НИЦЭБ РАН

TRAKT-2018 - TRAnsferable Knowledge and Technologies for high-resolution environmental impact assessment and management.
Подробнее о проекте: https://www.nersc.no/project/trakt-2018 , http://ru.niersc.spb.ru/trakt-2018.html

Участники проекта:

• NERSC - Nansen Environmental and Remote Sensing Center (Bergen, Norway)
• UHEL - University of Helsinki, Department of Physics, Division of Atmospheric Sciences (Helsinki, Finland);
• NIERSC - Nansen International Environmental and Remote Sensing Centre (St.Petersburg, Russia);
• KSC - Kola Science Center, Russian Academy of Science (Apatity, Murmansk region, Russia);
• SRCES - Science Research Center for Ecological Safety, , Russian Academy of Science (St. Petersburg, Russia) (подробнее об участии в проекте)

Результаты исследований, выполненных в рамках проекта TRAKT-2018

______________________________________

«Разработка технологии картирования районов массового размножения саранчовых методами дистанционного зондирования для обеспечения мероприятий по экологически безопасной защите сельскохозяйственных угодий»

«Разработка методики картирования просадок на территории Санкт-Петербурга по данным космических радиолокационных съемок и повторных нивелировок»

Дистанционный мониторинг энергоэффективности

«Изучение ареалов аэротехногенного загрязнения крупных городских и промышленных агломераций». 2007-2009 гг.

Разработка дистанционных методов количественной оценки реакции экосистем на антропогенное воздействие

Оценка возможностей применения гиперспектральной аэросъемки для решения задач экологической безопасности

Оценка возможностей применения аэросъемки в ультрафиолетовом диапазоне спектра электромагнитных волн для решения задач экологической безопасности

______________________________________

«Разработка технологии картирования районов массового размножения саранчовых методами дистанционного зондирования для обеспечения мероприятий по экологически безопасной защите сельскохозяйственных угодий». 2005 -2007 гг.

(Горный В.И., Крицук С.Г., Лапытов И.Ш., Теплякова Т.Е., Тронин А.А. Измерительная технология спутникового мониторинга саранчовых. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА. Сборник научных статей. Выпуск 5. Том I. Москва. ООО «Азбука-2000». 2008. сс.469-476. http://d33.infospace.ru/d33_conf/2008_pdf/2/64.pdf)

Объектом исследования явился регион южной части Западной Сибири. Целью исследований – создание технологии космического мониторинга очагов массового размножения саранчовых. В качестве основной методологии выбрано измерительное направление дистанционного зондирования Земли из космоса и максимальная автоматизация процесса обработки информации. Для этого выбраны съемочные системы спутников EOS, преимуществом которых является высокая повторяемость съемки и полное метрологическое обеспечение.

Прогноз вспышек численности саранчовых

Комплексный индекс прогноза «вспышек» численности саранчовых:

I = 1 - [a * Iа + b * Iв + c * (1 - Iс)]

где I – комплексный нормированный индекс;
Iа – нормированный индекс аридности;
Iв – нормированный вегетационный индекс;
Iс – нормированный индекс числа солнечных пятен;
a, b, c – весовые коэффициенты.

Картирование плотности числа саранчовых по материалам спутниковых съемок

Контроль надежности прогноза численности саранчовых на основе данных MODIS по результатам учетов в 2007 году

В основе прогноза лежит разработанная в рамках проекта трофическая математическая модель локальной миграции скоплений саранчовых

Сравнение по датам результатов моделирования миграции саранчи на о.Мадагаскар с наблюденными данными

(В.И Горный, С.Г.Крицук, И.Ш.Латыпов, А.Г.Оловянный, А.А.Тронин. Знакопеременные вертикальные движения земной поверхности по данным космической радиолокационной съемки (на примере Санкт-Петербурга). Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. Сборник научных статей. Учреждение Российской академии наук Институт космических исследований РАН. Том 7, №2, М. ОО «До Мира» 2010 г. СС. 321-332. ISSN СС. 2070-7401. http://d33.infospace.ru/d33_conf/sb2010t2/321-332.pdf)

