Мониторинг — система наблюдения за процессами, оценка ситуации в окружающей среде и обществе. В процессе даётся оценка явлению, событию, в зависимости от воздействия многочисленных факторов.
Элементы системы мониторинга
- Мониторинг эффективности вмешательства.
- Наблюдение за изменениями по отраслям человеческой деятельности и окружающей среде в целом.
- Анализ и интеграция результатов мониторинга.
Для процесса мониторинга люди придумали процесс дистанционного зондирования.
Дистанционное зондирование — это процесс обнаружения и мониторинга физических характеристик местности, объектов на ней путём измерения её отражённого и излучаемого излучения на расстоянии (обычно со спутника или самолёта, БПЛА). Специальные камеры-сенсоры собирают изображения дистанционного зондирования в широком электромагнитном диапазоне спектра, с обзорными и детальными характеристиками, во временном ряду, которые помогают исследователям анализировать ситуацию на Земле.
Виды дистанционного зондирования
Виды дистанционного зондирования можно классифицировать по различным критериям, отражающим особенности их применения и технологий. Одним из основных способов классификации является разделение по диапазонам электромагнитного излучения, такие как видимый свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, микроволны и радиоволны. Кроме того, виды дистанционного зондирования могут быть разделены на активные и пассивные, в зависимости от того, использует ли система собственный источник излучения или регистрирует отраженное излучение. Также существует классификация по типу платформы, на которой установлены сенсоры зондирования, такие как спутники, беспилотные летательные аппараты (Дроны) или баллоны. Каждый из этих видов обладает своими особенностями и предоставляет ценную информацию для широкого спектра прикладных задач, начиная от мониторинга климатических изменений и окружающей среды до планирования городского развития и сельского хозяйства.
1. Оптическое зондирование:
- Особенности: использует видимый и инфракрасный спектр для получения изображений Земли.
- Преимущества: обеспечивает высокое пространственное разрешение, позволяет получать детальные изображения поверхности.
2. Тепловое зондирование (термальное):
- Особенности: измеряет тепловое излучение поверхности для анализа температурных характеристик.
- Преимущества: позволяет обнаруживать изменения температуры, идентифицировать горячие точки (в том числе утечки нефти), полезно для мониторинга теплового состояния объектов.
3. Радиолокационное зондирование:
- Особенности: использует радиодиапазон электромагнитных волн для изображения поверхности, проникает сквозь облака и осуществляет обзор в различных погодных условиях.
- Преимущества: обеспечивает возможность работы в условиях низкой освещенности или неблагоприятной погоды, обнаруживает изменения рельефа и структуры поверхности.
4. Гиперспектральное зондирование:
- Особенности: измеряет отраженное или испущенное электромагнитное излучение в дискретных длинах волн в широком спектре с маленькими полосами.
- Преимущества: позволяет получать спектральные характеристики объектов на большое полосе спектра, обеспечивает высокую способность различения типов поверхности и веществ.
Также существуют и другие категории ДЗЗ.
Также существуют и другие категории ДЗЗ.
Пассивный метод
B пассивном зондировании измерения производятся с помощью излучения, которое происходит от объектов поверхности Земли, таким образом, не требуется использования источника излучения на необходимой части спектра.
Активный метод
B активном зондировании используется свой источник излучения, который облучает поверхность земли, а затем регистрирует и анализирует обратно полученный от объектов сигнал.
Например, сенсоры RADAR и LiDAR являются типичными активными инструментами дистанционного зондирования, которые измеряют временную задержку между излучением и возвращением, чтобы установить местоположение, направление и скорость объекта. Собранные данные дистанционного зондирования затем обрабатываются и анализируются с помощью оборудования для дистанционного зондирования и компьютерного программного обеспечения (наиболее сложное решение - аналитические продукты, представленные в квазиреальном времени), которые доступны в различных приложениях, прежде всего в геоинформационных системах (ГИС).
Виды зондирования:
1. Спутниковое зондирование:
- Включает использование космических аппаратов для распознавания объектов поверхности Земли, погодных условий и других параметров.
- Возможности: используется для широкого масштаба исследований, мониторинга, картографии и других применений.
2. Аэрофотосъемка:
- Основана на использовании фотокамеры, устанавливаемой на борту самолета, вертолета или другого пилотируемого аппарата, для захвата изображений поверхности Земли с высоты полета.
- Применение: используется в географии, картографии, научных условиях и при поиске человеческого фактора в глуши.
