Космический мониторинг.

В качестве примера, рассмотрим более детально один из наиболее перспективных, по нашему мнению, видов информационных систем в составе ситуационных центров – Информационно-аналитические системы «Космический мониторинг». Такая система спутникового мониторинга за состоянием окружающей природной среды была введена в опытную эксплуатацию в Украине в 2012 году. Она включает в себя набор модулей, определяемых основными пользователями. Главное назначение ИАС «Космический мониторинг» – анализ оперативных данных ДЗЗ из космоса в целях предоставления наиболее полной, актуальной и объективной информации о природно-ресурсном потенциале, экономическом и экологическом состоянии региона для принятия управленческих решений.

В рамках ИАС «Космический мониторинг» решаются следующие основные задачи:

1. оперативное получение данных ДЗЗ, наиболее полно обеспечивающих мониторинг тех или иных видов природных ресурсов, экологических проблем, чрезвычайных ситуаций;

2. первичная обработка данных ДЗЗ, подготовка их к автоматизированному и интерактивному дешифрированию, а также визуальному представлению на аппаратно-программных средствах ситуационного центра;

3. глубокий автоматизированный анализ данных ДЗЗ для подготовки широкого спектра аналитических картографических материалов по различной тематике, для определения разнообразных статистических параметров;

4. подготовка аналитических отчетов, презентационных материалов на базе данных космической съемки территории, формирование предложений и рекомендаций по решению тех или иных проблем, привлечению инвестиций, перераспределению сил и средств, вкладываемых в те или иные направления.

Оперативность поставки новых данных ДЗЗ постоянно повышается, так уже сегодня некоторые аппараты ДЗЗ способны выполнять съемку одной и той же территории с периодичностью 24 часа. Актуальные данные ситуационный центр получает посредством станций приема и при наличии лицензии от оператора спутника или более современного ресурса – «Геосервера».

Для решения тематических задач в рамках ИАС «Космический мониторинг» функционируют модули «Вода», «Лесник», «Недра» и другие.

Модуль «Вода». Для решения задач мониторинга водных ресурсов необходимо создать комплексные бассейновые геоинформационные системы с банками кадастровой информации:

1. водные ресурсы и средства их регулирования;

2. территориально-отраслевая структура водохозяйственного комплекса и использования водных ресурсов;

3. качество воды для различных целей водопользования;

4. источники загрязнения и эвтрофирования и трофическое состояние водоемов (рисунок 1.).

5. структура земельных угодий водосборных территорий,

6. сельскохозяйственных и мелиорированных земель и урбанизированных территорий.

Модуль «Лесник» помогает решать целый ряд задач управления лесным хозяйством, среди них можно выделить такие:

1. выявление существующих вырубок и гарей (рис. 2);

2. оперативный автоматизированный мониторинг появления новых участков, пройденных пожарами, и вырубок (в т.ч. несанкционированных);

3. определение породного состава лесов по оптическим и радарным космическим снимкам;

4. разделение лесов на категории по возрасту, степени зрелости, запасу древесной массы, биологической продуктивности;

5. изучение по космическим снимкам негативных процессов, воздействующих на лесные массивы:

6. влияния вредителей и болезней, иссушения или переувлажнения лесов, приводящие к их деградации и гибели;

7. изучение влияния условий развития лесных пожаров в целях совершенствования прогнозирования развития и продвижения очагов возгораний;

8. изучение природных условий, способствующих или препятствующих активной лесохозяйственной деятельности.

Модуль «Недра». В топливо-энергетическом и сырьевом комплексе этот модуль позволяет обеспечить решение целого ряда важных задач, таких как:

1. планирование и контроль развития инфраструктуры добычи, транспортировки и переработки угля, нефти, природного газа, руд металлов, строительных материалов;

2. выявление несанкционированных месторождений угля (копанок) и строительных материалов, выявление врезок в магистральные трубопроводы и техногенных объектов в охранных зонах трубопроводов;

3. мониторинг экологического состояния территорий в районах добычи, переработки, транспортировки строительных материалов, различных руд, угля, нефти и газа;

4. контроль темпов и оценка эффективности рекультивационных мероприятий месторождений.

Для этой системы один из авторов (Ф.Т. Шумаков) выполнил работу по поиску копанок и карьеров добычи угля в Донецкой и Луганской областях с использованием космических снимков высокого разрешения. Поиск копанок в Донбассе осуществлялся в ArcGIS 10.1 с помощью космических карт, полученных программой SAS.Planet и снимков RapidEye, полученных в 2011 и 2012 годах. Снимки RapidEye были закуплены Министерством экологии и природных ресурсов Украины. В результате этой работы обнаружено более 4000 копанок суммарной площадью более 15000 гектаров.

