11 - Государственный гидрологический институт

АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
ПРИ ОЦЕНКЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Прокачева В.Г., Усачев В.Ф.
Государственный гидрологический институт,
С.- Петербург. E-mail: usachev@VU15040.spb.edu
Обобщены результаты разработок, выполненных в Государственном
гидрологическом институте. Итоги достижений аэрометодов в гидрологии
представлены перечнем опубликованных методик по измерению скоростей и расходов
воды в реках, по картографированию наледей, русловых деформаций и эрозии почв, по
аэровизуальным наблюдениям снеготаяния, ледовой обстановки на озерах и
загрязненности водной поверхности.
Возможности космических съемок для изучения гидрологического режима
иллюстрированы примерами: расчета снегозапасов в горах, оценки загрязненности
снежного покрова в сфере влияния города, картографирования речных разливов,
динамики льда на озерах. Извилистые и прерывистые пути, от средств сбора
информации к ее целевому приложению, должна выправить соответствующая
географическая информационная система.
Задачи по изучению водных ресурсов с применением средств дистанционного
зондирования Земли (ДЗЗ) можно разделить на следующие группы:
I.
ОЦЕНОЧНЫЕ
•
кадастровые работы (учет рек, озер, болот, ледников, наледей, систематически
или эпизодически затапливаемых земель),
•
оценка естественного состояния речных и озерных водосборов,
•
оценка техногенной нагрузки водных объектов и водосборных площадей,
•
определение запаса чувствительности к изменениям,
•
определение экологических резервов по регионам.
II.
РАСЧЕТНО-ПРОГНОСТИЧЕСКИЕ
•
формирование перечня параметров, необходимых для прогнозирования
речного стока (с акцентом на ДЗЗ),
•
выяснение регрессий параметров стока с определяющими факторами,
•
разработка физико-математических моделей формирования речного стока,
способных потреблять информацию ДЗЗ,
•
создание блоков ГИС для обеспечения соответствующих моделей,
•
формулирование требований к съемочным системам для обеспечения расчетно-
прогностических методик.
III.
ОПЕРАТИВНО – КОНТРОЛЬНЫЕ
2
•
автоматизация
наблюдательной
гидрометеорологической
сети
и
сбор
информации через ИСЗ,
•
оперативные измерения расходов воды для расчета сезонного стока рек,
•
контроль паводочного режима на реках,
•
контроль ледово-термического состояния рек, озер и водохранилищ,
•
оперативный контроль загрязненности рек, озер и водосборных площадей.
IV.
ПЕРСПЕКТИВНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ
•
диагностика состояния водных ресурсов и проблемы устойчивости,
•
оценка влияния изменений климата на водные ресурсы,
•
расчет региональных и глобальных влагопереносов атмосферы и разгрузки их
над водосборами,
•
учет изменений радиационного баланса атмосферы и поверхности суши в
расчетах водных балансов территорий, государств и континентов,
•
выяснение влияний загрязненности на экологию вод суши.
Большинство из перечисленных задач имеют прикладной либо исследовательский
характер, и все они требуют научного обоснования целесообразности применения средств
дистанционного зондирования в дополнение к традиционным методам. Отраслевые же
задачи по водным ресурсам, а также использованию ДЗЗ для их оценок, находятся в
ведении Росгидромета. Это в основном локальные и региональные задачи по обеспечению
наблюдений за гидрологическим режимом, по краткосрочному прогнозированию, по
разработке прогнозов сезонного стока, по накоплению и систематизации справочных
данных о режиме рек, озер и водосборных площадей. Поисковые исследования по
перспективным направлениям проводились в академических и частично в ведомственных
институтах. Чаще
всего
это
были
задачи
глобального
характера,
касающиеся
континентальных и общеземных проблем. Сюда можно отнести проблемы влияния
климата на водные ресурсы, исследования по проблемам роста народонаселения, засух и
недостатка воды, по закономерностям глобального и регионального водообмена через
атмосферу, по экологии вод различных континентов и резервам их устойчивости. К
сожалению, решение всех этих задач, даже без применения дистанционных методов,
находится в зачаточном состоянии. Ибо в первые десятилетия появления материалов
наблюдений земной поверхности из космоса все отечественные и зарубежные
исследователи выясняли применимость их для решения привычных прикладных задач в
конкретных регионах. В итоге, при глобальном характере спутниковой информации,
достижения в ее применении имеют локальный и региональный, часто отраслевой и
3
ведомственный уклон. Заботы глобального плана возникли постепенно со временем, по
мере накопления данных и появления признаков кризиса земных ресурсов. Тем не менее,
большинство достижений опубликовано, они вышли за рамки государств и ведомств,
итоги применения ДЗЗ регулярно обобщаются международными организациями (ВМО,
ЮНЕСКО). Естественно, что в данной работе использованы разнообразные достижения,
не только собственные разработки. Поэтому мы сочли возможным не давать в каждом
случае ссылки на конкретные работы, но в качестве приложения приводим список
основных использованных публикаций по четырем прикладным разделам: монографии,
обзоры, методики и справочники. И лишь в последнем разделе (справочники) выделены
только наши собственные достижения.
