотокарти застосовують для стеження за дозріванням сільськогосподарських посівів і прогнозу врожаю, спостереження за становленням і сходом снігового покриву на великих просторах і тому подібними ситуаціями, сезонною динамікою морських льодів.

Моніторинг передбачає не тільки спостереження за процесом чи явищем, але також його оцінку, прогноз поширення та розвиток, а головне — розробку системи заходів щодо запобігання небезпечних ситуацій або підтримання стійкого стану екосистеми. Таким чином, оперативне картографування стає засобом контролю за розвитком явищ і процесів, і забезпечує прийняття управлінських рішень.[10]

Система аерокосмічного моніторингу дозволяє регулярно і оперативно проводити:

інвентаризацію земельного фонду земель сільськогосподарського призначення;

ведення земельного кадастру;

уточнення карти землекористування;

інвентаризацію сельбищ них земель, їх інфраструктури (міст, селищ, сіл, в тому числі великих «неперспективних» і занедбаних);

інвентаризацію земель меліоративного фонду;

оцінку меліоративного стану земель і ведення динамічного меліоративного кадастру;

підготовку та систематичне оновлення каталогів земель, що знаходяться у фонді перерозподілу;

контроль над темпами освоєння нових земель;

розробку екологічного обґрунтування природокористування в районах традиційного і нового сільськогосподарського освоєння;

планування раціонального землекористування, проведення своєчасної інвентаризації вогнищ (зон) дефляції, водної та вітрової ерозії, деградації ґрунтів і рослинного покриву;

інвентаризацію земель, включених до складу природоохоронного, рекреаційного та історико-культурного призначення, а також особливо цінних земель;

складання карт динаміки природних і антропогенних процесів і явищ;

складання прогнозних карт несприятливих процесів внаслідок незадовільної господарської діяльності;

Зйомки ведуть у видимій, ближній інфрачервоній, теплової інфрачервоної, радіохвильової та ультрафіолетової зонах спектра. При цьому знімки можуть бути чорно-білими зональними і панхроматичними, кольоровими, кольоровими спектрозональними. Слід зазначити особливі переваги зйомки в радіодіапазоні. Радіохвилі, майже не поглинаючись, вільно проходять через хмарність і туман. Нічна темрява теж не перешкода для зйомки. Вона ведеться при любих погодних умовах в будь-який час.

.2 Динаміка природного середовища та екологічний прогноз

Для спостереження за динамікою природного середовища доцільно використовувати регулярну зйомку декількох десятків екологічних «гарячих точок», де несприятливі процеси йдуть особливо інтенсивно і захоплюють більше площі. Мова йде, в першу чергу, про космічні стеження за такими процесами, як:

скорочення площі і падіння продуктивності пасовищ в результаті опустелювання, перевипаса, порушення рослинного та ґрунтового покриву, вітрової ерозії;

скорочення площі лісів, зниження їх віку та продуктивності, погіршення складу насаджень внаслідок вирубок, заболочування, ерозії ґрунтів;

поразку листяних і хвойних лісів, посівів сільськогосподарських культур шкідниками та хворобами;

зниження родючості ґрунтів через зменшення вмісту гумусу, погіршення їх структури, водної ерозії;

скорочення площі ріллі внаслідок відчуження земель під не сільськогосподарське використання;

підтоплення, заболочування, засолення ґрунтів внаслідок гідротехнічного будівництва та експлуатації гідромеліоративних систем;

зниження родючості та продуктивності земель при осушенні боліт і заплав;

скорочення площі лісів, пасовищ і полів, забруднення ґрунтів та пошкодження рослинності в результаті геотехнічних робіт;

руйнування берегів, що просідають (наприклад геологічного середовища);

забруднення ґрунтів та пошкодження рослинності навколо міст і промислових підприємств;

забруднення їх стоками водних екосистем.

Частота аерокосмічної зйомки при вивченні динаміки екосистем повинна залежати від їх особливостей. Серед екосистем виділяють чотири класи:

)стабільні, що вимагають поновлення детальної інформації раз у 10 років і рідше;

)слабо динамічне — раз в 6-10 років;

)помірно динамічні — раз в 3-5 років;

)сильно динамічне — раз на 1-2 роки.

Тут доречно зауважити, що, здійснюючи моніторинг та складаючи прогнози, вчені, природно, не обмежуються пасивним спогляданням несприятливих явищ.[13]

Аерокосмічні знімки — документи, відповідно до яких розробляються рекомендації, що надходять в урядові органи і враховують при плануванні.

