Первая международная конференция земля из космоса - наиболее эффективные решения 26-28 ноября 2003 г

Citation preview

Уважаемые коллеги, единомышленники, друзья! Перед вами сборник трудов нашей первой конференции, которая состоялась благодаря вашей поддержке, вашему опыту и вашему желанию совместно обсудить проблемы, связанные с внедрением систем персонального доступа к изображениям Земли из космоса, расширением и повышением эффективности использования данных дистанционного зондирования (ДДЗ). Обычно процессы получения космических данных и принятия решений на основе их анализа пространственно и организационно разнесены. Крупные приемные центры занимаются лишь приемом, архивированием и последующей продажей изображений. Время их доставки в центры принятия решений в самом лучшем случае составляет несколько часов, а обычно — несколько недель. Таким образом, принятие оперативных решений на основе анализа этой информации практически невозможно. Наша деятельность посвящена кардинальному решению этой проблемы на основе внедрения систем персонального (распределенного) доступа к космической информации, которые обеспечивают возможность ее получения непосредственно на месте принятия оперативного (управленческого) решения. Однако сегодня мы приходим к выводу, что создание технических средств приема (само по себе непростое) не решает проблему полностью, так как опыта использования мультивременных последовательностей снимков в реальной практике очень мало во всем мире, и этот опыт, как правило, связан с данными низкого пространственного разрешения. В результате работы сетей наземных станций и взаимодействия с глобальными информационными архивами с 1996 по 2003 гг. в ИТЦ «СканЭкс» был сформирован самый большой и современный в СНГ архив цифровых спутниковых изображений с разрешением от 5 м до 250 м, стоимость доступа к которому беспрецедентно низкая в мировой практике. Расширение возможностей использования этих данных представляется безусловно взаимополезным процессом.

4

Земля из космоса — наиболее эффективные решения

Мы надеемся, что предлагаемые вашему вниманию труды и обсуждение затрагиваемых в них проблем и вопросов на конференции положат начало большой практической работе по внедрению в практику новых способов применения ДДЗЗ и современных технологий, которые позволяют принимать оперативные управленческие решения на базе космической информации, получаемой в режиме реального времени. Председатель оргкомитета конференции

О.Н. Гершензон

Содержание Конец эры суперкомпьютерной ментальности Lars Laestadius. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Место технологий Центра «СканЭкс» в общем процессе развития ДЗЗ из космоса Гершензон В.Е. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Изображения Земли из космоса: юридическая практика Балагуров А.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Задачи и специфика оперативного мониторинга Выделение кромки льда по спутниковым снимкам видимого канала в условиях плотной ячеистой облачности в Охотском море Алесанина М.Г., Наумкин Ю.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Information Technology Project Based on Remote Sensing for Monitoring & Warning System Hossein Amiri.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Повышение эффективности использования спутниковой информации при оперативном обеспечении различных видов деятельности на Севере и Северо-Западе России Бресткин С.В., Быченков Ю.Д., Девятаев О.С. . . . . . . . . . . 28 Система обработки спутниковой информации «Варяг», используемая в оперативной практике Северо-Западного управления гидрометслужбы Буланов С.Н., Ларина Э.Л., Кондратьев А.В., Чичкова Е.Ф. . . . 30 Вопросы экологической безопасности при перемещении горных пород, контролируемых из космоса, в экологически опасных районах гор Тянь-Шаня Валяев А.Н., Казаков С.В., Айтматов И.Т, Айтматова Д.И. . 32 Мобильный комплекс приема данных ДЗЗ на базе технологии УниСкан-2 Гершензон В.Е., Иванов А.В., Смородский О.И. . . . . . . . . . . 33

6

Содержание

Система спутникового мониторинга сезонных процессов в устьях рек Горелиц О.В., Землянов И.В., Павловский А.Е., Яготинцев В.Н. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Использование специального программного обеспечения в задачах мониторинга природных пожаров на основе информации, получаемой от средств ДЗЗ космического базирования Дорошенко С.Г., Николаев Д.Ю., Ромасько В.Ю., Челюканов А.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Использование космической информации для информационной поддержки процесса принятия решений при паводках и наводнениях Егоров В.М., Кукаш В.С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Спутниковый мониторинг и подспутниковые наблюдения процесса подготовки сильных землетрясений в Греции 14 августа 2003 г. Капочкина А.Б. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Оперативный спутниковый мониторинг радиометром MODIS для оценки риска и прогноза половодных наводнений на примере юга Восточной Сибири Кичигин А.Г., Кичигина Н.В.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Спутниковые наблюдения при решении теоретических вопросов тропического циклогенеза Конкин В.В., Капочкин Б.Б., Кучеренко Н.В., Лисоводский В.В.. . . 45 RAPIDS mobile round station, feeding applications with real time space data Ir. B. Moll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Determinitation of a Forest Fire’s Energetic Intensity Through the Bird and Terra-MODIS Sensors: Study of a Particular Case A. Calle, A. Romo, J.L. Casanova, C. Moclan, D. Oertel . . . . . . . 49 Использование спутниковой информации для обеспечения ледового плавания Смирнов В.Г., Щербаков Ю.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Оценка ущерба от степных пожаров Спивак Л.Ф., Архипкин О.П., Батырбаева М.Ж., Шагарова Л.В., Сагатдинова Г.Н. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Содержание

7

Кармадонская катастрофа год спустя: результаты космического мониторинга Тутубалина О.В., Черноморец С.С., Алейников А.А. . . . . . . . 54 Гибкая система обработки данных метеорологических спутников Эпштейн Ю.С., Фомин Е.В., Дьяков С.Е.. . . . . . . . . . . . . . 55

Управление территориями для устойчивого развития Использование космических изображений для характеристики условий рассредоточения стока в дельтах рек Обь и Енисей Айбулатов Д.Н., Коротков М.С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Изучение динамики дельты Волги на основе дешифрирования космических снимков Айбулатов Д.Н., Чистов С.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Создание системы обработки данных ДЗЗ в целях мониторинга состояния территории республики Татарстан Акчурин Т.М., Горбунов С.А., Бубнов Ю.П., Кожевникова М.В. . . 60 Внедрение технологии обновления топографических карт различных масштабов по материалам данных дистанционного зондирования в производство ФГУП УРПЦГ «Уралгеоинформ» Алябьев А.А., Брылева А.С., Беленов А.В. . . . . . . . . . . . . . . 62 Использование ДДЗ в системе автоматизированного мониторинга полей и оперативного прогнозирования урожаев для Ленинградской области Баденко В.Л., Слинчук С.Г. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Аэрокосмические данные — блок ГИС охраняемой территории Балдина Е.А., Лабутина И.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Перспективы применения космической информации для изучения динамики хозяйственной деятельности регионов юга России Богун А.П., Манджиева Д.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Проблемы обновления топографических карт по космическим снимкам и их использования для целей мониторинга окружающей среды Верещака Т.В., Вахтанов А.С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

8

Содержание

Применение космических оптических изображений высокого пространственного разрешения для изучения воздействий заглубленных сбросов сточных вод на структуру поверхностного волнения в экосистемах прибрежных акваторий Воробьев В.Е. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Оценка величин характерных масштабов изменчивости поверхностного слоя Балтийского моря в 2000 г. Гриценко В.А., Заболотнова Е.Ю., Зайцева Н., Тулинова Т.Н. . 71 Перспективы использования космического мониторинга для оценки экологического состояния территорий Чукотки Годовых Т.В., Годовых В.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Региональные карты и их соответствие современному состоянию территории Заалишвили В.Б., Невская Н.И. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Электронный корпоративный архив спутниковых геоизображений Землянов И.В., Павловский А.Е., Горелиц О.В.. . . . . . . . . . . 75 Электронный атлас уникальных географических объектов (на примере устьев рек Евразии) Землянов И.В., Горелиц О.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Комплексное управление ресурсами Белгородской области Зимин М.В., Никитин В.М. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Спутниковый мониторинг Каспийского моря Зырянов В.Н., Люшвин П.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Использование космической информации при изучении и картографировании экологической обстановки морских побережий и акваторий Курбатова И.Е. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Мониторинг Алтая с использованием данных MODIS Лагутин А.А., Белоусов В.Н., Ишутин Я.Н., Кирюшин Ю.Ф., Никулин Ю.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Использование данных спутниковой съемки при решении природоресурсных и природоохранных задач в Украине Лялько В.И., Попов М.А., Рябоконенко А.Д., Жарый В.Ю. . . . . 86 Интеллектуальная система управления территориями регионов Мазур И.И., Ведешин Л.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

Содержание

9

Анализ материалов космической съемки орошаемых массивов межгорных впадин Садатинежад Сейед Джавад . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Использование спутниковых данных в практике министерства сельского хозяйства республики Казахстан Султангазин У.М., Муратова Н.Р., Терехов А.Г. . . . . . . . . . 90 Оценка яровых посевных площадей северного Казахстана по данным TERRA/MODIS Терехов А.Г., Муратова Н.Р. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 О деятельности научно-исследовательского центра комплексного мониторинга в республике Калмыкия Цуцкин Е.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Технологии и методы ДЗЗ Внедрение цифровых космических технологий дистанционного зондирования в практику аэросъемки Аванесов Г.А., Зиман Я.Л., Полянский И.В.. . . . . . . . . . . . . 97 Фотограмметрическая обработка сканерных космических снимков в системе PHOTOMOD Адров В.Н., Титаров П.С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Метод газокорреляционной ИК–радиометрии для дистанционного мониторинга загрязнения атмосферы с микроспутников Бешменев А.С., Дементьев Б.В., Иванов В.В., Шилин Н.В. . . . 100 Программно-алгоритмическое обеспечение автоматизированного совмещения изображений ДЗЗ Василейский А.С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Точная геометрическая коррекция сканерных изображений IRS-1C/1D Воронков В.Н., Ефимов Н.И., Самойлов В.В., Тян Т.Н. . . . . . 103 Развитие программы дистанционного зондирования Земли в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева Глазкова И.А., Шкарин В.Е., Cтефанский М.А. . . . . . . . . . 104 Технологии приема, обработки, архивации и использования данных ДЗЗ в НЦ ОМЗ Гончаров А.К., Новикова Н.Н., Пахомов Л.А.. . . . . . . . . . . 106

10

Содержание

Инварианты информационной калибровки трансформируемых к условиям съемки данных для поиска оптимальных трасс сканирования деградирующих экосистем Гусейнов Г.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Белорусская космическая система дистанционного зондирования Земли — перспективы развития наземного сегмента Гучек В.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Сканерные устройства, разрабатываемые на Украине Драновский В.И., Салтыков Ю.Д., Вариченко Л.В., Ладыка Я.Е., Лотоцкий А.А., Ткаченко В.Ф. . . . . . . . . . . . 112 PHOTOMOD Radar — программный комплекс обработки радиолокационных данных дистанционного зондирования Земли из космоса Елизаветин И.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Классификация разновременных снимков в задачах прогнозирования изменений ландшафта земной поверхности Замятин А.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Высотная аэрокосмическая съемка — закономерный этап развития дистанционного зондирования Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 The International MODIS/AIRS Processing Packagae (IMAPP) and EOS Direct Broadcast at the University of Wisconsin-Madison Liam E. Gumley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Некоторые вопросы проектирования микроспутника «Бауманец» Майорова В.И., Карпенко С.О., Копик А.Г., Муравьев В.А. . . . 120 Научно-образовательный проект «КА Бауманец» как пример образовательной прикладной программы Майорова В.И., Копик А.Г., Гершензон В.Е., Карпенко С.О. . . 121 Подсистема данных полезной нагрузки микроспутника Меланченко А.Г., Вариченко Л.В., Дыкун А.С., Лек Я.И., Новиков К.Н., Саврун О.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Future of Remote Sensing with Resourcesat (P6): a Techno-Commercial Perspective CVS Prakash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Содержание

11

Дистанционное картирование уровней грунтовых вод по данным аэрокосмического зондирования почвенного покрова в оптическом и микроволновом диапазонах Романов А.Н., Евтюшкин А.В., Винокуров Ю.И., Суторихин И.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Метрологические аспекты сопоставления, обмена и распространения аэрокосмической информации Смоктий О.И., Гусейнов Г.А., Гасанов Г.А., Ширалиев Э.А. . . 126 КА «Метеор-М» — новый этап постоянно действующей космической системы Трифонов Ю.В., Горбунов А.В., Харитонов В.Ф. . . . . . . . . . 128 Программное обеспечение ИТЦ «СканЭкс» для обработки изображений ДЗЗ Федоткин Д. И., Анатольев А.А.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Сканирование земной коры по магнитным аномальным полям, полученным из аэростатных съемок в стратосфере Цветков Ю.П., Ротанова Н.М., Пчелкин А.В., Беликова М.А.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Данные ДЗЗ в геологии Использование технологии «ScanEx NeRIS» для локализации потенциально нефтегазоносных площадей Добрынин Д.В., Егоров Б.Н. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Исследование геоэкологической и геодинамической ситуации участка магистрального газопровода (МГ) с использованием данных дистанционного зондирования Егоров Б.Н., Кузнецова Е.А.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Использование материалов космического зондирования при прогнозировании россыпей Загубный Д.Г., Серокуров Ю.Н., Корчуганова Н.И. . . . . . . . 137 Использование данных дистанционного зондирования при решении задач Геологической службы МПР России (состояние и перспективы) Кирсанов А.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Космогеологические исследования при поисках золоторудных месторождений в центральном Вьетнаме Корчуганова Н.И., Загубный Д.Г., Нгуен Динь Лунг . . . . . . . 141

12

Содержание

Remote Sensing from Space. Its Applications to Detecting Lineaments for Tectonic Mapping, Case Study: AL-GHAB depression, North-West of Syria Moutaz Dalati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Применение материалов дистанционного зондирования на различных стадиях поисков и разведки твердых горючих полезных ископаемых Погребнов Н.Н., Позднышева Д.П. . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Возможности материалов дистанционного зондирования при оценке рудоносного потенциала территорий Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Технологии прогноза и поисков алмазоносных площадей с применением материалов дистанционного зондирования Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Спутниковый мониторинг как составная часть обеспечения безопасности газоснабжения крупных городов Учитель И.Л., Ярошенко В.Н., Капочкин Б.Б. . . . . . . . . . . 149

Лесное хозяйство Intact Forests Landscapes Mapping Aksenov D., Dobrynin D., Dubinin M., Egorov A., Karpachevskiy M., Purekhovskiy A., Isaev A., Lars Laestadius, Potapov P., Turubanova S., Yaroshenko A.. . . . . . . . . . . . . . 151 Контроль за соблюдением правил рубок леса с использованием космических снимков Алейников А.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Методика количественной оценки нарушенности лесного фонда Грищенко В.А., Заграбчук С.Ф., Никифоров К.С., Юронен Ю.П. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Оценка состояния ресурсов охотничьих животных и среды их обитания с использованием материалов дистанционного зондирования Земли Лопан Н.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Мониторинг лесных экосистем национальных парков с использованием дистанционных данных. Методические решения и опыт работ Малышева Н.В., Орлова О.Л. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

Содержание

13

Роль спутниковых данных в геоэкологических исследованиях Соловецкого архипелага Поликин Д.Ю., Болотов И.Н. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Особенности представления горно-таежной растительности в пространстве яркостных характеристик многозональных космических снимков Солодянкина С.В., Черкашин А.К. . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Методы и результаты картирования усыхающих еловых насаждений на основе аэрокосмической и наземной информации в Республике Беларусь Торчик Н.И., Кулагин А.П., Тяшкевич И.А., Котова Е.В., Ильючик М.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Методика дешифрирования промышленного воздействия на северную растительность по многозональным космическим снимкам LANDSAT Тутубалина О.В., Шипигина Е.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Изображения Земли из космоса: роль в образовании Аэрокосмическое Интернет-образование: опыт Межуниверситетского аэрокосмического центра Балдина Е.А., Тутубалина О.В., Чалова Е.Р. . . . . . . . . . . . 167 Университетский центр приема, организации и обработки региональных данных дистанционного зондирования Земли Гриценко В.А., Чугаевич В.Я., Заболотнова Е.Ю. . . . . . . . . 169 Использование космической информации в школьном туризме и краеведении Козлова Ю.В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Дистанционное зондирование в исследованиях Земли как системы: международный симпозиум IGARSS’2003 Кравцова В.И.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Школьная лаборатория «Земля из космоса» Смирнова Е.В.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Международная образовательная программа ГЛОУБ (Global Learning and Observation to the Benefit of Environment) Сурков Ф.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

14

Содержание

Работа с космическими снимками — один из аспектов развития познавательного интереса школьников на уроках географии Татарина Т.С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Опыт использования космических снимков при проведении студенческих практик по полевому дешифрированию Чистов С.В., Зимин М.В., Кирьянов Д.Ю., Конох О.В. . . . . . 178

Мониторинг промышленных объектов Мониторинг атмосферных тепловых выбросов, связанных с нефтегазодобычей в районе каспийского моря с помощью спутниковых систем NOAA/AVHRR и TERRA/MODIS Ишанкулов М.Ш., Терехов А.Г., Муратова Н.Р., Батырбаева М. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Некоторые аспекты мониторинга объектов нефтегазодобывающей отрасли средствами дистанционного зондирования Краснопевцева Е.Б. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Материалы космического зондирования — основа оценки экологического состояния горнорудных районов Серокуров Ю.Н.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Использование ДДЗ при исследованиях влияния на окружающую среду объектов нефтегазодобывающей отрасли Томской области Скугарев А.А., Базанов В.А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Дистанционные исследования экологического состояния промышленных центров Средней Сибири Снытко В.А., Коновалова Т.И. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Диагностика техносферы из космоса — цели и некоторые результаты Шухостанов В.К., Цыбанов А.Г., Ведешин Л.А.. . . . . . . . . . 189

Конец эры суперкомпьютерной ментальности Перевод с английского Lars Laestadius, Институт мировых ресурсов, Вашингтон, США Еще недавно компьютеры были огромными машинами в вычислительных центрах. Их обслуживали операторы в белых халатах, имевшие специальное образование и особые должности. Все остальные держались на уважительном расстоянии, зачарованные чудесной и таинственной силой компьютера, его дороговизной и чрезвычайной сложностью. Все решения об использовании машинного времени принимались специалистами вычислительного центра — прочие люди почти не имели доступа к компьютерам и возможности участвовать в управлении ими. Еще недавно это было так. Но это время прошло. С развитием и улучшением компьютерных технологий возникли новые возможности. Изобретение персональных компьютеров стало прямым вызовом автократической природе больших вычислительных машин и ментальности некоторых их операторов, которую можно назвать «суперкомпьютерной». В конце концов, сотрудникам вычислительных центров пришлось смириться с тем, что компьютерная обработка может быть децентрализованной и осуществляться пользователями прямо на их рабочем месте. С этого момента у суперкомпьютеров остается только своя специализированная ниша. Возобладал демократический доступ к компьютерным технологиям. Технология аэрокосмического зондирования в основном все еще находится на стадии «суперкомпьютеров». Она характеризуется правительственным контролем (прямым или косвенным), большими затратами на инфраструктуру и реальной либо мнимой потребностью в специальном оборудовании и специальных знаниях. Однако в связи с быстрым техническим развитием области возникает два вопроса. Будет ли технология аэрокосмического зондирования эволюционировать по направлению к демократическому доступу, так же, как компьютерная? И если да, является ли такое развитие событий желательным? Ответ на первый вопрос напрямую зависит от ответа на второй. Если демократизация доступа к данным рассматривается как нежелательная теми, кто контролирует аэрокосмическое зондирование, то они могут остановить демократизацию прежде, чем она станет реальностью. Но перед тем, как обсуждать эту проблему, проанализируем ряд факторов, имеющих важное значение в контексте демократизации, с точки зрения Global Forest Watch (GFW). Эта организация

16

Земля из космоса — наиболее эффективные решения

представляет интересы новой категории потребителей аэрокосмической информации — некоммерческих пользователей из гражданского общества. 1. Доступ к космическим снимкам. Для некоммерческого, неправительственного пользователя доступ к аэрокосмической информации становится реальным, только когда снимки нужной детальности на интересующий его регион открыты для любого гражданина, доступны по цене, и процедура получения снимков проста. Долговременная тенденция — неуклонное приближение к этим идеалам. Примерами недавнего улучшения доступа к космическим снимкам являются такие программы, как Global Land Cover Facility Мерилендского университета, Landsat.org Мичиганского государственного университета и Geogratis Министерства природных ресурсов Канады, предоставляющие неограниченный доступ к растущему архиву снимков Landsat по низким ценам или бесплатно. В России доступ к библиотекам снимков Landsat и Terra ASTER предоставляет некоммерческое партнерство «Прозрачный мир». Все перечисленные архивы и библиотеки доступны через Интернет. Они имеют огромное значение для гражданского общества и созданы на основе прогрессивной политики совместного доступа к данным, реализуемой в программах Landsat и ASTER. Стремительное развитие Интернета в скором будущем должно обеспечить дешевое и быстрое получение этих снимков в любой точке земного шара. Другой пример — это растущая доступность космических снимков (а точнее — потоков данных), передающихся со спутников в открытом режиме. Вначале так поступали снимки низкого разрешения с метеорологических спутников, а затем — более детальные со спутников Ресурс-О (сейчас съемки с них не ведутся) и, наконец, снимки MODIS со спутника Terra. Современные станции наземного приема снимков — это вовсе не обязательно огромные стационарные комплексы многомиллионной стоимости. На рынке появились небольшие мобильные станции приема на базе персональных компьютеров. Есть надежда, что вскоре некоммерческие организации, такие как школы, администрации охраняемых природных территорий и природоохранные организации смогут индивидуально или совместно владеть приемными станциями. 2. Доступ к средствам обработки снимков. Для обработки снимков требуются довольно мощные компьютеры и специальное программное обеспечение. Еще недавно высокая цена и сложность средств компьютерной обработки снимков ограничивали доступ общественных организаций к ним. Теперь ситуация меняется. Персональные компьютеры становятся мощнее, а программное обеспечение проще в использовании; снижаются цены на то и другое. Эти

Земля из космоса — наиболее эффективные решения

17

тенденции, видимо, будут продолжаться. Доступ к средствам обработки снимков уже не должен быть препятствием для новых пользователей, хотя потребуется время для широкого распространения подходящего аппаратного и программного обеспечения. 3. Доступ к специалистам по обработке снимков. Для интерпретации и обработки космических снимков необходимы определенные навыки. Раньше их можно было получить, только пройдя специализированный курс обучения. Сейчас ситуация меняется, как в связи с улучшением программного обеспечения, так и в связи с повышением общей подготовки потенциальных обработчиков снимков. Улучшение общей подготовки будет продолжаться. В будущем интерпретация космических снимков и пространственный анализ на их основе могут стать распространенным умением, по аналогии со всеобщей компьютерной грамотностью. Опыт GFW иллюстрирует перечисленные тенденции. GFW — неправительственная, некоммерческая организация, поддерживающая устойчивое развитие лесов, в частности, путем сбора достоверной информации об их состоянии. В GFW составлены современные карты коренных малонарушенных лесов России и Канады, в основном, путем интерпретации космических снимков. Для создания карт GFW удалось получить почти полное покрытие России и Канады современными снимками благодаря политике широкого доступа к снимкам Landsat и ASTER и созданным на этой основе библиотекам снимков. Для обработки снимков в GFW использовалось современное специализированное программное обеспечение. Обработка проводилась экологами, имевшими общие компьютерные навыки, но не получившими специального образования в области аэрокосмического зондирования или пространственного анализа. Таким образом, современные тенденции говорят о существенном расширении круга пользователей и приложений технологии аэрокосмического зондирования. Можно полагаться на долговременное улучшение доступа к снимкам, средствам их обработки и специалистам. Многие из этих факторов находятся в позитивном взаимодействии. Например, улучшение доступа к снимкам увеличивает потребность в качественном программном обеспечении. Рост вовлеченности и уровня подготовки молодых специалистов позволит им свободно пользоваться таким обеспечением. По мере осознания общественностью потенциала аэрокосмического зондирования будет все больше требоваться демократизация доступа к снимкам. Большая часть программ аэрокосмического зондирования финансируется на деньги налогоплательщиков. Может прийти время, когда общество откажется платить за аэрокосмические снимки дважды.

18

Земля из космоса — наиболее эффективные решения

Подобное развитие ситуации позволит новым группам общества использовать аэрокосмическую технологию для их нужд. Трудно предсказать, какими именно будут области применения, точно так же, как десятилетия назад было трудно предсказать все области применения персональных компьютеров. Кто-то однажды назвал персональные компьютеры «решением несуществующей проблемы», однако последующее развитие показало, что они позволили решить множество проблем многим пользователям. Некоторые из консервативных операторов вычислительных центров не могли определить эти проблемы и соответствующих им пользователей, однако они тем не менее существовали. То же самое, по-видимому, происходит в аэрокосмическом зондировании: предвидение будущих нужд не поспевает за технологией. Многие люди, ведомые скорее нуждами прошлого, чем будущего, все еще видят аэрокосмическое зондирование как область, управляемую только специалистами с узкопрофессиональным образованием, поддерживаемую огромными и хорошо финансируемыми правительственными или промышленными структурами. И конечно, трудно предсказать, кто именно в будущем хотел бы использовать аэрокосмическое зондирование и для каких целей. И если контроль над отраслью останется полностью централизованным, некоторые полезные, но не предусмотренные заранее, применения снимков не осуществятся. Если же произойдет демократизация аэрокосмического зондирования, суммарная его полезность для общества возрастет за счет новых и нетрадиционных областей применения. Многие типы организаций, например, заинтересованы в эксплуатации собственных станций наземного приема снимков для получения недорогого и непрерывного потока высококачественной спутниковой информации. Школы могли бы интегрировать космические снимки в преподавание многих предметов и кооперироваться с другими школами по всему миру в обмене снимками и их интерпретации. Управляющие особо охраняемыми природными территориями смогут получить средство для мониторинга изменений на их территории и в ее окрестностях. Получение снимков в режиме реального времени особенно ценно для слежения за явлениями, требующими быстрого реагирования, такими как пожары и нелегальные врезки в трубопроводы. Персональные приемные станции будут также полезны неправительственным организациям, в том числе природоохранным, для организации мониторинга. Согласно экономической теории, оптимальные решения принимаются в том случае, если у всех сторон есть доступ к полной информации. Неполная или неравномерно передаваемая информация —

Земля из космоса — наиболее эффективные решения

19

это признак несовершенства экономической системы. Ту же концепцию можно применить к принятию решений в области использования природных ресурсов. Доступ к информации о природных ресурсах в настоящее время очень неравномерно распределен между теми, кто может себе позволить оплатить получение и анализ информации, и теми, кто не может. Демократизация доступа к аэрокосмической информации позволит не только произвести больше информации, но и приведет к ее более равномерному распределению. Те, кто до настоящего времени имел преимущественный доступ к информации, могут не поддержать такую демократизацию. Однако с точки зрения всеобщего блага, она должна привести к принятию более оптимальных решений по управлению, и, в конечном счете, к более устойчивому развитию мира.

Место технологий Центра «СканЭкс» в общем процессе развития ДЗЗ из космоса Гершензон В.Е., Генеральный директор ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия Последние годы характеризуются резким ростом числа космических программ ДЗЗ, а также существенным изменением их технического, организационного, маркетингового характера. Так же, как в свое время на рынке вычислительных платформ (Mainframe — PC), а недавно — мобильной связи (Иридиум — сотовые операторы), наметилось отставание «сверхцентрализованных» программ, связанных с запуском тяжелых, в том числе коллективных, космических платформ и эксплуатацией ограниченного числа затратоемких приемных и архивных центров, от стремительно растущих программ запуска малых космических аппаратов и их серий, а также развивающейся иной — распределенной инфраструктуры приема, хранения, распространения ДДЗЗ из космоса. При этом в общем процессе «захвата» быстроразвивающейся информационной отрасли начинают лидировать программы, демонстрирующие не только наибольшую технологическую, но и «политическую» (с точки зрения ценовой и маркетинговой политики) гибкость: граница открытого и бесплатного доступа смещается в сторону более высокого разрешения (NOAA — EOS), в централизованных программах (Landsat 7, Aster) конкурентоспособным преимуществом становится политика свободного распространения и копирования данных (copyright free), в коммерческих — открытость информационных интерфейсов и гибкость лицензионной политики (RADARSAT, IRS). Все это звенья в общей цепи демократизации (под демократизацией мы понимаем ускорение, упрощение, удешевление доступа к данным) использования результатов космических съемок: их более глубокого внедрения в образовательную и экологическую практику, в широкое «хозяйственное» использование информации, особенно в режимах с переходной экономикой, — таких, как страны СНГ. Центр СканЭкс (http://www.scanex.ru) в силу исторических, географических, технологических причин оказался на гребне этих преобразований, сделав «персонализацию» доступа к ДДЗЗ из космоса ключевым моментом своего развития как в сфере создания наземного сегмента приема, хранения, обработки и распространения данных, так и внедрения Интернет-технологий для поддержки программ с открытым доступом к данным и политикой свободного копирования информации.

22

Земля из космоса — наиболее эффективные решения

Так, вместе с началом перестройки создав новые технологии («Лиана», «СканЭкс») приема метеорологических данных (NOAA, Метеор) и во многом перестроив и дополнив существовавшую практику Росгидрометслужбы, в 1996 г. Центр впервые продемонстрировал и внедрил систему «СканЭР» для приема и обработки природноресурсной информации, передаваемой с российских КА серии Ресурс-О1 в X-диапазоне. Затем последовала работа по модернизации этих комплексов для приема информации со спутников EOS: в общей сложности было установлено более 30 станций X-диапазона. Разработка универсального комплекса «УниСкан» и заключение соглашения с компанией Antrix — оператором индийской космической программы IRS, а также тестирование станций для приема информации с КА RADARSAT позволили принимать оптические и радиолокационные данные с разрешением до 5–8 м на местности и оперативностью выполнения заказа до 1–2 суток. В 2003 г. Центр СканЭкс закончил разработку системы «УниСкан-2», являющейся совершенно новым этапом развития технологий приема информации с КА ДЗЗ: система позволяет осуществить доступ к новым источникам данных только посредством программной адаптации. Возможность работы этой системы в мобильном варианте была впервые продемонстрирована во время проведения Московского авиационно-космического салона МАКС-2003. Упрощение и удешевление Центром СканЭкс системы приема и обработки метеорологической информации в L-диапазоне — создание комплекса «Алиса» — позволило начать внедрение этой технологии не только в высшее, но и в школьное образование — в школы Ханты-Мансийска, Москвы; надо отметить также рост бесплатного информационного ресурса в Интернет: доступ к данным MODIS в режиме on-line (http://eostation.scanex.ru), библиотеку космических снимков НП «Прозрачный мир» (http://www.transparentworld.ru). Сегодня на первый план выходят проблемы отработки технологии и создания микроспутников для образовательных целей («Бауманец»), снятие режимных и лицензионных ограничений, приглашение новых операторов и программ к взаимодействию с целью развития рынка ДДЗЗ и его основной опоры — сообщества пользователей и потребителей этой информации. Главными факторами эффективности внедрения ДДЗЗ в повседневную практику становятся критерии экономической и производственной результативности как в создании оперативных систем (гидрометеорология, ЧС), так и в решении задач управления территориями от локального, регионального до федерального уровня.

Изображения Земли из космоса: юридическая практика Балагуров А.А., юрисконсульт ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия На сегодняшний день Российская Федерация имеет ряд международных обязательств по развитию дистанционного зондирования Земли из космоса (ДЗЗ), осуществляемого в мирных целях. Это, например, Принципы по дистанционному зондированию Земли из космоса (приняты 03.12.1986 Резолюцией 41/65 Генеральной Ассамблеи ООН), Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела (Москва, Вашингтон, Лондон, 27 января 1967 года), иные международные, в том числе межправительственные соглашения. Однако в России отрасль дистанционного зондирования Земли развивается чрезвычайно медленно. Одной из причин отсталости отрасли дистанционного зондирования в России является отсутствие достоверной и понятной информации о правовом регулировании отрасли. Различное количество нормативных правовых актов, принятых как на законодательном, так и на ведомственном уровне, никоим образом не систематизированы. Свести воедино нормы о лицензировании, о государственной тайне, об окружающей природной среде, об интеллектуальной собственности и проч. (а именно эти отрасли содержат в себе положения о дистанционном зондировании) неспециалисту чрезвычайно сложно. ИТЦ «СканЭкс» является признанным российским лидером в отрасли, его деятельность всегда на виду, и поэтому должна быть юридически чиста и обоснованна. В докладе будет представлен систематизированный свод информации об отрасли дистанционного зондирования Земли, в том числе: u общие понятия и особенности правового регулирования данных ДЗЗ; u законодательство об охране окружающей природной среды и данные ДЗЗ; u ограничения в использовании данных ДЗЗ — законодательство о государственной тайне; u кому необходимо получать лицензии, какие и как; u договорные основы использования данных ДЗЗ на российском рынке; u использование данных ДЗЗ в качестве доказательств при принятии управленческих решений, административных и уголовных мер.

Задачи и специфика оперативного мониторинга Выделение кромки льда по спутниковым снимкам видимого канала в условиях плотной ячеистой облачности в Охотском море Алесанина М.Г., Наумкин Ю.В., Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, г. Владивосток, Россия; [email protected] Свободные от облачности спутниковые изображения Охотского моря в ИК (инфракрасном) и видимом каналах крайне редки, составляют не более 10%. Выделение кромки льда на всей акватории Охотского моря осуществляется путем визуально-ручного дешифрирования специалистом-экспертом [1]. Автоматизация этого процесса все еще является актуальной. Сложность состоит в том, что лед и облачность имеют, фактически, одинаковые спектральные и пространственные характеристики. Существенно различаются они по динамике. Лед стационарен, а облачность подвижна. В связи с этим был опробован алгоритм выделения кромки ледового поля, основанный на построении композиции изображений в видимом канале путем попиксельного сложения по самому «темному» пикселу. В результате на композиции остаются только наиболее поглощающие свет участки акватории, т.е. открытая вода и тонкий мокрый лед. Эксперименты были проведены для серий изображений видимого канала как полярно-орбитальных спутников NOAA, так и геостационарного GMS-5 (рис. 1). Первые результаты показали, что если типичное изображение Охотского моря открыто в лучшем случае на 30%, то на полученной композиции вся акватория открывается как минимум на 90%.

26

Задачи и специфика оперативного мониторинга

а) б) Рис. 1. а) одиночная проекция; б) композиция серии изображений видимого канала геостационарного спутника GMS-5 за 2–5 марта 2003 года для выделения кромки льда в Охотском море.

Литература 1. Анашкин Е.В. Построение ледовых карт в среде ARCVIEW \\ Новости ЕСИМО. Электронное периодическое издание, вып. 14, 2003 г.

Information Technology Project Based on Remote Sensing for Monitoring & Warning System Hossein Amiri, Head of preprocessing group from IRSC (Iranian Remote Sensing Center), Iran; [email protected]

Introduction One of the remote sensing image capability is continuous monitoring from surface of earth for detection and inspection of variation. This capability is unique because of repeated of imagery of earth surface by remote sensing satellites and from this point of view no other sources can compete with remote sensing images. But it should be noticed that

Задачи и специфика оперативного мониторинга

27

continuous image receiving is just a part of the whole subject, it is useful when received data are processed quickly and the results are delivered to responsible people. For example, being or amount of flood extent or fire should detect as soon as possible so environment disasters manager could decide a suitable decision in time.

Objectives The aim of this project is construction of a computer-based system, which processes satellite received data immediately and detects variations with considering the implemented algorithms. Also, this system can alert the kind of extents of those variations and their reasons. Meanwhile educes useful information from receiving data and stores them and when it is necessary, practices suitable statistical analysis on receiving data. It is a methodology to warning and monitoring all of variations with different reasons.

Project description Satellite data that are received and archived in IRSC now, it is not suitable for reported into near real time by IRSC web site. Therefore project is defined concerning project objectives in below two stages: Generation and delivery of remote sensing services on internet aided exist equipment and information and making a applied software on web consist of: u Link satellite images archive and maps to internet web site u Link generation part of data remote sensing into near real time to internet web site u Making suitable data portals for used by applicant organs to update data access u Making satellite images storage and retrieval system and generation data with additional value such as sea surface temperature u Making information portals for warning to organs concerned about accidental events u Remote sensing technology training and transfer by internet u Delivery and sale information and support services of applicants and users by internet Making warning, monitoring and model system consist of: u Automatic data receiving and radiometric & geometric correction u Implementation variations discovery algorithms and detection type of them

Задачи и специфика оперативного мониторинга

28 u

u

u

Making warning system for immediate variations of land surface such as fire detection, flood detection, thermal abnormally detection and oil spill detection Making monitoring system for supervision on slowly variations such as vegetation coverage, drought, water bodies, border of snow, sea and land surface temperature Making model and prediction system based on satellite observations and lateral data

Socioeconomic effects According to the project's final outputs, which includes warning system, monitoring system, remote training system of remote sensing, geographical information system and user's electronic services, the following points can be considered as the advantages of this project: u Increasing accuracy, speed and reducing costs of useful and essential information transfer. u Making the ability of control and warning about natural disasters, causing great unpredictable damages. u Training and providing services in one of the most important technologies in national level. At first this system's output assists the people responsible for decreasing natural disasters effects, in prevention and future interventions and the society will benefit from it in financial and other aspects as well. It is obvious that in case of training and other services, this system can be an economical solution by omitting the traveling expenses of staff from all over the country to the IRSC and participating in the courses. Meanwhile, using this system increases the knowledge of experts and other in charge of this technology.

Повышение эффективности использования спутниковой информации при оперативном обеспечении различных видов деятельности на Севере и Северо-Западе России Бресткин С.В., Быченков Ю.Д., Девятаев О.С., ААНИИ, г. Санкт-Петербург, Россия В последнее время наблюдается быстрый рост возможностей спутниковых систем по получению информации, необходимой для выработки оптимальных управленческих решений. Вместе с тем

Задачи и специфика оперативного мониторинга

29

растет осознание этих возможностей: различные ведомства и организации приобретают, устанавливают и начинают эксплуатировать разнообразное оборудование для приема и обработки данных ИСЗ. К сожалению, при этом не учитываются возможности информационного обмена между структурами различных ведомств. Согласованность отсутствует. В результате, например, однотипные приемные станции приобретаются организациями, находящимися в пределах одной зоны прямой радиовидимости. Зачастую при этом не учитываются ни требования технологии использования данных ИСЗ, ни наличие/отсутствие необходимой инфраструктуры (обслуживающего персонала, телекоммуникаций и т.п.). В результате, с одной стороны, возможности современных спутниковых систем используются не полностью, с другой — затраты на приобретение дорогостоящего оборудования не окупаются. При этом обширные территории остаются неосвещенными. Очевидно, что эффективность всей работы может быть существенно повышена за счет простой согласованности деятельности различных организаций и ведомств, перехода к корпоративному использованию имеющихся технических и программных средств — их организации в систему. Как известно из теории, главное в системе — не столько элементы, из которых она состоит, сколько связи между ними. В нашем случае связи важны как в организационном плане (нужна нормативно-правовая база — система договоров об информационном обмене), так и на физическом уровне (необходимо объединить центры приема данных ИСЗ системой телекоммуникаций с высокой пропускной способностью). Развитию связей между центрами приема и обработки данных необходимо уделить первостепенное внимание. Второй важнейший вопрос — оптимизация распределения ответственности между центрами системы. При этом необходимо исходить из сложившейся ситуации (географическое положение центров, укомплектованность специалистами, имеющееся оборудование) и из перспективных потребностей в информации. На этом должна строиться координация, как в вопросах приема и распространения информации, так и в вопросах приобретения и модернизации оборудования. Другими словами, решение об установке новых приемных станций должно приниматься с учетом возможности и стоимости получения необходимой информации из других центров. Для северных регионов России объединение ресурсов, обеспечивающих прием и обработку спутниковой информации, имеет особое значение. Обширные пространства, труднодоступность, большие расходы, которые требуются на поддержание любой инфраструктуры, повышают актуальность корпоративного подхода.

30

Задачи и специфика оперативного мониторинга

Другой особенностью Севера является то, что ледовый покров выступает здесь как один из главных объектов наблюдения из космоса, поскольку от учета ледовой обстановки во многом зависят безопасность и эффективность работы морского и речного транспорта. Сегодня потребность в ледовой информации быстро возрастает, что связано с бурным развитием деятельности по освоению углеводородных месторождений на шельфе. В докладе рассматриваются основные принципы, на которых, по мнению специалистов ААНИИ, должен строиться мониторинг морского ледового покрова. На примере мониторинга льда в арктических и замерзающих морях рассмотрено значение корпоративного использования средств приема и обработки спутниковой информации.

Система обработки спутниковой информации «Варяг», используемая в оперативной практике Северо-Западного управления гидрометслужбы Буланов С.Н., Ларина Э.Л., Кондратьев А.В., Чичкова Е.Ф., СПбЦГМС-Р, г. Санкт-Петербург, Россия В Северо-Западном управлении гидрометеослужбы разработана система обработки спутниковой информации «Варяг». В данный момент система ориентирована на цифровые многоспектральные изображения (пространственное разрешение 1 км), получаемые при помощи приемного комплекса «СканЭкс» со спутников гидрометеорологического назначения серии NOAA. «Варяг» предназначен для исследования облачного покрова в оперативной синоптической практике и для проведения мониторинга окружающей среды в летний период. При анализе облачности система «Варяг» позволяет: u идентифицировать и классифицировать по ярусам и морфологии типы облачности; u рассчитывать гидрометеорологические параметры облаков (температуру и высоту верхней границы, толщину, водозапас); u отслеживать возникновение и развитие кучево-дождевой облачности и связанных с нею шквалов и ливневых осадков, вплоть до получения потенциального количества осадков; u определять направление смещения облачных систем (фронтов, вихрей, отдельных облаков).

