Mavzu: Aerokosmik monitoring

Aerokosmik monitoring tizimlari, ularning ishlash muddati
Aerokosmik monitoring noyob axborot tizimidir, chunki faqat undan foydalanish bilan ekotizimlarning katta miqyosda (fazoda va vaqt bo'yicha) o'rtacha bo'lgan integral belgilari va xususiyatlarini osongina olish mumkin. Aerokosmik usul katta hududlarda ekotizimlardagi antropogen o'zgarishlar dinamikasini kuzatish muammosini hal qilishda asosiy hisoblanadi. Buning uchun samolyotlar va havo sharlari qurilmalaridan tashqari, maxsus sun'iy yo'ldoshlar va sun'iy yo'ldosh tizimlari keng qo'llaniladi - -Meteor || Va -Meteor - Tabiat -ERTS - (Earts Resources Technology Sattelite), -SKYLAB va -LANDSAT da yaratilgan. Aerokosmik monitoring asosan passiv o'lchash usullaridan foydalanadi. Ular orasida eng ko'p qo'llaniladigan usul - MSS kabi skanerlar - (multispektral skanerlar) 0,5 - 0,6 IR nurlanishning to'rt diapazonida ishlaydigan maxsus qurilmalar yordamida olingan multispektral video axborot (MVI); 0,6 - 0,7; 0,7-0,8 va 0,8-1,1 mkm. Ma'lumot olishning bu usuli asosan AQSh sun'iy yo'ldoshlarida qo'llaniladi. Rossiya sun'iy yo'ldoshlari dastlab oddiy mulohaza asosida jihozlangan. Agar siz yorug'lik oqimining parametrlarini ikkita juda yaqin chastotada o'lchasangiz, ulardan biri nopoklik tomonidan maksimal yutilish chastotasiga to'g'ri keladi, ikkinchisi esa maksimaldan tashqarida bo'lsa, u holda o'tadigan yorug'lik intensivligi nisbati olinadi. o'rganilayotgan vosita, siz tasodifiy omillar ta'siridan deyarli mahrum bo'lgan natijaga erishasiz (shovqin) . Darhaqiqat, shovqin hisoblagich va maxrajdagi qiymatlarga xuddi shunday ta'sir qiladi, shuning uchun bu miqdorlarning nisbati shovqin ta'siridan deyarli mahrum bo'lib chiqadi. E'tibor bering, tashqi shovqin ta'sirini to'liq istisno qilish faqat asosiy va mos yozuvlar chastotalari teng bo'lganda mumkin. Biroq, bu qiyosiy o'lchovni o'zi amalga oshirish imkoniyatini yo'q qiladi. Malumot signalini normallashtirish jarayoni xuddi shu printsipdan foydalanadi. Ikkala usul ham kuchli monoxromatik yorug'lik manbai - lazer bilan faol masofaviy o'lchovlardan foydalanganda eng yaxshi qo'llaniladi. Ikki chastotali o'lchovlar uchun lazer ikki yoki undan ortiq chastotaga sozlanishi kerak. Malumot signalini normallashtirishda bitta chastotali lazerlardan ham foydalanish mumkin. Boshqa chastotali mos yozuvlar signalining paydo bo'lishi tekshirilayotgan ob'ektdagi ba'zi tabiiy jarayonlar bilan bog'liq. Misol uchun, agar lazer usuli suv yuzasida uchuvchi vertolyot tomonidan yog 'plyonkasi ifloslanishini aniqlash uchun ishlatilsa, u holda vertolyotdan yuborilgan lazer nurlari neft ifloslanishining lyuminestsent signalini yaratadi va bir vaqtning o'zida Raman aks-sadosini yaratadigan suv molekulalarini qo'zg'atadi. signal. Floresan komponentining Ramanning tarqalish komponentiga nisbati olinadi, birinchi signal ikkinchisiga normallashtiriladi. Olingan nisbat atmosferadagi jarayonlarga (tuman, tuman, turbulentlik) ozgina bog'liq bo'ladi. MSI tasvirlari atmosferaning chang va aerozol zarralari bilan ifloslanish darajasini aniqlashda foydalanish uchun istiqbolli. Ko'rinadigan yorug'lik oralig'ida spektr quvurlari orqali chang emissiyasini ishonchli aniqlash mumkin. Keyinchalik bizning sun'iy yo'ldoshlarimiz ham multispektral skanerlardan foydalana boshladilar. Ko'p zonali spektral tadqiqotlar uchun radiatsiya atmosfera shaffofligi oynalari bilan bog'liq to'lqin uzunligi oralig'ida qo'llaniladi. To'lqin uzunligi 300 nm dan kam bo'lgan ultrabinafsha nurlanishi bunday tadqiqotlarda qo'llanilmaydi, chunki