Наступним кроком в аерокосмічному моніторингу є спостереження за розвитком простих систем типу ресурс — резерв. Тут вже по повторних знімках виявляються два тренда, що характеризують збільшення споживання «ресурсу» і скорочення «резерву». Точка перетину цих трендів відповідає року якісного перелому, коли через вичерпання резервів починають зменшуватися ресурси.

Нарешті, найбільш важкий аерокосмічний моніторинг складних, багатоелементних систем. Для аналізу їх динаміки за повторним фотографіям будуються так звані матриці переходів, в які заносяться всі площі, що змінили стан за період часу між зйомками. Такий метод дає можливість скласти просторову балансову модель динаміки складної системи в найближчому майбутньому.[15]

.3 Використання аерокосмічного моніторингу для вивчення природних ресурсів Землі

Структура космічної системи ІПРЗ принципово складається з системи управління структурою і чотирьох основних підсистем: отримання космічної інформації, додаткової дистанційної інформації, збору і зберігання інформації, обробки інформації.

Підсистема отримання космічної інформації включає:

) космічні носії вимірювальної апаратури — штучні супутники Землі, пілотовані космічні кораблі (ПКК) і орбітальні станції (ОС);

) вимірювальну апаратуру, що встановлюється на космічних носіях;

) апаратуру, яка транслює отриману інформацію на Землю (на пункти прийому інформації — ППІ) в підсистему збору інформації.

Дані, отримані за допомогою космічної вимірювальної підсистеми, містять для кожного окремого елемента природного обєкта інформацію про його стан. Ці дані передаються на пункти прийому інформації і звідти до банку даних підсистеми збору інформації на зберігання.

Підсистема отримання додаткової дистанційної інформації обєднує засоби і методи отримання дистанційної інформації про природні та антропогенно змінених обєктах, здійснюваних в основному в межах тропосфери.

У цю підсистему включені: авіаційні засоби (літаки-лабораторії та вертольоти), судна-лабораторії, прибережні станції, наземні пересувні лабораторії, встановлена на цих носіях вимірювальна апаратура, встановлена на них апаратура, що передає отримувану інформацію на пункт прийому інформаці.[16]

У структуру космічної системи вивчення природного середовища Землі і Світового океану в підсистему отримання додаткової інформації включені також науково-дослідні судна-лабораторії, прибережні станції і наземні пересувні лабораторії.

До складу суден-лабораторій входять науково-дослідні судна, експедиційні судна, морські, озерні і річкові судна, спеціально побудовані або перебудовані з іншого типу суден для комплексних досліджень і для проведення різних спеціальних досліджень (геофізичних, гідробіологічних та ін.) в товщі водних мас, морського дна, атмосфери і космічного простору.

Прибережні станції забезпечені спеціальною апаратурою для отримання певних типів інформації через супутники на пункти прийому інформації, космічної системи вивчення природних ресурсів.

Наземні пересувні лабораторії дозволяють отримувати достовірні і точні дані про природні обєкти, процесах і дані на локальних ділянках земної поверхні. Наземні вимірювання виконують синхронно космічними та авіаційними вимірами точно в момент проходження космічних апаратів і авіазасобів над даною точкою.

Наземні вимірювання служать базою для проведення необхідних методичних робіт, повязаних з проблемою ідентифікації природних ресурсів та вивчення їх властивостей на основі порівняння та кореляції різних даних дистанційного зондування з даними безпосередніх наземних вимірювань.19

Все вищесказане відноситься до вимірювань, виконуваних судами — лабораторіями та автоматичними буйкового станціями. Основні вимоги, пропоновані до вимірів показників, отриманих в підсистемах космічної та додаткової дистанційної інформації:

синхронність отримання всіх видів інформації;

метрологічне єдність всіх видів вимірювань;

репрезентативність наземних і вимірювань з літака щодо територій, охоплених космічної зйомкою;

порівнянність масштабів і роздільної здатності всіх видів вимірювань;

оперативність доставки інформації з літака і наземної в пункти прийому та обробки космічної інформації.

Підсистема збору і зберігання інформації формує банк даних величезного і постійно мінливого обсягу різного виду інформації.

Завдання цієї підсистеми — формування, зберігання і управління базою даних, знаходження необхідної для певних конкретних цілей інформації та оперативна передача її в блок підсистеми обробки інформації.

