Спутниковый мониторинг
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Февраля 2014 в 10:23, реферат
Краткое описание
В реферате описывается технология спутникового мониторинга морских акватоий.
Вложенные файлы: 1 файл
Выпуск 13
▪
Весна 2012
▪
31
Практика применения
технологий спутникового
мониторинга в России
1
Специалист отдела оперативного мониторинга, ИТЦ «СКАНЭКС», 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 5/22, стр. 1,
www.scanex.ru, e-mail: a.cheremisova@scanex.ru
2
Руководитель пресс-службы, ИТЦ «СКАНЭКС», e-mail: nadezhda@scanex.ru
И
нженерено-технологический центр «СКАНЭКС» на протяжении мно-
гих лет развивает космические технологии в области спутниковой
съемки, внедряет инновационные продукты, созданные на основе дан-
ных дистанционного зондирования Земли из космоса. В центре соз-
даны технологии приема и обработки результатов спутниковой съемки, а так-
же технологии оперативного доведения информационных продуктов, созданных
на их основе, до потребителей. Для решения многих задач, особенно в чрезвы-
чайных ситуациях, важна оперативность получения спутниковой информации.
В ИТЦ «СКАНЭКС» сформирована группа оперативного мониторинга, специа-
листы которой работают над проектами наблюдения и контроля пожарной обста-
новки, хода половодья и паводков, чрезвычайных ситуаций (ЧС) антропогенного
и природного характера и т.д.
Оперативный спутниковый мониторинг чрезвычайных ситуаций
Использование данных дистанционного зондирования Земли становится неотъ-
емлемой частью при мониторинге крупных техногенных и природных ЧС (поло-
водье, пожары, обвалы, оползни, аварии и др.). Космические снимки позволяют
объективно оценивать масштабы ЧС, нанесенный ущерб, а также повысить до-
стоверность прогнозирования ЧС.
А.М. Черемисова
1
, Н.В. Пупышева
2
Ключевые слова: спутниковые снимки, мониторинг, чрезвычайные ситуации,
экологическая обстановка, морские акватории
Key words: satellite images, monitoring, emergency situations, environmental situa-
tion, maritime
Тема номера
32
▪
Земля из космоса
Оперативная спутниковая съемка весеннего половодья
В весеннее-летний период осуществляется спутниковый
мониторинг хода половодья на крупнейших реках России.
Для решения связанных с этим задач используются радио-
локационные и оптические спутниковые данные разно-
го пространственного разрешения, которые в режиме
прямого приема поступают на сеть станций «УниСкан»
Центра «СКАНЭКС» (установки в Москве, Иркутске, Меги-
оне и Магадане).
Спутниковая съемка рек России начинается в период
формирования ледяного покрова (осенне-зимний период).
Ранняя съемка интересующих районов необходима для про-
гнозирования мощных весенних заторов льда. В весеннее-
летний период фиксируются основные этапы вскрытия рек:
подвижки льда, ледоход и очищение русла рек ото льда.
В ходе мониторинга изучаются временные серии снимков,
отображающие динамику вскрытия рек и развитие полово-
дья, а также позволяющие обнаружить заторы льда и оце-
нить уровень подъема воды.
Использование космической информации в период
половодья позволяет получить оперативный прогноз зон
затопления, оценить масштаб ситуации и нанесенный
ущерб (рис. 1).
Оперативный спутниковый мониторинг пожарной об-
становки
В летне-осенний период осуществляется спутниковый мо-
ниторинг пожарной обстановки на всей территории Рос-
сии. Создана автоматическая система детектирования оча-
гов пожара по тепловым каналам MODIS (спутники Terra
и Aqua) — данные обновляются два раза в день. Для даль-
нейшей оценки масштабов возгорания, площадей гарей,
особенностей распространения пожара используются опти-
ческие снимки среднего и высокого пространственного
разрешения (спутники SPOT 4/5, Formosat-2). По сравне-
нию с данными Terra/Aqua MODIS использование снимков
высокого разрешения в инфракрасном диапазоне повышает
возможность обнаружения температурных аномалий и по-
зволяет выявлять большее число очагов пожаров.
Разработанные и реализуемые ИТЦ «СКАНЭКС» тех-
нологии позволяют с высокой точностью определять места
возгорания, текущее положение и размер кромки огня, пло-
щадь, пройденную огнем, а также обнаруживать малораз-
мерные очаги возгораний на ранних стадиях; оценивать ди-
намику развития лесных пожаров и площади гарей в усло-
виях сплошной облачности благодаря применению всепо-
годных радарных изображений RADARSAT-2.
