ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2007, № 6, с. 46-63
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
УДК 528.873.0441
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПЛЕНОЧНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ МОРЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОСМИЧЕСКОЙ РАДИОЛОКАЦИИ И ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
© 2007 г. А. Ю. Иванов1, В. В. Затягалова2
1Институт океанологии им П.П. Ширшова РАН, Москва 2Инженерно-технологический центр "СканЭкс", Москва E-mail: 1ivanoff@ocean.ru; 2vzatyagalova@yandex.ru Поступила в редакцию 02.02.2007 г.
Обсуждается геоинформационный подход к проблеме картографирования нефтяных загрязнений моря, основанный на интеграции в географических информационных системах (ГИС) физико-географических данных, данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), объектов инфраструктуры топливно-энергического комплекса и пятен нефти, обнаруженных на радиолокационных изображениях (РЛИ). Комбинация дистанционных и ГИС технологий может значительно улучшить идентификацию источников нефтяного загрязнения. Кроме того, использование ГИС позволяет создать конечный продукт - карты распределения нефтяных загрязнений. Приведены примеры использования данного подхода для картографирования пленочных загрязнений на акватории о. Сахалин, в Каспийском море и в Таиландском заливе. Показано, что ГИС является идеальным решением для исследования пространственно-временного распределения нефтяных пятен в море и может рассматриваться как основное звено системы мониторинга нефтяных загрязнений.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из приоритетных направлений природоохранной политики Российской Федерации является совершенствование и развитие новых принципов и методов оценки состояния природных объектов и экологического регулирования всех видов антропогенной деятельности. Что касается водных объектов, то одной из важных задач их мониторинга является определение общей загрязненности акваторий и учета ее оставляющих. Защита морских побережий и прибрежных вод от загрязнения становится еще одним из актуальных аспектов современной экологической деятельности человека. Важный шаг на пути к повышению эффективности экологического мониторинга - использование данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и создание геоинформационной среды для интеграции данных о состоянии водных объектов и определения уровня экологической нагрузки на морские акватории. Следует надеяться, что решение этой проблемы в целом позволит реализовать комплексный подход по оценке различных видов и источников загрязнения. Поэтому в настоящее время географические информационные системы (ГИС) и геоинформационный подход рассматриваются как средства улучшения идентификации и классификации нефтяных загрязнений моря.
Хорошо известно, что для наблюдения и мониторинга разливов нефти на море с 1991 г. активно применяется космическая радиолокация, в част-
ности радиолокаторы с синтезированной апертурой - РСА. Не останавливаясь на возможностях космической радиолокации для наблюдения и исследования процессов и явлений в океане, отсылаем читателя к публикациям первого автора этой статьи в журнале "Исследование Земли из космоса", начиная с 1993 г.
Известно также, что нефтяные пленки на радиолокационных изображениях (РЛИ), полученных из космоса, отображаются темным тоном из-за того, что они гасят мелкомасштабное ветровое волнение. Этот факт дает физическую основу для мониторинга нефтяных загрязнений. Однако в настоящее время стало очевидно, что РСА имеет ряд существенных ограничений, влияющих на надежность обнаружения пятен нефти на поверхности моря. Обнаружение и идентификация пятен на РЛИ зависит как от скорости ветра и состояния моря, так и от характеристик самой нефти [1]. Она также затруднена из-за того, что РСА не измеряет какие-либо параметры нефтяной пленки и работает по нефти в узком диапазоне скоростей ветра (3-10 м/с). Несмотря на разработку ряда алгоритмов для автоматизированного выделения нефтяных пятен, в рутинной работе преобладают визуальные и интерактивные методы; в оперативных задачах также используются аналогичные подходы [2].
Слики и сликовые образования морской поверхности могут быть образованы самыми разнообразными процессами в верхнем слое моря и
приводном слое атмосферы (см., например, [3]). Штилевые зоны, дождевые ячейки, апвеллинг, внутренние волны в океане и атмосфере, сдвиги скорости на течениях, цветение фитопланктона, плавающая растительность, натуральные поверхностно-активные вещества (ПАВ) и др. могут создавать похожие поверхностные проявления на РЛИ, которые неопытный оператор может спутать с сигнатурами нефтяных разливов, произведенными судами или нефтепромыслами. Они должны быть исключены из рассмотрения на основе учета геометрических характеристик пятен (размер, форма), их положения относительно окружающих объектов (судов, платформ, терминалов), ориентации относительно преобладающего ветра и течений и связи с явлениями в океане. ГИС и геоинформационные базы данных, которые объединяют физико-географическую информацию о морском бассейне, положении объектов топливно-энергического комплекса (ТЭК), основных судоходных трасс и т.п., могут существенно улучшить процесс интерпретации темных пятен на РЛИ. В связи с этим можно говорить о том, что ГИС предоставляет основу для полноценного анализа РЛИ моря.