С целью повышения эффективности средств, направляемых на контроль, использование и охрану памятников архитектуры, методом космической радиолокационной дифференциальной интерферометрии (КРДИ) и космической радиолокационной интерферометрии с постоянными отражателями (КРИ ПО) в масштабе 1:10 000 (детальность - 30 м) подготовлены электронные карты вертикальных деформаций поверхности зоны охраны объектов культурного наследия центра Санкт-Петербурга за последние 10 лет. Использованы цифровые материалы съемки, полученные голографическими радиолокаторами спутников ERS(SAR)-1,2 и ALOS(PALSAR). Выполнено сопоставление полученных КРДИ результатов данным с повторными нивелировками, выполненными в 1980 г. и 2003 г. Разработаны принципы районирования территории по уровню риска нарушения объектов охраны культурного наследия (ООКН). Электронные карты и карто-схемы представлены в формате, совместимом с ГИС MapInfo и переданы в информационную систему Комитета по государственному контролю, использованию и охране памятников истории и культуры Администрации Санкт-Петербурга.
Результаты позволяют судить о процессах, происходящих в подземном пространстве, о реакции подземного пространства на техногенную нагрузку и природные воздействия. Разработана методика картирования просадок на территории Санкт-Петербурга в границах зон охраны объектов культурного наследия по данным космических радиолокационных съемок.

А. Амплитуда отраженного радиолокационного сигнала. Б. Фаза отраженного радиолокационного сигнала. В. Интерферограмма. Г. Восстановленная разность фаз. Д. Изменение высоты поверхности за время между съемками.

Карта зонирования по уровню риска деформаций зданий и сооружений (по КРИ ПО, 1993г. – 1999 г. )

1. Опускание > -5 мм. 2. Изменения высот не более ±5мм. 3. Подъем > +5 мм.
4. Ср. кв. отклонение более 5 мм. 5. Зона отсутствия риска. 6. Зона риска.
7. Зона высокого риска. 8. Зеленые зоны города. 9. Здания и сооружения. 10. Улицы.
11. Акватории. 12. Границы зоны охраны объектов культурного наследия - ОЗ.

Особенностью экономики СССР была чрезвычайно низкая стоимость энергии. Поэтому вопрос об энергосбережении в то время не был актуальным. В результате перехода Российской Федерации на новую экономическую систему стоимость энергии быстро приблизилась к мировому уровню, что сделало проблему энергосбережения чрезвычайно острой.
Известно, что техническое состояние систем энергоснабжения определяет уровень энергоэффективности. В свою очередь, аварии систем городского энергоснабжения являются одним из факторов, влияющих на экологическую безопасность населения. За прошедшее десятилетие произошло множество таких инцидентов. Подобные аварии приводят к повреждениям городской среды, травмам и гибели жителей городов в результате прорыва теплоносителя из подземных теплопроводов, отключению отопления и электричества в домах.

Современная стратегия энергосбережения в городах включает в себя несколько уровней дистанционного мониторинга энергопотерь:
- измерение городских (районных) энергопотерь на основе многократной инфракрасной-тепловой съемки спутниками NOAA(AVHRR) и Terra/Aqua(MODIS);
- контроль технического состояния подземных теплопроводов и линий электропередач тепловой и ультрафиолетовой аэросъемкой;
- инфракрасный энергетический аудит жилых домов, промышленных зданий, систем электроснабжения и экономическая оценка энергопотерь;
- разработка рекомендаций по снижению энергопотерь и повышению уровня экологической безопасности населения городов.

Разработана технология картографирования теплопотерь городов на основе многократной тепловой космической съемки спутниками NOAA(AVHRR) и Terra/Aqua(MODIS). Результатом являются карты теплопотерь (Вт/м2). Технология апробирована на примере Санкт-Петербурга, Хельсинки, городов Ленинградской области.

1. –дороги; 2. – границы районов теплоснабжения; 3. – зеленые зоны; 4. – промышленные зоны; 5. – теплоцентрали – а, котельные – б; 6. – жилые массивы; 7. – лесопарки; 8. – отсутствие данных; 9. – акватории.


