Некоторые вопросы космического мониторинга чрезвычайных ситуаций

      Комментарии к записи Некоторые вопросы космического мониторинга чрезвычайных ситуаций отключены

Некоторые вопросы космического мониторинга чрезвычайных ситуаций

А. В. Абросимов, Б. А. Дворкин, Ю. И. Кантемиров

Информацию о мониторинге территорий стихийных бедствий и об организации спасательных и восстановительных работ являются все более востребованными для информационного обеспечения современного усложняющегося с каждым днем мира.

Применение данных дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ) значительно повышает эффективность в районах ЧС (ЧС):

  • создание самая точной, актуальной и наглядной электронной геопространственной базы на место локализации и оперативный район ЧС;
  • комплексный прогноз происхождения ЧС;
  • своевременный поиск места локализации ЧС, своевременный мониторинг развития ЧС на всех стадиях;
  • обнаружение по оптической съемке и радиолокационной интерферометрии локальных ЧС: оползней, осыпей, обвалов, лавин, просадок, пучений, эрозий, и связанных с этим железных дорог и разрывов трубопроводов, обрушений строений;
  • моделирование и краткосрочные прогнозы развивающейся ЧС (моделирование затоплений, лесных пожаров и др.);
  • создание последовательности разномасштабных ситуационных схем от региона в целом (поселения, дороги, орография, гидрография) до конкретного города (улицы, большие строения, реки, рельеф) в виде векторных электронных карт для наложения на снимки в целях планирования операций, загрузки и анализа ситуации в мобильные терминалы;
  • правильное картографирование последствий ЧС с получением векторных электронных слоев уничтоженных жилых и публичных сооружений, промышленных строений, сооружений, коммуникаций;
  • определение всех видов ущерба;
  • построение трехмерных моделей опасных объектов, объектов жизнеобеспечения населения по космической стереосъемке.

Обозначим раздельно задачи, каковые удачно решаются технологиями и методами космического мониторинга в территориях катастрофических стихийных бедствий, таких, как извержения и землетрясения вулканов:

  • определение трансформаций, в том числе и в автоматическом режиме, случившихся в природном и антропогенном ландшафте в следствии разрушительного землетрясения;
  • создание цифровой модели рельефа (ЦМР) и изучение смещений поверхности Почвы, вызванных землетрясением;
  • обнаружение с высокой точностью вертикальных и горизонтальных подвижек земной поверхности по радарным данным ДЗЗ;
  • осуществление разведки с целью проведения спасательно-восстановительных работ;
  • рациональное применение людских и технических ресурсов при спасательно- восстановительных работах;
  • оценка масштабов и выявление предвестников извержений;
  • наблюдение за трансформацией морфологии кратеров вулканов;
  • создание ЦМР и изучение трансформаций ландшафта, вызванных вулканической деятельностью;
  • подсчёт и оценка ущерба.

По степени пригодности космических снимков для информационного обеспечения ЧС последние возможно разбить на следующие классы:

Никак не выявляются на космических снимках (прогнозирование, поиск, мониторинг, аварии):

  • и последствия крушения на метрополитене;
  • выбросы патогенных микроорганизмов;
  • эпидемии, отравления;
  • эпизоотии.

На космических снимках фиксируются лишь последствия, в редких случаях — источник:

  • аварии с выбросом аварийно-химически страшных веществ (АХОВ);
  • выбросы метана, CO2 и т. п.;
  • аварии на АЭС, реакторах, хранилищах;
  • страшные метеорологические явления.

Довольно часто появляются, малые по размерам, четко локализуемые, для них космический мониторинг неэффективен:

  • автомобильные аварии (не считая самых больших);
  • пожары в строениях, сооружениях;
  • аварии на коммунальных сетях.

