Мобильная версия
В результате выполнения НИР в 2016 году были выполнены следующие работы:
1. Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-технические проблему методов и систем мониторинга природных катастроф и техногенных аварий для оценки и прогнозирования экологической безопасности окружающей среды, в том числе, обзор статей в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографий и др.;
2. Выбраны наиболее перспективные методы и методики мониторинга природных катастрофических явлений с учетом особенностей разрабатываемой системы комплексного мониторинга;
3. Разработаны принципы и структура построения единой системы комплексного мониторинга, обеспечивающей сбор, обработку, обобщение, анализ, визуализацию и хранение космических и наземных данных о сейсмической и вулканической активности, тайфунах и природных пожарах в единой информационной среде.
2. Выбраны наиболее перспективные методы и методики мониторинга природных катастрофических явлений с учетом особенностей разрабатываемой системы комплексного мониторинга;
3. Разработаны принципы и структура построения единой системы комплексного мониторинга, обеспечивающей сбор, обработку, обобщение, анализ, визуализацию и хранение космических и наземных данных о сейсмической и вулканической активности, тайфунах и природных пожарах в единой информационной среде.
В 2017 году в соответствии с планом работ были разработаны используемые в единой системе методы мониторинга катастрофических явлений, а также методики оценки их последствий:
1. Метод мониторинга пожароопасных территорий по комбинированным данным, который заключается в комплексном использовании космических данных, полученных с различных спутников низкого пространственного разрешения, и дальнейшей верификации по данным среднего пространственного разрешения, для оперативного выявления очагов природных пожаров на больших площадях и наиболее точной оценки площадей территорий, пройденных огнём.
2. Разработанный метод космического мониторинга сейсмоопасных территорий на основе комплексного анализа предвестников землетрясений основан на регистрации по данным ДЗЗ различных предвестников землетрясений, позволяющих осуществлять комплексный пространственно-временной анализ наборов значимых атмосферных, ионосферных и литосферных параметров в сейсмоопасных регионах [Bondur, Zverev, 2005, Bondur, Smirnov, 2005, Pulinets et al, 2015].
3. Методика оценки последствий сильных землетрясений на основе комплексного использования данных, позволяющая оценить уровень ущерба и распространения повреждений инфраструктуры после разрушительных землетрясений. Разработанная методика основана на комплексном анализе данных: спутниковых изображений и ГИС-данных (карты социальной и транспортной инфраструктуры и т.п.) и позволяет получать различные виды тематических продуктов в зависимости от наличия информации для анализа: справочные карты, карты изменений, оценочные карты.
4. Метод мониторинга вулканоопасных территорий по космическим данным, который заключается в комплексном использовании данных о концентрациях диоксида серы и значениях аэрозольного индекса, для получения наиболее достоверной информации о динамике распространения пеплового облака при сильных извержениях вулканов. Из-за вулканических выбросов в высокие слои атмосферы твердых частиц и аэрозолей нарушается нормальное состояние воздушной оболочки, вызывая ухудшение качества воздуха, погодные и климатические аномалии. Метод обеспечивает обнаружение и отслеживание динамики пепловых шлейфов сильных извержений вулканов для уменьшения опасности близко расположенных населенных пунктов и авиации.
5. Метод мониторинга тайфунов и оценки их последствий на основе различных данных дистанционного зондирования. Метод основан на использовании данных, получаемых с геостационарных спутников (Feng-Yun-2, Himavary-8, GOES-13, 15, 16) в видимом и ближнем ИК диапазонах, которые позволяют установить траекторные данные: координаты центров тайфунов, а также отследить весь их жизненный путь, определить скорости их движения и особенности траектории, точки поворотов, а также изображений, получаемых со спутников Aura, Aqua, Terra, NOAA, которые позволяют получить фактические поля физических параметров атмосферы и океана, такие как температура поверхности океана (ТПО), количество водяного пара в атмосфере, поле скорости ветра, поле осадков, давления, покрытие и тип облачности и др. Для расчета энергии тайфунов используются данные оптических каналов геостационарных спутников и продукты восстановления интегрального водяного пара по данным микроволнового комплекса AMSR-E, установленном на спутнике Aqua. Оценка последствий тайфунов осуществляется путем сравнения различных космических изображений, полученных до и после прохождения циклонов, и заключается в выборе наиболее информативных параметров (в том числе различных индексов) для сравнения и обнаружения изменений, построении карт изменений (выявление границ изменённых территорий и расчет их площадей), создание тематических продуктов (траектории движений тайфунов, карты и количественные данные обнаруженных изменений).
