Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка комплекса авиационно-технических средств мониторинга природных и природно-антропогенных объектов

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Разработка комплекса авиационно-технических средств мониторинга природных и природно-антропогенных объектов"

На правах рукописи

Мещеряков Борис Николаевич

Разработка комплекса авиационно-технических средств мониторинга природных и природно-антропогенных объектов

25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 2004 г.

Работа выполнена в Научно производственной Ассоциации «Эколого-информационные системы контроля окружающей среды», «ЭСКОС».

Научный руководитель:

доктор технических наук

Шаповалов Дмитрий Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ефремычев Владимир Александрович

кандидат технических наук

Гнилицкий Владимир Васильевич

Ведущая организация - ОАО Научно-производственное объединение «ВЗЛЕТ»

Защита диссертации состоится

/У ьЛШЛ

2004 г. в

на заседа-

нии Диссертационного совета Д 220.025.01 при 1 государственном университете по землеустройству. 105064 Москва, ул. Казакова, 15, Государственный университет по землеустройству.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного университета по землеустройству.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Диссертационного совета,

кандидат технических наук

Козелкина З.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современные социально-экономические и научно-технические проблемы, связанные с экологией и экологической безопасностью, являются приоритетными и требуют принятия эффективных мер по снижению техногенной нагрузки, прежде всего на региональном и локальном уровнях. Особая роль в реализации природоохранных мероприятий на этих территориях должна отводиться комплексному мониторингу с учетом как особенностей природных экосистем, так и характера и масштабов антропогенной деятельности. В связи с этим весьма актуальными являются исследования и разработки по совершенствованию аппаратурно-методической базы систем экологического мониторинга, основанных на использовании экспрессных методов и мобильных средств контроля.

Цель исследования. Создание авиационных комплексов дистанционного зондирования модульного типа для обеспечения мониторинга природных и природно-антропогенных объектов.

Основные задачи исследования. Оценить возможности авиационных средств контроля при определении экологических параметров природной среды, оценить информативность авиационных систем дистанционного зондирования.

Разработать технические требования к авиационному комплексу дистанционного зондирования модульного типа, определить критерии, необходимые для проектирования авиационного комплекса мониторинга природной среды.

Разработать методы обработки материалов съёмок в рахличных диапазонах спектра электромагнитного излучения, разработать структуру наземной системы сбора и обработки данных авиационного комплекса экологического мониторинга.

Научная новизна исследования. Проведён анализ научно-методических и аппаратурных средств дистанционного зондирования для обеспечения экологического мониторинга окружающей среды.

На основе расчетных критериев эффективности определён состав наиболее перспективного оборудования, позволяющего использовать метод дистанционного зондирования при экологическом мониторинге природной среды.

Впервые предложен модульный принцип формирования авиационного комплекса дистанционного зондирования, что позволяет использовать такой комплекс для широкого круга задач экологического мониторинга окружающей среды.

Впервые были получены исходные данные, необходимые для организации мониторинга за действующими вулканами, включая прямой отбор аэрозолей вулканического происхождения.

Предложена методика и оценена мощность аэрозольных выбросов на момент отбора проб при извержении вулканов - одна из важнейших задач экологического мониторинга.

Практическая значимость работы. Разработаны технические требования к авиационному комплексу, оснащенному средствами экологического контроля на основе модульно-

го принципа.

Разработана структура наземного информационного комплекса обработки данных, полученных с помощью авиационного комплекса дистанционного зондирования.

На основе тактико-технических характеристик (ТТХ). полученных автором в диссертации были созданы летающие лаборатории на базе самолётов АН-30, ИЛ-103 и вертолёта МИ-8.

Апробация работы и публикации.

Материалы диссертации обсуждались на научно-методическом совете НПА «ЭСКОС», результаты диссертации докладывались на: Международной конференции EUROANALYSIS I X, (Bologna, Italy, 1996 г.), Международном симпозиуме Cairo University, (Gisa, Egypt, 1997), Международной научной конференции «Airborne Remote» (Copenhagen, Denmark. 1997), Международной конференции «Development and Environmental Impact», (Riaydh, Kingdom of Saudi Arabia, 1997), XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Санкт-Петербург, 1998), Международном симпозиуме по Аналитической химии (Valencia, Spain, 1998), Международном симпозиуме «Инженерная экология 2003» (Москва, 2003).

По теме диссертации опубликовано 7 работ. Кроме того, большая часть материалов служебного характера, выполненная по теме диссертации, изложена в отчетах о НИР, выполненных в НПА «ЭСКОС» по заказам различных ведомств.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы. Основной текст изложен на 163 страницах, включая 23 рисунка и 33 таблицы. Список литературы содержит 85 наименований.

Личный вклад автора. Автором разработаны: 1) критерии построения авиационного комплекса и формирования состава бортовой аппаратуры дистанционного зондирования; 2) методика обработки результатов исследования природной среды авиационными средствами дистанционного зондирования.

