Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0110

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0110
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга "АЭРОКОСМОС"
Название доклада
Разработка методов и создание экспериментального образца системы мониторинга антропогенных воздействий на шельфовые зоны черноморского побережья Российской Федерации, включая Крымский полуостров, на основе спутниковых и контактных данных
Докладчик
Бондур Валерий Григорьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели проекта:
- разработка и экспериментальная отработка методов и технологий комплексного наземно-космического мониторинга прибрежных акваторий российского шельфа, в том числе Крымского полуострова и г. Севастополь, для обеспечения экологической безопасности, рационального природопользования и снижения уровня антропогенной нагрузки на морские экосистемы.
- исследование и разработка научно-технологических решений, направленных на создание экспериментального образца региональной системы сбора и обработки космических и наземных данных для мониторинга антропогенных и природных воздействий на акватории черноморского побережья Российской Федерации, в том числе у Крымского полуострова и г. Севастополь, в интересах предотвращения их загрязнения.
Задачи проекта:
- разработка новых подходов к комплексному наземно-космическому мониторингу состояния прибрежных акваторий черноморского побережья Российской Федерации, обеспечивающих более высокую оперативность (до 2-3 часов) и достоверность полученных результатов;
- разработка методов анализа космических оптических и радиолокационных изображений, а также результатов контактных измерений, позволяющих определять значимые характеристики прибрежных акваторий и исследовать различные процессы, происходящие на морской поверхности и в толще воды;
- разработка новых методов, основанных на совместном использовании и комплексной обработке разнотипных спутниковых изображений и данных контактных измерений, позволяющих сочетать высокое пространственное разрешение оптических (до 0.5 метра на местности), всепогодность и широкий охват радиолокационных систем (полоса обзора до 500 км), достоверность и надёжность подспутниковых данных;
- и др.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время одними из наиболее актуальных проблем в области рационального природопользования являются проблемы предотвращения загрязнения окружающей среды. Важное место среди них занимают анализ текущего состояния морских акваторий для оценки их загрязнений и поиск путей предотвращения, прежде всего, антропогенных воздействий на экосистемы шельфовых зон.
Указанные проблемы в высшей степени актуальны для прибрежных акваторий морей России, в том числе для шельфовых зон Чёрного моря, включая акватории у Крымского полуострова и г. Севастополь. Это обусловлено интенсивной рекреационной деятельностью, жилой застройкой черноморского побережья (включая полуостров Крым), началом добычи углеводородного сырья на Крымском шельфе, а также планируемым созданием терминалов, магистральных трубопроводов и путей сообщения между материковой частью России и Крымским полуостровом.
В этих условиях необходимо осуществлять комплексный наземно-космический мониторинг с использованием данных различных типов, таких как космические оптические и радиолокационные изображения, результаты контактных измерений профилей скоростей течений, температуры, концентрации загрязняющих веществ, биологических параметров и др.
Новизна разрабатываемых научных и технологических решений заключается в том, что впервые на системном уровне обеспечивается комплексирование результатов обработки космических и контактных данных о состоянии водной среды, позволяющих регистрировать широкий спектр параметров, необходимых для получения достоверной информации о состоянии прибрежных акваторий шельфовых зон черноморского побережья Российской Федерации, включая Крымский полуостров, на различных уровнях детальности.
Описание исследования

Поставленные и решаемые в проекте комплексные научно-технические задачи, включают в себя как исследования в области наук о Земле, применение известных методов дистанционного зондирования, приёма и обработки спутниковой и контактной информации, так и разработку новых методов наземно-космического мониторинга для оценки загрязнений прибрежных акваторий черноморского побережья Российской Федерации.