Цель работы – проведение космического мониторинга экологических катастроф для повышения интереса обучающихся к проблеме охраны окружающей среды. Методика эксперимента – обучение в процессе практического исследования космических снимков земной поверхности визуальным методом с использованием современных космических и информационных технологий. В настоящее время очень остро назрела необходимость в создании обновленного взгляда на образование современного человека в области экологической культуры. Потребность в экологическом образовании связана с необходимостью обеспечения благоприятной среды для жизни человека. Поэтому большую актуальность на данном этапе человеческого развития имеет контроль состояния окружающей среды. Оценка фактического состояния природной среды входит в состав мониторинга - системы наблюдений, оценки и прогноза, позволяющей выявить изменения состояния окружающей среды под влиянием деятельности человека. В основу предлагаемого экспериментального исследования положен вид регионального мониторинга, который позволяет контролировать окружающую среду на огромных территориях земного шара. Одним из современных методов данного контроля является космический. Космический мониторинг состояния земных объектов предоставляет очень ценную и достоверную информацию. Космические фотографии земной поверхности отличаются значительной обзорностью, информативностью и хорошим отражением на них взаимосвязей между компонентами природной среды. Они позволяют оперативно изучать многие природные процессы и явления в их динамике. Вследствие этого космический мониторинг приобретает огромное значение при исследовании экологических катастроф различного масштаба, возникающих по вине человека в отдельных районах нашей планеты. Исходя из выше сказанного, предполагается следующая гипотеза по теме исследования: если при решении задач экологического образования подрастающего поколения применять в процессе исследования окружающей среды методику обучения с использованием фотографических данных космического контроля состояния земной поверхности и современных информационных технологий, то станет возможным повышение интереса обучающихся к проблеме охраны окружающей среды и развитие практических умений по изучению, оценке и прогнозированию последствий промышленной деятельности человека, а также формирование положительной внутренней мотивации личности ребёнка к самостоятельной успешной созидательной деятельности, так какзанятия приобретают творческий характер, процесс получения и обработки ценной экологической информации значительно ускоряется, становится интереснее, проще, красочнее и нагляднее.

В данной работе предложено проведение практического исследования экологических катастроф в отдельных регионах нашей планеты с помощью космических снимков земной поверхности. Для изучения антропогенных изменений состояния земных объектов используются космические фотографии отдельных территорий земного шара, представленные на бумажных носителях и в электронной форме. Особый интерес у обучающихся вызывают цветные космические снимки рек, озёр, морей, океанов и материков, представленные на компакт-дисках или самостоятельно полученные с помощью поисковых систем сети Интернет. На космических фотографиях отчётливо просматриваются лесные массивы и их вырубки, пашни и пастбища, загрязнения водной и земной поверхностей, лесные и другие типы пожаров. По серии данных снимков можно проследить развитие пожарной ситуации на контролируемой территории, исследовать изменения состояния земных объектов вследствие хозяйственной деятельности человека. Ярким примером нерационального природопользования является трагедия Аральского моря. Всего за несколько десятилетий на глазах людей и по их вине погибает одно из самых крупных по площади озер мира и разрастается зона экологического бедствия, масштабы которого пока трудно определить. На Рисунке 3 представлена водная поверхность Аральского моря до начала экологической катастрофы. На снимке отчётливо видны акватория Малого и Большого Арала, наиболее крупные острова озера, его береговая линия. На космическом снимке Аральского моря, полученном в 1985 г. (Рисунок 4), наглядно видно увеличение площади островов озера. На границе раздела Большого и Малого Арала остров превратился в полуостров, но ещё существует пролив между северной и южной частями озера. На месте пролива и вдоль восточной и южной береговых линий озера, а также около островов на снимке чётко просматриваются обширные отмели, которые в будущем могут превратиться в береговую поверхность. Космическая фотография Арала за 1992 г. (Рисунок 5) является наглядным подтверждением этого предположения. На данном снимке видно, что Малый Арал уже отделён от Большого широкой полосой обнажившегося дна, береговая линия заметно сместилась вглубь озера, площадь островов значительно увеличилась, отмели просматриваются на всей территории акватории моря. Фотография Аральского моря за 2008 г. (Рисунок 6) подтверждает продолжение экологической катастрофы: море начинает превращаться в ряд небольших по площади отдельных озёр. Можно предположить, что зелёный цвет воды в центральной части озера обусловлен бурным цветением водорослей. На представленных цветных снимках ясно видны мощные солевые отложения на поверхности обнажившегося дна моря. На Рисунке 6 красной пунктирной линией отмечена прежняя граница береговой линии озера. Гибель Аральского моря продолжается по вине человека. На Рисунке 7 представлена дельта реки Омо на севере озера Рудольф в Кении. На пра­вом снимке заметно увеличение площади дельты, что отрицательно сказывается на состоянии водных обитателей озера. Можно предположить, что заиливание озера происходит вследствие сведения лесов в верховье реки. Сравнивая изображения мест­ности, полученные в разное время, можно следить за состоянием растительного покрова и прогнозировать стихийные бедствия, например, гибель посевов.