Таблица. Сравнение энергоэффективности Санкт-Петербурга и Хельсинки по данным тепловой космической съемки

• Энергопотери Санкт-Петербурга в 1996 г. составили 1190 МВт, что эквивалентно экономическим потерям в $150 000 000 (в ценах 1996 г.).
• Если Санкт-Петербург (потенциал энергосбережения 24%) достигнет энергоэффективности Хельсинки (потенциал энергосбережения 8%), то ежегодно будет экономится $100 000 000.
• Эти данные позволяют с экономических позиций разработать стратегию энергосбережения.

Создан авиационный комплекс для авиационного мониторинга технического состояния подземных теплотрасс. Технология съемки и обработки результатов доведена до производственного уровня.

Комплекс включает в себя:
• Отечественный авиационный тепловизор “Малахит” с цифровой регистрацией, установленный на гироплатформу;
• Цифровую видеокамеру видимого диапазона сверхвысокого разрешения;
• Систему управления комплексом и контроля качества прохождения маршрутов во время проведения аэросъемки;
• Навигационную систему, базирующуюся на высокоточном приемнике GPS.

Навигационная система авиационного комплекса позволяет спланировать маршруты аэросъемки и выдерживать их во время полета с целью последующего создания единой цифровой тепловой мозаики территории.

Результатом, передаваемым Заказчикам является CD диск, на котором записаны: - приведенное к карте цифровое тепловое изображение территории города; - каталог аномалий на подземных теплотрассах; - отчет.

Существующие планы подземных систем теплоснабжения часто не соответствуют действительности или утеряны, что требует их актуализации.

В результате дистанционного контроля формируется каталог и схема аномалий.

Электронная карта тепловых аномалий на подземных теплотрассах (красные точки), . Выборг, Ленинградской области

Измерение теплопотерь на подземных теплотрассах

Для повышения энергоэффективности необходимо знание погонных теплопотерь (Вт/м) на подземных теплотрассах. Это выполняется с помощью наземной радиометрической съемки.

Сравнение теплопотерь на различных подземных теплотрассах ( радиометрическая съемка)

Переносным тепловизором измеряется температура поверхности зданий. По этим данным рассчитывается количество теряемого тепла (Вт) и сравнивается с нормативными данными.

Дом, построенный из силикатного кирпича.
А. Фото «глухой»стены дома. Б. Температурная карта этой стены. Видны области (желтый и красный цвета) дополнительных теплопотерь в местах размещения батарей водяного отопления с внутренней стороны стены (показаны стрелками, материалы ООО «ТТМ»)



Тема: «Изучение ареалов аэротехногенного загрязнения крупных городских и промышленных агломераций». 2007-2009 гг.

(А.А. Тронин, С.Г. Крицук, И.Ш. Латыпов. Диоксид азота в воздушном бассейне России по спутниковым данным. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. Т. 2. № 6. С. 217–223. http://d33.infospace.ru/d33_conf/2009,2/217-223.pdf )

Спутниковая съемочная система OMI позволяет регистрировать концентрацию диоксида азота в атмосфере. Диоксид азота выделяется в атмосферу, в основном, при работе автомобильных двигателей. Чем выше коэффициент полезного действия двигателя, тем меньше выбрасывается в атмосферу диоксида азота.

Среднегодовое содержание диоксида азота по спутниковым данным в 2006 г. Пересчёт на наземный уровень в предельно-допустимые концентрации (ПДК)

Зависимость среднегодового загрязнения атмосферы диоксидом азота от качества автомобильных двигателей в 2008 г. по Субъектам Федерации (по данным спутника OMI)

Космический мониторинг показал, что автомобильный транспорт Москвы создает угрозу здоровью населения не только самой Москвы, но и почти по всей территории Московской области и, частично, в прилегающих Субъектах Федерации.
При том же количестве автомобилей, в Центральном регионе, где эксплуатируются, в основном, отечественные легковые автомобили загрязнение атмосферы диоксидом азота – выше по сравнению с Дальневосточным регионом, где эксплуатируются, в основном, импортные автомобили.