Задачи и специфика оперативного мониторинга

31

Спутниковый мониторинг свободных от облачности поверхностей Земли даст возможность: u рассчитать температуру поверхностного слоя воды; u обнаружить очаги крупных лесных пожаров; u выделить зоны дымового и теплового загрязнения крупными городами; u оценить индекс вегетации; u отследить загрязнения (цветение сине-зеленых водорослей) в крупных водоемах. Процесс тематического анализа многоспектральной спутниковой информации делится на два основных этапа. На первом этапе осуществляется распознавание и идентификация облачности и земной поверхности. При этом используется оригинальный метод кластерного анализа многомерной яркостной гистограммы исходного изображения в сочетании с пороговой методикой, используемой для определения типа облаков и земной поверхности. Для распознавания кучевообразной, кучевой и кучево-дождевой облачности привлекаются также среднестатистические данные о характерных размерах облачных элементов для рассматриваемого региона, а также используются пороговые значения в 1, 3, 4 каналах радиометра AVHRR. На втором этапе работы на основе специальных моделей спутниковых наблюдений и оптических моделей облаков решается обратная задача по восстановлению важных для оперативной практики характеристик — температуры и высоты верхней границы облаков (ВГО), толщины, водозапаса. При этом для каждого типа облачности используется определенная микрофизическая модель. В оперативной практике при решении обратных задач применяются весьма упрощенные облачные модели, позволяющие быстро получать оценочные характеристики. При этом средняя ошибка в определении, например, высоты ВГО находится в пределах 1,0–1,5 км.

Вопросы экологической безопасности при перемещении горных пород, контролируемых из космоса, в экологически опасных районах гор Тянь-Шаня Валяев А.Н., Казаков С.В., Институт проблем безопасного Развития атомной энергетики Российской Академии Наук (ИБРАЭ РАН), г. Москва, Россия Айтматов И.Т, Айтматова Д.И., Институт физики и механики горных пород Национальной Академии Наук (ИФМГП НАН) Киргизской Республики, г. Бишкек, Киргизия Одной из самых острых проблем в области охраны окружающей среды в горах Тянь-Шаня на территории Киргизии являются хвостохранилища, шламонакопители, отвалы некондиционных руд и металлургических шлаков, образовавшиеся в результате добычи и переработки на крупнейших в СНГ месторождениях урана. Они содержат огромный объем радиоактивных и токсичных отходов горнодобывающей промышленности. В хвостохранилищах и шламонакопителях на территории более 1000 га складировано около 100 000 000 м3 хвостов — концентрированных массивов мелкодисперсных отходов производства, которые содержат радионуклиды, соли тяжелых металлов (кадмия, свинца, цинка) и токсичные вещества (цианиды, кислоты, силикаты, нитраты, сульфаты и др.), используемые в качестве реагентов при переработке и обогащении руд. Около 1200 га занимают отвалы. Нарушена не только целостность, но и долговременная геомеханическая и сейсмическая устойчивость ряда хвостохранилищ и ограждающих их дамб. Такое неудовлетворительное их состояние и расположение на слабоустойчивых горных склонах, в поймах и руслах рек в зоне влияния активных тектонических нарушений, высокой сейсмичности (велика вероятность землетрясений, оползней, селей, наводнений и др.), в непосредственной близости к населенным пунктам, делает эти объекты потенциальными источниками как тяжелых катастрофических процессов, так и чрезвычайно опасных для окружающей среды, объектов экономики и населения ситуаций природно-техногенного характера. Мы предлагаем осуществлять непрерывный спутниковый мониторинг динамики движения горных пород в местах сосредоточения опасных объектов и пространственно-временного перемещения отмеченных загрязнителей. Получаемая информация будет накапливаться в банке данных и детализироваться таким образом, чтобы ее можно было использовать для разработки моделей миграции загрязняющих веществ в окружающей среде. Результаты расчетов по

Задачи и специфика оперативного мониторинга

33

этим моделям будут положены в основу разработки конкретных рекомендаций и проектов по предотвращению чрезвычайных ситуаций и катастроф природно-техногенного характера, связанных с тектоническими перемещениями, землетрясениями, селями и др. При этом предполагается также выполнить сравнительный анализ радиационных и химических рисков. По детальным характеристикам проблемных с геоэкологической точки зрения объектов, имеющимся в ИФМГП НАН, и полученным посредством мониторинга данным с помощью разработанных в ИБРАЭ РАН методик можно будет проводить моделирование движения загрязнителей при вертикальной и горизонтальной миграции. Тем самым, создается возможность для имитации локальной и общей экологической обстановки. Также предполагается разработка геоинформационной системы для оценки текущей радиационно-химической обстановки и ее прогноза. Результаты могут быть использованы для выработки мер аварийного реагирования для защиты населения и минимизации возможных последствий, связанных с ухудшением экологической ситуации.

Литература 1. Айтматов И.Т. и др. Прогноз техногенных катастроф при освоении горных территорий //Горный журнал, Москва. 2001. №10. Сс.17–21. 2. Aitmatov I.T. et.al. Environment Problem in Mining complex of Kyrgyzstan. http://www.cango.net . Pp. 25–31. 3. Айтматов И.Т. и др. Геоэкологический мониторинг природно-техногенных катастроф в горных районах. //Горная геофизика, Труды международной конференции. Санкт-Петербург, 22–25 июня1998 г. Сc. 18–24.

Мобильный комплекс приема данных ДЗЗ на базе технологии УниСкан-2 Гершензон В.Е., Иванов А.В., Смородский О.И., ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия Современные системы принятия оперативно-тактических решений с необходимостью предполагают наличие своевременной информационной поддержки на базе мобильных комплексов приема и анализа актуальных пространственных данных. В этом отношении

34

Задачи и специфика оперативного мониторинга

неоценимы возможности космических средств мониторинга и наблюдения поверхности Земли и акваторий. В силу специфики — больших объемов передаваемых изображений — предпочтительным является путь непосредственного приема и анализа данных в месте дислокации оперативного звена. Проблема заключалась в отсутствии сравнительно простых технологических решений, однако последняя разработка ИТЦ «СканЭкс» — мобильный комплекс приема данных ДЗЗ — продемонстрировал реальные возможности приема и анализа как оптических, так и радиолокационных изображений с разрешением от 250 м до 5,8 м и временем выполнения заказа съемки от нескольких часов до 1–3 суток. На авиакосмическом салоне МАКС-2003, проходившем в подмосковном г. Жуковском с 19 по 24 августа 2003 г., ИТЦ «СканЭкс» впервые представил разработанный мобильный комплекс. Во время работы авиасалона был продемонстрирован прием изображений Земли из космоса в реальном времени; 20 августа был принят безоблачный снимок Москвы со спутника IRS-1C с разрешением 5,8 м. Основная идея этого комплекса — простота модификации для приема данных с различных спутников ДЗЗ, как правило, отличающихся радио- и информационными форматами передачи изображений Земли из космоса, относительная компактность, мобильность и приемлемость по цене. Базовый комплект предполагает регулярный прием общедоступных бесплатных информационных каналов с периодичностью 2–3 часа и разрешением 250 м–1000 м с таких спутников, как Terra, Aqua. Технически мобильный комплекс представляет собой небольшой и сравнительно легкий комплекс (вес около 400 кг с диаметром зеркала 2,4 м), монтируемый на автомобильном прицепе. Время подготовки комплекса к работе — в пределах 3–4-х часов. Операторское место — PC под ОС Windows; развитое программное обеспечение (ScanMagic, ScanEx Image Processor, NeRIS) позволяет оператору в разумные сроки (до 0,5 ч) провести анализ обстановки и дать соответствующие рекомендации. Комплекс питается от автономного бензинового генератора (напряжение 220 В, потребление до 2 кВт), комплектуется системой точного времени и координатной привязки GPS; желательно совмещение с системами локальной картографии и ГИС на месте оператора. Также рекомендуется использование архивных снимков MODIS, Aster, Landsat 7, IRS-1C/1D для оперативного сопоставления состояния территории во времени (например, при решении задач ЧС анализ состояния территории «до» и «после» стихийного бедствия или ЧС).

Система спутникового мониторинга сезонных процессов в устьях рек Горелиц О.В., Землянов И.В., Павловский А.Е., Государственный океанографический институт, г. Москва, Россия Яготинцев В.Н. ([email protected]), ДагЦГМС, г. Махачкала, Россия В последние годы исследователи получили доступ к данным дистанционного зондирования (ДДЗ) Земли из космоса, сочетающим высокую частоту освещения природного объекта (до одного раза в сутки) со средним пространственным разрешением (250 м/пкс). Такое пространственно-временное разрешение позволяет проводить спутниковый мониторинг сезонных процессов в устьях рек, захватывая при необходимости прилегающие районы речного бассейна и морскую акваторию за границами устьевого взморья. В 2002–2003 гг. в Государственном океанографическом институте (ГОИН) были разработаны основы системы спутникового мониторинга сезонных процессов в устьях рек и осуществлен эксперимент «Вешние воды» [1]. Информационную основу эксперимента составляют ДДЗ среднего разрешения, поступающие ежедневно со спутниковой платформы TERRA-MODIS. Программно-технологическое обеспечение эксперимента строится на базе ГОИНа и Инженерно-Технологического Центра «СканЭкс». В рамках эксперимента в 2002–2003 гг. ГОИН работал в тесном контакте с региональными цетрами по гидрометеорологии и мониторингу природной среды (ЦГМС) и специализированными устьевыми станциями Росгидромета. Уникальность эксперимента «Вешние воды» заключается в совместном анализе в режиме реального времени ежедневных ДДЗ Земли из космоса, полученных с помощью сканирующего аппарата MODIS, и ежедневных данных гидрометеорологических наблюдений. В процессе эксперимента «Вешние воды» проводился мониторинг: u весеннего вскрытия ото льда в устьях рек Севера ЕТР; u весеннего половодья в устье р. Волги; u катастрофического паводка в устье р. Терек; u образования и динамики ледяного покрова в устье р. Волги и на акватории Северного Каспия. Результаты, полученные в рамках эксперимента по спутниковому мониторингу природных процессов в устьях рек «Вешние воды», подтвердили возможность использования информации, поступаю-

36

Задачи и специфика оперативного мониторинга

щей со спутниковых платформ нового поколения, для анализа природных процессов сезонного масштаба. Эксперимент продемонстрировал широкие возможности использованного подхода для получения новых научных результатов при исследовании природных процессов в устьевых областях рек [1, 2]. Качественные и количественные оценки динамики природных процессов, полученные на основе данных спутникового зондирования, показывают хорошее совпадение с оценками, сделанными другими способами, что свидетельствует о достоверности использованных методик и возможности их применения в дальнейшем. Выявленные ограничения описанных подходов можно преодолеть путем привлечения дополнительной информации наземной наблюдательной сети, совершенствованием существующих и разработкой новых методик дешифрирования, привлечением спутниковых данных высокого разрешения (5–15 м/пкс), которые в настоящее время становятся все более доступными. Результаты эксперимента «Вешние воды» показали необходимость и актуальность создания современной системы мониторинга с использованием данных наземной наблюдательной сети и ДДЗ, поступающих с действующих в настоящее время спутниковых платформ в режиме, близком к оперативному.

Литература 1. Горелиц О.В., Землянов И.В. Спутниковый мониторинг сезонных процессов в морских устьях рек. // Материалы Юбилейной Всероссийской научной конференции «Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы». М.: МГУ, 2002. Сс. 211–212. 2. Горелиц О.В., Землянов И.В., Павловский А.Е., Сыроешкин А.В. Результаты мониторинга катастрофического паводка в устьевой области Терека (июнь–октябрь 2002 г. //Гос. Океаногр. ин-т. М., 2003. 129 c. Деп. ВИНИТИ № 1646-В2003.

Использование специального программного обеспечения в задачах мониторинга природных пожаров на основе информации, получаемой от средств ДЗЗ космического базирования Дорошенко С.Г., Николаев Д.Ю., Ромасько В.Ю., Челюканов А.В., МЧС, г.Москва, Россия Работа по выявлению очагов пожаров ведется по снимкам, полученным с КА «NOAA-12», т.к. он позволяет регистрировать излучение теплового диапазона. Для выявления тепловых аномалий используется пакет специального программного обеспечения, созданный программистами Института леса СО РАН, г. Красноярск. Пакет состоит из программы Sector, необходимой для выделения интересующей области и привязки изображения к карте; программы FireDet, позволяющей выделять и анализировать тепловые аномалии, и программы CloudMask для выделения облачности. Для визуализации, дальнейшего анализа и представления результатов используется ГИС ArcView.

38

Задачи и специфика оперативного мониторинга

Привязка изображений Обработка снимка начинается в программе Sector. После загрузки снимка на него наносится карта. С помощью мыши выделяется нужная область. В меню «Изображение» выбирается команда «Сектор…», затем выделяются все каналы и ставится галочка в окошке «Линеаризовать». После этого производится тщательная привязка изображения к карте с помощью программного корректора. Для этого можно увеличить масштаб изображения. Затем привязанное изображение сохраняется в виде Mac-файла.

Выделение тепловых аномалий Следующий этап — выделение тепловых аномалий в программе FireDet. После загрузки Mac-файла выбирается тема Fire. Затем открывается окошко Identified Fires, в котором будет отображаться информация о тепловых аномалиях (координаты, населенный пункт привязки, расстояние и азимут). Далее открывается окошко Options, в котором выставляются пороги для определения тепловых аномалий, и производится расчет. При необходимости вносятся корректировки в пороговые значения и производится новый расчет.

Задачи и специфика оперативного мониторинга

39

После этого из полученных тепловых аномалий необходимо удалить ложные (отсветы от краев облаков и воды, имеющие сходные с пожарами характеристики). Оставшиеся после отсева тепловые аномалии сохраняются в shape-файле для последующей загрузки в ГИС ArcView. Данная информация сохраняется также в текстовом файле для дальнейшей обработки.

Выделение облачности Для определения областей, в которых выявление тепловых аномалий невозможно, проводится выделение облачности. Для этого используется программа CloudMask.

В программе открывается тот же Мас-файл, который был создан программой Sector. Затем этот файл переводится в проекцию Mercator. После этого открывается окошко Identified Clouds, в котором будет отображаться информация об облачности. Далее открывается окошко Options, в котором выставляется пороговая температура для определения облачности, и производится расчет. Далее результат расчета сравнивается со снимком и, если необходимо, вносится корректировка в пороговую температуру и проводится повторный рас-

40

Задачи и специфика оперативного мониторинга

чет. Выделенная облачность сохраняется в shape-файле для последующей загрузки в ГИС ArcView.

Просмотр результатов в ГИС ArcView Результаты работы программ FireDet и CloudMask, сохраненные в виде shape-файлов, загружаются в ГИС ArcView для визуализации и последующего анализа расположения пожаров.

В ГИС Arcview кроме просмотра полученных результатов возможно наложение любой инфраструктуры (районы, населенные пункты, дороги, водоемы, аэропорты и др.), имеющейся в пакете, а также созданной дополнительно (например, линии электропередачи).

Использование космической информации для информационной поддержки процесса принятия решений при паводках и наводнениях Егоров В.М., Кукаш В.С., Министерство природных ресурсов, г. Москва, Россия Дана краткая характеристика принципов построения аппаратно-программных средств поддержки принятия решений в области природоохранной деятельности на базе Ситуационного центра МПР. Описана действующая ведомственная сеть приемных станций ДЗЗ, а также организационные основы осуществления работ по космической съемке заданных территорий и методы, применяемые для доставки информации потребителям. Приведены основные положения методики проведения прогнозных оценок паводков и наводнений методом моделирования снежных запасов на основе наземных наблюдений, а также формирования целеуказаний для съемок участков местности, определенных по прогнозным оценкам. Описаны методы обработки материалов ДЗЗ с использованием данных наземных измерений, а также ГИС-технологий.

Спутниковый мониторинг и подспутниковые наблюдения процесса подготовки сильных землетрясений в Греции 14 августа 2003 г. Капочкина А.Б., Одесский государственный экологический университет, г. Одесса, Украина В августе 2003 г. студенткой пятого курса ОГЭКУ А.Б. Капочкиной в соответствии с программой научных исследований ОРАН в международной экспедиции «Днестр-2003» в оперативном режиме выполнялся спутниковый мониторинг территории Европы, анализировались проявления сейсмичности по данным сейсмологических центров США и Европы, проводились собственные ежечасные наблюдения за гидрометеорологическим режимом подстилающей поверхности (температурой приземного воздуха, влажного грунта у реки и сухого грунта, температурой воды в реке Днестр). Установлено, что перед серией сильных землетрясений в Греции 14 августа 2003 г. над территорией Европы в антициклонических условиях, сначала в приземном слое, образовался локальный циклон, который

42

Задачи и специфика оперативного мониторинга

14 мая развился до вполне обычного синоптического образования. На первом этапе этот циклон не фиксировался по данным регистрации поля атмосферного давления. Такие процессы не являются типичными. В районе реки Днестр 9–12 августа были зарегистрированы высокоамплитудные положительные аномалии температуры грунта, интенсивные понижения температуры воды в реке Днестр днем и необычный рост температуры воды ночью. Спутниковый мониторинг позволил зарегистрировать исключительно аномальные (прямолинейные) траектории движения воздушных масс в циклоническом образовании, отражающие активизацию геодинамических процессов на европейском континенте, которая закончилась проявлением разрывных деформаций в районе Греции. Результаты комплексного спутникового и подспутникового мониторинга подтверждают эффективность запатентованных технологий краткосрочного прогноза землетрясений и диагноза быстропротекающих деформаций земной поверхности.

Оперативный спутниковый мониторинг радиометром MODIS для оценки риска и прогноза половодных наводнений на примере юга Восточной Сибири Кичигин А.Г., Восточно-Сибирский НИИ геологии, геофизики и минерального сырья, г. Иркутск, Россия Кичигина Н.В., Институт географии СО РАН, г. Иркутск, Россия Наводнения стали одним из самых опасных видов стихийных бедствий в мире, причем, несмотря на значительные капиталовложения в защитные мероприятия, ущерб от них имеет тенденцию к росту. Восточная Сибирь относится к регионам с высокой вероятностью наводнений, здесь за последние годы произошло около 15% крупных наводнений от общего количества по стране. В этих условиях актуальна проблема разработки новых методов наблюдения для оценки риска и прогнозирования наводнений. Исследования генезиса наводнений на юге Восточной Сибири показали, что наиболее часто здесь повторяются наводнения в период весеннего половодья, наряду с паводочными наводнениями. На основе генетического и статистического анализа данных многолетних наблюдений (ряды максимального стока половодья и паводков) на 148 гидрологических постах Росгидромета выполнено райониро-

Задачи и специфика оперативного мониторинга

43

вание юга Восточной Сибири по факторам максимального стока и, таким образом, определены территории, где преобладающим фактором формирования максимального стока служит таяние снежного покрова в период половодья. Риск возникновения половодных наводнений здесь связан обычно с благоприятными для интенсивного таяния снега гидроклиматическими условиями и большими его запасами, наложением волн половодья от разных притоков, а также возникновением заторов. Эффективная оценка риска возникновения половодных наводнений невозможна без регулярных и оперативных данных о состоянии снежного покрова и условиях его таяния. Существующая стационарная наземная наблюдательная сеть и периодические маршрутные обследования не всегда позволяют получить такие данные, поэтому использование оперативной информации дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса всегда актуально. Одни из наиболее доступных на сегодня инструментов оперативного спутникового мониторинга — это радиометр MODIS, установленный на спутниках TERRA и AQUA. Данные MODIS позволяют производить оперативную оценку состояния снежного покрова на значительных территориях с периодичностью 1–2 раза в день (при отсутствии облачности). Основой для такой оценки могут служить продукты обработки данных MODIS — маска снежного покрова (MOD10 — «SnowCover»), температура поверхности суши (MOD11 — «Land Surface Temperature (LST) and Emissivity»), нормализованный индекс снежного покрова (NDSI), основанный на разности поглощения снежным покровом излучения в видимом (V) и ближнем инфракрасном (NIR) диапазонах спектра, а также цифровая модель рельефа (DEM) из стандартного продукта MODIS — MOD03. Методика использования данных MODIS для оперативной оценки состояния снежного покрова предполагает последовательное решение следующих задач: u исключение из анализа облачных участков изображений (маска облачности); u определение территорий с наличием снежного покрова (маска «SnowCover»); u расчет значений NDSI; u расчет температуры поверхности (маска «LST»); u топографический анализ DEM для определения экспозиции склонов; u выделение областей с признаками таяния снежного покрова (областей одновременного снеготаяния), характеризующихся

44

Задачи и специфика оперативного мониторинга

положительными температурами подстилающей поверхности, а также соответствующими значениями NDSI; u определение внутри выделенных областей участков интенсивного таяния снежного покрова (как правило, приуроченных к склонам южной экспозиции), и для которых зафиксированы максимальные значения температуры подстилающей поверхности. Предлагаемая методика оценки риска и прогнозирования половодных наводнений заключается в сопоставлении данных спутникового мониторинга о динамике фронта областей интенсивного снеготаяния с картой районирования территории по факторам максимального стока. Перспективные направления развития данной методики: u детальное изучение и выявление характерных признаков динамики таяния снежного покрова, которые можно использовать при прогнозировании наводнений; u использование более информативных данных ДЗЗ, в том числе данных радиолокационных съемок, таких как RADARSAT, ERS и аналогичных.

Литература 1. Algorithm Theoretical Basis Document (ATBD) for the MODIS Snow and Sea Ice-Mapping Algorithms. 2. Делеур М.С. Космические методы изучения снежного покрова Земли. –Л. Гидрометеоиздат, 1980. 3. Кичигина Н.В., Корытный Л.М. Районирование Восточной Сибири по опасности наводнений // География и природные ресурсы. – 1997. – №3. – С.50–60. 4. Кичигина Н.В. Основные факторы и критерии наводнений Восточной Сибири // Современные методы географических исследований / Мат. XII конф. Молодых географов Сибири и Дальнего Востока. – Иркутск, 1997. – С. 108–110. 5. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – Вып. 12. – 264 с.; 1986. – Вып. 13. – 346 с.; 1986. – Вып. 14. – 282 с.; 1986. – Вып. 15. – 464 с. 6. MODIS Snow Products User Guide.

Спутниковые наблюдения при решении теоретических вопросов тропического циклогенеза Конкин В.В., Капочкин Б.Б., Кучеренко Н.В., Лисоводский В.В, Одесский государственный экологический университет, г. Одесса, Украина Кафедрой военной метеорологии Одесского государственного экологического университета (бывший гидрометеорологический институт) на протяжении 3 лет формируется банк данных спутниковых наблюдений за территорией Европы, что позволило сформировать один из наиболее полных архивов спутниковых данных в Украине. Получаемая информация используется для разработки методов слежения, диагноза и прогноза опасных метеорологических явлений подсеточного масштаба. Накопленные данные позволили отследить гидрометеорологические и геофизические условия формирования летних наводнений в Европе в 2001–2002 гг., в том числе Краснодарского наводнения 24 июня 2002 г. Тема данного доклада — исследования условий образования циклонов с так называемым «глазом бури» по данным спутникового мониторинга. Такие циклоны обычно возникают в тропиках и называются тропическими циклонами. Спутниковый мониторинг акватории Черного моря в зимний период позволил неоднократно фиксировать аналогичные, но менее активные циклонические образования с «глазом бури». Вместе с этим в тропической зоне были отмечены циклонические образования с размерами, превышающими типичный масштаб тропических циклонов, и без «глаза бури». Результаты спутникового мониторинга легли в основу теоретического обобщения условий образования циклонов в тропических и умеренных широтах. Выдвинуто предположение о том, что в макромасштабе (в направлении, перпендикулярном поверхности Земли) тропические вихревые образования представляют собой переходное звено от конвективных процессов к геострофической циркуляции в атмосфере, аналогично переходу от ламинарного движения к турбулентному в микромасштабе. Предполагается, что конвекция организуется в виде ячеек с восходящими токами в центральной части. При увеличении интенсивности вертикального переноса в центральной области такой ячейки формируются нисходящие токи, а в случае возникновения конвективной неустойчивости второго рода, являющейся самовозбуждающимся процессом, ячейка закручивается в вихревую трубку.

46

Задачи и специфика оперативного мониторинга

Выдвинутые гипотезы в какой-то мере подтвердились детальными наблюдениями в режиме мультипликации тропического циклона «Isabel», одного из наиболее интенсивных за весь период наблюдений в Атлантике. Спутниковый мониторинг позволил выявить в «глазе бури» элементы упорядоченной конвекции.

RAPIDS mobile round station, feeding applications with real time space data Ir. B. Moll, Head Remote Sensing Department, Space Division National Aerospace Laboratory NLR, Emmeloord, The Netherlands; [email protected]

Summary Mobile ground station technology for real-time local reception and processing of satellite data is rapidly developing. Given on one hand the increasing availability of commercial space borne imagery and on the other hand the applications in need of such data, mobile ground stations (GS) can play an important role in meeting demand for affordable, frequent and near real time access to satellite data and derived information. This paper describes the named developments and preferred conditions to benefit most from mobile ground stations.

Introduction Development of mobile GS technology started about a decade ago and has resulted in commercial offerings by several suppliers and numerous installations and demonstrations world wide (reference ). Usage of mobile GS up to now is dominated by governmental organisations, in particularly military agencies. Their requirement for real-time and guaranteed data access and availability of (military) funding for technology development has put the military in the position as primary users of this technology since alternative and acceptable ways of data access are absent. For nonmilitary applications the requirements for data access are different and consequently justification for installing mobile GS is based on different grounds. Space agencies and centralized ground stations are sceptical to the relevance of mobile GS for civil applications; centralised ground stations provide almost full spatial coverage and satellite on-board storage for imagery non-covered areas is becoming a standard feature for newer satellites. However, demonstrations and pilot projects have proven that the infrastructure of permanent ground stations can not meet data access requirements of all civil applications. Space agencies are reviewing the

Задачи и специфика оперативного мониторинга

47

potential of mobile GS for specific markets / applications. Support of space agencies is critical for successful implementation of an operational infrastructure of data access through a (mobile) ground station.

Applications in need of mobile GS Applications for mobile GS are various. Military applications include a.o. mission planning, simulation and rapid mapping. Typical civil applications are flood monitoring, oil spill/seep detection and ship detection. Less time critical civil applications such as crop monitoring, land use change detection and mapping are sometimes fed by mobile GS data but mostly in those cases where permanent GS do not provide desired spatial coverage or a local / mobile GS is present serving a near real time primary application. This raises the main issue what differentiates mobile GS from permanent GS and under which conditions applications are best served by mobile GS. The most obvious discriminating parameter of a mobile ground station is its mobility. Mobility of systems promoted as mobile GS varies from truly mobile (trailer based, antenna diameter up to 4m) and transportable (miniaturised variant of traditional permanent GS). A mobile GS should be designed such that it is fast deployable at minimal cost and effort using standard logistical equipment. Military users move around with their GS as imposed by the operations, which nowadays, can be anywhere worldwide. Civil users mostly use mobile GS more as a semi-permanent local GS. But even in these cases mobility is important since the organisations using the GS have not designed their infrastructure with the presence of a (large) GS in mind. In other cases GS deployments are in remote areas with minimal support facilities, also requiring a self contained truly mobile GS. A second parameter of mobile GS is direct access (of user) to the data stream. This provides the user not only with a high level of autonomy, but also he is in full control of the data processing (and in some cases also of the satellite tasking), allowing the user access to the unmanipulated data and to customise processing. This is of importance since being at or near the area of interest, local knowledge (field data, detailed maps, meteo, …) can be included in the processing. The potential to integrate to local GS with the data processing chain resulting in an optimised system for feeding applications with real time space data is a key advantage w.r.t. usage of the traditional centralised GS network. Currently, operators of commercial imaging satellites provide users with a capability to task the satellite in real time, allowing last minute changes to the imagery acquisition schedule (uplink of telemetry commands). Imminently clear is that in those cases direct access is required. A third parameter immediately follows from the second: real-time capability. Data becomes available at the same time it is recorded (direct broadcast). Especially when monitoring time critical

48

Задачи и специфика оперативного мониторинга

targets / processes, this is significant. Data processing and information extraction processes must be streamlined to maintain the real-time advantage. Well-defined product specifications and optimised processing infrastructures can help to do this job. Revisit times between satellite passes (data refresh rate) currently are in the order of a few days, depending on user latitude. These will soon reduce due to an increasing number of satellite platforms. Wide bandwidth communication infrastructure (satcom, landlines) will not eliminate the need for local reception of satellite data for two reasons. Increasing communication traffic caused by an increasing user community, emerging usage of imagery date and exchange of more and new types of data through such networks will certainly limit the capabilities to exchange imagery data promptly. A second, probably more serious constraint is that non-technical factors that currently cause imagery data not to be available in time and/or flow freely, remain. A fourth parameter is cost of data access. Locally operated mobile GS tailored to application requirements do not carry the cost of serving a large number of customers each having their specific requirements.

Conclusions The benefits of mobile GS for timely availability of imagery data has been shown. Military users are launching customers for mobile GS technology, but data access requirements of time critical civil applications can be met with mobile GS only. When reviewing information quality assessment criteria, especially timeliness and availability are criteria on which mobile GS uniquely differ from permanent GS. Optimisation for applications and cost are additional criteria but these are subject to competition from permanent GS. The attribute mobile for a ground station is multi-interpretable and also confusing. Firstly, the degree of mobility varies largely between truly mobile and transportable. Secondly, military and only a few civil applications require true mobility, where most civil applications require a mobile GS serving as an affordable local GS optimised for specific requirements. Earth observation technology and infrastructures both in space and on the ground are becoming sufficiently mature and affordable for larger scale uptake by both military and civil users. Parallel developments on very high bandwidth communication infrastructure will not guarantee imagery availability for both technical and non-technical reasons, hence a sustainable need for local reception.

Задачи и специфика оперативного мониторинга

49

References 1. Transportable ground receiving stations, G. Petrie, Geo Informatics, July/August 2000, pages 18–21 2. Air & Space Europe Vol. 2, No4, July–August 2000, pages 49–52 3. CNES magazine No7, November 1999, pages 11–21 4. The (non) sense of mobile ground stations for military use, B. Moll, NATO RTA/SCI symposium, May 2001, Lisbon

Determinitation of a Forest Fire’s Energetic Intensity Through the Bird and Terra-MODIS Sensors: Study of a Particular Case A. Calle, A. Romo, J.L. Casanova, C. Moclan, Remote Sensing Laboratory of the University of Valladolid (LATUV) Faculty of Sciences, Valladolid, Spain; [email protected] D. Oertel, DLR. Institut fьr Weltraumsensorik und Planetenerkundung, Rutherfordstr., Berlin, Germany; [email protected]

Summary The detection of forest fires in an operative way is not a finished task in remote sensing. This work aims at showing a different use related to fire detection so that remote sensing can be used to determine the energetic power emitted by a fire, and offering good results in spite of using different spatial resolutions. A controlled forest fire has been studied through the TERRA-MODIS and BIRD sensors in order to carry out an analysis at the sub-pixel level and later to determine the fire’s power in Mwatts. Coinciding results were obtained. Key words: Fire detection, power emitted, TERRA-MODIS, BIRD.

Introduction The study of forest fires through remote sensing techniques has been limited to the cartography of burned areas in those cases where real time work is required, and to the assessment of the spreading risk when being operative is required. On the other hand, fire detection is a necessity which won’t be solved until geostationary satellites prove their capacity to detect small fires and show their usefulness in providing early alert warnings, which will be really difficult considering the difficulty of building high spatial resolution thermal sensors. In this way, simulations aimed at detecting the minimum detectable area according to the temperature have been carried

50

Задачи и специфика оперативного мониторинга

out on GOES and MSG (Prins and Schmetz, 1999). In the latter’s case and for our latitudes, a size larger than 1.5 ha. is necessary for a fire of 600 K to be detected, and this without including the effects of atmospheric attenuation. On the other hand, the establishment of an early fire alert system through polar satellites, which would solve the spatial resolution problem, has already been considered in the well-known FUEGO project financed by ESA. This project tries to put 12 polar satellites in three orbital planes so that they can work jointly and provide approximately a 15-minute time resolution. The most relevant conclusion with respect to the use currently made of fire detection through spatial sensors is that so far it’s been used for the elaboration of fire occurrence mapping and the obtaining of statistical results. With respect to the sensors used to carry out fire detection, the most important one without doubt has been the NOAA-AVHRR sensor thanks to its higher time resolution and to the type of sensors it has. Detection through AVHRR has been developed through different algorithms that can be classified into two types: algorithms based on fixed thresholds and contextual algorithms, whose parameters have been adapted to the different zones of study. This sensor’s low spatial resolution, 1km2, has allowed us to study at a sub-pixel level through the application of Dozier’s methodology, 1981. From this methodology, it is possible to determine simultaneously the fire’s temperature and the fraction that is burning. In spite of its limitations, the AVHRR must be used as a comparative reference for later sensors such as MODIS. The appearance of the MODIS sensor in 1999 on the TERRA and AQUA stations with its 36 spectral bands has improved detection capacities tremendously. In this way, the algorithms based on the AVHRR have been adapted and improved for the MODIS (Kaufman and Justice, 1998). The Remote Sensing Laboratory of the University of Valladolid (LATUV) has brought into operation a TERRA-MODIS receiver which is operative and currently working on fire detection. The appearance of the experimental satellite BIRD designed by the DLR, from Germany, and whose aim is fire detection makes us think that the search for an operative early warning spatial system will be a reality not very far into the future. (Briess et al, 2003). The objective of this work is to analyse the sensors implied in fire detection and determine, from the sub-pixel analysis, the fire’s energetic intensity. This parameter is related to the fire’s temperature and the simultaneous area that is burning. This factor is expected to be an excellent indicator of a forest fire’s destructive power and severity so that

Задачи и специфика оперативного мониторинга

51

approximate qualitative estimations on the damage caused can be carried out.

References 1. Briess,K., H. Jahn, E. Lorenz, D. Oertel, W. Skrbek and B. Zhukov, 2003, Fire recognition potential of the bi-spectral Infrared Detection (BIRD) satellite, Int. Jour.Rem.Sens.,24, 4 : 865 – 872 2. Dozier, J. 1981. A method for satellite identification of surface temperature fields of subpixel resolution. Rem. Sens.Env., 11: 221–229. 3. Kaufman, Y. and Justice, C. 1998. MODIS Fire Products. MODIS Science Team. EOS ID#2741. 4. Matson, M. and Dozier, J. 1981. Identification of subresolution high temperatures sources using a thermal IR sensor. Photo Engr. and Remote Sensing, 47(9), pp. 1311–1318. 5. Prins, E and Schmetz, J. 1999. Diurnal fire active detection using a suite of international geoestationaty satellites. GOFC Forest Fire Monitoring and Mapping Workshop, JRC, Ispra. 6. Robinson, J.M., 1991. Fire from space: Global fire evaluation using infrared remote sensing. Int. Journal of Remote Sensing, 12, pp.3-24. 7. Zhukov, B. 2003. Comunicaciуn personad del DLR

Использование спутниковой информации для обеспечения ледового плавания Смирнов В.Г., Щербаков Ю.А., ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, г. Санкт-Петербург, Россия Спутниковые методы дистанционного зондирования являются основными, а в ряде случаев единственно возможными методами наблюдений за состоянием ледового покрова арктических и замерзающих морей. Особо важную роль методы дистанционного зондирования играют при обеспечении ледовой навигации на всех стадиях морских операций — от долговременного их планирования на год или ледовый сезон до непосредственного оперативного сопровождения ледового плавания.

52

Задачи и специфика оперативного мониторинга

В докладе описывается технология получения и первичной обработки информации зарубежных и отечественных спутников в различных спектральных диапазонах и с различным пространственным разрешением. Показано, что совместное использование данных различных спектральных диапазонов позволяет существенно повысить достоверность ледовой информации, получаемой при анализе спутниковых цифровых изображений. Описывается созданное в ААНИИ программное обеспечение для картирования ледовой обстановки с использованием геоинформационных приложений. Электронная ледовая карта формируется как совокупность информационных слоев, представляющих распределение характеристик ледяного покрова. Каждый слой электронной карты записывается в собственном шейп-файле, что повышает ее потребительские качества, оперативность передачи пользователю и обеспечивает возможность дальнейшей тематической обработки с использованием геоинформационных программных пакетов. Описываются процедуры преобразования ледовых карт и спутниковых снимков для их наложения в качестве информационных слоев на электронные навигационные карты.

Литература 1. Smirnov, V.G., Bychenkov, Yu.D., Priamikov, S.M., Shcherbakov, Yu.A. Usе of Satellite Information for Ice Navigation Support. th Proceedings of 15 International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. August 23–27, 1999, Helsinki, Vol. 2, pp. 154–165. 2. Smirnov, V.G. Use of SAR Data for Ice Navigation Support in Russia, Proceedings of a Workshop on Mapping and Archiving of Sea Ice Data — the Expanding Role of Radar. Ottawa, Canada, 2– 4 May 2000, JCOMM Technical Report No. 7, pp. 159–164.

Оценка ущерба от степных пожаров Спивак Л.Ф., Архипкин О.П., Батырбаева М.Ж., Шагарова Л.В., Сагатдинова Г.Н., Институт космических исследований Министерства образования и науки республики Казахстан (ИКИ МОН РК), г. Алма-Ата, Казахстан Ежегодно степные пожары охватывают значительные территории Казахстана. Наибольшую опасность они представляют в засуш-

Задачи и специфика оперативного мониторинга

53

ливые периоды, особенно характерные для значительной территории республики во второй половине лета. Для оперативного обнаружения очагов и отслеживания развития ситуации в ИКИ разработана технология мониторинга степных пожаров на основе совместной интерпретации ночных тепловых снимков NOAA AVHRR (разрешение 1,1 км) и дневных снимков EOS-AM Terra MODIS (разрешение 250 м). Возможность использования данных MODIS появилась после установки российской фирмой ИТЦ СКАНЭКС станции ЕОСКАН. На ночных снимках NOAA AVHRR (до 6 снимков за ночь) по данным третьего канала идентифицируются участки с повышенными температурами, которые в основном представляют собой очаги пожаров (активных и затухающих) и тепловые выбросы промышленных объектов. Последние характеризуются постоянством местоположения и фиксируются в течение всего года. Эту процедуру можно также проводить, используя данные тепловых каналов MODIS. Днем очаги пожаров определяются с использованием данных 21 теплового канала MODIS. На дневных снимках, в отличие от ночных, появляется много ложных очагов с повышенной температурой, вызванных тепловыми бликами от водных поверхностей и облаков, высокими температурами поверхности и т.д. Определению дневных очагов пожаров помогают характерные столбы дыма, хорошо видные при rgb-синтезе (213) первых трех каналов MODIS. Дневные снимки MODIS используются также для подсчета площади выгоревших участков. Для правильного определения выгоревших площадей необходимо выделить водные поверхности, для чего используется векторный слой, содержащий маску водных объектов. Для оценки потенциальной угрозы обнаруженных пожаров создается специальная ГИС. Она содержит векторные слои, содержащие информацию о населенных пунктах, дорожной и железнодорожной сети, линиях электросети, нефте- и газопроводах, особо важных объектах и др. Накладывая на эти слои координаты активных источников огня, можно оценить потенциальную угрозу пожара, а накладывая маски выгоревших участков — осуществить предварительную оценку нанесенного ущерба. Особую задачу представляет собой оценка потенциальной угрозы и предварительная оценка нанесенного ущерба для сельскохозяйственных посевов, так как их структура меняется ежегодно. Для ее решения создаются специальные слои ГИС, содержащие оперативную информацию о структуре посевов, полученную по данным дистанционного зондирования, а также многолетнюю историческую информацию об их структуре и урожайности по статистическим и дистанционным данным. При этом методика идентификации сельскохозяйственных

54

Задачи и специфика оперативного мониторинга

посевов базируется на анализе соответствия динамики вегетации, оцениваемой по данным MODIS, основным этапам агротехнических работ и фазам их развития.