Автор принимал участие в организации, проведении и обработке результатов лётных исследованиий вулканов Камчатки, которые проводились в 1993-96 гг. в рамках Совместной Рабочей группы «Науки о Земле» между Россией и США в соответствии с межправительственным соглашением между РАН и НАСА, заложившим основу для дальнейшего изучения областей современного вулканизма методами дистанционного зондирования.

При участии автора были созданы летающие лаборатории на базе самолета АН-30, вертолета МИ-8 для МО РФ и самолета ИЛ-103 для Минприроды.

Автор выражает глубокую благодарность за постоянную помощь в работе научному руководителю д.т.н. Д.А. Шаповалову.

Автор особо благодарен и признателен за ценные советы и постоянную поддержку в.н.с. ИГЕМ РАН д.г.-м.н. Хренову А.П.

Большое влияние на результаты работы оказали дискуссии с д.т.н. профессором А.З. Разяповым, сотрудниками ГУП Аэрогеофизики Р.С. Контаровичем, д.т.н. Э.Я. Островским, CA. Скловским.

Автор также выражает признательность за помощь в проведении исследований вулканов Камчатки летчику-космонавту В.А. Джанибекову и генерал-майору авиации В.Б. Захарьину.

Автор искренне признателен своим коллегам, которые постоянно поддерживали и давали ценные советы в работе д.г.н. Маркелову А.В., д.г.н. Минеевой Н.Я., к.г.н. Даниленко Е.А., к.т.н. Петрову А.С., к.г.н. Прокуронову И.Б., к.б.н. Равкину Е.С.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются основные цели и задачи, показана научная новизна работы и методы исследования, указаны области применения авиационных комплексов дистанционного зондирования.

Глава 1. Состояние проблемы авиационного экологического мониторинга окружающей среды. Дан обзор состояния и тенденция развития авиационных комплексов экологического мониторинга за рубежом и в России. Представлены некоторые данные по аппаратурному оснащению зарубежных летающих лабораторий. Эти данные свидетельствуют о том, что исходя из характеристик установленного оборудования, круг исследуемых задач может быть представлен очень широко: это детальное изучение локальных метеорологических и химико-физических свойств атмосферного воздуха, атмосферных аэрозолей, облаков, исследование геологических, физических, радиационных параметров земной и водной поверхностей, что в свою очередь позволяет определить экологическое состояние окружающей среды и влияние антропогенной деятельности на природную среду. Анализ литературы показывает, что благодаря такому эффективному аппаратурному оснащению авиационные средства наблюдения все шире используются в международных программах и проектах мониторинга окружающей среды, таких как Программа изучения средней атмосферы, Всемирная климатическая программа, Международная программа изучения литосферы и ряде других.

За рубежом летающие лаборатории считаются весьма эффективным средством контроля трансконтинентальных переносов. Для осуществления плановых мониторинговых наблюдений целый ряд летающих лабораторий оснащен аппаратурой отбора аэрозолей.

Имеются сведения и о разработке в Норвегии и Швеции самолетных пробоотборных средств по регистрации радиоактивных благородных газов (РБГ) /Создание банка данных для использования НАС ОН при решении экологического мониторинга и информационного обеспечения мероприятий при чрезвычайных ситуациях. Отчет о НИР ГосНИИАС, 1993,-76с7.

Расширяется область применения авиационных средств наблюдения для контроля ра-диационно-экологической обстановки радиационно-опасных объектов и территорий, в случаях радиационных аварий и инцидентов, при испытаниях военной техники, связанных с выходом радиоактивности в окружающую среду. Наиболее эффективным средством дистанционной регистрации радиоактивного загрязнения земной поверхности, как в России, так и за рубежом, считается аэрогамма-спектрометрическая аппаратура.

С помощью гаммаспектрометрической аппаратуры типа «Редар» американские специалисты успешно провели работы в Канаде по поиску радиоактивных осколков спутника

«Космос-954» с борта самолета КС-135. После проведения работ по ликвидации последствий этой аварии, Министерство энергетики США создало специальную службу, осуществляющую с помощью авиационных средств систематический контроль радиационной обстановки в районах расположения объектов атомной промышленности: заводов по производству ядерных материалов и боеприпасов, основных научно-исследовательских лабораторий, АЭС, мест захоронения радиоактивных отходов и др. Каждое из двух подразделений этой службы имеет в своем распоряжении самолет А-100 и два вертолета Н-500, которые оснащены авиационной гаммаспектрометрической аппаратурой типа «Редар». Эта аппаратура обеспечивает обнаружение с борта авианосителя источников ионизирующих излучений, измерение уровней радиации на местности и записи полученных данных

Таким образом, за рубежом имеется достаточно большое количество летающих лабораторий, оснащенных аппаратурой дистанционного зондирования окружающей среды, про-боотборного и радиационного контроля. Проводятся работы по совершенствованию аппара-турно-измерительного оборудования этих лабораторий. Постоянно расширяется круг задач, решаемых с использованием авиационных технических средств. При проведении контрольных наблюдений, исходя из состава технических средств, просматривается тенденция к ком-плексированию измерений по многим параметрам.

