СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ, КАК ВАЖНЕЙШИЙ КОМПОНЕТНТ МОНИТОИНГА ЧЕРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Системы дистанционного зондирования земли, как важнейший компонетнт

монитоинга черезвычайных ситуаций Earth remote sensing systems as an essential component of emergency monitoring

Ь Л московский

p ЭКОНОМИЧЕСКИЙ «УРНА/1

УДК 711. 14 DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10126 Новиков Юрий Александрович,

доцент кафедры геодезии и кадастровой деятельности, канд.техн.наук, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Novikov Y.A., novikov.tiu@gmail.com

Аннотация. Роль систем дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) при мониторинге чрезвычайных ситуаций в последние годы сильно возросла. Это обусловлено оперативностью получения объёмной и смысловой информации об изучаемой территории. В статье пойдет речь о возможности использования бесплатных материалов спутниковой съемки Земли, как эффективного средства анализа последствий чрезвычайных ситуаций на примере территории города Ишим.

Summary. The role of remote sensing systems (ERS) in monitoring emergency situations has increased significantly in recent years. This is due to the speed of obtaining voluminous and semantic information about the study area. The article will discuss the possibility of using free satellite imagery of the Earth as an effective means of analyzing the consequences of emergencies using the example of the territory of Ishim.

Ключевые слова: системы дистанционного зондирования земли, мониторинг, чрезвычайные ситуации, наводнение, космические снимки.

Keywords: Earth remote sensing systems, monitoring, emergency, flood, satellite imagery.

Мир вокруг нас неизбежно меняется, в том числе и под влиянием деятельности человека, и становиться опасным для всего живого на планете. Всё чаще возникают ситуации, которые принято называть чрезвычайными. Мониторинг, оперативное получение и анализ информации по предупреждению, воздействию, развитию и

амортизации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС), являются весьма актуальной задачей. К одним из эффективных средств ведения мониторинга ЧС можно отнести системы дистанционного зондирования земли (ДЗЗ).

Использование систем дистанционного зондирования земли обеспечивает [1, 2, 3, 4]:

- создание точной, актуальной и наглядной электронной геопространственной основы на территорию локализации ЧС;

- оперативный мониторинг развития ЧС на всех стадиях;

- съемку в разных спектрах, позволяющую выявлять оползни, обвалы, лавины, и др.;

- краткосрочные прогнозы и моделирование развивающейся ЧС (компьютерное моделирование наводнений, пожаров, лавин и др.);

- картографирование последствий ЧС путем векторизации разрушенных коммуникаций, зданий и сооружений;

- построение трехмерных и динамических моделей опасных объектов по стереопарам снимков;

- оценка и подсчет средств на ликвидацию ущерба;

- рациональное использование человеческих и технических ресурсов при спасательных и восстановительных работах.

Среди огромного разнообразия спутников ДЗЗ есть две группировки спутников, достойных внимания, которые предоставляют данные для пользователей - Landsat и Sentinel. Снимки, полученные этой группировкой спутников, являются важнейшим ресурсом для проведения мониторинга земной поверхности и научных исследований в области сельского хозяйства, картографии, геологии, лесохозяйства и картографирования последствий ЧС. Характеристики спутников и съемочной аппаратуры Sentinel-2 и Landsat-8 представлены в таблице 1 [5].

Обладая более технологичной съемочной аппаратурой, обеспечивающей съемку в 13 спектральных каналах с максимальным разрешением по видимому спектру 10 м/пикс, в отличие от 15 см/пикс у Landsat-8, а также учитывая ряд других преимуществ, снимки со спутника Sentinel-2 являются более информативными и наглядными как электронная геопространственная основа [6, 7, 8, 9].

Таблица 1

Характеристики спутников и съемочной аппаратуры Sentinel-2 и

Landsa*t-8

Параметр Sentiuel-2 Lands at-S

Кому принадлежит Европейское кос мическое агентство

Дата запуска 2015г ,2017г 2013т

Масса, ыг 1100 2623

Тип орбиты Солнечно -синхронная Co лнечно-синхронная

Высота, км 785 705

Срок эксплуатации, лет 7 10

Параметр Sentiuel-2 Lands at-S

Период повторной съеыки, сутки 5 на экваторе. 2—3 в средних широтах. 16

Спектральные каналы 13 каналов (RGB, VOTR, SWIR) 1Оканалов (панхромагаческий; му льтиспектральные : VNTR (б), SWIR (2). TIR <2)>

Простр анств енное разрешение :в надире. м 10

Динамический диапазон, бит/пиксель 12 16

Ширина полосы съемки в надире, км 290 1S5

На примере города Ишим, Тюменская область, проанализируем возможность использования снимков, находящихся в свободном доступе, для оценки последствий сильного наводнения произошедшего в мае 2017 года.

