Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Екологічний факультет

Екологічний факультет




Сторінка1/10
Дата конвертації25.03.2017
Розмір1.18 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

ДЕРЖАВНИЙ АГРОЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЕКОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра моніторингу

навколишнього природного

середовища

М.В. Зосімович

ДИСТАНЦІЙНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ МОНІТОРИНГ

(для студентів, які навчаються за спеціальністю ,,Екологія та охорона навколишнього середовища”)

Методичний посібник

Житомир – 2006

ББК


УДК 629.735; 656.7.07.6.
Моніто́ринг довкі́лля, екомоніто́ринг (англ. environmental monitoring, нім. Monitoring n der Umwelt (der Umgebung)) - комплексна науково-інформаційна система регламентованих періодичних безперервних, довгострокових спостережень, оцінки і прогнозу змін стану природного середовища з метою виявлення негативних змін і вироблення рекомендацій з їх усунення або ослаблення.
015

Методичний посібник підготував:

к.т.н., доцент М.В. Зосімович.
Рецензенти:

доктор технічних наук, професор В.Ф. Манойлов (ЖДТУ);

доктор технічних наук, професор Л.В. Лось (ДАУ).
Методичний посібник розглянуто та рекомендовано до видання:

Кафедрою моніторингу навколишнього природного середовища, протокол № ____ від ____ ____ 2006 р.

Технічні науки - науки, що вивчають закономірності розвитку техніки і визначають способи найкращого її використання.
Довкілля, або бюрократично навко́лишнє приро́дне середо́вище - всі живі та неживі об'єкти, що природно існують на Землі або в деякій її частині (наприклад, навколишнє середовище країни). Сукупність абіотичних та біотичних факторів, природних та змінених у результаті діяльності людини, які впливають на живий світ планети.

Навчально-методичною комісією екологічного факультету, протокол № ____ від ____ ____ 2006 р.

ЗМІСТ
Вступ

І. ТИПИ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗЕМЛІ І ПЛАНЕТ

1.1 Науково-дослідні космічні апарати

1.2 Супутники зв’язку

1.3 Метеорологічні ШСЗ

1.4 Навігаційні ШСЗ

1.5 Геодезичні ШСЗ

1.6 Супутники для вивчення земних ресурсів

1.7 Космічні апарати для міжпланетних польотів

ІІ. АЕРОКОСМІЧНИЙ МОНІТОРИНГ ЕКОЛОГО-ГЕОЛОГІЧНОГО СЕРЕДОВИЩА

2.1 Космічна зйомка поверхні Землі

2.1.

Космічний апарат (КА) - технічний пристрій, що використовується для виконання різноманітних завдань у космічному просторі, а також проведення дослідницьких та іншого роду робіт на поверхні різних небесних тіл.
Географі́чна оболо́нка (англ. geography envelope; нім. geografischer Mantel, m) - верхня комплексна оболонка Землі, що утворилася внаслідок взаємопроникнення і складної взаємодії окремих геосфер - літосфери, гідросфери, атмосфери і біосфери.
1 Основні типи зйомки

2.1.2 Космічна фотозйомка

2.1.

Космі́чне фотозніма́ння багатозона́льне, (рос. космическая съемка многозональная, англ. multi-band space survey, multi-spectral space survey; нім. Sattelitenaufnahme f in mehreren Bereichen des elektromagnetischen Spektrums) - полягає в одночасному отриманні декількох фотознімків по моніторингу довкілля.
3 Космічна сканерна зйомка

2.2 Космічні системи моніторингу

2.2.1 Багатоспектральна зйомка високого розрізнення

2.2.2 Система “Спот” та проект “Терс”

2.2.3 Формування системи моніторингу на базі сонячно-синхронних орбіт

2.2.4 Формування системи високого розрізнення для зйомки з інтервалом у декілька годин

2.3 Вплив хмарності. Єдина багатоцільова система

2.3.1 Специфіка космічної зйомки високого розрізнення

2.3.2. Ймовірна оцінка впливу хмарності

2.3.3 Результати розрахунків ймовірності зйомки

2.4 Досвід використання українсько-російського КА “Океан-О” для вирішення задач землекористування, природо охорони та раціонального використання природних ресурсів .

2.4.1. Космічний апарат “Океан-О”

2.4.2. Призначення КА “Океан-О”

2.4.3. Вимірювальна апаратура КА “Океан-О”

2.4.4. Характерні особливості роботи КА “Океан-О”

2.4.5. Інформаційні системи КА “Океан-О”

2.4.6.