Кармадонская катастрофа год спустя: результаты космического мониторинга Тутубалина О.В., МГУ, г. Москва, Россия Черноморец С.С., УЦИГМ, г. Москва, Россия Алейников А.А., ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия Прошло более года с момента, когда в Северной Осетии произошла ледниковая катастрофа мирового значения. Огромные массы перемещенного вещества, необычайно высокие скорости движения, большое количество жертв в Кармадонской котловине и долине р. Геналдон выделяют это катастрофическое событие 20 сентября 2002 г. из ряда других. Изменения в зоне, подвергшейся воздействию, происходят с очень высокой скоростью. Между тем ледниковый цирк Колка, в котором начался катастрофический поток, находится в высокогорье на периферии Казбекско-Джимарайского массива и труднодоступен для регулярных исследований. По причинам метеорологического и организационного характера, а также в связи с близостью государственной границы России затруднено проведение аэросъемок. ИТЦ СканЭкс в 2002–2003 гг. проводит прицельную космическую съемку района катастрофы для оценки возможности оперативного мониторинга ситуации на основе снимков IRS Pan/LISS. Получена уникальная серия снимков за 10 дат в период с 19 октября 2002 г. по 30 августа 2003 г. Эта серия включает снимки только хорошего качества и является примером реально возможной повторяемости съемки высокогорного района с частой облачностью. На снимках хорошо видна ледовая масса, заполнившая Кармадонскую котловину, и посткатастрофические подпрудные озера. При сравнении снимков за разные даты видно, что к весне 2003 г. многие подпрудные озера в Кармадонской котловине исчезли, площадь наиболее крупного из озер — Санибанского — уменьшилась почти в два раза по сравнению с максимальной. В течение лета площадь озер продолжала сокращаться. Идет активное таяние льда, разрушение его речными потоками; центральная часть ледовой массы разбита трещинами. На склоне стены Джимарай-хох прослеживаются следы

Задачи и специфика оперативного мониторинга

55

скальных обвалов, на поверхности ледника вскоре после катастрофы образовалось временное озеро длиной до 300 м. На снимке 11 июля 2003 г. видно, что озеро на леднике Колка существенно уменьшилось, а зона скальных обвалов значительно разрослась. Полевые обследования показали, что обвальные процессы на стене г. Джимарай-хох продолжаются после катастрофы, причем после октября 2002 г. были проработаны новые обвальные лотки. В дневное время летом 2003 г. обвалы происходили практически непрерывно, а небольшие селевые потоки формировались несколько раз в час. Выявлено, что значительные фрагменты ледника Колка не были перемещены в момент катастрофы и остались на месте. Представляет потенциальную опасность правый боковой ледник-приток, на поверхности которого продолжают накапливаться обвальные отложения. Высокая активность опасных природных процессов делает космическую съемку важным инструментом мониторинга и предотвращения чрезвычайных ситуаций в районе. В настоящее время проводятся работы по интеграции космических снимков зоны катастрофы, схем их полевого и камерального дешифрирования и крупномасштабных топографических карт в единую геоинформационную систему. Такая система может использоваться административными органами республики Северная Осетия-Алания, службами Росгидромета, Министерства природных ресурсов, Министерства по чрезвычайным ситуациям для мониторинга зоны катастрофы. Работы выполнены при поддержке РФФИ, проект 03-05-64792.

Гибкая система обработки данных метеорологических спутников Эпштейн Ю.С., Фомин Е.В., Дьяков С.Е., Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, г. Владивосток, Россия; [email protected] Существующие системы приема и обработки спутниковых данных можно условно разбить на следующие группы. Во-первых, это системы крупных спутниковых центров. Их отличительной чертой, помимо обширного набора реализованных методов обработки, являются развитые механизмы доставки информационных продуктов потребителям. На другом полюсе находятся системы обработки

56

Задачи и специфика оперативного мониторинга

спутниковых данных, поставляемые с приемными станциями в виде готовых решений. По нашему мнению, можно выделить третий класс — это системы научно-исследовательских центров. Специфика таких систем заключается в том, что, с одной стороны, они ориентированы на определенный круг внешних по отношению к центру потребителей информации, что требует от системы пригодности к использованию в оперативном режиме, а значит, надежности и удобства применения. С другой стороны, такие системы служат своего рода полигоном новых методов, а потому должны быть легко наращиваемыми и конфигурируемыми. Эти требования противоречивы, и желание удовлетворить им наталкивается на определенные трудности. Для этого требуются квалифицированные разработчики, выделить которых из научного коллектива, полностью освободив их от прямых обязанностей — исследовательской работы, — зачастую не представляется возможным. Мы постарались создать систему обработки с такой архитектурой, которая позволяла бы пользоваться ею в оперативном режиме неспециалистам в области компьютерной техники, и в то же время делала бы систему пригодной к наращиванию самими исследователями, не обременяя их при этом тонкостями программирования. Основа архитектуры системы — разбиение на три уровня: обрабатывающие утилиты, программы обработки, оболочка пользователя. При разработке удалось добиться независимости этих уровней. Обрабатывающие утилиты — это обычные программы, пользующиеся стандартными средствами ввода/вывода языка С, которые могут использоваться отдельно от системы обработки, что значительно упрощает их создание. Программы обработки представляют из себя скрипты на языке REXX и реализуют те или иные цепочки получения конечных продуктов. И, наконец, оболочка формирует графический интерфейс пользователя и предоставляет возможности редактирования параметров, запуска и контроля обработки. Описанная система уже используется при оперативной обработке спутниковых данных. Модульность архитектуры позволяет запустить на ее основе автоматическую обработку спутниковых данных, эта работа сейчас завершается. В будущем планируется использовать ее в качестве основы для разрабатываемой сейчас в лаборатории распределенной системы обработки спутниковых данных с возможностью доступа через Интернет.

Управление территориями для устойчивого развития Использование космических изображений для характеристики условий рассредоточения стока в дельтах рек Обь и Енисей Айбулатов Д.Н., Коротков М.С., Московский государственный университет им М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия Изучение дельт речных систем на сегодняшний день актуально, прежде всего, с точки зрения экологии, так как дельты — это очень уязвимые природные системы перехода от реки к морю. Изучение дельт не менее важно и с экономической точки зрения, так как эти территории с огромным количеством воды, рыбы, зверей, птиц и разнообразных растений с древних времен используются человеком для транспорта, сельского хозяйства и рыболовства, кроме того, в них сосредоточены запасы нефти и газа. Получение информации о водных объектах с использованием космических снимков и геоинформационных систем (ГИС) более удобно и дешево, чем традиционные методы, что очень важно для современной науки. Основной целью работы было изучение структуры дельт рек Обь и Енисей с использованием обработанных космических снимков этих объектов. Структура водотоков в русловых и дельтовых разветвлениях рек отличается разнообразием и сложностью. Для нее характерна тесная гидравлическая связь между отдельными элементами системы водотоков. Изображения, полученные с различных спутников в 1997 г., были привязаны к географическим координатам в единой проекции. После этого были созданы схемы водотоков, которые выделялись как полигональные объекты. Эти схемы размещались на отдельных слоях. Все морфометрические характеристики этих полигонов соответствовали морфометрии самих водотоков и, следовательно, их можно было использовать в расчетах. По схемам определены основные морфометрические характеристики дельт и дельтовых водотоков: длина, средняя ширина, площадь водосбора, а также получены важные характеристики структуры дельтовых водотоков — число узлов деления русла и уровней, на

58

Управление территориями для устойчивого развития

которых проявляется этот процесс. На основе дешифрирования установлены критерии подобия для участков деления русла: диапазон изменения условных порядков, который характеризует степень сложности русловой сети дельты. В результате работы освоена методика обработки космических изображений с помощью геоинформационных систем. Получены количественные характеристики и проведен анализ структуры водотоков в дельтах рек Обь и Енисей. Выявлено, что эти дельты схожи согласно критериям подобия дивергенции водных потоков. Полученные теоретические значения характеристик водотоков близки к фактическим — следовательно, использование космических изображений допустимо и эффективно для анализа русловых систем в устьях рек.

Литература 1. Королев Ю. Методы дистанционного зондирования. // Дата плюс, 2002. 2. Алексеевский Н.И., Айбулатов Д.Н. Строение русловой сети неприливных устьев рек. // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 5, география. 2003 г. № 1. 3. Алексеевский Н.И., Соколова Ю.В. Структура сети в русловых и дельтовых разветвлениях и способы ее формализации. //Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 5, география. 1999 г. № 2.

Изучение динамики дельты Волги на основе дешифрирования космических снимков Айбулатов Д.Н., Чистов С.В., Московский государственный университет им М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия Устья рек — наиболее освоенные географические объекты на земной поверхности, в то же время в них проявляются опасные природные процессы, часто носящие многофакторный характер. Особенно сложно сочетание этих факторов в дельте Волги. Ее специфика заключается в существенном изменении положения морского края дельты (МКД) за время ее существования вследствие значительных колебаний уровня Каспийского моря, большой изменчивости стока воды и наносов под воздействием как природных, так и антропогенных факторов, наличия чрезвычайно обширного и отмелого взморья, влияющего на динамику дельты; в значительной

Управление территориями для устойчивого развития

59

освоенности дельты и возможности опасных природных процессов, связанных с затоплением, заливанием дельты, выдвижением МКД, перераспределением стока между рукавами, русловыми деформациями и т.д. Изучением динамики дельты Волги занимались многие известные ученые, однако их результаты базировались главным образом на картографическом материале и носили в основном качественный оттенок. Сложность экосистемы дельты Волги, отсутствие в последнее время точной и полной картографической, геоморфологической и гидрологической информации по данной территории привели к необходимости подключения к исследованиям космических снимков, особенно за последние 10–20 лет. Методика исследований базировалась на компьютерном анализе серии карт (начиная с 1807 г.) среднего масштаба (1 : 100 000– 1 : 200 000) по дельте Волги в совокупности с различными материалами космической съемки. Использованы космические снимки, полученные с отечественных и зарубежных спутников в 1978, 1991, 1997, 1998, 2002 гг. Все цифровые карты и космические снимки приведены в один масштаб (1 : 200 000) и единую проекцию, что позволило, во-первых, реконструировать процессы развития дельты, ее гидрографической сети, а во-вторых, количественно оценить влияние основных определяющих факторов и интенсивность гидролого-морфологических процессов в устье Волги. На основе дешифрирования космических снимков определены такие гидрологические параметры, как доля пассивного и активного выдвижения дельты; выявлены особенности пульсации береговой линии за различные периоды, на основе чего рассчитаны площади различных участков; проведена оценка распространенности и процентного соотношения между основными морфодинамическими типами дельтовых водотоков, исследовано соответствие этих типов и условных порядков водотоков, сопоставлены водотоки разного порядка и водности основных рукавов в дельте Волги, изучены особенности процессов деления русла. Разработанная методика предусматривает возможность использования различных продуктов космической съемки. Авторы готовы к сотрудничеству с организациями, имеющими интерес к району дельты Волги или располагающими космическими снимками за различные годы.

60

Управление территориями для устойчивого развития

Литература 1. Айбулатов Д.Н. Исследование гидролого-морфологических процессов в дельте Волги с использованием ГИС-технологий //Человечество и береговая зона в XXI веке. М., 2000. 2. Айбулатов Д.Н., Алексеевский Н.И., Чистов С.В. Исследования динамики дельты Волги на основе компьютерных технологий // Картография на рубеже тысячелетий: Докл. I Всероссийской научной конференции по картографии (М., 7–10 октября 1997 г.). М., 1997. 3. Алексеевский Н.И., Айбулатов Д.Н., Свентэк Ю.В., Серапинас Б.Б., Чистов С.Н. Динамика морского края дельты Волги //Геоэкология Прикаспия. Русловые процессы в дельте Волги. Вып2. М., 1997. 4. Alekseevskiy N.I., Aibulatov D.N., Chistov S.V. Shoreline dynamics and the hydrographic system of the Volga delta // Dynamic earth environments. Remote sensing observatoins from ShuttleMir Mission. N.Y., 2000.

Создание системы обработки данных ДЗЗ в целях мониторинга состояния территории республики Татарстан Акчурин Т.М., Кабинет Министров РТ, г. Казань, Россия Горбунов С.А., МЭПР РТ, г. Казань, Россия Бубнов Ю.П., Кожевникова М.В., ГУП «НПО Геоцентр РТ», г. Казань, Россия В настоящее время дистанционные методы зондирования занимают важное место в решении многих проблем комплексного изучения, освоения и рационального использования природных ресурсов. Данные дистанционного зондирования (ДДЗ) используются не только в научных интересах, но и все шире и эффективнее применяются при решении прикладных задач различных направлений. В настоящий момент научная, методическая и технологическая эффективность использования материалов космических съемок считается доказанной. Во многих министерствах, ведомствах и других подразделениях, поставляющих информацию органам государственной власти, на сегодняшний день сложилась ситуация, позволяющая активно внедрять технологии использования ДДЗ для решения отраслевых за-

Управление территориями для устойчивого развития

61

дач. Существует адекватное понимание этого вопроса, есть соответствующая материально-техническая база, специалисты. Однако зачастую имеет место ситуация, когда предприятия, относящиеся к различным ведомствам, приобретают схожие ДДЗ на одну и ту же территорию, дублируя при этом затраты на их оплату. К тому же, решая свою узкую тематическую задачу, оставляют всю другую информацию, имеющуюся на ДДЗ, невостребованной. С другой стороны, предприятия, не имеющие возможность оплатить ДДЗ, решают свои производственные задачи традиционными способами, иногда менее эффективно, чем это возможно с использованием ДДЗ, уже один раз приобретенных на бюджетные деньги. Координация действий по приобретению и использованию ДДЗ позволила бы, на наш взгляд, с одной стороны, снизить бюджетные затраты на приобретение материалов ДДЗ, с другой стороны, способствовала бы более интенсивному их внедрению в решение производственных задач. Наиболее эффективным, на наш взгляд, решением этого вопроса является организация межведомственного центра оперативного дистанционного контроля территории Республики Татарстан. Система оперативного дистанционного контроля — это комплексная компьютерная система получения, обработки и интерпретации ДДЗ для информационного обеспечения органов государственной власти и организаций в целях планирования, осуществления и контроля их деятельности. Организация системы предполагает создание и развитие следующей структуры. u Отдел изучения потребностей организаций и ведомств, приема заказов и планирования съемки; специалисты этого отдела также могут оказывать консультации по видам и формам ДДЗ, оптимально подходящим для решения отраслевых задач. u Отдел получения и первичной обработки ДДЗ. u Информационно-аналитический отдел с программно-аппаратным комплексом, осуществляющим специальную подготовку ДДЗ в виде и форматах, удобных пользователю для тематического дешифрирования, компьютерный анализ и предварительное тематическое дешифрирование по некоторым направлениям, ведение и пополнение Банка данных, обслуживание информационных запросов и выдачу материалов на магнитном носителе, по сети Интернет или в виде твердой копии.

62

Управление территориями для устойчивого развития

Данная модель должна обеспечивать совместное хранение информации, поступающей из различных источников и представленной с использованием различных концептуальных моделей данных. В первую очередь, это готовые тематические карты, созданные специализированными службами и организациями, данные дистанционного зондирования и результаты их обработки, данные по специализированным полигонам мониторинга, результаты картографического моделирования в рамках решения частных задач. Кроме этого, разрабатываемая система должна обеспечивать и выполнение аналитических задач, связанных с генерализацией и обобщением информации из различных источников, необходимое при подготовке и принятии управленческих решений.

Внедрение технологии обновления топографических карт различных масштабов по материалам данных дистанционного зондирования в производство ФГУП УРПЦГ «Уралгеоинформ» Алябьев А.А., Брылева А.С., Беленов А.В., ФГУП УРПЦГ «Уралгеоинформ», ЦПГ «Терра-Спейс», г. Екатеринбург, Россия На сегодняшний день в производство УРПЦГ «Уралгеоинформ» была внедрена лишь технология обновления топографического материала по данным аэрофотосъемки. Поскольку этот путь достаточно дорогостоящий и долговременный полный цикл (от заказа до получения картографической продукции) занимает около 2 лет, было принято решение внедрить в производство технологии обновления топографических карт по материалам космосъемки. Безусловно, аэросъемка имеет ряд бесспорных преимуществ перед космической, поэтому для подтверждения возможности применеия космической съемки был реализован проект, целью которого было сравнение двух ортофотопланов одинакового масштаба (1 : 25 000) на одну и ту же территорию, полученных кардинально различными путями.

Этапы реализации проекта: Предпроектная подготовка: u Анализ предлагаемых снимков (разрешение, стоимость, доступность). u Анализ существующих работоспособных программных продуктов по обработке данных ДЗ.

Управление территориями для устойчивого развития

63

Реализация проекта: u Выбор и обоснование КА и снимка для получения ортофотоплана масштаба 1 : 25 000. u Получение ортофотоплана по материалам космической съемки. u Получение ортофотоплана по материалам аэросъемки. u Сравнительный анализ двух ортофотопланов (точность в плане, информативность). u «Обновление территории» по полученным ортофотопланам. В результате для реализации проекта были необходимы: 1) Программный комплекс Talka (для создания ортофотоплана по материалам аэрозалета). 2) PCI Geomatica v. 9.0 (для создания ортофотоплана по материалам космосъемки). 3) Снимок КА Spot 5, разрешение 2,5 м. 4) Топографическая карта масштаба 1 : 5 000. В итоге были получены ортофотопланы и обновлена часть карты Ханты-Мансийского АО. Точность в плане и информативность оказались в допустимых пределах, что позволяет использовать данный вид съемки для обновления ТК различных масштабов.

Использование ДДЗ в системе автоматизированного мониторинга полей и оперативного прогнозирования урожаев для Ленинградской области Баденко В.Л., Слинчук С.Г., ГНУ АФИ Россельхозакадемии, г. Санкт-Петербург, Россия В секторе ГИС и дистанционного зондирования Агрофизического института уже на протяжении нескольких лет занимаются проблемами использования ДДЗ в сельском хозяйстве. Эти исследования носили в основном научный характер и касались применения методов теории нечетких множеств к ДДЗ для наполнения базы данных ГИС [1, 2]. Переход к прикладным разработкам связан с тем, что последние два года АФИ занимается созданием системы автоматизированного мониторинга полей и оперативного прогнозирования урожаев для правительства Ленинградской области. Работы по формированию блока, связанного с использованием ДДЗ, АФИ прово-

64

Управление территориями для устойчивого развития

дит совместно с ГНУ НИИКАМ, г. Санкт-Петербург. Ниже представлены некоторые результаты этой работы, а также исследований, связанных с применением ДДЗ в технологиях точного земледелия. Ядром разрабатываемой системы служит AGROTOOL – имитационная модель продукционного процесса, выполняющая динамические прогнозные расчеты. При проектировании системы предполагалось, что исходные данные для ARGOTOOL должна формировать подсистема, связанная с использованием ДДЗ. Таким образом с использованием ДДЗ планировалось решать следующие задачи: u оперативно определять состояние растительности и оценивать биомассу урожая — на основе анализа совокупности спутниковых и опорных данных; u определять по спутниковой информации ряд параметров для имитационной модели AGROTOOL. В настоящем исследовании использовались данные с индийского спутника IRS (LISS-1). В целом можно сделать предварительные выводы, что в условиях Ленинградской области, характеризующейся небольшим количеством солнечных дней в году, для мониторинга не всегда подходят спутниковые системы, работающие на регистрации пассивного излучения. В дальнейшем предполагается исследовать возможности использования аэрометодов, в том числе с применением беспилотных аппаратов, и систем, использующих активное излучение. Другое направление деятельности сектора ГИС и ДЗ АФИ — разработка методов использования ДДЗ в технологиях точного земледелия. Предварительные выводы говорят о том, что в данном случае следует применять данные более высокого разрешения, чем для мониторинга. При этом для правильной и автоматизированной привязки космических снимков важно совместно использовать ДДЗ и GPS.

Литература 1. Badenko V., Kurtener D., Rossi L. Development of fuzzy direction of GIS knowledge management with the use of Eurimage products // Agrophysical and Ecological Problems of Agriculture in the 21st Century. SPBISTRO, St. Petersburg, Russia, 2, 2000. Pp. 14–26. 2. Badenko V., Kudashev E.B., Kravtsov Y.A., Mironov V.L., Kurtener D. Monitoring of soil moisture on the basis of remote sensing data and geoinformation system // Proc. Conf. Sustainable Soil Management for Environmental Protection of Soil: Physical Aspects. Florence, Italy, 2–7 July 2001.

Аэрокосмические данные — блок ГИС охраняемой территории Балдина Е.А., Лабутина И.А., Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия В последнее десятилетие значительно возросла эффективность получения космической информации о Земле. В связи с возникшими глобальными экологическими проблемами основной задачей космических исследований в мире становится изучение Земли как системы, и многосенсорная информация о состоянии различных компонентов природной среды, архивная и поступающая в реальном времени, делается доступной всему научному сообществу. Современные системы наблюдения Земли используют «созвездия» дополняющих друг друга по целям исследований спутников, на которых устанавливается несколько видов съемочных систем, поставляющих на Землю информацию разного пространственного разрешения в широком наборе спектральных каналов. Развитие технологий получения данных о Земле и накопленная информация в сочетании с потребностью понимания процессов и явлений обеспечивают условия для комплексного мониторинга особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Опыт работы с разнообразными аэрокосмическими данными на примере Астраханского заповедника показал целесообразность организации аэрокосмического блока ГИС, в задачу которого входит интеграция разновременных аэрокосмических данных и их использование для мониторинга природных систем заповедника и окружающей его территории. Аэрокосмические материалы при создании и функционировании ГИС используются в двух основных направлениях: в качестве самостоятельных элементов базы данных, предназначенных для решения многих задач, в том числе изучения динамики, и в качестве источника первичной информации для создания новых тематических слоев. Изучение и мониторинг столь динамичной территории, как дельта Волги, требует привлечения значительного числа аэрокосмических снимков, полученных в разные годы, разные сезоны, в разных спектральных диапазонах. При этом для Астраханского заповедника, расположенного на трех относительно небольших участках в разных частях дельты, актуально сочетание аэрокосмических изображений в средних и крупных масштабах. Разнообразие требований обусловило включение в аэрокосмический блок ГИС заповедника

66

Управление территориями для устойчивого развития

более 30 слоев: разновременных фотопланов из аэрофотоснимков масштаба 1 : 25 000–1 : 50 000 и снимков из космоса. Среди космических снимков преобладают полученные отечественными съемочными системами: сканерными МСУ-Э и МСУ-СК/Ресурс-О и фотографическими КФА-1000 и МК-4/Ресурс-Ф. Кроме них включены снимки систем MSS и ETM+/Landsat (США), HRV1/SPOT (Франция) и ASTER/Terra (США), SAR/ERS-2. Важнейшая стадия формирования аэрокосмического обеспечения ГИС — предварительная обработка: геометрическая коррекция, приведение снимков к принятой системе координат, их взаимное пространственное согласование. Для обеспечения высокой степени взаимной увязки съемочных и других материалов в растровом формате предлагается создавать базовый аэрокосмический слой. Выбор аэрокосмического изображения для использования в качестве базового зависит от назначения ГИС и природных особенностей территории. В случае равнинного рельефа предпочтительнее космический снимок с высоким пространственным разрешением, многозональный, охват которого больше, чем изучаемая территория. Для горных территорий целесообразнее использовать аэрокосмическое изображение в ортогональной проекции, совмещенное с цифровой моделью рельефа. Снимки из аэрокосмического блока ГИС Астраханского заповедника послужили источником для создания серии тематических карт и информационной базой для изучения динамики экосистем в связи с колебаниями уровня Каспийского моря.

Перспективы применения космической информации для изучения динамики хозяйственной деятельности регионов юга России Богун А.П., Манджиева Д.А., Калмыцкий институт социально-экономических и правовых исследований, г. Элиста, Россия В современных условиях широкое применение в научной и производственной деятельности получает космическая информация. Территория Республики Калмыкия служит базовым космическим полигоном Российской Федерации, где с 1978 года были развернуты комплексные исследования по изучению природных ресурсов на основе материалов ДЗЗ. Было накоплено большое количество космической информации, что позволило ученым республики в сотруд-

Управление территориями для устойчивого развития

67

ничестве с рядом академических и отраслевых институтов, федеральных министерств и ведомств создать серию тематических карт, которые дали возможность оценить экологическое состояние, воздействие различных факторов на природные ресурсы Калмыкии. Из-за острой потребности в применении технологий ДЗЗ для решения широкого спектра задач в новых экономических условиях в Калмыцком институте социально-экономических и правовых исследований (КИСЭПИ) был создан Научно-исследовательский центр комплексного мониторинга. На базе имеющегося в КИСЭПИ универсального комплекса приема космической информации «СканЭр» с сентября 1999 года осуществляется получение космической информации со спутников «Ресурс-О1 №3», «Океан-О», «Метеор-3М», EOS-AM1 «Terra». Географические границы радиовидимости комплекса простираются от острова Новая Земля до Аравийского полуострова в меридиональном направлении и от Англии до полуострова Индостан в широтном. В настоящее время в регулярном режиме идет прием и архивация спутниковой информации. На основе собственных материалов ДЗЗ, а также данных космофотосъемок, выполненных другими организациями, проводится широкий спектр исследований по следующим основным направлениям: исследование природных ресурсов по заказам Управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР РФ по РК и регионам Южного федерального округа; создание электронной карты Республики Калмыкия; обеспечение безопасности освоения ресурсов углеводородного сырья на Северном Каспии и в Прикаспийском регионе, жизнедеятельности важнейших линейных коммуникаций и народнохозяйственных объектов; научное сопровождение геологоразведочных и проектных работ по объектам, деятельность которых имеет долгосрочные экологические и социальные последствия. Следует отметить, что космическая информация, получаемая со спутников, с высокой точностью отражает степень хозяйственного освоения территории. Даже в масштабах одного региона можно четко выделить районы, резко отличающиеся друг от друга по уровню хозяйственного развития. Для земель сельскохозяйственного назначения, например, можно определить изменения состояния посевов сельхозкультур, сенокосов и пастбищ в течение вегетационного периода, изменения площадей обрабатываемой пашни и залежных земель, выявить неиспользуемые пахотные или незаконно распаханные угодья, уточнить площадь земель мелиоративного фонда (определив развеваемые пески, овражно-балочную сеть, деградированные участки целинной растительности и т.п.).

68

Управление территориями для устойчивого развития

Для населенных пунктов отличительными признаками могут служить изменение площади, занимаемой населенным пунктом, и степень антропогенной нарушенности прилегающей территории. Критериями, характеризующими хозяйственное освоение территорий, служат также степень развития дорожной сети, изменение площадей лесных территорий и площадей под водными объектами. При этом более точные результаты можно получить при сравнении космических снимков разных лет. В этом случае можно проследить также и тенденцию хозяйственного развития рассматриваемого региона за изучаемый промежуток времени, дать рекомендации по корректировке его хозяйственного курса.

Проблемы обновления топографических карт по космическим снимкам и их использования для целей мониторинга окружающей среды Верещака Т.В., Вахтанов А.С., Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК), г. Москва, Россия В 1988 г. завершено создание государственной топографической карты масштаба 1:25 000 на всю территорию бывшего СССР. 300 000 листов карты несут уникальную информацию, имеющую большое социально-экономическое, научно-техническое и культурно-историческое значение. Кроме этого, вся территория России обеспечена топографическими картами более мелких масштабов (1 : 50 000– 1 000 000). Спрос на карты постоянно растет. В то же время, съемки и составление карт начались очень давно (например, карты масштаба 1 : 25 000 — еще в 1946 г.). Поэтому актуальная и емкая проблема сегодняшнего дня — обновление созданного фонда топографических карт как в цифровом, так и в традиционном виде. Один из путей оперативного решения этой проблемы — совершенствование технологий обновления карт с применением космических съемок. В докладе рассматривается опыт обновления карт с использованием материалов космической съемки «Ресурс Ф1М» (камеры КФА-1000 и КАТЭ-200): черно-белого фильма масштаба 1 : 1 000 000 и трех фильмов масштаба ~1 : 230 000, полученных тремя камерами одновременно (центральное изображение имеет наклон 2–3°, боковые — 16°). Спектральная и черно-белая съемка также выполнены одновременно, территориальный охват одного черно-белого кадра равен охвату девяти спектрозональных.

Управление территориями для устойчивого развития

69

В общем технологическом цикле обновления карт большим удельным весом обладают два этапа: первый — подготовка материалов и их обработка для внесения изменений местности, второй — интерпретация (дешифрирование) космических снимков и выявление по ним изменившихся и вновь появившихся объектов. В докладе детально рассматриваются технологии обработки растровых изображений снимков и карт, а также методика топографического дешифрирования космических снимков (полевого и камерального). Топографические карты служат комплексным источником разносторонней пространственно-временной информации для мониторинга экологического состояния территории. Как источник экологической информации топографические карты обладают рядом достоинств: u обеспечивают высокую степень изученности территории, включая труднодоступные районы; u имеют комплексное содержание, базирующееся на полевых обследованиях природных и антропогенных объектов; u вмещают в преобразованном виде аэрокосмическую, статистическую, описательную информацию, локализованную в точечном, линейном, площадном виде; u могут иметь разный временной охват (от долгосрочного до сезонного); u обеспечивают континуальность, однозначность информации, разный уровень ее рассмотрения по территориальному охвату и иерархии субъектов; u имеют высокую точность в плановом и высотном отношении; u отличаются унифицированностью математической основы, содержания, оформления.

Применение космических оптических изображений высокого пространственного разрешения для изучения воздействий заглубленных сбросов сточных вод на структуру поверхностного волнения в экосистемах прибрежных акваторий Воробьев В.Е., Научно-исследовательский учебный центр «АЭРОКОСМОС», г. Москва, Россия В докладе приводятся результаты исследования воздействия заглубленных сбросов сточных вод на структуру поверхностного волнения в бухте Мамала (о. Оаху, Гавайские острова). Для проведения исследований использовались панхроматические изображения со спутников Ikonos-2 и QuickBird, полученные в разное время для акватории бухты Мамала. Обнаружение аномалий поверхностного волнения осуществляется методом пространственно-частотной спектрометрии [1]. Метод основан на пространственном спектральном анализе аэрокосмических изображений морской поверхности. При обработке фрагментов изображения морской поверхности в районе расположения сбросового устройства в их спектрах были выявлены дополнительные узкие, квазикогерентные гармоники. Предыдущими исследованиями [2] было установлено, что определяющим физическим механизмом, ответственным за формирование подобных спектральных компонент, наряду с другими механизмами, являются внутренние волны, генерируемые глубинными стоками. В результате анализа данных пространственно-спектральной обработки были определены ареалы распространения зон поверхностных аномалий, связанных с глубинными стоками. Благодаря наличию спутниковых данных за достаточно большой период времени (анализировались изображения, полученные с мая 2000 г. по сентябрь 2002 г.), удалось выявить устойчивые во времени пространственно-геометрические характеристики распространения возмущений. Проведено сопоставление результатов, полученных по данным дистанционного зондирования, с результатами контактных измерений в бухте Мамала и отмечено их хорошее соответствие.

Литература 1. Бондур В.Г. Методы дистанционного мониторинга антропогенных воздействий на морские акватории. — М. 2000. 60 с.

Управление территориями для устойчивого развития

71

2. 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.

Оценка величин характерных масштабов изменчивости поверхностного слоя Балтийского моря в 2000 г. Гриценко В.А., Заболотнова Е.Ю., Зайцева Н., Тулинова Т.Н., Калининградский государственный университет, г. Калининград, Россия Данная работа посвящена изучению изменчивости поверхностного слоя Балтийского моря. Основным источником информации стали данные об изменчивости температуры поверхностного слоя и поверхностных течений Балтийского моря в 2000 г. Всего было рассмотрено 320 карт течений и еженедельные данные о ТПО. Анализ карт среднесуточных поверхностных течений на качественном уровне позволил выделить характерные структуры движений поверхностного слоя: вихри, области однородного (квазипостоянного) движения и сильной изменчивости течений, а также потоки (струйные течения). Количественный анализ позволил получить оценки наблюдаемых периодов по времени и выделенных динамических образований по линейному масштабу. Кроме того, были обнаружены экстремальные течения поверхностного слоя Балтики. Самый долгоживущий вихрь наблюдался в октябре в северной части Ботнического залива. Он существовал восемь дней с 1.10 по 8.10, 9.10 исчез и 11.10 вновь появился, и так продолжалось до 22.10, когда вихрь полностью исчез и уже не наблюдался. За время существования произошел распад вихря на два, а затем их слияние в один. Центр вихря находился у западного берега северной части Ботнического залива. Его линейный масштаб не превышал 190 км (при двойном вихре — 60 км каждый), а динамический — 0,1–2,5 см/с в центре и 5–10 см/с на периферии. 21 октября по всей акватории Балтийского моря наблюдалось северо-восточное движение поверхностных вод при скорости 5–10 см/с; 22 октября направление их движения изменилось кардинально: стало юго-восточным при той же скорости. Мощное струйное течение наблюдалось 23 июля в Центральной Балтике. В целом по всей акватории скорости движения поверхностного слоя воды весьма малы: 0,1–2,5 см/с. На этом фоне оказалось возможным выделить два струйных течения со скоростями

72

Управление территориями для устойчивого развития

2,5–5 см/с. Первый поток наблюдается на севере: это стоковое течение из Ботнического залива, которое, пройдя через пролив СёдраКваркен, попадает в Центральную Балтику и имеет южное направление движения; на широте Моонзундского архипелага поток раздваивается. Западная ветвь вдоль западного побережья спускается к острову Готланд и затухает у его западного берега. Восточная ветвь продолжает своё движение на юг, к востоку от острова Готланд поворачивает на восток и, сливаясь с потоком, движущимся с юга, затухает. Временной масштаб потока — один день. По широте потоки составляют около 50 км, а их длина измеряется сотнями километров. Анализ изменчивости динамики поверхностного слоя Балтийского моря в 2000 г. позволил выявить и некоторые сезонные отличия в движении поверхностных вод. В январе и октябре скорости движения течений значительно выше, чем в мае и июле. В январе преобладают юго-восточное, южное и юго-западное направления движений поверхностных вод; восточное, юго-восточное и северо-восточное направления характерны для июля, октября и второй половины мая, а в первой половине мая господствуют юго-западное, северо-западное и южное направления. Совместный анализ карт поверхностных течений и метеорологических данных (синоптических карт) показал, что при прохождении центра циклона/антициклона в непосредственной близости от Балтийского моря в Центральной Балтике наблюдается вихревое движение поверхностного слоя, несколько запаздывающее по сравнению с атмосферным. Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 03-05-65136, и программы «Университеты России», проект 08.01.011.

Перспективы использования космического мониторинга для оценки экологического состояния территорий Чукотки Годовых Т.В., Годовых В.В., Чукотский филиал СВКНИИ ДВО РАН, г. Анадырь, Россия Чукотка — самый отдаленный и северный регион России. Несмотря на суровые природно-климатические условия, этот регион обладает уникальными ресурсами полезных ископаемых, запасами минеральных вод и лечебных грязей, значительным биоразнообразием, в нем в течение многих веков развивалась культура малочисленных народов Севера. В эпоху глобализации происходит значи-

Управление территориями для устойчивого развития

73

тельное сокращение численности, а иногда и полное исчезновение многих видов растений и животных, в результате глобального изменения ледовой обстановки происходит термоабразия берегов Берингова и Чукотского морей, что приводит к разрушению архитектурных и исторических памятников Чукотки. Активно разрабатываются месторождения углеводородов и цветных металлов, в местах добычи нарушается экологический баланс. Учитывая огромную территорию Чукотки (738 000 кв. км), а также очень низкую плотность населения (менее 0,01 человека на кв. км), на огромных пространствах округа, в акваториях и прибрежных зонах экологическое состояние не оценивается должным образом. В последние годы на Чукотке произошли катастрофические пожары, уничтожившие огромные территории пастбищ и лесов. Регион Чукотки до сегодняшнего дня отличается визовым режимом, для въезда туда необходимо специальное разрешение. В то же время федеральным органам сложно контролировать нелегальных любителей рыбной ловли, черных археологов, золотодобытчиков, поддерживать природоохранные памятники на этой территории, учитывая огромные площади, высокие цены авиа, авто- и морских перевозок. Перспективным выглядит использование дистанционного зондирования с целью проведения экологического мониторинга территорий Чукотки. В Чукотском филиале СВКНИИ ДВО РАН проводятся научные исследования по криологии, геоэкологии, традиционному природопользованию, медицинской экологии, агромелиорации, гидрогеологии. Все эти направления могли бы изучаться с использованием космических снимков Земли — надежного источника информации для разработки программ и принятия решений, направленных на улучшение экологического состояния, рациональное использование природных ресурсов, сохранение древневекового культурного наследия и здоровья населения Чукотки. В Чукотском филиале действует локальная информационная сеть, в перспективе возможно создание научной библиотеки спутниковых снимков Чукотского региона. Возможность международного сотрудничества в проведении мониторинга экологической обстановки Чукотки повышает требования к научным исследованиям, ведет к поиску новых источников информации, технологий приема, хранения и обработки данных дистанционного зондирования. Чукотка — геополитический регион, который требует к себе пристального внимания не только специалистов естественных и общественных наук, но и политиков. Создание на базе Чукотского филиала библиотеки спутниковых снимков Landsat 7 и ASTER позволит объединить усилия всех людей, заинтересованных в рациональном использовании природных ресурсов, сохранении экологического баланса, редких и исчезающих

74

Управление территориями для устойчивого развития

растений и животных, культуры северных народов, природоохранных территорий с целью их комплексного исследования, разработки программ и принятия решений во благо населения Чукотки и всей планеты Земля.

Региональные карты и их соответствие современному состоянию территории Заалишвили В.Б., Невская Н.И., Геофизический центр экспериментальной диагностики Владикавказского научного центра РАН И РСО-А, г. Владикавказ, Россия Карты территории служат информационным носителем совокупности характеристик той или иной глубины, предназначенным для отображения различных параметров исследуемой территории. Они позволяют использовать стандартные подходы для решения различных научных и практических задач. К таким задачам относится, например, детальное изучение экзогенных процессов, обусловленных природными и техногенными явлениями. К трагическим проявлениям опасных геологических процессов, в частности, относится сход ледника Колка 20 сентября 2002 г. в Республике Северная Осетия-Алания. Ледник Колка относится к так называемым пульсирующим ледникам, которые при наложении определенных (во многом неизвестных) условий «неожиданно» сходят благодаря преобладанию гравитационных сил, двигаясь по своему определенному веками ложу. Еще в 1969 году повторяемость такого явления для ледника Колка была определена в 67 лет. Для природных систем понятие «повторяемость» — достаточно условная величина. Особенно для таких редких и малоизученных явлений, как сход ледника. Поэтому оценки, основанные на весьма ограниченном числе событий, не достигающем даже 9, явно ненадежны, т.е., согласно положениям теории вероятностей, недостоверны. Расчеты вероятности события, проведенные на таком скудном материале, будут характеризоваться большим доверительным интервалом или разбросом. Другими словами, принятые допущения должны учитываться при анализе конечных результатов. Не имея постоянной системы наблюдения или мониторинга, нереально получать надежные данные о времени проявления тех или иных опасных геологических процессов. Поэтому неожиданность схода того же ледника вполне понятна.

Управление территориями для устойчивого развития

75

Рассмотрены особенности прогноза опасных экзогенных процессов на основе космо- и аэрофотосъемки. Ретроспективный анализ космических снимков территории, в пределах которой формировался ледник Колка, показывает, что перед его сходом имело место определенное предварительное изменение ландшафта, обусловленное изменением внешних условий. Приведены съемочные данные, описаны последовательные фазы изменения обстановки. Показано, что наличие карт территорий, построенных на основе космической съемки, позволяет оценивать состояние участков с опасными или явно выраженными динамическими градиентными явлениями. С другой стороны, на примере Северо-Кавказского региона показана малая доступность таких данных. Быть может, именно с недоступностью снимков для ученых и специалистов и связана невозможность значительного улучшения адекватности прогноза тех или иных опасных геологических процессов. Эта явная недоступность характерна и при создании карт, например, карт сейсмической опасности территории и др. В то же время, не имея нужных снимков и построенной на их основе активной базы данных для различных состояний снежно-ледового покрова, невозможно с удовлетворительной вероятностью определить дальнейшее развитие событий. Сбор такой информации в будущем станет основой для создания стандартной методики прогноза. С другой стороны, появление трещин или развитие других явно выраженных явлений позволяет значительно повысить качественный уровень наблюдений.

Электронный корпоративный архив спутниковых геоизображений Землянов И.В., Павловский А.Е., Горелиц О.В., Государственный океанографический институт, г. Москва, Россия В 2002–2003 гг. в Государственном океанографическом институте (ГОИН) в рамках эксперимента «Вешние воды» осуществляется мониторинг сезонных процессов в прибрежной зоне морей и в устьях рек с использованием данных дистанционного зондирования (ДДЗ) Земли из космоса. Задачи мониторинга сезонных процессов с использованием ДДЗ требуют регулярного получения и обработки больших объемов спутниковой информации. В результате совместной работы с Инженерно-технологическим центром «СканЭкс» в рамках эксперимента «Вешние воды» в ГОИНе начал формировать-

76

Управление территориями для устойчивого развития

ся массив спутниковых геоизображений. В настоящее время в массив включены данные по устьям рек и прибрежным зонам Черного, Азовского, Каспийского, Белого и Баренцева морей за 2002—2003 гг. В условиях, когда число геоизображений в создаваемом массиве превысило тысячу, возникла необходимость разработки специализированной подсистемы, обеспечивающей удобную работу с этим массивом. Для работы с массивом геоизображений в ГОИНе разрабатывается специализированная информационная система, позволяющая решать широкий спектр задач, связанных с хранением, поиском и обработкой данных. В частности, в рамках проектируемой системы должны поддерживаться следующие функции: u автоматизированная загрузка геоизображений в базу данных; u расширенный поиск; u возможность создания тематических массивов для последующей аналитической обработки; u формирование библиотеки на компакт-дисках. К настоящему времени создана первая версия масштабируемой информационной системы, реализующей все перечисленные функции. Система построена в технологии клиент-сервер и обеспечивает коллективный доступ к информационным ресурсам. Кроме специализированных функций формирования архива геоизображений и стандартных функций поиска по атрибутам, в рамках системы реализованы функции, позволяющие существенно упростить процедуры поиска и формирования выборок для тематической обработки. Функция индексации геоизображений по классификатору географических объектов позволяет осуществлять быстрый поиск ДДЗ, относящихся к конкретным географическим объектам или регионам. Функция создания тематических выборок позволяет сформировать массив геоизображений для тематической обработки, автоматически вырезав их из изображений, хранящихся в архиве и отобранных для проведения исследований по конкретному региону или географическому объекту. Опытная эксплуатация разработанной информационной системы показала, что ее использование позволяет оптимизировать работы по спутниковому мониторингу сезонных процессов с использованием ДДЗ в том случае, когда поток спутниковой информации велик и требуется поддерживать технологию тематической обработки большого количества разновременных геоизображений. Разработанная информационная система, по нашему мнению, может послужить хорошим дополнением линейки программных продуктов, представляемых ИТЦ «СканЭкс» в рамках технологий

Управление территориями для устойчивого развития

77

приема и обработки спутниковой информации о состоянии природной среды.