Рис. 1. Река Иловля, поселок Иловля, Волгоградская обл. Слева: снимок EROS B от 19.03.10 г. Справа: снимок EROS B от 05.04.12 г., крас-
ным контуром отмечена территория подтопления (© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС»)
Отрасль ДЗЗ: стратегии развития. Космические технологии и ВТО
Выпуск 13
▪
Весна 2012
▪
33
Для оперативной передачи информации о текущей по-
жарной обстановке создан специализированный веб-портал
«Космоснимки — Пожары» (fires.kosmosnimki.ru), где еже-
дневно обновляются материалы наблюдения. В геосервисе
реализована технология на основе автоматического алгорит-
ма, которая позволяет отдельно зарегистрированные очаги
объединять в один пожар. Такая кластеризация очагов дает
возможность отследить динамику развития пожаров, оце-
нить их силу, площадь, определить за конкретный период
суммарную площадь территории, пройденную огнем.
Также разработана методика мониторинга очагов по-
жаров малой интенсивности с помощью сканеров высоко-
го разрешения. В основном данная технология использует-
ся для мониторинга торфяных пожаров. Поиск очагов по-
жаров низкой интенсивности выполняется с помощью дат-
чиков высокого разрешения, работающих в инфракрас-
ном диапазоне. Для этих целей используются, в частности,
снимки со спутников серии SPOT. Данная методика, разра-
ботанная в ИТЦ «СКАНЭКС», позволяет обнаружить тор-
фяной пожар, например, в том случае, когда торф не го-
рит, а тлеет. Результаты работ используются для организа-
ции спутникового контроля состояния торфяных разрабо-
ток и оперативного тушения возгораний на начальном эта-
пе (рис. 2).
Оперативный мониторинг крупных техногенных ката-
строф
Благодаря собственной сети универсальных станций при-
ема информации от 16 спутников ведущих мировых про-
грамм ДЗЗ ИТЦ «СКАНЭКС» оперативно получает и обра-
батывает космические изображения в квазиреальном мас-
штабе времени по всем регионам России. Это позволяет
принимать срочные заказы, связанные с мониторингом тех-
ногенных аварий и катастроф (рис. 3), и получать данные
в течение 24 часов после происшествия.
Спутниковый мониторинг деятельности промыш-
ленных предприятий
Технология мониторинга деятельности промышленных
предприятий заключается в сравнительном анализе раз-
новременных спутниковых изображений. Разработанные
в ИТЦ «СКАНЭКС» технологии позволяют осуществлять:
• оперативный контроль большого количества географи-
чески распределенных объектов;
• контроль хода строительства объектов;
• обнаружение фактов нелегальной деятельности;
• контроль рационального использования территории
объекта;
• контроль экологической безопасности промышленного
предприятия (обнаружение и анализ места аварии).
В качестве основных источников информации исполь-
зуются спутниковые изображения объектов высокого про-
странственного разрешения (0.5–2.5 м).
К примеру, на основе разновременных космических дан-
ных можно измерять высоту строящихся объектов, что не-
маловажно при контроле хода строительства (рис. 4), оце-
нивать развитие инфраструктуры территорий.
Наблюдение за состоянием морских акваторий
В зону оперативного наблюдения, осуществляемого с помо-
щью сети приемных станций ИТЦ «СКАНЭКС», входят все
моря Российской Федерации. Это позволяет проводить мо-
Рис. 2. Торфяной пожар около н.п. Изоплит и Озерки, Конаков-
ский муниципальный район, Тверская обл. Снимок Landsat 5, дата
съемки 7 июня 2011 г.
Рис. 3. Судно Oriental Angel, севшее на мель у берегов Чукотки
в декабре 2011 г., вморожено в припайный лед около мыса
Военных Топографов. Загрязняющие вещества с судна в аквато-
рию Берингова моря не поступают. Снимок EROS B, дата съемки
1 апреля 2012 г. (© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС»)
Тема номера
34
▪
Земля из космоса
ниторинг ледовой, экологической, навигационно-судовой
обстановки в акваториях, изучать популяции морских жи-
вотных, оказывать информационную поддержку в случае
аварий, катастроф и чрезвычайных ситуаций на море. Реше-
ние поставленных задач возможно при обращении к ком-
плексному использованию радиолокационных данных опе-
ративной всепогодной съемки со спутников, RADARSAT-2,
RADARSAT-1 и TerraSAR-X, а также данных с оптических
спутников. Нередко совместно с космической информа-
цией применяются наземные данные, показатели состоя-
ния приземных слоев атмосферы, характеристики системы
«океан–атмосфера».