Космические средства дистанционного зондирования выросли и базируются на
аэрометодах. Но они обладают свойствами регионального и глобального, регулярного
обзора водных объектов и водосборных площадей. И это совершенно незаменимое
качество для контроля гидрологического режима. Поэтому возможности ДЗЗ теперь
существенно возросли, и они обеспечивают адекватное освещение разнообразных
характеристик водных ресурсов суши (Табл.1). Съемочная изобразительная информация,
передаваемая с орбиты по радиоканалам, и материалы космического фотографирования
чаще всего удовлетворяют задачи локального и регионального плана.
Отечественный опыт определения различных гидрологических характеристик
представлен в таблице 2. Международными организациями также систематически
выполняется обобщение достижений по различным областям гидрологии, в том числе и
по применению ДЗЗ. Итоги имеют методический характер в локальном приложении к
конкретным задачам, и многие разработки доведены до коммерческого состояния.
Обширный спектр областей применения может создать впечатление, что все задачи
решены или решаемы этим универсальным средством. Впечатляют трудоёмкость и,
зачастую, отсутствие альтернативных методов. Однако от специалиста нельзя скрыть
разобщенность этих разработок, отсутствие единых методик определения одних и тех же
характеристик, случайность решения задач только в благоприятных условиях получения
информации. Надо заметить, что нет примеров комплексного применения достижений
смежных наук о земной коре и атмосфере. Известна искусственность отделения задач
гидрологии суши от смежных дисциплин (метеорология, гидрогеология, океанология,
климатология), хотя в природе они неразрывно объединены естественным круговоротом
воды. Этот недостаток присущ традиционным методам, прослеживается он и в
применении ДЗЗ. Каждая из смежных наук изыскивает возможности приложения ДЗЗ для
решения своих задач.
4
Спутниковая информация, обладая разнообразным пространственным осреднением
и обзорностью, существенно дополняет существующую систему наблюдений на
гидрологической сети, и позволяет дать общую оценку гидрологической ситуации по
территории. Главные недостатки, ограничивающие в настоящее время широкое
применение спутниковой информации при гидрологическом обслуживании нужд
экономики страны:
•
экспериментальный характер спутниковых наблюдений,
•
эпизодичность съёмок,
•
косвенный
способ
оценки
гидрологических
параметров,
значительные
погрешности их определения,
•
высокая стоимость самой спутниковой информации.
Вместе с тем, единственной возможностью для повышения эффективности
результатов гидрологических исследований в настоящее время является совместное
применение спутниковых, самолетных, наземных данных и различных видов карт, что
наилучшим образом объединяется в географических информационных системах (ГИС).
Наши разработки были ориентированы на съемки с отечественных ИСЗ. В
последнее время материалы с отечественных ИСЗ стали отставать от зарубежных - по
спектральному диапазону, разрешению, по способам коррекции и частоте запусков. Сразу
почувствовалось отставание и в прикладных использованиях информации. Разработки,
как у нас, так и за рубежом, велись на уровне выявления возможностей и демонстрации их
на примерах съемок, полученных в благоприятных условиях. На первом этапе
отечественные достижения по разнообразию и глубине поисков практически не отставали
от зарубежных (США, Канада, Англия, Франция). Государственная стратегия в
применении материалов съемки отечественных ИСЗ была нацелена на внедрение их в
оперативную практику по наиболее доступным и перспективным направлениям.
Таковыми в гидрологии были:
‰
•
оценка ледового режима озер,
•
определение снегозапасов на горных водосборах,
•
мониторинг наводнений на поймах больших рек,
•
оценка зон техногенного загрязнения на речных водосборах.
При оценке ледового режима озер многолетние данные о сезонной
изменчивости количества льда на озерах определяются в результате анализа картосхем
ледовой обстановки, построенных по данным аэровизуальных наблюдений и спутниковых
съемок. На их основе разработана имитационная модель динамики ледовой обстановки на
5
Ладожском озере (рис. 1), которая позволяет на основе предшествующего снимка и
прогноза метеорологических элементов рассчитать ледовую ситуацию на будущее. При
дешифрировании космического снимка специалист-гидролог использует всю доступную
ему дополнительную информацию об определяемом явлении. Учитывать дополнительную
информацию при автоматизированном дешифрировании также позволяет упомянутая
имитационная модель.
‰
Для определения снегозапасов на горном водосборе за прошлые годы
используются регулярные спутниковые съемки в видимом диапазоне, по которым
восстанавливается последовательный ход снеговой линии в горах при снеготаянии.
