Раздел: Дистанционное зондирование

вернуться в раздел

Мониторинг чрезвычайных ситуаций при помощи космических снимков

Космический мониторинг заключается в непрерывном многократном получении информации о качественных и количественных характеристиках природных и антропогенных объектов и процессов с точной географической привязкой за счет обработки данных, получаемых со спутников дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Космический мониторинг позволяет получать однородную и сравнимую по качеству информацию единовременно для обширных территорий, что практически недостижимо при любых наземных обследованиях. Исходя из этого определения, можно выделить ряд принципиальных требований к космическому мониторингу: возможность наблюдения за большими площадями и протяженными объектами; высокое пространственное разрешение (до 50 см) и точность, в т. ч. без наземных точек привязки; высокая периодичность съемки, оперативность получения исходных и обработанных данных ДЗЗ; возможность построения цифровых моделей рельефа (ЦМР) и местности (ЦММ) по стереосъемке с космических аппаратов (КА) ДЗЗ; возможность выполнения съемки в большом количестве спектральных каналов; возможность использования материалов космического мониторинга напрямую во всех стандартных ГИС. Есть разные варианты получения данных ДЗЗ при осуществлении космического мониторинга. Среди них наибольшее распространение получили два подхода (назовем их условно первый и второй): первый — заказ через дистрибьютора необходимых данных ДЗЗ у оператора КА; второй — установка собственной станции приема, получение лицензии и прием данных ДЗЗ непосредственно с КА. Рассмотрим, в чем преимущества и недостатки каждого подхода, и попытаемся развеять бытующие заблуждения о том, что второй подход эффективнее и перспективнее первого.

Оперативный космический мониторинг природных и техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС) и катастроф в последние годы стал важнейшим и обязательным компонентом информационного обеспечения национальных служб реагирования на ЧС развитых государств. Для России с огромными пространствами оперативное применение космической информации является особенно актуальным.
На основе космической информации могут быть решены следующие задачи мониторинга ЧС:
• наблюдения за состоянием окружающей среды;
• диагностика гидрометеорологических рисков (опасных природных явлений и процессов);
• оценка безопасности территорий и опасных производственных объектов; • прогнозирование природных, природно-техногенных и социально-биологических ЧС;
• обнаружение, оценка масштаба и ущерба от ЧС;
• планирование и оценка эффективности предпринимаемых мер по ликвидации последствий ЧС.
Ежедневно получаемая космическая информация широко применяется для информационного обеспечения аудита и прогнозных моделей безопасности территорий и опасных производственных объектов. При этом используются современные ГИС-технологии, позволяющие объединить разнородную информацию с космическими данными. Это позволяет автоматизировать расчёты риска возникновения ЧС (пожары, засухи, наводнения и пр.). Возможности космических средств мониторинга зон ЧС из космоса определяются оперативностью съёмки, пространственным разрешением наблюдаемых объектов, доступностью снимков. Исходя из наиболее значимой характеристики – пространственного разрешения, спутниковая аппаратура съемки Земли делится на датчики низкого (более 250 м), среднего и высокого (1 м, 250 м) и сверхвысокого пространственного разрешения (1 м и менее).
В текущем десятилетии оперативный космический мониторинг ЧС сформировался как самостоятельное направление космической геоинформатики и продолжает быстро развиваться, чему способствует прогресс в нескольких космических технологиях:
• значительное увеличение информативности зондирования геосфер из космоса благодаря появлению разнообразных датчиков (многоспектральных и гиперспектральных оптических, РСА, СВЧ-зондировщиков атмосферы и ионосферы), в том числе с высоким и сверхвысоким пространственным разрешением;
• радикальное сокращение времени реакции системы с суток до нескольких часов, благодаря применению принципов децентрализации и прямого приёма информации, а также развитию сетевых и геопортальных вебтехнологий;
• увеличение оперативности и надёжности съёмки вне зависимости от освещённости и метеоусловий благодаря объединению ресурсов различных спутниковых систем ДЗЗ, в том числе оптических и радарных.
Пространственное разрешение современных оптикоэлектронных систем коммерческих спутников достигло величин менее 0.5 м, а коммерческих радаров — 1 м. Высокодетальные спутниковые изображения позволяют получать точные оценки степени разрушения объектов не только при стихийных бедствиях, но и после техногенных аварий и катастроф, характеризующихся сравнительно небольшими площадями и зонами поражения.
Время реакции современных высокодетальных систем ДЗЗ сократилось с суток до часов, что позволяет использовать их на самой ранней стадии развития ЧС. Время программирования современных спутников ДЗЗ составляет 4–6 часов (вместо 1–2 суток у КА ДЗЗ первых поколений). Общее время реакции системы сократилось до 6–12 часов. При этом диаграмма времени космического мониторинга ЧС подразделяется на несколько этапов:
• время принятия решения (от ЧС до принятия решения на съёмку);
• время программирования (от заказа съёмки до непосредственно съёмки);
• время обработки (от съёмки до генерации продукта);
• время доведения (от генерации продукта до получения продукта заказчиком);
• оперативность изображений (от съёмки до получения продукта заказчиком);
• общее время реакции системы (от заказа съёмки до получения продукта заказчиком).