Полеты мониторингового плана совершают и специально оборудованные самолеты военных ведомств США, Франции, Норвегии, Японии и ряда других стран. Эти самолеты осуществляют постоянный контроль за содержанием радиоактивных (порой и химических) веществ над прилегающими к территории России акваториям Баренцева, Охотского, Японского морей с частотой вылета от 1 до 7-10 раз в неделю.

Более того, в последнее время наблюдается тенденция к расширению области контрольных полетов до глобального масштаба. Так в настоящее время специально оборудованные самолеты AFTАС (США) уже совершают систематические наблюдательные полеты над морскими акваториями вдоль побережья Африки, восточного побережья Южной Америки, Индии, Китая, Кореи, Японии. География и частота этих полетов увеличивается. Целью этих полетов, по-видимому, является наблюдение за ядерной деятельностью государств, достигших высокого уровня ядерных технологий, в интересах контроля требований Договора о нераспространении ядерного оружия /Исследование по обоснованию состава и характеристик аппаратуры экологического контроля для самолетов наблюдения «открытого неба». Отчет экологического мониторинга за состоянием окружающей природной средына базе самолетов ТУ-154М и АН-ЗОБ в рамках договора «открытое небо». Отчет о НИР, С-пГМИ, 1994,-54 с/.

В нашей стране также имеется большой опыт создания самолетов-лабораторий различного назначения. В настоящее время в России имеются самолеты (вертолеты) - лаборатории различного класса, находящиеся в распоряжении (или в аренде) у различных ведомств и организаций для проведения съемки подстилающей поверхности в различных диапазонах спектра, а также исследований атмосферы

Эти серийные летательные аппараты адаптировались для дистанционного зондирования земной поверхности в целях решения специальных и прикладных задач военного ведом-

ства, сельского и лесного хозяйства, картографии, геологии, гидрометеорологии, океанологии, вулканологии и рыболовства.

Они оснащены различной бортовой аппаратурой, которая специально разрабатывалась для дистанционного зондирования природных и промышленных объектов. Такие авиалаборатории решают довольно узкие специфические задачи, как, например, обследование и контроль пожарной опасности лесных массивов, оценка влагосодержания верхних горизонтов почвенного покрова под с/х угодьями, аэрофотосъемка, ледовая разведка и др.

Необходимо отметить, что как зарубежная, так и отечественная авиационная техника, применяемая для дистанционного изучения природных объектов, использовалась и используется в основном как вспомогательное средство при мониторинге природной среды и ориентирована, главным образом, на экспериментальные проекты для отработки новой аппаратуры, предназначенной для дальнейшей установки на космические аппараты, и для создания методик тематической обработки пространственной информации /Справка о состоянии проблемы авиационного мониторинга окружающей среды. - ГУЭП Минприроды России, 1994. -5 с/.

Глава 2. Исследование физических полей и параметров окружающей среды и оценка возможности авиационных измерительных средств при их определении. Определены физические поля и содержание веществ-загрязнителей в окружающей среде, которые и определяют ее экологическое состояние. Знание этих параметров позволяет сформулировать технические требования к контрольной аппаратуре и выбрать образцы, которые пригодны для проведения экологических измерений, что, в свою очередь, позволит выявить круг задач экологического мониторинга, решение которых возможно с использованием авиационных средств наблюдений.

Номенклатура загрязнителей неорганической природы в настоящее время в основном определилась: это радионуклиды, тяжелые и токсичные металлы, а также окислы серы и азота.

Среди органических компонент к наиболее важным и определяющим экологическое состояние окружающей среды следует отнести: суперэкотоксиканты ряда диоксинов, канцерогенные полициклические ароматические углеводороды и их гетероциклические аналоги, летучие органические загрязнители воздушной среды (бензол, толуол, дихлорэтан, винил-хлорид, акрилонитрил и т.д.), вещества с антигенными свойствами (высокомолекулярные биополимеры, такие как белки, полипептиды, полисахариды, нуклеиновые кислоты, а также синтетические полимеры и некоторые низкомолекулярные простые химические соединения, коньюгированные с макромолекулами- носителями /Пашин и др., 1983/.

В глобальных выпадениях преобладают радионуклиды с периодом полураспада, исчисляемые десятками лет, такие как Н, С, 8г, Се, Ри. Эти элементы вовлекаются в биогенный круговорот элементов, накапливаясь в тканях растений и животных. При этом было отмечено, что максимальные выпадения происходят в весенне-летний период, причем в средних широтах весенний максимум выражен более четко, чем в области высоких широт. Неравномерность распределения радиоактивных выпадений на поверхности земли, обусловлена гео-

графическим положением места проведения испытаний, особенностями атмосферной циркуляции, а также количеством выпадающих осадков. Естественно, что более загрязненными оказываются районы с большим количеством осадков /Израэль, 1996/.

Возможности регистрации продуктов подземных ядерных взрывов авиационными средствами определяются исходя из их фонового содержания в атмосфере. Экспериментально установлены средние фоновые значения концентраций отдельных радионуклидов /Израэль, 1970/.