Нефтяные загрязнения
На сегодняшний день ИТЦ «СКАНЭКС»:
• проводит всепогодный мониторинг для обнаружения
разливов нефтепродуктов в результате судовых сбросов,
эксплуатации нефтяных скважин, выносов загрязнений
со стоком реками;
• оказывает информационную поддержку системам при-
нятия решений при крупных авариях, катастрофах
и возникновении чрезвычайных ситуаций на море;
• осуществляет анализ разновременных снимков для мо-
ниторинга динамики нефтяных разливов, а также моде-
лирования их дрейфа с учетом метеорологических и ги-
дрологических параметров;
• проводит космосъемку для обнаружения естественных
выходов нефти на морскую поверхность (сипов, гри-
фонов) в интересах геологоразведки перспективных
структур.
Так, анализ радиолокационной информации позволя-
ет обнаружить пленочные загрязнения на поверхности
моря, увидеть их пространственно-временное распреде-
ление, идентифицировать источники загрязнения, а так-
же спрогнозировать дальнейшее распространение за-
грязнения.
Анализ изображений оптических датчиков используется
для оценки общей экологической обстановки, в частности
позволяет создать карты распределения температуры воды,
концентрации хлорофилла-а и взвеси.
Для идентификации и наблюдения за состоянием ста-
ционарных морских объектов используются высокодеталь-
ные спутниковые изображения (рис. 5).
Сравнение разновременных снимков и использование
программы «Глобал СканДрифтер» (разработана в ИТЦ
«СКАНЭКС») позволяет моделировать перенос нефтяных
загрязнений на 72 часа «вперед» и «назад» — всё это по-
могает определить место образования загрязнения, его воз-
можный источник и оценить дальнейшее развитие ситуа-
ции (рис. 6).
Передача спутниковой и аналитической информации
заказчику осуществляется в течение одного часа после про-
ведения спутниковой съемки. Все данные интегрируются
на базе единого тематического веб-сервиса, что позволяет
с минимальной задержкой по времени принимать решения
на местах.
Так, технологии спутникового мониторинга нефтя-
ных загрязнений успешно применяются для экологическо-
го контроля Каспийского моря в интересах ООО «Лукойл-
Нижневолжснефть» с 2009 г. Для выполнения работ по
Рис. 4. Дистанционный мониторинг темпов строительства. Слева: снимок EROS B за июль 2010 г. Справа: EROS B за май 2011 г.
(© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС», 2011)
Отрасль ДЗЗ: стратегии развития. Космические технологии и ВТО
Выпуск 13
▪
Весна 2012
▪
35
проекту была создана многофункциональная веб-ГИС
«Космоснимки — Лукойл». Система содержит все резуль-
таты мониторинга: интегральные карты распределения не-
фтяных загрязнений и навигационно-судовой обстановки;
результаты анализа пространственно-временного распреде-
ления нефтяных пятен; материалы классификации загряз-
нений с привязкой к их вероятным источникам; информа-
ция о гидрометеорологической обстановке в период мони-
торинга; результаты прогнозных расчетов перемещения об-
наруженных устойчивых нефтяных пятен.
В 2011 г. ИТЦ «СКАНЭКС» успешно провел оператив-
ный спутниковый мониторинг судов сопровождения во вре-
мя транспортировки морской ледостойкой стационарной
платформы «Приразломная» от порта Мурманска к месту
установки. Главной целью мониторинга было наблюдение за
процессом транспортировки и возможными разливами не-
фтепродуктов. Также в 2011 г. центром выполнен контроль
экологической обстановки в районе разведочного бурения
в Охотском море. На период буксировки СПБУ «Кольская»
заказов на спутниковый мониторинг не поступало. В даль-
нейшем специалистами ИТЦ «СКАНЭКС» был восстанов-
лен маршрут транспортировки СПБУ «Кольская» на основе
имеющихся спутниковых снимков и данных системы АИС
и составлена карта района бедствия
1
(рис. 7).
Навигационно-судовая обстановка
Одной из задач оперативного спутникового мониторин-
га является определение положения судов и их интеграция
с данными АИС
2
. Такой подход позволяет:
• проводить оперативный контроль судоходства;
• обнаруживать суда, причастные к нарушению экологи-
ческого законодательства;
• обнаруживать аварийные суда, терпящие бедствие;
• выявлять неопознанные суда, которые не подают сигна-
лы автоматической идентификации, в том числе занима-
ющиеся нелегальным рыболовством.