u atmosfera tomonidan deyarli butunlay so'riladi. Ko'rinadigan radiatsiya Yer atmosferasidan osongina o'tadi (bir nechta tor yutilish zonalari bundan mustasno) va shuning uchun spektral tadqiqotlarda muvaffaqiyatli qo'llaniladi, shuningdek, ko'pincha tabiiy resurslar va tabiiy sharoitlarni o'rganish uchun ishlatiladigan IR-ga yaqin mintaqadagi radiatsiya. muhit, antropogen ta'sirlarni aniqlash. Ko'p maqsadli ovoz chiqarish uchun 8-15 mkm IR diapazoni ham qulaydir, chunki atmosferada deyarli hech qanday yutilish, shuningdek, termal va radio diapazonlari mavjud emas. Umuman olganda, uning ostidagi sirt va atmosfera haqidagi ma'lumotlarning qiymati to'lqin uzunligi diapazonlarini to'g'ri tanlashga bog'liq. Ushbu qo'llanmada biz asosan atmosfera havosi monitoringi bilan qiziqamiz. Shuni tan olish kerakki, material tarkibi haqida ma'lumotni passiv usullar bilan olish juda qiyin. Nopoklarning tarkibi va tarkibi to'g'risida ma'lumot berishga qodir bo'lgan faol lazer usullaridan foydalanish mumkin, ammo uzoq yo'llar (atmosfera shovqini) bo'ylab ifloslantiruvchi moddalar kontsentratsiyasini o'lchash uchun sezilarli shovqinlarni keltirib chiqaradigan bir qator atmosfera hodisalari tufayli juda murakkab. Hatto eng qulay sharoitlarda ham MWI signalining 54% atmosfera tumanligi deb ataladigan narsa bilan belgilanadi. Atmosferaning turbulentligi tufayli sezilarli shovqin paydo bo'ladi. Shuning uchun, ma'lum bir to'lqin uzunligida yorug'lik yutilishini oddiy o'lchash aeroanalitik tabiatning bir ma'noli xulosalarini chiqarishga imkon bermaydi. Shovqin darajasini pasaytirish uchun ikki chastotali usul yoki signalni normallashtirish usullari qo'llaniladi. Ikkala nomli CHP qabullari, yong'inlar va boshqalar. va bu oqimlarning intensivligini va tarqalish uzunligini aniqlang. IQ diapazonida termal emissiyalarni o'rnatish va ularning kuchini aniqlash oson. Tutun emissiyasini kuzatish olovda zarrachalar kontsentratsiyasini aniqlash imkonini beradi. Chiroqlarning tarkibiy qismlari spektrning turli qismlarida yorug'likning yutilishi bilan aniqlanishi mumkin. Atmosferaning ifloslanishini aniqlashning bilvosita usuli tutun chiqindilari bilan ignabargli o'simliklarga zarar etkazish darajasini qayd etishga asoslangan. Ushbu usul 0,5-0,7 va 0,8-0,9 mkm oralig'ida spektr yorqinligini o'lchagan ERTS-1 sun'iy yo'ldoshi tomonidan ishlatilgan. Aerokosmik monitoringdagi o'zgarishlarni aniqlash usullari sun'iy yo'ldosh masofaviy zondlash ma'lumotlari atrof-muhit holatini kuzatishning quyidagi muammolarini hal qilishga imkon beradi:
1. Meteorologik xususiyatlarni aniqlash: vertical harorat rejimlari, namlikning integral xarakteristikalari, bulutlilikning tabiati va boshqalar);
2. Atmosfera frontlari, dovullar dinamikasini kuzatish, yirik tabiiy ofatlar xaritalarini olish;
3. Er osti yuzasining haroratini aniqlash, tuproq va suv yuzasi ifloslanishini operativ nazorat qilish va tasniflash;
4. Sanoat korxonalaridan katta yoki doimiy chiqindilarni aniqlash;
5. O'rmon parki zonalari holatiga texnogen ta'sirni nazorat qilish;
6. Katta yong'inlarni aniqlash va o'rmonlarda yong'in xavfli zonalarni aniqlash;
7. Megapolislarda yirik sanoat va issiqlik elektr stansiyalarining issiqlik anomaliyalari va issiqlik emissiyalarini aniqlash;
8. Quvurlardan tutunli plyuslarni ro'yxatga olish;
9. Mavsumiy suv toshqinlari va daryo toshqinlari monitoringi va prognozi;
10. Asosiy suv toshqini zonalari miqyosini aniqlash va baholash;
11. Sanoat korxonalarining ta'sir zonalarida qor qoplamining dinamikasini va qor qoplamining ifloslanishini nazorat qilish.
