Дистанционные методы мониторинга

Дистанционные методы исследований составляют основу мониторинга. Они позволяют полностью решить основные задачи мониторинга (наблю­дение, оценка, прогноз) и, что очень важно, они экспрессии и экономичны. Объектами мониторинга могут быть различные природные и техногенные системы (крупные промышленные центры, горнодобывающие предпри­ятия продуктопроводы, геологическая среда, леса, реки и др.), что оп­ределяет различные цели и задачи мониторинга, а соответственно и исполь­зуемые методы ДЗ.

Комплекс применяемых ДМИ должен отвечать основным принципам мониторинга (комплексность, сисЛекциятичность и периодичность, поли­гонный характер исследований и автоматизация обработки данных).

В соответствии с требованием комплексности мониторинга должны изучаться все компоненты окружающей среды (атмосфера, почвенно-растительный покров, животный мир, водные объекты, рельеф, горные по­роды, подземные воды, рекреационные ресурсы и т.д.). При этом необхо­димо обеспечить оценку фоновой составляющей, что, как правило, возможно только при ретроспективном анализе архивных данных космо-аэросъемок. В методическом отношении требования комплексности реа­лизуется через различные схемы рационального сочетания космо-, аэро- и наземных методов ДМИ с инженерно-геологическими, геохимическими, геофизическими и другими методами.

В соответствии с условием сисЛекциятичности и периодичности приме­няемые методы мониторинга должны обеспечить непрерывное получение информации об объекте мониторинга. Оперативный анализ этой информа­ции создаёт возможность разработки достоверных прогнозов.

Полигонный характер исследований обусловлен тем₉ что объекты мониторинга и зоны их возможного влияния на OС имеют, как правило, значительные площадные и линейные размеры. Объекты и зоны их влияния в полном размере должны постоянно наблюдаться исследованиями относительного мелкого масштаба с возможностью оперативного выполнения де­тальных исследований на ограниченных участках, выявленных по данным мелкомасштабного мониторинга,

В настоящее время в мире развиваются три типа систем монито­ринга:

- на базе стационарных комплексных станций слежения;

- на базе комплексных передвижных наземных лабораторий;

- на основе комплексных космо-, аэрофотосъемок.

Стационарныекомплексы позволяют осуществлять выборочный контроль по составу загрязнителей на ограниченной территории. Примером такого комплекса является лидар для дистанционного контроля аэрозольных загрязнений над городом Томском.

Передвижные наземные лаборатории в случае их рационального комплексирования со стационарным постом позволяют проводить оперативную оценку выявленных неблагоприятных ситуаций как в промышленных центрах_э так и в районах нефтегазодобычи.

Применение комплексных космо- и аэросъёмок даёт возможность за ко­роткое время получать информацию для значительных территорий, что важ­но при мониторинге лесных пожаров и других масштабных явлений.

Таким образом, необходимо комбинировать эти типы систем, рационально используя их явные преимущества.

Рассмотрим применение основных и специальных методов ДЗ в мо­ниторинге промышленных центров, городских агломераций и природно-технических систем. Под природно-техническими сисЛекциями (ПТС) здесь понимается совокупность состояний взаимодействия между компонентами природной сферы и инженерными сооружениями в условиях их динами­ческого равновесия на различных стадиях их функционирования, от проектной до реконструкционной. В различных целях мониторинга практиче­ски используются все виды космо-, аэро- и наземных методов ДЗ.

В настоящее время территория Республики Казахстан на 95% покрыта государственной космической фотоинформацией масштабов 1:1 000 000 и 1:200 000. На многие районы страны имеется банк государственной космической фотосъёмки выполненной многократно с интервалом 3—5 лет.

Космоинформация, имеющаяся в государственных фондах может быть получена оперативно по заявкам любых организаций на коммерческой основе, что позволяет решать задачи на предпроектных стадиях работ и частично при решении отдельных задач на всех стадиях создания и функционирования ПТС.

В частности, при решении экологических задач в рамках соответствующих разделов ТЭО и проектов нефтегазового строительства эти материалы позволяют получать информацию о природно-ресурсном потенциале территорий в объёме, требуемом для составления карт масштаба 1:1 000 000 – 1:200 000.

Характер получаемой при этом информации делает возможным выделение площадей различных качественных категорий с точным определе­нием их границ. Структура площадных ареалов достаточно точно иденти­фицируется на уровне картографируемой масштабной генерализации. На­пример, по космическому снимку достоверно можно установить площади и тип загрязнения водных поверхностей, а качественные и количественные характеристики загрязнения (концентрация, химический состав) опреде­ляют с помощью геохимических методов.

Аналогично можно по материалам разновременных космосъемок оценить изменение размеров и формы очагов загрязнения, проанализировать тенденции развития или затухания того или иного процесса, как в качественном, так и в количественном отношение.