Для поиска и скачивания снимков была выполнена регистрация на сайте геологической службы США. В соответствующем разделе на карте выбрана территория города Ишим и заданы временные рамки: 5 - 13 мая 2017 года. Среди большого списка спутников, чьи материалы можно скачать на данном сайте, был выбран Sentinel-2. Снимки выбраны без облаков и с наилучшей цветопередачей.

Обработка снимков производилась в одной из самых распространенных программ для работы с растровыми и векторными форматами спутниковых данных, в программе Envi [ 10, 11,12]. Программа дает возможность использовать как стандартное видимое изображение, так и синтезированное изображение из набора других спектральных каналов. Функционал программы позволяет работать с большим количеством инструментов для геометрических преобразований изображений (координатная привязка по растровым и векторным данным, ортотрансформирование или создание бесшовной мозаики однородной по яркости и цвету), для выполнения коррекции и калибровки данных, создания и анализа цифровой модели рельефа и цифровой модели местности, а также спектрального анализа данных.

Синтез имеющихся в библиотеке каналов (таб. 2) позволяет зафиксировать попадание в воду опасных веществ, которые могут быть смыты при затоплении производственных и

складских строений. Возможность синтезировать большое количество каналов позволяет визуализировать объекты и явления, скрытые от глаз при стандартном RGB изображении (рис. 1).

Рисунок 1. Синтез RGB - видимые спектры

Спектральные каналы снимка Sentinel-2

Таблица 2

Спектральные синий: 0,490; Крайний красный Аэрозольное

каналы снимка зеленый: 0.560; -1: 0.705; рассеивание

Sentinel-2 красный: 0.6(55: Крайний красный 0,443; Водяной

Имя/назначение ближний ИК: -2: 0,740: пар 0,945;

канала 0,S42 Крайний красный Перистые облака

Спектральный -3: 0.783; 1,375

диапазон, мкм Крайний красный

-4: 0.865;

Коротковолновый

ИК-1: 1,610;

Коротковолновый

ИК-2: 2.190

Простр анств енное 10 20 60

разрешение, м

Дальнейшая оцифровка снимка, полученного в трех спектральных каналах 1 -2-3 (Red-green-blue) (рис. 2), производилась в модуле программы ENVI Feature Extraction (ENVI FX).

Рисунок 2. Космоснимок города Нтттим с использованием каналов 1-2-3

На полученных составных снимках хорошо просматриваются строения, находящиеся полностью или частично под водой. С помощью функционала модуля Feature Extraction (ENVI FX) были вычислены площади городских территорий и садовых массивов, подвергшихся затоплению (рис. 3) [13-15]:

- общая площадь, оказавшаяся под водой - 31 км2;

- площадь затопленных городских кварталов и садовых массивов - 5 км2.

По причине резкого подъема уровня воды реки Ишим и разрушения дамбы приблизительно 7450 частных земельных участков, включая жилые и садовые дома, теплицы, бани, хозяйственные постройки и огороды, оказались под водой.

Кроме того, на основе полученных открытых данных о рельефе города Ишим, а именно горизонталей в векторном виде, была построена зона возможного затопления в случае подъема уровня реки ещё на 1 метр (рис. 3). Её площадь составил 3,5 км2 и в большей степени это жилые кварталы города. Дополнительно была проведена оценка возможного сокращения зоны затопления в случае принятия оперативных заградительных мер, либо мер предупреждающего характера в виде создания дополнительной временной дамбы. В этом случае удалось бы уменьшить площадь затопленных жилых и садовых участков в 3 раза (с 5 км2 до 1,3 км2). Была составлена дополнительная карта сокращения последствий наводнения. На рисунке 4 клетчатой штриховкой отображена зона затопления в случае принятия предупреждающих мер [16-17].