База даних повинна містити:

) різночасові і різномасштабні матеріали космічних і аерофотозйомок;

) характеристики вимірювальної апаратури;

) результати наземних (натурних) вимірів (виконаних синхронно з космічними зйомками) параметрів стану природного середовища в окремих пунктах земної поверхні;

) різночасові і різномасштабні картографічні матеріали (топографічні та спеціальні тематичні карти);

) статистичні та інші дані.

Структура збирання, зберігання, управління базою даних підсистеми повинна забезпечити оперативний обмін інформацією між її частинами і доступ до неї підсистеми обробки інформації. Підсистема обробки інформації полягає в оперативній обробці отриманої з банку даних інформації і видачу результатів обробки у вигляді картографічних матеріалів в необхідному масштабі. Обробляють матеріали візуально-інструментальним (з використанням оптико-механічних приладів ) методом і з використанням ЕОМ і перекладом даних з комп’ютера в цифрову карту. Вихідні документи — тематичні та спеціальні карти, схеми, графіки, таблиці, методичні матеріали тощо. Вони повинні бути отримані в результаті картографічної, економіко-статистичної та іншої інформації про досліджуваних районах з обовязковим використанням результатів наземних обстежень в найбільш характерних природних, сільськогосподарських, гідрогеолого-меліоративних і водогосподарських зонах досліджуваних регіонів відповідно до розробляються рівнями системи моніторингу.[20]

Таким чином, основна мета робіт з впровадження та розвитку методів аерокосмічного моніторингу в галузі — вдосконалення встановлення кореляційних звязків між оптичними властивостями екологічних комплексів (природних і антропогенно змінених), відображеними на аерокосмічних зображеннях , та їх властивостями в системі різних природних ознак (фізичної, біологічної, хімічної та ін.), спрямованими на виявлення існуючих залежностей між геологічною будовою місцевості та її рельєфом, гідрографією, ґрунтами, рослинністю та іншими елементами ландшафту, для розробки та вдосконалення методів регіональних комплексних досліджень, оцінки природно-екологічних та антропогенних умов території при проектуванні та проведенні землевпорядних заходів з метою збереження екологічної рівноваги.

РОЗДІЛ 2. СФЕРИ ЗАСТОСУВАННЯ АЕРОКОСМІЧНОГО МОНІТОРИНГУ

.1 Аерокосмічний моніторинг родовищ нафти і газу

На сучасному етапі реалізація проектів облаштування та експлуатації родовищ нафти і газу передбачає поряд з розробкою проектів технологічних рішень виконання комплексу заходів повязаних з охороною навколишнього середовища. Важливим елементом проектних рішень є розробка програми виробничого екологічного моніторингу та її практична реалізація на стадії експлуатації родовищ. Це вимагає оцінки стану забруднення природних компонентів довкілля, які включають: атмосферне повітря, поверхневі і підземні води, ґрунтовий покрив, рослинність і тваринний світ. Поряд з оцінкою ступеня забруднення природних компонентів обєктами спостереження екологічного моніторингу є небезпечні геологічні процеси і явища, вплив яких на технологічні обєкти може призвести до аварій, і, відповідно, забруднення природних компонентів.

В даний час, відповідно до нормативних документів, проведення екологічного моніторингу здійснюється на трьох основних стадіях:

) предпроектної (предбудівельний або фоновий моніторинг);

) проектної (будівельний моніторинг);

) експлуатаційної (експлуатаційний моніторинг).

Для проведення моніторингу використовуються аерокосмічні спостереження, спостереження з наземних стаціонарних і пересувних пунктів, а також результати, отримані в ході проведення всього спектру інженерних вишукувань.

Особливе місце в даному переліку використовуваних систем спостереження відводиться аерокосмічним комплексам. Це, в першу чергу, пов’язано з можливістю використання широкого діапазону спостережень досліджуваної території, як по детальності і площі її відображення, так і по можливості аналізу фізичних властивостей обєктів в різних зонах електромагнітного спектра. Дані властивості аерокосмічних зображень дозволяють їх з успіхом використовувати як на початкових стадіях проведення фонового моніторингу, так і в ході проведення будівельного і експлуатаційного моніторингу. Успішна реалізація даних рішень можлива лише при оптимальних виборах технологічних маршрутів отримання вихідних зображень і їх цифрової обробки. Слід зазначити, що вимоги до проведення аерокосмічного моніторингу визначаються стадією проведених спостережень і переліком розв’язуваних при цьому завдань.[17]

Рекомендується виконувати: попереднє дешифрування (до проведення польових робіт), польове дешифрування (в процесі проведення польових робіт), остаточне дешифрування (при камеральній обробці матеріалу, виконанні екстраполяціонних операцій і складанні звіту).