Снегозапасы рассчитываются обычным способом через температуру воздуха и
коэффициент стаивания. Результаты таких расчетов, для несколько сезонов по некоторым
горным регионам и речным водосборам, показали перспективность этого направления
использования спутниковой информации, особенно в условиях малообжитых и
труднодоступных
районов
(рис.2).
По
итогам
расчетов
становятся
явными
закономерности высотного распределения снегозапасов. Они представляют справочный
интерес и дают сведения о высотных градиентах твердых осадков в горах.
‰
При мониторинге наводнений в поймах больших рек космическая
информация позволяет получить схемы затоплений и размеры затапливаемых площадей,
что практически невозможно определить только на основе наземной информации об
уровнях и расходах воды. Большой комплекс наземных и аэрофотосъемочных работ в
поймах рек - Обь, Волга, Енисей позволил разработать технологию картографирования
разливов (рис. 3). Установлены связи уровней воды с объемами и площадями разливов,
что позволило восстановить многолетние ряды этих характеристик и получить
справочные данные для конкретных участков на поймах больших рек.
‰
Оценка зон техногенного загрязнения на речных водосборах в сфере
влияния городов занимает особое место среди современных направлений использования
спутниковых съемок. На основе полевых экспериментов и экспедиционных обследований
выяснены параметры связей яркости изображения с количеством твердых загрязнителей в
снегу, изучен характер изменения этих связей во времени и по территории (Рис. 4).
Теоретически обоснована возможность определения по снимкам нескольких контуров
загрязненности снега относительно фоновых значений. По снимкам картографированы
хронически загрязняемые площади вокруг городов для всех водосборов рек России, в том
числе и расположенных на территориях соседних государств: Украины, Белоруссии,
Казахстана, Эстонии, Латвии, Литвы, Китая, Монголии, Финляндии, Польши. Определена
6
структура размещения загрязняемых площадей по государствам в бассейнах Балтийского
и Каспийского морей.
Перспективы дальнейшего использования космической информации зависят от её
качества и количества. При совершенствовании методов обработки надо учесть:
•
повышение возможностей применения уже имеющихся в архивах спутниковых
материалов, полученных с различных космических систем и хранящихся на разных
технических носителях для формирования общего банка данных однородной цифровой
космической информации;
•
расширение возможностей космических съемок для решения гидрологических
задач на основе многозональной цифровой спутниковой информации, а также данных с
радиолокационных станций бокового обзора.
В качестве пожеланий к стратегии космических съемок для гидрологии можно
отметить следующее:
•
Для решения многих гидрологических задач требуются многолетние и
однородные ряды данных, что накладывает требования на продолжительность и
регулярность съемок, сопоставимые технологии обработки данных и консервативные
способы сохранения информации при ее надежной архивации.
•
Желательно, чтобы космические съемки охватывали всю территорию России,
т.к. априори неизвестно какой регион будет востребован прикладными запросами в
ближайшем и отдаленном будущем; их надо учащенно проводить весной и осенью, т.к. в
эти сезоны года гидрологические процессы наиболее динамичны.
•
Гидрологи надеются, что и в дальнейшем будут иметь дело со съемками в
видимом и ближнем ИК диапазонах спектра, и космическая информация будет
представлена в традиционном виде (твердые копии и цифровая запись), удобном для
обработки на компьютере.
•
Желательно улучшить качество и повысить разрешающую способность съемок
в тепловом ИК и микроволновом диапазонах, а также радиолокационных съемок, которые
должны быть нацелены не только на океан, но и на земную поверхность.
•
Необходимо повысить точность космического зондирования в полосах
поглощения углекислого газа (СО2), кислорода (О2, О3) и водяного пара (Н2О) и
представлять результаты в виде температурных или влажностных профилей (или полей)
атмосферы с надежной привязкой во времени и пространстве; Такие данные нужны для
оценки потенциальных и реальных (по осадкам) влагопереносов над водосборами, а
водный баланс атмосферы тоже гидрологическая задача.
7
•
Надо
начать,
наконец,
разработки
спутниковых
систем
сбора
гидрометеорологической информации с наземной сети дистанционных датчиков;
Возможности спутниковых средств связи велики, они вполне могут обеспечить сбор,
запоминание и сброс в гидрометеорологические центры результатов наземных
гидрометеорологических наблюдений. Дело за малым. Надо найти датчики, способные
работать автономно и передавать информацию (по запросу или в заданные моменты
времени) на спутник. Установить датчики в нужном месте, обеспечить энергопитание и
автономную работу в периоды между посещениями. Надо уберечь эти приборы от
стихийных бедствий и вандализма. Только и всего. Но работы в этом направлении у нас
совсем не движутся. Автоматизация отечественной гидрометеорологической сети в
наземном варианте находится в зачаточном состоянии. Спутниковые варианты, за
прошедшие 30 лет, даже не рассматривались в печати. Огромная страна, с очень
неравномерной наземной наблюдательной сетью, первая запустила спутник. И никаких
попыток автоматизировать наблюдения и сбор результатов. Трудно понять и объяснить
этот парадокс. За рубежом эксперименты по сбору наземной информации через ИСЗ
начались почти одновременно с запуском первых спутников (в 1967г.), результаты
экспериментов, программы и планы систематически публикуются.