Рисунок 3. Карта затопленной городской и прилегающей территории

г. Ишим

1- Общая площадь^ оказавшаяся под водой - 31 км2;

2- Площадь затопленных городских кварталов и садовых массивов -5 км2:

3- Зона возможного затопления в случае подъема уровня реки ещё на 1 м.

Рисунок 4. Зона минимального затопления в случае принятия оперативных

мер

1- Общая площадь, оказавшаяся под водой; 2- Площадь затопленных городских кварталов и садовых массивов; 3- Зона затопления в случае принятия предупреждающих мер.

Следовательно, обладая значительной информативностью и хорошим отражением взаимосвязей между компонентами природной среды, космические снимки могут с

лёгкостью использовать для анализа последствий ЧС. Функционал современных программных комплексов дает возможность, при анализе полученных снимков, решать огромный спектр задач. Учитывая свободный доступ к космическим снимкам, а также оперативность поступления снимков в базу данных, появляется возможность изучения многих природных процессов и явлений в их динамике, что в свою очередь оказывает влияние на принятии своевременных управленческих решений.

Список литературы

1. Абросимов А. В., Дворкин Б. А., Кантемиров Ю. И. Некоторые вопросы космического мониторинга чрезвычайных ситуаций // Геоматика №4, 2014.

2. Минаков Е. П., Чичкова Е. Ф. Мониторинг чрезвычайных ситуаций с использованием дистанционного зондирования Земли // ИЗВ. ВУЗОВ. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 4.

3. Минаков Е. П. Карты космической обстановки для оценивания эффективности применения космических аппаратов дистанционного зондирования поверхности Земли // Мат. IV Международной конференции Микротехнологии и новые информационные услуги в авиации и космонавтике. СПб, 2005. С. 45-49.

4. Щукина В.Н., Внедрение технологий дистанционного зондирования Земли в регионе // Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки». - Тюмень: ТИУ, 2018, С.14-18.

5. Европейская программа GMES и перспективная группировка спутников ДЗЗ Sentinel Б.А. Дворкин.

6. Landsat. [Электронный ресурс] 2019 // - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Landsat.

7. Landsat 8. [Электронный ресурс] 2019 // - Режим доступа: http://www.scanex.ru/landsat-8.

8. Sentinel-2. [Электронный ресурс] 2019 // - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Sentinel-2.

9. Sentinel-2 - Спутник sentinel. [Электронный ресурс] / - Режим доступа: http://mapexpert.com.ua.

10. ENVI Platform. [Электронный ресурс] 2019 / - Режим доступа: https://sovzond.ru.

11. «Программный комплекс Envi». Учебное пособие. Совзонд [Электронный ресурс] 2019 // - Режим доступа https://sovzond.ru/products/software/thematic_processing/envi_platform.

12. Budarova V.A., Cherezova N.V., Martynova N.G., Medvedeva J.D., Dubrovskiy A.V. Information technologies for monitoring the territory of subsoil use. Revista ESPACIOS. Vol. 39 (Number 16) Year 2018 Page 37. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.revistaespacios.com/a18v39n16/18391637.html

13. Избранные проблемы и перспективные вопросы землеустройства, кадастров и развития территорий — 2017 : коллективная монография / кол. авторов ; под общ. ред. А.П. Сизова. — Москва : РУСАЙНС, 2018. — 262 с.

14. Budarova V.A., Cherezova N.V., Martynova N.G., Medvedeva J.D., Dubrovskiy A.V. Information technologies for monitoring the territory of subsoil use. Revista ESPACIOS. Vol. 39

15. Кустышева И.Н. Охрана окружающей природной среды при ликвидации нефтегазовых скважин на месторождениях Западной Сибири [Текст] // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2013. - № 7. - С. 18-21

16. Структурно-логическая модель формирования стратегии развития малоэтажного жилищного строительства (на примере Тюм. области)./ Кряхтунов А. В., Кравченко Е. Г., Пелымская О. В.//Управление экономическими системами: электронный научный журнал, 2013, № 2 (50). - С. 34.

17. Кряхтунов А.В., Пелымская О.В., Черных Е.Г. Роль градостроительной и землеустроительной документации в предоставлении земельных участков для строительства//Казанская наука. 2016. № 12. С. 46-48