Шумаков Ф.Т., Харьковская национальная академия городского хозяйства, e-mail: fshumakov@gmail.com, shumakov@ksame.kharkov.ua
Азимов А.Т., Государственное учреждение «Научный Центр аэрокосмических исследований Земли Института геологических наук Национальной академии наук Украины», e-mail: azimov@casre.kiev.ua
About use of data of remote sensing of the Earth for geoinformation subsystems of the Ukrainian situational centres of environmental monitoring
Основная задача ситуационных центров состоит в интеграции общегосударственных, ведомственных, региональных, городских и местных информационных ресурсов [1]. Для ее решения создаются объединенные базы данных: о юридических лицах, действующих на территории региона, объектах недвижимости, социально-экономических процессах и многих других сторонах жизнедеятельности. Геоинформационные системы современных ситуационных центров содержат информацию более 100 тематических слоев, причем эти данные постоянно обновляются. Кроме собственно карт, системы содержат подробную информацию о земельном, лесном и водном кадастрах, о природных ресурсах, об объектах ведомственной, региональной и городской инфраструктуры: зданиях, дорогах, сетях, объектах строительства. Помимо этого, для них разработан инструментарий для создания «температурных» карт. Органам государственной власти Украины предоставляется санкционированный доступ к информационным системам ситуационных центров посредством единой мультисервисной телекоммуникационной сети.
Функционирование современных ситуационных центров трудно представить без использования космических снимков, которые позволяют не только получать актуальную информацию для нужд различных ведомств, но и редактировать векторные пространственные данные, а также оценивать качество таких данных. Другими словами, космические снимки являются важнейшим критерием и гарантом качества пространственных данных. Ситуационные центры могут использовать космическую информацию, имеющуюся в различных мировых архивах космических снимков (Landsat, Terra/Aqua MODIS, SRTM, Google, Nokia, Bing Maps, Kosmosnimki, Яндекс, Геопортала Роскосмоса и других) и доступную через сеть Интернет. В ситуационных центрах может широко использоваться космическая информация, поступающая с космических систем «КАНОПУС-И», «БКА», «РЕСУРС-ДК1», «Сич-2» и других. Особый интерес представляют космические снимки со спутников сверхвысокого пространственного разрешения, таких как RapidEye (разрешение 5м) WorldView-1,2 (разрешение в панхроматическом режиме 50см), GeoEye-1 (разрешение 41см). Для экологического мониторинга перспективно использовать данные аэрофотосъемки в сочетании с данными наземных пунктов наблюдений. Спутниковые данные имеют большой приоритет в тех случаях, когда надо провести анализ ситуации на большой площади. Кроме того, космические снимки отличает актуальность и оперативность.
Современные ситуационные центры представляют собой комплекс мощнейших средств визуализации и специально организованных рабочих мест для персональной и коллективной аналитической работы по оперативному управлению, контролю и мониторингу различных объектов и ситуаций.
Основным назначением ситуационных центров является поддержка принятия стратегических решений на основе визуализации и углубленной аналитической обработки оперативной информации. Ситуационные центры осуществляют сбор необходимой информации, в том числе и на основе данных ДЗЗ, ее анализ, подготовку справок и аналитических материалов, моделирование сценариев развития экологического состояния природных и антропогенных ландшафтов. Одновременно с этим осуществляется визуализация подготовленной информации в виде актуальных снимков, карт, мультивременных композитов и статистических данных. Космический мониторинг обеспечивает решение следующих задач: управление, прогнозирование развития ситуации на основе поступающей космической и наземной информации; моделирование последствий управленческих решений на базе использования информационно-аналитических систем (ИАС); экспертная оценка принимаемых решений и их оптимизация; управление в кризисной ситуации.
В качестве примера, рассмотрим более детально один из наиболее перспективных, по нашему мнению, видов информационных систем в составе ситуационных центров – Информационно-аналитические системы «Космический мониторинг». Такая система спутникового мониторинга за состоянием окружающей природной среды была введена в опытную эксплуатацию в Украине в 2012 году. Она включает в себя набор модулей, определяемых основными пользователями. Главное назначение ИАС «Космический мониторинг» – анализ оперативных данных ДЗЗ из космоса в целях предоставления наиболее полной, актуальной и объективной информации о природно-ресурсном потенциале, экономическом и экологическом состоянии региона для принятия управленческих решений.
В рамках ИАС «Космический мониторинг» решаются следующие основные задачи:
- оперативное получение данных ДЗЗ, наиболее полно обеспечивающих мониторинг тех или иных видов природных ресурсов, экологических проблем, чрезвычайных ситуаций;
- первичная обработка данных ДЗЗ, подготовка их к автоматизированному и интерактивному дешифрированию, а также визуальному представлению на аппаратно-программных средствах ситуационного центра;
- глубокий автоматизированный анализ данных ДЗЗ для подготовки широкого спектра аналитических картографических материалов по различной тематике, для определения разнообразных статистических параметров;
- подготовка аналитических отчетов, презентационных материалов на базе данных космической съемки территории, формирование предложений и рекомендаций по решению тех или иных проблем, привлечению инвестиций, перераспределению сил и средств, вкладываемых в те или иные направления.