Раціона́льне природокори́стування - використання природних ресурсів в обсягах та способами, які забезпечують сталий економічний розвиток, гармонізацію взаємодії суспільства і природного середовища, раціоналізацію використання природно-ресурсного потенціалу, економічні механізми екологобезпечного природокористування.
Природні ресурси - це сукупність об'єктів та систем живої та неживої природи, компоненти природного середовища, що оточують людину, які використовуються в процесі суспільного виробництва для задоволення матеріальних і культурних потреб людини та суспільства.
Інформацíйна систéма (англ. Information system) - сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів.
Схема організації наземного сегменту

2.5 Землекористування, природоохоронні та природоресурсні задачі

2.5.1 Роль космічної інформації у вирішенні задач землекористування та природоохорони

2.5.2 Дослідження урбанізованих та техногенно змінених територій з небезпечними геологічними процесами

2.5.3. Вивчення геодинамічних зон

2.5.4 Вивчення техногенних змін сучасних ландшафтів

2.5.5 Визначення фітосанітарного стану та пожежонебезпечності лісів на прикладі Зони відчуження ЧАЕС

2.5.6 Картування ділянок підвищеної природної пожежобезпечності

2.5.7 Вивчення рослинності

ІІІ. ЕКОЛОГІЯ КОСМОСУ

3.1 Ракетно-космічні комплекси

3.2 Фактори техногенного впливу космічного польоту на довкілля

3.3 Вплив ракетно-космічної техніки на озоновий шар Землі

3.

Раке́та (італ. rocchetta - «маленьке веретено», нім. rakete) - літальний апарат, що рухається в просторі за рахунок дії реактивного руху, що виникає внаслідок відкидання частини власної маси (робочого тіла) апарату без використання речовини з навколишнього середовища.
4 Вплив пусків ракетоносіїв на іоносферу

3.5 Космічне сміття

3.

Космічне сміття або орбітальне сміття - некеровані об'єкти антропогенного походження, які більше не виконують своїх функції та літають навколо Землі або в меншій мірі навколо інших \я]]. Ці об'єкти різноманітного походження становлять загрозу космічним апаратам.
6 Дистанційний агромоніторинг

3.6.1 Мета сучасної системи агромоніторингу

3.6.2 Недоліки існуючої системи збору інформації

3.6.3 Принципові можливості дистанційних методів агромоніторингу

3.6.4 Функціональне призначення галузевої системи комплексної обробки аерокосмічної та наземної інформації (ГІСКОАНІ)

3.6.5 Основні завдання системи дистанційного агромоніторингу

3.6.6 Призначення отриманої інформації

3.6.7 Вимоги до функціонування системи моніторингу

3.6.8 Спільні риси розроблених систем дистанційного агромоніторингу

3.6.9 Структура системи дистанційного агромоніторингу

3.6.10 Схема розташування і функціонування АКП і ТД

3.6.11 АКП і ТД на території України

3.6.12 Паспорт АКП та його структура

3.7 Вплив атмосфери на електромагнітне випромінювання

3.8 Системи дистанційного зондування Землі

3.8.1.

Електромагн́ітне випром́інювання (англ. electromagnetic radiation) - взаємопов'язані коливання електричного (Е) i магнітного (B) полів, що утворюють електромагнітне поле а також, процес утворення вільного електро-магнітного поля при нерівномірному русі та взаємодії електричних зарядів.
Терито́рія України - суша, води, надра і повітряний простір, що знаходяться в межах державного кордону України.
Дистанці́йне зондува́ння Землі (ДЗЗ)́ - спостереження поверхні Землі авіаційними і космічними засобами, оснащеними різноманітними видами знімальної апаратури.
Реєстрація - випромінювання

3.8.2. Фотографічні системи

3.8.3 Відеографічні системи

3.8.4 Багатоспектральні сканери

3.8.5 Теплові сенсори

3.8.6 Надвисокочастотні локатори

3.9 Лазерні системи

3.9.1 Лідар на основі зворотного розсіювання

3.9.2 Лідар на основі реєстрації диференційного поглинання

3.9.3 Допплерівський лідар

3.9.4 Лідар на основі реєстрації флуоресценції

3.9.5 Лідар на основі реєстрації комбінаційного розсіювання

3.9.6.

Раманівське розсіювання або комбінаційне розсіювання - непружне розсіювання світла, при якому частота розсіяної хвилі змінюється на величину частоти власних коливань молекули.
Застосування дистанційного зондування в екології

ІV. ПИТАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

4.1 Питання з розділу І

4.2 Питання з розділу

4.3 Питання з розділу ІІІ

Скорочення

Література

Зміст

ВСТУП
Успішний розвиток та поширене використання космічних методів дослідження в геології та екології дозволяють говорити про новий науковий напрямок – космоекогеологія. Космічні знімки разом з матеріалами традиційних методів вивчення Землі дають космогеології надійні дані для будови еколого-геологічних моделей територій, що досліджуються.