На підставі результатів збору матеріалів і даних про стан природного середовища і попереднього дешифрування складаються схематичні екологічні карти і схеми господарського використання території, попередні легенди, ландшафтно-індикаційні таблиці, оціночні шкали і класифікації, а також плануються наземні маршрути з урахуванням розташування виявлених джерел техногенних впливів.

В даний час для вирішення даного класу задач використовуються як відомо зарубіжні програмні комплекси ERDAS, ENVI, ArcGIS, так і розроблені останнім часом вітчизняні комплекси ScanMagic (фірма Scanex) і геоінформаційна система Агіра (Агентство Геоінформатики і Ризику). Дані системи реалізують комплексну обробку та аналіз, як отриманої відеоінформації, так і вже існуючої картографічної інформації, забезпечуючи на кінцевому етапі створення багатошарових тематичних геоінформаційних продуктів, що лежать в основі оцінки стану спостережуваних природних компонентів.

Використання спеціалізованих програмних продуктів дозволяє істотно підвищити ефективність і якість обробки аерокосмічних зображень стосовно до конкретних задач моніторингу. Як приклад реалізації такого підходу на малюнку 2 представлені зразки аерокосмічного моніторингу нафтового родовища на стадії експлуатації.

Мал.2. Комплексний аналіз динаміки розвитку родовища на різночасових космічних зображеннях і аерозображень.

Представлені у роботі матеріали показують можливості використання матеріалів аерокосмічних зйомок при вирішенні класичних завдань моніторингу майданних територій родовищ на стадії експлуатації.

Слід зазначити, що аналіз останніх досягнень отримання цифрових зображень та геоінформаційних технологій, істотно розширює можливості підвищення ефективності вирішення класичних задач екологічного моніторингу. Це можливо тільки при розробці достатньої кількості класифікаторів обєктової інформації та підвищення ступеня автоматизації процесів комплексного аналізу і відображення одержуваної інформації на основі інтегрованих геоінформаційних технологій.[14]

2.2 Комплексний космічний моніторинг прибережних акваторій

Одним з найбільш важливих напрямків вивчення Світового океану є дослідження його прибережних зон. Це обумовлено тим, що в прибережних зонах проживає більше половини населення Землі і вони підлягають інтенсивному антропогенному впливу. Крім того, в даний час шельф і континентальний схил починають інтенсивно освоювати для видобутку природних ресурсів, що істотно підсилює антропогенне навантаження на ці області.

основними джерелами антропогенних впливів на моря і океани, і насамперед на прибережні акваторії, є:

промислове виробництво;

видобуток корисних копалин і вуглеводневої сировини;

скид промислових та господарських вод безпосередньо у море або з річковим стоком;

умисне поховання в морі забруднюючих, в тому числі радіоактивних, речовин;

витік різних речовин у процесі суднових операцій;

аварії на морському транспорті та військових кораблях;

аварійні викиди з підводних трубопроводів;

туристична і рекреаційна діяльність;

перенесення забруднюючих речовин через атмосферу і т.п.

Висока концентрація забруднюючих речовин антропогенного походження в приповерхневому шарі океану викликає порушення балансу екосистем і зниження біопродуктивності акваторій. У звязку з цим актуальними стають організація моніторингу морського середовища і створення відповідних систем, важливе місце серед яких займають аерокосмічні кошти.[11]

2.3 Роль космічних засобів для моніторингу прибережних акваторій

За останній час досягнуті значні успіхи в області розвитку аерокосмічних методів і технологій дистанційного зондування океану. Перспективність їх використання для вирішення завдань моніторингу акваторій, в тому числі прибережних, заснована на можливості реєстрації сучасної дистанційної апаратурою широкого спектру значущих параметрів водного середовища. До них відносяться:

)Варіації гідрооптичних характеристик, в першу чергу кольору і каламутності, за рахунок флуктуацій коефіцієнтів розсіювання і поглинання світла при змінах концентрації зважених і поглинаючих речовин;