3.Съемка с БПЛА (Беспилотные летательные аппараты):
- Специализированные устройства, которые позволяют проводить воздушную аэрофотосъемку без человека на борту.
- Применение: используется в мониторинге полей, лесов, лесопромышленных районов для безопасного и эффективного распознавания проблем. Обладает наивысшим пространственным разрешением.
Например, обобщенные характеристики наиболее востребованных на рынке источников данных ДЗЗ на сегодняшний день показаны в таблице №1.
| Параметры | Cпутник | Аэрофотосъемка | |
|---|---|---|---|
| Пилотируемая авиация | Беспилотный летательные аппараты | ||
| Оптимальная площадь съемки | >100 км2 | 50-1000 | <100 км2 |
| Cенсоры | Мультиспектр | Мультиспектр | Мультиспектр |
| Гиперспектр | Гиперспектр | Гиперспектр | |
| Тепловой | Тепловой | Тепловой | |
| Радиолокация (радар) | Радиолокация (радар) | Радиолокация (радар) | |
| LIDAR (лазерное сканирование) | LIDAR (лазерное сканирование) | LIDAR (лазерное сканирование) | |
| Пространственное разрешение | 0,25 м до 10 м | 0,1 м до 1,5 м | 0,02 до 1 м |
| Стоимость снимка площадью (USD) | |||
| 1 км | - | - | 200 |
| 5 км | - | - | 500 |
| 25 км | 200 | - | 1 250 |
| 50 км | 500 | 6 250 | 1 750 |
| 100 км | 1 000 | 10 000 | 3 000 |
| 1000 км | 10 000 | 40 000 | - |
| 10000 км | 70 000 | 150 000 | - |
Так или иначе, любые исходные данные ДЗЗ представляют из себя пространственные данные.
У нас можно заказать
Решаемые задачи
Глобально, зондирование дистанционными методами нужен для объяснения и принятия решения по двум направлениям жизни человека - изменение окружающей среды и инфраструктуры любой человеческой деятельности.
ДЗЗ имеет 250+ тематических направлений и с каждым годом это дистанционное зондирование прирастает новыми направлениями, как инновационное направление исследований.
Мониторинг ДЗЗ нужен для обнаружения аномалий на земле, в воде, в воздухе, в городе, на дороге, в критической ситуации по природным катаклизмам или по человеческому фактору, ограниченный по размерам или протяжённый. Везде играет роль пространственный фактор во времени. И фиксация аномалий и анализ её появления и есть ДЗЗ.
Цель: принять эффективные решения в результате анализа дистанционного зондирования, способствующие улучшению и безопасности жизни, общества, сохранению и восстановлению природы, предотвращению разрушения инфраструктуры.
Задачи:
Продовольственная безопасность – безусловно первичная и решающая задача мониторинга ДЗЗ – продовольственная безопасность и продовольственный достаток для выживания в окружающей среде:
- Слежение за развитием сельскохозяйственных культур от посева до урожая на основе LULC технологии ДЗЗ. Картирование индексов, показателей состояния полей, оценка сорняков, засухи, солёности, нашествия вредителей. Точное земледелие.
- Контроль чистоты водных ресурсов. Регистрация загрязнения воды.
- Поиск новых источников воды в неблагоприятных районах.
Окружающая среда:
- Наблюдение за состоянием окружающей среды. Формирование информационных данных ДЗЗ о текущем состоянии внешней среды и степени её загрязнённости. Картирование аномалий. Осуществление широкомасштабных наблюдений за факторами антропогенного воздействия.
- Составление прогноза тенденций изменения состояния природной среды. Определение источников влияния антропогенного характера и организация наблюдения за ними.
- Лесопатологического обследование. Систематическое обобщение и анализ результатов лесопатологического наблюдения, составление в установленные сроки обзоров лесопатологического состояния площади лесов. Обоснование и принятие рациональных решений по защите лесов от повреждений, незаконной вырубки, сохранению их устойчивости и продуктивности.
- Контроль состояния и поведения водных ресурсов.
Инфраструктура:
- Картирование, 3D моделирование строительной отрасли объектов и протяжённых трасс на всех этапах жизненного цикла: проектирование, строительство, эксплуатация.
- Городское развитие, принятие решения о городском строительстве, архитектурное 3D моделирование.
- Регулярный мониторинг протяжённых трасс ЛЭП, автомобильных и железнодорожных трасс, трубопроводов.
