Системы космического мониторинга окружающей среды

Для обеспечения оперативной  обработки данных необходимо было разработать программное обеспечение обмена данными между станцией приема УППОИ и суперкомпьютером SunFire 15000 для обработки на параллельных процессорах. Результатом работ явилась технологическая цепочка обмена и обработки данных которая используется не только в ИС обнаружения лесных пожаров, но и для мониторинга трубопроводов, контроля факелов сжигания попутного нефтяного газа и загрязнений окружающей природной среды, связанных с ними. Основная сложность здесь заключается в том, что прием и регистрация данных производится в среде ОС WINDOWS, а предварительная и тематическая обработка - в среде ОС UNIX (Solaris) на суперкомпьютере Sun Fire 15000.

Вся технологическая цепочка  может работать в автоматическом режиме. Для осуществления в рамках этой технологии новых видов тематической обработки необходимо будет разработать соответствующее программное обеспечение для суперкомпьютера SunFire 15000. При проведении предварительной и тематической обработки наряду с разработанными программными модулями на SunFire 15000 используются UNIX-версии известных геоинформационных систем ERDAS IMAGINE и ENVI.

В центре ДЗЗ разработана  и реализована методика эколого-экономической  оценки последствий пожара, основанная на оперативном картироваиии выгоревших участков. Методика реализуется путем наложения контуров выгоревших участков на карту ландшафтных выделов видового состава деревьев с использованием средств Гис. Как упоминалось выше, с середины 90-х годов прошлого века в России в нескольких центрах активно развивались методы и технологии использования спутниковых данных для решения задач, связанных с мониторингом лесных пожаров . Это позволило создать ряд систем, которые активно используются для обеспечения работ по организации обнаружения и тушения лесных пожаров на региональном уровне.

На основе этих разработок под методическим и организационным  руководством Института космических исследований РАН была создана система спутникового мониторинга пожаров в интересах службы авиационной охраны лесов России («Лвиалесоохрана», в дальнейшем АЛО) МПР РФ. Она сегодня является одним из блоков Информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров МПР РФ (ИСДМ).

К создаваемой системе  предъявлялись следующие основные требования, которые и определили ее архитектуру и базовые технологии:

• поступление в систему основного оперативного потока данных со спутников, позволяющих несколько раз в день гарантированно наблюдать всю территорию России (этому требованию из гражданских систем на сегодняшний день удовлетворяет только система метеорологических спутников серии NOAA);
• оперативное получение данных по всей территории России (т.е. информация должна собираться из нескольких центров приема и обработки спутниковых данных);
• обеспечение достаточно высокой оперативности сбора, обработки и доставки данных конечным пользователям (весь этот цикл не должен превышать нескольких часов, а в отдельных ситуациях и 20 30 мин. после проведения съемки);
• совмещение поступающих в систему данных и результатов их обработки с результатами авиационных и наземных наблюдений (т.е создаваемая система должна быть интегрирована с использующейся в службе процедурой сбора и анализа данных);
• возможность оперативного получения результатов обработки спутниковой информации как для Центральной базы авиационной охраны лесов России, так и для региональных баз, а также для различных заинтересованных служб и ведомств (т.е. к информации должен быть организован достаточно удобный и простой доступ удаленных пользователей);
• устойчивость и, по возможности, независимость реализованных в системе процедур обработки и анализа данных от условий и районов наблюдений (т.е. в системе в конечном итоге должно быть несколько видов стандартной выходной информации, которые специалисты службы должны использовать для принятия конкретных решений);
• достаточная гибкость и удобные возможности ее модификации и расширения (в ней должны быть предусмотрены возможности включения дополнительной информации с других спутниковых систем, использование дополнительных центров приема и обработки данных, добавление новых процедур обработки и представления данных);
• низкая стоимость ее эксплуатации - одно из самых существенных требований (поэтому система должна быть легко управляема и контролируема).

Один из ключевых моментов при создании подобных систем - вопрос оперативного обмена данными, поскольку, как видно из основных требований, она является существенно распределенной. Поэтому в ИСДМ для построения сети передачи данных использовались возможности российских сетей Internet. Такой выбор накладывает ряд ограничений на объемы передаваемой информации, что было учтено при планировании потоков данных в системе.

Архитектура системы рассчитана на работу с данными с приборов AVHRR (КА серии NOAA) и MODIS (КА серии EOS).

Все элементы системы можно  условно разбить на следующие  основные группы:

• центры сбора и обработки данных;
• система обработки, хранения и представления данных на базе информационных серверов;
• система обеспечения работы региональных и локальных пользователей.

Доступ к данным Информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров организован через несколько основных информационных серверов. Серверы расположены в различных регионах России. Они имеют различные по скорости каналы соединения с InternetoM, а также различные зоны покрытия спутниковыми данными.

