 |
Глава 1. Анализ состояния проблемы в республике, достигнутый уровень ее решения в странах СНГ и за рубежом
|
|
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Географический факультет
Кафедра геодезии и картографии
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
Курсовая работа
Лещенко Александра Васильевича
студента 3 курса,
специальность
«космоаэрокартография»
Научный руководитель:
кандидат геогафических наук,
доцент А.А. Топаз
Минск, 2014
АННОТАЦИЯ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Анализ состояния проблемы в республике, достигнутый уровень ее решения в странах СНГ и за рубежом
На сегодняшний день, в связи с широким использованием природных ресурсов и зависимости от них, чрезвычайные ситуации приносят все больше убытков обществу. Для примера ЧС природного характера составляют около 90% от суммы всех убытков при страховании в такой стране как США (Рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Убытки при страховании от катастроф в США с поправкой на инфляцию за 1988–2007 гг. (в млрд. долларов США) [созд. автором]
Большинство ЧС нельзя предотвратить, однако, их последствия могут быть уменьшены при помощи предупредительных мер за счет прогнозного мониторинга. При помощи полученной информации становиться возможным: прибытие спасательных служб, подготовка мероприятий по восстановлению территории, своевременное предупреждение населения и хозяйственных объектов, а при необходимости их эвакуация. В соответствии с данными Международной стратегии ООН в области уменьшения последствий природных катастроф, ущерб может быть снижен на 35% при заблаговременном предупреждении о них.
|
|
|
С целью мониторинга ЧС в странах мира создаются отдельные организации и органы государственного управления, направленные на наблюдение, предупреждение и контроль над ними. В основе систем наблюдений важное место занимают данные дистанционного зондирования, среди основных преимуществ которых особенно выделяются оперативность, информативность и глобальность. На основе ДДЗ создаются отдельные программно-аппаратные комплексы по обработке и интерпретации полученной информации.
На территории РБ главным органом по мониторингу и прогнозированию ЧС является Отдел мониторинга и прогнозирования ЧС Республиканского центра управления и реагирования на ЧС Министерства по чрезвычайным ситуациям, созданный 19 ноября 2004 года постановлением Совета Министров Республики Беларусь.
Основным поставщиком информации, полученной со спутников, является НИРУП «Геоинформационные системы» НАН Беларуси, которые, согласно заключенным договорам, передают все поступившие к ним данные в РЦУРСЧ.
Основными источниками космической информации на территории Беларуси являются аппараты NOAA, TERRA, Метеор-3м, БКА (рисунок 1.2) и др.
Таблица 1.1. – Основные характеристики БКА [http://www.vniiem.ru/ru/index.php?option=com_content&view=article&id=467:2013-02-12-11-11-00&catid=37:spaceprograms&Itemid=62]
| Основные технические характеристики БКА Назначение | дистанционное зондирование Земли |
| Масса КА | 400 кг |
| Масса полезной нагрузки | 110 кг |
| Габариты КА | 0,9 м х 0,75 м |
| Срок активного существования | 5 лет |
| Рабочая орбита | солнечно-синхронная |
| Высота | ~510 км |
| Наклонение | ~98° |
| Период обращения | 94,75 мин. |
| Точность ориентации | 5 угл. минут |
| Точность стабилизации | 0,001 °/с |
| Время перенацеливания (±40°) | 2 минуты |
| Среднесуточная мощность | 300 Вт |
| Характеристики съемочных систем | |
| Панхроматическая камера | |
| Полоса захвата | 23 км |
| Разрешение (проекция пикселя) | 2,1 м |
| Спектральный диапазон | 0,52–0,85 мкм |
| Мультиспектральная камера | |
| Полоса захвата | 20 км |
| Разрешение (проекция пикселя) | 10,5 м |
| Спектральные диапазоны | 0,54–0,6; 0,63–0,69; 0,69–0,72; 0,75–0,86 мкм |
| Характеристики целевой радиолинии | |
| Объем памяти | 24 Гбайт |
| Диапазон рабочих частот | 8084–8381,5 МГц |
| Количество каналов передачи |
|
|
|
Рисунок 1.2 – Белорусский космический аппарат (вики)
При помощи метеосистемы NOAA, состоящей из геостационарных спутников GOES и полярно-орбитальных POES осуществляется краткосрочный мониторинг метеообстановки на территории страны и ее долгосрочный прогноз.