При функционировании атомных электростанций в атмосферу выбрасывается некоторое количество газообразных радиоактивных веществ. Определено возможное содержание в атмосфере радионуклидов йода-131 и ксенона-133, которые в значительной степени определяют состав выбросов АЭС (табл. 1). Оценка производилась исходя из среднегодовых выбросов 3000 и 0,1 Ки/год по ксенону и йоду, соответственно /Энергетика: цифры и факты. Приложение 2 к Бюллетеню ЦОИ по атомной энергии. - М., ЦНИИАтоминформ, 1993. -32 с/.

Определены основные источники и параметры радиоактивного загрязнения атмосферы и местности искусственного происхождения. Эти данные использованы при определении облика авиационного комплекса экологического мониторинга.

Выбирая контролируемые химические элементы, следует отметить, что наибольший практический интерес представляет мониторинг таких токсичных и вредных металлов; как медь, свинец, цинк, кадмий, ртуть, никель, хром, серебро, бериллий, мышьяк, уран, плутоний, поступающих в атмосферу в результате деятельности предприятий горнодобывающей и металлургической промышленности.

В результате обобщения и анализа имеющихся публикаций по данным о содержании загрязняющих компонентов в различных материалах окружающей среды установлены типичные диапазоны концентраций металлов (табл. 2) /Пашин и др., 1983/.

Таблица 1

Концентрация радионуклидов, выбрасываемых АЭС _на различных расстояниях от источника _

Радионуклид Концентрация (Бк/м3) на различных расстояниях

50 км 100 км' 200 км 300 км

Ксенон-133 9,3x101 2,6x101 6,4x10"4 3,4x10"4"

Йод-131 3,3x10"* 9,2x10"7 2,3x10 7 1,0x10"7

Среди органических компонент принципиально важными представляются суперэко-токсиканты ряда диоксинов техногенного происхождения, как следствия работы коммунальных служб (хлорирование питьевой воды, использование для утилизации отходов мусоро-сжигателей), ряда предприятий электротехнической, металлургической, нефтеперерабатывающей промышленности и т. д.

Серьезную опасность представляют и органические вещества, используемые на предприятиях ядерного топливного цикла. Причем они связаны не собственно с радиоактивным загрязнением среды, а с загрязнением ее органическими соединениями, в основном с утечкой

жидких отходов, содержащих толуол, ацетон, тетрагидрофуран, метанол и этанол.

Таблица 2.

Диапазоны концентраций химических элементов в различных материалах окружающей

среды.

Хнмнчес-кин элемент (металл) Предел АЭС») Типичные концентрации ХЭ в материалах окружающей среды, мкг/г

Отстои сточи, вод Бытовая пыль Быт. и инд. отходы Растительные и животные ткани

Животные растительные

Медь 0,25 400-1000 100-2000 50-500 2,4 14

Свинец 2,5 300-1000 100-2000 50-100 2,0 2,7

Цинк 0,4 400-2000 300-2000 50-750 60 100

Кадмий 0,5 2-30 1-50 0-20 0,5* 0,6*

Хром 0,5 20-400 - 20-200 0,075* 0,23*

Никель 1,5 10-100 - - 0,8* 3

Бериллий 0,05 - - 0,5-1,0 0,0003-0,002* 0,1*

Ртуть 0.1 - - 0-20 0,046* 0,015*

Серебро 0,5 - - - 0,006* 0,06*

Мышьяк 2,0 - - - 0,2* ОД*

Примечание: *) типичные концентрации химических элементов находятся на уровне ниже практического предела обнаружения методом атомной эмиссионной спектрометрии (АЭС) в пробах.

Из вышеуказанного следует, что для контроля содержания вредных органических веществ в окружающей среде авиационные средства наблюдения могут применяться: для дистанционного определения загрязнения нефтью, продуктами ее переработки, рядом других вредных органических загрязнителей, также для отбора проб атмосферного воздуха с целью последующего анализа аналитическими методами для определения концентраций вредных органических веществ.

Номенклатура примесей источников и факторов, воздействующих на атмосферу, гидросферу, геологические структуры, почву и биоту весьма обширна. При этом характер и степень воздействия, а также пространственно-временные масштабы последствий лежат в широком диапазоне от локального до глобального. Поэтому контроль за экологической безопасностью этих объектов требует организации системы наблюдений (мониторинга), как фонового, так и за реакцией основных составляющих биосферы различных сред, факторов и источников воздействия, что предоставляет возможным эффективно выполнять контроль с использованием самолетных средств экологического мониторинга.

На основе выше изложенного определены технические требования к авиационной аппаратуре экологического мониторинга, оценке возможностей существующих образцов и выявлению на этой основе тех задач экологических наблюдений, решение которых целесообразно с использованием авиационных комплексов дистанционного зондирования.

В целом образцы авиационной измерительной аппаратуры, которые в принципе могут быть использованы для проведения экологического мониторинга, в зависимости от принципа действия и используемой для зондирования длины электромагнитных волн, классифицированы следующим образом:

1) радиолокационные средства, аппаратура анализа естественных и техногенных электромагнитных полей;

2) аппаратура аэросъемки в различных диапазонах оптического спектра;

3) дозиметрическая, радиометрическая и гамма-спектрометическая аппаратура;

4) пробоотборная аппаратура;

5) средства экспресс-анализа дисперсного и химического состава загрязнения атмосферы;

6) средства измерения локальных параметров атмосферы.