Обе региональные информационные системы мониторинга пожарной обстановки. описанные выше, вошли в ИСДМ в качестве центров сбора и обработки данных и информационных серверов

Список использованной литературы

1. Абушевский НА. и др. Спутниковый мониторинг лесных пожаров в России. Итоги, проблемы, перспективы: Аналит. обзор / ГПНТБ СО РАН. - Новосибирск. -2003. - 135 с.
2. Аковецкий В.И. Аэрокосмос и ноосфера. - М.: Недра, 1989. - 177 с.
3. Алексеев А.С. и др. Вопросы развития центра космического мониторинга Сибири и создания многодисциплинарных технологий мониторинга / А.С. Алексеев, Г.Н. Ерохин, В.И. Зиненко, В.Н. Копылов // Труды Междунар. конф. ENVIROMS- 2000 «Измерения, моделирование и информационные системы как средства реабилитации окружающей среды на городском и региональном уровне». — Томск,- С. 50-53.
4. Алексеев А.С. и др. Космический мониторинг для безопасности окружающей среды / А.С. Алексеев, Г.Н. Ерохин, В.Н. Копылов // Совершенствование защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера : материалы научно-практической конференции. Новосибирск, 19-20 сентября 2001.-С. 197-199.
5. Алексеева М.Н. и др. Анализ структуры лесоболотных комплексов юго-востока Васюганской равнины с использованием космоснимков и данных наземных наблюдений / М.Н. Алексеева, А.Г. Дюкарев, Ю.М. Полищук, Н.Н. Пологова // Вестник Томского госуниверситета. - 2002 - № 2. - С. 80-83.
6. Алексеева М.Н., Дюкарев А.Г., Копылов В.Н., Полищук Ю.М. ГИС-технология анализа пространственной структуры лесоболотных комплексов Сибири : матер, докладов 27-го Пленума Геоморфологической комиссии РАН «Самоорганизация и динамика геоморфосистем» (Томск, 25 авг. -2 сент. 2003 г.). - Томск : Изд-во ИОА СО РАН. - С. 233-239.
7. Ананьин В. Интранет как инструмент корпоративного управления // СУБД. - 1997.-№3.-С. 53-58.
8. Аппазов Р.Ф., Сытин О.Г. Методы проектирования траекторий носителей и спутников Земли. - М. : Наука, 1987. - 440 с.
9. Арефин А.Н., Макеев А.В., Никифоров Д.В. Опыт создания и перспективы распределенной системы хранения и доступа к данным космического мониторинга // Труды Междунар. конф. «Современные проблемы информационных технологий и космический мониторинг». - Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2002. - С. 104-109.
10. Асмус В.В. и др. Концепция, основные этапы и первые результаты создания территориальной системы космического мониторинга Севера России / В.В. Асмус, А.М. Волков, В .А. Злотников, В.В.Шварев // Дистанционное зондирование Земли и решение задач природопользования и экологии. - М.: РКА, 1996. - С. 6-21.
11. Асмус В.В., Милехин О.Е., Копылов В.Н. Система государственных центров космического мониторинга окружающей среды // Труды Междунар. конф. «Современные проблемы информационных технологий и космический мониторинг». Ханты- Мансийск, 14-16 июня 2001. - Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2002. - С. 158-163.
12. Афонин С.В., Белов В.В. Информационно-методические основы построения эффективных систем спутникового мониторинга лесных пожаров // Вычисл. технологии. - 2003. - Т. 8, спец. вып. - С. 35-46.
13. Баррет Э., Куртис Л. Введение в космическое землеведение. - М. : Прогресс, 1979.-368 С.
14. Барталев С.А. и др. Организация оперативного спутникового мониторинга территории России в целях службы пожароохраны лесов / С.А. Барталев, Е.А. Лу- пян, В.Е. Щетинский// Препринт ИКИ РАН. Пр-1981. - М., 1998. - 18 с.
15. Белан Б.Д., Зуев В.Е., Панченко М.В. Основные результаты самолетного зондирования аэрозоля в ИОА СО РАН (1981-1991 гг.) // Оптика атмосферы и океана.-1995.-Т. 13.-№1-2.-С. 131-155.
16. Белов В.В. и др. Тематическая обработка и атмосферная коррекция аэрокосмических изображений / В.В. Белов, С.В. Афонин, Ю.В. Гриднев, К.Т. Протасов // Оптика атмосферы и океана. - 1999. - Т. 12. - № 10. - С. 991-1000.
17. Букчин М.А., Гершензон В.Е., Захаров М.Ю., Лупян Е.А., Плюснин И.А. Возможность создания и перспективы использования недорогих станций приема данных С. спутников серии NOAA// Исследование Земли из Космоса. 1992. - №6. -С. 85-90.
18. Бураков Д. А., Кашкин В.Б. Прогностическая модель стока для рек севера Красноярского края // 2-я Всероссийская конференция по математическим проблемам экологии. Тез. докл. - Новосибирск, 1994. С. 29-36.
19. Бураков Д.А., Сухинин А.И., Ромасько В.Ю. и др. Методика определения заснеженности речного бассейна по спутниковым данным для оперативного прогноза стока // Метеорология и гидрология. - 1996. - № 8. - С. 100-109.
20. Bulgakova I.V., Polichtchouk Y.M., Tokareva O.S. Geoinformation technology of assessment of oil extraction impact on swamp-forest ecosystems by means of middle resolution space images // Abstracts of XI Intern. Conf. of IBFRA (August 5-9, 2002, Krasnoyarsk, Russia). - Krasnoyarsk: Institute of Forest of SB RAS,

-P. 19-20.

21. Drury S. A. A Guide to Remote Sensing: Interpreting Images of the Earth. - Oxford: Oxford University Press, 1990. - 425 p.
22. Erokhin G., Alsynbaev K., Kopylov V. Forest fire detection technology based on research work of Ugra remote sensing Centre // Proceedings of the Interational symposium «View ofNorheast Asia forest fire from cosmos», Sendai, Miyagi, Japan- Januaty 17-18,2005,- Sendai, Japan: Tohoku University Co-operation Print Division.-p. 1-7.