ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 1. С. 113-128

Изучение продуктов извержений вулканов Камчатки с помощью гиперспектральных спутниковых данных в информационной системе VolSatView

Е.И. Гордеев1 , О.А. Гирина1 , Е.А. Лупян2 , А.В. Кашницкий2 , И.А. Уваров2 , В.Ю. Ефремов2 , Д.В. Мельников1  , А.Г. Маневич1 , А.А. Сорокин3  , А.Л. Верхотуров3  , И.М. Романова1 , Л.С. Крамарева4  , С.П. Королев3 
1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, Россия
2 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
3 Вычислительный центр ДВО РАН, Хабаровск, Россия
4 Дальневосточный центр НИЦ «Планета», Хабаровск, Россия
На Камчатке ежегодно от трех до восьми вулканов находятся в состоянии извержения или активизации. Для оценки динамики активности вулканов с течением времени и возможной их будущей опасности для населения необходимо комплексное изучение каждого извержения вулкана – от последовательности событий до оценки геологического эффекта, который включает детальное исследование вулканогенных продуктов. В 2010 г. совместными усилиями специалистов ИВиС ДВО РАН, ИКИ РАН, ВЦ ДВО РАН и ДЦ ФГУП НИЦ Планета создана и развивается информационная система «Мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил» (VolSatView, http://volcanoes.smislab.ru), позволяющая работать с различными спутниковыми данными среднего и высокого разрешения, метео- и инструментальной информацией наземных сетей наблюдений, проводить совместный анализ различных данных. В настоящее время в VolSatView имеется развитый инструментарий для анализа гиперспектральных данных, который можно применять для решения различных задач исследования активности вулканов. В работе приводятся примеры применения VolSatView для изучения продуктов извержений Северной группы вулканов Камчатки (пирокластических и лавовых образований) по данным гиперспектральных спутниковых наблюдений. Выяснено, что при изучении спектральных характеристик пирокластических пород андезитового состава более показательной является спектральная отражательная способность, при изучении свежих горячих лавовых потоков – спектральная яркость. Базальтовые и андезидацитовые лавы отличаются по спектральным параметрам, например, по конфигурации профилей спектральной яркости и их величинам.
Ключевые слова: вулканы Камчатки, активность вулканов, вулканогенные продукты, гиперспектральные спутниковые данные, системы мониторинга, информационная система
Полный текст

Список литературы:

  1. Андреев М.В., Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Мазуров А.А., Наглин Ю.Ф., Прошин А.А., Флитман Е.В. Построение интерфейсов для организации работы с архивами спутниковых данных удаленных пользователей // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. № 1. С. 514-520.
  2. Балашов И.В., Халикова О.А., Бурцев М.А., Лупян Е.А., Матвеев А.М. Организация автоматического получения наборов информационных продуктов из центров архивации и распространения спутниковых и метеоданных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 3. С.9-20.
  3. Гирина О.А. О предвестнике извержений вулканов Камчатки, основанном на данных спутникового мониторинга // Вулканология и сейсмология. 2012. № 3. С. 14–22.
  4. Гирина О.А., Гордеев Е.И. Проект KVERT – снижение вулканической опасности для авиации при эксплозивных извержениях вулканов Камчатки и Северных Курил // Вестник ДВО РАН. 2007. № 2 (132). С. 100-109.
  5. Гордеев Е.И., Гирина О.А. Вулканы и их опасность для авиации // Вестник Российской академии наук. 2014. Т. 84. № 2. С. 134-142. doi: 10.7868/S0869587314020121.
  6. Гордеев Е.И., Гирина О.А., Лупян Е.А. , Сорокин А.А., Ефремов В.Ю., Мельников Д.В., Маневич А.Г., Романова И.М., Королев С.П., Крамарева Л.С. Возможности использования данных гиперспектральных спутниковых наблюдений для изучения активности вулканов Камчатки с помощью геопортала VolSatView // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 267-284.
  7. Егоров В.А., Ильин В.О., Лупян Е.А., Мазуров А.А., Флитман Е.В. Возможности построения автоматизированных систем обработки спутниковых данных на основе программного комплекса XV_SAT // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. № 1. С. 431-436.
  8. Еремеев В.А., Мордвинцев И.Н., Платонов Н.Г. Современные гиперспектральные сенсоры и методы обработки гиперспектральных данных // Исследование Земли из космоса. 2003. № 6. С. 80-90.
  9. Ефремов В.Ю., Гирина О.А., Крамарева Л.С., Лупян Е.А. , Маневич А.Г., Матвеев А.М., Мельников Д.В., Прошин А.А., Сорокин А.А., Флитман Е.В. Создание информационного сервиса "Дистанционный мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил" // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 5. С. 155-170.
  10. Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Мазуров А.А., Прошин А.А., Флитман Е.В. Технология построения автоматизированных систем хранения спутниковых данных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. № 1. С. 437-443.
