Обгрунтування необхідності розробки системи мобільного екологічного моніторингу з використанням дистанційних методів

Бота Олег Васильович

аспірант, спеціальність 103 «Науки про Землю» Львівський національний університет імені Івана Франка

Обгрунтування необхідності розробки системи мобільного екологічного моніторингу з використанням дистанційних методів

Починаючи з 70-х років минулого століття, як єдиний мультидисциплінарний напрям досліджень в науці і техніці стало швидко розвиватися дистанційне зондування Землі (ДЗЗ).

Термін «дистанційне зондування» запропонував американський вчений-географ Е. Прюїт. Даний термін (remote sensing, англ.) – в широкому сенсі, означає вивчення об’єктів на відстані, тобто без контакту прийомних чутливих елементів апаратури (датчиків, сенсорів) з поверхнею досліджуваного об’єкта.

Першим етапом розвитку дистанційного зондування стала аерофотозйомка і тематичне використання її результатів, в даний час результати дистанційного зондування використовуються при вирішенні науково-технічних проблем: пошук родовищ корисних копалин. вивчення і раціональне використання земельних і лісових ресурсів. розробка проектів землеустрою різних рангів, аналіз засолення ґрунтів тощо. Але все більше роль дистанційного зондування зростає при вирішенні екологічних проблем, зокрема при проведенні моніторингових досліджень.

Виділяють зондування пасивне, в разі, якщо реєструються природні випромінювання потоків, і активне при уловлюванні штучного опромінення розглянутої поверхні.

Очевидно, що наземні і дистанційні методи при спільному використанні вдало доповнюють один одного, їх спільне використання дозволяє отримувати повну та об’єктивну інформацію про стан навколишнього середовища.

Враховуючи специфіку екологічних досліджень, можна зробити висновок про раціональність застосування наземних засобів і засобів, що виконують дослідження приземного шару атмосфери, з можливістю установки на них контактних датчиків. Одним з перспективних напрямків в даній сфері є застосування безпілотних повітряних суден (БВС) різної конструкції [2].

Дослідження складу і властивостей різних шарів атмосфери за допомогою лазерних локаторів в останнє десятиліття розвивається зі значними темпами, зокрема з допомогою лідарного зондування.

Лідарне знімання − активне знімання поверхні шляхом неперервної фіксації відбиття від поверхні, яка опромінюється монохроматичним лазерним випромінюванням із фіксованою довжиною хвилі. Переважно лідарне знімання ведеться із носіїв з не дуже великою висотою польоту. Частота випромінювання налаштовується на резонансні частоти поглинання елемента, що сканується і, таким чином, у разі наявності значних концентрацій цього компонента відбиття значно збільшується. Використовують при вивченні нижніх шарів атмосфери, виявленні концентрації певних елементів та сполук.

Шляхом обробки результатів лідарного зондування отримують відомості про висотний хід загального об’ємного коефіцієнта зворотного розсіювання, а також об’ємного коефіцієнта зворотного аерозольного розсіювання. Відновлення висотного ходу коефіцієнта розсіювання є наслідком розв’язання оберненої задачі.

У порівнянні з іншими наземними методами – сутінковими і прожекторними, лідарні методи мають ряд переваг. Лазерне випромінювання практично монохроматічне, отже, володіє високим просторовим розширенням.

Дослідження складу і властивостей атмосферного повітря із застосуванням методу лідарного зондування може проводиться на висотах до 100 км.

Незважаючи на переваги методу лідарного зондування, він володіє і рядом істотних недоліків, пов'язаних зі складністю в його реалізації, а також в інтерпретації результатів. Прикладом подібних недоліків є небажані явища, такі, як просвітлення атмосфери перед променем лазера, самофокусування променя лазера, електричні пробої, що виникають при посиленні потужності лазерного променя вище певного рівня тощо.

Лідарне зондування дозволяє вибірково контролювати окремі параметри повітряного середовища, проте головним недоліком є обмеженість стелі зондування атмосфери з Землі в зв’язку з впливом хмар.

Засоби вимірювання, що дозволяють оцінювати якість атмосферного повітря, а також проводити контроль стану підстилаючої поверхні встановлюються і застосовуються на пілотованих повітряних засобах з середини 1950-х р На сьогоднішній день, в багатьох країнах світу розробляються і функціонують на постійній основі різні літаючі екологічні лабораторії на базі широко спектра літальних апаратів. Слід зазначити, що вдосконалення засобів моніторингу повітряного середовища на базі пілотованих літальних апаратів цивільного і військового призначення в розвинених країнах приділяється значна увага [3].

Аналіз відкритих літературних джерел показав, що на сьогоднішній день розроблені базові принципи і методики визначення стану компонентів довкілля при проведенні екологічного моніторингу з використанням контактних і дистанційних методів.

Для контактних і дистанційних методів характерні свої переваги і недоліки, тому найбільший інтерес представляють технології, що дозволяють їх поєднувати з метою отримання більш повної та оперативної інформації про якісні показники навколишнього природного середовища.

Використання дистанційних методів дозволяє в кілька разів скоротити обсяги наземних досліджень. У той же час, для наземних методів досліджень широко розроблена нормативна база, що дозволяє домогтися єдиного підходу в вивченні якості компонентів навколишнього середовища незалежно від масштабів досліджуваної території.

Вибір дистанційних методів визначається саме розмірами досліджуваних територій і масштабом вирішуваних завдань у зв'язку з чим використання безпілотних авіаційних систем (БАС) при оцінці якості навколишнього середовища є найбільш виграшним в порівнянні з використання аеро- і космозйомки. оскільки дані методи успішно застосовуються, як правило, в дослідженнях регіонального масштабу.

Сучасна система оцінки застосовності методів екологічного моніторингу повинна бути заснована на комплексних інтегральних показниках, які здатні фокусувати сукупність найвагоміших вимірюваних величин, що інтернують в єдине ціле [1].

Приватні індикатори, які застосовуються з метою опису явищ і процесів не дозволяють отримати комплексне уявлення про об’єкт досліджень, що обумовлює потребу в проведенні інтегральної оцінки та подальшого складання на основі даної оцінки рейтинг-листів. Однак при цьому всі методи інтегральних оцінок є в значній мірі суб’єктивними. Серед розглянутих способів моніторингових досліджень якості атмосферного повітря найбільш перспективним є використання безпілотних авіаційних систем з встановленими на борту засобами вимірювань. Водночас, відсутність методик виконання вимірювань і технічна недосконалість

безпілотних авіаційних систем не дозволяє перейти від класичних способів екологічного моніторингу до застосування дистанційних технологій.

Список використаної літератури:

1. Машков О.,    Мамчур   Ю.,    Жукаускас    С.    Інноваційна природоохоронна технологія: комплексне застосування аерокосмічних та наземних    мобільних систем            екологічного     моніторингу.     URL: http://ena.lp.edu.ua:8080/bitstream/ntb/52241/2/2018_Mashkov_O_A- pdf


2. Триснюк В. М. Створення системи мобільного екологічного моніторингу. Екологічна безпека та збалансоване ресурсокористування. – – № 2. – С. 116-123.


3. Триснюк В. М. Система управління екологічною безпекою природних і антропогенномодифікованих геосистем. Системи обробки інформації. – –№12. – С.185-188.

Науковий керівник: Назарук М. М., доктор географічних наук, професор, професор кафедри раціонального використання природних

ресурсів і охорони природи Львівський національний університет імені Івана Франка