(Victor I. Gornyy, Sergei G. Kritsuk, Iscander Sh. Latypov. Remote Mapping of Thermodynamic Index of Ecosystem Health Disturbance. Journal of Environmental Protection, 2010, 1, pp. 242-250. http://www.scirp.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=2614 )

Выполнен анализ методологий количественной оценки реакции экосистем (ЭС) на антропогенную нагрузку (АН). Сделан вывод, что по экономическим причинам микроскопический подход, требующий детального описания множества характеристик состояния ЭС, не реализуем в практике экологического мониторинга. Показано, что перспективным является изучение реакции термодинамических характеристик ЭС на АН в рамках макроскопического подхода. Теоретически этот вопрос наиболее полно разработан С.Йоргенсеном и Ю.Свирежевым (S.Jorgenesen, Yu.Svirezhev, 2004), которые показали, что уровень АН на ЭС измеряется темпом прироста энтропии в ЭС. Оказалось, что эти аналитические выражения без перехода на микроскопический уровень невозможно использовать для дистанционного картографирования термодинамической реакции ЭС на АН.

Исходя из законов сохранения предложен термодинамический индекс нарушенности экосистем (ТИНЭ) - IT:

Как следует из уравнения ТИНЭ есть доля ( ) эксергии поглощенной ЭС солнечной радиации ( ), расходуемая на парирование воздействия АН. Правая часть уравнения позволяет рассчитать ТИНЭ по данным дистанционных (авиационных или спутниковых) измерений.

Разработанная методика дистанционного картографирования ТИНЭ апробировалась на Уральском тестовом полигоне (УТП).

Схематическая карта УТП	Карта вегетационного индекса (NDVI), построенная для территории УТП по данным съемки со спутника Terra(MODIS) (4 июня 2009 г.)
Карта ТИНЭ для территории УТП по данным спутниковым съемок	Сравнение чувствительности к воздействию АН нормализованного ТИНЭ и NDVI (на примере г. Карабаш на территории УТП)
1. Буроугольный разрез Коркино. 2. Местоположение Южно-Уральской и Троицкой ГРЭС.	1. Нормализованный ТИНЭ: . 2. Нормализованный дополнительный NDVI:

Разработанная методика дистанционного картографирования ТИНЭ лежит в русле макроскопического подхода и является значительно более простой и менее затратной при выполнении спутникового мониторинга реакции ЭС на воздействие АН, чем микроскопический подход, требующий расчета большого количества индексов и их последующей генерализации.
Особый интерес, представляет более глубокое изучение реакции растительности на воздействие ионизирующих излучений.


Оценка возможностей применения гиперспектральной аэросъемки для решения задач экологической безопасности

(Б.В.Шилин и др. Опыт создания и эксплуатации отечественных видеоспектрометров и перспективы их использования на малых космических аппаратах. 7-ая Всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» М. 16-20 ноября 2009 г. ( http://conference.transparentworld.ru/docs/materials/011209/Posters/kislitskiy.pdf )
Марков А.В., Шилин Б.В. Проблемы развития видеоспектральной аэросъёмки. Оптический журнал, т.76, №2, 2009.
Б.В.Шилин, В.Н. Груздев, В.М. Красавцев, А.В. Марков, К.Н. Чиков. Действующие образцы видеоспектрометров для малого космического аппарата. Региональная экология. №3. 2010.
Б.В.Шилин. Оценка экологических характеристик акваторий по данным видеоспектральной аэросъёмки. Региональная экология. №3. 2010.)

Стенд для настройки оптико-электронных систем дистанционного зондирования.

Б.В.Шилин, В.Н. Груздев, С.А. Плахов, В.Н. Суриков. Дистанционное наблюдение Земли в ультрафиолетовом диапазоне. Тезисы доклада. Материалы У11 научно-техническая конференция «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли», Адлер, 13-17 сентября 2010. М. 2010.