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. 2018. Т. 15. № 1. С. 233-244

Методика оценивания эколого-экономического ущерба водным объектам по данным дистанционного зондирования Земли

О.В. Григорьева 1 , Д.В. Жуков 1 , А.В. Марков 1 , В.Ф. Мочалов 1 
1 Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского , Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 20.11.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-1-233-244
В статье рассматривается методика обработки данных гиперспектральной аэрокосмической съёмки с точки зрения оценки вреда, причинённого водным объектам загрязнениями нефтепродуктами и минеральными взвесями. Реализованные в методике алгоритмы позволяют в автоматическом режиме на основе анализа отличительных спектральных признаков вредных веществ определять их количественные показатели, которые учитываются в нормативно-методических документах, устанавливающих порядок исчисления эколого-экономического ущерба. Исходные данные, использовавшиеся для исследования спектральных характеристик типовых загрязнений акваторий и верификации предложенных алгоритмов, были получены в ходе специально организованных аэросъёмочных работ на Баренцевом и Чёрном морях, а также в результате обработки данных космической гиперспектральной съёмки. Представленные материалы являются развитием ранее проведённого авторами цикла исследований, в результате которого была сформирована система спектральных признаков для обнаружения и определения интенсивности негативного воздействия на водоёмы. В дополнение к ранее разработанным алгоритмам предложены оригинальные способы оценивания показателей, необходимых для расчёта массы вредных веществ: глубины распространения минеральных взвесей и цветности нефтяных плёнок. Для оценивания глубины применяются многопараметрические методы оптимизации (включая нейросетевые технологии), основанные на преимуществе многомерности гиперспектральных данных и использовании модели переноса светового потока в водной среде, учитывающей процессы рассеивания и поглощения излучения растворенным «жёлтым» веществом, органическими и неорганическими взвесями. Классификация разливов нефтепродуктов по цветности осуществляется по установленным в результате проведённых экспериментов спектральным признакам нефтяных плёнок в узких полосах видимого и ближнего инфракрасного диапазонов спектра. В совокупности предложенные алгоритмы позволяют при обработке гиперспектральных изображений определить полный набор исходных данных, необходимых в соответствии с нормативными документами для исчисления размера вреда, нанесённого водному объекту.
Ключевые слова: гиперспектральная аэрокосмическая съёмка, оценка вреда, загрязнения нефтепродуктами и минеральными взвесями, информативные спектральные признаки
Полный текст

Список литературы:

  1. Белов М. Л., Городничев В. А., Козинцев В. И., Федотов Ю. В. Неконтактный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды. Патент РФ 2387977. Рег. 27.04.2010.
  2. Виноградов А. Н., Егоров В. В., Калинин А. П., Родионов А. И., Родионов И. Д., Родионова И. П. Иссле­дования возможностей гиперспектральной съёмки для мониторинга состояния водных объектов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 2. С. 125–134.
  3. Григорьева О. В., Жуков Д. В., Марков А. В., Саидов А. Г. Способ оценки уровня загрязнения акваторий по гиперспектральным данным аэрокосмического зондирования. Патент РФ 2616716. Рег. 17.04.2017.
  4. Григорьева О. В., Жуков Д. В., Марков А. В., Мочалов В. Ф. Восстановление глубин прибрежных акваторий по данным много- и гиперспектральной съёмки // Оптика атмосферы и океана. 2016. T. 29. № 7. С. 553–559.
  5. Григорьева О. В., Шилин Б. В. Опыт оценки экологических характеристик акваторий морских портов по данным видеоспектральной аэросъёмки // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 1. С. 156–166.
  6. Евтушенко Н. В., Иванов А. Ю., Рыбчак Н. В. Спутниковый радиолокационный мониторинг плёночных загрязнений Кольского залива // Земля из космоса. 2016. № 6 (22). С. 26–33.
  7. Жуков Д. В. Методика тематической обработки гиперспектральных данных в задаче оценки экологического состояния портов // Исследование Земли из космоса. 2014. № 1. С. 66–71.
  8. Жуков Д. В. Cпектральные признаки для идентификации типовых загрязнений акваторий морей по данным авиационной и космической съёмки // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 7. С. 560–565.
  9. Жуков Д. В., Григорьева О. В., Марков А. В., Саидов А. Г. (2013а) Программа оценки уровня загрязнения акваторий морских портов по материалам много- и гиперспектральной съёмки в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013618799. Рег. 18.09.2013.
  10. Жуков Д. В., Матьяш В. А., Мочалов В. Ф., Труфанов А. В. (2013б) Системный анализ актуальных прикладных задач наземно-аэрокосмического мониторинга эколого-технологических объектов, исследуемых в проекте ELRI-184 // Труды СПИИРАН. 2013. № 5. Вып. 28. С. 107–121.
  11. Кахраманлы Ю. Н. Пенополимерные нефтяные сорбенты: Экологические проблемы и их решения. Баку: Элм, 2012. 305 с.
  12. Копелевич О. В., Буренков В. И., Вазюля С. В., Шеберстов С. В., Терехова А. А., Шибалкова А. П. Учет отражения солнечного излучения от дна на мелководье при обработке данных спутниковых сканеров цвета // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. Вып. 5. Т. 2. С. 117–127.
  13. Лаврова О. Ю., Костяной А. Г., Лебедев С. А., Митягина М. И., Гинзбург А. И., Шеремет Н. А. Комп­лексный спутниковый мониторинг морей России. М.: ИКИ РАН, 2011. 480 с.
  14. Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Уваров И. А. Выявление и распознавание различных типов вод в прибрежной зоне Черного моря и в озерах Крыма на основе анализа гиперспектральных данных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 135–147.
  15. Мельников Г. С., Самков В. М., Товбин Б. С., Дерин О. А. Метод и аппаратура дистанционного обнаружения, распознавания и количественного анализа разливов нефти на морской поверхности // Труды 10-й Международ. конф. «Прикладная оптика-2012». 2012. Т. 3. С. 169–173.
  16. Митягина М. И., Лаврова О. Ю., Бочарова Т. Ю. Спутниковый мониторинг нефтяных загрязнений морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 130–149.
  17. Об утверждении Методики исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства. Приказ Минприроды России № 87 от 13.04.2009 (ред. от 26.08.2015).
  18. Радиотехнические и телевизионные системы: сб. науч. тр. / ред. Б. С. Тимофеева. СПб.: СПбГУАП, 2000. 178 с.
  19. Loos E., Brown L., Borstad G., Mudge T., Álvarez M. Characterization of oil slicks at sea using remote sensing techniques // Oceans. 2012. Hampton Roads, VA, USA, 14–19 Oct. 2012. P. 1–4.
  20. Novoa S., Doxaran D., Ody A., Vanhellemont Q., Lafon V., Lubac B., Gernez P. Atmospheric corrections and multi-conditional algorithm for multi-sensor remote sensing of suspended particulate matter in low-to-high turbidity levels coastal waters // Remote Sensing. 2017. V. 9. Iss. 1. P. 61.
  21. Open water oil identification job aid for aerial observation: With standardized oil slick appearance and structure nomenclature and codes. Version 2. Updated July 2012. 2016. URL: http://www.response.restoration.noaa.gov/jobaid/orderform.
  22. Stumpf R. P., Holderied K. Determination of water depth with high-resolution satellite imagery over variable bottom types // Liminology and Oceanography. 2003. V. 48. Iss. 1. P. 547–556.