Следует отметить, что технические средства дистанционных авиационных наблюдений могут быть использованы для целей экологического мониторинга природной среды также еще по следующим направлениям:

а) обнаружение и идентификация разливов нефти;

6) обнаружение повреждений газо- и нефтепроводов;

в) контроль лесного фонда;.

г) оценка распределения крупных температурных аномалий относящихся к разным районам города;

д) идентификация состояния и жизнеспособности растительности.

При проведении измерений поля гамма-излучения, траекторию полета летательного аппарата можно представить как последовательность участков, на каждом из которых производятся независимые измерения (т.е. реализуется схема испытаний Бернулли). В этом случае вероятность обнаружения радиоактивных продуктов авиационным комплексом (Р) равна

где и - поисковый потенциал или интенсивность поиска (обнаружения). При использовании спектрометрической аппаратуры значение И физически оправдано связать с величиной превышения числа импульсов в пике полного поглощения радионуклида в измеряемом спектре гамма-излучения над непрерывным комптоновском распределением. В этом случае поисковый потенциал можно вычислить на основе выражения /48/:

где Ф - плотность потока гамма-квантов в источнике загрязнения; 8 - площадь детекторов;

эффективность детекторов по регистрации гамма-излучения; W - полуширина пика полного поглощения;

фоновая скорость счета в пике полного поглощения;

Р=1-е"

(I.)

(2.)

Т| Ть - время измерения источника и фона, соответственно.

Оценены возможности пробоотборных установок по регистрации радиоактивных продуктов антропогенной деятельности йода-131 и ксенона-133, которые в значительной степени определяют состав выбросов АЭС.

По результатам проведенных оценок можно утверждать, что существующая пробоот-борная аппаратура авиационного базирования пригодна для решения задач радиационно-экологического мониторинга атмосферы, и ее целесообразно использовать на борту летательных аппаратов экологического наблюдения.

Глава 3. Разработка технических требовании к авиационным комплексам дистанционного зондирования в системе экологического мониторинга окружающей среды.

Сформулированы основные направления авиационных мониторинговых наблюдений и определён перечень конкретных экологических задач, решение которых возможно с использованием авиационной измерительной аппаратуры.

К недостаткам существующих авиационных комплексов дистанционного зондирования (ДЗ) следует отнести ограничения их функциональных возможностей по большому спектру стоящих задач, большие денежные и временные (от одного месяца до полугода в зависимости от сложности исследовательских комплексов) затраты при переоборудовании лета-тающих лабораторий (ЛЛ), что приводит к высокой стоимости лётного часа.

Для устранения этих недостатков предложено создавать авиакомплексы, оборудованные исследовательской аппаратурой по модульному принципу и на базе лёгких и средних типов летательных аппаратов, что сокращает время переоборудования ЛЛ (от одного часа до 2-3 дней), увеличивает удельный вес полезной информации, получаемой в полёте, повышает глубину и достоверность выводов и снижает стоимость часа полёта.

Высокие технические возможности авиационных систем наблюдения модульного типа, оперативность получения информации дают важные преимущества в области исследования Земли, проведения экологического мониторинга окружающей природной среды и проведение рекогносцировочных полётов при природно-антропогенных катастрофах. Оперативность, документальная достоверность и доступность информации дистанционного зондирования будет способствовать заинтересованности различных ведомств и организаций РФ и иностранных государств в использовании таких авиационных комплексов.

В соответствии с выработанными в работе положениями, авиационный комплекс ДЗ должен использоваться как подсистема, осуществляющая съёмку на относительно малых территориях и в течение коротких периодов по заданиям, сформулированным по результатам приближенного решения обратных задач экологического мониторинга на основе космических данных, а также для съемки территорий, для которых космические системы не применимы или не обеспечивают требуемую полноту дистанционной информации.

Второе направление их использования связано с отработкой перспективных космических средств и требований потребителя к достаточной полноте дистанционной информации, отработкой и тестированием методов решения обратных задач дистанционного зондирова-

ния для экологического мониторинга и оперативным крупномасштабным картографированием территорий.

И третье направление их использования - это геофизические исследования при поиске полезных ископаемых, обследование маршрутов прокладки нефтегазовых трубопроводов, обследование территорий при строительстве крупных промышленных объектов.

Для решения задач исследования радиоактивного и экологического загрязнения земной поверхности и атмосферы был создан авиационный исследовательский комплекс на базе самолёта АН-30. Самолёт был оборудован следующей аппаратурой:

- ИК-аппаратура «Зима»;

- спектрозональная аппаратура АС-707;

- телевизионная аппаратура Тубус 2М

- аэрофотоаппарат АФА-41 /20;

- измеритель мощности дозы ИМД «Зефир»;

- гамма-спектрометр типа «Снег»;

- самолётная фильтрвентиляционная установка К-514Д «Фука»;

- самолётный пробоотборник радиоактивных благородных газов РБГ «Эрис».