Masofadan zondlash (RS) ma’lumotlarini qayta ishlashdan maqsad, kerakli radiometrik va geometrik xususiyatlarga ega tasvirlar yoki tasvirlarni olishdir. Ma'lumotlarni qayta ishlashning asosiy bosqichlarini ko'rib chiqing. Umuman olganda, masofaviy zondlash ma'lumotlarini qayta ishlash uch bosqichni o'z ichiga oladi:
1. oldindan ishlov berish - sun'iy yo'ldosh ma'lumotlarini qabul qilish, ularni magnit tashuvchida yozish, dekodlash va tuzatish, ma'lumotlarni to'g'ridan-to'g'ri tasvir yoki sun'iy yo'ldosh tasviriga yoki keyingi qayta ishlash turlari uchun qulay formatlarga aylantirish;
2. birlamchi ishlov berish - kosmik kema va sensorning beqarorligi natijasida yuzaga kelgan buzilishlarni tuzatish, shuningdek, tasvirni uning ustiga qo'yilgan koordinata panjarasi bilan georeferentsiyalash, tasvir masshtabini o'zgartirish va tasvirni kerakli geografik proyeksiyada taqdim etish (geokodlash). ;
3. ikkilamchi (tematik) ishlov berish - statistik ishlov berish usullaridan foydalangan holda raqamli tahlil qilish, interaktiv yoki to'liq avtomatlashtirilgan rejimda vizual talqin qilish va izohlash.
Qayta ishlashning birinchi va ikkinchi bosqichlari hozirda kosmik kemada amalga oshirilishi mumkin. Ko'p zonali geodeziyalar ko'p yillar davomida amalga oshirildi va tadqiqotchilar katta miqdordagi empirik ma'lumotlarni to'plashdi. Spektrning turli zonalarida qanday yorqinlik nisbatlari o'simliklar, yalang'och tuproq, suv sathi, urbanizatsiyalashgan hududlar va boshqa umumiy landshaft turlariga mos kelishi allaqachon ma'lum, turli xil tabiiy shakllanishlar spektrlari kutubxonalari mavjud. Ushbu nisbatlarni turli zonalarning chiziqli birikmalari sifatida ifodalab, indeks deb ataladigan narsalarni olish mumkin. Ko'pgina zamonaviy Yerni masofadan zondlash tizimlari spektrning ko'rinadigan qizil va yaqin infraqizil qismlarida o'rganganligi sababli, odatiy usul o'simliklarning normallashtirilgan indeksini (NDVI) hisoblashdir. Normallashtirilgan o'simlik ko'rsatkichi nisbatga ko'ra o'simliklarning mavjudligi va holatini ko'rsatadi 2 ta spektral kanalda aks ettirilgan energiya. Quyidagi formula yordamida hisoblangan: NDVI=NIR-QIZIL/NIR+QIZIL, bu yerda NIR spektrning yaqin infraqizil hududida aks etishi; RED - spektrning qizil mintaqasida aks etish. Bu bog'liqlik xlorofillning ko'rinadigan va yaqin infraqizil diapazonlardagi turli spektral xususiyatlariga asoslanadi. O'simlik qoplamining empirik ko'rsatkichlardan real fizik xususiyatlariga o'tishning oraliq bosqichi sifatida vegetatsiya indekslarini ko'rib chiqish mumkin. Ko'pincha universal va hududiy ko'rsatkichlar hisoblanadi: LAI - barg yuzasi indeksi yoki FPAR - o'simliklar tomonidan so'rilgan fotosintetik faol nurlanish indeksi va boshqalar. LAI indeksini tabiiy sharoitlarda o'lchash mumkin. LAI bitmaplari endi har oy Internetda nashr etiladi.