Электронный атлас уникальных географических объектов (на примере устьев рек Евразии) Землянов И.В., Горелиц О.В., Государственный океанографический институт, г. Москва, Россия Одним из наиболее значимых источников получения информации о состоянии природной среды Земли в настоящее время стали данные дистанционного зондирования Земли из космоса (ДДЗ). Постоянное расширение круга пользователей ДДЗ в интересах как производителей, так и потребителей спутниковой информации является актуальной задачей. Расширение спектра научной и информационной продукции, основанной на данных дистанционного зондирования, — один из способов ее решения. Создание доступных широкому кругу пользователей электронных атласов спутниковых изображений, относящихся к конкретным географическим объектам или характеризующим уникальные природные явления, может стать одним из способов существенного расширения круга потребителей спутниковых данных. Авторами предложен проект электронного научно-учебного атласа уникальных природных объектов — устьев рек. В рамках этого проекта предполагаются: u разработка методов структуризации, классификации, кодирования, хранения и отображения спутниковых геоизображений и совмещенной с ними текстовой информации, относящейся к конкретным географическим объектам; u создание учебного пособия, которое в наглядной форме иллюстрировало бы географическое положение, закономерности формирования, особенности строения и развития выбранных географических объектов; u создание информационного пособия, доступного широкому кругу пользователей, которое станет составной частью актуальных в настоящее время систем мониторинга и управления природной средой.

78

Управление территориями для устойчивого развития

Основные требования к электронному атласу — актуальность и доступность информации, а также простота использования. Чтобы удовлетворить этим требованиям, используются программно-технические решения, основанные на интернет-технологиях. Для обеспечения широкого географического охвата и возможности постоянной актуализации содержания интернет-атласа в качестве информационной базы данных были выбраны геоизображения, построенные на основе данных дистанционного зондирования Земли из космоса. В настоящее время общий объем информационной базы составляет 335 геоизображений для 46 крупных устьевых областей рек Евразии. На данном этапе создания и функционирования интернет-атласа с его помощью можно решать широкий круг учебных и научных задач, среди которых: u знакомство с географическим положением, классификацией и районированием устьев рек Евразии; u изучение морфологических особенностей устьев рек различных типов на наглядных примерах; u исследование особенностей динамики вод, эрозионно-аккумулятивных процессов и ледового режима в устьях рек различных типов на основе имеющихся геоизображений. Авторы предполагают, что данный проект послужит основой для создания серии электронных атласов по различным географическим объектам Земли, что позволит продемонстрировать широкие возможности использования данных дистанционного зондирования в научных исследованиях и образовании.

Литература 1. Землянов И.В., Горелиц О.В. Электронный атлас морских устьев рек России. //Сборник докладов Первого Общероссийского научно-практического семинара «Электронная Земля. Электронная Россия. Электронная Москва: методология и технологии», М.: ИПИ РАН, 2002. Сс. 81–84.

Комплексное управление ресурсами Белгородской области Зимин М.В., ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия Никитин В.М., Белгородский государственный университет, г. Белгород, Россия Прошедший век можно охарактеризовать как век промышленно-энергетический: активное использование природных ресурсов, рост мощностей и производительности техники, обострение экологических проблем, техногенные катастрофы — все это его неотъемлемые черты. Сейчас уже смело можно утверждать, что основные акценты в развитии человечества будут смещаться в сторону информатизации, — информация становится одним из основных товаров. Мы быстро переходим в век информации, и свидетельств тому очень много: стремительное развитие компьютерных технологий, электронных сетей и каналов связи различного уровня, переход от аналоговых технологий и процессов к цифровым, появление широкого круга электронных услуг, — все это и многое другое говорит о том, что информация сама по себе становится центральным объектом нашей повседневной жизни. Ослабление государственного контроля в природопользовательской и природоохранной областях, в вопросах изъятия и учета природных ресурсов и мониторинга их состояния в последние 15 лет привело к тому, что сейчас довольно сложно судить о реальном состоянии природных ресурсов и интенсивности их использования за этот период. Переход к рыночной экономике обусловил повышение интереса к вопросам отдачи от тех или иных природных компонентов — сельхозугодий, лесов, районов добычи полезных ископаемых. Причем реальное представление о состоянии территории необходимо как государственным, так и коммерческим организациям для оценки ее стоимости. Слежение за состоянием территории — задача довольно непростая, что связано с неразвитостью сетей мониторинга и довольно высокой стоимостью проведения полевых исследований. Зачастую состояние территории определяется с опозданием: пожары, наводнения, воздействие насекомых-вредителей, деградирование территории, несанкционированное использование территорий при рубке и застройке обнаруживаются порой очень поздно. Невысокая периодичность проведения полевых работ не позволяет делать прогнозы и рекомендации по развитию территории. Коммерческое использование территорий в большинстве случаев связано с большими рисками, обусловленными как незнанием реального состояния объекта (несоответствием его документации), так и чрезвы-

80

Управление территориями для устойчивого развития

чайными ситуациями. В последнем случае возможна выплата страхового вознаграждения, но для оценки ущерба нужна информация о реальном состоянии объекта до и после ЧС. Есть большое количество вопросов, связанных с получением достоверной информации о различных объектах, которые могут быть решены с использованием материалов космической съемки земной поверхности. Необходимость использования космической информации для решения целого ряда практических задач не вызывает сомнения в современном мире, что подтверждается быстро растущим числом стран, обладающих собственными сериями спутников. Технические возможности космической съемки уже сейчас позволяют проводить мониторинг обширных территорий с высокой степенью детализации (вплоть до кадастровых масштабов), большой частотой получения снимков на одну и ту же территорию (несколько раз в день), многовариантностью данных (съемка земной поверхности в видимом, инфракрасном, тепловом, радиодиапазонах и др.). В целях оперативного мониторинга и комплексного управления ресурсами Белгородской области ее администрацией было принято решение установить приемный комплекс «УниСкан». Он позволяет принимать изображения земной поверхности с пространственным разрешением в десятки и единицы метров, которые передаются с таких спутников, как Метеор-3М, IRS-1C/1D или RADARSAT по радиоканалам со скоростью более 100 Мб/с; а также получать данные с общедоступных спутников TERRA и AQUA. Белгородская область — высокоразвитый индустриально-аграрный регион, на территории которого сосредоточено 80% запасов железных руд курской магнитной аномалии (более 40% российских). Здесь добывается треть российской руды, производятся лучшие марки стали, проката. Развито также машиностроение, химическая, перерабатывающая, легкая промышленность, производство стройматериалов. Область производит до 15% российского зерна, сахара, растительного и животного масла, значительную долю молока и мяса. Белгородская область входит в первую десятку регионов по инвестиционной привлекательности. Здесь последовательно осуществляются значимые социальные программы. Вводятся в эксплуатацию новые постройки, в числе которых комплекс зданий Белгородского государственного университета, на территории которого установлен приемный комплекс «УниСкан». Завершена газификация области, осуществляется масштабная программа дорожного строительства и благоустройства населенных пунктов. Приемный комплекс запущен в эксплуатацию в октябре 2003 г. Основные предполагаемые направления использования космических

Управление территориями для устойчивого развития

81

снимков — это решение вопросов, связанных с земельным кадастром, экологический мониторинг объектов, связанных с добывающей и обрабатывающей промышленностью; оперативный мониторинг сельскохозяйственной обстановки, чрезвычайных ситуаций и др. Основываясь на современных данных, можно оперативно обновлять и составлять тематические карты различной направленности, связанные как с использованием природных ресурсов, оценкой экологической обстановки, так и с социально-экономическими показателями, формируя цепочку констатация — оценка — прогноз — рекомендации. Космические снимки и результаты интерпретации снимков предполагается предоставлять в различные территориальные органы власти и управления: МЧС, министерства сельского хозяйства, природных ресурсов, транспорта, в федеральные службы гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды, земельного кадастра, геодезии и картографии и др. Таким образом, на уровне субъекта федерации обеспечивается комплексный, оперативный мониторинг, способствующий своевременному принятию управленческих решений на разных уровнях.

Спутниковый мониторинг Каспийского моря Зырянов В.Н., Люшвин П.В., Институт водных проблем АН РФ, г. Москва, Россия По данным AVHRR/NOAA ведется мониторинг температуры и шероховатости поверхности Каспийского моря, альбедо гидрозолей (органических взвесей), акваторий с вероятным наличием нефтепродуктов. Для оценки состояния этого комплекса параметров создана методика учета искажающего влияния безоблачной атмосферы. В ее основе лежит использование не только традиционных данных наблюдений в красном видимом, ближнем и дальнем ИК диапазонах спектра, но и в среднем ИК диапазоне. За счет этого удается оценивать текущее искажающее влияние атмосферы и рассеянную (отраженную) солнечную радиацию, улучшать оценку температуры поверхности воды (ТПВ) в условиях замутненной атмосферы до 1,5 °С, при составлении композиционных карт ТПВ по данным наземных и спутниковых измерений в зонах слабого ветрового волнения исключать спутниковые данные, как, возможно, перегретые из-за отсутствия ветрового перемешивания. На основе анализа карт ТПВ, шероховатости и альбедо гидрозолей производится индикация вод, которые, возможно, содержат нефтеорганические

82

Управление территориями для устойчивого развития

взвеси и соединения. Используются следующие критерии, характерные для всех органических взвесей: u увеличение альбедо содержащего органические взвеси моря по сравнению с чистой водой; u уменьшение шероховатости поверхности воды по сравнению с фоном в результате гашения ветрового волнения, особенно при наличии пленки на поверхности воды; u ТПВ, не превышающая температуру окружающего фона (коэффициент излучения органики и нефти ниже, чем у чистой воды). Акватории, где соблюдаются все эти условия, классифицируются как зоны возможного содержания нефтепродуктов. Близ берегов и на мелкой воде перечисленные эффекты могут быть дополнительно обусловлены влиянием орографии, дна, речного стока и т.п. В результате спутникового мониторинга u Показана чрезвычайная зависимость оптических и термических характеристик поверхностных вод моря от состояния атмосферы. Получены кривые внутригодового хода ТПВ и альбедо гидрозолей по районам моря. Выявлена тенденция потепления поверхностных вод моря на 0,5–1,5°С за последние 10 лет. u Идентифицированы основные источники и акватории с повышенным содержанием органических взвесей и соединений. Досадно часто среди этих источников наблюдаются зоны, содержащие кроме естественных органических взвесей и органику техногенного происхождения, — у промзон г. Сумгаита, у Нефтяных Камней, у устья р. Куры и у о-ва Огурчинский. Фиксируются небольшие пятна повышенного содержания органических взвесей на судоходных путях и в районах рыболовного промысла. Целый ряд признаков указывает на то, что эти пятна в значительной мере состоят из нефтепродуктов — результатов аварий на нефтепромыслах или промывки топливных цистерн. Осенью 2002 г. удалось зафиксировать выброс нефтепродуктов, связанный с гибелью парома на траверзе Нефтяных камней. Зафиксирован необычайно длительный и интенсивный подъем холодных чистых вод в июне—начале июля 2003 г. вдоль побережья Дагестана. После катастрофического паводка на Северном Кавказе в июне–июле 2002 г. значительное количество нефтепродуктов было смыто в море с поверхности суши, в результате чего образовались и существовали почти в течение месяца обширные пятна нефтеорганических взвесей и соединений на траверзе устий рек Сулак и Терек. Во время интенсивного таяния льдов

Управление территориями для устойчивого развития

83

на свале глубин от Северного Каспия к Среднему Каспию наблюдались пятна и полосы повышенного содержания органики. Летом 2003 г. — после суровой относительно предыдущих годов зимы — восстановился апвелинг у восточного берега моря.

Использование космической информации при изучении и картографировании экологической обстановки морских побережий и акваторий Курбатова И.Е., Институт водных проблем РАН, г. Москва, Россия Современный этап развития морских побережий характеризуется интенсивным освоением их природно-ресурсного потенциала, что вызывает серьезные изменения гидрологического и морфолитодинамического режимов, нарушение биологического равновесия, значительное ухудшение качества поверхностных и прибрежных вод. Постоянно усиливающийся антропогенный пресс на береговые и шельфовые зоны приводит к серьезным экологическим проблемам не только регионального, но и глобального масштаба. Своевременное выявление негативных изменений природы морских побережий, установление причинно-следственных связей этих изменений, прогнозирование их последствий, разработка рекомендаций по оптимальному использованию природных ресурсов побережий — вот основные задачи, которые необходимо решать на современном этапе. Их выполнение требует организации геоэкологического мониторинга морских побережий как системы наблюдения, контроля и управления их состоянием. В круг наблюдений при мониторинге должны входить не только береговая суша, но и поверхность моря, толща воды, морское дно. С помощью мониторинга должно обеспечиваться регулярное получение и систематическое накопление разнохарактерной информации для всей исследуемой территории. Основу геоинформационной системы мониторинга составляют три группы источников: u натурные данные, получаемые со стационарных наземных полигонов, постоянно действующих постов сети гидрометеорологических и биосферных наблюдений, результаты сезонных полевых обследований сухопутных и морских маршрутов; u материалы дистанционного зондирования, обеспечивающие пространственно-временную экстраполяцию данных локаль-

84

Управление территориями для устойчивого развития

ных наблюдений и получение новых сведений о гидрологических и гидробиологических особенностях акватории, характере использования земель на побережье, распределении растительного покрова, его состоянии, степени антропогенной нарушенности и др.; u картографические материалы, изданные ранее (топографические, тематические специализированные) для района исследования, отображающие специфику природных и антропогенных условий развития побережья, остроту экологической обстановки, экстремальные ситуации и др. Многолетняя практика использования материалов дистанционного зондирования показала их высокую информативность и эффективность для оценки экологического состояния морских побережий и рациональности их использования. Для каждого круга задач целесообразно использовать определенные типы космических снимков. Для изучения быстропротекающих процессов, охватывающих значительные площади акватории и прибрежных зон, целесообразно использование данных сканерной съемки с разрешением 30–100 м, получаемых практически в реальном масштабе времени. Детальное изучение медленно развивающихся процессов, формирующих особенности состояния подстилающей поверхности суши, требует привлечения крупномасштабных фотографических изображений с разрешением на местности от 2 до 20 м. Опыт использования сканерных снимков рассматривается на примере изучения прибрежных акваторий Черного и Азовского морей. Составленная по материалам космической съемки карта-схема мутности морской воды дает представление о пространственно-временном распространении взвешенных веществ, выносимых речным стоком в море, циркуляционных особенностях водных масс, направлении и мощности вдольбереговых потоков. Области повышенной мутности вод можно интерпретировать как очаги экологической опасности, поскольку взвеси, как правило, содержат большое количество загрязняющих химических веществ. Возможности использования космических фотоизображений для изучения мелководных аккумулятивных побережий морей со сложным режимом колебания уровня моря и интенсивным антропогенным воздействием рассматриваются на примере Северного Каспия. Для этого региона разработаны серии тематических карт: а) отражающих влияние сложных гидрологических условий на формирование прибрежных экосистем, включая карту многолетней динамики береговой линии и карту риска затопления побережья штормовыми нагонами;

Управление территориями для устойчивого развития

85

б) характеризующих степень антропогенной нарушенности прибрежной территории (в том числе в местах развития нефтепромыслов) и дающих комплексную оценку экологического состояния побережья.

Мониторинг Алтая с использованием данных MODIS Лагутин А.А., Белоусов В.Н., Ишутин Я.Н., Кирюшин Ю.Ф., Никулин Ю.А., Алтайский государственный университет, ГУ по делам ГО и ЧС Алтайского края, ГУПР по Алтайскому краю, г. Барнаул, Россия В данном докладе представлены результаты, полученные Отделом космического мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций Алтайского госуниверситета и ГУ по делам ГО и ЧС Алтайского края при участии ГУПР по Алтайскому краю, по космическому мониторингу территории Алтайского края и соседних регионов. Данные MODIS, использованные в работе, принимались станцией ЕОСкан/АМ ИТЦ «СканЭкс» в г. Барнауле. Обработка принятой цифровой информации включала следующие основные этапы: распаковку, калибровку и привязку изображения к местности; построение масок облачности и масок земля/вода; определение измеряемых величин; создание файлов с результатами мониторинга в HDF формате, интеграцию результатов с ГИС. Программные комплексы, реализующие алгоритмы измерения основных физических величин, сформулированные в рамках современных физических моделей взаимодействия излучения с атмосферой и подстилающей поверхностью, позволили проводить исследование структуры облачного покрова с использованием 11 тестов, анализ эффективности маскирования облачности с помощью различных тестов; измерение общего количества водяного пара в атмосфере и над облачными системами в пикселе 1 км ´ 1км с использованием данных каналов ближнего ИК-диапазона; мониторинг аэрозольной модели и аэрозольной оптической толщины атмосферы на длинах волн 0,47 мкм и 0,66 мкм в области 10 км ´ 10 км; измерение температурного профиля и общего количества озона; атмосферную коррекцию данных каналов 1–7, оценку отражательных свойств подстилающей поверхности; мониторинг снежного покрова с разрешением 500 м ´ 500 м, измерение температуры снега и льда;

86

Управление территориями для устойчивого развития

измерение вегетационного и листового индексов; мониторинг тепловых аномалий. Представленные в докладе материалы показывают, что на базе данных 36-канального спектрорадиометра MODIS, установленного на космических платформах EOS AM-1(Terra) и EOS PM-1(Aqua), возможно построение регионального сегмента системы космического мониторинга России.

Использование данных спутниковой съемки при решении природоресурсных и природоохранных задач в Украине Лялько В.И., Попов М.А., Рябоконенко А.Д., Жарый В.Ю., Центр аэрокосмических исследований Земли Института геологических наук Национальной академии наук Украины, Украинский центр менеджмента земли и ресурсов, г. Киев, Украина Космические исследования отнесены в Украине к числу приоритетных областей деятельности, поскольку обоснованно считается, что они важны для инновационного развития экономики, роста научно-технического, технологического и промышленного потенциалов. В 2003 г. принята к выполнению новая Национальная космическая программа до 2007 г. Одно из важных направлений этой программы — дальнейшее развитие работ по дистанционному зондированию Земли, целями которого являются обеспечение необходимой информацией органов государственной власти, решение задач природопользования, мониторинг окружающей среды, прогнозирование техногенных и природных катаклизмов и др. Работы в указанных направлениях непрерывно ведет в Украине целый ряд организаций, как государственных, так и коммерческих. Необходимо отметить, что некоторые проекты реализуются этими организациями самостоятельно либо во внутренней кооперации, другие — в международной кооперации, в том числе с российскими научными и научно-производственными организациями и учреждениями. Представлено краткое описание состояния и перспектив работ по решению природоохранных и природоресурсных задач, которые выполняются в Центре аэрокосмических исследований Земли Национальной академии Украины и Украинского центра менеджмента земли и ресурсов (г. Киев). В перечне таких работ — мониторинг лесных пожаров, исследование состояния лесов, классификация форм земного покрова, исследование экологического состояния город-

Управление территориями для устойчивого развития

87

ских агломераций, инвентаризация и контроль гидрографической и гидротехнической сетей, исследование процессов абразии берегов, определение зон цветения и теплового загрязнения, изучение глобальных и региональных изменений окружающей среды, поиск полезных ископаемых и др. Рассмотрены требования к качеству необходимой космической информации (изображений) и оперативности ее получения. Проанализированы возможности использования материалов многоспектральной съемки, их достоинства и ограничения. При этом особое внимание уделено оценке информативности спектральных каналов и их моделям. Отмечена роль априорной информации, получаемой из дополнительных источников, при интерпретации материалов съемки, а также важность заверочной информации в успешном решении задач дистанционного зондирования. Приведены иллюстративные материалы по некоторым выполненным проектам. Обсуждены возможности использования космической информации при решении перспективных задач, к числу которых относятся комплексное изучение экологического состояния и ресурсного потенциала морских шельфов, усовершенствование стратегий ландшафтного управления на основе материалов ДЗЗ, оперативный мониторинг паводков и оценка рисков и др.

Интеллектуальная система управления территориями регионов Мазур И.И., Ведешин Л.А., НПК «Интеллектуальные системы», г. Москва, Россия Разрабатываемая в НПК интеллектуальная система (ИС) предназначена для принятия управленческих решений на уровне администрации регионов и руководства промышленными и добывающими отраслями. Она включает в себя следующие основные компоненты: географическую информационную систему (ГИС), экспертную систему (ЭС) и программное обеспечение расчета прогнозных сценариев различных природно-техногенных процессов на базе пространственно-динамических моделей. Функционирование системы обеспечивается информационной поддержкой систем наземного и аэрокосмического мониторинга (данные геолого-геофизической разведки, авиационные и космические снимки в различных спектральных диапазонах и т.д.).

88

Управление территориями для устойчивого развития

С помощью указанной системы могут эффективно решаться задачи управления территориями регионов в целях обеспечения устойчивого промышленного и социально-экономического развития: разведки месторождений, добычи и обустройства территорий, выбора и проектирования маршрутов транспортировки углеводородного и минерального сырья, обеспечение экологической безопасности работ и принятие оперативных решений при чрезвычайных ситуациях, реконструкции территорий (рекультивация ландшафта, очистка земель и вод, утилизация отходов, восстановление инфраструктуры). В настоящее время первым этапом разработки интеллектуальной системы являются работы по созданию ГИС для администрации Калининградской области и для проектирования магистрального газопровода Украина — Туркмения. Внедрение интеллектуальных систем в практику управления территориями регионов становится все более актуальным, поскольку традиционные способы управления уже не обеспечивают решение многочисленных и сложных задач.

Анализ материалов космической съемки орошаемых массивов межгорных впадин Садатинежад Сейед Джавад, Шашрекордский университет, Шахрекорд, г. Саман, Иран; [email protected] В настоящее время из-за отсутствия на территории бывшего СCCР режимной сети и финансовой невозможности проведения экспедиционных работ материалы космической съемки — это наиболее достоверный и доступный источник информации. На примере Ферганской долины по методике, разработанной Институтом водных проблем РАН, нами было проанализировано более 80 сюжетов за период 1975–1995 гг., снятых в различных частях видимого диапазона спектра электромагнитного излучения. В результате анализа космических фотоизображений составлена серия аналитических карт, каждая из которых имеет самостоятельное значение. Назовем основные из них: геоморфологическая, показывающая значение рельефа для стоковых характеристик; гидрографическая, характеризующая степень эрозионной расчлененности территории; карты типов геофильтрационных сред, отражающие строение зоны аэрации и фильтрационные свойства слагающих ее

Управление территориями для устойчивого развития

89

пород; карта линеаментов (разрывных нарушений), показывающая структурно-тектоническую раздробленность региона, и карты структуры землепользования. На основе синтеза перечисленных выше карт составлена карта гидролого-гидрогеологического районирования территории. Сопоставляя качественные и количественные характеристики с полученной карты с данными наземных режимных наблюдений за стоком рек, глубиной залегания грунтовых вод, осадками за период 1968–1990 гг. на массивах орошения Ферганской долины, удалось выявить некоторую закономерность в изменениях стоковых характеристик поверхностных и подземных вод. С 1976 г. режим потребления воды резко изменяется. Развиваются интенсивное хлопководство, садоводство, производство кормовых культур, возрастает отбор речных вод для промышленного производства. Наблюдается резкое падение стоковых характеристик на входящем и замыкающем створах при том же количестве испарения с поверхности земли и водоемов и том же количестве осадков. Средний уровень грунтовых вод пока остается на прежнем положении (порядка 1,8–2,0 м). В настоящее время в весеннее половодье на замыкающем створе р. Сырдарьи у Кайраккумского водохранилища расход воды в реке ниже, чем в осенне-зимнюю межень. Уровни грунтовых вод в весенний период также подвержены резким колебаниям: в половодье в предгорной части они залегают выше, чем у русла р. Сырдарьи, а в осенне-зимнюю межень наблюдается обратная картина. Такой «парадокс» объясняется тем, что в силу климатических особенностей Ферганской долины весной система Большого Ферганского и других магистральных каналов осуществляет интенсивный водоотбор из поверхностных источников на орошаемые массивы, и поверхностный сток с областей питания практически не доходит до р. Сырдарьи. Здесь же следует учитывать типы геофильтрационной среды зоны аэрации. Неоднородное геологическое строение долины приводит к неравномерной инфильтрации осадков и поверхностных вод. В летний период с орошаемых земель помимо интенсивного испарения происходит интенсивная инфильтрация орошаемых вод на зеркало грунтовых вод. За счет дренажных и инфильтрационных вод к осени-зиме вблизи русла р. Сырдарьи происходит подъем уровня грунтовых вод, в результате чего возрастает расход воды в реке. Аналогично меняется и солевой состав поверхностных и подземных вод: в половодье минерализация вод значительно ниже, чем в осеннюю межень.

90

Управление территориями для устойчивого развития

Литература 1. Ю.Л. Объедков. Гидрогеологический анализ аэрокосмической информации. М.: Наука, 1993. 144 с. 2. С.Д. Садатинежад. Влияние типов геофильтрационных сред на сток поверхностных и подземных вод орошаемых массивов. //Abstracts of the 3-rd International Iran and Russian Conference «Agriculture and Natural Resources». M., 2002, с. 249–250.

Использование спутниковых данных в практике министерства сельского хозяйства республики Казахстан Султангазин У.М., Муратова Н.Р., Терехов А.Г., Институт космических исследований, г. Алмата, Казахстан Одно из основных сельскохозяйственных направлений в Казахстане — это производство зерна. Под пшеницей и ячменем занято более 12 млн. га. Крупные размеры полей (200–400 га) и монокультурное возделывание зерновых культур создают благоприятные условия для использования спутниковых данных среднего разрешения при осуществлении контроля за параметрами зернового производства. Данные среднего разрешения со спутника Terra/MODIS (Ch1: 620–670 нм; Ch2: 841–876 нм; разрешение 250 м) обеспечивают ежедневный мониторинг всей территории Казахстана. Наличие такой информационной базы дает возможность перейти от классификации одиночных снимков к анализу временной динамики спектральных характеристик поверхности Земли. Подобный подход позволяет расширить список прикладных задач, которые в настоящий момент находят своего основного потребителя в лице Министерства сельского хозяйства РК (МСХ РК). В текущий перечень задач, решаемых для яровых зерновых культур, входят: оценка весеннего запаса влаги в метровом слое почвы, подсчет площадей и оценка темпов ярового сева, контроль севооборота и состояния посевов, прогноз урожайности, слежение за динамикой уборочных и осенних работ. МСХ РК как контролирующий и управляющий государственный орган в области сельского хозяйства имеет определенные принципы функционирования. Зафиксированы даты проведения коллегий, на которых решаются вопросы, посвященные определенным этапам сельскохозяйственных работ (сев и т.д.). Вся заказываемая информация должна быть подготовлена и передана к этим срокам.

Управление территориями для устойчивого развития

91

Подобные требования усложняют тематическую обработку данных дистанционного зондирования (ДДЗ). Например, оценка площадей посевов яровых зерновых культур должна быть проведена к 1 июля. К этому сроку ДДЗ не позволяют распознать ряд компонентов, попадающих в маску ярового сева, таких как: масличные культуры, овощи, однолетние и пересеянные многолетние травы, парующиеся поля, первая обработка которых проведена в сроки сева и т.д. Учет их влияния делается путем анализа официальных статистических данных. Тематическая обработка ДДЗ должна гибко видоизменяться в зависимости от имеющихся безоблачных снимков и проблем, возникающих в течение вегетационного периода. Например, погодные условия 2002 года вызвали резкий рост засоренности, которая стала основным фактором, определяющим валовой сбор зерна, — это потребовало быстрого решения и разработки нового алгоритма тематической обработки. Все конечные результаты передаются в МСХ в виде таблиц и бумажных карт. Поэтому в тематической обработке ДДЗ ГИС-приложения носят вспомогательный характер. Таким образом, необходимо отметить, что принципы тематической обработки ДДЗ в прикладных задачах оперативного контроля сельскохозяйственного производства в ведомственных интересах МСХ РК далеки от стандартных процедур классификации и формализованных продуктов. Поэтому основной упор делается на совместный анализ разновременных снимков и оперативное наземное обследование для калибровки ДДЗ.

Оценка яровых посевных площадей северного Казахстана по данным TERRA/MODIS Терехов А.Г., Муратова Н.Р., Институт космических исследований, г. Алмата, Казахстан Северный Казахстан состоит из 5 административных областей: Акмолинской, Актюбинской, Костанайской, Павлодарской и Северо-Казахстанской. В регионе сосредоточены основные посевные площади яровых зерновых культур, около 12 миллионов га. Яровые зерновые занимают примерно 95% площадей всех сеянных однолетних культур. Оценка посевных площадей в условиях рыночной экономики представляет большой интерес. Государственные дотации на сельскохозяйственное производство, ценообразование на зерно и

92

Управление территориями для устойчивого развития

др. требуют объективной информации о параметрах сельскохозяйственного производства. Информация с американского спутника Terra/MODIS в режиме ежедневного мониторинга есть для всей территории Северного Казахстана. Данные первых двух каналов (620–670 нм и 841–876 нм) специально предназначены для изучения растительного покрова, а их разрешения в 250 м достаточно для идентификации сельскохозяйственных полей с типичным размером 2´2 км. Распознавание ярового сева основано на резких изменениях спектральных характеристик полей при их весенней обработке. Наиболее сильно уменьшаются значения второго канала. Поэтому наблюдения за полями в этом канале в период с мая до начала июня позволяют фиксировать проведение весенней обработки земли. На основе этой информации построение маски яровых посевов не встречает каких-либо трудностей, за исключением проблем, периодически возникающих для обширной территории Северного Казахстана в связи с облачным покровом. Необходимо также учитывать, что сроки сева для региона могут сильно различаться из-за климатических и погодных вариаций и применения различных агротехнических приемов сельскохозяйственного производства. К примеру, в 2003 году посевная кампания продолжалась около 40 дней. Соответственно маска посевных площадей строилась путем обработки 10–15 отдельных снимков. Маска весенних посевов включает помимо зерновых и другие яровые культуры (масличные, овощи и др.), сеянные однолетние и многолетние травы и парующиеся поля, первая обработка которых проведена в сроки сева. Доля этих компонентов может превышать 10% площадей, и ее учет основан на официальной статистической информации и данных дистанционной дешифровки паровых полей прошлого вегетационного периода. Основная проблема оценки посевов по данным дистанционного зондирования — это подсчет их площадей по маске. Спутниковых данных среднего разрешения достаточно для распознавания типа землепользования, однако совершенно недостаточно для подсчета площади. Типичное поле размером 2´2 км описывается пиксельной матрицей 8´8, соответственно, из 64 ее пикселей 28 — граничные (44%). Пиксельный счет в такой схеме становится чувствительным к критерию отнесения пограничных пикселей к маске посевов. Незначительные изменения критерия приводят к значительным изменениям в оценке площади. Дополнительные трудности появляются при наличии большого количества мелких озер, колок и др. объектов, находящихся внутри полей лесостепной зоны. Для решения этой проблемы часть посевной площади (около 1,5 млн. га) уточняется с помощью внутрихозяйственных планов землепользования (масштаб 1 : 100 000).

О деятельности научно-исследовательского центра комплексного мониторинга в республике Калмыкия Цуцкин Е.В., Государственное учреждение «Научно-исследовательский центр комплексного мониторинга», г. Элиста, Россия Республика Калмыкия занимает геостратегическое положение на Евразийском пространстве — охватывает юго-западную часть Прикаспийской впадины и входит в состав субъектов Российской Федерации, прилегающих к Каспийскому морю. Территория республики, а также акватория и дно северной части Каспийского моря обладают большими запасами природных ресурсов, прежде всего углеводородного сырья, полиметаллов и редкоземельных элементов, и биологических ресурсов, в том числе осетровых рыб, а также рекреационых ресурсов морского побережья. Здесь имеются глубокие исторические предпосылки возрождения трансконтинентальных коммуникаций «Восток — Запад», «Север — Юг» в виде воздушных маршрутов, водных путей, автомобильных и железных дорог, продуктотрубопроводов, линий волоконно-оптической связи. Данный регион особенно важен для обеспечения национальной безопасности России, политической и социальной стабильности на ее южных рубежах, а также сохранения российского влияния в обширном регионе мира, охватывающем Среднюю Азию, Ближний и Средний Восток. На территории Республики Калмыкия с 1978 г. были развернуты комплексные научно-исследовательские работы по изучению природных ресурсов на основе материалов дистанционного зондирования Земли из космоса. В сотрудничестве с организациями, вошедшими в состав Росавиакосмоса, Госцентром «Природа», РКК «Энергия» им. С.П. Королева и рядом академических и отраслевых институтов, федеральных министерств и ведомств на основе космической информации удалось в короткие сроки создать серию структурных карт: перспектив нефтегазоносности, нефтегазогеологического районирования, почвенную, тектоническую, кормовых угодий и другие. Эти карты дали возможность с новых позиций оценить экологическое состояние территории и воздействие различных факторов на природные ресурсы. Учитывая острую потребность в применении комплекса технологий дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) для широкого спектра задач, связанных с сельским хозяйством, рыболовством, геологией, строительством, чрезвычайными ситуациями и др., в Республике Калмыкия на базе Археологической лаборатории Кал-

94

Управление территориями для устойчивого развития

мыцкого института гуманитарных и прикладных исследований в 1999 г. был развернут аппаратно-программный комплекс «СканЭр», осуществлявший прием космической информации со спутника «Ресурс-О1 № 3». С созданием Калмыцкого института социально-экономических и правовых исследований (КИСЭПИ) и переходом Археологической лаборатории в его состав на материально-технической базе АПК «СканЭр» был создан Научно-исследовательский центр комплексного мониторинга. НИЦ комплексного мониторинга КИСЭПИ — некоммерческая организация, имеющая статус государственного учреждения. Основная цель НИЦ комплексного мониторинга КИСЭПИ — применение технологий дистанционного зондирования Земли из космоса в интересах социально-экономического развития Республики Калмыкия и других регионов Российской Федерации. Правительство Республики Калмыкия уделяет большое внимание вопросам развития НИЦ комплексного мониторинга. Центр определен головным учреждением республики в области работ, связанных с использованием технологий ДЗЗ (постановление от 16 ноября 1999 г. № 224). НИЦ комплексного мониторинга работает в тесном взаимодействии с Российским авиационно-космическим агентством и его ведущими организациями — ФГУП «Центр космических наблюдений» и ЗАО «Центр передачи технологий» (отраслевой центр Росавиакосмоса по патентно-технической деятельности), ИТЦ «СканЭкс», Государственным центром «Природа», другими организациями. На базе аппаратно-программного комплекса приема спутниковой информации в Центре развернуты Северо-Кавказский (Южный) филиал и аэрокосмическая лаборатория № 214 Всероссийского НИИ гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, Калмыцкое отделение биосферных исследований и проблем безопасности Российской академии естественных наук, Южный филиал Госцентра «Природа». В соответствии с Федеральной целевой программой «Юг России» на базе НИЦ комплексного мониторинга КИСЭПИ создается Северо-Кавказский центр космического мониторинга (пункт 4.2.4. постановления Правительства Российской Федерации от 8 августа 2001 г. № 581). В регулярном режиме идет прием и архивация спутниковой информации. На основе полученных материалов ДЗЗ, а также данных космофотосъемок, выполненных другими организациями, проводится широкий спектр исследований. Осуществляется оперативный мониторинг территории Российской Федерации и других стран. После модернизации аппаратно-программного комплекса ведется прием информации со спутников России («Метеор-3М») и США («Теrrа»).

Управление территориями для устойчивого развития

95

Центр показал свою эффективность при мониторинге особо опасных технических объектов (нефтепроводная система Каспийского Трубопроводного Консорциума), контроле пыле-влаго-газопереноса (Северный Каспий, 19.05.2000), радиологических исследованиях (для линейной части нефтепроводной системы КТК-Р), решении задач ГО и ЧС (проводке гуманитарных грузов в Афганистан, Тырнауз, остров Харк, Подмосковье), выявлении нефтегазопоисковых объектов (Нуурин-Хагская кольцевая структура), борьбе с опустыниванием (на Черных землях), составлении электронных баз данных (для территории Калмыкии и шельфа Северного Каспия). Создание Центра позволило Правительству Республики Калмыкия и Российскому авиационно-космическому агентству разработать и утвердить в 2000 г. Комплексную программу применения системно-аэрокосмических методов для геологической оценки, определения экологической безопасности и эксплуатации нефтегазоносных и других месторождений на опытном научно-исследовательском полигоне — территории Республики Калмыкия и Северном Каспии. 18–22 апреля 2001 г. в г. Элисте успешно проведена Всероссийская научно-практическая конференция «Применение материалов дистанционного зондирования Земли в интересах социально-экономического развития России». НИЦ комплексного мониторинга КИСЭПИ 5–8 декабря 2002 г. успешно представил наукоемкие технологии Росавиакосмоса на Международном инвестиционном симпозиуме «Инвестиционный потенциал Юга России» и 17 июля 2002 г. защитил проект создания Северо-Кавказского центра космического мониторинга. 17 июля 2002 г. на секции № 2 АРК (предс. С.Ю. Рынкевич) состоялось рассмотрение вопроса «О передаче РНТД, созданных в ракетно-космической промышленности, для использования в деятельности НИЦ комплексного мониторинга КИСЭПИ (Республика Калмыкия)». Была отмечена актуальность и ценность опыта, накопленного при осуществлении проектов использования космической техники и услуг в интересах субъекта Российской Федерации. Опыт создания Научно-исследовательского центра комплексного мониторинга используется при организации подобных структур в соседних регионах (Астраханской области, Ставропольском крае) в рамках развертывания Единой федеральной территориально-распределительной системы приема, обработки и применения материалов дистанционного зондирования Земли из космоса.

Технологии и методы ДЗЗ Внедрение цифровых космических технологий дистанционного зондирования в практику аэросъемки Аванесов Г.А., Зиман Я.Л., Полянский И.В., Институт космических исследований РАН, АНО «Космос-НТ», г. Москва, Россия На мировом рынке материалов космических и аэросъемок земной поверхности существует тенденция к повышению спроса на изображения, получаемые с самолета. При этом преимущество имеют данные, полученные цифровыми съемочными системами, которые созданы на базе трансформированных космических технологий. Эффективность таких систем была продемонстрирована съемками с самолета с использованием цифровой системы HRSC, созданной в Германии при участии специалистов Московского института космических исследований для космической миссии «Марс-96». Очевидные преимущества цифровой аэросъемки обусловили проведение в ряде западных стран работ по созданию цифровых аэрокамер с фотоприемниками на базе матричных и линейных приборов зарядовой связи (ПЗС). Аналогичные работы развернуты в Автономной некоммерческой организации «Космос–Наука и Техника». Работы по созданию цифровой аэросъемочной аппаратуры базируются на технологиях и решениях, применяемых в системах ДЗЗ для КА «Метеор-3М», где в каждом регистрирующем устройстве используются три ПЗС-линейки по 8000 элементов в каждой с размером элемента 7 ´ 7 мкм. В частности, по заказу Госцентра «Природа» для аэрофотоаппаратов серии АФА-ТЭ изготовлен съемочный электронный блок в конструктиве штатной кассеты, что позволяет эксплуатировать конус АФА как с цифровой регистрацией изображений, так и в традиционном режиме фотосъемки. В изготовленном электронном блоке установлены три группы ПЗС-линеек, что позволяет вести панхроматическую стереосъемку земной поверхности и получать изображения шириной 22 500 элементов с разрешением около 11 угловых секунд. Кроме камеры с цифровым сканирующим модулем в состав авиационного бортового комплекса входит управляющий компьютер с системой регистрации цифровых данных на магнитных носителях.

98

Технологии и методы ДЗЗ

Результаты наземных панорамных и аэросъемок показали, что геометрические характеристики и динамический диапазон полученных цифровых изображений позволяют работать с увеличениями до 30 раз, что, например, дает возможность изготавливать фотопланы масштабов до 1 : 1 000, пользуясь материалами аэросъемки, проведенной в масштабе (отношении H/f) до 1 : 32 000.