Довгострокова стратегія охорони та збереження природи, що розроблена за ініціативою вчених всього світу та підтримана в ООН, потребує рішучого переходу від пасивної реєстрації нищівних наслідків численних екологічних порушень та частих катастроф до їхнього своєчасного попередження і запобігання.

Прийнята міжнародна програма (на рівні Міністерства з Надзвичайних Ситуацій України) спільних дій, яка передбачає створення системи надійного та широкомасштабного моніторингу навколишнього природного середовища.

Катастро́фа - велика за масштабами аварія чи інша подія, що призводить до тяжких (або неповоротних) наслідків. В давній Греції слово катастрофа означало головну подію, що передує розв'язці або зумовлює її, у класичних драматичних творах.
Моніторинг має забезпечувати систематичне та оперативне (слідкування) спостереження за станом природного середовища з метою її контролю та управлінням правильним використанням усіма її складовими.

Оцінка стану та прогноз зміни геологічного середовища мають досить важливе значення для виявлення погрози порушення екологічної рівноваги в природі, а також велике народногосподарське значення.

Геологі́чне середо́вище (рос. геологическая среда, англ. geological environment, нім. geologische Umgebung f) - частина земної кори (гірські породи, ґрунти, донні відклади, підземні води тощо), яка взаємодіє з елементами ландшафту, атмосферою та поверхневими водами і може зазнавати впливу техногенної діяльності.
Екологічна рівновага - це відносний баланс стійкості видового складу живих організмів, їх чисельності, продуктивності, просторового розміщення, сезонних змін, біотичного кругообігу речовин та інших біологічних процесів у природних або змінених людиною екологічних системах.

Припускається, що моніторинг має здійснюватись на трьох ієрархічних рівнях:

регіональному;

детальному;

локальному.



Регіональний моніторинг повинен охоплювати цілі економічні райони та надавати загальне уявлення про характер, масштаби, інтенсивності різних геологічних процесів, збитки які вони наносять народногосподарським об’єктам та природному середовищу, ефективності захисних заходів, що використовуються тощо. В залежності від ступеню освоєння території та інших факторів він може здійснюватись в широкому діапазоні масштабів від 1:100 000 до 1:500000.

Детальний та локальний моніторинг повинен давати вже більш повне уявлення про розвиток екологічних процесів в межах окремих інженерних комплексів та споруд або їхніх комплексів. Обрання методів, що використовуються під час моніторингу, визначається його рівнем. Під час регіонального моніторингу за базові доцільно використовувати аерокосмічні методи, доповнюючи їх невеликим об’ємом наземних досліджень. Під час детального та локального моніторингу основні дані будуть одержані наземними дослідженнями, а аерокосмічні методи стануть їхнім істотним доповненням.

Провідна роль в реалізації аерокосмічного моніторингу має належати знімкам, що виконуються в оптичному діапазоні спектру через їхній максимум корисної інформації.


I. ТИПИ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗЕМЛІ І ПЛАНЕТ
1.1 Науково-дослідні космічні апарати
Науково-дослідні космічні апарата (КА) призначені для досліджень навколоземного та міжпланетного космічного простору, Місяця і планет Сонячної системи, з метою проведення різноманітних експериментів і досліджень в космічному просторі наукового та прикладного значення, а також для опрацювання конструкції окремих систем, вузлів та апаратури нових КА (наприклад, нових систем орієнтації, керування, стиковки, посадки тощо).
Космі́чний про́стір або «ко́смос» - відносно порожні ділянки Всесвіту, розташовані поза межами атмосфер небесних тіл. Всупереч розповсюдженій думці, космос не повністю порожній, у ньому дуже низька густина деяких часток (переважно - водень), а також - електромагнітне випромінювання.
Со́нячна систе́ма - планетна система, що включає в себе центральну зорю - Сонце, і всі природні космічні об'єкти, що обертаються навколо нього.
Ко́смос (від грец. κόσμος - «порядок») - одне з ключових понять давньогрецької історії та культури. Вживалося на позначення встановленого Богом (богами, Божеством) Всесвітнього Ладу, Порядку - на противагу Хаосу - Всесвітньому Безладу.
Науково-дослідні КА за призначенням можуть бути пілотованими та автоматичними.