Второй и не менее значимый источник перспектив применения спутниковых
данных в гидрологии связан с совершенствованием методов дешифрирования и обработки
исходных спутниковых данных. К перспективным методам дешифрирования можно
отнести методы многомерной классификации информации в нескольких спектральных
диапазонах, фрактальный и дискриминантный анализ, спектрально-корреляционные
методы и методы теории катастроф, различные методы фильтрации, сглаживания,
декомпозиции и т.д. Основное назначение любого метода обработки информации состоит
в том, чтобы он мог адекватно и эффективно выделить на космическом снимке области
изучаемого гидрологического объекта или явления. Поэтому алгоритм применяемого
метода должен зависеть как от используемой спутниковой информации, так и от свойств
изучаемого гидрологического объекта или явления.
Наиболее перспективным направлением разработок следует признать создание
современных физико-математических моделей гидрологических явлений и процессов.
Такие модели должны удовлетворять расчеты и прогнозы при разных уровнях
генерализации: локальном, региональном и глобальном. Параметры для моделей будут
добываться универсальным комплексом современных средств наземного, воздушного и
космического базирования. Обеспечивать управление мощным потоком информации для
моделей будут современные ГИС при наличии соответствующих банков данных. Только
8
при выполнении этих условий мы сможем выйти на адекватное управление водными
ресурсами.
Список литературы:
Монографические издания:
ГИС для оптимизации природопользования в целях устойчивого развития
территорий. - Материалы международной конференции. Барнаул.1-4июля 1998г. Барнаул: Изд. Алтайского госуниверситета, 1998 - 660 с.
Калинин Г.П., Курилова Ю.В., Колосов П.А. Космические методы в гидрологии. Л.:Гидрометеоиздат,1977 - 184 с.
Кондратьев С.А. Использование данных дистанционного зондирования при
математическом моделировании водосборов. - Л.: Изд. АН СССР,1987 -60 с.
Космические методы геоэкологии. /Под редакцией В.И. Кравцовой/, Атлас
космический снимков. - М.: МГУ, 1998. - 108 с.
Кудрицкий Д.М., Попов И.В., Романова Е.А. Основы гидрографического
дешифрирования аэрофотоснимков. - Л.:Гидрометеоиздат,1956 - 344 с.
Музылев Е.Л. Моделирование стока горных рек и спутниковая информация. - М.:
Наука,1987 - 136 с.
Прокачева В.Г., Усачев В.Ф. Снежный покров в сфере влияния города. Л.:
Гидрометеоиздат,1989 - 192 с.
Савельева Т.С. Структура речных водосборов в болотных ландшафтах. Л.:
Гидрометеоиздат,1991 - 144 с.
Смирнов Н.П., Малинин В.Н. Водный баланс атмосферы как гидрологическая
задача. - Л.: Изд. ЛГУ, 1988 - 200 с.
Сумарокова В.В., Цыценко К.В., Подольный О.В. Аэрокосмические исследования
и водный баланс дельты реки Или. - С-Пб.: Гидрометеоиздат,1992 - 160 с.
Труды
Государственного
гидрологического
института
(ГГИ)
по
теме
«Использование аэрокосмической информации в исследованиях вод суши»:
вып. 205, 1975 – 132 с.; вып. 232, 1977 – 169 с.; вып. 237, 1976 – 196 с.;
вып. 238, 1976 – 176 с.; вып. 243, 1978 – 80 с.; вып. 245, 1977 – 96 с.;
вып. 276, 1980 – 130 с.; вып. 285, 1981 - 142 с., вып. 299, 1984 – 126 с.,
вып. 329, 1987 - 118с.
Финкельштейн
М.И.,
Лазарев
Э.И.,
Чижов
А.Н.
Радиолокационные
аэроледомерные съемки рек, озер, водохранилищ. - Л.:Гидрометеоиздат,1984-118с.
Шумков И.Г. Речная аэрогидрометрия. - Л.:Гидрометеоиздат,1982 -208с.
Обзорные работы
9
Application of satellite technology. Progress Report 1995-1996. - SAT-18. Technical
Document WMO/TD. No. 863 - 164 p.
Interim WMO requirements for digital satellite Image data and extracted product
exchange over the GTS. - WMO Satellite Reports. SAT-20, 1998 - Technical Document
WMO/TD No.911 - 6 pp.