)Зміни гідродинамічних параметрів (поля течій, внутрішні хвилі, турбулентність, циркуляційні руху тощо), що призводять до деформацій поверхневого хвилювання і змін характеристик приповерхневого шару океану;

)Варіації температури в областях полів течій, апвелінгу, взаємодії турбулентності і внутрішніх хвиль з водною поверхнею та підземною, а також ін.;

)Варіації біологічних параметрів (концентрація основних біогенних елементів (азоту, кисню, фосфору), кислотність, стан фітопланктону в океані та ін.);

)Появи нафтових плівок і зміни концентрації плівок поверхнево-активних речовин за рахунок розчиненої органіки, що призводять до змін кольору, температури, амплітудно-частотних характеристик хвилювання та складу води;

)Варіації рівня океану, викликані припливно-відпливними процесами, хвилями цунамі і т.п.

Крім цих перелічених параметрів досить високий рівень досягнутий в області обробки космічних даних, а також у засвоєнні великих потоків інформації, отриманої при комплексному моніторингу різних фізичних, хімічних і біологічних полів океану з використанням супутникових та підсупутникових засобів.[8]

При космічному моніторингу прибережних акваторій можуть вирішуватися наступні завдання:

дослідження динаміки прибережних вод (поверхневих течій, океанічних фронтів, турбулентності і циркуляційних рухів різних масштабів, взаємодії внутрішніх і поверхневих хвиль, механізмів переносу маси і енергії та ін.).

дослідження різних гідрофізичних полів в товщі вод прибережних акваторій по ефектах на поверхні і в приповерхневому шарі;

оцінки вуглецевого бюджету прибережних вод і оцінка їх внеску в вуглецевий цикл;

дослідження біопродуктивності і біорізноманіття прибережних акваторій;

виявлення забруднень прибережних вод, обумовлених різними джерелами;

вивчення зміни екосистем в прибережних зонах морів і океанів під впливом природних і антропогенних факторів;

комплексні дослідження стану та мінливості прибережних акваторій, в тому числі при антропогенних впливах;

вивчення зон апвелінгу;

моніторинг льодової обстановки (у північних морях);

визначення рельєфу дна в шельфових зонах і його змін під впливом різних процесів;

дослідження припливів в регіональному масштабі;

попередження катастрофічних природних процесів у прибережних акваторіях (цунамі, підводні землетруси і т.п.) і оцінка їх наслідків.

Перерахований набір завдань, що вирішуються космічними засобами дистанційного зондування океану, свідчить про їх широких можливостях. Тому космічні методи і засоби вже сьогодні відіграють значну роль у моніторингу океану і його прибережних зон. У найближчому майбутньому їх значення для вирішення цієї актуальної задачі буде істотно зростати.[5]

ВИСНОВКИ

Таким чином, основна мета робіт з впровадження та розвитку методів аерокосмічного моніторингу в екологічних дослідженнях — вдосконалення кореляційних звязків між оптичними властивостями екологічних природних і антропогенно змінених комплексів, відображеними на аерокосмічних зображеннях, і їх властивостями в системі різних природних ознак (фізичної, біологічної, хімічної та ін.), спрямованими на виявлення існуючих залежностей між геологічною будовою місцевості та її рельєфом, гідрографії, ґрунтами, рослинністю та іншими елементами ландшафту, для розробки та вдосконалення методів регіональних комплексних досліджень, оцінки природно-екологічних та антропогенних умов території при проектуванні і проведення землевпорядних заходів з метою збереження екологічної рівноваги.

Розглядаючи аерокосмічний моніторинг необхідно робити певні висновки:

. Аерокосмічний моніторинг дозволяє одночасно отримувати об’єктивну інформацію та оперативно виконувати картографування території практично на будь-якому рівні територіального поділу: країна — область — район — група господарств (землекористування) — конкретна сільськогосподарське угіддя — культура.

. Зрозуміло, що найбільш важкий аерокосмічний моніторинг складних, багатоелементних систем. Для аналізу їх динаміки за повторним фотографіям будуються так звані матриці переходів, в які заносяться всі площі, що змінили стан за період часу між зйомками. Такий метод дає можливість скласти просторову балансову модель динаміки складної системи в найближчому майбутньому.

. Висока концентрація забруднюючих речовин антропогенного походження в приповерхневому шарі океану викликає порушення балансу екосистем і зниження біопродуктивності акваторій. У звязку з цим актуальними стають організація моніторингу морського середовища і створення відповідних систем, важливе місце серед яких займають аерокосмічні кошти.