Методы сведения влажных тропических лесов бассейна Амазонки характерны. Снача­ла лес вырубают вдоль транспортных арте­рий - дорог и рек, затем - вдоль периодичес­ки расчищаемых старых просек, перпендику­лярных основной магистрали. На этих снимках (Рисунок 8) изображен один и тот же участок земной поверхности длиной около 60 км в 1975 г. и в 1992 г., в течение 17-ти летнего периода времени. На снимках видно, как интенсивно ведётся вырубка лесов. По некоторым оценкам, между 1978 и 1988г. Бразилия потеряла 4% тропических лесов. В основном земля расчищалась под сельскохозяйственные угодья. Это отрицательно сказывается на состоянии животного и растительного мира данной территории.Разрушение тропических лесов за последние десятилетия вызывает наибольшее беспокойство ученых и общественности. К настоящему времени половина лесных массивов тропического пояса уже уничтожена. Это хорошо видно из космоса. На космическом снимке тропического острова у северного побережья Австралии (Рисунок 8) хорошо видны следы обширных пожаров. Американские специалисты объясняют этот факт тем, что местное население желает обновить пастбища в лесной чаще. Темные низменные области на фотографии – заросли мангровых деревьев. При исследовании данного снимка можно обнаружить два очень крупных очага возгорания и примерно тринадцать небольших пожаров. Влажные тропические леса также интенсивно уничтожаются человеком в Азии, Африке, Америке и некоторых других регионах мира. Очень страшную экологическую катастрофу представляют собой пожары нефтяных скважин. На американском космическом снимке территории Кувейта (Рисунок 10) явно видны два огромных по площади очага пожаров – это горят нефтяные скважины. Остальные очаги пожаров не видны из-за очень плотной завесы черного дыма. Вследствие зафиксированной на снимке происходящей по вине людей длительной экологической катастрофы в атмосферу выбрасывается большое количество вредных газов и других химических соединений, образующихся при сгорании органического топлива. Это наносит огромный ущерб окружающей среде не только данной территории, но и всей планеты в целом. Значительно сократились площади лесов и в нашей стране вследствие пожаров и вырубки. На представленной фотографии можно обнаружить свыше 70 крупных очагов возгорания. Трудно оценить, каковы будут негативные последствия данной экологической катастрофы для животного и растительного мира Прибайкалья. Нефтяные пленки на поверхности океана могут возникать в процессе добычи и транспортировки нефти. На снимке (Рисунок 12) представлено морское нефтяное месторождение в Аравийском море (150 км западнее Бомбея). Светлые точки – высоко отражающие металлоконструкции буровых вышек. В подветренном направлении тянутся длинные шлейфы нефтяных пленок. Плёнки «сглаживают» морские волны, что приводит к снижению интенсивности отражения излучения радара и затемнению соответствующих участков на снимке. На Рисунке 13 и Рисунке 14 представлена территория Северного полюса нашей планеты в 1979 г. и в 2003 г. На данных космических снимках наглядно видно, что за четверть века область земного шара, покрытая арктическим льдом, заметно уменьшилась. Уменьшилась и толщина ледового покрова. Многие ученые связывают это явление с начавшимся глобальным потеплением на планете, что приводит к повышению уровня Мирового океана. Многие густонаселённые территории земного шара могут оказаться под водой. Все эти изменения состояния арктических льдов отрицательно влияют на условия существования водных обитателей полярной территории, а также растительного и животного мира побережья северных морей.

В дополнение к данному докладу в Приложении представлены фотографии. Я считаю данную работу актуальной, так как для решения задач экологического образования подрастающего поколения в процессе обучения используется один из самых современных методов контроля окружающей среды – космический мониторинг, предоставляющий широкие возможности оперативного наблюдения за изменениями состояния земных объектов вследствие хозяйственной деятельности человека. Результаты проводимых в рамках космического мониторинга исследований дают наглядную информацию о последствиях необдуманного вмешательства человека в природные процессы, что, несомненно, вызывает интерес обучающихся к проблемам охраны окружающей среды.

Дата добавления: 2015-08-26