Фотограмметрическая обработка сканерных космических снимков в системе PHOTOMOD Адров В.Н., Титаров П.С., ЗАО «Фирма «Ракурс», г. Москва, Россия Область применения данных дистанционного зондирования включает в себя два направления: тематическое и фотограмметрическое. В первом случае основным источником информации служат результаты тематического дешифрирования снимков, а географическая привязка изображения имеет второстепенное значение и выполняется достаточно грубо; задача фотограмметрической обработки — извлечение из снимков метрической информации с высокой точностью (порядка разрешения изображения). Наиболее часто фотограмметрическая обработка выполняется с целью топографического картографирования. В качестве входных данных могут использоваться одиночный снимок и матрица высот на изображенную на нем местность. Выходным продуктом в этом случае будет фотоплан местности (изображение, приведенное в ортогональную проекцию) или ее фотокарта (изображение в заданной картографической проекции), на которых можно выполнять двумерную векторизацию. При использовании стереопар снимков можно получить информацию о рельефе местности в форме матрицы высот или горизонталей, фотоплан или фотокарту, произвести дешифрирование и векторизацию объектов в стереоскопическом режиме. Возможны и нетопографические приложения фотограмметрии: в геологии, добывающей промышленности, гидрологии, гляциологии и других областях. Фотограмметрия возникла как наука об измерениях по фотоснимкам, однако космическое фотографирование сопряжено с проблемой возвращения экспонированных фотоматериалов на Землю, поэтому в случае космической съемки приходится иметь дело с изображениями, полученными оптико-электронными сенсорами. В настоящее время наиболее распространены сканерные системы, осно-

Технологии и методы ДЗЗ

99

ванные на линейке ПЗС-элементов. Особенности сканерных снимков, отличающие их от фотографий, обусловлены как геометрией пучка лучей, регистрируемых неподвижным сенсором, так и движением сенсора в процессе построчного формирования снимка. Эти особенности требуют применения специфичных алгоритмов для фотограмметрической обработки сканерных снимков. Существует два основных подхода к построению таких алгоритмов: первый связан с геометрическим моделированием процесса съемки (внутренней геометрии сенсора, орбиты и ориентации носителя), второй — с использованием параметризованных алгебраических соотношений. Алгоритмы первой группы обычно обеспечивают лучшую точность, хотя существуют примеры достаточно точных методов второй группы, в которых используются довольно сложные соотношения (приближенные значения входящих в них параметров поставляются вместе со снимком). Выбор подхода к обработке определяется составом данных, сопровождающих снимок. В любом случае для уточнения параметров снимка используются опорные точки, то есть точки с известными геодезическими координатами, опознанные на снимке. Современные оптико-электронные съемочные системы обеспечивают получение снимков высокого разрешения от 15 м (ASTER) до 61 см (QuickBird) — такого разрешения достаточно для топографического картографирования в масштабах от 1 : 50 000 до 1 : 5 000 и даже 1 : 2 000 (при хорошем наборе опорных точек — с достаточно точными геодезическими координатами, равномерно распределенных и надежно распознаваемых на снимке). Цифровая фотограмметрическая система PHOTOMOD позволяет выполнять обработку данных, полученных съемочными системами SPOT, ASTER, IRS, IKONOS, QuickBird, а также другими, используя приближенный универсальный алгоритм. В докладе приводятся отчеты по точности фотограмметрических процессов, выполненных на данных различных сенсоров, а также типовые выходные продукты фотограмметрической обработки.

Метод газокорреляционной ИК–радиометрии для дистанционного мониторинга загрязнения атмосферы с микроспутников Бешменев А.С., Дементьев Б.В., Иванов В.В., Шилин Н.В., Физический институт им. П.Н. Лебедева (ФИАН), г. Москва, Россия Районы объектов, представляющих экологическую и аварийную опасность, часто имеют слаборазвитую инфраструктуру. Для аварийного и экологического мониторинга газового состава воздуха этих территорий необходимы дистанционные методы, позволяющие контролировать значительные пространства путем установки измерительной аппаратуры, — в частности, на малых спутниках. Для дистанционного мониторинга наземных источников атмосферных примесей может быть использован метод газокорреляционной ИК-радиометрии (ГКР). В этом методе измерений спектральная селекция принимаемого излучения и, соответственно, конкретной составляющей газовой смеси осуществляется не разложением его в спектр, а самосогласованной фильтрацией. Она осуществляется ячейкой, заполненной эталонным (таким же, как исследуемый) газом, модулируемой по оптической толщине. При этом на приемнике излучения суммируются сигналы одновременно от множества линий исследуемого газа, входящих в относительно широкую рабочую область спектра. Это обеспечивает высокую чувствительность к исследуемому газу и быстродействие прибора. В ФИАН совместно с СПбГУ разработан малогабаритный газокорреляционный радиометр [1]. Он измеряет содержание метана в атмосфере, включая ее приземный слой, по отраженному от земной поверхности солнечному излучению. Прибор имеет следующие характеристики: u рабочий диапазон длин волн 2,248–2,338 мкм; u частота измерений 10 Гц; u точность измерений CH4 0,01–0,05 атм-см (2–10% от фона в слое 0–4 км); u мгновенное поле зрения 0,7° ´ 0,7°; u габаритные размеры 100 мм ´100 мм ´ 500 мм; u вес, потр. мощность 5 кг, 5 Вт; u поток вых. информации 100 бит/изм. Планируется разработка аналогичных приборов для CO и других газов.

Технологии и методы ДЗЗ

101

Метод ГКР позволяет использовать в приборах матричные фотодетекторы для электронного пространственного сканирования, которое, в отличие от механического, не влияет на работу систем ориентации микроспутника. Измерения содержания примесей на вертикальных трассах в атмосфере и на различных расстояниях от источников позволяют определять их мощность и географическое положение. В качестве первого этапа решения этой задачи в ФИАН разработаны модели распределения потока газа от локальных и протяженных источников и показана возможность идентификации источников метана методом ГКР [2, 3]. Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 01-05-65392).

Литература 1. Виролайнен Я.А., Дементьев Б.В., Иванов В.В., Поляков А.В. Оптимизация параметров газокорреляционного ИК-радиометра для измерения содержания метана в пограничном слое атмосферы с аэрокосмических платформ. //Исследования Земли из космоса, 2002. № 6. Сс. 39–48. 2. Иванов В.В., Решетняк С.А., Шелепин Л.А., Щеглов В.А. Дистанционная идентификация наземных источников загрязнения атмосферы. Краткие сообщения по физике, 2002. № 4. Сс. 6–15. 3. Дементьев Б.В., Иванов В.В., Решетняк С.А., Шелепин Л.А., Щеглов В.А. Дистанционные методы контроля состава воздуха. Локальные и протяженные источники загрязнения. //Краткие сообщения по физике, 2003 (в печати).

Программно-алгоритмическое обеспечение автоматизированного совмещения изображений ДЗЗ Василейский А.С., Институт космических исследований РАН, АНО «Космос-НТ», г. Москва, Россия Высокая эффективность исследования характеристик земной поверхности и происходящих на ней процессов с использованием видеоданных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) зачастую может быть достигнута только при совместной обработке изображений, получаемых в разное время, разными съемочными системами, с разных КА, в различных спектральных зонах. Оперативная совме-

102

Технологии и методы ДЗЗ

стная обработка разных изображений одного и того же участка земной поверхности требует их автоматического координатного совмещения с высокой точностью. Представленное в докладе программно-алгоритмическое обеспечение предназначено для прецизионного совмещения изображений, получаемых многозональной съемочной аппаратурой в разных спектральных зонах и в разное время. Совмещение может осуществляться в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. При ручном совмещении оператор производит традиционные операции по выбору и уточнению местоположения соответствующих опорных точек (ОТ) на изображениях. При этом оператору предоставляется возможность использовать ряд автоматизированных инструментов, облегчающих процесс выбора и сопоставления ОТ. В автоматическом режиме программа реализует обобщенный площадной алгоритм совмещения, основанный на выборе и сопоставлении ОТ с использованием для идентификации сходных фрагментов изображений корреляционного алгоритма и метода наименьших квадратов (МНК). Высокая точность совмещения обеспечивается дополнительным субпиксельным уточнением местоположения ОТ на основе МНК. Последующая многоступенчатая верификация ОТ позволяет исключать из рассмотрения неправильно сопоставленные ОТ. Автоматизированный режим предусматривает проведение отдельных этапов общего алгоритма совмещения с ручной настройкой некоторых параметров. Дружественный интерфейс программы и удобное представление информации позволяют анализировать результаты выполнения любого этапа обработки и корректировать при необходимости параметры алгоритма. Приведенные результаты экспериментов по совмещению изображений, полученных съемочной аппаратурой Landsat-TM, Landsat-ETM, SPOT-XS, «Ресурс-О1» МСУ-Е в разных спектральных зонах и в разное время, подтверждают высокую эффективность представленного программно-алгоритмического обеспечения.

Точная геометрическая коррекция сканерных изображений IRS-1C/1D Воронков В.Н., Ефимов Н.И., Самойлов В.В., Тян Т.Н., ЗАО «Инженерный центр ГЕОМИР», г. Мытищи, Московская обл., Россия Рассматривается модель точной геометрической коррекции сканерных изображений, получаемых от трехлинейчатого панхроматического сканера PAN и мультиспектрального сканера LISS-III, функционирующих на космических аппаратах дистанционного зондирования Земли IRS-1C/1D. Предлагаются методики точной геометрической коррекции сканерных изображений IRS-1C/1D, основанные на использовании орбитальных данных и информации об изменении углов ориентации, а также методики коррекции параметров разработанных математических моделей построения сканерных изображений в проекции Гаусса-Крюгера по соответственным данным изображений различных ПЗС-линеек или каналов. Разработанные алгоритмы и методики точной геометрической коррекции реализованы в программном обеспечении «GeoCor», которое также позволяет производить поднятие пространственного разрешения мультиспектральных изображений LISS-III (~23,6 м) до более высокого разрешения панхроматического сканера PAN (~5,8 м). Кроме того, в данном программном обеспечении предусмотрена возможность привязки сканерных изображений IRS-1C/1D по реперным точкам на Земле, основанная на коррекции орбитальных данных. Программное обеспечение, используемое для коррекции параметров разработанных математических моделей и начальных условий орбиты, имеет возможность уточнять эти параметры сразу по нескольким изображениям.

Развитие программы дистанционного зондирования Земли в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева Глазкова И.А., Шкарин В.Е., Cтефанский М.А., Государственный космический научно-производственный центр (ГКНПЦ) им. М.В. Хруничева, Москва, Россия В ГКНПЦ им. М.В. Хруничева разрабатывается космическая система дистанционного зондирования Земли «Монитор». Съемочная аппаратура, устанавливаемая на первом космическом аппарате (КА) «Монитор-Э», будет иметь следующие характеристики. Панхроматическая съемочная аппаратура (ПСА): u спектральный диапазон 0,51–0,85 мкм; u пространственное разрешение 8 м; u полоса захвата (обзора) 90 (730) км; u скорость передачи информации 122,88 Мбит/с. Съемочная аппаратура распределенного доступа (РДСА): u спектральные диапазоны 0,54–0,59; 0,63–0,68 и 0,79–0,90 мкм; u пространственное разрешение 20/40 м; u полоса захвата (обзора) 160/890 км; u скорость передачи информации 61,44 /15,36 Мбит/с. Данные будут передаваться на наземный комплекс приема и первичной обработки в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и в региональные пункты приема. Запуск КА «Монитор-Э» планируется в середине 2004 г. Основные области применения: u сельское хозяйство; u экологический мониторинг; u изыскания, проектирование и строительство; u планирование развития городов и мониторинг урбанизированных территорий; u геологическое картирование и поиски полезных ископаемых; u контроль и оценка последствий чрезвычайных ситуаций; u картографирование в масштабе до 1 : 50 000; u лесное хозяйство. В настоящее время ГКНПЦ им. М.В. Хруничева принимает участие на паевых условиях в программе IRS на территории России и стран СНГ. Информация, получаемая с индийских КА IRS-1C/1D, по

Технологии и методы ДЗЗ

105

своим характеристикам близка к данным КА «Монитор-Э». Установленная на этих спутниках аппаратура обеспечивает съемку земной поверхности с разрешением 5,8 м в панхроматическом режиме (прибор PAN, полоса обзора 70 км, возможность прицельной съемки в полосе 800 км) и одновременную многозональную съемку с разрешением 23 м и 188 м (приборы LISS-3 и WiFS, полоса обзора 140 км и 810 км соответственно). Регулярный прием информации IRS-1C/1D ведется наземными станциями Унискан в трех центрах: Москве, Иркутске и Кургане. К настоящему времени уже накоплен значительный объем данных, хранящихся в общем архиве. Мы принимаем заявки на съемку IRS-1C/1D, а также на приобретение архивных данных от всех заинтересованных пользователей в России и странах СНГ, при этом стоимость предоставления данных существенно ниже их средней стоимости на мировом рынке ДЗЗ. Потребителям предлагаются следующие продукты, полученные в результате обработки информации ДЗЗ: u изображения, прошедшие радиометрическую коррекцию (уровень 1А) и геометрическую коррекцию по орбитальным данным (уровень 1В); u изображения, трансформированные в картографическую проекцию без использования опорных точек (уровень 2А), с использованием опорных точек (уровень 2В); u ортоизображения — трансформированные в картографическую проекцию с использованием опорных точек и цифровой модели рельефа (ЦМР) (уровень 2С); u мозаики; u цифровые тематические карты. В докладе приведены примеры использования данных IRS для решения различных тематических задач.

Технологии приема, обработки, архивации и использования данных ДЗЗ в НЦ ОМЗ Гончаров А.К., Новикова Н.Н., Пахомов Л.А., Научный центр оперативного мониторинга Земли, г. Москва, Россия Система сбора данных ДЗЗ, действующая в НЦ ОМЗ, базируется на двух приемных станциях с антенными установками, оснащенны-

ми параболическими рефлекторами диаметром 7 м (комплекс ПК-7) и 2,6 м (комплекс ПК-2). Аппаратно-программные средства ПК-7 обеспечивают прием и регистрацию данных, поступающих со скоростью до 150 Мбит/с (по каждому из двух частотно разнесенных каналов). ПК-2 может вести одновременный прием информации в двух частотных диапазонах (канал 1,7 ГГц и канал 8,2 ГГц), передаваемой со скоростями до 1 и до 15 Мбит/с соответственно. Оба комплекса включены в штатную технологию получения данных с функционирующих отечественных («Метеор-ЗМ» № 1) и зарубежных (NOAA, Terra, ERS-2) космических аппаратов ДЗЗ. Операции обработки видеоинформации и данных научно-измерительных приборов осуществляются соответствующими аппаратно-программными средствами, включающими оперативные архивы информации (как правило, на массивах твердых дисков). Информационная система НЦ ОМЗ помимо оперативного получения, обработки и сохранения данных ДЗЗ включает средства и технологии ведения архива длительного хранения (на магнитных лентах DLT) и центрального электронного каталога, отображающего его содержание. Информация, содержащаяся в оперативном архиве, используется, в основном, для получения тематически обработанных информационных продуктов. В частности, это информация о лесных пожарах, наводнениях, по территориям, подверженным стихийным бедствиям. Содержание архива длительного хранения доступно для любого потребителя. Отбор нужных данных может быть осуществлен через Интернет по электронному каталогу.

Литература 1. Космическая система «Метеор-ЗМ» № 1. Справочные материалы, выпуск 1. С-Пб.: Гидрометеоиздат, 2001. 2. А.М. Волков, Л.А. Пахомов, Ю.М. Кондратьев. Наземный комплекс НЦ ОМЗ для приема, обработки, архивации и распространения космической информации ДЗЗ. //Труды Научного центра оперативного мониторинга Земли, Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 2003 (в печати).

Инварианты информационной калибровки трансформируемых к условиям съемки данных для поиска

оптимальных трасс сканирования деградирующих экосистем Гусейнов Г.А., Институт космических исследований природных ресурсов, г. Баку, Азербайджан В работе рассмотрены вопросы моделирования оптимальных условий многозональной съемки для выделения информативных пространственно-яркостных и спектральных контрастов, характерных для деградирующих участков почвенно-растительных экосистем и лесного массива при опустынивании территорий. Представлены модели трансформации спектрально-оптических полей излучения природных поверхностей с условиями съемки земных объектов на основе известных в дистанционном зондировании закономерностей изменчивости в зависимости от факторов освещения, состояния природной среды, геометрических и технических параметров съемки. Предлагаются к рассмотрению информационные функционалы калибровки (ИФК) — модифицированная метрика информативности аэрокосмических данных, инвариантная к трансформации регистрируемых спектрально-оптических характеристик с условиями съемки (уровнем освещения, состоянием атмосферы). Обсуждаются актуальные проблемы комплексного использования спутниковых и самолетных данных в современных задачах дистанционного зондирования Земли. Демонстрируются результаты численной имитации планируемых информативных траекторий самолетного многозонального сканирования зон деградации прибрежных экосистем северной территории Каспия на основе информационного анализа космических снимков Landsat-TM с помощью ИФК. Потребности в увеличении надежности прогнозов развития экологических процессов, точности распознавания структур и выявления энергетически (экологически) активных зон напряженнности по данным аэрокосмического мониторинга Земли требуют унификации подходов моделирования при учете условий съемки, адекватных моделей обработки и представления результатов съемки и, наконец, инвариантных параметров оценки информативности полученных данных. В работе представлены модели, учитывающие условия съемки земных объектов на основе известных в дистанционном зондировании закономерностей изменчивости полей излучения в зависимости от факторов освещения, состояния природной среды, геометрических и технических параметров съемки. Рассмотрена проблема их адекватности и репрезентативности при использо-

108

Технологии и методы ДЗЗ

вании результатов спектрального зондирования системы «атмосфера–подстилающая поверхность». В задачах тематической интерпретации спектрозональных изображений природных объектов синтезируемые критерии информативности должны модифицироваться с учетом характера дистанционно контролируемого процесса путем включения как минимум двух составляющих: а) критерия информативности параметров радиобалансной (контрастно-яркостной) модели для оценки деградации по данным аэрокосмического спектрометрирования; б) критерия информативности модели, описывающей направления развития процесса. Метрики модифицируются для каждого класса задач дистанционного зондирования природных ресурсов. Таким образом, в расчетах информативности спектрального зондирования экосистем посредством аэрокосмического мониторинга необходимо учитывать механизм перераспределения информативных областей, пространственных частот и других параметров как основу для включения синтезированных многоцелевых критериев информативности. Предлагаемое расширение обеспечивает адекватность и сопоставимость разноплановой информации о природных процессах и, в частности, о деградирующих экосистемах в полном цикле дистанционного зондирования природной среды из космоса [4]. В результате мы получаем возможность формировать многоцелевые и многофункциональные структуры представления запрашиваемой информации в интернете, обеспечивающие оптимальный обмен ею между разными иерархическими уровнями в сопоставимом виде. Здесь необходимо отметить, что все основные факторы, влияющие на деградацию и нарушение стабильности, были учтены и оценены с целью определения механизмов оптической и спектральной деформации контрастов в результате нарушения радиационного баланса. Тем временем, точности ожидаемых результатов на этих этапах следует предпочесть широту охвата моделей, привлекаемых для рассмотрения всех возможностей.

Литература 1. В.А. Головко, В.В. Козодеров. Радиационный баланс: Новые применения к изучению стихийных бедствий из космоса. //Исследование Земли из Космоса. 2000. № 1. Сс. 26–41. 2. В.П. Савиных, О.И. Смоктий, Г.А. Гусейнов. Информативность и оптимальное планирование оптического аэрокосмического мониторинга Земли. М.: МИИГАиК., 1990. 19 с. Деп. в ОНИПР ЦНИИГАиК 22.02.90, № 418-гд90.

Технологии и методы ДЗЗ

109

3. G.A. Huseynov. Designing and planning of aerospace experiments with GPS for monitoring critical environmental zones of Azerbaijan. — Second UN/USA Regional Workshop on the Use of GNSS (G/H Halls, Austria Center Vienna, Austria, 27 November). 4. О.И. Смоктий, Г.А. Гусейнов. Принципы информационной калибровки (ИФК) и инвариантной натурной съемки полей излучения, отраженного рассеянного природными образованиями. Юбилейная VIII C-Пб. Международная конференция «Региональная информатика 2002 (РИ-2002)», ЮНЕСКО, C-Пб., 2002.

Белорусская космическая система дистанционного зондирования Земли — перспективы развития наземного сегмента Гучек В.В., г. Минск, республика Беларусь В соответствии с Указом Президента Республики Беларусь от 17 октября 2003 г. в республике проводятся работы по созданию Белорусской космической системы дистанционного зондирования (БКСДЗ). К работе по ее созданию привлекаются научные организации и предприятия Республики Беларусь и Российской Федерации. Финансирование работ осуществляется из средств бюджета республики Беларусь. Часть средств для реализации проекта вносят участвующие в нем научные организации и предприятия республики Беларусь и Российской Федерации. Цель создания Белорусской космической системы дистанционного зондирования Земли — предоставление информации ДЗЗ и продуктов ее обработки, необходимых для принятия решений в задачах управления на всех уровнях государственной и территориальной власти Республики Беларусь, в системах управления ее министерств и ведомств. Создание и функционирование БКСДЗ, кроме того, должно обеспечить выход Республики Беларусь на международный рынок товаров и услуг ДЗЗ с целью получения средств для дальнейшего развития системы. Необходимо обеспечить прибыльность БКСДЗ, получить большую социально-экономическую выгоду от ее функционирования и способствовать с ее помощью научно-техническому прогрессу в различных отраслях народного хозяйства Республики Беларусь. Цели БКСДЗ могут быть достигну-

110

Технологии и методы ДЗЗ

ты только при условии полноты ее составных компонентов, которые должны функционировать по единому замыслу и плану. Белорусская космическая система дистанционного зондирования включает два основных элемента: 1) наземный сегмент; 2) космический сегмент. В состав космического сегмента входят: u зарубежные спутники ДЗЗ с аппаратурой низкого и среднего разрешения, передающие информацию на наземные приемные средства БКСДЗ либо в режиме «Открытое небо», либо на основе договоров с их владельцами; u белорусский КА с панхроматической и многозональной аппаратурой ДЗЗ высокого разрешения (БелКА). Основные планируемые характеристики БелКА представлены в таблице. Масса, кг

200

Срок активного существования, лет

5

Пространственное разрешение, м – панхроматическая аппаратура – многозональная аппаратура

2,5 10

Размер сюжета, км

20 ´ 20

Срок запуска

2005

Разработку и производство съемочной аппаратуры БелКА будет осуществлять белорусское предприятие ЗАО «Пеленг» на основе накопленного научно-технического и производственного потенциала. В состав наземного сегмента входят: u комплекс планирования и управления (КПУ), включающий систему управления орбитой через ЦУП и систему управления на основе разрабатываемого и создаваемого в ходе реализации программы БКСДЗ радиотехнического и аппаратно-программного комплекса; u комплекс приема спутниковой информации (КПСИ) ДЗЗ; u комплекс тематической обработки (КТО) информации ДЗЗ; u распределенный Банк данных спутниковой информации ДЗЗ (БДДЗ); u сеть телекоммуникации.

Технологии и методы ДЗЗ

111

Для создания инфраструктуры национальной космической системы дистанционного зондирования на сегодняшний день в республике созданы 3 центра приема и обработки космической информации. В Комитете лесного хозяйства развернута станция «УниСкан», позволяющая принимать космическую информацию ДЗЗ с КА «Метеор-3М» и ЕОS (прибор MODIS), осуществлять ее предварительную обработку. В НАН Беларуси создан центр приема и тематической обработки космической информации ДЗЗ с КА NOAA, «Метеор-3М» и «Ресурс-О» на базе станций приема «СканЭкс» и разработок НИИ ТП. В Белгидромете создан центр приема и тематической обработки космической информации ДЗЗ на базе станции приема «СканЭкс» с КА NOAA для решения задач, определенных правительством Комитету по гидрометеорологии при Совете министров Республики Беларусь. Проводятся работы по информационному объединению существующих средств приема космической информации с КА «Метеор-3М», ЕОS и NOAA с целью повышения эффективности и оперативности ее тематической обработки. Очевидно, что для получения информации с «БелКА» имеющиеся приемные станции непригодны. Поэтому в ходе реализации проекта планируется доработать имеющиеся приемные средства и разработать новые, которые позволят принимать большие потоки информации с космических аппаратов типа «БелКА». К 2005 г. будут созданы условия и возможности для: u удовлетворения потребностей в космической информации как в Республике Беларусь, так и за ее пределами материалами космической съемки высокого разрешения для территорий, охваченных зоной приема расположенного в г. Минске наземного комплекса приема и регистрации КИ с космического аппарата «БелКА»; u производства нового поколения бортовой съемочной аппаратуры для космических аппаратов ДЗЗ, комплексов приема и обработки КИ ДЗЗ, а также и управления съемкой территории с малых космических аппаратов типа «БелКА»; u представительства Республики Беларусь на мировом рынке ДЗЗ как равноправного и перспективного партнера. Окупаемость вложенных в создание и функционирование БКСДЗ средств будет осуществляться прежде всего за счет: u полного удовлетворения потребностей Республики Беларусь в космической информации дистанционного зондирования Земли с помощью собственного космического аппарата вместо дорогостоящих и неоперативных материалов аэрофото-

Технологии и методы ДЗЗ

112

u

u

съемки и покупаемых за рубежом материалов космической съемки; снижения затрат и убытков, а также получения дополнительных прибылей от использования космической информации в производственной и управленческой деятельности; коммерческой деятельности по продаже получаемой БКСДЗ информации и научно-технической продукции, опытные образцы которой будут созданы в ходе реализации проекта, а также выполнения работ и оказания услуг на внутреннем и международном рынке ДЗЗ.

Сканерные устройства, разрабатываемые на Украине Драновский В.И., Салтыков Ю.Д., ГКБ «Южное», г. Днепропетровск, Украина, Вариченко Л.В., Ладыка Я.Е., Лотоцкий А.А., ГНИП КОНЕКС, г. Львов, Украина Ткаченко В.Ф., НИКИ «ЭЛВИТ» НУ «Львовская политехника», г. Львов, Украина В настоящее время на Украине разрабатывается ряд сканерных устройств для дистанционного зондирования Земли из космоса. Многоспектральный сканер видимого диапазона МСУ-ЭУ будет установлен на космический аппарат «Січ-1М», многоспектральный сканер МСУ-8 и сканер ближнего инфракрасного диапазона (ССИК) предполагается установить на КА «Січ-2». Основные технические характеристики многоспектральных сканеров МСУ-ЭУ и МСУ-8 приведены в таблице 1, а сканера ССИК — в таблице 2. Сканер ССИК представляет собой трассовый сканер с линейным фотоприемником, работающий в спектральном диапазоне 1,55–1,7 мкм. В состав каждого из сканеров входят блоки фотометрической коррекции. Высокие радиометрические характеристики сканеров достигаются благодаря использованию светосильной оптики, ПЗС-линеек с высокой чувствительностью и низким уровнем шума, малошумящей считывающей электроники, 12- и 16-разрядных АЦП, высокоточных процессоров обработки.

Технологии и методы ДЗЗ

113

Основные технические характеристики сканеров МСУ-ЭУ, МСУ-8 МСУ-ЭУ

МСУ-8

3

4

I

0,5–0,6

0,5–0,6

II

0,6–0,7

0,6–0,7

III

0,8–0,9

0,8–0,9

Число спектральных зон Спектральные зоны (по уровню 0,5), мкм

IV (панхроматический)

0,5–0,9

Разрешающая способность (проекция пиксела) в надире, м поперек направления полета

24

7,8

вдоль направления полета

34

7,8

48

46

Ширина полосы захвата, км, не менее Диапазон углов перенацеливания, град.

±30

±35

Ширина зоны осмотра, км

800

980

Диаметр входного зрачка, мм

87,5

177

Фокусное расстояние объектива, мм

350

860

Относительное отверстие объектива

1:4

1 : 4,9

Отношение сигнал/шум при макс. яркости, не менее

250

100 (300)

Энергопотребление, Вт, не более:

50

95

Масса, кг, не более

29

25

Основные технические характеристики сканера ИК-диапазона Ширина спектрального диапазона, мкм

1,55–1,7

Разрешение (проекция пикселя) в надире, м

39 ´ 45

Количество пикселей в строке

1400

Количество бит для кодирования одного пикселя

8

Отношение сигнал/шум при максимальной яркости

300

Ширина полосы обзора, км

55

Технологии и методы ДЗЗ

114

Размер снимаемого участка, км ´ км

» 55 ´ 50

Энергопотребление, Вт, не более

15

Масса, кг, не более

7

PHOTOMOD Radar — программный комплекс обработки радиолокационных данных дистанционного зондирования Земли из космоса Елизаветин И.В., ЗАО Фирма «Ракурс», г. Москва, Россия В докладе приведено описание программного комплекса PHOTOMOD Radar, предназначенного для обработки спутниковых снимков поверхности Земли, полученных радиолокаторами с синтезированной апертурой (РСА). Программный комплекс (ПК) обеспечивает возможность импорта, визуализации и обработки радиолокационной (РЛ) информации, начиная с уровня синтезированных изображений в формате SLC (single look complex — комплексные данные без некогерентного накопления). В состав комплекса входят средства для геометрической коррекции (геокодирования, геореференцирования, орторектификации) РЛ снимков, формирования цифровых моделей рельефа поверхности по радиолокационным снимкам с использованием стереоскопического и интерферометрического метода, импорта и экспорта данных, их визуализации. Функция импорта из специального формата данных дистанционного зондирования CEOS обеспечивает чтение данных, получаемых наиболее известными приемными станциями: CDPF, ESA-ESRIN для РСА ERS-1/2, CCRS Gatineau для РСА Radarsat, EROS DC и ERS-DLR для РСА SIR-C/X. Функция чтения формата РСА ASAR ENVISAT будет добавлена в ближайшее время. Данные импортируются во внутренний формат пакета, однако визуализироваться могут и без импорта. Кроме того, можно экспортировать и импортировать данные в форматах TXT, BMP, JPEG, TIFF, GeoTIFF, RAW, USGS DEM. Геометрическая коррекция РЛ снимков, реализованная в ПК в виде отдельного модуля «Геопроцессор», обеспечивает преобразование снимков из путевой системы координат РСА, как они зачастую распространяются поставщиками данных, в заданную картографическую проекцию. В геопроцессоре реализованы три функции про-

Технологии и методы ДЗЗ

115

странственного преобразования снимков, соответствующие стандартным уровням обработки 1 и 2: геореференцирование (уровень 1), геокодирование и орторектификация (уровень 2). В геопроцессоре имеется возможность коррекции орбитальных данных (эфемерид) по наземным контрольным точкам (НКТ), инструментарий для ввода координат НКТ непосредственно на снимке, редактирования, сохранения и загрузки списков НКТ. Точность привязки данных составляет 30–50 метров для РСА ERS и Radarsat. В состав ПК входят два модуля (стереопроцессор и интерферометрический процессор), реализующие стереоскопический и интерферометрический методы генерации цифровых моделей рельефа (ЦМР) поверхности. Стереопроцессор формирует ЦМР по двум радиолокационным снимкам, образующим стереопару (разница углов наблюдения 8–30 градусов). Поддерживаются стереопары из стандартных данных РСА Radarsat в формате путевой системы координат «линия пути — наземной дальности» SGF, SGX. Выходом стереопроцессора служит цифровая матрица абсолютных высот рельефа над эллипсоидом WGS84 в географической проекции с заданным пользователем межпиксельным расстоянием. Точность восстановления рельефа по высоте сопоставима с пространственным разрешением РЛ снимков. В интерферометрическом процессоре ЦМР формируется методом фазовой обработки пары комплексных радиолокационных снимков. Поддерживаются форматы SLС (single look complex) РСА Radarsat и ERS-1/2. Интерферометрический процессор создает на выходе матрицу абсолютных или относительных высот рельефа над опорным эллипсоидом WGS84 в географической проекции с заданным пользователем межпиксельным расстоянием. Для формирования абсолютных высот рельефа требуется знание одной или более наземной контрольной точки. Точность восстановления рельефа по высоте составляет 1–3 метра для поверхности без растительности. Программный комплекс имеет режимы работы, оптимизированные для больших файлов (до единиц гигабайт), что актуально для распространяемых РЛ данных. Пакет работает в операционных системах Windows 95, 98, NT, 2000, прост в освоении и эксплуатации.

Классификация разновременных снимков в задачах прогнозирования изменений ландшафта земной поверхности Замятин А.В., Томский политехнический университет, г. Томск, Россия За последнее время многими пользователями информации дистанционного зондирования накоплен большой объем аэрокосмических снимков (АС) на одну и ту же территорию, которые могут отражать различные процессы, протекающие на земной поверхности. Для получения разновременных тематических карт, которые в дальнейшем будут использованы при прогнозировании, необходимо осуществить предварительную обработку и контролируемую классификацию имеющихся разновременных АС. В настоящее время при проведении контролируемой классификации наибольшее распространение получил статистический подход с использованием байесовского решающего правила с параметрической оценкой условной плотности вероятности [1]. Однако при классификации разновременных АС, полученных, как правило, в разных условиях и имеющих различные искажения, определение соответствующих классов проблематично. Рассматриваемая в докладе процедура, в основе которой лежит использование аппарата искусственных нейронных сетей (ИНС), позволяет осуществлять контролируемую классификацию ряда разновременных АС по одной территории с использованием одной ИНС, причем с установлением однозначного соответствия между классами на различных АС. Кроме того, показано, что при использовании ИНС учитываются линейные искажения съемки и с высокой точностью идентифицируются одни и те же классы на различных АС, в то время как традиционные методы классификации этого сделать не позволяют. Более того, формирование входного признакового вектора для ИНС осуществляется с использованием оригинального апертурно-спектрального подхода, при котором учитывается как окрестность классифицируемого элемента, так и межслойная корреляция [2]. Основной сложностью использования ИНС по сравнению с традиционными методами классификации является то, что для ИНС требуется проводить предварительную процедуру экспертного обучения, которая может занимать значительное время. В докладе развивается оригинальная идея хранения и поиска ИНС [3], позволяющая использовать при классификации ранее обученные ИНС, тем

Технологии и методы ДЗЗ

117

самым избегая вычислительных затрат на их повторное обучение на каждом из разновременных АС. В настоящее время продолжается работа над увеличением точности работы процедуры классификации разновременных АС и повышением ее вычислительной эффективности, что позволит использовать ее совместно с процедурами прогнозирования различных географических явлений.

Литература 1. Richards J.A., Xiuping Jia. Remote Sensing Digital Image Analysis: An Introduction. Berlin: Springer, 1999. 400 pp. 2. N.G. Markov, A.A. Napryushkin, A.V. Zamyatin, Application of Neural Network Methods in RS-based Thematic Mapping — // Proceedings of the 5th AGILE Conference on Geographic Information Science, Palma, Spain, AGILE, 2002, pp. 485–489. 3. Замятин А.В., Марков Н.Г., Напрюшкин А.А. Хранение и поиск искусственных нейронных сетей в информационной системе обработки и интерпретации данных дистанционного зондирования Земли //Материалы V Всероссийской научнотехнической конференции «Нейроинформатика — 2003», сс. 98–103.

Высотная аэрокосмическая съемка — закономерный этап развития дистанционного зондирования Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия Общественная значимость дистанционного зондирования определяется его возможностью поставлять достоверную трехмерную геопространственную информацию разного иерархического уровня, получаемую в масштабе времени, близком к реальному. В ряде стран активно разрабатываются три принципиально различных дистанционных метода получения такой информации — стереофотограмметрический, радиоинтерферометрический и лазернолокационный. Термин, выбранный для названия доклада, не нов. Он широко использовался в аэрофотосъемке, когда в прошлом веке контурно-комбинированный метод создания топографических карт заменялся прогрессивным стерео-топографическим методом, предпола-

118

Технологии и методы ДЗЗ

гающим осуществление двойной обратной и прямой засечек по паре снимков (фотограмметрический принцип двойного проектирования). При этом производственная точность стереофотограмметрических определений высот местности по аэрофотоснимкам характеризуется относительной ошибкой 1 : 3 000. Космическая стереофотограмметрия. В начальный период развития дистанционного зондирования космические снимки использовались в основном для получения планиметрической информации путем дешифрирования плановых контуров (контурная съемка). Современные технологии конвергентных стереосъемок сверхвысокого разрешения, выполняемых оптико-электронными сканерами с длиннофокусными зеркальными объективами, обеспечивают определение высот рельефа местности по космическим снимкам с точностью, достаточной для решения многих пространственных задач (высотная космическая съемка). Таким образом, можно считать, что космическая стереофотограмметрия (стереограмметрия) состоялась, логически дополнив наземную и воздушную стереофотограмметрию. При этом достигнутая относительная точность стереофотограмметрических определений высот по цифровым сканерным снимкам оказалась на порядок выше, чем по аналоговым кадровым снимкам в традиционной аэрофототопографии. В спутниковой радиоинтерферометрии высоты местности определяются по разности фаз сигнала, принимаемого двумя антеннами радиолокатора, разнесенными в пространстве на величину базиса. Построенная по результатам радиолокационной съемки интерферограмма отображает высоты отражающей поверхности, а при повторных съемках — их изменения. При благоприятных условиях теоретически достижимая точность определения высот составляет доли длины волны зондирующего радиолокационного сигнала. Наиболее крупная радиоинтерферометрическая съемка выполнена в 2000 г. с шаттла Endeavor с целью создания глобальной цифровой модели рельефа с точностью топографической карты масштаба 1 : 50 000. Обработка материалов двухнедельной съемки рассчитана на несколько лет. Ее результаты с интересом ожидают специалисты. При лазерной локации трехмерные объекты местности отображаются плотным массивом («облаком») точек, для каждой их которых определены три пространственных координаты. Этот стремительно развивающийся высокоточный метод пришел в дистанционное зондирование из инженерной геодезии. Но уже сейчас с помощью лазерных дальномерных сканеров начали выполняться съемки местности в фототеодолитном и аэросъемочном вариантах. Заманчивы перспективы применения лазерной локации для построения цифровых моделей рельефа залесенных территорий, дна мелководий и др.,

Технологии и методы ДЗЗ

119

хотя дороговизна съемочных приборов сдерживает их применение во многих отечественных организациях. Есть основание надеяться на скорое появление космического варианта лазерной локации. Перспективы и проблемы. Конкретные технологические методики высотной аэрокосмической съемки будут отработаны при решении различных практических задач, но важнейшее значение для становления перспективных дистанционных методов имеет их применение для изготовления и обновления карт и создания ГИС. При этом возникает ряд общих проблем. Новые методы несомненно окажут влияние на форму конечного представления геопространственной информации. Вероятнее всего, что историческая эпоха изолинейных топографических карт закончится. Их заменят новые геоинформационные продукты на основе цифровых моделей рельефа, ортофотоизображений и 3D стереовизаций. Реализовать требование получения информации в масштабе времени, близком к реальному, возможно лишь на основе компьютерных технологий. Однако многолетнее стремление к глобальной автоматизации, попытки исключить человека из процессов получения содержательной информации по снимкам не привели, да и не могут привести к значимым результатам. Более того, цифрократический прессинг имеет и определенные отрицательные последствия. Поэтому необходимо знать и учитывать существующие недостатки цифровых технологий. Удовлетворить разносторонние потребности в геопространственной аэрокосмической информации удастся только с помощью всех трех методов высотной аэрокосмической съемки. Поэтому следует не монополизировать какой-либо из разрабатываемых методов, а сосредоточить усилия на их рациональном комплексировании (по принципу множественности), что будет способствовать прогрессивному развитию дистанционного зондирования. Выполнено по проекту РФФИ 01-05-64151.

The International MODIS/AIRS Processing Packagae (IMAPP) and EOS Direct Broadcast at the University of Wisconsin-Madison Liam E. Gumley, Space Science and Engineering Center, University of Wisconsin-Madison, USA The Direct Broadcast (DB) service on the NASA Terra and Aqua spacecraft allows researchers around the world to acquire and analyze regional observations in near real-time. The Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies (CIMSS) at the University of WisconsinMadison has been involved in the Earth Observing System (EOS) Direct Broadcast project since 1999. CIMSS provides support to EOS DB users around the world, in the form of calibration and navigation software, and product generation software. In addition, the Space Science and Engineering Center (SSEC) operates an EOS DB ground station which acquires data from both the Terra and Aqua spacecraft. The data are processed in-house in near real-time to create a range of products. This talk will cover both the software and product development efforts at CIMSS, including the International MODIS/AIRS Processing Package, as well as the local EOS DB acquisition and processing efforts within SSEC.

Некоторые вопросы проектирования микроспутника «Бауманец» Майорова В.И., Карпенко С.О., Копик А.Г., Муравьев В.А., МКЦ МГТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва, Россия В работе рассмотрены вопросы проектирования космического микроаппарата в научно-образовательных целях, в том числе, и для дистанционного зондирования Земли. Проводится анализ зависимости формы корпуса, компоновки и состава полезной нагрузки. Приведены статистические данные по энергопотреблению подобных аппаратов, используемым компонентам, их массе, применяемым материалам. Рассматривается проект студенческого микроспутника «Бауманец», создаваемого МГТУ им. Н. Э. Баумана совместно с ФГУП «НПО Машиностроение». Приводятся: состав полезной нагрузки, аппаратуры служебного борта, требования, предъявляемые элементами к размещению. Дается описание нескольких предлагавшихся компоновочных схем, их достоинств и недостатков. Объясняется выбор

Технологии и методы ДЗЗ

121

одной компоновки, которая рассматривается подробнее, с подробным описанием узлов крепления и соединения, способов сборки. Рассматриваются конструктивные решения. По результатам анализа делаются выводы о правильности принятых решений и мерам, которые необходимо принять для устранения выявленных недостатков. Полученные массовые, габаритные и энергетические показатели сравниваются с аналогичными показателями современных спутников.

Научно-образовательный проект «КА Бауманец» как пример образовательной прикладной программы Майорова В.И., Копик А.Г., Гершензон В.Е., Карпенко С.О., МКЦ МГТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва, Россия Проект создания микроспутника — полноценная реальная научная разработка. Создаваемый аппарат «Бауманец» может стать технологическим демонстратором большего проекта, целью которого будет являться обеспечение глобального повседневного доступа большего числа пользователей к оперативной цветной детальной съемке, в том числе стерео, земной поверхности из космоса. Таким образом, разрабатываемый микроспутник позволяет решать большой круг образовательных и научных задач в области прикладного использования космических технологий и прежде всего, наблюдения Земли из космоса. Внедрение в современный процесс обучения виртуальных средств, когда реальные процессы моделируются на экране компьютера, сужают учащимся и студентам живое общение с природой и с реальными физическими процессами. Учащемуся изначально хочется пощупать то, что он изучает. Поэтому необходимость использования наглядных пособий и лабораторных работ в учебном процессе не только не отпала, но и востребована по-прежнему. Научно-образовательный микроспутник в совокупности с наземным комплексом приема и обработки информации как раз и становится таким современным наглядным пособием, оперативным, многосторонним, общедоступным, глобальным, которое делает процесс познания Человека, Земли и Вселенной продуктивнее, интереснее, а в целом, существенно эффективней. Проект «Россия-Европа: Взгляд из космоса» стал логическим продолжением научно-технического процесса создания микроспутника в части разработки наземного сегмента. Основная цель этого

122

Технологии и методы ДЗЗ

проекта — научиться принимать, обрабатывать и пользоваться информацией, связанной с дистанционным зондированием Земли из космоса. Большую материальную и методическую поддержку этого проекта МКЦ получил от инженерно-технологического центра «Сканэкс», предоставившего антенно-приемное устройство, которое установлено на крыше главного здания Университета и введено в строй при поддержке кафедры «Радиоэлектронные системы и устройства» МГТУ.