До пілотованих науково-дослідних КА відносять:

а) орбітальні кораблі (ОК), орбітальні лабораторії (ОЛ), орбітальні пілотовані станції (ОПС) та орбітальні бази-станції (ОБС), що призначені для вивчення навколоземного космічного простору;

б) міжпланетні космічні кораблі (КК) і станції, що призначені для вивчення космічного простору, Місяця і планет Сонячної системи.

До автоматичних науково-дослідних КА відносять:

а) штучні супутники Землі (ШСЗ), автоматичні орбітальні лабораторії, орбітальні станції (ОС), які призначені для вивчення верхніх шарів атмосфери та навколоземного космічного простору;

б) автоматичні міжпланетні станції (АМС), штучні супутники Місяця, Сонця (ШСС) та планет, посадочні модулі і планетоходи станцій, що призначені для вивчення космічного простору та планет Сонячної системи (рис.1.1).

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна. Докладніше - на сторінці Мир (значення).
Автоматична міжпланетна станція або Космічний зонд - безпілотний космічний літальний апарат, оснащений складним комплексом радіотехнічної, фототелевізійної та наукової апаратури, спеціальною системою орієнтації, пристроями програмного управління роботою бортової апаратури, системою автоматичного регулювання теплового режиму всередині станції та джерелами енергоживлення, який використовується для дослідження космічного простору, планет або Сонця.

1.2 Супутники зв'язку
Супутники зв'язку класифікують за принципом роботи (активні, пасивні), типом орбіти, видом ліній зв'язку та їх кількості.

Активні ШСЗ використовують ретранслятори, які включають бортові приймачі та передавачі (із власними антенними системами), що працюють на різних частотах. Вони приймають сигнали наземної станції, підсилюють їх, здійснюють перетворення частоти і ретрансляцію на іншу наземну станцію. Відомі дві різновидності передачі прийнятої інформації з борту активних ШСЗ: безпосередня передача інформації без запам’ятовування та передача з затримкою інформації, що запам’ятовується на борту.
Комуніка́ція (від лат. communicatio - єдність, передача, з'єднання, повідомлення, пов'язаного з дієсловом лат. communico - роблю спільним, повідомляю, з'єдную, похідним від лат. communis - спільний) - це процес обміну інформацією (фактами, ідеями, поглядами, емоціями тощо) між двома або більше особами, спілкування за допомогою вербальних і невербальних засобів із метою передавання та одержання інформації.



Рис. 1.1. Вигляд Землі з космосу
Пасивні ШСЗ представляють собою прості відбивачі сигналів, що випромінюють наземні станції (без підсилювання та перетворення). Відомі три види пасивних ШСЗ зв’язку:

сферичні відбивачі;

відбивачі у вигляді хмар або глобальних поясів із металевих диполів, розсіяних на певних висотах;

пласкі або лінзоподібні відбивачі.

Визначено два основні напрямки створення орбітальних супутникових систем зв’язку:

системи ШСЗ, що обертаються за еліптичними орбітами з великим ексцентриситетом;

системи ШСЗ, що обертаються за стаціонарними та синхронними орбітами.

Системи ШСЗ, що обертаються за еліптичними орбітами з великим ексцентриситетом, дозволяють забезпечити протягом тривалого часу за допомогою одного ШСЗ-ретранслятора безперервний зв’язок поміж віддаленими пунктами.

Враховуючи ймовірність виходу з ладу супутників, слід передбачити необхідність періодичного виведення на орбіту нових ШСЗ на заміну тих, що вже не функціональні. Середній час поміж запусками становить
(1.1)
де - середній термін безвідмовної роботи КА (враховуються лише випадкові відмови); - кількість ШСЗ, що запускаються однією ракетою-носієм (РН); - середня кількість ШСЗ, що функціонує; - ймовірність успішного запуску; - ймовірність успішного виведення на орбіту та увімкнення апаратури; - термін експлуатації сонячних батарей.

Фотоелектрична комірка, також сонячна комірка, со́нячний елеме́нт, фотогальванічний елемент, фотоелемент, фотоелектричний перетворювач (ФЕП) - електричний пристрій, який діє як перетворювач, і служить для перетворення частини світлової енергії (як правило, видимих і інфрачервоних електромагнітних хвиль) у електричну за допомогою фотоелектричного ефекту.
Експлуатація - використання. Використовувати можна що завгодно - знаряддя праці, людей, чи корисні копалини.

До складу системи зв’язку окрім орбітальної системи супутників (будь-якого з типів, перелічених вище) входять приймально-передаючі станції з антенними системами і телеметрична система контролю параметрів бортової апаратури. До складу системи зв’язку з орбітами, що коректуються, входить також командна радіолінія.