Используя этот авиационный комплекс были проведены работы по обследованию Новоземельного полигона, проведены научные исследования вулканов Камчатки и Курильской гряды в рамках межправительственного соглашения между Россией и США.

В диссертации определены требования к основным характеристикам информации (яркостные и частотные интервалы, пространственное и временное разрешение, периодичность получение информации, районы обследования и т.д.).

Определены требования к экологической информационной базе данных, являющейся определяющим фактором при выборе методологии построения и функционирования авиационной информационно-измерительной системы мониторинговых наблюдений за состоянием окружающей природной среды.

Основу этих наблюдений составляет программа, которая определяет систему повторных обследований одного или более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с использованием авиационной измерительной информационной системы одного или нескольких типов.

Для наиболее полного и эффективного использования авиационного измерительно-информационной системы (АИИС) с точки зрения стоимости единицы информации необходимо стремиться к наиболее оптимальному сочетанию: авиационный носитель - аппаратур-но-измерительный комплекс (ЛИК). Если представить это сочетание целевой функцией, аргументами которой являются параметры полёта (высота, скорость, физические характеристики обследуемого объекта, условия проведения измерений и др.), то граничные условия будут определяться летно-техническими характеристиками (ЛТХ) авиационного носителя, например, минимально возможной скоростью горизонтапьного полёта Уш1п на заданной высоте измерения Ни и техническими возможностями АИК.

При выборе окончательного варианта для различных концепций применения авиационного комплекса дистанционного зондирования необходимо учитывать следующие основные положения:

1. Дополнительная аппаратура экологического контроля не должна дублировать функции основной аппаратуры комплекса ДЗ, а только дополнять её либо с целью получения более достоверной экологической информации, либо для решения тех задач, выполнение которых основная аппаратура комплекса не обеспечивает.

2. Предлагаемый вариант должен полностью удовлетворять требованиям по размещению на авиационном носителе (по массе, по габаритам, по энергопотреблению, по температуре и влажности, по вибрации и надёжности, по элетромагнитному сигналу (ЭМС) и т.д.) и требовать при этом минимально-допустимых конструктивных доработок ЛА, а также в наименьшей степени ухудшать его ЛТХ.

3. Стоимость установки комплекса аппаратуры ДЗ, включая затраты на её разработку и производство (или покупку) в требуемом объёме, должна быть минимальна.

4. Комплекс аппаратуры ДЗ должен быть в максимальной степени инвариантен к изменению условий проведения лётных исследований (метеоусловия, время суток, географические координаты, время года).

5. Самолёт-лаборатория, оснащённый аппаратурой экологического контроля, должен в максимальной степени дополнять авиационную составляющую общей системы экологического мониторинга.

6. Количество контролируемых авиационными комплексами ДЗ объектов и явлений экологического характера при заданной степени достоверности их определения должно быть как можно большим.

Из анализа указанных положений видно, что они во многом противоречивы, некоторые из них определяют ограничения на выбор варианта комплекса аппаратуры экологического контроля, а другие являются целями, которые необходимо стремиться достичь в результате этого выбора.

Другой важной особенностью рассмотренных положений является то, что они трудно формализуемы и большинство из них не поддаётся строгой количественной оценки.

Исходя из этого предлагается осуществлять выбор варианта, пользуясь методологией принятия решений в расплывчатых условиях. Основной отличительной чертой процесса выбора в расплывчатых условиях является равнозначность ограничений и целей. Решение при этом есть расплывчатое множество определяемое как пересечение всех расплывчатых целей и ограничений, т.е. решение - это слияние целей и ограничений. Формально это описывается следующим образом:

где Кр = ^ К,рр(к) ^ - расплывчатое множество решений;

Цр(к) - функция, характеризующая степень принадлежности варианта К к множеству решений.

Если функция, достигает максимум в каких-либо точках, то эти точки (вариан-

ты) и берутся в качестве оптимальных при решении задачи выбора.

Таким образом решение задачи выбора в рассмотренной постановке сводится к решению задачи нахождения

Копт = Arg ■! max ш1п[Ц1(к).Ц2(к),Ц3(к),Щ(к),Ц5(к),цй(к)] К (4.)

Исходное множество вариантов оснащения авиационного носителя аппаратурой экологического контроля формировалось по принципу последовательного наращивания функциональных возможностей, при этом учитывалось обязательное включение аэрофотосъёмоч-ной и телевизионной аппаратуры в комплекс ДЗ. При этом среди однотипных датчиков, работающих в одном спектральном диапазоне, проводился предварительный отбор по критерию «эффективность-стоимость».

Следует отметить, что из анализа исключён широкий класс аппаратуры наблюдения за землёй - гравитометры и магнитометры, поскольку они являются эффективными средствами геологических изысканий, не добавляющими существенной информации о загрязнении окружающей природной среды.

В диссертации приведены функции принадлежности сформированных вариантов для всей совокупности рассмотренных ограничений и целей, а также столбец со значениями

Цр(к).