В ходе выполнения проекта с использованием результатов проведенных теоретических исследований научно-технической проблемы получения и  комплексной  обработки  спутниковых  оптических  и радиолокационных изображений, а также контактных данных, формируемых при мониторинге прибрежных акваторий, был разработан ряд новых принципов, методических подходов и методов для решения задач проекта, а именно:
а)    принцип формирования и исследования динамических образов прибрежных акваторий при получении и комплексной обработке различных спутниковых и контактных данных, предполагающий:
- накопление спутниковых и контактных данных в виде временных рядов изображений, проведение их тематической обработки с целью выявления аномалий на водной поверхности и определения значимых параметров водной среды;
- анализ развития во времени характеристик отдельно взятых участков акваторий для понимания особенностей как естественных процессов, так и антропогенных воздействии в долгосрочной и в краткосрочной перспективах;
- проведение тематической обработки вновь поступающих спутниковых и контактных данных с учётом результатов анализа временных серий изображений, полученных ранее.
б)    принцип валидации спутниковых данных с использованием результатов подспутниковых измерений, реализуемый путем экспериментальной проверки адекватности определения значимых характеристик водной среды, регистрируемых по космическим изображениям;
в)    методы восстановления спектров уклонов и возвышений поверхностного волнения по космическим оптическим изображениям, основанные на построении восстанавливающих операторов, представляющих собой параметризованные пространственно-частотные фильтры, учитывающие линейную и нелинейную составляющие функции модуляции поля яркости взволнованной морской поверхностью;
г)    метод прямой оценки пространственных спектров морских волн с помощью решётки волнографов, основанный на применении Вейвлет-преобразования, позволяющего изучать нестационарные явления;
д)    метод обработки мульти-поляризационных радиолокационных изображений морской поверхности, основанный на представлении удельной эффективной поверхности рассеяния в виде суммы поляризованного ("брегговского") рассеяния, и неполяризованного, связанного с обрушением волн;
е)    методический подход к построению операторов, восстанавливающих спектры уклонов морской поверхности по спектрам спутниковых изображений, основанный на параметризации восстанавливающего оператора, и его построении путем численного моделирования, с использованием степенной функции волнового числа с параметрами, зависящими от волнового азимута;
ж)    методический подход, основанный на сопоставлении контактных измерений статистических характеристик мелкомасштабной структуры морской поверхности со спутниковой информацией с использованием дисперсионного соотношения, которое описывает зависимость между временными и пространственными частотами волн.

Конечным продуктом проекта, в котором системно интегрируются разработанные научно-технологические решения, является экспериментальный образец региональной системы сбора и обработки космических изображений и контактных данных для оценки антропогенных воздействий на экосистемы прибрежных акваторий, который состоит из следующих составных частей:

- аппаратной   части, функционально   сопряжённой   со   средствами   приёма космической и наземной информации, представленной автоматизированными рабочими местами предварительной и тематической обработки, объединёнными    в    локальную    сеть,   дооснащёнными периферийным оборудованием, вычислительным сервером, сетевым хранилищем данных и др.;

- программной части, представленной разработанным в ходе выполнения проекта специализированным     программным     обеспечением     и     комплектом    лицензионного программного обеспечения для сбора, обработки и анализа космической и наземной информации;

- информационной части, включающей наборы тестовых данных, примеров, тестовых образцов космических оптических и радиолокационных изображений, данных наземных измерений, информационных продуктов, объединённых в Базу данных дистанционных и контактных наблюдений для тестовых участков.

Результаты исследования

1. С использованием разработанных в ходе выполнения проекта принципов, методических подходов, методов и технологий в процессе натурных экспериментов на тестовых участках «Севастополь», «Кацивели» и «Геленджик» на основании результатов обработки данных, полученных с использованием более чем 20 типов аппаратуры, включая космические оптические панхроматические и многоспектральные системы, космические радиолокаторы с синтезированной апертурой, акустические измерители скоростей течений, CTD-датчики, термокосы, датчики мутности, микроструктурные зонды и др., обнаружены как поверхностные, так и глубинные проявления загрязнений прибрежных акваторий, локализованные в районах расположения заглубленных сбросовых устройств. При этом выявлена высокая степень соответствия результатов обработки данных дистанционного зондирования и контактных наблюдений. Обнаружены места повреждений (разрывов) коллекторов заглубленных сбросовых устройств, приводящие к возникновению загрязнений вблизи берега.