У системах на базі активних ШСЗ зв’язку можуть використовуватися нестабілізовані супутники (із повною ізотропною діаграмою направлення антени), стабілізовані обертанням (зазвичай мають механічний пристрій проти обертання антенного блоку), повністю стабілізовані ШСЗ із незмінною орієнтацією діаграми направлення антени (по відношенню до Землі) та сонячних батарей (відносно Сонця), наприклад ШСЗ зв’язку «Молния» (Росія).

Розрахунковий термін активного існування супутників зв’язку 5-7 років.


1.3 Метеорологічні ШСЗ
Метеорологічні ШСЗ (метеосупутники) призначені для регулярного передавання телевізійних зображень хмарового та льодового покривів Землі на наземні станції.

На ШСЗ також встановлюють датчики радіаційних випромінювань Землі та хмарового покриву, які працюють у різних діапазонах частот, а інші прилади – для аналізу метеорологічних умов.

Метеороло́гія (від грец. μετέωρον, metéōron, «високо в небі»; та грец. λόγος, lógos, «знання») - наука про земну атмосферу, яка вивчає її фізичні явища та процеси. Основні об'єкти дослідження: склад і будова атмосфери, тепловий режим атмосфери, вологообіг, загальна циркуляція, електричні поля, оптичні і акустичні явища.
Одержана від метеосупутників інформація використовується для аналізу атмосферних процесів та прогнозів погоди.
Прогнóз погóди (англ. Weather forecasting, нім. Wettervorhersage) - складання науково-обґрунтованих передбачень про майбутнє стану погоди. Прогноз погоди синоптичним методом ділиться на прогноз синоптичного розташування і, на його основі, власне сам прогноз погоди, тобто, значень або ходу метереологічних елементів або втілення тих чи інших атмосферних процесів (випадання дощу, утворення туману, гроза тощо).

За телевізійними та інфрачервоними (ІЧ) знімками освітленої та тіньової сторін Землі здійснюють нефаналіз хмарності (визначення її форм, структури та кількості, див. рис.1.2). Ця та інша інформація, що одержана з метеосупутників, дозволяє складати оперативні екологічні карти хмарового, льодового та снігового покривів, виявляти зародження ураганів і визначати напрямок й швидкість їх розповсюдження, розрізняти тип й етапи розвитку погодних умов, виявляти струйні потоки в атмосфері, місцеві метеорологічні явища (шквали, грозову активність тощо), досліджувати тепловий баланс Землі, визначати температуру хмарового покриву, поверхні суходолу й океану.

Пого́да - стан нижнього шару атмосфери в конкретній місцевості в конкретний час, або протягом тривалого часу (година, доба, декада, місяць). Характеризується рядом метеорологічних елементів, таких як вітер, температура, тиск, вологість, видимість та ін.
Тепловий баланс Землі - баланс енергії процесів теплопередачі і випромінювання в атмосфері і на поверхні Землі. Основний приплив енергії в систему атмосфера-Земля забезпечується випромінюванням Сонця в спектральному діапазоні від 0,1 до 4 мкм.




Рис. 1.2. Хмарність Землі з орбіти
У зв’язку із специфікою вимог до метеоспостережень для глобального прогнозування та регіонального аналізу припускаються дві системи метеорологічних спостережень з використанням супутників:

з централізованою обробкою даних (глобальне прогнозування);

з автономним використанням даних (регіональна оцінка й прогноз).

Централізована система (рис. 1.3) забезпечує одержання моментальних телевізійних зображень хмарового покриву, які послідовно охоплюють усі ділянки поверхні Землі, над якими проходять орбіти метеосупутників. Зображення запам’ятовуються в бортовому комп’ютері ШСЗ та зберігаються до моменту входження його у зону зв’язку з наземною станцією приймання даних та управління ШСЗ, після чого, за командами з Землі, починається передача усіх зображень, що одержано за один оберт ШСЗ відносно Землі.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10



  • ЗМІСТ Вступ І. ТИПИ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ
  • ВСТУП Успішний розвиток та поширене використання космічних методів дослідження в геології та екології дозволяють говорити про новий науковий напрямок – космоекогеологія
  • Моніторинг має забезпечувати систематичне та оперативне (слідкування) спостереження за станом природного середовища з метою її контролю та управлінням правильним використанням усіма її складовими
  • Детальний та локальний моніторинг
  • 1.2 Супутники звязку Супутники звязку класифікують за принципом роботи (активні, пасивні), типом орбіти, видом ліній звязку та їх кількості. Активні
  • Рис. 1.1. Вигляд Землі з космосу Пасивні
  • 1.3 Метеорологічні ШСЗ Метеорологічні
  • Рис. 1.2. Хмарність Землі з орбіти