Preliminary statement of guidance regarding how well satellite capabilities meets WMO
user requirements in several application areas. - WMO Satellite Reports SAT-21, 1998Technical Documents WMO/TD No.913- 66 pp.
Remote sensing applications in hydrology and water resources & International Seminar
UNESCO, WMO, FAO - Bratislava, 1985 - 161 pp.
Towards an Integrated Global Observing Strategy. ESA, 1997 - UK: Smith System
Engineering Limited, 1997 - 145 pp.
Методическая литература
Временные
информации
в
методические
оперативной
рекомендации
практике.
по
Картирование
использованию
снежного
спутниковой
покрова.
-
Л.:
Гидрометеоиздат, 1980 - 78 с.
Временные
методические
рекомендации
по
использованию
спутниковой
информации. Оценка затоплений речных пойм. - Л.:Гидрометеоиздат,1982- 48 с.
Временные
методические
рекомендации
по
использованию
спутниковой
информации. Оценка загрязнения снежного покрова вблизи промышленных центров. - Л.:
Гидрометеоиздат, 1984 - 47 с.
Методические рекомендации по измерению расходов воды рек аэрометодами. - Л.:
Гидрометеоиздат, 1974 - 134 с.
Методические рекомендации по использованию спутниковой информации для
оценки ледовой обстановки на реках, водохранилищах и озерах. - Л.: Гидрометеоиздат,
1987 - 95 с.
Методические рекомендации по применению материалов аэрофотосъемок для
исследования и расчета характеристик водной эрозии почв. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986 110 с.
Рекомендации по использованию аэрокосмической информации при изучении
руслового процесса. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985 - 68 с.
Тематические справочные данные, полученные в ГГИ с помощью аэрокосмической
информации
Зоны загрязнения снежного покрова вокруг городов на территории СССР. Каталог
ореолов для городов с населением более 50 тыс. человек. - Л.: ГГИ, 1988 - 125 с.
10
Зоны хронического загрязнения вокруг городских поселений и вдоль дорог по
республикам, краям и областям Российской Федерации. Справочник. - С-Пб.: ГГИ, 1992 188 с.
Зоны хронического загрязнения вокруг городских поселений и вдоль дорог (серия
справочников)………..

в республике Казахстан. - С-Пб.: ГГИ, 1992 - 72с. - / ДЕП. ВИНИТИ 29.11.95,
№ 3168 - В95

в республике Беларусь. - С-Пб.: ГГИ, 1992 - 39 с. - / ДЕП. ВИНИТИ 29.11.95, №
3166 - В95

в Прибалтийских республиках (Эстония, Латвия, Литва). - С-Пб.: ГГИ, 1993 -
71 с. - / ДЕП. ВИНИТИ 29.11.95, № 3167 - В95

в Монголии. - С-Пб.: ГГИ, 1993 - 54 с. - / ДЕП. ВИНИТИ 29.11.95 № 3170 - В95

по провинциям и автономным районам Северного Китая (Хэйлунцзян,
Цзилинь, Внутренняя Монголия, Синьцзян).- С -Пб.: ГГИ,199342 с. - / ДЕП. ВИНИТИ
29.11.95, № 3169 - В95

в Украине и в Молдавии. - С-Пб.: ГГИ, 1994 - 99 с. - / ДЕП. ВИНИТИ 29.11.95,
№ 3165 -В95

по губерниям Финляндии. - С-Пб.: ГГИ, 1995 - 62 с. - / ДЕП. ВИНИТИ
14.02.96, № 487 - В96

Каталог наледей зоны БАМ:

Выпуск 1. Наледи верхней части бассейна р. Чары. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980
- 62 с.

Выпуск 2. Наледи бассейна р. Муи.-Л.:Гидрометеоиздат,1981-84 с.

Выпуск 3. Наледи бассейна р. Верхней Ангары. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982 -
94 с.
Прокачева
В.Г.,
Снищенко
Д.В.,
Усачев
В.Ф.
Дистанционные
методы
гидрологического изучения зоны БАМа. Справочно-методическое пособие. - Л.:
Гидрометеоиздат, 1982 - 224 с.
Пространственные характеристики техногенного запыления территории:
¾
по губерниям Швеции, Дании и Норвегии - С-Пб.: ГГИ,1997- 50 с. / ДЕП.
ВИНИТИ 08.08.97, № 2636 - В97
¾
по воеводствам Польши, по областям Словакии и Чехии, по землям
Германии – С-Пб.: ГГИ,1997 - 54 с. - / ДЕП. ВИНИТИ 03.12.97, № 3538 - В97.
11
Размещение техногенно загрязняемых площадей на водосборе Каспийского моря.
Справочник. – С-Пб.: ГГИ, 1998-21 с. - /ДЕП. ВИНИТИ 16.12.98, № 3722-В98.