  11. Кашницкий А.В., И.В. Балашов, Е.А. Лупян., В.А. Толпин, И.А. Уваров, Е.А.. Создание инструментов для удаленной обработки спутниковых данных в современных информационных системах // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 1. С. 156-170.
  12. Королев С.П., Сорокин А.А., Верхотуров А.Л., Коновалов А.В., Шестаков Н.В. Автоматизированная информационная система для работы с инструментальными данными региональной сети сейсмологических наблюдений ДВО РАН // Сейсмические приборы. 2014. Т. 50. № 3. С. 30-41.
  13. Лупян E.A., Мазуров A.A., Назиров Р.Р., Прошин А.А., Флитман Е.В. Технология построения автоматизированных информационных систем сбора, обработки, хранения и распространения спутниковых данных для решения научных и прикладных задач. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. № 1. С. 81-88.
  14. Лупян E.A., Мазуров A.A., Назиров Р.Р., Прошин А.А., Флитман Е.В., Крашенинникова Ю.С. Технологии построения информационных систем дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 1. С. 26-43.
  15. Лупян E.A., Матвеев А.М., Уваров И.А., Бочарова Т.Ю., Лаврова О.Ю., Митягина М.И. Спутниковый сервис See the Sea – инструмент для изучения процессов и явлений на поверхности океана // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. 2. С. 251-262.
  16. Лупян Е.А., Милехин О.Е., Антонов В.Н., Крамарева Л.С., Бурцев М.А., Балашов И.В., Толпин В.А., Соловьев В.И. Система работы с объединенными информационными ресурсами, получаемыми на основе спутниковых данных в центрах НИЦ “ПЛАНЕТА” // Метеорология и гидрология. 2014. № 12. С. 89-97.
  17. Носенко Ю.И., Лошкарев П.А. Единая территориально-распределенная информационная система ДЗЗ - проблемы, решения, перспективы (часть 1) // Геоматика. 2010. № 3. С. 35-42.
  18. Романова И.М. Геопортал ИВиС ДВО РАН как единая точка доступа к вулканологическим и сейсмологическим данным // Геоинформатика. 2013. № 1. С. 46-54.
  19. Романова И. М., Гирина О. А., Максимов А. П., Мелекесцев И. В. Создание комплексной информационной веб-системы «Вулканы Курило-Камчатской островной дуги» (VOKKIA) // Информатика и системы управления. 2012. № 3. Вып. 33. С. 179-187.
  20. Сорокин А.А., Королев С.П., Михайлов К.В., Коновалов А.В. Автоматизированная информационная система оценки состояния сети инструментальных сейсмологических наблюдений “Сигнал-С” // Информатика и системы управления. 2010. № 4 (26). С. 161-167.
  21. Толпин В.А., Балашов И.В., Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Прошин А.А., Уваров И.А., Флитман Е.В. Создание интерфейсов для работы с данными современных систем дистанционного мониторинга (система GEOSMIS) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 3. С. 93-108.
  22. Тронин А.А., Горный В.И., Крицук С.Г., Латыпов И.Ш. Спектральные методы дистанционного зондирования в геологии. Обзор // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 4. С. 23-36.
  23. Уваров И.А., Матвеев А.М., Бурцев М.А., Лупян Е.А., Мазуров А.А., Прошин А.А., Саворский В.П., Суднева О.А. Организация распределенной работы с данными спутниковых гиперспектральных наблюдений для решения научных и прикладных задач // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2014. Т. 11. №. 1. С.322-333.
  24. Уваров И.А., Халикова О.А., Балашов И.В., Бурцев М.А., Лупян Е.А., Матвеев А.М., Платонов А.Е., Прошин А.А., Толпин В.А., Крашенинникова Ю.С. Организация работы с метеорологической информацией в информационных системах дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2013. Т. 10. № 2. С.30-45.
  25. Ханчук, А.И. Сорокин А.А., Смагин С.И., Королев С.П., Макогонов С.В., Тарасов А.Г., Шестаков Н.В. Развитие информационно-телекоммуникационных систем в ДВО РАН // Информационные технологии и вычислительные системы. 2013. № 4. С. 45-57.
  26. Abrams M. The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER): Data products for the high spatial resolution imager on NASA's Terra platform // International Journal of Remote Sensing. 2000. Vol. 21 (5). P. 847-859. doi: 10.1080/014311600210326.
  27. Abrams, M., Pieri, D., Realmuto, V., Wright, R. Using EO-1 Hyperion data as HyspIRI preparatory data sets for volcanology applied to Mt. Etna, Italy // J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2013. Vol. 6. P. 375-385.
  28. Carter A.J., Girina O.A., Ramsey M.S., Demyanchuk Y.V. ASTER and field observations of the 24 December 2006 eruption of Bezymianny Volcano, Russia // Remote Sensing of Environment. 2008. Vol. 112. P. 2569–2577.
  29. Flynn, L.P., Harris, A. J., Rothery, D.A., and Oppenheimer, C. High-spatial-resolution thermal remote sensing of active volcanic features using Landsat and hyperspectral data // Geophysical Monograph Series. 2000. Vol. 116. P. 161-177.
