Аэрокосмический мониторинг.

Понятие мониторинг вошло в научную литературу сравнительно недавно – в начале 70-х гг. современное значение этого слова можно определить как наблюдение и контроль за изменениями состояния биосферы под влиянием человеческой деятельности, предупреждение о неблагоприятных для жизни, здоровья и производственной деятельности людей последствий, вызванных этими изменениями. Система контроля за окружающей средой включает три основных вида деятельности: 1) слежение и контроль – систематические наблюдения за состоянием окружающей среды; 2) прогноз – определение возможных изменений природы под влиянием естественных антропогенных факторов; 3) управление – мероприятия по регулированию состояния окружающей среды (Емельянов, 1994).

Любой объект излучает и отражает электромагнитную энергию в соответствии с особенностями его природы. Различая в длинах волн и интенсивности излучения могут быть использованы для познания свойств удаленного объекта без непосредственного контакта с ним. Иногда регистрируемое в определенном спектральном диапазоне излучение несет информацию о единственном свойстве объекта и позволяет выделить этот объект из общего фона. Современная техника дистанционных съемок позволяет регистрировать интенсивность излучения как в узких, так и в широких спектральных диапазонах. Разрабатываются технические средства и методы автоматической обработки получаемой информации.

Картины Земли из космоса – это прежде всего интегральные изображения природных и хозяйственных систем. Именно они в силу своей физиономичности легче всего выделяются и характеризуются в процессе аэрокосмического мониторинга. Интегральному направлению мониторинга должно соответствовать комплексирование средств сбора и обработка информации. Исследователь оперирует изображениями или цифровыми данными о земной поверхности как в широкой зоне видимого спектра, так и в ультрафиолетовом, инфракрасном и радиолокационном диапазоне. Пространственные масштабы объектов космического мониторинга: топологический, региональный, глобальный. Временные масштабы мониторинга: суточный, сезонный, по годам, многолетний.

Многозональная съемка в оптическом диапазоне. Важнейшими физическими характеристиками природных объектов, оказывающими влияние на изображение, являются оптические свойства компонентов ландшафтов, поскольку при прочих равных условиях характер изображения определяется значением спектрального коэффициента яркости (СКЯ) объекта. Существующие технические средства получения многоспектрального изображения и методы обработки информации позволяют опознавать, классифицировать и картографировать отдельные компоненты природо-хозяйственных систем по их СКЯ.

Многозональная съемка выполняется на основе фотографических и фотоэлектронных методов. К первым относятся методы, известные по названием многоспектральной (многозональной) фотосъемки, ко второй – методы многоканальной спектрометрической съемки.

Новые возможности открывает метод электронном спектрометрической съемки. Его главные достоинства: большой динамический диапазон, высокая чувствительность, линейное преобразование светового сигнала в электрический, форма регистрации, удобная для ввода в компьютер для автоматической обработки.

Идея выделения компонентов природы по их СКЯ высказывалась давно, однако ее реализация затруднялась несовершенством методики визуального сопоставления множества исходных изображений, сделанных в узких зонах спектра. Новые возможности открывает техника оптического и электронного преобразования многозональных изображений. По желанию оператора на экране появляется черно-белое или цветное монохроматическое изображение или сложное цветное изображение. Можно получить естественный цвет или самые разнообразные варианты изображения в псевдоцветах.

Новые перспективы открывает техника съемки в коротковолновой и длинноволновой зонах спектра. К их числу относятся методы ультрафиолетовой, флуоресцентной, инфракрасной и радиолокационной съемки. Среди них выделяют пассивные методы, использующие отраженную солнечную радиацию или собственное излучение объектов, и активные методы, основанные на зондировании местности в определенном диапазоне электромагнитного спектра. Активные методы особенно эффективны, так как они частично или полностью снимает ограничения, связанные со съемкой в ночное время и в плохих погодных условиях. Совместное применение изображений, полученных с помощью различных дистанционных приемником, существенно повышает информативность дешифрирования.

Ультрафиолетовая и флуоресцентная съемка. Ультрафиолетовый участок электромагнитного спектра делится на два интервала: дальний (0,01-0,3 мкм) и ближний (0,3-0,4 мкм). Ближнее ультрафиолетовое излучение может быть использовано для одного из перспективных видов дистанционных исследований – флуоресцентной съемки, основанной на способности углеводородов (нефти) и газов, разнообразных синтетических материалов, загрязняющих окружающую среду, светится при облучении их ультрафиолетом.

Инфракрасная (ИК) съемка. Инфракрасное излучение передается через атмосферу в виде электромагнитных волн, локализованных между красным светом и микроволновой областью.

Эксперименты показали большую перспективность ИК-съемки при решении ряда геоэкологических задач. Сюда относится картографирование и изучение структуры орошаемых земель, выявление лесных пожаров, температурных аномалий, связанных с крупными промышленными объектами, и т. п. Важной сферой применения ИК-съемки является контроль за промышленными стоками и загрязнением прибрежных акваторий. ИК-съемка с успехом используется и для обнаружения пятен нефти на поверхности моря.

Радиолокационная (РЛ) съемка. Важное преимущество РЛ-съемки – ее всепогодность. Качество РЛ-изображения не зависит от освещения солнцем, прозрачности атмосферы или наличия облачного покрова (за исключением мощных низвергающих дождем туч и грозовых облаков). РЛ-съемка может проводиться круглосуточно в слабоосвещенных полярных районах, а также в районах, часто закрытых облачностью. Систематическая РЛ-съемка – быстрый и надежный метод составления фотокарт для изучения динамики рельефа.

Радиолокация весьма эффективна для съемки морских льдов. Радиолокационные изображения позволяют определять основные характеристики ледового покрова, необходимые для составления ледовых карт и обеспечения проводки судов.

Космический мониторинг. Отмечаются следующие особенности и достоинства космического мониторинга:

- наблюдаются и регистрируются сведения об обширных пространствах, вплоть до всей видимой в момент съемки части Земного шара; благодаря большой обзорности можно прослеживать глобальные и крупные региональные особенности природы Земли;

- мгновенность изображения обширных площадей сводит к минимуму влияния переменных факторов; возможность регулярного проведения повторных съемок позволяет выбрать лучшие изображения; по материалам повторных съемок изучается динамика природных процессов;

- комплексный характер информации, содержащейся на космоснимках, обусловливает использование их для изучения сложных процессов взаимодействия компонентов природы: атмосферы и океана, гидрологических процессов с литогенной основой, животных и растений со всем многообразием условий их обитания; благодаря естественной генерализации изображения на космических снимках отображаются наиболее крупные и существенные элементы ландшафтной структуры географической оболочки и следы антропогенного воздействия.

Подводя итог сказанному, отметим, что главной особенностью современного этапа развития дистанционного мониторинга является разработка и использование новых технических средств сбора и обработки информации.

 Список используемой литературы:

1. “Экология человека”. Учебное пособие. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2001.

2. Общая экология: Взаимодействие общества и природы: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., стер. – СПб: Химия, 1998.

3. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. Учебное и справочное пособие. – М.: Финансы и статистика, 1999.