По космическим снимкам возможно делать полный комплекс работ (поиск, мониторинг, оценка ущерба, в некоторых случаях — аварии):

  • и прогноз крушения грузовых поездов, судов; авиа- и космические трагедии; аварии на нефтепроводах, буровых платформах; выбросы на нефтяных и газовых месторождениях;
  • неожиданное обрушение строений, сооружений; аварии на электростанциях, энергосетях, очистных сооружениях; гидродинамические аварии;
  • извержения вулканов, землетрясения, оползни, обвалы, осыпи, карстовые процессы, абразия, эрозия, курумы, сход лавин, цунами, нагоны, льдообразование, понижение и повышение уровня воды, природные пожары, поражение посевов и лесов болезнями и вредителями, большие теракты.

Исходя из опыта реализации проектов, компания «Совзонд» предлагает следующую разработку обеспечения совокупности управления в кризисных обстановках данными ДЗЗ:

  1. Архивная космическая съемка для базисной пространственной базы территории.

Ортокорректированная бесшовная цветная мозаика с пространственным разрешением 2,5 м обязана соответствовать по точности карте масштаба 1:25 000 для всей территории, не считая городов, и районов особенного интереса. Для городов и районов особенного интереса мозаика по точности обязана соответствовать карте масштаба 1:10 000.

Мозаика выступает в качестве базисной пространственной базы, употребляется в целях совмещения в единообразном географическом пространстве всех видов данных ДЗЗ, приобретаемых на протяжении мониторинга, и всей другой информации, имеющей пространственную компоненту.

Для мозаики масштаба 1:25 000 предлагается применять космические снимки со следующими чертями:

  • пространственное разрешение — не ниже 2,5 м;
  • панхроматические (черно-белые) снимки;
  • материалы космической съемки должны быть обеспечены моделью и метаданными ориентирования в виде коэффициентов рационального многочлена (RPC), снабжающей геопозиционирование снимков с точностью не ниже 12 м (СКО) на местности без применения опорной наземной информации;
  • точность геопозиционирования ортотрансформированных изображений без применения опорной наземной информации — не ниже 12 м на местности.

Под эти требования подходят космические снимки со спутников WorldView-1, WorldView-2, WorldView-3, GeoEye-1, Pleiades-1A, 1B и других космических аппаратов очень высокого разрешения.

  1. Своевременная съемка большого разрешения.

Выполняется для ответа следующих задач:

  • своевременный мониторинг больших наводнений, которые связаны с паводками на реках, нагонной и штормовой деятельностью моря;
  • своевременный мониторинг масштабных лесных пожаров, установление направлений распространения, опасности и площадей пожаров; обнаружение лесов, погибших в следствии ветровалов;
  • своевременный мониторинг стихийных бедствий сельскохозяйственного характера: последствий засух, действий ураганов, катастрофического распространения вредителей посевов;
  • своевременный мониторинг масштабных катастрофических эндогенных и экзогенных рельефообразующих процессов (сели, землетрясения и т. д.).

Мониторинг выполняется с применением космических снимков со спутников, имеющих возможность фактически ежедневной съемки. Под эти требования на сегодня подходят космические снимки группировки RapidEye, перспективной группировки мини-спутников SkySat и другие.

  1. Своевременная съемка очень высокого разрешения.

Выполняется при необходимости срочного отслеживания локальных процессов либо детального, выборочного наблюдения за явлениями и объектами:

  • детальный своевременный мониторинг подтопления социально-промышленных объектов на протяжении наводнений, которые связаны с паводками на реках, нагонной и штормовой деятельностью моря;
  • детальный своевременный мониторинг катастрофических экзогенных рельефообразующих процессов (сели, оползни, обвалы, осыпи, береговые процессы);
  • детальный своевременный мониторинг сооружений и разрушений строений в следствии действия катастрофических процессов (ураганы, штормовые ветра, сели, оползни, обвалы, осыпи, береговые процессы).

Для решения этих задач подходят по большей части космические аппараты очень высокого разрешения: WorldView-1, WorldView-2, WorldView-3, GeoEye-1, Pleiades-1A, 1B, и российский спутник «Ресурс-П».