Усачев В.Ф., Прокачева В.Г., Бородулин В.В. Оценка динамики озерных льдов,
снежного покрова и речных разливов дистанционными средствами. - Л.: Гидрометеоиздат,
1985 - 104 с.
Характеристики затопления поймы Оби (на участке от с. Молчаново до устья). – СПб.: ГГИ,1996 - 101 с. - / ДЕП. ВИНИТИ 21.06.96, № 2060 - В96.
Характеристики затопления Волго - Ахтубинской поймы. – С-Пб.: ГГИ, 1996 - 102
с. - / ДЕП. ВИНИТИ 21.06.96, № 2061 - В96.
13
ТАБЛИЦА 1. ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ОЦЕНКЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ.
Аппаратура
Микроволновый
радиометр
0,8, 1,35, 2,2, 4,5
Разрешение – 20 км
Инфракрасный
радиометр 10,3 – 11,8 мкм
Разрешение 600 м
Сканер МСУ-С
0,6 – 1,0 мкм
Разрешение: 140 х 240 м
Сканер МСУ-СК
0,5 – 1,1 мкм
Разрешение: 170 м
Сканер МСУ-Э
0,4 – 0,9 мкм
Разрешение: 30 м
Фотокамера
570 – 800 нм
Разрешение:50 - 60 м
Фотокамера
640 – 750 нм
Разрешение:8 - 12 м
Радиолокатор
23 см Разрешение: 200 м
Спектральный диапазон
(разрешение)
0,81; 1,67 см (30 х 60 кв. км)
0,5 – 1,1; 8 - 13 мкм (5 – 20 км)
0,2 – 5,0; 10 - 12 мкм (1 – 20 км)
0,5 – 1,1; 8 - 12 мкм (5 – 15 км)
0,5 – 0,7; 8 – 13 мкм (5 – 15 км)
5,4 см
8 – 13 мкм (1 – 2 км)
0,5 – 1,1; 8 –13 мкм (1 – 5 км)
0,5 – 0,7 мкм (80 – 1 000 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 – 1000 м)
0,5 – 1,0 мкм (40 – 500 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 – 250 м)
0,5 – 1,0 мкм (40 – 500 м)
0,5 – 1,1; 8 – 13 мкм (80 м– 1 км)
0,5 – 1,1 мкм (40 – 200 м)
0,5 – 1,1; 8 –13 мкм (80 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 – 1 000 м)
0,5 – 1,1; 8 – 13 мкм (80 – 800 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 – 250 м)
0,6 – 0,8 мкм (5 – 10 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 м)
0,5 – 1,0 мкм (40 – 1000 м)
0,5 – 1,1 мкм (80 м)
25 см; 3,3 см (5 – 20 м)
3 – 25 см (100 м – 3 км)
0,8 – 2,5 см
Область применения информации
Оценка физики снега, льда (запас воды)
Глобальные экологические проблемы
Измерение коротко и длинноволнового излучения Земли
Оценка испарения – транспирации
Оценка атмосферных осадков
Прогноз стока по осадкам
Оценка средних месячных величин речного стока
Картографирование влажности почв
Картографирование снежного покрова
Наблюдения за снеговой линией в горах
Картографирование техногенного загрязнения снега
Прогнозирование стока талых вод (по снегозапасам)
Справочные данные по зонам загрязнения вокруг городов
Модель «осадки – сток»
Водные загрязнения взвешенными веществами
Тепловое загрязнение вод
Оценка максимального стока по землепользованию
Наблюдение загрязнений вод
Инвентаризация рек, озер, дамб, запруд
Картографирование пойменных земель
Оценка потребления воды
Региональная оценка окружающей среды
Инвентаризация орошаемых земель
Картографирование грунтовых вод
Наблюдения за ледниками и снежниками
Картографирование наледей подземных вод
Трофическая классификация озер
Справочные данные по режиму льдов, снега и разливов
Картографирование землепользования
Картографирование затоплений
Картографирование ледовой обстановки
Возможные
потребители
Правительство Российской
Федерации
Администрации субъектов
Федерации
Министерство по
чрезвычайным ситуациям
Министерство обороны
Министерство Природных
ресурсов
Министерство сельского
хозяйства
Министерство по экологии
Росгидромет
Проектные организации
Нефте-газо добывающая
промышленность
Эксплуатация гидротехнических сооружений
Энергетика ( тепловая,
атомная, гидроэнергетика ..)
Железнодорожный и
автомобильный транспорт
Речной флот
Лесное хозяйство
Эксплуатация
продуктопроводов
14
Таблица 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
(Современное состояние в России).
Характеристика
1
Способ определения
2
Скорость течения (поверхностная)
СКОРОСТЬ перемещения
поплавков
СКОРОСТЬ поверхностного
слоя воды в реке
ПЛАНЫ поверхностных
скоростей течения на участке
реки
УРОВЕНЬ воды по аэроуровнемерной установке
УРОВЕНЬ воды по наклонной
водомерной рейке
ГЛУБИНА воды на участке
ГЛУБИНА воды в точке
измерения
РЕЛЬЕФ на пойме
РАСХОД воды
РАСХОД воды
СТЕПЕНЬ покрытия местности
снегом.