- Создание аналитических карт ДЗЗ объектов, территорий и городского кадастра, недвижимости.
- Рост и убывание населения по косвенным признакам ДЗЗ (например, пространственные ночные показатели видео, строительства и т.п.) в городах и сельской местности (степень разработки сельхозкультур).
- Картирование эпидемической обстановки.
- Изменения и показатели рынка городской и территориальной недвижимости на ГИС платформе.
Чрезвычайные ситуации:
- Прогнозирование и контроль природных катастроф (катаклизмы пожары, наводнения, цунами, тайфуны и т.п.) и техногенных аварий на основе ДЗЗ аналитики.
- Предсказание чрезвычайных ситуаций на основе выявления аномалий структурных и природных – спектральные индексы ДЗЗ, косвенные признаки на их основании, тематическое картирование в ГИС управлении, моделирование последствий, детальное отслеживание ситуации, помощь полевым работам по ликвидации.
Нужна консультация?
Оставьте заявку, и мы с вами свяжемся.
Примеры применения
Экологический мониторинг нефтяных загрязнений по космическим снимкам
- Задачи:
-
Экологический мониторинг нефтяных загрязнений и составление тематической карты загрязнения лицензионных участков на определенный период.
Используя космические снимки с высоким пространственным разрешением (1.5 м) нужно выявить следующие загрязнения:
- Участки, захламленные отходами производства и потребления;
- Зоны скопления высоковязкой забитуминизированной нефти, жидкой нефти;
- Загрязненные участки, на которых с высокой вероятностью в течение 1–2 лет может произойти самовосстановление; Загрязненные участки, на которых вследствие высокой засоленности рекультивация в следующем сезоне невозможна;
- Участки сплошного массива погибшего леса на участках загрязнений и захламлений.
- Решение:
-
Для дешифрирования нефтяного загрязнения лицензионных участков (ЛУ), использовались космические снимки TripleSat и SPOT, которые имеют разрешение 1 м и 1,5 м в панхроматическом канале и 4 м и 6 м в мультиспектральных каналах.
Далее проведена обработка полученных снимков:
- Ортотрансформирования – для повышения точности привязки снимка;
- Атмосферной коррекции – для устранения негативного влияния атмосферы на результаты дешифрирования;
- Pan sharpening – для повышения пространственной точности снимка.
Процесс улучшения пространственного разрешения Были выбраны тестовые площадки для дешифрирования, чтобы выбрать более оптимальный и точный метод. Апробировались различные методы классификации с обучением (Spectral Angle Mapper, Maximal Likelihood и др.), спектральные индексы (NDVI и др.), варианты цветового синтеза и т.д.
Наиболее точным методом является визуальное экспертное дешифрирование специалистами в области дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), поскольку при использовании классификаций выявляется большое количество ложных объектов, не представляющих практического интереса. Для процесса дешифрирования использовались различные комбинации спектральных каналов в комплексе с индексом NDVI.
- Результат:
-
Итогом работ стала тематическая карта различных нефтяных загрязнений в виде векторного слоя для загрузки в любую геоинформационную систему.
Геодинамический мониторинг территории разрабатываемого месторождения
- Задачи:
-
- Выполнение мониторинга смещений земной поверхности;
- Определение влияния разработки месторождения на деформации земной поверхности;
- Выявление опасных геодинамических областей для обеспечения промышленной безопасности, охраны недр, зданий и сооружений от вредного влияния горных работ.
- Решение:
-
- Проанализировано 115 радиолокационных кадров (за последние 5 лет) со спутника Sentinel-1A/B. Из полного набора доступных снимков в процессе обработки исключен ряд снимков, на которых присутствие и состояние природно-климатических факторов не позволяет произвести достоверные измерения (наличие в момент съемки снежного покрова, гроз, проявлений активности ионосферы). Пригодно для дальнейшего использования 37 снимков;
- Цифровая модель местности месторождения построена на основе интерферометрической обработки пары радиолокационных снимков со спутника Sentinel-1B.