Анализ зависимости позволил сделать следующий вывод. Наиболее предпочти-

тельными в этом случае являются варианты аппаратуры, в состав которых не включен лидар. Это объясняется их высокой стоимостью и трудностью установки на летательном аппарате (множества

Максимальным значением величины обладает вариант в составе аппаратуры, работающий по контролю за состоянием атмосферы и анализирующий загрязнение поверхности и состояние растительности. Это достаточно простой в установке на борту состав аппаратуры, дешевый и позволяющий решать большое количество экологических задач.

При выборе состава аппаратуры экологического контроля и заданной концепции её применения на авиационном комплексе ДЗ функции принадлежности были ослаблены (имели существенно большие значения) для следующих ограничений:

- по режимам полёта (ограничение 1), т.к. режимы при этом будут выбираться оптимальным образом;

- по требованиям к размещению на борту ЛА и влияния на ЛТХ (ограничение 2), т.к. при этом размещение части аппаратуры можно производить в контейнере, не боясь несколько уменьшить дальность полёта;

- по инвариантности к изменению условий полёта (ограничение 4), т.к. условия полёта будут выбираться оптимальным способом.

Таким образом на формирование функций принадлежности множеству расплывчатых решений при создании комплекса экологического контроля основное влияние оказывают два противоречивых положения:

- стремление к минимизации стоимости установки аппаратуры экологического контроля (множество

- стремление к максимизации числа контролируемых объектов и явлений (множество К2).

Пересечение указанных множеств даёт множество с функцией принадлежности (1р(к) и максимальным значением обладает вариант, в состав которого включен весь пере-

чень аппаратуры экологического контроля, кроме лидара.

На рисунке 1 представлен оптимальный вариант оснащения авиационного носителя аппаратурой ДЗ, обеспечивающий полный мониторинг природных и природно-антропогенных объектов.

Несмотря на то, что одновременно весь комплекс аппаратуры может не работать, оснастка для нее изготавливается и устанавливается полностью. В зависимости от концепции применения комплекса на борт оперативно ставится та аппаратура, которая необходима для решения поставленной задачи.

Обозначения на рисунке 1.:

Фука, Ирис - установки отбора аэрозолей и радиоактивных благородных газов (РБГ);

РМО - рабочее место оператора;

ЦАФА - цифровой аэрофотоаппарат;

ИК-ап. - инфракрасная аппаратура;

Спектр, аппар. - спектрозональная аппаратура;

РЛС БО - радиолокатор бокового обзора;

Многокан. неф. - многоканальный нефелометр;

Газ. сенсор. - газовый сенсорный анализатор;

ДОГ - дистанционный оптический газоанализатор;

ТСФ - трассовый спектрофотометр.

В заключительном разделе главы дан анализ объема работ по оснащению летательного аппарата датчиками экологического контроля.

Рис. 1. Оптимальный вариант оснащения ЛА аппаратурой геоэкологического мониторинга природных и природно-антропогенных объектов

Глава 4. Обработка результатов исследования природной среды авиационными комплексами дистанционного зондирования.

Разработана методология сравнительного анализа результатов дистанционного зондирования и данных наземных наблюдений, При решении задач контроля окружающей природной среды с помощью авиационного дистанционного зондирования, как правило, требуется проведение наземных измерений. Следует иметь ввиду, что сама постановка вопроса о проведении наземных измерений корректна лишь в том случае, когда наземная информация совместима с авиационной и может быть эффективно использована при анализе и интерпретации последней. Для того, чтобы обеспечить такую совместимость, необходимо выполнение следующих условий:

- синхронность или квазисинхронность получения всех видов информации;

- метеорологическое единство всех видов измерений;

- репрезентативность наземных измерений относительно территории, охватываемой авиационной съёмкой;

- сопоставимость масштабов и разрешающей способности всех видов измерений;

- оперативность доставки наземной и авиационной информации в центры приёма и обработки данных.

В настоящем разделе подробно рассмотрен процесс эколого-геохимических и термометрических исследований.

Разработана методика наземных радиометрических измерений.

Данные наземных наблюдений используются при обработке результатов авиационного дистанционного зондирования как априорная, либо как апостериорная информация.

Разработаны методы интерпретации яркостных характеристик при анализе результатов авиационного дистанционного зондирования.

Основными методами распознавания природных образований при авиационных исследованиях в настоящее время являются:

1) распознавание по спектральным признакам;

2) распознавание по степени поляризации отражённого излучения;

3) распознавание по геометрическим и температурным признакам;

4) комбинированные методы, использующие несколько типов информативных признаков.

Интерпретация снимков, полученных в какой-либо одной зоне спектра, основывается на использовании логических взаимосвязей геометрических, яркостных и цветовых характеристик изображений объектов.

Важным достоинством методов распознавания, использующих спектральные информативные признаки, является реальная возможность автоматизации процесса дешифровки получаемой информации с помощью ЭВМ, поэтому в настоящее время постоянно ведутся работы по созданию алгоритмов дешифрирования аэроснимков. Для реализации этих алгоритмов необходим банк данных спектральных характеристик многочисленных земных образований и изменений этих характеристик под влиянием различных факторов.