Поэтому космическая информация весьма широко применяется при решении всех задач экологического анализа данных на уровне контурного дешифрирования распространения природных явлений и процессов в пределах ландшафтов местности с охватом водных объектов, почв, растительности, рельефа, горных пород, их сочетаний, но в масштабном диапазоне, оп­ределяемом информативностью исходных космических материалов. Весьма перспективным является мониторинг загрязнения ОС по данным космо-съёмки снегового покрова, который выполняется один раз в год, в конце зи­мы - в начале весны.

На участках повышенной экологической опасности, а также в про­мышленных центрах для решения задач по оценке состояния компонентов ОС и прогнозирования возможных изменений целесообразно применение многозональной аэрофотосъемки (МАФС) в комплексе с другими аэрогеофизическими и аэрогеохимическими работами.

В частности, за счет синхронной съёмки в узких интервалах спектра (от 0,4 до 0,85 мкм) с получением 4 раздельных фотоизображений в синем, зеленом, желто-оранжевом и инфракрасном каналах материалы МАФС позволяют фиксировать изменчивость проявлений тепловлагопереноса в ландшафтах местности, режим развития которых связан с динамикой теп­ла и влаги почв и грунтов. К ним относятся мерзлотные процессы и явле­ния, просадки, заболачивание, оползни, эрозия и другие.

Отсюда вытекают возможности МАФС по получению большого объ­ема информации о техногенной нарушенности ландшафтов (пожары, выпасы скота, лесохозяйственные, горнопроходческие выработки, следы гусеничного и колесного транспорта, различные виды загрязнения водных объектов, почв и грунтов, захоронения радиоактивных отходов).

МАФС - достаточно дорогой метод исследований, его стоимость в 2,5 раза превышает стоимость более простой спектрозональной аэрофотосъём­ки (СПЗ) и в 4 раза - обычной чёрно-белой панхроматической аэрофото­съемки (АФС). Но её возможности несопоставимы со старыми, традицион­ными аэрометодами. Достаточно широкий масштабный диапазон МАФС (в равной степени СПЗ и АФС) позволяет использоватьеё на всех стадиях проектно-изыскательских работ, строительства и эксплуатации ПТС.

В состав аэрокомплекса дистанционного экологического мониторинга, который был использован в районе аварии Чернобыльской АЭС, а также применялся в Москве, входили гамма-спектрометрическая, газовая, и аэрозольная и ИК-съёмки. Мониторинговые работы в данном случае представляют собой регулярные сезонные площадные аэросъёмки промышленных центров и городских агломераций, выполняемые в масштабах 1:10 000-1:25 000.

Тепловая инфракрасная аэросъёмка (ТИКАС) опробована в районахосвоения нефте-газоконденсатных месторождений на Севере Западной Сибири в различных направлениях. При этом обоснована её эффективность на стадиях завершения строительства объектов и в период эксплуатации, когда проявляются взаимосвязи технических конструкций с природными компонентами ПТС.

В этих ситуациях тепловая инфракрасная аэросъёмка надёжный и достоверный метод выявления и предупреждения:

- деформаций трубопроводов, земляного полотна железных и автомобильных дорог, искусственных сооружений;

- подтопления сооружений и заболачивания территорий

- теплового и газового загрязнения приземных слоев атмосферы и водных объектов;

- утечек нефте- и газопродуктов из трубопроводов;

- взрыво- и пожароопасности в местах возможных деформации трубопроводов, подземных коммуникации.

Перспективным считается применение для решения рассматриваемых задач радиолокационной съемки (РЛ). РЛ эффективна в самостоя­тельном и опережающем варианте, в плохих метеоусловиях и в ночном режиме с больших высот, но при этом обязательно в комплексе с обычной аэрофотосъемкой.

Базовое оборудование радиотехнического экологического контроля для систем авиационного мониторинга, используемое в большинстве зарубежных разработок, строится на принципах комплексного (поэтапного) использования:

- поисковой разведки и целеуказания;

- идентификации и выявления основных количественных характеристик очагов загрязнения;

- сопровождения процессов ликвидации экологических эксцессов дистанционным измерением остаточных локальных явлений с повышенной точностью.

Все три фазы дистанционного мониторинга обеспечиваются поддержкой средствами оптико-электронной визуализации и документирования.

К средствам, решающим задачи первой фазы наблюдении (развед­ки), относятся, в основном, локаторы бокового обзора, используемые главным образом при работе над акваториями с достаточно значительным радиусом обзора (десятки километров), зависящим от высоты полёта.

Вторая фаза - идентификация и количественная оценка очагов - обеспечивается средствами пассивной радиометрии в миллиметровом диапазоне. Ширина полосы обзора составляет величину около 1,5-2 H Перспективные решения позволяют приблизить эффективность применения миллиметровой радиометрии по точностным показателям к возможностям базовых средств, обычно применяемых на 3-й фазе мониторинга - датчикам ИК-теплового излучения.

Обнаружение, идентификация и количественная оценка масштабов и объёмов разливов нефтепродуктов на акваториях (почвах) обеспечивается измерением и обработкой данных теплового радиояркостного контраста Так, при толщине нефтяной плёнки от 0,01 до 1,5 величина радиояркостного контраста достигает 150 К.