Впервые специализированная система мониторинга ЧС создана группой стран во главе с Великобританией (международная система Disaster Monitoring Constellation, DMC), вторая – национальная, создаётся в Китае (система первого этапа «2+1»). В рамках международной системы мониторинга ЧС DMC объединены ресурсы нескольких серийных миниспутников, разработанных британскойкомпанией SSTL по контрактам с Алжиром, Великобританией, Нигерией, Турцией и Китаем. В 2002–2009 гг. на типовые солнечно-синхронные орбиты высотой 686 км были выведены 7 миниспутников двух поколений: Alsat-1, Bilsat, Nigeriasat-1, UK-DMC, Beijing-1, UK-DMC-2 и Deimos-1. Несмотря на официальное наименование системы, миниспутники DMC предназначены в основном для съёмки в интересах национальных операторов. Но все страны — члены DMC предоставляют ежесуточно 5% ресурсов спутников для съёмки ЧС, кроме того, часть свободных ресурсов используется в коммерческих целях, для чего создан консорциум DMCII. Все миниспутники массой 120–160 кг оснащены многокамерными линзовыми мультиспектральными оптическими системами с широкой полосой захвата. Уникальными особенностями спутников системы DMC являются:
• получение изображений в трёх спектральных каналах (зелёный, красный, ближний ИК), которые совпадают с каналами спутников LANDSAT;
• возможность ежесуточного обзора любого района Земли;
• съёмка с широкой полосой захвата размером 600 км;
• субпиксельная точность геопривязки ортоизображений продуктов уровня L1T (СКО менее 25 м).
Система DMC c 2005 г. входит в Хартию «Космос и Глобальные Бедствия» и будет пополняться новыми спутниками. В 2008 г. впервые в истории Китая на орбиту выведены два спутника, специально спроектированые для целей оперативной съёмки районов катастроф, мониторинга окружающей среды и прогнозирования ЧС. Разработка космической системы мониторинга ЧС (получила наименование Small Satellite Constellation for Environment and Disaster Monitoring and Forecasting, SSCEDMF) началась в 2000 г. по совместному проекту государственного агентства охраны окружающей среды и госкомитета по защите от катастроф (аналог МЧС) Китая. Система получила также неофициальное обозначение «4+4», потому что она будет состоять из 4 спутников с оптической аппаратурой и 4 спутников с радарами, что обеспечит возможность съёмки любого района Земли каждые 12 часов. Система первого этапа под названием «2+1» состоит из двух уже запущенных оптических спутников HJ-1A/B и радиолокационного спутника HJ-1C, который будет выведен на орбиту в 2010 г. (табл. 3). Миниспутники HJ-1A и HJ-1B (Huan Jing — «Хуаньцзин», «Окружающая среда») массой по 500 кг оснащены типовыми оптическими сканерными системами для съёмки с пространственным разрешением 30 м в полосе захвата 700 км в четырёх спектральных зонах (3 канала видимого спектра и один — ближнего ИК). Кроме того, на спутнике HJ-1A впервые в китайской практике установлена гиперспектральная оптическая камера, которая позволяет получать изображения в 115 узких спектральных зонах видимого и ближнего ИК участков спектра (ширина 5 нм, диапазон 0.45–0.95 мкм) с пространственным разрешением 100 м в полосе захвата 50 км.
Миниспутник HJ-1В оснащен также оптическим сканером для съёмки в четырех участках ИК спектра (ближний, коротковолновый, средневолновый и тепловой) с пространственным разрешением 150 м и 300 м (тепловой канал) в полосе захвата 720 км. Аппаратура съёмки в ИК диапазоне позволяет в дневное и ночное время определять характеристики очагов пожаров, выявлять зоны повышенной тектонической активности и районы загрязнения акваторий. Оба миниспутника размещены на рабочей солнечно-синхронной орбите высотой 650 км и имеют срок активного существования 3 года.

                                         
Free Sitemap Generator