ГРАНИЦА снежного
покрова на равнине.
Последовательные аэрофотосъёмки
(1:5 000-1:10 000) маркированной водной
поверхности
Стереофотограмметрическая обработка
аэроснимков (стереопары)
Монтаж по материалам многократных
последовательных аэрофотосъёмок
поверхностных поплавков
Уровень воды
Дешифрирование уреза воды по
аэрофотоснимку установки
(масштаб 1:2 000)
Определение отсчёта на рейке по
аэрофотоснимку (масштаб 1:1 000-1:2 000)
Глубина воды
Стереофотограмметрическая обработка
аэроснимков(1:5 000)
Аэрофотосъёмка(1:2 000) предварительно
сброшенной буйковой системы,
дешифрирование буёв.
Аэрофотосъёмка последовательных
затоплений поймы, дешифрирование
урезов воды при известном уровне воды
на гидрологическом посту
Расход воды
Аэрогидрометрический способ.
Последовательная аэрофотосъёмка
поверхностных поплавков. Переходный
коэффициент от поверхностных
скоростей к средним определяется по
наземным данным или расчетным путём.
Аэрофотосъёмка гидробомб - устройств
двойного интегрирования.
Снежный покров
Дешифрирование аэрофотоснимков
(М 1:20 000 - 1:60 000)
Дешифрирование по телевизионным
снимкам с ИСЗ "Метеор" (разрешение
на местности 1 км.)
Оценка
точности
3
1 - 10 %
2 - 15 %
5 - 15 %
2-3 см.
2-4 см.
30-40 см.
10-20 см.
(8-10%)
4-20 %
5- 17 %
10-20 %
20 %
± 35 км.
15
1
2
Снежный покров (продолжение)
Микрофотометрирование спутниковых
телевизионных изображений.
Аэровизуальное наблюдение с самолёта.
СТЕПЕНЬ покрытия
местности на равнине.
ВЫСОТА снеговой линии
в горах.
ЗАСНЕЖЕННОСТЬ высотных
зон в горах.
СТЕПЕНЬ покрытия снегом
горного водосбора.
ВЫСОТА снеговой линии
на горном водосборе.
СРОКИ образования и схода
снежного покрова на разных
высотах в горах
ТИПОВЫЕ СХЕМЫ
размещения снежного
покрова на горном водосборе.
ЗАПАС ВОДЫ в снежном
покрове на водосборе
(максимальный).
ЗАПАС ВОДЫ в снеге.
Продолжение таблицы 2
3
СТЕПЕНЬ покрытия льдом
и ледовитость больших
озер.
200 м.
Аэровизуальное наблюдение с
самолёта.
По результатам дешифрирования спутниковых
снимков ИСЗ "Метеор" определяется площадь,
занятая снегом
20 %
Определяется с помощью гипсографической кривой водосбора через степень покрыпокрытия его снегом (по ИСЗ "Метеор").
По ряду последовательных картосхем
распределения снежного покрова, построенных
по съёмкам с ИСЗ.
По картосхемам снежного покрова
за многолетний период, построенным
по съёмкам с ИСЗ.
Расчёт по срокам схода снежного
и коэффициенту стаивания.
150- 250 м.
Гамма-съёмка с самолёта даёт осреднённую
величину водозапаса по маршруту шириной
100-250 м.
ПЛОЩАДЬ хронически
Картографирование контура 2-х кратной (по
загрязняемого снежного покрова сравнению с фоном) загрязненности по
в сфере влияния города.
спутниковому снимку с ИСЗ "Метеор" в
характерный период.
Ледяной покров
ЛЕДОВАЯ обстановка на реках и Аэровизуальное наблюдение и
озерах.
картографирование с самолёта.
ТОЛЩИНА льда на реках и
Радиолокационная (импульсная и частотная)
озерах.
аэро-ледомерная съёмка с вертолёта или
самолёта.
НАЛЕДИ подземных вод в зоне Дешифрирование наледей, с определением
многолетней мерзлоты.
площади, длины и ширины по
аэрофотоснимкам.
КОНТУРЫ ледяных образований Картографирование по спутниковым снимкам
на больших озёрах.
малого и среднего разрешения (ИСЗ "Метеор").
СПЛОЧЕННОСТЬ ледяных
полей на больших озёрах.
25 %
Дешифрирование по спутниковым снимкам
среднего и высокого разрешения (ИСЗ
"Метеор").
Расчёт по соотношению площадей на
картосхемах, построенных по авиаразведкам и
спутниковым снимкам.
6%
+ 5 суток
-
25 %
от 10%
до 100 %
15 %
+ 10 см.