- Интерферометрическая обработка полученной серии радиолокационных снимков выполнена с использованием метода постоянных рассеивателей (или постоянных отражателей) – от английского persistent scatterers (PS);
Распределение постоянных рассеивателей на территории месторождения (фрагмент) - Используя результаты интерфероместрической обработки составлена карта среднегодовых скоростей смещения;
- Проведено сопоставление вертикальных смещений, измеренных методом высокоточного нивелирования со смещениями по направлению на спутник (LOS), полученными методом радиолокационной интерферометрии;
- После получения вертикальных смещений земной поверхности перешли к расчету деформаций;
- После расчёта количественных оценок параметров деформаций земной поверхности дали оценку потенциальным геодинамическим рискам;
Среднегодовые уклоны на месторождении (фрагмент) - Сделали общие выводы и дали соответствующие рекомендации;
- Провели анализ характера взаимосвязи между добычей углеводородов и опусканием земной поверхности.
- Результат:
-
- Цифровая модель местности месторождения;
- Схематическая карта (изолинии) вертикальных сдвижений для месторождения;
- Карта с выделенными зонами геодинамического риска, выводы и рекомендации.
Мониторинг технического состояния трубопроводов
- Задачи:
-
Получение оптической космической съемки и съемки БПЛА для дальнейшего использования при решении задач патрулирования трасс трубопроводов.
- Решение:
-
- Составление схем воздушного патрулирования и графика воздушного патрулирования БПЛА на территорию интереса;
- Проведение облётов с применением БПЛА и заказ космической съемки высокого пространственного разрешения для мониторинга состояния трубопроводов;
- Заказ радиолокационной съемки на территорию трубопровода;
- Процессинг данных ДЗЗ;
- Создание карт смещений с точностью до см методом радиолокационной интерферометрии.
- Результат:
-
- Материалы аэрофотосъемки и космосъемки;
- Выявленные нарушения в виде базы данных, и карточек нарушений;
- Карта смещений на территорию газопровода.
Экологический мониторинг воздействия на окружающую среду при проведении горных работ на территории республики Марий Эл
- Задачи:
-
- провести мониторинг воздействия на окружающую среду при проведении горных работ и выработке общераспространённых полезных ископаемых;
- обнаружение и актуализация информации о незаконных карьерах (вне границ лицензионных участков) и сопутствующих им свалках твёрдых бытовых отходов (ТБО).
- Решение:
-
- Заказ архивной съемки на районы работ с космических снимков спутников "Канопус-В" и "Ресурс-П". Проведена оценка спектральной разделимости классов для выявления объектов недропользования. Результаты показали, какие объекты можно успешно классифицировать на снимках и какие могут вызвать путаницу, требуя более тщательного подбора эталонов и визуального контроля специалистов при дешифрирован
- Обновление и дополнение данных ранее созданной ГИС.
- В программном продукте NextGIS QGIS была произведена актуализация данных с использованием новой информации. Полученная карта-схема в формате ГИС содержала геоинформационные слои, которые отражали предварительную информацию обо всех объектах класса «объекты недропользования», площади карьеров, информация о полезных ископаемых, наличии свалок и т.п.
- Дешифрирование снимков и классификация данных
-
Отобрано 40 снимков из 65 архивных данных, приоритет – снимки без снега или облаков, летне-осенний период. Дешифрирование снимков проводилось визуально, затем классификация и объединение данных в один слой.
Потенциальные объекты добычи полезных ископаемых, выявленные по результатам дешифрирования космосъемки 2017–2018 гг. -
Следующим значительным этапом работы стал анализ полученных объектов в совокупности с существующими данными фонда недр и подготовка к полевым исследованиям. Помимо интеграции данных, была разработана специальная шкала «достоверности»:
- 25% – наличие карьера маловероятно;
- 50% – наличие карьера определено со средней степенью вероятности;
- 75% – наличие карьера определено с высокой степенью вероятности;
- 100% – объект является карьером.
- Данные были оценены в соответствии с ней и внесены все остальные актуальные атрибутивные данные (состояние карьера, наличие свалки ТБО, площадь выработки, вид полезного ископаемого, используемый для дешифрирования космический снимок, год съёмки).
- В рамках подготовки к полевым работам были созданы несколько дорожных графов и спланированы маршруты объезда интересующих объектов.
- Заключительный этап проекта заключался, собственно, в полевом обследовании объектов интереса. В результате полевых работ было обследовано 43 потенциальных объекта недропользования 21 объект из 43 посещенных оказался карьером.
- Результат:
-
Результаты работ показали, что данные дистанционного зондирования Земли можно – и нужно – использовать для мониторинга окружающей среды, например, в данном случае для выявления незаконного недропользования и добычи полезных ископаемых, а также обнаружения несанкционированных свалок ТБО.