. Система аерокосмічного моніторингу дозволяє регулярно і оперативно проводити:

інвентаризацію земельного фонду земель сільськогосподарського призначення;

ведення земельного кадастру;

уточнення карти землекористування;

інвентаризацію земель меліоративного фонду;

оцінку меліоративного стану земель і ведення динамічного меліоративного кадастру;

підготовку та систематичне оновлення каталогів земель, що знаходяться у фонді перерозподілу;

контроль над темпами освоєння нових земель;

розробку екологічного обґрунтування природокористування в районах традиційного і нового сільськогосподарського освоєння;

планування раціонального землекористування, проведення своєчасної інвентаризації осередків (зон) дефляції, водної та вітрової ерозії, деградації ґрунтів і рослинного покриву;

інвентаризацію земель, включених до складу природоохоронного, рекреаційного та історико-культурного призначення, а також особливо цінних земель;

складання карт динаміки природних та антропогенних процесів і явищ;

складання прогнозних карт несприятливих процесів, активізує в результаті нераціональною господарської діяльності;

пару картографічної інформації із статистичними даними

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

моніторинг аерокосмічний нафта

1. Бондур В.Г. Аерокосмічні методи в сучасній океанології / В.Г. Бондур — К,: Либідь, 1999. — 279 с.

. Бондур В.Г. Проблеми аерокосмічного моніторингу океану / В.Г. Бондур -М,: Геос, 2001. — 87-94 с.

. Бондур В.Г. Дослідження Землі з космосу / В.Г. Бондур, Ю.В. Гребенюк — К,: Громада, 2001. — 49-67 с.

. Магура Н.Л. Землевпорядкування з основами геодезії / Н.Л. Магура — М,: Либідь, 2002. — 200 — 224 с.

. Лаппо С.С. Основи екології / С.С. Лаппо — М,: Наука, 2004. — 55 — 117 с.

6. Новиков Л.С. Екологічні аспекти космонавтики / Л.С. Новиков, Н.Н. Петров, Ю.А. Романовский — М,: Знання, 1986. — 64 с.

7. Войцицький А.П. Військова екологія: Навчальний посібник / А.П. Войцицький, А.П. Багмет — Ж,: ДАУ, 2004. — 155 с.

. Зосимович М.В. Обробка результатів вимірювань параметрів навколишнього середовища: методичний посібник / М.В. Зосимович, В.О. Зінченко — Ж,: ДАУ, 2004. — 87 с.

. Варваров Н.А. Популярна космонавтика / Н.А. Варваров — М,: Машинобудівництво, 1981. — 128 с.

. Войцицький А.П. Методи вимірювання параметрів навколишнього середовища: Методичний посібник / А.П. Войцицький — Ж,: ДАУ, 2003. — 58 с.

. Грихилес В.А. Сонячна енергія и космічні полети / В.А. Грихилес, П.П. Орлов — М,: Наука, 1984. — 216 с.

. Посудін Ю.І. Методи вимірювання параметрів навколишнього середовища / Ю.І. Посудін — К,: Світ, 2003. — 285 с.

. Шевченко А.О. Технологія та технічне забезпечення аерокосмічних методів діагностики сільськогосподарських обєктів / А.О. Шевченко, В.І. Луцкін — К,: АІН,УААН України, 1994. — 231-232 с.

. Шульц С.С. Земля з космосу: мал. / С.С. Шульц — Л,: Недра, 1984. — 114 с.

. Ерике К.С. Майбутнє космічної індустрії / К.С. Ерике — М,: Машинобудівництво, 1979. — 200 с.

. Солодова А.В. Інженерний довідник по космічній техніці / А.В. Солодова — М,: ЖІТІ, 1977. — 430 с.

. Кац Я.Г. Космічна геологія / Я.Г. Кац, А.Г. Рябухін — М,: Просвіта, 1984. — 80 с.

. Льовантовський В.І. Механіка космічного польоту в елементарному викладі / В.І. Льовантовський — М,: Наука, 1980. — 512 с.

. Подшивалов С.А. Енергетичні установки космічних апаратів / С.А. Подшивалов, Е.А. Іванов — М,: Вища школа, 1981. — 200 с.

. Лялько В.І. Космічна наука і технологія / В.І. Лялько, А.І. Сахацкий — К,: НАНУ, 1999. — 1 — 3 с.