В 2018 году в соответствии с планом работ были проведены экспериментальные исследования разработанных методов мониторинга катастрофических явлений на основе космических и наземных данных, а также методик оценки последствий сильных землетрясений и тайфунов. Проведены экспериментальные исследования единой системы комплексного мониторинга катастрофических явлений.
Выполненная апробация метода мониторинга пожароопасных территорий показала, что преимуществом использования подхода, при котором комбинируются данные, полученные с различных спутников, является повышение оперативности и точности выявления и подтверждение очагов пожаров без использования данных высокого разрешения, что позволит обеспечивать раннее обнаружение пожаров, а, следовательно, снижение затрат на пожаротушение и устранение последствий от этих природных катастроф.
В результате проведения экспериментальных исследований метода мониторинга сейсмоопасных территорий показано, что совместный анализ нескольких предвестников, регистрируемых из космоса, обеспечивает получение информации об аномальных вариациях различных геофизических полей, связанных с активизацией сейсмической деятельности. Такой анализ позволяет повысить точность и объективность прогнозирования землетрясений на основе выявленных особенностей и закономерностей динамики сейсмоактивных регионов в периоды подготовки, свершения и после землетрясения, а также уменьшить количество ложных тревог, которые неизбежны при анализе только одного предвестника или группы предвестников землетрясений, имеющих одинаковую физическую природу.
Проведенные экспериментальные исследования метода мониторинга вулканоопасных территорий позволили выявить и проследить распространения диоксида серы в процессе активности вулкана Этна. По характеру вулканической деятельности Этна относится к стромболианскому типу извержений, которые связаны с непрерывной дегазацией, что подтверждается результатами проведенного космического мониторинга. Полученные результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о высокой эффективности космических методов для мониторинга вулканической активности.
В результате экспериментальных исследований метода мониторинга тайфунов были построены и занесены в базу данных траектории движения для всех циклонов Атлантической зоны и Северо-западной части Тихого океана за 2017 г, построены графики аккумулированной энергии циклонов АСЕ, из анализа которых следует, что максимальное значение ACE для Северо-западной зоны тропического циклогенеза выявлено для тайфуна Noru, который просуществовал 19 дней. Величина его аккумулированной энергии составила 44,5. Такое большое значение обусловлено рекордным временем существования ТЦ. Показатель ACE для всей зоны тропического циклогенеза составила 176. В то время как для Атлантической зоны суммарная энергия ACE составила 127, в то время как для урагана Harvey, - 15,5, что составило 12% от общего показателя энергии зоны.
Полученные результаты экспериментальных исследований метода мониторинга тайфунов свидетельствуют об эффективности комплексного использования информации с различных систем дистанционного зондирования. Метод позволяет выявлять особенности протекания процессов в внутритропической зоне конвергенции.
В ходе экспериментальных исследований разработанной методики оценки последствий сильных землетрясений обнаружены и оценены повреждения зданий и транспортной инфраструктуры, рассчитаны площади завалов (обломков зданий и сооружений). Были составлены тематические продукты: вспомогательная карта (наиболее оперативный продукт, полученный в результате визуального дешифрирования, без этапа классификации), карты изменений и оценочные карты с полученными количественными характеристиками.
В результате экспериментального исследования методики оценки последствий тропических циклонов были получены следующие результаты: карта затопленных участков, выявлены участки затопленных автомобильных и железнодорожных дорог, подтопленные здания, получены количественные характеристики, составлена карта изменения береговой линии.