Подсистема данных полезной нагрузки микроспутника Меланченко А.Г., ГКБ «Южное», г. Днепропетровск, Украина Вариченко Л.В., Дыкун А.С., Лек Я.И., Новиков К.Н., Саврун О.А., ГНИП «КОНЕКС», г. Львов, Украина Использование микроспутников для задач ДЗЗ предъявляет к подсистеме данных полезной нагрузки (ПДПН) требования по снижению габаритов, массы, потребляемой мощности при одновременном возрастании количества передаваемой на Землю информации, обусловленным увеличением пространственного разрешения аппаратуры полезной нагрузки. На подсистему данных полезной нагрузки микроспутника возлагаются задачи сбора информации от устройств полезной нагрузки, например, сканеров видимого и инфракрасного диапазонов, ее сжатия, хранения и выдачи в радиолинию. ПДПН, как правило, состоит из следующих основных устройств: u устройство управления и сбора информации (УУСИ); u устройство сжатия информации (УСИ); u устройство массовой памяти (УМП); u устройство питания (УП). УУСИ осуществляет прием команд управления от подсистемы данных платформы (ПДП) и управление режимами работы устройств полезной нагрузки, сбор видеоинформации от сканеров, ее аннотирование и форматирование, запись информации в УМП или ее непосредственную выдачу в аппаратуру Х-диапазона связной подсистемы (СПС), передачу принятой информации для сжатия в УСИ и запись ее после сжатия в УМП, управление выдачей ранее записанной видеоинформации в аппаратуру Х-диапазона СПС, формирование телеметрической информации о состоянии устройств ПДПН и ее передачу в ПДП.

Технологии и методы ДЗЗ

123

Введение УСИ в состав аппаратуры ПДПН повышает эффективность использования УМП, так как количество записываемой в сеансе связи полезной информации увеличивается благодаря ее сжатию. Однако одновременно усложняются управление режимами работы и сама аппаратура ПДПН. УСИ реализует алгоритм сжатия информации МСУ с потерями с коэффициентом сжатия 1,5–5 при среднеквадратичном значении потерь информации не более 7,5% для каждого канала. УМП предназначено для хранения видеоинформации. Его объем может находиться в пределах 1–5 Гбайт. Объем памяти выбирается исходя из пропускной способности радиоканала и времени сеанса связи. УМП обеспечивает помехозащищенное кодирование с возможностью исправления одиночных ошибок или выявления двойной битовой ошибки с использованием кода Хемминга. Из-за этого необходимый объем УМП возрастает на 30%. Технически ПДПН реализуется в виде печатных плат, собранных в специальный конструктив. При емкости памяти 3 Гбайта вес устройства ПДПН около 7 кг, объем — 4,4 дм3.

Future of Remote Sensing with Resourcesat (P6): a Techno-Commercial Perspective CVS Prakash, Antrix Corporation Limited, Department of Space, Bangalore, India Resourcesat popularly known as IRS-P6 during its development is slated to herald a new look at the way Remote Sensing is applied to the basics of resource information extraction. A one-is-to-four-is-to-ten times resolution factors combined with one-is-to-two-is-to-ten times swath imaged simultaneously from the space of a specific piece of ground is both quality and quantity in information content for a new way to look at the ground from Space. It should work like an instant zoom with each magnification adding more information not only in scale (magnification) but also in content that is better than the zoom effect of magnification. Remote Sensing in the mid resolutions have looked at in detail the use of data of 70m and 30m of Landsat, 23 and 5m of IRS and 10m and 20m of Spot, all other resolutions from other remote sensing satellites offering nearby resolutions. However, choice of these resolutions at the same time and illuminating condition is a unique opportunity to redefine the application of data. Commercial factors favouring a remote sensing mission are the quick revisit and timely availability of data for each specific application. It is a

124

Технологии и методы ДЗЗ

known factor that very high-resolution cameras can have only a small swath and hence affect the servicing of users in the same geographic region very adversely. The regular coverage of globe with 70Km swath can boast of visiting any region between 5 to 50 days. While the typical image delivery times of very high-resolution images of commercial satellites are anywhere around 60–90 days, Resourcesat is designed to provide a regular coverage along with revisits that could be scheduled for 5 days.

Дистанционное картирование уровней грунтовых вод по данным аэрокосмического зондирования почвенного покрова в оптическом и микроволновом диапазонах Романов А.Н., Евтюшкин А.В., Винокуров Ю.И., Суторихин И.А., Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул, Россия Использование данных аэрокосмической съемки в оптическом и микроволновом диапазонах позволяет получить информацию о распределении участков почв с переувлажненным поверхностным слоем и близким к поверхности уровнем грунтовых вод (УГВ), а также получить численные значения влажности почвы и УГВ. Дистанционное картирование УГВ осуществляется путем облета территории на самолете по запланированным галсам. Длина каждого галса зависит от размеров территории и составляет от 4 до 10 км. Расстояние между галсами выбирается исходя из размеров зависящей от высоты полета полосы захвата с таким расчетом, чтобы вся территория была покрыта галсами. Однако по одним трассовым измерениям затруднительно воссоздать двумерную картину. Поэтому для решения подобной задачи совместно с микроволновой съемкой используется сканерная спектрофотометрия в оптическом диапазоне. В соответствии с предложенным методом картирования орбитальные снимки, сделанные сканером, используются для предварительной оценки гидрологической обстановки. Самолетная микроволновая съемка применяется для определения объемной влажности почвы и УГВ. Синхронно проводятся наземные калибровочные измерения в реперных точках. Значения УГВ, полученные по данным самолетной трассовой съемки, интерполируются на всю площадь, после чего совмещаются с картой-основой и космическим сканерным изображением. В результате подобной тематической обработки данных дистанционного зондирования на компьютере

Технологии и методы ДЗЗ

125

формируются карты-схемы участков с близким к поверхности залеганием грунтовых вод. Самолетная микроволновая съемка заключается в измерении радиояркостных температур ТЯ почвы на длинах волн l1 и l2, которые с помощью радиационно-влажностных зависимостей ТЯ(W), построенных по данным лабораторных измерений диэлектрических параметров отобранных с тестовых участков почвенных образцов, интерпретируются в объемные влажности W почвы в скин-слоях lЭ(l1 ) и lЭ(l2). Карта-схема распределения уровней грунтовых вод на территории, прилегающей к Беловскому водохранилищу:

«–200–» — изолинии уровней залегания грунтовых вод в см, построенные по данным самолетной радиометрической съемки; |+| — скважины с УГВ>1 м; + — скважины с УГВ < 1 м.

Метрологические аспекты сопоставления, обмена и распространения аэрокосмической информации Смоктий О.И., Гусейнов Г.А., Гасанов Г.А., Ширалиев Э.А., Азербайджанское национальное аэрокосмической агентство, г. Баку, Азербайджан Одна из актуальных проблем эффективного использования новых информационных и аэрокосмических технологий — практическая несогласованность источников информации и отсутствие единого метрологического обеспечения по результатам мониторинга состояния окружающей среды и природных ресурсов. Несмотря на функционирование многочисленных экологических служб, институтов и организаций, в настоящее время назрела потребность в межрегиональной структуре, исполняющей в едином ключе функции систематических исследований по метрологии и моделированию мониторинговой информации о природных и антропогенных процессах. С другой стороны, необходима концепция единой экспертизы ситуаций в напряженных зонах и на проектируемых (осваиваемых) территориях. В основе у такой концепции должна быть заложена систематизация комплексных моделей, экспертных оценок [1,2] для выработки шкалы и критериев метрологической сопоставимости и адекватности материала с учетом использования новых аэрокосмических, информационных технологий и структур представления в форматах интернет. Особую актуальность приобретает этот факт при реализации международных исследовательских проектов, проведении экспертиз, разработке международных законодательных актов межрегионального значения и аналогичных мероприятий (например, экологического или природно-ресурсного характера, прогнозировании природных катастроф), требующих оперативного обмена информацией и приведения потоков информации к сопоставимому и системно-регулируемому виду. Важным моментом в этой связи является моделирование спектрально-оптических и радиометрических показателей излучения неустойчивостей динамических экосистем и влияния их близости к критическим состояниям. Таким образом, главное внимание среди перспективных исследований уделяется прогнозу и распознаванию экстремально-динамических природных процессов: оползней, селей, половодий, вулканической активности, землетрясений с оценкой информативности их критических состояний.

Технологии и методы ДЗЗ

127

Система должна функционировать в режиме целенаправленного поиска характерных участков с заданным распределением координат сканирования исследуемой области критической точки развития экосистемы или природного (антропогеннного) процесса. В результате мы должны получить некоторую адекватную систему «информационной калибровки» сопоставляемого аэрокосмического материала и данных мониторинга из различных источников. По результатам моделирования оптической и спектральной деформации полей излучения в информативных областях переходного состояния экосистем и развития процессов мы будем также иметь возможность не только сопоставления разнопланового материала из других источников, но и выделения наиболее информативных участков поиска, прогнозируемых по основным направлениям распространения процесса. В результате мы должны располагать единой экспертно-метрологической системой обмена аэрокосмической информацией межрегионального уровня на основе создания базы обобщенных моделей информативности дистанционных данных, что также расширяет перспективу рационального применения глобальных систем спутниковой навигации GNSS и проектирования иерархической унифицированной системы интерфейса с потребителем.

Литература 1. Р. Левин, Д. Дранг, Б. Эдельсон. Практическое введение в технологию искусственного интеллекта и экспертных систем (пер. с англ.).: «Финансы и статистика». 1991. 236 с. 2. Manoj Arona and S.K Ghosh. Classification accuracy indices: definition, comparison and a brief review. //ASIAN-PACIFIC. Remote sensing and GIS Journal, Vol.10, Number 2, January 1998, pp. 1–10. 3. О.И. Смоктий, Г.А. Гусейнов. Принципы информационной калибровки (ИФК) и инвариантной натурной съемки полей излучения, отраженных и рассеянных природными образованиями //Юбилейная VIII.C-Петербургская Международная Конференция «Региональная информатика — 2002 (РИ-2002)». ЮНЕСКО, C.-Пб. 2002 4. А. Мехтиев, г. Гусейнов. Имитационные эксперименты для подспутниковой сканерной съемки деградирующих прибрежных экосистем. //Санкт-Петербургский Журнал Электроники. С-Петербург, ноябрь. 2002. № 2. с. 49–56.

КА «Метеор-М» — новый этап постоянно действующей космической системы Трифонов Ю.В., Горбунов А.В., Харитонов В.Ф., НПП ВНИИЭМ, г. Москва, Россия В Российской Федерации на основании Федеральной космической программы ведутся работы по созданию космического аппарата (КА) «Метеор-М» — четвертого поколения гидрометеорологических полярноорбитальных спутников. КА «Метеор-М» создается на базе хорошо зарекомендовавшей себя унифицированной космической платформы, получившей название «Ресурс-УКП». Это название связано с тем, что она в значительной степени повторяет конструкцию КА «Ресурс-01» №4. КА «Метеор-М» предназначен для: u получения многозональных изображений, включая радиолокационные, а также измерения уходящего излучения системы «земная поверхность — атмосфера» в различных диапазонах энергетического спектра в терминах абсолютных энергетических величин; u получения гелиогеофизической информации; u сбора и передачи данных автоматических измерительных платформ (наземных, ледовых, дрейфующих). Данные, получаемые КА «Метеор-М», будут использоваться для решения следующих основных задач: u анализа и прогноза погоды в региональном и глобальном масштабах; u анализа и прогноза состояния акватории морей и океанов; u анализа и прогноза условий для полета авиации; u анализа и прогноза гелиогеофизической обстановки в околоземном космическом пространстве, состояния ионосферы и магнитного поля Земли; u мониторинга климата и его глобальных изменений; u контроля чрезвычайных ситуаций; u экологического контроля окружающей среды. КА «Метеор-М» будут выводиться на солнечно-синхронную орбиту с параметрами: средняя высота орбиты на экваторе наклонение период обращения

832 км 98,068 град 101,306 мин

Технологии и методы ДЗЗ

129

В состав информационного комплекса КА «Метеор-М» должны входить следующие приборы: 1. многозональное сканирующее устройство малого разрешения (МСУ-МР); 2. бортовой радиолокационный комплекс (БРЛК); 3. комплекс многозональной спектральной съемки (КМСС) среднего разрешения; 4. комплекс для получения термодинамических параметров атмосферы в составе: u модуля температурного и влажностного зондирования атмосферы (МТВЗА) — СВЧ радиометра; u аппаратуры температурного и влажностного зондирования атмосферы в ИК-диапазоне — Фурье-спектрометра (ИКФС); 5. гелиогеофизический аппаратурный комплекс (ГГАК) в составе: u многоканального спектрометра геоактивных корпускулярных излучений (МСГИ); u спектрометра солнечных космических лучей (СКЛ); u детектора галактических космических лучей (ГАЛС); u радиочастотного масс-спектрометра (РИМС); u модернизированного измерителя коротковолновой отраженной радиации (ИКОР); 6. бортовая информационная система (БИС); 7. бортовой радиокомплекс (БРК) системы сбора и передачи данных с наземных наблюдательных платформ. Использование международных диапазонов и общепринятых форматов передачи данных APT (LRPT) и HRPT в радиолиниях «борт-земля» делает доступной информацию с КА «Метеор-М» для международного сообщества. Поэтому КА «Метеор-М» рассматривается как составная часть космической подсистемы Глобальной системы наблюдений Всемирной метеорологической организации. Как следует из состава бортового информационного комплекса, КА «Метеор-М» — многоцелевой спутник. Бортовой радиолокационный комплекс и одна из камер КМСС (с фокусным расстоянием 50 мм) позволяют наблюдать морскую поверхность. Две другие камеры КМСС предназначаются для наблюдения поверхности суши. Получаемые данные будут использоваться для изучения природных ресурсов Земли.

130

Технологии и методы ДЗЗ

Предполагается, что к концу 2005 года КА «Метеор-М» будет изготовлен. Запуск его ожидается в 2006 году. Срок эксплуатации — не менее 5 лет.

Программное обеспечение ИТЦ «СканЭкс» для обработки изображений ДЗЗ Федоткин Д. И., ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия Савельев А.А., ИТЦ «СканЭкс», г. Казань, Россия Одно из направлений деятельности ИТЦ «СканЭкс» — создание программного обеспечения для обработки данных дистанционного зондирования Земли. На сегодняшний день ИТЦ «СканЭкс» предлагает программное обеспечение (ПО) собственной разработки, охватывающее полный цикл работ с данными ДЗЗ — начиная от предварительной обработки полученных изображений до создания высокотехнологичных геоинформационных продуктов. Созданное ПО предназначено для работы на персональных компьютерах под управлением операционных систем MS Windows 9x/2000/XP. В докладе разъяснено функциональное позиционирование предлагаемых пользователям программных продуктов. Рассмотрено назначение, функциональный состав и особенности ПО. Особое внимание уделено трем программным продуктам: ScanMagic (просмотр, предварительная обработка и геометрическая коррекция изображений), ScanEx Image Processor (дополнительная обработка изображений и получение тематических продуктов), ScanEx NeRIS (тематическая интерпретация данных с использованием нейросетевых алгоритмов). При создании и совершенствовании ПО в ИТЦ «СканЭкс» делается акцент не только на функциональном составе и эффективности его работы, но и на удобстве применения для широкого круга пользователей. Программное обеспечение разрабатывается с использованием современных эффективных технологий обработки изображений и отличается эргономичным графическим интерфейсом. Предлагаемые компанией «СканЭкс» программы предоставляют оператору возможность осуществлять постоянный контроль качества изображений в процессе их обработки. Применение так называемой технологии обработки изображений «на лету» позволяет многократно менять те или иные ее параметры и моментально оценивать результаты этих изменений.

Технологии и методы ДЗЗ

131

Созданные программные продукты позволяют обрабатывать не только изображения, принятые с помощью станций производства ИТЦ «СканЭкс», но и практически любые данные дистанционного зондирования Земли, представленные в общих графических, ГИС- и ДЗЗ- форматах. Кроме того, обеспечивается экспорт результатов в наиболее распространенные ГИС и системы обработки изображений, такие как ESRI, ENVI, ERDAS, PCI, ERMAPPER и др. ИТЦ «СканЭкс» предоставляет пользователям не ограниченную по времени бесплатную техническую поддержку текущих версий ПО и находится в постоянном рабочем контакте с пользователями этих программных продуктов, что позволяет более эффективно вести работы по дальнейшему совершенствованию ПО.

Сканирование земной коры по магнитным аномальным полям, полученным из аэростатных съемок в стратосфере Цветков Ю.П., Ротанова Н.М., Пчелкин А.В., Беликова М.А., ИЗМИРАН, г. Троицк, Московская обл., Россия Процессы, происходящие внутри Земли на всех ее геосферах, взаимосвязаны, поэтому состояние земной поверхности определено физикой земных недр. Изучая внутреннее строение литосферы Земли и процессы в ней, можно осуществить научно-обоснованный подход к изучению земной поверхности и целенаправленный поиск ее особенностей. Такой подход принципиально отличается от исследования поверхности Земли, проводимого на основе анализа космоснимков. Влияние глубинных факторов на приповерхностные геологотектонические условия столь существенно, что исследование внутреннего строения земной коры — пока слабо изученного — становится сейчас одной из важнейших задач для всего человечества. Один из наиболее информативных геофизических методов изучения строения литосферы, возможности которого до сих пор используются не в полной мере, основывается на исследовании и геофизической интерпретации аномального магнитного поля (АМП), источники которого преимущественно расположены в земной коре. Геомагнитные измерения для изучения глубинных процессов целесообразно выполнять на высотах 20–40 км, сравнимых с вертикальной мощностью земной коры. Для этого был разработан и применен в практике магнитометрии аэростатный трехуровневый маг-

132

Технологии и методы ДЗЗ

нитный градиентометр (АТМГ). Он состоит из трех скалярных (протонных) магнитометров, равномерно разнесенных по вертикали в пределах 6 км, и дрейфующих, на высотах 20–40 км. АТМГ включает системы автоматического развертывания магнитометров, автоматического управления ими, регистрации данных, систему глобальной спутниковой навигации GPS и сами магнитометры. В стартовой позиции габариты градиентометра минимизированы таким образом, что они не выходят за пределы стандартной подвески аэростата. Использование трех магнитометров позволяет получить истинные градиенты АМП вдоль вертикальной линии. Основные эксперименты с использованием АТМГ были выполнены по трассам полетов стратосферных аэростатов от Камчатки до Поволжья. Аэростатный трехуровневый магнитный градиентометр позволил получить следующие результаты: u измерить магнитные поля на трех высотных уровнях, отличающихся друг от друга на 3 км в диапазоне высот 20–40 км; u надежно выделить АМП в поле градиентов; u пересчитать профили АМП на смежные высоты 20, 30 и 40 км по вертикальным градиентам, полученным в эксперименте; u построить зависимости изменения АМП в околоземном пространстве в региональном и глобальном (Евразия) масштабах; u исследовать формирование спутниковых магнитных аномалий по данным магнитного поля, измеренного в стратосфере; u изучить спектральный состав АМП, включая длинноволновые аномалии; u получить параметры источников АМП по декрементам затухания поля в слое стратосфере; u

u

изучить послойную структуру магнитоактивного слоя литосферы и нижней кромки этого слоя; провести анализ взаимосвязей АМП с другими физическими полями твердой Земли для геофизической интерпретации строения литосферы региона и происходящих в ней процессов.

Данные ДЗЗ в геологии Использование технологии «ScanEx NeRIS» для локализации потенциально нефтегазоносных площадей Добрынин Д.В., Егоров Б.Н., ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия Изучение геологического строения недр и поиск потенциально нефтегазоносных структур, в основном, проводятся с использованием традиционных геологоразведочных методов, включающих комплексные специализированные геофизические исследования и буровые работы, что требует привлечения значительных финансовых средств. Сокращение затрат на поиски и геологическую разведку углеводородного сырья возможно при проведении опережающих прогнозных исследований с применением информации дистанционного зондирования, дешифрирования космических снимков и комплексной интерпретации результатов дешифрирования c имеющимися геолого-геофизическими материалами. Стратегической задачей этих относительно малозатратных прогнозных исследований является локализация потенциально нефтегазоносных площадей с обоснованным выделением перспективных участков для проведения последующих геологоразведочных работ. Локализация площадей и выделение перспективных участков с использованием информации материалов дистанционного зондирования позволяют сократить объемы дорогостоящих буровых работ. Это, в конечном счете, обеспечивает высокий уровень возвратности затраченных средств, так как при применении в пределах относительно больших площадей традиционных методов проведения поисковых и геологоразведочных работ более 50% разведочных скважин могут быть пройдены «впустую», что подтверждается практикой буровых работ. Современный этап развития дистанционных методов изучения геологического строения характеризуется резким количественным и качественным скачком объемов анализируемой информации. Однако успехи получения дистанционной информации практически не подкреплены специализированными технологиями ее обработки. На настоящий момент нет четко сформулированных общих принципов анализа многозональных и гиперспектральных, топографически совмещенных мультивременных данных дистанцион-

134

Данные ДЗЗ в геологии

ного зондирования, а также комплексирования их с имеющимися геолого-геофизическими данными. Разработанные ИТЦ «СканЭкс» специализированные технологии обработки космических изображений, объединенные в пакете «ScanEx NeRIS», позволяют получить компактное интегральное представление большого объема информации в виде, пригодном для проведения анализа и решения следующих классов задач: создание непараметрических прогностических моделей, распознавание статических образов, распознавание динамических образов, аппроксимация функциональных и статистических зависимостей. Технология «ScanEx NeRIS» базируется на теории нейронных сетей Кохонена и методах, основанных на теории случайных Марковских полей. Применение этих методов для обработки космических снимков в комплексе с картографической и контактной информацией по эталонным участкам позволяет строить надежные прогнозные и аналитические модели, отражающие как региональные закономерности геологического строения, так и локальные элементы структур, в том числе — потенциально нефтегазоносных. Так в процессе исследований по прогнозированию структур территории юго-востока Томской области с применением дистанционных материалов, на основании результатов дешифрирования и комплексирования этих данных с геолого-геофизической информацией была выделена потенциально нефтегазоносная структура — «Усть-Чулымская котловина» (Егоров Б.Н., Самойлюк Л.А. и др., 1996). Эта перспективная структура погружения фундамента детально не изучена геофизическими методами, в т.ч., сейсморазведкой. По результатам исследований была выделена сложно построенная структура, которая в плане имеет форму овала с размерами 70´150 км (осевая часть погружения фундамента смещена в восточном направлении; глубина до фундамента в этой части структуры составляет более 8 км). Проведенная обработка с применением технологии «ScanEx NeRIS» позволила детализировать элементы внутреннего строения структуры и выделить участки для проведения поисковых и геологоразведочных работ в пределах выделенных локальных потенциально нефтегазоносных площадей.

Исследование геоэкологической и геодинамической ситуации участка магистрального газопровода (МГ) с использованием данных дистанционного зондирования Егоров Б.Н., Кузнецова Е.А., ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия Целью проведения исследований служит изучение геоэкологической и геодинамической ситуации для повышения эксплутационной надежности и безопасности системы магистрального транспорта газа. Повышение эксплуатационной надежности МГ рассматривается нами как исследование возможных причин техногенных аварий, а также прогнозирование площадей развития деструктивных процессов с выделением потенциально опасных зон, а также потенциально опасных участков и локальных объектов. Прогнозирование потенциально опасных зон, участков и объектов проводится в зависимости от наличия, сочетания и взаимодействия комплекса техногенных и природных факторов возможного развития деструктивных процессов. При этом воздействие техногенных факторов на компоненты геологической среды и обратное влияние геологических факторов на инженерные сооружения происходят с активизацией и развитием деструктивных процессов по определенному сценарию «геоэкологического конфликта». Прогнозируемый сценарий «геоэкологического конфликта»

136

Данные ДЗЗ в геологии

Основной причиной возникновения аварийных ситуаций (кроме технических и технологических), на наш взгляд, является техногенное влияние продуктопроводов, которое активизирует в определенных геодинамических зонах развитие геологических факторов. Взаимодействие геологических факторов с различными компонентами окружающей среды, в свою очередь, оказывает прямое или косвенное влияние на инженерные сооружения и безопасность их эксплуатации через развитие деструктивных процессов. Следовательно, наиболее актуальным является выделение и районирование тектонически активных геодинамических зон. Основой для выделения активных геодинамических зон являются материалы дистанционного зондирования и результаты дешифрирования космических снимков в региональном и локальном плане. Современное состояние электронного картирования площадей развития деструктивных процессов, в основном, характеризуется использованием первичной геологической информации из несистематизированных источников. Многовариантность и, зачастую, несопоставимость существующих геологических схем, карт объясняется спецификой субъективного анализа и обобщения геологической информации различными авторами. Основными причинами этого являются различная густота сети наблюдений, качество интерпретации материалов, а также различная идеология трактовки данных полевых наблюдений при избирательном предпочтении результатов тех или иных методов. Зачастую в процессе электронного картирования ввод блоков информации производится «напрямую», без предварительной ревизии, экспертизы и анализа исходных геологических материалов. Вследствие этого появляются принципиальные ошибки при сопоставлении электронных геологических карт, которые первоначально уже включали в себя противоречивую информацию. Наиболее оптимальным направлением решения этой проблемы является проведение анализа геологических материалов с использованием системной объективной информации космических снимков с целью создания единого структурированного информационного массива. Для создания единой (унифицированной) системы данных дистанционного зондирования предлагается использовать целый спектр космических снимков различного разрешения, полученных со спутников: Terra (MODIS, ASTER), Landsat-7 (ETM+), IRS-1C/1D (LISS, PAN), Метеор-3М, Ресурс О1-3 и О1-4 (МСУ-Э, МСУ-СК). Спектральное и пространственное разрешение этих дистанционных материалов позволяет проводить экспертизу, оперативное создание и обновление картографических материалов в масштабе от 1:1 000 000 до 1:100 000 (и детальнее).

Данные ДЗЗ в геологии

137

В данной ситуации дешифрирование дистанционных материалов включает в себя как выделение на космических снимках полей развития различных геологических процессов, так и актуализацию фактологического материала с коррекцией векторной основы по отдешифрированным контурам. Кроме этого, предусматривается последующее проведение комплексной интерпретации результатов дешифрирования и всех имеющихся геологических, геофизических и других материалов (в зависимости от задач картирования). Использование подобной методики анализа геологических материалов позволяет оперативно выявлять и «отфильтровывать» взаимоисключающую и противоречивую информацию при картировании и составлении тематических схем. В целом, применение системной информации вышеперечисленных дистанционных материалов в совокупности с комплексной интерпретацией имеющихся геологических материалов позволяет оперативно решать, в частности, вопросы выявления, районирования, мониторинга геологических процессов, напрямую связанных с деструктивными явлениями и отрицательно влияющих на состояние, безопасность эксплуатации и аварийность действующих продуктопроводов.

Использование материалов космического зондирования при прогнозировании россыпей Загубный Д.Г., Серокуров Ю.Н., Корчуганова Н.И., АК«АЛРОСА», г. Москва, Россия Значительные объемы рудных минералов и алмазов в России и в мире добываются из россыпей. При прогнозировании россыпей применяется комплекс методов, среди которых дешифрирование материалов космического зондирования приобретает все большее значение, позволяя существенно сокращать объемы поисково-разведочных работ и затраты на их проведение. На концентрацию рудных минералов в современных россыпях в первую очередь влияют такие факторы, как наличие источников и/или промежуточных коллекторов, неотектоника и литология коренного субстрата. Обогащение аллювия полезным компонентом может быть связано с размывом источников питания и/или быть обусловлено литодинамикой потока при пересечении различных морфоструктур. Пространственное положение россыпей часто кон-

138

Данные ДЗЗ в геологии

тролируется зонами сопряжения положительных и отрицательных геологических структур — как крупных, имеющих длительное унаследованное развитие, так и мелких. Разработана технология прогнозирования россыпей на базе материалов космического зондирования разного пространственного разрешения и вида с использованием современной вычислительной аппаратуры и программного обеспечения. Предметы исследования — новейший тектонический план территории; ранги и геодинамика разрывных нарушений, активных на новейшем этапе; индикаторы разломов, слабо проявленных в рельефе; история развития структурных форм в неоген-четвертичное время; структурные ловушки — участки максимальных концентраций полезного компонента в аллювии рек. Материалы космического зондирования содержат огромное количество разнородной информации. Задача состоит в том, чтобы при помощи различных методов компьютерной обработки выделить наиболее информативные и устойчивые предпосылки прогнозирования россыпей. Для обработки используется фильтрация изображения путем «прохождения» плавающим окном и присвоения центральной точке нового значения. В зависимости от размера окна выделяются структуры разного ранга, а в зависимости от типа фильтрации — различные типы структур. Возможно применение фильтраций многих типов, но, как показывает опыт, целесообразно использовать следующие: «сглаживание», позволяющее произвести генерализацию структуры, отсеять мелкие, несущественные детали; «выравнивание», которое подчеркивает локальные структуры и нивелирует более крупные; «градиент», с помощью которого выделяются области наиболее резкого перепада значений яркости и подчеркиваются границы структур. Для более четкой визуализации после фильтрации используется пороговое преобразование, позволяющее выделить наиболее информативный интервал из всего спектра значений. Предварительная обработка космических изображений дает возможность максимально быстро и качественно произвести последующее специализированное дешифрирование. Работа предусматривает два основных этапа. На первом этапе в ходе анализа космических снимков малого и среднего разрешения, а также геолого-геофизических и металлогенических материалов изучается новейшее тектоническое строение региона и выявляются факторы структурного контроля известных россыпных районов. На втором этапе по материалам детальных космических съемок дешифрируются тектонические деформации на тест-полигонах с известными россыпными объектами с целью изучения их влияния на формирование промышленных и непромышленных россыпей и

Данные ДЗЗ в геологии

139

концентрацию в россыпях полезного компонента, а также ореолов аномально высоких содержаний минералов-спутников в аллювии. По выявленным устойчивым тектоническим предпосылкам составляется карта прогноза с рекомендациями по проведению полевых поисковых работ.

Литература 1. Корчуганова Н.И., Костенко Н.П., Межеловский И.Н. Неотектонические методы поисков полезных ископаемых. — М.: Геокарт. 2001. 212 с.

Использование данных дистанционного зондирования при решении задач Геологической службы МПР России (состояние и перспективы) Кирсанов А.А., Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского, г. Санкт-Петербург, Россия Для решения всего спектра задач Геологической службы Министерства природных ресурсов, определяемых Федеральной целевой программой «Экология и природные ресурсы (на 2002–2010 гг.)», важным источником природоресурсной информации служат данные дистанционного зондирования (ДДЗ), обеспечивающие одновременно необходимую достоверность, точность и детальность результатов работ на значительных площадях. В настоящее время в мире сложился рынок многоспектральных и радиолокационных ДДЗ различного пространственного разрешения: MODIS, ASTER, Landsat 5 и 7, IKONOS и Quick Bird (США); Метеор-3М (Россия); SPOT 5 (Франция); Envisaт (ЕКА), RADARSAT 1 (Канада); IRS 1С/1D (Индия); ADEOS (Япония) и других, использование которых в геологоразведочном процессе экономически выгодно и технологически целесообразно. Основные задачи Геологической службы — это разномасштабное геологическое картографирование, прогнозно-поисковые работы на твердые полезные ископаемые, углеводородное сырье и подземные воды, комплексное изучение шельфа и зоны суша-море, геоэкологические исследования и картографирование. Особенно важное направление работ — это мониторинг экзогенных геологических процессов и объектов недропользования, где ДДЗ нет альтернативы, так как именно их применение позволяет оперативно, на ос-

140

Данные ДЗЗ в геологии

нове постоянно обновляющейся природоресурсной информации оценивать состояние и динамику процессов, прогнозировать их развитие. На современном этапе в геологических исследованиях применяются прогрессивные наукоемкие технологии, в том числе и основанные на использовании географических информационных систем (ГИС), где ДДЗ являются важнейшим видом информационных ресурсов. Поэтому одним из динамично развивающихся основных направлений использования ДДЗ в Геологической службе России стало создание разномасштабных пространственно привязанных дистанционных основ как информационных слоев ГИС-технологий проведения геологоразведочных работ. Они представляют собой оригинальный информационный продукт в цифровой форме с качественно новыми свойствами и позволяют повысить объективность и достоверность всего комплекта карт геологического и геоэкологического содержания. В России, в условиях закрытости и труднодоступности большей части территории, применение передовых технологий с использованием многоспектральных космических снимков позволит существенно снизить себестоимость прогнозно-поисковых работ за счет локализации районов поисков полезных ископаемых, поднять на качественно новый уровень геолого-разведочные работы. Это становится возможным с использованием снимков Landsat 7, имеющих 7 спектральных диапазонов, в том числе — 3 инфракрасных и тепловой диапазоны, наиболее информативные для картирования вещественных комплексов. Снимки позволяют получать новую и детализировать имеющуюся геолого-структурную информацию с целью актуализации геологических карт и локализации площадей прогнозных исследований и участков поисковых работ на полезные ископаемые. К настоящему времени отсутствуют технологии использования многоспектральных ДДЗ для решения основной задачи Геологической службы МПР России — прогноза и поиска месторождений полезных ископаемых. Поэтому в первую очередь необходимы следующие исследования: u разработка методик определения информативных спектральных диапазонов и их комбинаций с целью выявления спектральных аномалий, развивающихся над различными типами месторождений полезных ископаемых в разных геологоландшафтных условиях; u разработка ГИС-технологий комплексной интерпретации результатов специализированной обработки многоспектральных и гиперспектральных изображений с использованием геохимических, геофизических и ландшафтных данных.

Космогеологические исследования при поисках золоторудных месторождений в центральном Вьетнаме Корчуганова Н.И., Загубный Д.Г., Нгуен Динь Лунг, МГГРУ, г. Москва, Россия Космогеологические исследования проводились с целью выявления структурно-тектонических факторов локализации золоторудной минерализации Центрального Вьетнама и обоснования перспектив поисков коренных месторождений золота. Дешифрирование проводилось в экспертном и автоматизированном вариантах. В частности, выполнялись различные операции по пространственно-частотной фильтрации, выделению градиентов перепадов яркости, ложному окрашиванию, синтезу цветных компонент и т.д. Компьютерная обработка схем дешифрирования включала построение схем линеаментов заданных простираний, плотности, роз-диаграмм, поиск центров радиально-концентрических структур определенного диаметра, фильтрацию тех линеаментов, которые относятся к разноранговым структурным ансамблям. Получаемые материалы анализировались в интерактивном режиме вместе с геологическими и металлогеническими данными. Установлено, что исследуемый район располагается в области интерференции разнопорядковых и соответственно разноглубинных радиально-концентрических структур — Индокитайской (диаметр 550 км), Центрально-Вьетнамской (диаметр 200–250 км) и Данангской (диаметр 160–180 км). Структуры находят отражение в геологическом строении, прежде всего, в распространении интрузивных комплексов и их морфологии на современном денудационном срезе. Нередко контуры структур совпадают с региональными разломами, известными по геолого-геофизическим данным. В пределах анализируемой площади (район Куанг Нам-Да Нанг) преобладают северо-западные простирания зон линеаментов, которые не отражены на среднемасштабной геологической карте, но соответствуют простиранию дуговых элементов периферийной части Индокитайской овоидной мегаструктуры. Золоторудные проявления района Куанг Нам-Да Нанг приурочены в основном к двум блокам (Хам Дык и Шонг Ванг), в пределах которых отмечается наибольшая плотность линеаментов и дешифрируются небольшие изометрические структуры диаметром примерно от 10 до 50 км. Некоторые из таких структур имеют магматический генезис, полностью или частично совпадая с выходами интрузивных пород, другие — тектономагматический или тектонический.

142

Данные ДЗЗ в геологии

Выявлено, что структурный контроль золоторудных проявлений в районе Куанг Нам-Да Нанг определяется интерференцией долгоживущих разноглубинных разломов и зон их геодинамического влияния, относящихся к разноранговым и разноглубинным радиально-концентрическим структурам, и очаговыми структурами, контролирующими полихронный интрузивный магматизм.

Remote Sensing from Space. Its Applications to Detecting Lineaments for Tectonic Mapping, Case Study: AL-GHAB depression, North-West of Syria Moutaz Dalati, GORS, Damascus, Syria; [email protected] The objective of this investigation was to determine and evaluate the feasibility of mapping lineaments on Space Imagery of AL-Ghab Depression, Northwest of Syria based on Petrologic and Tectonic significance of these lineaments in order to evaluate the capabilities and limitations of Satellites data to prove that EL-Rouge depression is in the extension of AL-Ghab depression and both of them in line with the African-LebaneseSyrian rift system. The Depressions (AL-Ghab and EL-Rouge) are situated in the marginal part of the Arabian Platform in the zone of the rift system. The investigations were carried out on the base of multispectral data of Landsat-7 (ETM), Spot-5, and Ikonos-1 imagery. The detailed studies of the volcanic rocks based on petrologic data lead us to conclude that the volcanic formations in the area under study had been formed as a results of the extension faults (normal faults), which had developed later and cross the major movement along Al-Ghab depression (Strike-slip-faults). The analysis of Space Imagery and digital image processing of spectral data showed that there is an identification and consistency in spectral color contrast of IR, Grey, Blue, and Spectral zones at all the volcanoes which means that all of them have the same absolute age power Quaternary). Lineaments to the north of AL-Ghab depression, may be considered as linear Conjunctions accompanied with complex fracturing system. This complex is affected by distance stresses accompanied with intensive forces. This action indicates that these sites are active and in a continual movement. In addition to that, the statistic analysis of Thematic Mapper (TM) data and the features from a digital elevation model (DEM) produced from AR interferometers show the existence of spectral structures at

Данные ДЗЗ в геологии

143

the same sites. This could represent high values of surface gaseous ionization (O+OH+N) associated with intensity of spectral reflectance in Blue visible range at other lineaments which accompanied with spectral reflectance in the IR range interposed by Radar interpenetrates according to the apparent indicators on SAR image. This indicates to the seismic activity that synchronized with the data of Radar imaging. TM and SAR — DTM data also show a gradual color tone and interruptions of linear-ellipse shapes which reflecting the presence of discontinuity contours along the fault zone extension. This features refer to abundance of surface morphological features indicate to Fresh Faults. Recent faulting is expressed as freshly exposed soil within the colluvial apron visible by its light tone color. These indicators had been proved by field checks. Furthermore, the statistic digital analysis of the spectral data shows that there are distributions of spectral plumes. These plumes are decreasing in intensity and color contrast from the center of the site to the direction of its edges. This proves that there is an active tectonics reflecting the behavior of the movement and earth stresses at these fracturing zones.

Применение материалов дистанционного зондирования на различных стадиях поисков и разведки твердых горючих полезных ископаемых Погребнов Н.Н., Позднышева Д.П, ВНИГРИуголь, г. Ростов-на-Дону, Россия Дистанционные методы как методы обобщения, синтеза информации, ее визуализации в виде космо- или аэрофотоизображения должны использоваться наравне с геологическими, геофизическими и другими данными. Опережающий анализ материалов дистанционного зондирования (МДЗ) позволяет выявить тектонический «каркас» месторождения еще до планирования геолого-поисковых или разведочных работ. Целевое дешифрирование в зонах космофотогеологических объектов с фиксированием безамплитудных нарушений угленосных отложений дает дополнительную информацию о структуре месторождений и основание для прогноза горно-геологических условий. Полученные материалы могут быть использованы как объективное обоснование для рационального размещения геологоразведочных скважин и геофизических профилей III. При оценке перспектив угленосности с помощью МДЗ могут быть выявлены границы площадного развития угленосной формации и

144

Данные ДЗЗ в геологии

проведено ее структурно-тектоническое районирование III. При геолого-съемочных работах масштаба 1 : 50 000–1 : 25 000 с общими поисками результаты анализа МДЗ используются для построения космофотоструктурной карты, дополняющей другие графические материалы. Анализ МДЗ позволяет выделять локальные площади и структуры, перспективные для поисков месторождений угля [2]. При поисковых и поисково-оценочных работах в пределах известных и потенциально угленосных площадей и бассейнов с помощью МДЗ устанавливаются преобладающие структурные направления и отдельные структуры, определяющие основной тектонический план и оконтуриваются блоки с различным тектоническим режимом, в том числе — наиболее благоприятным для торфонакопления [3]. Составленная по результатам работ этой стадии космофотоструктурная карта вместе с другими геологическими данными служит основой проектирования разведочных работ. В процессе разведки проводится наземная проверка результатов дешифрирования для оценки масштаба месторождения и качества твёрдого горючего полезного ископаемого, получения необходимой информации для уточнения предварительных представлений о структуре месторождения и решения вопроса о необходимости его дальнейшего изучения [4]. С привлечением МДЗ решаются такие прогнозные задачи, как выявление и проверка зон повышенной трещиноватости угольного пласта, оценка интенсивности проявления отдельных разломов и их систем на конкретных месторождениях, установление последовательности заложения разломов, прогноз пликативных осложнений фундамента и осадочного чехла на региональном уровне, прогноз морфокинематического типа некоторых разрывных нарушений, выявленных дешифрированием МДЗ 151. Установленная Н.Н. Погребновым [4, 6] прямая зависимость между степенью угленасыщенности угленосной толщи и степенью тектонической нарушенности территории дает основание для использования МДЗ с целью успешного прогнозирования угленосности в тектонически дислоцированных угольных бассейнах.