  1. Своевременная радарная съемка по запросам.

Радарная съемка фактически не зависит от наличия и погоды солнечного света. Помимо этого, она разрешает с высокой точностью Эти дистанционного зондирования 23 GEOMATICS №4’2014 выявлять вертикальные и горизонтальные подвижки земной поверхности. Эти и другие особенности радарных космических аппаратов (COSMO-SkyMed 1-4, RADARSAT-2, TerraSAR-X, TanDEM-X и др.) разрешают удачно применять полученные эти для ответа задач мониторинга ЧС.

Радарные снимки разрешают:

  • проводить наблюдение за деформациями и смещениями земной поверхности с миллиметровой точностью (дифференциальная интерферометрическая обработка), а также выявлять оползни;
  • проводить мониторинг сооружений и состояния зданий;
  • изучать последствия землетрясений;
  • осуществлять своевременный мониторинг ледовой судоходства и обстановки;
  • проводить мониторинг загрязнения прибрежных акваторий морей нефтепродуктами в следствии слива горючего с судов;
  • выявлять ветровалы и вырубки;
  • оперативно оценивать ущерб от ЧС.

В некоторых случаях для получения и уточнения деталей сверхоперативной информации о ситуации в районе ЧС космическую съемку действенно дополняет аэрофотосъемка с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). БПЛА употребляются с целью проведения поисково-спасательных работ, наблюдения и разведки и т. д.

При установке соответствующего съемочного оборудования аэрофотосъемка с БПЛА разрешает приобретать цифровые снимки очень высокого пространственного разрешения (до 2–4 см) в разных спектральных диапазонах.

Данное оборудование разрешает решать следующие задачи:

  • автоматизированное получение ортофотопланов с пространственным разрешением до нескольких сантиметров;
  • создание фотореалистичных цифровых 3D-моделей местности;
  • мониторинг ЧС и их последствий, контроль за ходом аварийно-восстановительных работ, поиск пострадавших;
  • оценка и анализ динамики трансформаций местности;
  • производственно-экологический мониторинг;
  • дистанционный мониторинг нефтегазопроводов, ЛЭП, металлических и трасс , сельскохозяйственных угодий и лесных массивов;
  • тепловизионная съемка.

ПРИМЕРЫ СЕРВИСОВ КОСМИЧЕСКОГО РАДАРНОГО МОНИТОРИНГА

Компания «Совзонд» действенно использует разработке космического радарного мониторинга. Приведем примеры реализованных разработок применения радарных снимков для мониторинга ледовой обстановки и нефтеразливов в Каспийском море.

Сервис космического радарного мониторинга ледовой обстановки в Каспийском море.

Съемка акватории Каспийского моря с радарных спутников COSMO-SkyMed-1-4 может выполняться каждый день. Результаты съемки смогут быть поставлены клиенту через защищенный интерфейс веб-ГИС и через ftp-протокол в течении 24 часов по окончании съемки.

По итогам каждой съемки генерируется карта ледовой обстановки, соответствующая стандартам Глобальной метеорологической организации (WMO). Элементами данной карты являются стамухи и торосы, и припайный лед (если они имеется на снимке и в случае если их размеры на местности разрешают их найти с данным пространственным разрешением).

Анализируется трещинообразование льда, а также выявляются свежие и ветхие трещины, и типы льда по интенсивности трещиноватости. С момента начала таяния на участке отмечается граница таяния «вода–лед». По итогам каждой съемки поставляется краткий технический текстовый отчет.

Все перечисленные выше продукты поставляются клиенту в течение 1–3 рабочих дней по окончании исполнения съемки. Результаты поставляются через защищенный web-интерфейс (веб-портал), где они смогут быть наглядно отображены и сопоставлены без специального ПО — лишь средствами интернет-браузера. Сами отчёты и радарные снимки поставляются при помощи электронной почты и ftp.