В рамках ряда проектов в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН) продолжается работа по сбору, анализу и классификации РЛИ нефтяных загрязнений моря. Удалось собрать большой банк РЛИ, на которых отобразились пленочные загрязнения всех типов, включая нефтяные пленки, образующиеся в результате работы грязевых вулканов и грифонов на морском дне. Различение образов антропогенных пленочных загрязнений моря, поступающих с судов, объектов ТЭК, рек, промышленных производств и естественных источников на дне моря -грязевых вулканов, грифонов, сипов и т.д., - очень важно с точки зрения оценки экологического состояния водных объектов и учета антропогенных и природных факторов в общем балансе загрязнения. Установлено, что их идентификация и классификация невозможны без привлечения разнообразной дополнительной информации, которая может быть организована в географической информационной системе [3].
Кроме того, опыт работы с разрозненными и разновременными данными космической радиолокации предопределяет необходимость разработки информационной среды для более надежной привязки обнаруженных пятен к их источникам. Такой среды, которая позволила бы не только наглядно представлять и визуализировать информацию о нефтяных пятнах, но и собрать воедино разобщенную информацию о нефтяном загрязнении той или иной акватории, проводить анализ и моделирование. Поэтому система мониторинга, реализуемая на базе геоинформационного подхода, могла бы стать основой для осу-
ществления оперативного мониторинга объектов ТЭК и трасс перевозки нефти и нефтепродуктов и выработки управленческих решений по ликвидации последствий нефтяного загрязнения.
Подход к этой проблеме, учитывающий возможности космической радиолокационной съемки и геоинформационных систем, был разработан в ИО РАН совместно со специалистами ООО "Дата +" и Центра "Алмаз" НПОмашинострое-ния [4-9]. В [4-9] была также разработана технология картографирования пленочных загрязнений моря, основанная на сборе, обработке и анализе в ГИС доступных РЛИ.
Позже разработанный подход успешно использовался для мониторинга и картографирования нефтяных загрязнений в Балтийском, Черном, Желтом и Восточно-Китайском морях [10-12].
На основе этого подхода был выполнен ряд пилотных проектов, объединяющих как географические и геофизические данные, так и информацию с радиолокационных спутников. В результате были созданы карты распределения пленочных загрязнений для акватории о. Сахалин, юго-западной части Каспийского моря и Сиамского (Таиландского) залива. В настоящей статье приводятся эти карты, проводится сравнение полученных результатов с существующими представлениями о нефтяных загрязнениях этих бассейнов (более подробно это сделано для акватории о. Сахалин) и обсуждаются вопросы применения геоинформационного подхода для картографирования пленочных загрязнений моря. На основе анализа этих карт показано, какие преимущества дает геоинформационный подход для мониторинга нефтяных загрязнений моря.
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ
СИСТЕМЫ/ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОДХОД
Согласно мнению основателя и директора геоинформационной компании ESRI Дж. Данджер-монда, "Географические информационные системы основываются на географических базах данных, предоставляя информационную систему для организации, управления и интеграции комплексных научных знаний и данных. ГИС - это среда, позволяющая сделать это знание более доступным и наглядным для ученых, исследователей, управленцев, технических специалистов и в целом для всего общества" [13]. Эти особенности ГИС обусловливают их использование практически в любой сфере человеческой деятельности.
ГИС в настоящее время повсеместно используются для планирования операций и принятия решений в случае угрозы загрязнения нефтью побережья, так как они поддерживают интеграцию и обработку различного вида географической и
геофизической информации о пространственном положении, составе и чувствительности к загрязнению разнообразных прибрежных экосистем
[14]. Основные усилия в развитии ГИС направлены на сбор и обработку информации о прибрежных ресурсах и биоценозах, их устойчивости к нефтяному загрязнению с целью выработки стратегии защиты природной среды и ликвидации последствий загрязнения. Кроме того, достигнут определенный прогресс в интеграции различных геоинформационных баз данных и модулей для анализа, моделирования, оценки, передачи и сбора данных в одной системе [14].
Ряд разработанных ГИС-приложений имеет четкую географическую привязку и разрабатывается независимо. Например, для защиты побережья Мексиканского залива был независимо создан ряд геоинформационных систем, среди которых отметим Tactical Response Plan (TRP), Florida Marine Spill Analysis System (FMSAS) и Maritime Security Strategic Information System (MSSIS) [15]. В то время как эти и другие системы продолжают совершенствоваться, наметила
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.