2. Разработан экспериментальный образец региональной системы сбора и обработки космических изображений различных диапазонов спектра и контактных данных, получаемых корабельными и буйковыми средствами, для оценки антропогенных воздействий на экосистемы прибрежных акваторий черноморского шельфа Российской Федерации, в том числе шельфа Крымского полуострова и г. Севастополь, обеспечивающий комплексный наземно-космический мониторинг региона (ЭОСМ). Выполнена разработка и инсталляция оригинальной программной части ЭОСМ, реализующей функции, необходимые для работы методов обработки спутниковых и контактных данных, предложенных в ПНИ. Проведена апробация функциональных звеньев ЭОСМ. Разработана техническая и программная документация.

3. Сформированы информационные продукты, количественно характеризующие значимые параметры водной среды и уровни антропогенных воздействий на экосистемы прибрежных акваторий черноморского шельфа Российской Федерации, в том числе шельфа Крымского полуострова и г. Севастополь.

4. Сформирована база данных дистанционных и кантатных наблюдений для тестовых участков, которая вошла в состав ЭОСМ, обеспечивающая структурированное хранение данных натурных наземных и космических наблюдений и результатов их обработки, полученных в ходе проведения экспериментальных исследований.

5. Поданы патентные заявки «Способ определения загрязнения морской поверхности» и «Способ идентификации загрязнений морской поверхности».

6. Разработаны и обоснованы рекомендации по обеспечению рационального природопользования, экологической безопасности и снижению уровня негативного воздействия природных и антропогенных факторов на состояние прибрежных акваторий, а также на здоровье и жизнедеятельность населения, включающие:

а) перечень мероприятий по обслуживанию и усовершенствованию сбросовых устройств;
б) перечень рекомендаций по управлению режимами глубинных стоков.

Исследование выполняется на высоком научно-техническом уровне и соответствует аналогичным отечественным и зарубежным работам мирового уровня, а в отдельных направлениях, в частности, в области анализа деформаций пространственно-частотных спектров морской поверхности в зонах антропогенных воздействий, выполняемого по космическим оптическим и радиолокационным изображениям высокого разрешения, опережает мировой уровень.

Практическая значимость исследования
Результаты проекта будут использованы при создании комплексной системы мониторинга прибрежных акваторий Российской Федерации, которая внесет значимый вклад в решение проблем предупреждения, оценки рисков и уменьшения негативных последствий антропогенных и естественных загрязнений морей и океанов.
Результаты проекта могут быть востребованы: Министерством природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; Министерством транспорта Российской Федерации; Министерством Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, а также Минсельхозом России; Росземкадастром; Роснедвижимостью; нефте- и газодобывающими компаниями; судостроительными и транспортными компаниями; институтами и учреждениями Федерального агентства научных организаций ВУЗами и другими образовательными учреждениями; а также международными организациями.
Результаты выполнения проекта являются актуальными и представляют особый интерес также для ряда организаций Крыма и г. Севастополь, в частности, потребителями результатов будут: Морское отделение гидрометеорологического института в г. Севастополе, Институт Биологии южных морей, Филиал МГУ имени М.В. Ломоносова в г. Севастополе, Севастопольский национальный технический университет и др.
В качестве объектов внедрения результатов проекта будут предлагаться:
а) услуги по космическому мониторингу и комплексной обработке космических данных для оценки состояния прибрежных акваторий;
б) услуги по сбору статистической информации;
в) услуги по подготовке информационных продуктов (например, тематических карт), созданных с применением разработанных методов и технологий на основе космических и подспутниковых данных;
г) оказание консультационных и образовательных услуг.
Предполагается, что внедрение результатов проекта даст значительный эффект в области обеспечения рационального природопользования, экологической безопасности и приведёт к снижению уровня негативного воздействия природных и антропогенных факторов на состояние прибрежных акваторий черноморского шельфа Российской Федерации, включая Крымский полуостров, а также к улучшению здоровья и условий жизни населения.
Презентация

Презентация 0110.ppt

Постер

Poster_0110.ppt