В результате экспериментальных исследований единой системы комплексного мониторинга катастрофических явлений на основании результатов сбора и систематизации, были получены следующие результаты:
- проведен мониторинг территорий, выбранных в качестве тестовых участков;
- проведен комплексный анализ результатов мониторинга различных катастрофических явлений;
- выявлены признаки и предвестники катастрофических явлений, а также различные стадии их развития;
- сформирована база исходных данных и тематических продуктов, полученных в результате их обработки.
Для объединения, визуализации, обмена и удобного доступа к пространственной информации, полученной в результате мониторинга, используется web-интерфейс (геопортал), с помощью которого осуществляется: многопользовательский доступ через интернет/интранет; разграничение прав доступа; сбор и каталогизация данных в базу данных, работа с запросами и выборками.
1. Метод мониторинга пожароопасных территорий по комбинированным данным, который заключается в комплексном использовании космических данных, полученных с различных спутников низкого пространственного разрешения, и дальнейшей верификации по данным среднего пространственного разрешения, для оперативного выявления очагов природных пожаров на больших площадях и наиболее точной оценки площадей территорий, пройденных огнём.
2. Разработанный метод космического мониторинга сейсмоопасных территорий на основе комплексного анализа предвестников землетрясений основан на регистрации по данным ДЗЗ различных предвестников землетрясений, позволяющих осуществлять комплексный пространственно-временной анализ наборов значимых атмосферных, ионосферных и литосферных параметров в сейсмоопасных регионах [Bondur, Zverev, 2005, Bondur, Smirnov, 2005, Pulinets et al, 2015].
4. Метод мониторинга вулканоопасных территорий по космическим данным, который заключается в комплексном использовании данных о концентрациях диоксида серы и значениях аэрозольного индекса, для получения наиболее достоверной информации о динамике распространения пеплового облака при сильных извержениях вулканов. Из-за вулканических выбросов в высокие слои атмосферы твердых частиц и аэрозолей нарушается нормальное состояние воздушной оболочки, вызывая ухудшение качества воздуха, погодные и климатические аномалии. Метод обеспечивает обнаружение и отслеживание динамики пепловых шлейфов сильных извержений вулканов для уменьшения опасности близко расположенных населенных пунктов и авиации.
5. Метод мониторинга тайфунов и оценки их последствий на основе различных данных дистанционного зондирования. Метод основан на использовании данных, получаемых с геостационарных спутников (Feng-Yun-2, Himavary-8, GOES-13, 15, 16) в видимом и ближнем ИК диапазонах, которые позволяют установить траекторные данные: координаты центров тайфунов, а также отследить весь их жизненный путь, определить скорости их движения и особенности траектории, точки поворотов, а также изображений, получаемых со спутников Aura, Aqua, Terra, NOAA, которые позволяют получить фактические поля физических параметров атмосферы и океана, такие как температура поверхности океана (ТПО), количество водяного пара в атмосфере, поле скорости ветра, поле осадков, давления, покрытие и тип облачности и др. Для расчета энергии тайфунов используются данные оптических каналов геостационарных спутников и продукты восстановления интегрального водяного пара по данным микроволнового комплекса AMSR-E, установленном на спутнике Aqua. Оценка последствий тайфунов осуществляется путем сравнения различных космических изображений, полученных до и после прохождения циклонов, и заключается в выборе наиболее информативных параметров (в том числе различных индексов) для сравнения и обнаружения изменений, построении карт изменений (выявление границ изменённых территорий и расчет их площадей), создание тематических продуктов (траектории движений тайфунов, карты и количественные данные обнаруженных изменений).
В 2018 году в соответствии с планом работ были проведены экспериментальные исследования разработанных методов мониторинга катастрофических явлений на основе космических и наземных данных, а также методик оценки последствий сильных землетрясений и тайфунов. Проведены экспериментальные исследования единой системы комплексного мониторинга катастрофических явлений.
Выполненная апробация метода мониторинга пожароопасных территорий показала, что преимуществом использования подхода, при котором комбинируются данные, полученные с различных спутников, является повышение оперативности и точности выявления и подтверждение очагов пожаров без использования данных высокого разрешения, что позволит обеспечивать раннее обнаружение пожаров, а, следовательно, снижение затрат на пожаротушение и устранение последствий от этих природных катастроф.
