Исследования подтопления земель авиационным комплексом дзз АКДЗ-30

ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДТОПЛЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ
АВИАЦИОННЫМ КОМПЛЕКСОМ ДЗЗ АКДЗ-30
Цымбал В. Н.1, Яцевич С. Е.2, Матвеев А. Я.1, Гавриленко А. С.1, Бычков Д. М.1
Центр радиофизического зондирования земли им. А. И. Калмыкова НАН и НКА Украины
ул. Ак. Проскуры 12, г. Харьков, 61085, Украина
тел. 38-057-7203412, e-mail: matveyev@ire.kharkov.ua
1
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
ул. Ак.Проскуры 12, г. Харьков, 61085, Украина
тел. 38-057-7203515, e-mail: sey@ire.kharkov.ua
2
Аннотация — Анализируются теоретические подходы и
результаты комплексного мониторинга проявлений подтоплений территорий РБО 8-мм диапазона, аэрофотоаппаратом и сканером ИК диапазона авиационного комплекса
АКДЗ-30.
I. Введение
Проблема подтоплений территорий по своим масштабам и динамике развития приобрела признаки потенциальной угрозы для мест обитания человека.
При подтоплениях наблюдается подъём уровня
грунтовых вод, обусловленный повышением горизонтов воды в реках при сооружении водохранилищ,
русловых плотин, судоходных каналов и других гидротехнических сооружений, насыщением ранее безводных грунтов при фильтрации воды через дно и
берега каналов, потерями её из водопроводных и канализационных сетей, заилением русел рек и мн.др.
При подтоплении заболачиваются и засоляются
почвы, снижается продуктивность лугов, полей и лесов, ухудшается санитарное состояние местности,
разрушаются здания и др. К подтопленным относят
территории, на которых уровень грунтовых вод поднялся на глубину, недопустимую для её хозяйственного использования: для лугов на 0,6-0,9 м, пашен 0,8-1,4 м, садов - 1,2-1,8 м, населённых пунктов - 1,52 м, городов - 3-4 м. [1, 2].
Таким образом, задача регулярного комплексного
мониторинга развития регионального подтопления
земель становится одной из важнейших [3].
II. Практический мониторинг
подтоплений территорий в видео, ИК
и СВЧ диапазонах
Для отработки методик совместного использования видео, ИК и радиолокационной съемки в 2003 –
2004 гг. был проведен эксперимент, включающий полеты самолета лаборатории АКДЗ-30 и проведения
наземных подполетных измерений.
Мониторинг был проведен на тестовом полигоне
в Черниговской области. Район проведения эксперимента характеризуется наличием дорог, сельхозугодий, лесных массивов, болот, рек и разветвленной
мелиоративной системы. Уровень грунтовых вод находится достаточно близко к поверхности. Существующая система мелиоративного водоотвода в значительной мере запущена.
Таким образом, выбранный район имеет много
проявлений типичных процессов подтопления, заболачивания полей и лесов, выходов грунтовых вод на
поверхность что позволяет эффективно отрабатывать методы оперативного кризисного мониторинга
наводнений и подтоплений и проводить их натурное
моделирование с использованием спутниковых данных ДЗЗ и радиолокационных, инфракрасных и оптических средств.
В состав авиационного комплекса входят: радиолокатор бокового обзора 8-мм диапазона, сканирующий радиометр инфракрасного диапазона “Малахит1”, аэрофотокамера АФА-41/7,5(10,20), система бортовой обработки, интерпретации и отображения информации, а также навигационный приемник системы GPS [4].
Полет 04.12.2003 был осуществлен с 9.50 до
11.15 часов местного времени. Температура воздуха
0
3 – 5 С, на почве заморозки - вся растительность покрыта легким инеем. Видимость 10 –15 км. Дню проведения эксперимента предшествовал длительный
период погоды с периодическим выпадением осадков температурой воздуха близкой к +8 0С. Совмещенные оптическое (а), ИК(б) и СВЧ(в) изображения
тестового полигона приведены на рис 1.
а
б
в
Рис. 1. Оптическое (а) и ИК (б) и радиолокационное
(в) изображение тестового полигона.
Fig. 1. Optical (a) and IR (б) and radar-tracking (в) the
images of test range
В результате дешифрации РЛИ полученных в
зимний период, в условиях отсутствия снежного покрова подтверждено наличие значительного радиолокационного контраста между сушей и водной поверхностью, которая свидетельствует о надежном
картографировании в этих условиях паводков и разливов.
Картографирование зон повышенного увлажнения и подтопления почвы подтверждается, с некоторой вероятностью, наличием на лугах неоднородностей с незначительным негативным радиолокационным контрастом (потемнение РЛИ).
Главной особенностью проведения съемки осенью в 2004 году было проведение съемки в дневное
и ночное время, совместно с наземным обеспечением данными о влажности почв в отдельных контрольных точках.
06.10.04 были выполнены дневной полет (1300 1400 ), затем – ночной (2300 -2400). Во время проведения дневного полета был солнечный день, небольшие кучевые облака. Видимость днем и ночью–
2011ѝ21stѝInt.ѝCrimeanѝConferenceѝ“Microwaveѝ&ѝTelecommunicationѝTechnology”ѝ(CriMiCo’2011).ѝ12-16ѝSeptember,ѝSevastopol,ѝCrimea,ѝUkraineѝ
©ѝ2011:ѝCriMiCo’2011ѝOrganizingѝCommittee;ѝCrSTC.ѝISBN:ѝ978-966-335-351-7.ѝIEEEѝCatalogѝNumber:ѝCFP11788ѝ
1055ѝ
больше 5 км. Температура воздуха у поверхности
0
0
земли днем ≈ 14 С, ночью ≈ 8 С.
Общее использование сканера ИК диапазона
(рис.2а - день, рис.2б - ночь) и СВЧ радиолокатора
(рис.2в) для выявления поверхностной воды на почве и зон подтоплений по результатам авиационного
эксперимента оказалось достаточно эффективным.
lII. Заключение
Таким образом, результаты работы убедительно
показали эффективность методики сезонного комбинированного оптико - радиолокационно - инфракрасного дистанционного зондирования паводковых явлений и подтоплений, а также необходимость
проведения
последующих
исследований
направленных не только на отработку методов
качественного выявления подтоплений но и на
создание и отработку методов количественного
анализа, то есть оценивание степени поверхностной
и подповерхностной увлажненности почв на больших
площадях,
что
чрезвычайно
важно
для
прогнозирования состояния озимых посевов и
предупреждения критических ситуаций и катастроф.
V. Список литературы
а
б
в
Рис. 2. Изображения сканера ИК диапазона (а - день,
б - ночь) и РЛИ тестового полигона в 2004 году.
Fig. 2. Images of IR scanner of range (a - day,b - night)
and radio of test ground in 2004
Так, сравнение дневной и ночной съемки сканером ИК диапазона позволяет выделить проявление
зон, которые достоверно связаны с повышением содержания влаги под поверхностью почвы. Эти зоны
на ночных ИК изображениях имеют значительно более низкую температуру по сравнению с соседними
участками открытой почвы. Важным маскирующим
фактором, который влияет на проявления подтоплений на ИК изображениях, является поверхностная
растительность (лес, кустарниковые и травы), которая аккумулирует теплый воздух и в ночное время
имеет более высокую температуру чем поверхность.
Для выделения растительности используется сезонная оптическая и радиолокационная информация
СВЧ диапазона. Результаты интерпретации многосезонной информации комплексного зондирования
представлены на рис.3. Данные АКДЗ-30 достаточно
надежно позволяют идентифицировать зоны заболоченности, а также проявления подтоплений.
[1] Костяков А. Н., Основы мелиораций, 6 изд.. М., 1960.
[2] Защита территории от затопления и подтопления, М., 1963.
[3] Кронберг П. Дистанционное изучение Земли: Основы и
методы дистанционных исследований в геологии: Пер. с
нем.- М.: Мир, 1988.-343 с.
[4] Радиолокационные методы и средства оперативного дистанционного зондирования Земли с аэрокосмических носителей / Под редакцией С.Н. Конюхова, В.И. Драновского,.
В.Н. Цымбала. – Киев, изд. «Джулиапринт» - 2007. – 439 с.
MONITORING OF LAND UNDERFLOODING
BY AVIATION REMOTE SENSING
COMPLEX ACRS-30
Tsymbal1 V. N, Yatsevich2 S. Ye , Matveev1 A. Ya,
Bytchkov1D. M. , Gavrilenko1 A. S.
1
Kalmykov center for Radiophysical Sensing of the Earth
of NAS of Ukraine and NSA of Ukraine, Kharkov
Ph.:38-057-7203412, e-mail vnt@crse.kharkov.ua
2
Institute of Radophysics and Electronics of NAS of
Ukraine, Kharkov
Ph.:38-057-7203412, e-mail: sey59@mail.ru
Abstract — In the paper theoretical approaches and results
of Integrated monitoring of land underflooding by a side-looking
Ka-band radar, an aerial camera and IR scanner of aviation
complex of remote sensing ACRS-30 are presented.
l. Introduction
Now the problem of regular complex monitoring of regional
land flooding becomes one of the major.
- зона интенсивного подтопления;
- зона менее выраженного подтопления;
- зона многолетней зоболоченности;
- увлажненная зона покрытая болотной растительностью
Рис. 3. Результаты интерпретации информации
комплексного зондирования АКДЗ-30.
Fig. 3. Interpretation results of data of complex sensing
ACRS-30
1056ѝ
II, Main Part
In the paper the results of Integrated monitoring of land underflooding by the side-looking Ka-band radar, the aerial camera and IR scanner of aviation complex of remote sensing
ACRS-30, realized in the day time and night time in different
seasons are analyzed. The investigated test area is characterized by the presence of various occurrence of ground underflooding and swamping areas expand as a result of a poor condition of an irrigation system. These manifestations are well observed at remote images of all bands.
III. Conclusion
Effective mutual accompaniment of the optic, IR and microwave data for identification and analysis of underflooding and
surface floods is presented.
2011ѝ21stѝInt.ѝCrimeanѝConferenceѝ“Microwaveѝ&ѝTelecommunicationѝTechnology”ѝ(CriMiCo’2011).ѝ12-16ѝSeptember,ѝSevastopol,ѝCrimea,ѝUkraineѝ
©ѝ2011:ѝCriMiCo’2011ѝOrganizingѝCommittee;ѝCrSTC.ѝISBN:ѝ978-966-335-351-7.ѝIEEEѝCatalogѝNumber:ѝCFP11788ѝ