Оперативность поставки новых данных ДЗЗ постоянно повышается, так уже сегодня некоторые аппараты ДЗЗ способны выполнять съемку одной и той же территории с периодичностью 24 часа. Актуальные данные ситуационный центр получает посредством станций приема и при наличии лицензии от оператора спутника или более современного ресурса – «Геосервера».
Для решения тематических задач в рамках ИАС «Космический мониторинг» функционируют модули «Вода», «Лесник», «Недра» и другие.
Модуль «Вода». Для решения задач мониторинга водных ресурсов необходимо создать комплексные бассейновые геоинформационные системы с банками кадастровой информации:
- водные ресурсы и средства их регулирования;
- территориально-отраслевая структура водохозяйственного комплекса и использования водных ресурсов;
- качество воды для различных целей водопользования;
- источники загрязнения и евтрофирования и трофическое состояние водоемов [2] (рис. 1, 2).
- структура земельных угодий водосборных территорий, сельскохозяйственных и мелиорированных земель и урбанизированных территорий.
Рис.1. Трофическая классификация более 4000 водоемов в 2000 г. по данным ETM+ Landsat-7, мультиспектральный синтез каналов на фоне ортомозаики SRTM_90 (теневой рельеф) ЦМР водосборных бассейнов Украины.
Рис. 2. Мониторинг трофического состояния: а) водоемов Украины (29 августа 2011 г., б) бассейна Ладожского озера (29 августа 2011 г., в) озера Байкал (9 июня 2011 г.) по данным Terra-MODIS с разрешением 250 м.
Модуль «Лесник» помогает решать целый ряд задач управления лесным хозяйством, среди них можно выделить такие:
- выявление существующих вырубок и гарей (рис. 3);
- оперативный автоматизированный мониторинг появления новых участков, пройденных пожарами, и вырубок (в т.ч. несанкционированных);
- определение породного состава лесов по оптическим и радарным космическим снимкам;
- разделение лесов на категории по возрасту, степени зрелости, запасу древесной массы, биологической продуктивности;
- изучение по космическим снимкам негативных процессов, воздействующих на лесные массивы:
- влияния вредителей и болезней, иссушения или переувлажнения лесов, приводящие к их деградации и гибели;
- изучение влияния условий развития лесных пожаров в целях совершенствования прогнозирования развития и продвижения очагов возгораний;
- изучение природных условий, способствующих или препятствующих активной лесохозяйственной деятельности.
Рис. 3. Мультиспектральное изображение лесных пожаров в бассейне р. Волга по данным Terra-MODIS от: а) 9 августа 2010 г., б) 10 августа 2010 г.; синтез каналов b721, разрешение 250 м.
Модуль «Недра». В топливо-энергетическом и сырьевом комплексе этот модуль позволяет обеспечить решение целого ряда важных задач, таких как:
- планирование и контроль развития инфраструктуры добычи, транспортировки и переработки угля, нефти, природного газа, руд металлов, строительных материалов;
- выявление несанкционированных месторождений угля (копанок) (рис. 4) и строительных материалов, выявление врезок в магистральные трубопроводы и техногенных объектов в охранных зонах трубопроводов;
- мониторинг экологического состояния территорий в районах добычи, переработки, транспортировки строительных материалов, различных руд, угля, нефти и газа;
- контроль темпов и оценка эффективности рекультивационных мероприятий месторождений.
Для этой системы один из авторов (Ф.Т. Шумаков) выполнил работу по поиску копанок и карьеров добычи угля в Донецкой и Луганской областях с использованием космических снимков высокого разрешения. Поиск копанок в Донбассе осуществлялся в ArcGIS 10.1 с помощью космических карт, полученных программой SAS.Planet и снимков RapidEye, полученных в 2011 и 2012 годах. Снимки RapidEye были закуплены Министерством экологии и природных ресурсов Украины. В результате этой работы обнаружено более 4000 копанок суммарной площадью более 15000 гектаров.
Рис. 4. Векторная карта копанок в Донецкой и Луганской областях, построенная в ArcGIS по космическим картам Google, Nokia, Bing Maps и многозональным комическим снимкам RapidEye за 2011 и 2012 годы.
Литература
- Шумаков Ф.Т. Об использовании данных дистанционного зондирования для геоинформационных подсистем ситуационных центров Украины. // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского Серия «Географическая», 2012. том 25(64), №1, С. 214-221.
- Шумаков Ф.Т. Разработка методов космического мониторинга трофического состояния водоемов. // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия «Географическая», 2011. том 24 (63), № 3, С. 162-172.