Запущенный на орбиту 22 июля 2012 года Белорусский космический аппарат позволяет проводить анализ состояния поверхностных вод (с целью предотвращения наводнений и паводков), а также идентифицировать очаги возгорания по дымовым завесам и огню (из-за отсутствия возможности производить съемку в тепловом канале).
Основная работа по интерпретации полученной информации осуществляется при помощи программного комплекса «Мониторинг-ЧС», разработанного при реализации МЧС программы «Мониторинг чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера с использованием космической информации» Национальной программы исследования космического пространства в мирных целях на 2008-2012 годы [сайт МЧС]. К основным функциям системы можно отнести автоматическое дешифрирование природных пожаров и паводков, формирование отчетных материалов и оперативное картографирование полученной информации. Кроме того широкое применение получили ГИС-программы, разработанные крупными фирмами: ERDAS Imagine, ENVI, TNTmips, GRASS, BEAM и другие программные средства с открытым кодом, позволяющие производить требуемые модификации.
В связи с частой невозможностью использования космической информации получил свое развитие авиационный мониторинг осуществляющие регулярное патрулирование и наблюдение за территорией республики с целью обнаружения пожаров, паводков, местах происхождения смерчей с определением объема ущерба в лесах и санитарном состоянии лесов.
На территории Российской федерации в связи с обширной территорией большое распространение получил космический мониторинг ЧС осуществляемая МСЧ России через систему космического мониторинга. Данная система предназначена для оперативного выявления чрезвычайных ситуаций, мониторинга потенциально опасных территории и объектов, находящихся в зонах повышенного риска, а также обеспечения целевой информацией органов управления МЧС [проект методики]. Основные источниками информации являются космические системы типа Terra/Aqua, Spot-4, Landsat, а также аппараты российского производства.
|
|
|
Таблица 1.2. – Основные характеристики съемочной системы MODIS [http://www.scanex.ru/ru/data/default.asp?submenu=modis&id=idescription]
| Номера каналов | Спектральный диапазон (мкм) | Пространств. разрешение (м) | Полоса обзора (км) | Повторяемость съемки одной территории(для одного спутника) |
| 1-2 | 0.62 - 0.88 | 1-2 раза в сутки, в зависимости от широты места съемки | ||
| 3-7 | 0.46 - 2.16 | |||
| 8-19 | 0.41 - 0.97 | |||
| 20-25 | 3.66 - 4.55 | |||
| 1.36 - 1.39 | ||||
| 27-36 | 6.54 - 14.39 |
Съемка объектов осуществляется в плановом и внеплановом режиме. Полученные данные обрабатываются при помощи геопорталов «Космоплан» и «Каскад». На базе геосервиса «Космоплан» проводится интерпретация снимков высокого разрешения по слоям в зависимости от объекта наблюдения: лесные пожары, паводки, заторы на реках, лавиноопасные территории и т.д., а также их позиционирование на топокарты масштаба не менее 1:200 000, подготовка и печать карт, поиск информации по дате и местоположению и др.. При помощи сервиса «Каскад» может производиться обработка космических данных и информации полученной с сети наблюдательных постов различной тематике (сейсмоданные, метеоданные и т.д.) и их дальнейшая интерпретация. (посмотреть и добавить что-нибудь)
На территории Украины был создан ряд спутников, позволяющий получать оперативную информацию о состоянии природной среды и ее дальнейшего использования в предотвращении ЧС. В связи с этим в 2010 году было подписано соглашение по созданию регионального офиса поддержки и сотрудничества в сфере использования космической информации для предотвращения и регулирования ЧС согласно программе ООН UN-SPIDER. Большую роль в этом обязан сыграть спутник Сыч-2 (Рисунок 1.3).
|
|
|
Рисунок 1.3 – Сыч-2 (буклет)
Кроме получения информации об аграрных ресурсах, водных и зимних покровах и ионосферы Земли, Сыч-2 предназначен и для мониторинга чрезвычайных ситуаций.