(fazoviy o'lchamlari 250 m) butun dunyoga. Ushbu ma'lumotlar multispektral tasvirlarni tasniflash usullari bilan birgalikda mumkin turli xil ma'lumotlarni hisobga oladigan ekspert tizimlarida tasvirni qayta ishlashda ishonchlilikni sezilarli darajada oshirish. Ma'lumki, atrof-muhitga antropogen ta'sir ishlab chiqarishni rivojlantirish va tabiatni muhofaza qilish manfaatlari o'rtasida keng ko'lamli hal qilib bo'lmaydigan qarama-qarshiliklarning paydo bo'lishiga olib keladi, chunki tabiiy resurslardan intensiv foydalanish natijasida tabiiy tizimlar vayron bo'ladi. va atrof-muhit intensiv ravishda ifloslanadi. Hatto Stokgolmda, 1972 yilda Birlashgan Millatlar Tashkilotining tabiiy muhit holatini baholash bo'yicha birinchi xalqaro konferentsiyasida sanoat mamlakatlaridagi tabiiy muhitning ekologik holati nafaqat aholi salomatligiga tahdid sola boshlaganligi e'tirof etildi. , balki insoniyatning mavjudligi. Tabiiy muhitning halokatli yomonlashuvi bilan bog'liq holda yuzaga keladigan ushbu muammolarni hal qilish hozirgi vaqtda sanoati rivojlangan mamlakatlarning, shu jumladan Rossiyaning ekologik barqaror ijtimoiy-iqtisodiy rivojlanishi strategiyasini ishlab chiqishda markaziy o'rinni egallaydi. So'nggi yillarda ekotizimlarning holatini kuzatishning kosmik usullari Rossiya hududi ekologiyasi muammolari bo'yicha fundamental tadqiqotlar qatoriga keng jalb qilindi. Internet global kompyuter tarmog'ining paydo bo'lishi va ilg'or axborot texnologiyalarining rivojlanishi kosmik atrof-muhit monitoringi rivojlanishida yangi bosqichni ochdi. Atrof-muhit holatini masofadan turib monitoring qilishda g‘oyat istiqbolli bo‘lgan telekommunikatsiya infratuzilmasi, shuningdek, gipermatnli va interaktiv axborot texnologiyalaridan keng foydalanish yangi bosqichning o‘ziga xos xususiyati hisoblanadi. Atrof-muhit bo'yicha milliy axborot resurslarini integratsiyalash, hududiy ma'lumotlar bazalarini yaratish va kosmik atrof-muhit monitoringi natijalari bo'yicha elektron to'plamlarni kengaytirish muammosi ham dolzarbdir. Kosmosdan kuzatish texnologiyalarini ishlab chiqish, real vaqt rejimida atrof-muhit monitoringi tizimini ishlab chiqish bilan bir qatorda Rossiya mintaqalarining sun'iy yo'ldoshli atrof-muhit monitoringi uchun infratuzilmani yaratishekologik xavfsizlik va Rossiya iqtisodiyotining barqaror rivojlanishini ta'minlashda asosiy rol o'ynashga chaqiriladi. Shu munosabat bilan atrof-muhit va tabiiy resurslarning holatini tezkor monitoringini amalga oshiradigan Kosmik monitoring markazlari (KMK) yaratilmoqda (masalan, Rossiya Fanlar akademiyasining Sibir bo'limining Quyosh-yer fizikasi instituti, Irkutsk), sun'iy yo'ldosh ma'lumotlarini to'plash, qayta ishlash, tahlil qilish va saqlash uchun apparat va dasturiy ta'minotni o'z ichiga olgan holda, atrof-muhit holatini kosmik vaqt monitoringi uchun ko'p darajali axborot tizimlarini yaratish. Butun dunyoda Yerni koinotdan o'rganish keng qamrovli bo'lib bormoqda. Yer yuzasini kosmosdan masofadan o'rganish muammolarini hal qilishning eng informatsion usuli bu olingan tasvirlardan foydalanish va tematik tahlil qilishdir. Kosmik transport vositalariga o'rnatilgan turli chastota diapazonidagi asboblar majmualari. Atrof-muhit holatini baholash va tabiiy resurslarni tadqiq qilish uchun