Обнаружение судов на всепогодных радиолокационных
снимках происходит в процессе анализа яркостных харак-
теристик изображений. Впоследствии определяются коор-
динаты и размеры судна, информация сопоставляется с дан-
ными АИС.
Ледовая обстановка
Космические данные о ледовой обстановке, в особенности
вдоль судоходных трасс, могут являться единственным опе-
ративным источником информации. Спутниковые сним-
ки позволяют оценить ледовую обстановку и используют-
ся, в частности, для организации движения ледоколов по
оптимальному маршруту с учетом реальной ситуации.
Специалистами центра «Север» ААНИИ на основе кос-
мических снимков создаются детализированные ледовые
карты с возможным анализом дальнейшего развития обста-
новки. Такие динамические карты в осенне-зимний и ве-
сенний периоды позволяют устанавливать этапы наступле-
ния ледостава, а также освобождения водной поверхности
ото льда.
ИТЦ «СКАНЭКС» предоставляет продукты, созданные
на основе радарных данных, в режиме, близком к реально-
му времени, для мониторинга ледовой обстановки в Кар-
ском, Белом, Восточно-Сибирском морях, море Лаптевых
Рис. 5. Платформа «Приразломная». Фрагмент снимка EROS B,
дата съемки 17 августа 2011 г. (© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС», 2011)
Рис.6. Моделирование нефтяного разлива по данным ENVISAT-1, дата
съемки 13 апреля 2011 г., 19:32 UTC (© ESA, ИТЦ «СКАНЭКС», 2011)
Тема номера
36
▪
Земля из космоса
и Чукотском море, Восточно-Сибирском, Чукотском, Бе-
ринговом и Охотском морях в интересах ФГУП «Атом-
флот». При помощи современных каналов связи капитаны
ледоколов получают оперативную информацию о ледовой
обстановке для оптимизации маршрутов движения. Опе-
ративно переданные данные позволяют повысить безопас-
ность ледовой проводки судов.
Также совместно с ФГУП «Атомфлот» осуществляет-
ся проект по оперативному спутниковому детектирова-
нию крупных стамух
3
в мелководных районах Карского
и Восточно-Сибирского морей, где непосредственно про-
ходят судоходные трассы. Решение данной задачи имеет
большое значение для безопасности мореплавания. Для об-
наружения стамух используются данные с КА RADARSAT-1
и ENVISAT-1, EROS A/B, SPOT 5, Terra/Aqua (MODIS).
В ходе работы изучаются параметры стамух и образующе-
гося вокруг них припая (рис. 8).
ИТЦ «СКАНЭКС» и ФГУП «Атомфлот» проводят так-
же совместный эксперимент по оперативному спутниково-
му обнаружению айсбергов. В качестве акватории изучения
был выбран пролив Вилькицкого. Использование оператив-
ных спутниковых данных для обнаружения местонахожде-
ния айсберга и последующего моделировании его дрейфа
позволяет повысить безопасность судоходства, а также свое-
временно предотвратить столкновение со статическими
объектами на шельфе.
Экологический мониторинг
ИТЦ «СКАНЭКС» регулярно проводит экологический мо-
ниторинг для решения задач изучения и сохранения попу-
ляций животных, биоразнообразия того или иного региона,
оценки уровня рационального природопользования и т.д.
Один из таких проектов организован совместно с Всемир-
ным фондом дикой природы (WWF России) и Советом по
морским млекопитающим (СММ). Были разработаны мето-
дики по обнаружению арктических млекопитающих (мор-
жей, тюленей, медведей) на космических снимках. Прове-
дение подобного мониторинга позволяет изучать популя-
ции, оценивать степень влияния на них климатических из-
менений и антропогенной нагрузки, предотвращать воз-
можную гибель особей.
Так с помощью высокодетальных данных спутниково-
го мониторинга были обнаружены береговые залежки ат-
лантического моржа (занесен в Красную книгу РФ) в юго-
восточной части Баренцева моря. Для анализа используются
архивные снимки той же территории. Это позволяет опре-
делить, что на новом изображении присутствуют живот-
ные, а не статические объекты (рис. 9).
Рис. 8. Стамуха в Восточно-Сибирском море. Снимок SPOT 5, дата
съемки 2 апреля 2012 г. (© SpotImage, ИТЦ «СКАНЭКС», 2012)
Рис. 7. Карта района бедствия СПБУ «Кольская» с векторными
данными АИС-трека СПБУ «Кольская» с 11.12.11 г. по 19.12.11 г.
и спутниковыми радиолокационными изображениями места раз-
ведочного бурения на Западно-Камчатском шельфе и района
бедствия:
1) место разведочного бурения на Западо-Камчатском шельфе.