Литература 1. Погребнов Н.Н., Позднышева Д.П.. Дистанционные методы при поисках, оценке и разведке угольных месторождений. Ростов-на-Дону, Издательство СКНЦ ВШ, 2000г, 246с. 2. Погребнов Н.Н, Позднышева Д.П. Задачи дистанционного зондирования Земли при изучении угольных месторождений. X Всероссийское угольное совещание «Ресурсный по-

Данные ДЗЗ в геологии

3.

4.

5.

6.

145

тенциал твердых горючих ископаемых на рубеже XXI века (изучение, воспроизводство, использование и охрана)». 27-30 сентября 1999. Тезисы докладов. Сс. 268-269. Ростов-на-Дону, ВНИГРИуголь, 1999г. Погребнов Н.Н. Результаты структурного картирования Восточного Донбасса с использованием космических снимков //Исследования Земли из космоса. 1982. № 4. Сс.45-52. Погребнов Н.Н. Опыт использования космических снимков для анализа геологического строения Восточного Донбасса //Методы изучения тектоники угольных месторождений в процессе разведки и эксплуатации. М.1981. С.6. Временные положения организации и производства работ по наземной проверке результатов дешифрирования аэрофотоматериалов и космических съемок. М., 1986. Мингео СССР Погребнов Н.Н. и др. Методические рекомендации по космофотоструктурному картированию угольных месторождений на примере Донецкого и Печерского бассейнов. Ростов-наДону,1984. 53с.

Возможности материалов дистанционного зондирования при оценке рудоносного потенциала территорий Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., АК «АЛРОСА», г. Москва, Россия Материалы дистанционного зондирования Земли из космоса информативны в отношении многих черт геологического строения континентальной земной коры и верхов мантии, ответственных за миграцию рудных элементов и концентрацию их в благоприятных структурных, литологических и геохимических условиях. Получаемые с их помощью данные дополняют ранее существовавшие построения, а также выявляют структуры и аномалии, которые наземными методами часто пропускаются. Обусловлено это тем, что разновысотные снимки разного пространственного охвата и разрешения позволяют изучать особенности строения любых регионов от общего к частному; а многозональные материалы — фильтровать и усиливать информацию на базе компьютерных технологий обработки изображений. Использование материалов дистанционного зондирования при оценке ресурсного потенциала территорий целесообразно и в связи с тем, что они доступны и обладают относительно небольшой стоимостью.

146

Данные ДЗЗ в геологии

С помощью космических снимков уверенно выделяются большие тектонические ансамбли, контролирующие рудоносность крупных регионов в целом и минерализацию определенного типа в пределах конкретных районов. Многочисленные линеаменты служат хорошей основой для выявления «скрытых» нарушений земной коры. Разнообразные кольцевые осложнения ландшафтов отражают позицию мантийных «плюмажей», астеносферных линз и диапиров, коровых очагов тектоно-магматической активизации, гранито-гнейсовых куполов в фундаменте, структур вулкано-плутонического, вулкано-кальдерного и вулкано-купольного генезиса, с которыми часто пространственно и генетически связаны рудные районы, узлы и месторождения различных руд. Характерные фоторисунки, изменения цвета и тона земной поверхности, различия в растительных сообществах проявляют участки термальной и гидротермальной проработки вмещающих руды пород, а также позицию зон окисления над рудными телами. Перспективы направления — в создании банка специализированных прогнозно-поисковых моделей рудных таксонов всего таксономического ряда для конкретных видов полезных ископаемых, что позволит экспрессно оценивать потенциал любых территорий. Наиболее рациональный метод формирования надежных прогнозно-поисковых моделей — это изучение характера отражения уже известных рудных таксонов одного типа руд в материалах дистанционного зондирования в пределах нескольких эталонных площадей и выделение сквозных (постоянно присутствующих) признаков в их пределах [1, 2]. В случае отсутствия моделей для конкретных типов руд можно использовать метод картирования известных рудоконтролирующих факторов, что позволяет уже на начальной стадии исследований в условиях ограниченной геологической информации в достаточной степени локализовать перспективные площади для более детальных дистанционных работ или их наземной заверки. Последняя необходима в связи с тем, что материалы дистанционного зондирования позволяют выделять участки, где рудный процесс наиболее вероятен, но не обязательно реализован или не вскрыт современной эрозией. Результатом анализа является набор специализированных карт (космоструктурных, структурно-геофизических, карт пространственного размещения благоприятных признаков), которые служат основой выделения благоприятных участков, перспективных для возможной локализации конкретных руд.

Данные ДЗЗ в геологии

147

Êîñìè÷åñêèå ñíèìêè

Ãåîôèçè÷åñêèå ïîëÿ

Ãåîëîãè÷åñêàÿ êàðòà

Ðåçóëüòàòû êà÷åñòâåííîãî è êîìïüþòåðíîãî àíàëèçà êîñìè÷åñêèõ ñíèìêîâ

Ðåçóëüòàòû êà÷åñòâåííîé è êîìïüþòåðíîé îáðàáîòêè ïîëåé

Ðåçóëüòàòû àíàëèçà èñòîðèè ðàçâèòèÿ òåððèòîðèè

Êîñìîñòðóêòóðíàÿ ñõåìà

Ñòðóêòóðíî-ãåîôèçè÷åñêàÿ ñõåìà

Ñõåìû áëàãîïðèÿòíûõ è íåáëàãîïðèÿòíûõ ôàêòîðîâ

Ñõåìû ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçìåùåíèÿ áëàãîïðèÿòíûõ êðèòåðèåâ äëÿ ðàçëè÷íûõ ðóä

Ñõåìû ðàçìåùåíèÿ ó÷àñòêîâ, áëàãîïðèÿòíûõ äëÿ ëîêàëèçàöèè ðóäíûõ òàêñîíîâ ïî äèñòàíöèîííûì äàííûì (ðàíã “ðàéîí”)

Ýêñïåðòíîå çàêëþ÷åíèå î ïåðñïåêòèâàõ âûäåëåííûõ ó÷àñòêîâ ñ ó÷åòîì ñâåäåíèé îá îñîáåííîñòÿõ ãåîëîãè÷åñêîãî ñòðîåíèÿ è èñòîðèè ðàçâèòèÿ òåððèòîðèè

Литература 1. Критерии прогнозной оценки территорий на твердые полезные ископаемые. // Под редакцией Д.В. Рундквиста, М. Недра,1986. 2. Серокуров Ю.Н. Использование космических снимков для целей прогнозирования рудоносности территорий. //Советская геология, 1991. № 10.

Технологии прогноза и поисков алмазоносных площадей с применением материалов дистанционного зондирования Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., АК «АЛРОСА», г. Москва, Россия Коренные месторождения алмазов, связанные с кимберлитами и лампроитами, обнаружены к настоящему времени на всех континентах Земли. Очевидна их пространственная связь с древними платформами, однако дискуссии о формах структурного контроля рудных таксонов (субпровинций, районов, полей и кустов кимберлитовых тел) в их пределах до сих пор продолжаются. Прогресс в

148

Данные ДЗЗ в геологии

изучении этого вопроса крайне важен, так как позволит минимизировать временные и материальные затраты на поиски как новых алмазоносных площадей, так и конкретных тел кимберлитов и лампроитов в их пределах. Высокая геолого-структурная информативность космических снимков разного масштаба дала геологам обильный материал для изучения как поверхностной, так и глубинной структуры земной коры, выяснения ее связей с участками локализации известных рудных таксонов. Корректный анализ и интерпретация этих данных способствовали решению как прикладных задач при прогнозе и поисках разных типов руд, так и многих фундаментальных проблем теоретической геологии. Материалы космического зондирования в геологии алмазов первоначально использовались для построения космогеологических карт и схем отдельных регионов, выявления закономерности в размещении известных кимберлитовых и лампроитовых тел, которые, как правило, невелики по размерам, и вмещаются разнообразными по составу и возрасту породами. Однако отсутствие строгих критериев в ограничении таксонов кимберлитового магматизма ранга «район, поле и куст» крайне затрудняло эту задачу и положительных результатов достигнуть не удалось. Следующим шагом стал поиск общих форм выраженности структурных элементов в материалах космических съемок разного масштаба и вида по единым методикам на известных алмазоносных площадях мира, расположенных в различных ландшафтных и геологических условиях в России, Африке, Австралии. В результате были установлены постоянно присутствующие в их пределах структурные элементы, которые интерпретировались с помощью имеющихся по этим районам геолого-геофизических данных. В частности, было установлено, что районам алмазоносного кимберлитового магматизма постоянно отвечают радиально-кольцевые образования диаметром около 200 км, отражающие, вероятно, следы воздействия на земную кору мантийных диапиров, провоцирующих миграцию глубинных флюидов к поверхности. Полям кимберлитового магматизма в пределах этих районов соответствуют радиально-кольцевые структуры диаметром 30–50 км, обязанные активизации внутрикоровых магматических очагов. Последующее изучение особенностей поверхностного строения континентов с привлечением материалов космических и геофизических съемок малого разрешения позволило сделать вывод о закономерном размещении выделенных структур в узлах пересечения линейных мобильных зон более низкого ранга, входящих в состав региональных и континентальных мегаструктур. Были составлены

Данные ДЗЗ в геологии

149

структурные схемы, объясняющие особенности строения земной коры ряда континентов с позиций гипотезы «расширяющейся» Земли, которая предусматривает не их скольжение по астеносфере (классическая теория плит), а «статический дрейф», то есть перемещение континентальных блоков совместно с глубинными областями мантии вследствие заполнения веществом глубинных зон освобождающегося пространства за счет его разуплотнения. Предложенная нами технология оценки перспектив алмазоносности новых территорий предполагает использование всего масштабного ряда космических съемок Земли, что позволяет последовательно выделять структуры разных рангов, особенности взаимодействия которых и приводят к формированию условий, наиболее благоприятных для миграции кимберлитов к поверхности. Прогнозно-поисковые модели районов и полей кимберлитового магматизма дают возможность в условиях дефицита традиционной геолого-геофизической информации достаточно надежно локализовать перспективные площади. Апробация технологий проведена в России и ряде регионов мира. Составлены мелкомасштабные прогнозные карты для Восточно-Сибирской и Восточно-Европейской платформ, ряда стран центральной и западной Африки, отдельных районов Бразилии и Австралии. С их помощью выделены участки, благоприятные для возможной локализации районов кимберлитового магматизма. По материалам космических съемок более высокого разрешения локализованы площади для поисков кустов кимберлитовых тел.

Литература 1. Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., Зуев В.М. Космические методы при прогнозе и поисках месторождений алмазов. — «ООО Недра-Бизнесцентр», 2001. 198 с.

Спутниковый мониторинг как составная часть обеспечения безопасности газоснабжения крупных городов Учитель И.Л., Ярошенко В.Н., Капочкин Б.Б., ОАО «Одессагаз», г. Одесса, Украина На протяжении десяти лет ОАО «Одессагаз» исследует влияние пластических и разрывных деформаций земной коры на аварийность городских газовых сетей. Установлено, что пластические де-

150

Данные ДЗЗ в геологии

формационные процессы формируют интенсивные разрывы воздушных линий газопроводов. Разрывные деформационные процессы, трассируемые землетрясениями, провоцируют обрушения строений и разрывы подземных трубопроводов. При этом пластические деформации блокируются, благодаря чему воздушные линии газопроводов не испытывают разгерметизации геодинамической природы. Основные положения методов наблюдения за пластичными и разрывными деформациями, приводящими к авариям газопроводов, запатентованы в Украине. Для геодеформационного мониторинга на «Одесском геодинамическом полигоне» используются особенности пространственно-временной изменчивости аварий газовых сетей, пространственно-временные вариации сейсмических проявлений, геоиндикаторы, фиксируемые по данным съемки в разных спектральных диапазонах. Полученные результаты применимы для любых регионов Европы. В настоящее время достигнуты определенные успехи в изучении деформаций земноприливного характера, деформационных процессов, возникающих перед, во время и после сильнейших землетрясений (на примере турецкого землетрясения в августе 1999 года), деформационных процессов, формируемых в ходе спрединга. Спутниковый мониторинг территории Европы позволяет нам определять уровень интенсивности деформационных процессов и направление движения деформационных волн. Это значительно увеличивает надежность запатентованных методов диагноза и прогноза аварийности городских газовых сетей.

Лесное хозяйство Intact Forests Landscapes Mapping Aksenov D., Socio-Ecological Union International, Russia Dobrynin D., «ScanEx», Russia Dubinin M., Egorov A., Karpachevskiy M., Purekhovskiy A., Biodiversity Conservation Center, Russia Isaev A., International Forest Institute, Russia Lars Laestadius, World Resources Institute, USA Potapov P., Turubanova S., Yaroshenko A., Greenpeace, Russia Intactness — the absence of serious human disturbance over a long period of time and a large area— is a quality of a natural landscape that, once destroyed, cannot be artificially restored. Yet large, intact forest landscapes (also called frontier forests) are quickly becoming a rarity in most parts of the world. Perhaps surprisingly, the extent and boundaries of the world’s intact forests are poorly documented, including those in the Northern Hemisphere. Identifying and delineating these boreal (northern) landscapes is a difficult but urgent task. It is urgent because industrial land use is rapidly expanding. To exercise caution in development, governing bodies, as well as the forest and mineral industries, must know the precise boundaries of these intact ecosystems. It is difficult because many of these landscapes are large, inaccessible, and little known. With this in mind, Global Forest Watch (GFW) — an international effort to map the condition, development threats, and key actors in the world’s forests —launched the PanBoreal Mapping Initiative, a unique and rigorous effort to map the last remaining wildlands of the boreal.

Cultivating a forest map Launched at the 2002 World Summit on Sustainable Development in Johannesburg, South Africa, the Pan Boreal Mapping Initiative is the latest project of GFW. It brings together experts from five boreal countries: Russia, Finland, Sweden, Canada, and the United States. GFW’s focus on the Northern Hemisphere aims to fill an important void. For the past 10 years, the international community has emphasized tracking deforestation the Southern Hemisphere, yet 50 percent of the world’s remaining intact forests are boreal. A broad belt of mainly coniferous trees, boreal forests are a mosaic of forestlands, rivers, lakes, and

152

Лесное хозяйство

wetlands that lie between the arctic tundra to the north and the temperate forests to the south. Intact boreal forest landscapes, as defined by GFW, are large natural wildlands (at least 50,000 hectares, or 123,500 acres) unaffected by modern, industrial land use. They remain intact mostly because they lack mineral resources, have poor soils, are a long distance from markets, and feature difficult terrain. There are three reasons for the focus on large areas. First, only sufficiently large areas are capable of con serving populations of large animals in their natural, undisturbed state, and of letting natural ecological processes such as fire, windthrow, and so forth take their course. Second, large undisturbed areas are important as a reference that helps in the understanding of already disturbed areas (the vast majority of forest landscapes). Third, large intact areas are often comparatively cheap to conserve, as they tend to rely on remoteness and low productivity as their main sources of protection. GFW partners first analyze topographic maps and exclude obviously human-disturbed areas, including urban areas and roads. Then they examine medium-resolution satellite images to track large, polygonal disturbances like massive clearcutting, and then use more detailed satellite images to look for additional signs of human impact, such as agriculture, logging, mining, and oil and gas development. Next, they draw precise boundaries of forestlands. Throughout the process, they conduct field surveys in designated areas to ground truth the satellite image interpretation and map accuracy. GFW boreal mapping first began with Russia in 1999. Throughout the Russian mapping work, GFW researchers developed a standard approach, trying at each step to be very clear in formulating the principles and criteria used. This allowed these same methodologies to be employed throughout the Pan Boreal Mapping Initiative, and eventually across the world. Consequently, this article describes how these methodologies were applied to map intact forest landscapes across the Russian boreal, using European Russia as an example.

A Northern approach GFW Russia used an inverse, stratified approach to identify first the intact forest landscapes of Northern European Russia, and then all of Russia. A total area of 11 million square kilometers was studied, located in a band across Russia. Each area to be mapped was successively addressed in the steps mentioned earlier. The first two phases served to exclude obviously disturbed areas from further consideration using overview information — phase one relied on available topographic maps and phase two used two seasons of medium-resolution satellite images. GFW Russia opted for this approach as a creative solution to overcome financial

Лесное хозяйство

153

constraints — the budget did not allow for purchase of high-resolution imagery for the entire study area. Using analysis based on less-expensive information to exclude a significant portion of the study area decreased the cost of the work significantly without reducing the detail or accuracy of results.

What’s left of intact forest? The investigation revealed that the remaining intact forest landscapes cover only a small part of northern European Russia (16 percent of the investigated region and 13.8 percent of the entire forest area of European Russia). Although most of the forest landscape has been fragmented by infrastructure, and the once-intact forest within these fragments has been replaced by secondary forest, northern European Russia still contains a number of large areas of intact natural boreal forest landscapes. These landscapes retain natural values that have been lost or diminished in developed areas. Among them are populations of large animals that are particularly sensitive to human influence, undisturbed watersheds around small and mediumsize rivers, swamps, and lakes, migration paths of many species, and balanced patterns of random disturbances. Preserving the ecological integrity of the Conservation of large intact natural forest landscapes is an important and necessary component of a general conservation strategy, but it is not by itself sufficient. Many ecosystems have already been disturbed to the point where only small fragments, or nothing at all, remains. Mapping of these ecosystem residuals was outside the scope of this study, but is an important task for the future. The work in Russia has yielded maps so detailed that individual forest management units can be overlaid with remaining intact forests. Most significant, these maps have already changed market behavior. IKEA, a major international home furnishing company, is using the Russian maps in the field to avoid purchasing wood harvested from intact forests and instead purchase harvests from disturbed forests that are certified as responsibly managed. To bring international attention to the condition of these globally important forests, GFW integrated the Russian forest maps into the draft map of intact boreal forest landscapes, which it presented at the World Summit on Sustainable Development (see Figure 7). Though only a draft, the map can serve as a baseline for monitoring change in these forests. Today, GFW is producing intact forest landscape maps for Canada and Alaska that will be reviewed and completed in late 2003. With these maps, GFW will update the pan-boreal map to produce a final version. The Pan-Boreal Mapping Initiative, in addition to creating an unprecedented amount of new forest data, has created professional and personal relationships among mapping experts from very different cultures.

Контроль за соблюдением правил рубок леса с использованием космических снимков Алейников А.А., ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия

Контроль сплошных рубок на официально разрабатываемых участках Основным видом рубок в России (примерно три четверти от общего объема) являются сплошные рубки. В соответствии с лесным законодательством разрешаются сплошные рубки площадью до 50 гектаров (например, 1 км ´ 0,5 км). При этом по правилам участки сплошных рубок не могут примыкать друг к другу своими сторонами — только углами. Благодаря этому участки лесосек располагаются подобно клеточкам шахматной доски. Соседние со сплошной рубкой участки могут быть вырублены только через так называемый срок примыкания — 5–8 лет. Предполагается, что за этот период на вырубке произойдет обсеменение от примыкающего растущего леса или искусственно созданные посадки немного окрепнут при защитном влиянии оставленных стен леса. Использование космических снимков пространственного разрешения от 30 м и выше позволяет контролировать площади вырубленных делянок, рост молодняка, а также выявлять так называемый «недоруб» — участки леса, назначенные в рубку, но не вырубленные в срок. Космические снимки среднего разрешения дают возможность также контролировать постепенные и узколесосечные рубки — когда лесные делянки вырубаются постепенно в несколько приемов (например, параллельными полосами) таким образом, чтобы к концу рубки сформировался новый древостой.

Обнаружение незаконных рубок При больших объемах заготовки и в случаях, когда размеры фирмы позволяют содержать несколько лесозаготовительных бригад, некоторые фирмы прибегают к незаконной разработке лесосек вблизи от официально разрабатываемых участков. Часто в силу различных причин довольно затруднительно обеспечить доступ проверяющих органов на всю территорию, где идут лесозаготовки. Если бригада не была поймана с поличным непосредственно на месте незаконной рубки, то доказать ее причастность к рубке становится очень сложно, а спустя 3 и более года (по истечении срока хранения материалов отвода в лесхозе) — просто невозможно. Такие незаконные рубки легко могут быть выявлены при сравнении материалов отвода с данными космической съемки, сделанной год назад и к мо-

Лесное хозяйство

155

менту проверки. При этом для выявления большинства рубок и грубой оценки их площади достаточно снимков с разрешением до 100 м. Таким образом, оперативная информация, получаемая с космических спутников, позволит вовремя выявить случаи нарушений без привлечения дорогостоящих вертолетных облетов, и тем самым оптимизировать работу проверяющих органов.

Рубки в местах, запрещенных законодательством Наличие официальных разрешительных документов на проведение рубки далеко не всегда означает ее законность. Классический пример такого рода — рубки в водоохранной зоне, а также на охраняемых природных территориях (в государственных природных заповедниках, природных парках и др.). Использование снимков дает возможность контролировать соблюдение установленных границ водоохранных зон вдоль рек органам охраны природы (в настоящее время органы охраны природы практически не имеют возможностей для такого контроля), а также выявлять незаконные рубки на особо охраняемых природных территориях.

Методика количественной оценки нарушенности лесного фонда Грищенко В.А., Заграбчук С.Ф., Никифоров К.С., Юронен Ю.П., КГУП «КНИИГиМС», г. Красноярск, Россия В настоящее время анализ процессов на земной поверхности с привлечением материалов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) становится одним из самых перспективных методов. Доступные преимущества материалов ДЗЗ: большая информативность, высокое пространственное разрешение, требуемая периодичность съемки исследуемой территории. Принципиальные ограничения связаны с интегральным и качественным характером информации с одной стороны, а также с отсутствием систематизированных данных о состоянии объектов изучения — с другой. Поэтому без проведения наземных исследований процесс дешифрирования дает неоднозначные результаты. Вместе с тем, геоинформационные технологии (ГИС), которые широко применяются для описания природных систем, позволяют создавать полные пространственно-координированные комплексные базы данных по различным ресурсам. Главное преимущество ГИС — возможность пространственного анализа материалов. Со-

156

Лесное хозяйство

вместное использование этих технологий (ДЗЗ–ГИС) дает инструмент для оперативного и эффективного решения класса задач, связанных с количественными оценками изменений состояния природной экосистемы, вызванных как техногенными, так и природными факторами (по классификатору тематических задач категория «Г» — оценка воздействия на окружающую среду). В КГУП «КНИИГиМС» с 1999 г. проводятся исследования, связанные с разработкой информационно-аналитической системы (ИАС) «Кадастр», обеспечивающей информационную поддержку принятия Администрацией края управленческих решений в сфере природопользования. ИАС «Кадастр» создается на основе территориального комплексного кадастра природных ресурсов (ТККПР) Красноярского края. На базе современных информационных технологий (цифровые базы данных, ГИС-технологии, экономико-математическое моделирование, WEB-технологии, высокоскоростные телекоммуникации и др.) обширные информационные ресурсы региона, обладающие различной детальностью, собираются и анализируются в разрезе край-район. Результаты такого анализа позволяют адекватно действовать в сложных социально-экономических условиях и оперативно решать прикладные задачи. В ряду применяемых информационных технологий важное место занимают экономико-математическое моделирование, а также использование современных интернет-технологий для предоставления информации конечному потребителю по высокоскоростным телекоммуникационным каналам. На примере одного из лесхозов Красноярского края дано описание трех технологических этапов, исходных материалов, результатов исследований и программного обеспечения для решения одной из актуальных проблем края — получения оперативных количественных оценок результатов воздействия деструктивных факторов (пожаров, лесопатологии и т.д.) на лесной фонд, охватывающий около 70% его территории. Показано, что эффективное решение этой проблемы возможно только с применением технологии ДЗЗ–ГИС. Но основании выполненных исследований и опыта работ сделан вывод: предлагаемая технология позволяет решать целый класс задач по оперативной количественной оценке ущерба (изменений) окружающей среды, но необходимым условием (при наличии прямого доступа к материалам ДЗЗ) становится проведение больших и сложных работ по созданию и ведению региональных информационных систем (разной полноты и масштаба, что определяется спектром задач) о наземных объектах исследования на основе современных информационных технологий.

Оценка состояния ресурсов охотничьих животных и среды их обитания с использованием материалов дистанционного зондирования Земли Лопан Н.А., Общественный благотворительный фонд по охране охотничьих животных «Сапсан», г. Курган, Россия Учет и оценка состояния используемых объектов животного мира (объектов охоты, в частности), а также оценка состояния среды их обитания — важные составляющие в решении проблемы устойчивого использования данного вида природных ресурсов. В настоящее время методические основы учета охотничьих животных разработаны достаточно хорошо для практического применения. К сожалению, в оценке состояния среды обитания нет методического обеспечения подобного уровня. Использование данных дистанционного зондирования Земли в комплексе с применением ГИС позволяет решать задачи таксации охотничьих ресурсов на новом качественном уровне. Работы по изучению возможностей использования космических снимков для оценки состояния ресурсов охотничьих животных и качества среды их обитания нами проводятся с 1997 года. В качестве полигонов были выбраны территории нескольких государственных заказников и охотничьих хозяйств. Полученные при помощи компьютерной технологии дешифрирования данные представляют собой многослойную электронную карту в формате MapInfo. В ходе дешифрирования снимка есть возможность получения точной экспликации любой таксируемой территории, составления типологических карт, карт видовых бонитетов и др. Полученные данные служат основой для расчетов оптимальной экологической плотности населения охотничьих животных, общепринятых в охотустройстве. В результате дешифрирования снимка системы ASTER для территории Щучанского государственного заказника получены интересные сравнительные данные о распределении вегетативного индекса развития растительности (NDVI) и распределении мест обитания, свойственных для разных видов охотничьих животных. Возможность использования вегетативных индексов для целей охотничьей таксации требует дальнейшего изучения. Новые качественные возможности открываются при использовании снимков высокого разрешения и GPS-приемников для проведения авиаучета охотничьих животных. Возможность точной привязки и фиксации маршрута полета, а также мест встречи животных

158

Лесное хозяйство

позволяет при дальнейшей обработке данных значительно повысить точность учета. При проведении авиаучета на пробной площади в 2003 году нами были достаточно точно выделены зоны экстраполяции на основе локализации мест сезонных концентраций животных. Для выделения данных зон экстраполяции использовался расчет NDVI и наземное обследование территории. Дальнейшую перспективу использования материалов дистанционного зондирования Земли мы видим в решении задач охотничьей таксации, включающих в себя не только учет охотничьих животных, но и оценку качества среды их обитания. Решение основных проблем таксации позволит применять данную технологию для расчетов оптимальной численности объектов охоты, мониторинга антропогенного воздействия, различных видов прогнозирования, планирования комплекса работ по внутрихозяйственному и межхозяйственному охотустройству и др.

Литература 1. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. — М.: Изд-во А и Б, 1997. 2. Кравцова В.И. Космические методы картографирования. — М.: Изд-во МГУ,1995. 3. Кузякин В.А. Охотничья таксация. — М.: Изд-во «Лесная промышленность», 1979. 4. Лопан Н.А. Космический мониторинг в охотничьем хозяйстве. //Охота и охотничье хозяйство, 1999. № 12. Сс.14–15. 5. Лопан Н.А. Определение базовой численности животных для определения ущербных антропогенных воздействий на среду их обитания. Механизм оценки, предотвращения и возмещения ущербов в природопользовании. — Иркутск. Изд-во ИрГСХА, 2001. Сс. 85–89.

Мониторинг лесных экосистем национальных парков с использованием дистанционных данных. Методические решения и опыт работ Малышева Н.В., Орлова О.Л., Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства, Министерство природных ресурсов РФ, г. Пушкино, Московская область, Россия Национальные парки (НП) вместе с государственными природными заповедниками — ключевой элемент сети особо охраняемых природных территорий федерального значения. Мониторинг лесных экосистем способствует совершенствованию справочно-информационного обеспечения федеральных и региональных органов управления, оказывает информационную поддержку при принятии решений и проведении мероприятий по основным направлениям деятельности служб парков: рекреационному, лесохозяйственному и эколого-просветительскому. Ведение экологического мониторинга на территории НП нацелено на сохранение или восстановление нарушенных природных комплексов, уникальных и эталонных природных участков и объектов. Разработаны методология и методы ведения мониторинга лесных экосистем на основе дистанционной информации и ГИС-технологий. Методология экологического мониторинга исходит из занимаемой Парком площади, экзотичности природных условий, степени сохранности экосистем, приоритетности природоохранных мероприятий и т.п. Поэтому в основу построения системы наблюдений для различных парков положен принцип дифференцированности. Методы ведения мониторинга опробованы на территориях Парков, принадлежащих к различным физико-географическим областям. Объекты экспериментальных работ: u «Куршская коса» (Калининградская область) — самый малый в сети национальных парков России (площадь 7,9 тыс. га); u «Валдайский» (Новгородская область) — средний по площади среди национальных парков (158 тыс. га); u «Водлозерский» (Республика Карелия и Архангельская область) — один из крупнейших на европейской территории Росси (468 тыс. га). Для больших по площади парков (таких, как Водлозерский) с девственными лесами, не испытывающими рекреационного воздей-

160

Лесное хозяйство

ствия, агрегированные показатели, рассчитанные по космическим снимкам, пригодны для оценки сохранности и динамики экосистем под влиянием естественных процессов и антропогенной нарушенности. В экспериментальных работах использованы разновременные космические фотоснимки, полученные с отечественных спутников серии «Космос» и «Ресурс», сканерные изображения «Ресурс-О», SPOT. Принцип избирательности наблюдений позволяет спланировать наблюдения так, чтобы сначала получить представление о сохранности и динамике экосистем всей территории по обобщенным (агрегированным) показателям, а затем детально обследовать ту часть территории, где эти показатели имеют аномальные значения. Для небольших парков (таких, как Куршская Коса), экосистемы которых динамичны, уязвимы и испытывают рекреационные нагрузки, приоритетное значение имеет оперативное слежение за проведением природоохранных мероприятий и лесопатологическим состоянием насаждений. В этом случае методика предусматривает проведение двухуровневых наблюдений — выборочной аэросъемки и наземных обследований. Преимущества ГИС-технологий для обработки, пространственного анализа данных и составления разнообразных карт в ходе ведения мониторинга и по его результатам продемонстрированы на примере Водлозерского и Валдайского НП. Разнообразие растительного и животного мира, особенности лесных экосистем отражены на картах Валдайского НП, созданных по информации картографической и атрибутивной баз данных. Выполненные разработки востребованы и в настоящее время проходят апробацию на территории НП «Куршская коса».

Роль спутниковых данных в геоэкологических исследованиях Соловецкого архипелага Поликин Д.Ю., Поморский государственный университет им М.В. Ломоносова, г. Архангельск, Россия Болотов И.Н., Институт экологических проблем Севера УрО РАН, г. Архангельск, Россия Соловецкий архипелаг Белого моря представляет собой уникальный природный объект, на протяжении длительного времени осваиваемый человеком. Понимание ценности и неповторимости

Лесное хозяйство

161

ландшафтов архипелага обусловило бережное отношение к ним в течение многих веков, что совместно с активным вмешательством человека сформировало уникальные ландшафты. Коллектив, в состав которого входят специалисты Поморского государственного университета им. М.В. Ломоносова и Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН, проводит на Соловецком архипелаге комплексные геоэкологические исследования — изучение глубинного строения, микроклимата ландшафтов, морфометрии озер, нарушенности ландшафтов, источников загрязнения почв и др. Работы проводятся в течение трех лет. Важнейшим достижением наук о Земле во второй половине ХХ века стала возможность использования в процессе исследований данных дистанционного зондирования Земли, ДЗЗ [1]. В настоящее время масштабы космических съемок приобрели глобальный характер, поэтому материалы ДЗЗ могут быть получены практически для любого участка планеты. Анализ дистанционных данных позволяет решать широкий спектр научных задач — изучение рельефа, растительности, характера антропогенной трансформации ландшафтов и др. [2]. Для проведения работ нами применяются космические изображения, полученные со спутника Landsat-7. Например, для характеристики растительного покрова используются два спектральных канала — третий и четвертый, имеющие спектральные диапазоны 0,63–0,69 мкм и 0,75–0,90 мкм соответственно. Они выбраны потому, что спектр отражения любого растительного объекта обладает двумя зонами максимума, одна из которых определяется полосой поглощения хлорофилла (0,55–0,70 мкм), а вторая — особенностями внутриклеточного строения листьев (0,72–0,90 мкм) [1]. Однако в действительности ситуация при работе с данными ДЗЗ значительно сложнее, поскольку из-за низкой разрешающей способности данных (около 30 м) реально наблюдаемым оказывается не спектр отдельных растительных объектов (например, деревьев), а интегральный спектр некоторого участка местности, сравнимого по размерам с разрешающей способностью снимка. Таким образом, реально возможно изучение только спектра отражения целого растительного сообщества. В настоящее время начата разработка детальной карты растительности, которая составляет необходимую основу для любых современных экологических исследований. В целом работа с детальными картами растительного покрова, подготовленными по космическим и наземным данным, позволит внести вклад в одну из важнейших проблем современной экологии, связанную с оценкой инвентаризационного разнообразия растительных сообществ.

162

Лесное хозяйство

Литература 1. Кронберг П. Дистанционное изучение Земли: основы и методы дистанционных исследований в геологии. М.: Мир, 1988. 343 с. 2. Кочкуркин Н.В., Кутинов Ю.Г. О возможностях применения аэрофотосъемки в экологических целях на территории Архангельской области. Факты и соображения. // Север: экология. Сб. науч. тр. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. Сс. 351–363. 3. Шварцман Ю.Г., Болотов И.Н., Болотова Г.Н., Поликин Д.Ю. Геоэкологические проблемы Соловецких островов // Вестник Поморского университета, 2002. Сер. естественные и точные науки. № 3. Сс. 18–28.

Особенности представления горно-таежной растительности в пространстве яркостных характеристик многозональных космических снимков Солодянкина С.В., Черкашин А.К., Институт географии СО РАН, г. Иркутск, Россия Решается задача поиска объективных оснований для автоматизированного дешифрирования космических снимков при создании карты растительности горно-таежной территории (зона Ковыктинского газоконденсатного месторождения, Жигаловский р-н Иркутской обл.). Использовался снимок LANDSAT (август 2000 г., разрешение 30 м). На снимке по принципам функционального подобия вычленялись однородные по этому признаку выделы и их границы, где подобие нарушалось. Границы векторизовались, и проводилось наземное обследование территории, ориентированное на выявление эталонных участков для разных типов растительных сообществ. Для каждого класса выделов в каждом канале определялись интервалы признаков в пространстве показателей яркости двух наименее коррелированных каналов существования объектов этого класса (проводилась ординация). Автоматизированное проведение границ с последующей идентификацией объектов на местности показало, что достоверно разделить объекты в ординационном пространстве невозможно из-за значительного пересечения областей определения гистограмм. Теоретические исследования и расчеты позволили математически опи-

Лесное хозяйство

163

сать форму гистограмм и обосновать их функциональную эквивалентность (с точностью до гомотопического коэффициента), а также восстановить топологию пространства ординации. Это пространство имеет многослойную структуру, так что ниши разных объектов многократно накладываются друг на друга, обуславливая неоднозначность интерпретации фрагментов снимка. Разделение возможно только на уровне точек оптимума проявления на снимке данного выдела (определяется по положению максимума гистограмм). По этой причине распространенные процедуры, основанные на возможности разделения объектов в признаковом пространстве ординации, несостоятельны. С географической точки зрения более эффективен подход, основанный на предварительной сегментации изображения по данным разных каналов с использованием нетривиальных процедур локально-дифференциального анализа снимка (расчет определителя Якоби, коэффициентов конгруэнтных связей и т.д.). Затем с использованием частотных и ранговых распределений пикселов по выделам осуществляется свертка информации в точку оптимума и проводится сравнение с эталонными распределениями, соответствующими базовой топологии пространства ординации. Объекты считаются эквивалентными, если они имеют статистически сходные положение оптимума и гомотопический коэффициент.

Методы и результаты картирования усыхающих еловых насаждений на основе аэрокосмической и наземной информации в республике Беларусь Торчик Н.И., Кулагин А.П., Тяшкевич И.А., Котова Е.В., Ильючик М.А., УП «Белгослес», г. Минск, Беларусь Космическая информация — важная составляющая стабильного развития в различных отраслях экономики. Анализ динамики этого процесса за рубежом показывает, что в развитых странах объем рынка данных дистанционного зондирования Земли и их применения ежегодно возрастает на 10–15%. В лесном хозяйстве республики Беларусь этот показатель составляет около 30%. В апреле 2002 года в системе лесного хозяйства республики Беларусь на базе Лесоустроительного республиканского унитарного предприятия «Белгослес» установлена и действует региональная

164

Лесное хозяйство

станция приема космической информации. Аппаратно-программный комплекс «УНИСКАН» позволяет принимать в режиме реального времени и осуществлять тематическую обработку космических снимков «Метеор 3М» и «Terra» (сканер Modis). Необходимость использования аэрокосмической информации связана с тем, что леса испытывают на себе негативное воздействие множества неблагоприятных факторов: биотических (вредители и болезни), абиотических (аномальные погодно-климатические условия) и антропогенных (хозяйственная деятельность). В совокупности эти факторы существенно влияют прежде всего на состояние еловых насаждений. Для определения состояния еловых насаждений разработана многоуровневая система наблюдения, имеющая космический, авиационный и наземный уровень. Космический уровень включает в себя изучение площадного усыхания еловых насаждений с использованием космических снимков с различных носителей: «Метеор 3М», Landsat 7 ETM+, Terra (система Aster) и других. Для каждой космической системы разработаны алгоритмы и технологии компьютерной обработки снимков с целью получения тематических карт с площадями усыхания еловых насаждений. Авиационный уровень оценки кризисных состояний лесных насаждений заключается в выполнении летносъемочных работ с борта вертолета МИ-2 ГУ «Беллесавиа» аппаратно-программным комплексом ВСК-2 и оперативном использовании полученных материалов. Наземный уровень включает натурное обследование усыхающих еловых насаждений по маршрутным ходам с использованием обработанных аэрокосмических снимков и закладку пробных площадей в очагах усыхания в соответствии с «Инструкцией по экспедиционному лесопатологическому обследованию». Кроме того, в комплекс наземных исследований включалась ГИС «Лесные ресурсы». Работы по наблюдению за усыхающми еловыми насаждениями показали, что очаги усыхания имеют куртинный характер, реже площадной. С целью площадного прогноза были собраны данные по площадям усыхания ельников на территориях Столбцовского, Воложинского, Молодечненского, Вилейского и Сморгонского лесхозов (Вилейско-Воложинский тестовый полигон). Также были проанализированы построенные исполнителями и приобретенные в других организациях тематические карты по территории полигона масштаба 1 : 200 000: карта-схема лесхозов с площадями усыхающих ельников, карта геолого-тектонического строения кристаллического фундамента, карта магнитного поля, карта поля силы тяжести, карта локальных аномалий поля силы тяжести, карта локальных

Лесное хозяйство

165

аномалий горизонтального градиента поля силы тяжести, гидрогеологическая карта, карта четвертичных отложений, геоморфологическая карта, карта неогеодинамических зон, карта радионуклидного загрязнения, карта среднегодового расчетного значения общего количества аэрозольного загрязнения лесных массивов. Комплексный анализ всех собранных материалов показал, что основные очаги усыхания еловых насаждений связаны с особенностями глубинного геологического и тектонического строения и аномальными геофизическими полями. Значительную роль играют неотектонические подвижки земной коры. Ландшафтные условия слабо влияют на площадное распределение усыхающих ельников. Из наиболее значимых факторов следует отметить хозяйственную деятельность человека и тенденцию к потеплению климата.

Методика дешифрирования промышленного воздействия на северную растительность по многозональным космическим снимкам LANDSAT Тутубалина О.В., ИТЦ «СканЭкс», г. Москва, Россия Шипигина Е.А., Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия Современные методы мониторинга и оценки состояния экосистем в большой степени опираются на материалы дистанционных съемок. Космические снимки — важный источник информации о современной ситуации в обширных и труднодоступных регионах России, особенно северных. Дешифрирование космических снимков, подтвержденное наземными исследованиями, позволяет оценить состояние экосистем, а также прогнозировать развитие ситуации при разных уровнях техногенного воздействия на них. Из всех компонентов ландшафта растительность является наиболее информативным элементом и лучше всего отображается на многозональных космических снимках. На основе обобщения опыта многолетних исследований в зоне влияния комбината «Североникель» (Кольский полуостров) нами разработана усовершенствованная методика составления карт состояния северной растительности в районах промышленного воздействия. Методика апробирована для космического снимка Landsat 7 ETM+ 2000 г. и включает следующие этапы. 1. Предварительная кластеризация объектов на снимке по алгоритму ISODATA и интер-

166

Лесное хозяйство

претация классов. 2. Полевая проверка полученной предварительной карты кластеризации на эталонных участках для каждого класса. 3. Получение итоговой карты с помощью экспертной классификации в программе ERDAS Imagine 8.5 на основе «дерева решений». В решающих правилах использовались сочетания значений классов, полученных в результате компьютерной обработки снимка Landsat 7 ETM+ по алгоритму ISODATA, параметров, полученных по цифровой модели рельефа масштаба 1 : 200 000 и слоев-масок (региона исследования, границ города Мончегорска, сельскохозяйственных земель, горных тундр, поврежденных тундр, гарей), созданных путем цифрования по космическому снимку. На итоговой карте лесная растительность подразделяется на четыре группы по степени повреждения: от техногенной пустоши (практически полное отсутствие растительности) до слабо поврежденной растительности (доля погибших и поврежденных деревьев менее 40 %). Горно-тундровые экосистемы разделены на три группы: техногенные пустоши, сильно и слабо поврежденные промышленными выбросами тундры. На полученной карте четко отображаются зоны разной степени повреждения растительности, в пределах которых наблюдается сложное пространственное сочетание экосистем разных групп повреждения. Взаимная яркостная калибровка космических снимков Landsat 5 TM 1986 г. и Landsat 7 ETM+ 2000 г. и использование разностей значений яркости в красной спектральной зоне позволили создать карту изменения состояния растительного покрова в районе комбината «Североникель» с 1986 г. по 2000 г. Калибровка осуществлялась с помощью линейной регрессии отдельно по трем спектральным зонам: зеленой, красной и средней инфракрасной (в связи с отсутствием в снимке 1986 г. ближней инфракрасной зоны). Исследование изменения яркости объектов показало, что красная спектральная зона наиболее информативна (из имеющихся) для выявления изменений состояния растительности. В результате анализа полученной карты изменений можно сделать следующие выводы: идет процесс частичного восстановления растительности по понижениям и эрозионным ложбинам; растет число гарей; расширяется городская черта Мончегорска и карьер по добыче строительных материалов; появляются одиночные строения на равнинных территориях. Карта изменения состояния растительности в изучаемом районе подтвердила тенденции, наличие которых отмечается в разнообразных наземных исследованиях этой территории, находящейся под сильным техногенным прессингом.