zarur bo'lgan ko'p qirrali geofizik ma'lumotlarni olish uchun maxsus orbitaga masofadan zondlash moslamalari (radar, skatterometrlar, radiometrlar va optik uskunalar) bilan jihozlangan bir qator sun'iy yo'ldoshlar chiqarildi. Aerokosmik monitoring nafaqat jarayon yoki hodisani kuzatish, balki uni baholash, tarqalishi va rivojlanishini bashorat qilish, shuningdek, xavfli oqibatlarning oldini olish yoki qulay tendentsiyalarni saqlab qolish bo'yicha chora-tadbirlar tizimini ishlab chiqishni ham o'z ichiga oladi. Shunday qilib, operativ xaritalash hodisa va jarayonlarning rivojlanishini nazorat qilish vositasiga aylanadi va boshqaruv qarorlarining qabul qilinishini ta'minlaydi. Atrof-muhit monitoringi xizmatini yaratish dasturini amalga oshirish uchun masofaviy (aerokosmik) vositalar va usullar muhim ahamiyatga ega, chunki global monitoring tizimini yaratish usullaridan biri kartografik hisoblanadi.

Xulosa
Monitoring kontseptsiyasi ilmiy adabiyotga nisbatan yaqinda – 1970-yillarning boshlarida kirib kelgan. bu so'zning zamonaviy ma'nosini inson faoliyati ta'sirida biosfera holatidagi o'zgarishlarni kuzatish va nazorat qilish, bu o'zgarishlarning odamlarning hayoti, sog'lig'i va ishlab chiqarish faoliyati uchun noqulay oqibatlari haqida ogohlantirish sifatida belgilash mumkin. Ekologik nazorat tizimi uchta asosiy faoliyatni o'z ichiga oladi: 1) monitoring va nazorat - atrof-muhit holatini tizimli monitoring qilish; 2) prognoz - tabiiy antropogen omillar ta'sirida tabiatda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan o'zgarishlarni aniqlash; 3) boshqaruv - atrof-muhit holatini tartibga solish chora-tadbirlari (Emelyanov, 1994). Har qanday ob'ekt o'z tabiatining o'ziga xos xususiyatlariga muvofiq elektromagnit energiyani chiqaradi va aks ettiradi. To'lqin uzunligi va nurlanish intensivligi bo'yicha farqlash uzoqdagi ob'ektning xususiyatlarini u bilan bevosita aloqa qilmasdan bilish uchun ishlatilishi mumkin. Ba'zida ma'lum bir spektral diapazonda qayd etilgan nurlanish ob'ektning yagona xususiyati haqida ma'lumot olib boradi va bu ob'ektni umumiy fondan ajratish imkonini beradi. Masofaviy tadqiqotlarning zamonaviy texnologiyasi tor va keng spektral diapazonlarda nurlanish intensivligini qayd etish imkonini beradi. Qabul qilingan axborotni avtomatik qayta ishlashning texnik vositalari va usullari ishlab chiqilmoqda.Yerning koinotdan olingan suratlari, eng avvalo, tabiiy va iqtisodiy tizimlarning yaxlit tasvirlaridir. Aynan ular o'zlarining fiziognomiyasi tufayli aerokosmik monitoring jarayonida eng oson ajratiladi va tavsiflanadi. Monitoringning kompleks yo'nalishi axborotni yig'ish va qayta ishlash vositalarini birlashtirishga mos kelishi kerak. Tadqiqotchi ko'rinadigan spektrning keng zonasida ham, ultrabinafsha, infraqizil va radar diapazonida ham er yuzasi haqidagi tasvirlar yoki raqamli ma'lumotlar bilan ishlaydi. Kosmik monitoring ob'ektlarining fazoviy masshtablari: topologik, mintaqaviy, global. Monitoring vaqt shkalasi: kunlik, mavsumiy, yillar bo'yicha, uzoq muddatli boladi.