Помимо выявленных объектов недропользования были сформированы дополнительные дешифровочные признаки карьеров, а также других объектов, которые можно спутать с карьерами при автоматизированном и ручном дешифрировании.
Космический мониторинг инфраструктуры города Москва
- Задачи:
-
Проведение мониторинга городских изменений по данным космической съемки сверхсверхвысокого пространственного разрешения
- Решение:
-
- Проведен анализ потребностей заказчика, определены ключевые городские изменения для мониторинга и установлены необходимые временные рамки наблюдения.
- Осуществлен многократный заказ новой космической съемки сверхвысокого пространственного разрешения.
- Полученные снимки обработаны с помощью специализированного программного обеспечения для анализа геопространственных данных. Была проведена атмосферная и радиометрическая коррекция.
- Результат:
-
Полный набор результатов мониторинга городских изменений. В отчете представлены картографические материалы с выделенными изменениями, аналитические данные и рекомендации для дальнейших действий. Заказчик может использовать эти данные для принятия обоснованных решений и эффективного управления городской средой.
Наши клиенты
Часто задаваемые вопросы
Дистанционный мониторинг земли (Remote Sensing) представляет собой метод получения информации о земной поверхности без физического контакта с ней. Этот метод использует различные сенсоры и инструменты, установленные на спутниках, беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), самолетах, и других платформах для сбора данных о земной поверхности, атмосфере и окружающей среде.
Дистанционный мониторинг земли предоставляет широкий спектр приложений в различных областях, включая:
-
Сельское хозяйство: Мониторинг роста растений, земледелия, оценка урожайности, контроль состояния почв и водных ресурсов.
-
Лесное хозяйство: Оценка состояния лесных массивов, обнаружение пожаров, мониторинг вырубок.
-
Геология и горнодобыча: Поиск полезных ископаемых, оценка геологических структур, мониторинг горных работ.
-
Геодезия и картография: Создание карт, измерение высот и контуров местности.
-
Экология: Оценка состояния экосистем, мониторинг заболачивания, мониторинг видов и изменений климата.
-
Управление городской средой: Мониторинг загрязнения воздуха и воды, учет зеленых зон, управление отходами.
-
Обеспечение безопасности: Осуществление разведки и наблюдение за территориями, мониторинг природных бедствий, оценка структур в аварийных ситуациях.
Для дистанционного мониторинга земли используются различные типы сенсоров, такие как оптические (снимки с видимым и инфракрасным спектрами), радарные (использующие микроволновое излучение), термальные, а также спектроскопические сенсоры, способные анализировать состав поверхности и атмосферы. Полученные данные обрабатываются и анализируются с использованием геоинформационных систем (ГИС) и других инструментов.
Дистанционный мониторинг земли имеет широкие практические применения и играет важную роль в научных исследованиях, управлении ресурсами и решении различных задач, связанных с окружающей средой и устойчивым развитием.
Исследования показывают, что дистанционное зондирование земли (ДЗЗ) является мощным инструментом для мониторинга отраслей сельского хозяйства и прогнозирования наводнений. С помощью спутников и БПЛА можно проводить наблюдения за посевами, оценивать состояние почвы, контролировать рост растений, выявлять изменения в рельефе местности и многое другое. Эти данные позволяют анализировать текущую ситуацию в сельском хозяйстве и принимать решения на основе объективной информации.
Кроме того, с использованием ДЗЗ можно эффективно предупреждать паводки. Мониторинг осадков, состояния водоемов, уровня воды в реках и дренажных системах позволяет выявлять потенциально опасные ситуации заблаговременно. Анализ данных с различных источников позволяет создать модели прогнозирования наводнений, что помогает организовать меры предосторожности и минимизировать ущерб от наводнений.
Для мониторинга разливов нефти с помощью дистанционного зондирования (ДЗЗ) мы используем спутники и другие летательные аппараты с различными видами сенсоров. Оптические сенсоры захватывают видимое и инфракрасное излучение, тепловые сенсоры измеряют тепловое излучение, а радиолокационные сенсоры проникают через облака для мониторинга в различных погодных условиях. Полученные данные обрабатываются специализированными программами для анализа и интерпретации, что позволяет определять масштаб разлива, его распространение и воздействие на окружающую среду. Технический подход с использованием ДЗЗ помогает оперативно реагировать на экологические чрезвычайные ситуации и снижать их действие.
Лицензии
Наши партнеры