Изображения Земли из космоса: роль в образовании Аэрокосмическое Интернет-образование: опыт Межуниверситетского аэрокосмического центра Балдина Е.А., Тутубалина О.В., Чалова Е.Р., Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия Современные системы изучения Земли из космоса предоставляют значительные объемы информации о состоянии окружающей среды, которые становятся доступными все более широким массам пользователей благодаря развитию телекоммуникационных технологий. В рекламно-информационных целях сведения о снимках и огромное количество их образцов размещаются в сети Интернет, космические снимки печатают в журналах, используют в телевизионных передачах, современные ГИС-проекты не обходятся без космических снимков — все это рождает спрос на аэрокосмическое образование. В докладе рассматриваются разработки в области дистанционного аэрокосмического образования на основе сети Интернет, которые ведутся в Межуниверситетском аэрокосмическом центре при Географическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова, действующем на базе Лаборатории аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики. Деятельность Центра со времени его основания в 1978 г. была направлена на становление и укрепление аэрокосмического образования в стране. Он оказывал научно-методическую помощь университетам страны в организации новых, современных курсов по аэрокосмическим методам географических исследований. В последние годы Центр проводит Интернет-семинары. За период осень 2000 г. — весна 2003 г. Центром проведено 5 Интернет-семинаров: 1. «Получение космических снимков по сети Интернет», 2. «Компьютерная обработка аэрокосмических снимков. Работа с многозональными снимками в свободно распространяемой программе MultiSpec», 3. «Аэрокосмические снимки для школьного образования. Тема: Горы. Высотная поясность»,

168

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

4. «Новые типы снимков. Terra: ASTER, MODIS, MISR», 5. «Аэрокосмические снимки для изучения высокогорья. Динамика оледенения. Высокогорные стихийно-разрушительные явления». Выбор темы очередного семинара определяется современным состоянием аэрокосмических исследований и научными интересами лаборатории с учетом пожеланий участников семинаров. При подготовке семинара мы ставим задачу представить новый вид материалов или метод обработки снимков и продемонстрировать возможность их применения в географических исследованиях. Опыт проведения пяти Интернет-семинаров позволил выделить основные проблемы: u колоссальные объемы аэрокосмической информации не дают заинтересованным потребителям приобщиться к широкому ее использованию — необходим поиск оптимальных способов представления снимков с минимальными потерями географического содержания; u дистанционному аэрокосмическому образованию необходимо учебно-методическое обеспечение — наборы учебных снимков, программное обеспечение и т.д.; u для подготовки и проведения Интернет-семинаров необходим коллектив специалистов, обеспечивающих координацию и связь с участниками семинара, научное консультирование (специалисты по проблеме), выбор исходных данных (в результате поиска по сети или в архивах), разработку учебно-методических материалов, оформление веб-страниц семинара и поддержку сайта. Дистанционное аэрокосмическое образование мы рассматриваем как новое направление классической образовательной деятельности Московского университета по распространению и популяризации научных знаний.

Университетский центр приема, организации и обработки региональных данных дистанционного зондирования Земли Гриценко В.А., Чугаевич В.Я., Заболотнова Е.Ю., Калининградский государственный университет, г. Калининград, Россия Стратегическим мотивом уже ведущейся в университете работы является создание центра обработки данных дистанционного зондирования для решения комплекса фундаментальных научных и регионально ориентированных прикладных задач исследования изменчивости естественных природных комплексов Калининградской области и прилегающей к ней акватории Балтийского моря, а также внедрение ДДЗ в практику учебного процесса на физическом, математическом, географическом и биологическом факультетах. Работа над данным проектом обусловлена следующими основными обстоятельствами. (А) Фундаментальным научным интересом к процессам трансграничного атмосферного переноса, проходящего через территорию Калининградской области, а также его влиянию на поверхностную циркуляцию Балтийского моря, и особенно его прибрежной части. Научные работы сотрудников КГУ по изучению изменчивости этих природных комплексов продолжаются уже много лет. Спутниковые наблюдения, с одной стороны, дополнят уже имеющиеся представления об изучаемых объектах, а с другой, за счет целостного взгляда, — помогут выполнить обобщение ранее полученных результатов. (Б) Региональным прикладным интересом в связи с задачами рационального природопользования и задачами экологического характера. Например, процессы водообмена в районе Балтийского пролива относятся к числу немногих важнейших факторов, определяющих фоновый уровень экологического состояния всей прибрежной зоны Калининградского побережья. Значимость данного вопроса очевидна и постоянно обсуждается на региональных научных конференциях. Создаваемый центр естественным образом вписывается в уже существующие программы научных работ КГУ и позволит повысить качество их выполнения, а также поможет внедрить современные методы и технологии в учебный процесс Калининградского университета. Существующая в настоящее время экономическая ситуация не способствует привлечению молодых людей к научным исследованиям. В таких условиях участие студентов, аспирантов и молодых ученых КГУ вместе с ведущими учеными в практическом решении

170

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

актуальных научных задач может оказать значимое воздействие на процесс формирования их будущих профессиональных интересов. В списке актуальных научных задач уже сегодня значатся следующие: изучение особенностей трансграничного атмосферного переноса в северо-западном регионе; изучение динамики и термической структуры вод на Калининградском побережье Балтийского моря; сбор данных для оценки изменчивости природных комплексов территории Калининградской области; обучение студентов и аспирантов технологиям обработки результатов дистанционного зондирования. Полученные научные результаты уже стали основой для курсовых и дипломных работ студентов географического и физического факультетов, а также расширили экспериментальный материал диссертационных работ аспирантов КГУ. Работы над проектом выполняются при поддержке грантов ФЦП «Интеграция» (№ Б 0047), «Университеты России» (проект № 08.01.011) и РФФИ (проекты № 00-05-64103, 03-05-65136).

Использование космической информации в школьном туризме и краеведении Козлова Ю.В., спортивно-туристический клуб «Лидер», г. Москва Россия Туристско-краеведческая деятельность — интегративная образовательная и оздоровительная технология, органичная часть туристско-краеведческого движения и системы образования. В современных условиях поступательного развития информационных технологий необходимость использования космических снимков земной поверхности для получения более высоких результатов туристско-краеведческой деятельности обусловлена неудовлетворенностью потребности туристов в достоверной полноценной информации об особенностях районов планируемых многодневных путешествий и массовых слетов. Туристско-краеведческая деятельность в системе внешкольной работы реализуется по программам дополнительного образования, в содержании которых предусмотрен материал по обучению навыкам ориентирования. Использование космических снимков при изучении тем именно этого раздела туристско-краеведческой подготовки представляется наиболее актуальным.

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

171

Существуют объективные возможности коммерческого и некоммерческого использования космических снимков в туризме и краеведении. Например, издание и реализация через структуру территориальных туристских организаций отдельных разномасштабных карт и атласов наиболее популярных туристских районов и некоторых горных массивов в печатном виде и на электронных носителях. Космические снимки земной поверхности можно использовать для обучения навыкам ориентирования (изучения рельефа, в частности, антропогенного воздействия на рельеф); обучения метеорологическим наблюдениям (например, определения основных климатообразующих факторов). Применимы снимки и для изучения района зачетного многодневного похода (туристского лагеря). Можно дать представление о природной зональности местности, особенностях гидрографической сети, влиянии деятельности людей на природу. Кроме того, снимки можно использовать для проведения экологического мониторинга во время туристских походов (отслеживания состояния леса, загрязнения воздуха и водоемов промышленными выбросами, рекреационной нагрузки). При грамотной организации может не только носить учебный характер, но и быть общественно-полезным.

Дистанционное зондирование в исследованиях Земли как системы: международный симпозиум IGARSS’2003 Кравцова В.И., Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия Современное обращение мирового сообщества по дистанционному зондированию к нуждам планеты Земля ярко продемонстрировал очередной симпозиум Международного общества наук о Земле и дистанционного зондирования IGARSS (International Geosciences and Remote Sensing Society), прошедший 21–25 июля 2003 г. в Тулузе, Франция. Очень широкая международная представительность симпозиума (1200 участников из 56 стран, 2400 докладов на диске с материалами симпозиума) свидетельствует о вовлечении всего мирового сообщества в космические исследования: в их выполнение или использование материалов, полученных со спутников. Поскольку симпозиум проходил в Европе, на нем не столь сильно, как на предыдущем канадском, ощущалась определяющая роль

172

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

NASA (National Aeronautic and Space Agency, США) в космических исследованиях. Тем не менее основная провозглашенная NASA идея — исследование Земли как системы, которое в связи с возникшими глобальными экологическими проблемами рассматривается в качестве основной задачи космических исследований первой четверти XXI века и составляет зерно долговременной программы ESE (Earth Science Enterprise), — разделяется мировым сообществом. Симпозиум показал, в частности, что европейское сообщество вполне осознало необходимость исследования Земли как системы для того, чтобы «понять и защитить нашу планету». Европейское космическое агентство ESA выдвинуло встречную программу «Живая планета», цель которой — обеспечить понимание различных процессов в системе Земли с помощью нового поколения спутников и новаторских технологий. Она провозглашает триединую задачу: развитие новых знаний о Земле — защита Земли и ее среды — управление земными процессами. Для ее решения необходим большой набор определяемых параметров и, следовательно, разнообразие измерительной аппаратуры, нужен «коктейль сенсоров». Другая сторона вопроса — переход от измеряемых параметров к характеристикам Земли, в связи с чем первостепенное значение придается моделированию, разработке моделей процессов в атмосфере, океанах, на земной поверхности и их взаимодействия. В докладе дается анализ материалов симпозиума по вопросам: u моделирование процессов в науках о Земле; u новые спутники — недавно запущенные и разрабатываемые; u методы обработки снимков, новые программные средства; u новые виды геовидеопродукции; u проблемы хранения и распространения данных; u применение данных дистанционного зондирования; u образование в области дистанционного зондирования Земли.

Школьная лаборатория «Земля из космоса» Смирнова Е.В., Некоммерческое партнерство «Прозрачный мир», г. Москва, Россия Развитие науки, техники, информационных технологий в наши дни предъявляет высокие требования к школьному образованию. И по содержанию, и по форме современное образование должно

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

173

учить мыслить, находить нестандартные решения в разных ситуациях и отстаивать собственную позицию. Мы живем в постоянно меняющемся мире, и образование уже не может носить просто информационный характер. Сегодня образование становится одним из основных средств обеспечения личной, групповой и общечеловеческой безопасности. Современной дидактике известны многие методы обучения, но далеко не каждый педагог реализует в своей работе все доступные возможности. Это связано и с объективными трудностями (отсутствием материальной и технической базы), и с боязнью учителя отойти от старых, проверенных годами методик. Также не всякий учитель излагает материал, опираясь на межпредметные и внутрипредметные связи. Для школьника же увеличение и усложнение материала существующих курсов, появление новых предметов ведет к перегрузкам, физической усталости, потере интереса к учебе. Одним из решений перечисленных проблем может стать использование школьной лаборатории «Земля из космоса», дающей возможность ввести в обучение данные, полученные с искусственных спутников Земли. Космические снимки могут использоваться на уроках географии, экологии, биологии, естествознания, химии, основ безопасности жизнедеятельности, физики, астрономии, информатики, математики, технологии, истории, обществознания. Кроме того, данные космического мониторинга могут служить основой для проведения факультативных и внеурочных занятий с учениками разных возрастов и интересов. Занятия с использованием космической информации могут иметь и профориентационный характер, поскольку круг специалистов, использующих в своей работе данные со спутников, постоянно расширяется. С помощью лаборатории «Земля из космоса» мы предлагаем различные способы использования космической информации, доступные для российских школ с их скромным бюджетом. Входящие в состав лаборатории станции «Лиана» и «Алиса» дают возможность получать космические снимки для уроков и проводить собственные исследования — изучать изменения растительного и снежного покровов, метеорологическую и ледовую обстановки, наводнения, ураганы, температуру поверхности океана и океанические течения, пожары, вулканическую деятельность, пыльные бури. Использование станций приема космической информации позволяет получать изображения непосредственно на компьютер в школе в режиме реального времени, регулярно и бесплатно. Комплекты станций содержат подробные руководства по работе со станцией, методические пособия для учителей, которые включают как теоретические материалы, показывающие основные возмож-

174

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

ности использования космических снимков в обучении, так и разработки практических занятий, а также рабочие листы для учеников. Эти материалы можно использовать как целиком, так и частично — выбирая те темы, которые более всего отвечают интересам и задачам учителя. Работа с космическими снимками на плакатах и на рабочих листах, методические материалы для учителей, справочная и научная литература дают возможность вести обучение с учетом требований, предъявляемых к образованию сегодня. Все материалы позволяют увидеть ключевые процессы, происходящие в природе, в реальном отображении, проследить их развитие с течением времени. Разный охват и пространственное разрешение снимков позволяют изучать процессы разного масштаба. Интернет-конкурс «Живая карта» позволяет школьникам самим работать с космическими снимками. Это дает возможность попробовать распознать объекты, отобразившиеся на снимках, изучить элементы дешифрирования снимков, узнать много нового о получении и использовании космических снимков. В состав лаборатории также входят методические материалы для учителей, например, комплект игр по экологии и охране природы «Зеленый рюкзак», CD-ROM «Архив статей Соросовского Образовательного Журнала». Совместное использование данных космического мониторинга и других методов обучения позволяет школьникам исследовать окружающую среду на собственном опыте, учит принимать решения и видеть их результат, что, несомненно, повышает эффективность работы учителя. Все методические разработки опираются на программы, рекомендованные Министерством образования Российской Федерации.

Международная образовательная программа ГЛОУБ (Global Learning and Observation to the Benefit of Environment) Сурков Ф.А., Центр ГИС-технологий Ростовского государственного университета, г. Ростов-на-Дону, Россия GLOBE (ГЛОУБ) — международная образовательная программа по защите окружающей среды и партнерству в науке. Она была провозглашена в апреле 1994 г., стартовала 22 апреля 1995 г. в День Земли благодаря межправительственному соглашению между Россией и США. Программа GLOBE (Глобальное изучение и наблюдение для

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

175

пользы окружающей среды) объединяет через Интернет учеников, учителей и ученых, работающих вместе над исследованием проблем окружающей среды и мирового сообщества. В настоящее время в программе ГЛОУБ участвуют более 12 тысяч школ из более чем 100 стран мира (www.globe.gov). Цели программы ГЛОУБ состоят в повышении осведомленности людей во всем мире о проблемах окружающей среды, формировании научного понимания экологических процессов и явлений, помощи всем учащимся в достижении более высоких результатов в естественных науках, в овладении компьютерной грамотностью. Данные исследований передаются по компьютерной сети в Головной компьютер программы ГЛОУБ, откуда, в свою очередь, каждая школа-участница может получать эти сведения, собранные в разных уголках земного шара. Все данные обрабатываются в Научном Центре ГЛОУБ в целях их обобщения и получения новых знаний об окружающей среде. Членство в программе дает возможность принимать участие в международных конференциях и семинарах, организуемых администрацией ГЛОУБ. Для участия в программе ГЛОУБ хотя бы один из учителей школы должен иметь сертификат специального пятидневного курса, в рамках которого сертифицированные тренеры (как правило, сотрудники университетов) рассказывают о том, как работать в ГЛОУБ. Россия стала первой страной, присоединившейся к выполнению программы ГЛОУБ. Летом 1994 г. было подписано межправительственное соглашение об участии России в программе ГЛОУБ. В декабре 1995 г. прошел российско-американский семинар, на котором были рассмотрены организационные вопросы развертывания работы по программе в различных регионах РФ. К сожалению, в дальнейшем программа ГЛОУБ в России на государственном уровне не финансировалась и практически не поддерживалась. В настоящее время обязанности по координации программы ГЛОУБ в РФ возложены на Ростовский государственный университет. Одна из провозглашенных целей программы ГЛОУБ — перенесение в школьные аудитории самых современных технологий исследования состояния Земли. Школа — официальная участница программы должна передать в штаб-квартиру ГЛОУБ помимо официальных адресных данных также свои географические координаты, измеренные с помощью приемника GPS. Спустя некоторое время школа получает космический снимок со спутника Landsat с участком исследований 15´15 км, в центре которого расположена школа. По нему школьники могут сопоставлять ландшафты, которые видят своими глазами с их образами на космическом снимке.

176

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

Наибольшее применение в программе ГЛОУБ дистанционное зондирование Земли имеет в разделе «Земной покров». Здесь школьников учат выбирать опытные участки, выполнять необходимые натурные наблюдения на них и проводить классификацию земной поверхности по модифицированной классификации ЮНЕСКО (MUC), сопоставляющей каждому типу поверхности Земли четырехзначный код. Одновременно старших школьников учат осуществлять кластерный анализ и распознавание образов на космических снимках с помощью свободно распространяемой программы MultiSpec, разработанной специалистами НАСА. Опыт показывает, что возможность самостоятельно производить компьютерные исследования и сравнивать их результаты с данными натурных наблюдений вызывает у школьников энтузиазм и высокую активность. Большое организующее воздействие оказывают программы одновременного наблюдения некоторой территории, регулярно объявляемые на веб-сайте ГЛОУБ: в них участвуют все школы ГЛОУБ этого региона. В течение последнего года программа ГЛОУБ стала одной из образовательных программ, контролируемых НАСА. В конкурсе на пятилетнее управление программой с бюджетом в 26 млн. долларов победила команда UCAR/CSU — Корпорации атмосферных исследований университетов США и Университета штата Колорадо. Новая команда руководителей программы еще не сформулировала свои приоритеты, но, по всем признакам, планируется усиление исследовательской компоненты программы и, в частности, включение в нее измерений характеристик окружающей среды. Другим приоритетом программы ГЛОУБ становится поддержка партнерских отношений между ГЛОУБ-школами разных стран. Кроме регулярных измерений по программе, школьники исследуют и сравнивают похожие экологические системы в окрестностях своих школ. Некоторые школы (участницы программы) в Ростове-на-Дону и Ростовской области одновременно сотрудничают и в программе «Партнерство образовательных учреждений России и США для исследования и сравнения экологического состояния залива Мобил и Таганрогского залива» (http://www.gis.rnd.runnet.ru/partnership). Эта новая программа международного сотрудничества в области экологического образования является естественным продолжением международных образовательных проектов «Экомост» и «Река-к-Реке», осуществлявшихся Ростовским государственным университетом в недавнем прошлом.

Работа с космическими снимками — один из аспектов развития познавательного интереса школьников на уроках географии Татарина Т.С., Московский государственный педагогический университет, Некоммерческое партнерство «Прозрачный мир», г. Москва, Россия В современный период существует много методик, направленных на повышение познавательного интереса школьников к различным предметам. Они связаны с развитием информационных технологий, их распространенностью и воздействием на детей. Зачастую ученики владеют большей информацией или данными, нежели учитель. Что же делать учителю? Как заинтересовать ученика в своем предмете? Здесь хотелось бы остановиться подробнее на сравнительно новой форме работы с учениками — использовании космических снимков. В качестве примера возьмем такой предмет, как география. Данную форму можно использовать на всех ступенях изучения географии, но с различной частотой и объемом времени. В 6 классе это могут быть несколько минут от урока, когда снимок будет представлен в качестве ознакомительного материала и наглядного пособия. В 9 и 10 классах это может быть практическая или исследовательская работа, посторенная на основных мыслительных операциях, таких как анализ, синтез и формулировка выводов. Относительно легко определить те темы, в которых можно с максимальной пользой работать с космическими изображениями. На начальной ступени обучения предмету, в 6 классе, при рассмотрении раздела «План и карта» ученикам предлагается определить, каким цветом изображены различные территории и акватории на карте и космическом снимке; какие можно обнаружить сходства и различия; какие объекты лучше видны на карте, а какие — на космическом снимке; что можно увидеть на космическом снимке, но нельзя на карте, или наоборот и т.д. При рассмотрении материков и океанов также интересно посмотреть на их конфигурацию на снимках из космоса и сравнить с данными карты, проследить соответствие береговой линии и т.д. В 7 и 8 классах возможен подобный вариант работы, но более сложный, связанный со спецификой рассматриваемого объекта или явления. Здесь уже можно вводить виды работ, требующие более сложных операций — таких, как выведение закономерностей, которые прослеживаются на снимках или картах.

178

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

На старшей ступени обучения, в 9 и 10 классах, предыдущие виды работ можно сочетать с новыми, — такими, как рассмотрение особенностей социальной структуры. Примером может быть изучение пространственного распределения населенных пунктов и объяснение его особенностей. Также можно рассмотреть структуру города, особенности экологической обстановки на той или иной территории и т.д. Такие виды работ не могут не заинтересовать учеников, в то же время, они еще не используются в современной школе на том уровне, на котором могли бы. Такие уроки постепенно приучают детей к исследовательской работе и формируют логическое мышление, а также другие полезные навыки. Здесь были приведены только некоторые примеры использования данных со спутников. Эти примеры можно изменять, углублять, расширять, рассматривать другие темы — все зависит от фантазии учителя, а также, в какой-то мере, от учеников.

Опыт использования космических снимков при проведении студенческих практик по полевому дешифрированию Чистов С.В., Зимин М.В., Кирьянов Д.Ю., Конох О.В., Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Географический ф-т, г. Москва, Россия До недавнего времени студенты кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова проходили полевые практики по полевому дешифрированию, используя исключительно аэроснимки. Это объясняется рядом обстоятельств. Основная цель практики — создание карты природно-территориальных комплексов (ПТК) крупного масштаба на основе применения методов полевого дешифрирования и закрепление навыков создания карт по результатам съемки. При проведении маршрутных работ студенты овладевают также методами спутникового местоопределения с помощью относительно простых GPS-приемников. В последние годы в полевых условиях реализованы упражнения по точной привязке точек описания к карте с последующей трансформацией аэрофотоснимков и результатов дешифрирования в карту с реальными координатами. Наличие полевого компьютера позволило создать в камеральных условиях базы данных по всем ПТК рай-

Изображения Земли из космоса: роль в образовании

179

она практики. Впервые эти виды работ были реализованы в наиболее полном объеме в пределах Дообского горного массива, который расположен между г. Кабардинка и г. Геленджик Краснодарского края. Накопленный за три года массив информации создал предпосылки для проведения экспериментов по использованию космических снимков в полевой практике студентов. Летом 2003 г. на территорию Дообского массива были получены цифровые снимки системы Ландсат-7 с разрешением 30 м и синтезированные отпечатки. В задачу экспериментов входило, прежде всего, определение информативности подобных космических снимков для выделения ПТК территории. Установлено, что наиболее четко относительно других типов ПТК выделяются посадки сосняков независимо от их положения в рельефе, геологических особенностей подстилающих пород, состава подлеска и прочих условий. Дубовые леса, чаще всего в сочетании с другими видами древесно-кустарниковой растительности, образуют по результатам полевых обследований свыше десятка типов ПТК. На космических снимках удается относительно четко зафиксировать лишь три-четыре их разновидности. Одна из характерных особенностей территории исследования — ПТК с зарослями шибляка, состоящего преимущественно из кустарников и угнетенных древесных пород. Относительно четко выделяются заросли шибляка сухих местообитаний (в особенности сплошные заросли держидерева). На космоснимках фиксируются также все участки, лишенные растительности, — как природного, так и техногенного происхождения (обрывы, дороги и т.д.). Особо следует отметить четко выделяемые обширные виноградники и другие территории, занятые садами. В результате установлено, что по данным полевых обследований по аэрофотоснимкам выделяется свыше 30 ПТК, а по космическим снимкам (30-метрового разрешения) удается четко зафиксировать немногим более десятка комплексов. Опыт работ за один сравнительно небольшой период позволяет констатировать возможность и необходимость использования в будущем материалов космической съемки для проведения полевых практик со студентами-географами.

Мониторинг промышленных объектов Мониторинг атмосферных тепловых выбросов, связанных с нефтегазодобычей в районе каспийского моря с помощью спутниковых систем NOAA/AVHRR и TERRA/MODIS Ишанкулов М.Ш., Терехов А.Г., Муратова Н.Р., Батырбаева М., Проект ПРООН/ГЭФ, г. Астана, Казахстан Для выполнения обязательств по подписанной Республикой Казахстан в 2001 году Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях представляет интерес мониторинг пожаров в районах нефтегазодобычи. Тепловые выбросы представляют большую угрозу как источники загрязнения окружающей среды, поскольку в процессе сгорания отходов нефтегазового производства в воздух выбрасываются твердые и газообразные вещества. Среди них не только диоксиды серы, углерода и азота, углеводороды, но и стойкие органические загрязнители, еще не ставшие объектом специального исследования. Часть тепловых выбросов связана с плановой работой предприятий, часть — с аварийными ситуациями. Для слежения за стихийно возникающими и аварийными пожарами предлагается ввести систему спутникового мониторинга нефтегазовых месторождений. Такой мониторинг поможет контролирующим органам в обнаружении тепловых источников, возникших стихийно, определении времени их действия и мощности, что необходимо для расчета объемов выброса диоксинов и фуранов в окружающую среду. Система метеорологических спутников низкого разрешения NOAA/AVHRR дает информацию о температуре подстилающей поверхности в трех инфракрасных каналах (Ch3: 3,55–3,93 мкм; Ch4 10,3–11,3 мкм; Ch5 11,5–12,5 мкм) с шириной сканирования 2700 км и разрешением в надире 1,1 км. Чувствительность сканера AVHRR позволяет различать разницу температур в 0,1°С и определять абсолютную температуру с точностью 0,2°С. В настоящий момент на орбите находятся три спутника — NOAA 12, 16 и 17 с периодом обращения 102 мин. Спутниковая система EOS оснащена гиперспектральным сканером MODIS (36 спектральных каналов) с разрешением 250 м, 500 м,

182

Мониторинг промышленных объектов

1000 м и шириной сканирования в 2200 км. Наиболее полезными представляются первые два канала (Ch1: 620–670 нм; Ch2: 841–876 нм) с разрешением 250 м, которые могут быть использованы при регистрации шлейфов дыма. Высокая чувствительность спутниковой аппаратуры позволяет фиксировать источники, собственный линейный размер которых много меньше минимально регистрируемой спутником площадки (1 км2). Тепловая аномалия возникает из-за суммарного теплового излучения пламени и шлейфа теплого воздуха. Размер аномалии зависит от количества, дебета и природы формирующих ее источников, прозрачности атмосферы и параметров приповерхностного ветрового режима. Спутниковое представление теплового источника имеет вид совокупности пикселей с повышенной температурой, каждый площадью 1 км2. Суммарный тепловой градиент аномалии наиболее тесно связан с реальной тепловой мощностью источников. Для оценки фактической тепловой мощности необходимо осуществлять калибровку. Для нее используются данные мониторинга тепловых аномалий с известной и стабильной мощностью. Для иллюстрации возможностей спутникового мониторинга в период с 7 по 18 августа 2001 г. проводились ежедневные наблюдения за тремя крупными тепловыми источниками в районе Каспийского моря с температурным градиентом аномалии от 5°С и выше. Регистрировалась суммарная величина тепловых градиентов по всем пикселям аномалии, показано, что все источники имели пульсирующий характер. Это представляет определенную проблему при оценке реальных суммарных объемов выбросов продуктов сгорания.

Некоторые аспекты мониторинга объектов нефтегазодобывающей отрасли средствами дистанционного зондирования Краснопевцева Е.Б., Институт космических исследований РАН, АНО «Космос-НТ», г. Москва, Россия Представлен аналитический обзор технологий мониторинга объектов нефтегазодобывающей отрасли методами дистанционного зондирования в странах, обладающих передовым опытом в этой сфере деятельности. Основное внимание уделяется тенденции фор-

Мониторинг промышленных объектов

183

мирования интегрированных систем с многоуровневым (спутниковые и самолетные платформы, наземные методы) сбором информации. Рассмотрены перспективы использования дистанционного зондирования объектов нефтегазодобывающей отрасли с самолетных платформ цифровыми съемочными системами при проведении работ по оценке состояния объектов отрасли, а также при планировании ремонтных работ и подготовке проектов развития инфраструктуры объектов.

Материалы космического зондирования — основа оценки экологического состояния горнорудных районов Серокуров Ю.Н., АК «АЛРОСА», г. Москва, Россия Экосистемы большинства областей России достаточно хрупки и нарушение равновесия в них приводит к негативным, часто необратимым последствиям. В связи с этим своевременная организация экологического мониторинга с целью учета всех возможных последствий антропогенного вмешательства (в том числе и горнорудного) в природную среду и разработки конкретных природоохранных мероприятий крайне актуальна. Организация ретроспективного мониторинга для горнорудных районов предусматривает инвентаризацию природных ресурсов и техногенных объектов в региональном (1 : 500 000), локальном (1 : 100 000) и детальном (1 : 10 000) масштабах; создание региональных, детальных и детализационных баз данных в качестве единой информационной основы для принятия различных управленческих решений; выявление пространственно-временного распределения опасных изменений геологической среды; прогнозирование распространения загрязнений. В качестве исходных материалов целесообразно использовать аэро- и космические съемки разных лет, что обусловлено крайне быстрым изменением природных геокомплексов в процессе поисков, разведки и вовлечения в эксплуатацию месторождений, а также имеющиеся топографические, геологические, геофизические, геохимические, радиометрические карты и схемы. В совокупности эти материалы позволяют: u с большой достоверностью проводить физико-географическое районирование территорий на различных таксономических уровнях по снимкам разного разрешения (малого, среднего и детального);

184

Мониторинг промышленных объектов

Мониторинг промышленных объектов

185

наблюдать динамику изменения ландшафта по разновременным съемкам, что важно для составления карт антропогенной изменчивости территорий; u проводить комплексное дешифрирование основных компонентов ландшафта с учетом почвенных и геоботанических границ. Вторая задача — это организация мониторинга в реальном масштабе времени, то есть оперативное получение представительной и достоверной информации обо всех опасных и экологически значимых изменениях геологической среды и техногенно-природных объектов; постоянное пополнение информацией комплектов тематических карт. Ретроспективный банк данных для горнорудных районов подразумевает создание четырех уровней сопряженной информации в электронной форме (см. рисунок). Первый уровень объединяет все первичные данные о дистанционных аэро- и космических съемках разных лет и видов, карты рельефа и речной сети, геологические, гидрогеологические, геофизические, геохимические, радиометрические и прочие схемы. Второй уровень содержит материалы первичной обработки исходных данных (компьютерные варианты преобразования изображений, различного рода фильтрации, варианты синтеза, межканальные преобразования; схемы размещения растительности; техногенных объектов; геологических объектов, тектонических деформаций, линеаментов; схемы интерпретации геофизических полей; карты аномальных содержаний элементов и радиоактивности и т.д. Третий уровень образуют материалы, подвергшиеся различным количественным и качественным преобразованиям. Частично они уже пригодны для принятия некоторых управленческих решений. Четвертый уровень представляют материалы, созданные в результате синтеза ранее полученных данных (эколого-геофизическая, эколого-геологическая, эколого-геохимическая, эколого-радиометрическая, эколого-гидрогеологическая, эколого-динамическая и другие схемы). u

Литература 1. Гридин В.И., Ермаков Г.И., Петрик А.И. Методология и организация работ по сопряженному мониторингу. //Горный вестник, 1997. № 1. 2. Серокуров Ю.Н. Организация экологического мониторинга с использованием космических снимков в арктических районах базирования алмазодобывающих предприятий. //В сб. Экология и рациональное природопользование. С.-Пб., 2000.

186

Мониторинг промышленных объектов

3. Серокуров Ю.Н., Люхин А.М., Калмыков И.В. ГИС — основа оценки экологического состояния районов добычи коренных алмазов и их остаточных перспектив. //В кн: Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге ХХI века. Воронеж, 2003.

Использование ДДЗ при исследованиях влияния на окружающую среду объектов нефтегазодобывающей отрасли Томской области Скугарев А.А., Базанов В.А., ТЦ Томскгеомониторинг, г. Томск, Россия С интенсивным развитием нефтегазодобывающей отрасли Западной Сибири, активным освоением новых нефтяных и газовых месторождений, строительством продуктопроводов и других технологических объектов возникает все большая потребность в разнообразных данных инженерно-экологического и природоохранного назначения. В связи с плохой освоенностью и труднодоступностью (редкой дорожной сетью, небольшим количеством населенных пунктов, высокой заболоченностью и обводненностью территории) наряду с наземными способами оценки природных условий особую важность приобретают (в связи с дороговизной традиционных методов исследований) оценки, полученные с помощью ДДЗ. В 2002–2003 гг. специалистами ТЦ Томскгеомониторинг осуществлялся ряд хозяйственных и исследовательских проектов на территории нефтяных месторождений Западной Сибири. Анализ фондовых материалов по изучаемым территориям показал, что на участки работ отсутствуют качественные и актуальные картографические материалы. Существующие карты и схемы были устаревшими, а иногда и попросту некорректными. В ряде случаев эту проблему удалось решить при помощи, а порой только благодаря ДДЗ. При проведении работ использовались данные приборов ETM+ (Landsat 7), PAN и LISS (IRS 1C/1D), а также архивные материалы аэрофотосъемки 1983 г. Так, для проведения работ по оценке влияния шламовых амбаров на болотные экосистемы на территории Западно-Моисеевского и Двуреченского нефтяных месторождений на основе дешифрирования данных приборов PAN, LISS (IRS 1C/1D) и ETM+ (Landsat 7), а также с использованием имеющихся отчетов и обзорных схем, были

Мониторинг промышленных объектов

187

составлены схемы инфраструктуры месторождений с отображением таких объектов, как кустовые и промышленные площадки, автодороги, трассы трубопроводов и ЛЭП, карьеры, разведочные скважины, а также лесов, болот, объектов гидрографии. Заверка результатов дешифрирования выполнена с использованием приемников системы GPS во время проведения полевых работ. При проведении работ на Оленьем нефтяном месторождении потребовалось классифицировать территорию болот внутри лицензионного участка месторождения по микроландшафтам с выделением стокоформирующих участков — топей выклинивания, отнесенных к водным объектам. Работа была проведена на основе дешифрирования материалов аэрофотосъемки 1983 г. и данных ETM+ (Landsat 7). На основе проведенного дешифрирования и классификации составлена карта болотных микроландшафтов. Для актуализации и корректировки схемы существующей на территории месторождения инфраструктуры использованы данные прибора ETM+ (Landsat 7). При выполнении указанных выше работ по материалам ДЗЗ составлены разнообразные тематические карты (геоботаническая, ландшафтная, и др.) по территориям месторождений, в частности, карта водоохранных зон и прибрежных защитных полос водных объектов для лицензионного участка Ольеньего нефтяного месторождения.

Литература 1. Базанов В.А., Егоров Б.А., Льготин В.А., Скугарев А.А. Современная пространственная динамика Большого Васюганского болота (на примере междуречья рек Икса–Шегарка). //Сборник статей «Большое Васюганское болото. Современное состояние и процессы развития», Томск: Изд-во ИАО СО РАН, 2002. 2. Исаев А.С., Волков И.А., Седых В.Н. и др. Дистанционные исследования ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1987.

Дистанционные исследования экологического состояния промышленных центров Средней Сибири Снытко В.А., Коновалова Т.И., Институт географии СО РАН, г. Иркутск, Россия Средняя Сибирь — географический узел контрастных природных условий и центром индустриального освоения Азиатской России со значительной антропогенной нагрузкой на природу и здоровье человека. Для региона характерны проблемы, связанные с размещением крупных промышленных производств, низким потенциалом самоочищения атмосферы, тесной территориальной взаимосвязью городов, слабой устойчивостью природных комплексов. Из-за применения производственных технологий с недостаточной экологической защитой характерно увеличение заболеваемости и смертности городского населения. В связи с этим природоохранная деятельность и мониторинг состояния окружающей среды в экологически неблагополучных районах стали ведущими направлениями в работе различных администраций. Несомненно, что современное информационное обеспечение данными космических съемок играет здесь приоритетную роль. Традиционные методы сбора и обработки материалов не могут в полной мере решать экологические проблемы крупных регионов и городов. Данные дистанционного зондирования Земли дают существенные преимущества в оперативности получения информации, в выборе времени съемок, в изучении значительных по площади территорий, в системном подходе к решению поставленных задач. В этом направлении исследований пока еще мало сделано, так как природно-антропогенные системы и их среда, как правило, изучаются лишь по отдельным компонентам и в отрыве от ландшафтных особенностей регионов. Можно выделить следующие классы региональных геоэкологических задач, которые решаются при помощи материалов космических съемок: общая оценка природного состояния территории; анализ особенностей взаимодействия природных и техногенных объектов; оценка характера антропогенного воздействия на ландшафты; мониторинг экологического состояния; прогноз преобразования окружающей среды. В пределах городов оцениваются: структура городских и природных ландшафтов, антропогенные модификации последних; взаимодействие природных и техногенных объектов, особенности формирования поля загрязнения; качественная характеристика ореолов загрязнения; тепловые структуры ландшафтов.

Мониторинг промышленных объектов

189

Информационным стержнем этих исследований служат взаимодополняющие дистанционные материалы, которые уточняются и детализуются выборочными наземными изысканиями и другой информацией.

Диагностика техносферы из космоса — цели и некоторые результаты Шухостанов В.К., Цыбанов А.Г., Ведешин Л.А., отделение «Диагностика и безопасность техносферы» РАЕН, г. Москва, Россия Дистанционное зондирование техносферы из космоса (ДЗТ) с целью исследования, диагностики и мониторинга объектов техносферы — новое, перспективное направление, которое переносит акцент в космических исследованиях с объектов и образований природной среды на объекты и сооружения техносферы. Крупнейшим, жизненно и экономически важным сегментом современной техносферы стала трубопроводная индустрия, насчитывающая миллионы километров наземных, подземных, подводных коммунальных, технологических, магистральных, распределительных трубопроводов, образующих тепловодогазонефтепродуктопроводные транспортные системы регионального, национального и транснационального масштаба. Космическая диагностика и мониторинг трубопроводных транспортных систем позволяют оценить общее и локальное состояние трубопроводов, их окружения, а в сочетании с наземным обследованием — провести всестороннюю диагностику технического состояния и остаточного ресурса и разработать кратко-, средне- и долгосрочные прогнозы и мероприятия по продлению ресурса, повышению надежности и уровня безопасности этих систем. Это подтверждается результатами проводимых нами космических исследований нефтегазопродуктопроводных транспортных систем. 1. Диагностика промысловых нефтегазопроводов Сибири. Создана база данных о техническом состоянии и ресурсе нефтегазопроводов, ведутся работы по получению синтезированных тематических космокарт и созданию на их основе экспертно-диагностической ГИС сети промысловой транспортной системы. 2. Космическая диагностика нефтепровода Нефтекумск — Буденновск. По космическим снимкам КФА-1000 осуществлена

190

Мониторинг промышленных объектов

диагностика пространственного положения трассы, оценка состояния технического коридора, выявлены прилегающие коммуникации, дороги, реки; проведена диагностика грунтов, почв в техническом коридоре, создана синтезированная космическая карта нефтепровода. 3. Космическая диагностика нефтепродуктопроводов в порту Пальма де Мальорка. С помощью и на базе космических снимков высокого разрешения разработаны компактные, обзорные схемы и технологии наземной диагностики; выполнена космическая диагностика инженерных сооружений и дорожного покрытия порта вдоль трассы трубопроводов. Космический снимок использован в качестве основы для нанесения и пространственной привязки дефектов в трубопроводах. 4. Космическая диагностика магистрального нефтепровода на острове Сахалин. Для различных спектральных каналов космического снимка LANDSAT-7 проведено дешифрирование и анализ выявляемости трассы нефтепровода. Выявлена трасса подземного нефтепровода длиной 200 км, объекты в коридоре трассы; проведен анализ и построена цифровая модель рельефа местности в коридоре трассы с наложенным космическим снимком. 5. Космическая диагностика подводного перехода магистральных газопроводов. На космическом снимке высокого разрешения выявлена обзорная картина подводного перехода газопроводов через р. Сылва. По прямым и косвенным признакам обнаружены все 9 ниток газопроводов, места входа газопроводов в воду, блоки крановых узлов. С использованием топоосновы космического снимка и данных космической диагностики создано когнитивно-компьютерное пространственное изображение подводного перехода газопроводов.