Ниже продемонстрирован пример карты ледовой обстановки на территорию севера Каспийского моря (рис. 1). Подобная карта (либо в 3–20 раз детальнее в зависимости от выбранного режима съемки) поставляется в рамках сервиса мониторинга ледовой обстановки. Настоящий состав слоев карты определяется конкретной периодом и территорией съемок (рис.

2).

Рис. 1. Карта ледовой обстановки на территорию севера Каспийского моря, вычисленная согласно данным радарных съемок со спутников COSMO-SkyMed-1-4 в 2012 г. Эта карта была вычислена согласно данным региональных съемок с разрешением 100 м. В рамках сервиса мониторинга ледовой обстановки вероятны съемки более детального разрешения — 3 либо 30 м

Рис. 2. Типовая легенда карты ледовой обстановки (не все элементы смогут быть найдены и оценены в любых ситуациях)

Пример краткого технического отчета к карте ледовой обстановки.

Исходная съемка — COSMO-SkyMed от 20.03.2012 г. Припайный лед вблизи побережья на данный момент находится на стадии начала оттаивания, он все еще достаточно прочный. Потом от побережья находятся массивы смерзшегося монолитного, частично наслоенного и местами характеризующегося грядовой торосистостью льда.

В юго-западной части карты за пределами массива смерзшегося целого льда отмечается участок открытой воды, после этого участок очень сильно разреженного льда и потом участок сплоченного льда шириной 10–40 км. В юго-восточной части карты преобладает смерзшийся целый лед, осложненный небольшими каналами и трещинами. В центре карты, недалеко от месторождения им.

Сатпаева, преобладает смерзшийся монолитный лед с отдельными стамухами и грядами торосов.

Сервис космического радарного мониторинга нефтеразливов в Каспийском море.

Съемка акватории Каспийского моря с радарных спутников COSMO-SkyMed-1–4 может выполняться каждый день. Результаты съемок смогут быть поставлены клиенту через защищенный интерфейс веб-ГИС и через ftp-протокол в течение 1–2 дней по окончании съемки.

По итогам каждой съемки генерируется векторный слой нефтеразливов, каждому из которых присваивается последовательность атрибутов. Исходные снимки поставляются клиенту через ftp-протокол, а результаты сервиса — через защищенный web-интерфейс.

Главные изюминки сервиса:

  • нефтеразливы на водной поверхности обнаруживаются круглосуточно, независимо от погодных условий;
  • обнаруживаются нефтеразливы возраста и различного размера;
  • смогут быть найдены нефтяные пленки линейными размерами 50–100 м и более;
  • эти по найденным нефтеразливам смогут поставляться клиенту через защищенный web-интерфейс круглосуточно, ежедневно, круглый год (рис. 3);
  • максимальная временная частота спутниковых съемок одного и того же участка — до двух раз в день;
  • для региона Каспийского моря информация о нефтеразливах делается дешёвой через web-интерфейс в течении 24 часов по окончании съемки.

Рис. 3. Пример web-интерфейса поставки сервиса мониторинга нефтеразливов. Внизу — «квик-лук» снимка на картографической подложке с отображением распознанных на этом снимке нефтеразливов.

Слева — перечень снимков, выполненных в рамках сервиса. При выборе конкретного снимка отображаются информацию о нем и перечень найденных нефтеразливов. При выборе конкретного нефтеразлива отображается отчет по этому нефтеразливу

Содержание отчета по каждому распознанному нефтеразливу:

  • географические координаты;
  • время и дата обнаружения;
  • пространственная ориентация;
  • размеры (периметр, площадь) и форма;
  • скорость ветра в районе нефтеразлива, определенная согласно данным метеорологических спутников и по самому радарному снимку;
  • эти по беспокойству морской поверхности в районе нефтеразлива, определенные согласно данным метеорологических спутников и по самому радарному снимку;
  • скорость течения в районе нефтеразлива;
  • температура поверхности воды в районе нефтеразлива;
  • степень достоверности нефтеразлива;
  • при предоставления клиентом данных совокупностей автоматической идентификации судов информация о вероятном судне — источнике нефтеразлива (за счет корреляции нефтеразлива с маршрутами судов).