В результате проведения экспериментальных исследований метода мониторинга сейсмоопасных территорий показано, что совместный анализ нескольких предвестников, регистрируемых из космоса, обеспечивает получение информации об аномальных вариациях различных геофизических полей, связанных с активизацией сейсмической деятельности. Такой анализ позволяет повысить точность и объективность прогнозирования землетрясений на основе выявленных особенностей и закономерностей динамики сейсмоактивных регионов в периоды подготовки, свершения и после землетрясения, а также уменьшить количество ложных тревог, которые неизбежны при анализе только одного предвестника или группы предвестников землетрясений, имеющих одинаковую физическую природу.
Проведенные экспериментальные исследования метода мониторинга вулканоопасных территорий позволили выявить и проследить распространения диоксида серы в процессе активности вулкана Этна. По характеру вулканической деятельности Этна относится к стромболианскому типу извержений, которые связаны с непрерывной дегазацией, что подтверждается результатами проведенного космического мониторинга. Полученные результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о высокой эффективности космических методов для мониторинга вулканической активности.
В результате экспериментальных исследований метода мониторинга тайфунов были построены и занесены в базу данных траектории движения для всех циклонов Атлантической зоны и Северо-западной части Тихого океана за 2017 г, построены графики аккумулированной энергии циклонов АСЕ, из анализа которых следует, что максимальное значение ACE для Северо-западной зоны тропического циклогенеза выявлено для тайфуна Noru, который просуществовал 19 дней. Величина его аккумулированной энергии составила 44,5. Такое большое значение обусловлено рекордным временем существования ТЦ. Показатель ACE для всей зоны тропического циклогенеза составила 176. В то время как для Атлантической зоны суммарная энергия ACE составила 127, в то время как для урагана Harvey, - 15,5, что составило 12% от общего показателя энергии зоны.
Полученные результаты экспериментальных исследований метода мониторинга тайфунов свидетельствуют об эффективности комплексного использования информации с различных систем дистанционного зондирования. Метод позволяет выявлять особенности протекания процессов в внутритропической зоне конвергенции.
В ходе экспериментальных исследований разработанной методики оценки последствий сильных землетрясений обнаружены и оценены повреждения зданий и транспортной инфраструктуры, рассчитаны площади завалов (обломков зданий и сооружений). Были составлены тематические продукты: вспомогательная карта (наиболее оперативный продукт, полученный в результате визуального дешифрирования, без этапа классификации), карты изменений и оценочные карты с полученными количественными характеристиками.
В результате экспериментального исследования методики оценки последствий тропических циклонов были получены следующие результаты: карта затопленных участков, выявлены участки затопленных автомобильных и железнодорожных дорог, подтопленные здания, получены количественные характеристики, составлена карта изменения береговой линии.
В результате экспериментальных исследований единой системы комплексного мониторинга катастрофических явлений на основании результатов сбора и систематизации, были получены следующие результаты:
- проведен мониторинг территорий, выбранных в качестве тестовых участков;
- проведен комплексный анализ результатов мониторинга различных катастрофических явлений;
- выявлены признаки и предвестники катастрофических явлений, а также различные стадии их развития;
- сформирована база исходных данных и тематических продуктов, полученных в результате их обработки.
Для объединения, визуализации, обмена и удобного доступа к пространственной информации, полученной в результате мониторинга, используется web-интерфейс (геопортал), с помощью которого осуществляется: многопользовательский доступ через интернет/интранет; разграничение прав доступа; сбор и каталогизация данных в базу данных, работа с запросами и выборками.
105064, Москва, Гороховский пер. 4, "Аэрокосмос". Тел.: (495) 632-16-54, (495) 632-17-19. Факс: (495) 632-11-78.
E-mail: office@aerocosmos.info
www.aerocosmos.info
E-mail: office@aerocosmos.info
www.aerocosmos.info