5-10 %
-
2-3 балла
8%
16
1
Продолжение таблицы 2
3
2
Ледяной покров (продолжение)
ХАРАКТЕРНЫЕ СРОКИ
Анализ ряда последовательных картосхем за
+ 5 суток
ледового режима больших озёр.
сезон и многолетний период.
ТИПОВЫЕ схемы ледовой
Анализ ряда картосхем за многолетний период.
обстановки на больших озёрах.
КАРТОСХЕМА ледовой
Воспроизведение путем имитационного
обстановки на большом озере.
моделирования по данным предшествующих
съёмок с учётом гидрометеорологической
обстановки в последующий период.
СРОКИ очищения от льда
группировок малых озёр
Анализ ряда последовательных
5-10суток
съёмок с ИСЗ за сезон.
Разливы рек и затопление речных пойм
КАРТОСХЕМЫ затопленных
Дешифрирование разливов по аэрокосмическим
земель.
снимкам (М 1:100001:1000000) в период половодья,
или имитационное моделирование.
СТЕПЕНЬ затопления
пойменных участков.
ПЛОЩАДИ затопленных
земель на пойме.
Оценка по снимкам с градациями в 20 %.
10 %
Планиметрирование по картосхемам,
изготовленным по аэрокосмическим снимкам.
5-10 %
РЕЖИМ затопления поймы
Анализ материалов последовательных
аэрокосмических съёмок и данных
гидрологических постов.
УРОВЕНЬ и сроки выхода
Анализ связей площади затопленных земель с
10 %
воды на пойму.
уровнем воды.
РЕЖИМ перемещения волны
Анализ динамики затопления поймы вдоль реки
половодья по длине реки.
по материалам последовательных
аэрокосмических съёмок с оценкой скорости
перемещения фронта и тыла разлива.
Русловой процесс и переформирование берегов водохранилищ.
РУСЛОВОЙ процесс на реках.
По аэрофотоснимкам (М 1:10000 - 1:25000)
составляются детальные описания участков,
определяется тип руслового процесса,
выявляются прежние положения русла и
оценивается скорость плановых деформаций. По
материалам съёмок из космоса проверяется
общность, и выявляются особенности типизации
речных русел и пойм.
КРУПНОСТЬ русловых отложений. Микрофотометрирование аэрофотоснимков (М
1:1000-1:2000) и связи статистических
характеристик регистрограмм с крупностью
русловых отложений на берегах.
-
17
1
ВОДНАЯ эрозия почв.
ПЕРЕФОРМИРОВАНИЕ
берегов водохранилищ.
ВНУТРИБОЛОТНАЯ гидрографическая сеть, степень
заболоченности территории,
сетка линий стекания
фильтрационных вод.
ТИПОЛОГИЯ внутри болотных водосборов.
Продолжение таблицы 2
2
3
По аэрофотоснимкам (М 1:1000 - 1:5000)
2-5%
дешифрируются временная ручейковая сеть,
эрозионные образования, оценивается мощность
гумусового горизонта.
По аэрофотоснимкам (М 1:10000- 1:25000)
1 - 3 м.
определяются расстояния от характерных
точечных и линейных объектов коренного
берега до уреза воды.
Болота
Типологическое дешифрирование болот по
30-100 %
аэрофотоснимкам (М 1:10000 - 1:50000 )
(достоверность
дешифри
рования)
Анализ по аэрокосмическим снимкам характера
взаиморасположения ландшафтных элементов.
ЗОНЫ стокоформирования
Анализ изображения деталей водосборов на
аэрокосмических снимках
СТЕПЕНЬ сходства и различия Сравнительный анализ внутри - болотных
внутриболотных водосборов.
водосборов по аэрокосмическим снимкам
(1:25000-1:1000000)
Мелиоративная гидрология
ПЛОЩАДИ орошаемых
Дешифрирование и картографирование по
5%
массивов.
аэрокосмическим снимкам (1:25000 - 1:200000).
ПЛОЩАДИ перелогов.
Дешифрирование по аэрокосмическим снимкам. 10-15 %
СТРУКТУРА посевов.
Дешифрирование по аэрофотоснимкам (1:100001:50000) с аэровизуальной привязкой.
ОЦЕНКА водопотребления
-
Расчёт на основе результатов дешифрирования и 10-15 %
априорной информации.
ОБЪЁМ непроизводительных
Расчёт по размерам дешифрированных
20 %
запасов стока.
площадей заболоченных участков и
ирригационно-сбросных озер с учётом наземных
метеонаблюдений.
ЭКОНОМИЯ водных ресурсов за Анализ последствий на основе динамики
счёт обсыхания пойм и дельт
площадей озер, полупогруженных зарослей
тростника и заболоченных участков по
материалам многократных аэрофотосъёмок
(1:25000-1:60000)