В.В. СОЛДАТОВ, О.В. СОЛДАТОВА

прогнозирование природных
и техногенно - опасных ситуаций
на основе космических снимков

В статье рассмотрены общие принципы построения 3D объектов, а также точности координатной привязки элементов земной на космических изображениях

Космические услуги были доступны давно, но оставались невостребованными. Пожары 2010 года в ЦФО послужили основой для создания аналитического и картографического 3D моделирования на основе космических снимков (рис.1).

Рис. 1. фрагмент 3D модели г. Рязани

Космические услуги были доступны давно, но оставались невостребованными. Пожары 2010 года в ЦФО послужили основой для создания аналитического и картографического 3D моделирования на основе космических снимков. Благодаря полученным моделям появляется возможность прогнозировать и контролировать процессы подтопления, переувлажнения почв, накопления тяжелых металлов, определять оптимальные сроки для сева сельхозкультур, делать прогнозы по урожайности, проводить экологический мониторинг окружающей среды
и особо опасных объектов. Использование данных моделей позволяет обеспечивать пожаробезопастность региона, круглосуточный мониторинг ЛЭП, трубопроводов. Аппаратура низкого разрешения спутников дистанционного зондирования земли не способна обеспечить детальное воспроизведение потенциально опасных объектов. Обработанная информация при помощи Геоинформационных технологий (ГИС – технологий) может с успехом использоваться для наведения на исследуемые объекты искусственные спутники земли (ИСЗ), имеющих аппаратуру более высокого разрешения и передавать в оперативном режиме космические снимки с географической привязкой координат [1]. Реализовать данный процесс возможно при помощи ИСЗ «Ресурс-ДК», но и этих данных бывает недостаточно для предсказания дальнейшего развития процесса.

Актуальность и потенциальные заказчики проекта. Мониторинг окружающей среды актуален для МЧС, министерства экологии и природных ресурсов, лесного хозяйства, министерства культуры, министерство транспорта и дорожного хозяйства, министерства сельского хозяйства, владельцев трубопроводов и линий электропередач и т.д.

Новизна проекта. Для достижения этой цели было выбрано одно из перспективных направлений – использование результатов Дистанционного Зондирования Земли (ДЗЗ), компьютерная обработка космических снимков высокого разрешения и 3D моделирование наземных объектов и происходящих процессов. Существующие в настоящее время способы экологического мониторинга только фиксируют происходящие наземные процессы, а также существуют попытки вероятностного предсказания событий. За день до землетрясения
в Новой Зеландии были зафиксированы признаки подготовки сдвигов тектонических плит [2]. Существование 3D модели помогло бы смоделировать аварии на важных объектах и предупредить развитие аварийных ситуаций на дорогах, мостах, трубопроводах, разрушение промышленных и административных зданий.

В процессе реализации проекта необходимо решить следующие задачи:

1. Получение оперативных и заказ архивных космических снимков в различном разрешении и спектральном диапазоне.

Космические снимки высокого, среднего и низкого разрешения, в том числе информации научной и экспериментальной аппаратуры для муниципальных образований предоставляет Научный центр оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ). Пользователи космической информации ДЗЗ имеют возможность наряду с данными высокого разрешения с ИСЗ «Ресурс-ДК» приобретать данные среднего разрешения с ИСЗ «Метеор-М». На борту спутника «Метеор-М» установлен комплекс многофункциональной спектральной съемки (КМСС), который имеет следующие технические характеристики:

– количество спектральных каналов – 3;

– номинальные спектральные интервалы: 1 - 0,535-0,575нм;
2 - 0,630-0,680нм; 3 - 0,760-0,900нм;

– полоса захвата при двух одновременно работающих камерах – 900 км;

– разрешение — около 60 м, 100 м.

Для мониторинга пожарной обстановки наиболее важен [3] инфракрасный интервал. Данные инфракрасной съемки накладываются на цифровую карту видимого диапазона и выявляются нарушение теплового режима критически опасных объектов, находятся очаги лесных пожаров, нагрев изоляторов ЛЭП.

Периодичность съемки – 4-5 раз в неделю. Для экологического мониторинга это является вполне приемлемо. Кроме того, имеется возможность воспользоваться данными из архива снимками с разрешением 1м. Используя Интернет телефонию, радиосвязь, рекламу, возможно, получать информацию (возникновение несанкционированных свалок, нарушения экологии и т.д.) от населения и других заинтересованных лиц.

2. Визуальная обработка космических снимков и нахождение требуемой информации.

Полученные снимки с помощью компьютера детально обрабатываются и находятся точные координаты районов пожаров, наводнений, неисправности изоляторов ЛЭП, промышленные свалки отходов, аварии трубопроводов и т.д.

3. Используя полученные координаты и навигационную аппаратуру на местности фиксируем аварийную обстановку с помощью фото и видео аппаратуры.

4. Обработанные материалы наземной съемки привязываются
к найденным координатам с помощью свободно распространяемой программной оболочки ОАО "НПК "РЕКОД" [3].

5. На основе аналитических материалов, предоставляемых НЦ ОМЗ, известных алгоритмов цифровой обработки изображений [4,5], проектируем анимационную 3D модель развития дальнейших событий.

Основными преимуществами проекта, являются:

– востребованность в различных областях;

– наглядное графическое представление требуемых данных об экологической и другой техногенной обстановке;

– возможность прогнозирования дальнейшего развития критических событий с элементами анимации и 3D графики.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Еремеев В.В., Козлов Е.П. Повышение точности и надежности координатной привязки снимков от геостационарных космических систем наблюдения земли по электронным картам //Вестник РГРТУ. – Вып.28. 2009. – С. 6 – 12.

2. http://www.ntsomz.ru/zakaz/data

3. www.npkrekod.ru

4. Р.Гонсалес, Р. Вудс Цифровая обработка изображений Москва: техносфера, 2006г.

5. Цифровая обработка сигналов и ее применения: Материалы докладов 12 Международной конференции.– Москва, 2009.– Т. VI.– C. 256-259.