МОНИТОРИНГ НАВОДНЕНИЯ

В последовательности задач мониторинга ЧС, решаемых с применением космических разработок, серьёзное место занимает мониторинг наводнений.

Приведем список задач наблюдения за районами наводнений, удачно решаемых способами космического мониторинга, а также радарного, и автоматизированной обработки данных дистанционного зондирования Почвы:

  1. Картографирование затопленных площадей и территорий большого затопления.
  2. Установление конкретных участков и подсчет площадей населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, лесного фонда, подвергшихся подтоплению на протяжении паводка/ половодья.
  3. Установление конкретных участков и подсчет длины коммуникаций (дороги, электролинии, трубопроводы и т. п.), подвергшихся подтоплению на протяжении паводка/ половодья.
  4. Установление конкретных объектов и подсчет общего числа объектов каждого типа, подвергшихся подтоплению на протяжении паводка/половодья:
    • жилые частные и многоэтажные дома;
    • садово-дачные участки, дачные постройки;
    • фермы, животноводческие комплексы;
    • промышленные, сельскохозяйственные, социально-культурные строения;
    • химических хранения отходов и места удобрений, скотомогильники, другие страшные объекты.
    1. Установление конкретных объектов и подсчет длины плотин, заграждений, отводных каналов, вторых гидротехнических сооружений:
    • оперативно строимых, реконструируемых, улучшаемых на протяжении своевременной борьбы с паводком/половодьем;
    • уничтоженных, смытых в ходе паводка/ половодья.
    1. Установление ущерба для подтопленных площадей по окончании схода воды:
    • для населенных пунктов, промышленных, сельскохозяйственных, социально-культурных объектов (заиление, замусоривание территории, смыв жёстких покрытий, полное либо частичное разрушение строений, сооружений);
    • для сельскохозяйственных угодий (смерть посевов, заиление, смыв почвенного слоя, эрозия на полях);
    • для лесного фонда (смерть леса в следствии вымокания).

    Компания «Совзонд» участвовала в информационном обеспечении ликвидации последствий катастрофического наводнения в Краснодарском крае, случившегося в 2012 г. Были предоставлены эти космической съемки для определения границ затопления территорий, проведения восстановительных работ, определения надёжных площадок для постройки нового жилья пострадавшим.

    Сразу после поступления первых сообщений о катастрофическом наводнении в Краснодарском крае была оперативно заказана всепогодная радарная съемка пострадавшей территории со спутниковой группировки COSMO-SkyMed-1-4 на 8 июля 2012 г. (рис. 4).

    Рис. 4. Цветной радарный композит на г. Крымск

    Для получения информации о ситуации до наводнения были дополнительно заказаны архивные снимки COSMOSkyMed от 25 июля и 4 июня 2012 г. Область перекрытия архивной и новой съемки была проанализирована на предмет обнаружения подтоплений и разрушений. 9 июля 2012 г. была совершена съемка со спутника очень высокого разрешения QuickBird. Полученный безоблачный снимок территории был безотлагательно передан в администрацию Краснодарского края.

    Снимки, полученные в своевременном режиме для координации усилий и оценки ущерба по ликвидации последствий стихийного бедствия, компания «Совзонд» предоставила администрации Краснодарского края бесплатно.

    Напоследок напомним, что перечисленные задачи и приведенные примеры не исчерпывают все возможности космического мониторинга ЧС. В частности, за рамками отечественного обзора остался космический мониторинг лесных пожаров — это тема отдельной статьи.

    РК и РФ создадут совместную систему космического мониторинга ЧС


    Подобранные по важим запросам, статьи по теме: