Состояние исследований в Казахстане по приоритетам научно-технологического развития. Космические исследования (стр. 20 )

Разработан проект системы космического мониторинга чрезвычайных ситуаций для территории Казахстана, включающий: принципы организации, архитектуру базового комплекса, структуру наземного и космического сегментов, блок тематических задач с разделением на находящиеся стадии эксплуатации и стадии разработки.

Сформирована база статистических данных по ЧС природного и техногенного характера, произошедших на территории Казахстана с 1990 г. Предложена экспериментальная методика количественной оценки социального и индивидуального риска чрезвычайных ситуаций для различных регионов Казахстана.

Сформулирована задача мониторинга трансграничных рек. Сформирована база картографической информации и данных дистанционного зондирования для ГИС-технологии космического мониторинга режима заполнения Чардарьинского водохранилища и контроля водопотребления в нижнем течении реки Сыр-Дарья.

Проведен анализ зон экологических бедствий и выделены три первоочередных региона для космического мониторинга:

- район Семипалатинского испытательного ядерного полигона (СИЯП);

- Аральский регион;

- акватория Казахстанской части Каспийского моря с прибрежной зоной.

Сформированы интегрированные базы ГИС - СИЯП, ГИС-Арал и ГИС - Каспий, сформулированы основные задачи космического мониторинга для этих регионов.

Разработана программа развертывания сети подспутниковых тестовых полигонов на территории Казахстана. Определены места расположения пилотных подспутниковых полигонов и разработаны спецификации оборудования для синхронных наземных наблюдений. Проведена серия экспериментов по калибровке данных дистанционного зондирования на основе наземных фотометрических измерений.

Разработан алгоритм восстановления цифровых изображений и составлена исследовательская компьютерная программа, реализующая генератор функций Радемахера, генератор базиса Уолша, систему разложения изображений в спектр, систему синтеза изображений по его спектру, систему эмуляции искажений и помех при передаче; предложен метод повышения качества космических снимков основанный на алгоритме перебора амплитудно-частотной производящей функции.

Разработана математическая модель переноса аэрозольной примеси в турбулентной стратифицированной атмосфере и численный метод, позволяющий выполнить расчет полей скорости, температуры и концентрации и произвести приближенную оценку пульсационных характеристик течения. Построенная модель применена для расчета суммарного загрязнения прибрежной зоны и атмосферы восточной части Каспийского моря от горящих факелов с учетом реальной розы ветров в этом регионе.

Изготовлена криогенная приставка для получения ИК - спектров льдов и проведена серия экспериментов по измерению ИК - спектров льдов, образованных из газовой и жидкой фазы при различной концентрации примесей в воде. Изучена возможность использования ИК-спектров для распознавания типов при космическом мониторинге ледовых покрытий озер и рек Казахстана [139].

Задачи оперативного спутникового контроля природных ресурсов, ис­следования динамики природных процессов и явлений, анализа причин, про­гнозирования возможных последствий и выбора способов предупреждения чрезвычайных ситуаций являются на современном этапе неотъемлемым ат­рибутом методологии сбора информации о состоянии интересующей терри­тории (государства, региона, локального участка). Она необходима для при­нятия современных управленческих решений. Особая роль при этом отво­дится спутниковой информации в геоинформационных системах, где результаты дистанционного зондирования из космоса или специализирован­ных самолетов являются регулярно обоновляемым источником данных, ох­ватывающие широкий спектр масштабов исследований (от 1:5000 до 1:10 000 000).

Развитие технологий ДЗ и ГИС необходимо для совершенствования сис­темы мониторинга окружающей природной среды, природных ресурсов и природопользования с перспективой их дальнейшей интеграции с аналогич­ными зарубежными системами для глобальных исследований.

Большой объём заложенной информации в базы атрибутивных данных о состоянии природно-территориальных комплексов (ПТК) позволяет выработать единую систему управленческих и природоохранных рекомендаций по наиболее оптимальному с экологической и хозяйственной точек зрения использованию природных комплексов.

Первые базы данных природных систем начали разрабатываться в мире более 30 лет назад, с появлением компьютерной техники. В странах ближне­го зарубежья аналогичные исследования начались двумя десятилетиями позже и до сих пор работы в этом направлении зачастую связаны с адаптаци­ей зарубежного опыта. Исторически базы данных развивались на основе по­исково-информационных систем, а позднее картографических банков дан­ных. В настоящее время базы данных можно рассматривать как интера­ктивные системы, способные реализовать хранение, систематизацию, анализ, обработку и распространение информации и как средство получения новых знаний о пространственно-временных процессах и явлениях.

Благодаря стремительному совершенствованию компьютерной техники, программного обеспечения, а также методов получения данных с помощью дистанционных исследований, работы в этом направлении развиваются во всем мире. В настоящее время проблема оперативного анализа информации с ис­пользованием новых компьютерных технологий для оценки современного состояния ПТК стоит как одна из основных, ведущих задач. Необходимость моделирования динамики ПТК в результате действия атропогенных и антро­погенно-стимулированных процессов и представление информации в виде серий тематических карт на определенную территорию очевидна. Работы по созданию баз для ГИС с исполь­зованием средств СУБД требуют специальных программных разработок под поставленные задачи.

В результате работы по геоинформационному картографированию аридных ландшафтов Казахстана с использованием данных дистанционного зондирования разработаны классификации Land cover (земная поверхность) и Land use (землепользование) с учетом физико-географических и эколого-физиономических критериев для автоматизированной обработки данных ДЗ [148].

Применение технологий геоинформационного картографирования и ДЗ позволяет оперативно оценивать состояние природно-территориальных комплексов. С использованием данных ДЗ и ГИС подготовлена методика оперативного мониторинга природных и антропогенно-стимулированных процессов (опустынивание, трансгрессия или регрессия морей) на примере Прикаспия, Приаралья. Реализованы новые технологии бесконтурной картографии на основе обработки цифровых космических изображений по спектральным характеристикам природных объектов в специализированных программах. Предложен метод оценки разнообразия растительности по космическим снимкам. Созданы интегральные ГИС для территорий Приаралья, побережья Каспия, месторождения Карачаганак, национального парка Чарын.

В рамках создания межотраслевой ГИС с использованием методов дистанционного зондирования и цифровой картографии отработаны алгоритм создания базы данных, методика трехмерного моделирования территорий. Создана технология дистанционного контроля температурного режима зон сейсмической активности с применением геоинформационных систем. Составлен эскизный проект межотраслевой геоинформационной системы как многопользовательской развивающейся системы открытого типа, обеспечивающей эксплуатацию в режиме "on line" ГИС-технологий космического мониторинга сельскохозяйственных угодий, чрезвычайных ситуаций, зон сейсмической активности, промышленных и урбанизированных территорий, радиационно-опасных объектов, ледового покрытия водоемов и ледников, объектов добычи твердых полезных ископаемых, нефтяных скважин и нефтепроводов. Определены состав и формат входной и выходной информации, назначение баз данных. [149].

В Институте космических исследований в рамках Интегрированной Геоинформационной Системы была создана Система Космического Мониторинга Пыльных бурь Приаралья.

Пыльные (песчаные) бури - широко распространенное стихийное явление погоды на осушенной части дна Аральского моря, которое является мощным источником поступления аэрозолей в атмосферу вот уже на протяжении более четверти века.

Система космического мониторинга «Арал» проектировалась как многопользовательская развивающаяся система и состоит из пакета задач, каждая из которых ориентирована на конкретного пользователя, и системной оболочки, поддерживающей рост, модификацию пакета и всевозможные внутренние и внешние интерфейсы. Узловым элементом в данном определении является понятие задачи мониторинга, которое включает в себя смысловой и алгоритмический уровни. Смысловой уровень - это фактически постановка задачи, а алгоритмический - это технология решения задачи, встроенная в систему космического мониторинга Пыльных бурь Приаралья.

Программно-инструментальный комплекс, обеспечивающий решение задач мониторинга и тем самым функционирование, можно рассматривать как системную оболочку пакета задач. Ключевым компонентом системной оболочки является географическая информационная система ГИС «Арал», поддерживающая, казалось бы, такие разнородные системы, как:

•  сопровождение баз данных дистанционного зондирования и наземных наблюдений,

•  интерфейс с внешними системами, важнейшей из которых является INTERNET,

•  сопровождение пакета задач, как оперативного контроля, так и оптимального управления.

Заказчиком выступил Международный Фонд Спасения Арала, который совместно с местными органами власти планирует использование мониторинговых наблюдений для принятия решений по ограничению негативных последствий Аральской катастрофы.

Технологически система космического мониторинга состоит из блока приема данных космического зондирования со спутников серии NOAA, блока сбора и архивации наземных экспедиционных данных наблюдений, блока архивации данных метеонаблюдений со станций, расположенных в Аральском регионе, блока выделения очагов-источников аэрозолей с подстилающей поверхности Приаралья, блока выделения на космоснимках шлейфов аэрозольного выноса, блока математического моделирования подъема и переноса аэрозольных потоков при соответствующих метеоусловиях, блока сравнительного анализа данных космического мониторинга и математического моделирования и блока сервисных программ, обеспечивающих интерфейс с пользователем системы. Разработка выполнена на основе современных геоинформационных технологий и методов обработки данных дистанционного зондирования lit. [150].