  30. Flynn, L. P., Harris, A. J., and Wright, R. Improved identification of volcanic features using Landsat 7 ETM+ // Remote Sensing of Environment. 2001. Vol. 78 (1). P. 180-193.
  31. Flynn, L.P., Mouginis-Mark, P.J., and Horton, K.A. Distribution of thermal areas on an active lava flow field: Landsat observations of Kilauea, Hawaii, July 1991. Bulletin of Volcanology. 1994. Vol. 56 (4). P. 284-296.
  32. Jay J. A., Welch M., Pritchard M. E., Mares P. J., Mnich M. E., Melkonian A. K., Aguilera F., Naranjo J. A., Sunagua M., Clavero J. Volcanic hotspots of the central and southern Andes as seen from space by ASTER and MODVOLC between the years 2000 and 2010 // Geological Society, London, Special Publications. 2013. Vol. 380, P. 161-185. doi: 10.1144/SP380.1
  33. Harris, A.J., Flynn, L.P., Keszthelyi, L., Mouginis-Mark, P.J., Rowland, S. K., and Resing, J.A. Calculation of lava effusion rates from Landsat TM data // Bulletin of Volcanology. 1998. Vol. 60 (1). P. 52-71.
  34. Lombardo, V., Buongiorno, M.F., Pieri, D., and Merucci, L. Differences in Landsat TM derived lava flow thermal structures during summit and flank eruption at Mount Etna // Journal of Volcanology and Geothermal research. 2004. Vol. 134 (1). P. 15-34.
  35. Miller T.P., Casadevall T.J. Volcanic ash hazards to aviation. Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press. San Diego. California. 2000. P. 915-930.
  36. Neal Ch., Girina O., Senyukov S., Rybin A., Osiensky J., Izbekov P., Ferguson G. Russian eruption warning systems for aviation // Natural Hazards. Springer Netherlands. 2009. Vol. 51. No. 2. P. 245-262.
  37. Ninomiya Y., Fu B., Cudahy T.J. Directing lithology with Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) multi-spectral thermal infrared ‘radiance-at-sensor’ data // Remote Sensing of Environment. 2005. Vol. 99. 1-2. P. 127-139.
  38. Oppenheimer C. Lava flow cooling estimated from Landsat Thematic Mapper infrared data: the Lonquimay eruption (Chile, 1989) // Journal of Geophysical Research: Solid Earth (1978–2012). 1991. Vol. 96 (B13), P. 21865-21878.
  39. Ramsey, M.S. and Harris, A.J.L., Volcanology 2020: How will thermal remote sensing of volcanic surface activity evolve over the next decade // Journal of Volcanology and Geothermal research. 2013. Vol. 249. P. 217-233.
  40. Ramsey M., and Dehn J. Spaceborne observations of the 2000 Bezymianny, Kamchatka eruption: the integration of high-resolution ASTER data into near real-time monitoring using AVHRR // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2004. Vol. 135 (1–2). P. 127–146. doi:10.1016/j.jvolgeores.2003.12.014
  41. Ramsey, M.S., Wessels, R.L. and Anderson, S.W. Surface textures and dynamics of the 2005 lava dome at Shiveluch Volcano, Kamchatka // Geol. Soc. Amer. Bull. 2012. doi:10.1130/B30580.1
  42. Rowan L.C., Simpson C. J., Mars J. C. Hyperspectral analysis of the ultramafic complex and adjacent lithologies at Mordor, NT, Australia // Remote Sensing of Environment. 2004. Vol. 91. 3-4. P. 419-431.
  43. Wright, R., H. Garbeil, and Davies, A.G. Cooling rate of some active lavas determined using an orbital imaging spectrometer. Journal of Geophysical Research (Solid Earth), 2010. Vol. 115. B06205, doi:10.1029/2009JB006536.
  44. Sorokin A.A., Korolev S.P., Mikhaylov K.V., Konovalov A.V. “SIGNAL-S” – Automated information system for seismological data processing // First Russia and Pacific Conference on Computer Technology and Applications (RussiaPacificComputer 2010), 6-9 September, 2010; Vladivostok: FEB RAS. 2010. P. 283-284.
  45. Vaughan R.G., Hook S.J., Calvin W.M., Taranik J.V. Surface mineral mapping at Steamboat Springs, Nevada, USA, with multi-wavelength thermal infrared images // Remote Sensing of Environment. 2005. Vol. 99. 1-2. P. 140-158.
  46. Wright, R., Glaze, L., and Baloga, S.M. Constraints on determining the eruption style and composition of terrestrial lavas from space // Geology. 2011. Vol. 39. P. 1127-1130.
  47. Urai M., Fukui K., Yamaguchi Y., Pieri D.C. Volcano observation potential and global volcano monitoring plan with ASTER // Bulletin of the Volcanological Society of Japan. 1999. Vol. 44. P. 131–141.