К основным задачам спутника можно отнести:
· мониторинг чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера (паводки, снежные бури, пожары, сброс загрязненных вод, извержения вулканов для заграничных территорий);
· анализ состояния пострадавших территорий и прогнозирование развития ЧС;
· поиск и планирования путей для борьбы с ЧС и эвакуации населения и хозяйственных объектов;
· оценка убытков, мониторинг восстановительных работ;
· мониторинг ситуации на потенциально опасных территориях и объектах.
Кроме своих космических систем широко используются и зарубежные, которые предоставляют мелкомасштабные тепловые (наблюдения за возможными очагами возгорания) и крупномасштабные снимки.
Кроме использования снимков и последующего картографирования на территории Украины большую роль стали приобретать модели, созданные с целью прогнозирования неблагоприятного процесса, например, области речного половодья или подтопления карьера [буклетик про сыч].
На территории США вопросами по мониторингу чрезвычайных ситуаций занимается Национальная метеорологическая служба (National Weather Service, NWS) Национального управления океанических и атмосферных исследований (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA), осуществляющая прогнозирование неблагоприятных явлений на срок 7 дней и проводящая ряд мероприятий по своевременному оповещению населения на территории континентальной часть страны, а также островных территорий (Гавайи, Гуам, Американское Самоа).
Прогноз явлений осуществляется через сеть наземных станций и при помощи информации, полученной со спутников, среди которых следует выделить сеть американских геостационарных спутников NOAA GOES (рисунок 1.4), Meteosat и MTSAT, осуществляющих зондирование территории в видимом, инфракрасном и коротковолновом излучений и передачей информации в течение 30 минут. Кроме того использование спутников на низкой орбите позволяет проводить более детальные наблюдения за эволюцией неблагоприятного процесса [сайт НОАА и НМС].
Рисунок 1.4 – NOAA GOES (wiki)
На территории Европейского союза контроль за чрезвычайными ситуациями осуществляется программой GMES (Global Monitoring for Environment and Security), осуществляемой под эгидой Европейского космического агентства (European Space Agency, ESA) и Европейским агентством по окружающей среде (European Environment Agency, EEA) c 1998 года.
|
|
|
В состав космического сегмента GMES входят серия спутников Sentinel, осуществляющих наблюдения в радиодиапазоне и при помощи оптико-электронных мультиспектральных сенсоров. В целом планируется запуск пяти типов спутников ДДЗ Sentinel по два в каждом, которые в совокупности обеспечат достаточный охват и оперативность съемки. Кроме разрабатываемых программ активно используются аппараты других программ (Envisat, DMC, Radarsat). Также планируется создание сервиса SAFER (Safety and Fitness Electronic Records), направленный на укрепление Европы в плане мониторинга чрезвычайных ситуаций, вызванные погодными и антропогенными явлениями [геоматика].
Таблица 1.3. – Основные характеристики спутника Sentinel-2 [буклет по Сентинелу]
| Даты запуска спутников (планируемые): | 2013 г. (Sentinel-2A), 2015 г. (Sentinel-2B) |
| Стартовая площадка: | космодром Куру (Франция) |
| Средство выведения: | РН «Рокот» (Россия) |
| Разработчик: | EADS Astrium Satellites (Франция) |
| Оператор: | Европейское космическое агентство |
| Масса, кг | |
| Орбита Тип | Солнечно-синхронная |
| Высота, км | |
| Расчетный срок функционирования, лет |
Большую роль в контроле ЧС также играет Европейская организация спутниковой метеорологии (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites, EUMETSAT), осуществляющая мониторинг погодных ЧС при помощи серии спутников Meteosat, Metop и Jason-2.
На территории Австралии прогноз осуществляется Бюро метеорологии (Bureau of Meteorology, BM), c предупреждения пожаров, тропических циклонов, сильных штормов, наводнений и т.д. Данные предоставляются сериями спутников MTSAT Японского метеорологического агентства (Japan Meteorological Agency, JMA) и Terra/Aqua MODIS в видимом, инфракрасном и тепловом диапазонах. (сайт бюро)
|
|
|