RADARSAT-1, 11.12.11 19:49 UTC;
2) отметки положения СПБУ «Кольская» в ходе буксировки по дан-
ным спутниковой системы слежения за сигналами АИС канадской
компании «ExactEarth» с 11.12.11 г. по 18.12.11 г.;
3) радиолокационное изображение района бедствия СПБУ «Коль-
ская». RADARSAT-2, 18.12.11 20:38 UTC;
4) радиолокационное изображение района бедствия СПБУ «Коль-
ская». RADARSAT-2, 19.12.11 20:09 UTC.
Отрасль ДЗЗ: стратегии развития. Космические технологии и ВТО
Выпуск 13
▪
Весна 2012
▪
37
Ежегодно с февраля по апрель ИТЦ «СКАНЭКС» про-
водит мониторинг мест скопления новорожденных де-
тенышей (бельков) гренландского тюленя в Белом море,
даются рекомендации капитанам судов в обход залежек.
Космический мониторинг мест залежек впервые был про-
веден в 2009 г. совместно с Международным фондом за-
щиты животных IFAW. Позже наблюдение за скопления-
ми животных и предоставление информации для коорди-
нации движения судов в Белом море проводилось по ини-
циативе Росморречфлота (из-за бесконтрольного про-
хождения судов в начале весны через места залежек зна-
Рис. 9. Лежбище моржей на острове Вайгач. Снимок EROS B, дата
съемки 4 сентября 2011 г. (© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС», 2011)
Рис. 10. Лунки («продыхи») и следы гренландских тюленей (крас-
ные контуры). Снимок EROS B, дата съемки 22 марта 2012 г.
(© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС», 2012)
1
Самоподъемная плавучая буровая установка (СПБУ) «Кольская» следо-
вала на буксире ледокола «Магадан» и шельфового буксира снабженца
ТБС «Нефтегаз-55» от западного побережья Камчатки в бухту Зырянская
о. Сахалин. В 02:24 мск 18 декабря 2011 г. СПБУ дала сигнал бедствия, при-
нятый Морским спасательным центром Южно-Сахалинска. На этот момент
суда находились в точке 49 31N 148 14E (150 миль северо-восточнее м. Тер-
пения). В процессе буксировки произошло разрушение воздушных гусаков
(газоотводящих трубок) танков №№ 35, 37. В танки начала поступать вода,
насосы по откачке воды работали на пределе. Затем был поврежден буксир-
ный трос с ледокола «Магадан», и буровую развернуло или подвернуло бор-
том к волне. Чуть позже волной выбило иллюминаторы в столовой коман-
ды, вода стала поступать в помещение. После 05:00 ситуация ухудшилась,
крен начал нарастать, «Кольская» легла на борт и затонула в течение 20 ми-
нут, приблизительно в 05:30 мск.
2
АИС — система автоматической идентификации судов.
3
Стамуха — лед, остановленный в движении и оставшийся на мели у бе-
регов или на банках. Это торосистые ледовые образования, обнаружение
и картографирование которых на судоходных трассах в мелководных райо-
нах Арктики является важной задачей для обеспечения безопасности ледо-
кольной проводки караванов судов вдоль Северного морского пути (СМП).
В восточном районе Арктики, где промеры глубин выполнены с недоста-
точной частотой, стамухи могут формироваться на безымянных банках,
не обозначенных на картах, на глубинах более 20 м.
чительно уменьшается численность популяции животно-
го: при прокладывании каждого ледового канала гибнут
до 500–1000 детенышей).
Места скопления животных выявляются на основе кос-
венных признаков — лунок («продыхов») во льду, линейных
следов животных, которые те оставляют, двигаясь к лункам,
и т.д. (рис. 10).
В связи с успешным проведением проектов по обнару-
жению залежек млекопитающих на основе космической ин-
формации планируется совместно с WWF расширить об-
ласти мониторинга и проводить съемку береговой линии
Баренцева, Карского, Восточно-Сибирского морей, а также
моря Лаптевых.
Practices of satellite-based monitoring technol-
ogy application in Russia. By A. Cheremisova,
N. Pupysheva
Technologies of satellite imagery data reception and processing
have been created at ScanEx RDC, as well as technologies of
operational delivery of derived data products to customers. To
resolve a variety of tasks, especially in emergency, the operability
of getting hold of satellite data is very important. A group for
operational monitoring has been established at ScanEx RDC,
which specialists work on projects for monitoring and control
of fire situations, season and flash floods, natural and human-
induced emergency situations, etc.
Информация о работе Спутниковый мониторинг