Одна из трудностей идентификации экологических изменений природной среды по спектральному признаку заключается в том. что измеряемые яркости содержат элементы разных классов и поэтому являются линейной комбинацией спектров нескольких антропогенных и природных образований. Учитывая это, для создания алгоритмов дешифрирования изображений применяется теория оптимальной фильтрации. При этом задача определения оптимальной схемы спектральных измерений сводится к абсолютной максимизации меры количества информации по Шеннону на возможных выборах спектральных интервалов, и предполагается использования априорной информации о средней встречаемости элементов из заданного алфавита классов /Мильшин и др., 1999/.

Для авиационного мониторинга динамики экосистем большое значение имеет выбор оптимального интервала между съёмками или интервалами осреднения данных. Кроме того, чрезвычайно важны учёт влияния оптических свойств атмосферы, определение точности геометрических и фотометрических измерений, необходимость стандартизации изображений, полученных в разных спектральных интервалах, масштабах и проекциях.

Что касается стандартизации изображений, то наиболее разработан пересчёт цифровых дистанционных данных в альбедо. Конверсия цифровых данных в физические величины может быть проведена в каждом спектральном интервале в единицы отражения или излучения (40). Цифровые отсчёты ЭМ переводятся в физические величины (Ь - спектральная яркость) по пред и после полётной калибрации данных уравнением;

Ь=[((Ьтах-Ьт1П)/Т)Мт,х)ОЫ]+Ьго,1, (5.)

где Ь„,а,,И Ьпйп — максимум и минимум спектральной яркости,

ОГЧтах - максимум ЭМ.

По этим данным вычисляется альбедо Я:

Я = 1_/(Ес Бта), (6.)

где Ес - среднее солнечное спектральное излучение,

а- солнечный зенитный угол.

Измерение спектрального состава осуществляется многоканальными спектрометрами. На спектрограмме отмечаются пики полного поглощения, соответствующие отдельным линиям гамма-излучения, и непрерывный спектр счёта, зарегистрированные в пике полного поглощения, связанными с определёнными соотношениями с концентрацией радионуклида. В первом приближении они прямо пропорциональны его концентрации. Необходимые константы определяются экспериментально на эталонах. Как показывает опыт, точность определения уровня загрязнения авиационными методами составляет 30%.

Мощность дозы гамма-излучения определяется измерителем мощности дозы (НМД). Основные сложности в интерпретации полученных тают образом данных заключаются в сложности разделения мощности дозы искусственной и естественной радиоактивности. Однако, имеются простые алгоритмы аппроксимации и модельные подходы, позволяющие для стандартных поверхностей обойти эти трудности.

При известном составе радионуклидов, определённых дистанционным гамма-спектральным методом, мощность дозы определяется как произведение сумм всех компо-

нентов произведенной мощности дозы на функцию изменения данного компонента по времени. Результаты гамма-спектральных измерений запаса цезия-137 могут быть использованы для расчёта дозы бета-излучения от плёночного или экспоненциально заглублённого источника /Методика и некоторые результаты авиационной гамма-съемки радиоактивного загрязнения территории европейской части России. - С-П., Гидрометеоиздат, 1994. - 238 с/.

Как показывает опыт эксплуатации систем обработки и дешифрирования данных, получаемых авиационной системой наблюдения, необходима автоматизация процесса обработки и дешифрирования изображений.

Автоматизированное дешифрирование - это сочетание автоматического и визуального обнаружения и распознавания объектов.

В настоящее время реальной автоматизацией охвачены только процессы оперативного объектового дешифрирования объектов наблюдения с известными координатами (типа авиационных и военно-морских баз).

В действующей системе дежурного объектового дешифрирования реализована технология обзорного кадра. Она заключается в следующем.

Перед началом работы исходные данные вводятся с помощью программного меню специального вычислительного комплекса (СВК). Исходные данные определяют источник информации, участки маршрута съёмки, которые необходимо обработать, распределение указанных участков по рабочим местам операторов-дешифровщиков и другие данные. После ввода информации (по одному объекту дежурного дешифрирования массив цифровой информации может составлять от 150 до 600 Мбайт) оператор-дешифровщик приступает к поиску объекта наблюдения и выбору зон интереса с помощью рамки, управляемой от трекбола на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ). Далее с рабочего места оператора подаётся запрос в СВК на считывание из внешнего накопителя видеоданных зон интереса в память данного РМО. Изображения зон интереса подаются на второе ВКУ. Таким образом, оператор одновременно на двух ВКУ наблюдает изображение зоны интереса и обзорный кадр. Специальное прикладное программное обеспечение позволяет оператору производить операции над изображением для поиска объектов в зоне интереса.

Результаты исследований по изысканию путей и средств замены визуального дешифрирования машинным показывают, что на сегодня имеется принципиальная возможность по фото- и оптико-электронным изображениям обнаруживать и осуществлять предварительную классификацию объектов (из совокупности известных), определять их количество и местоположение в координатах снимка на основе оперативного синтеза эталонов с учётом условий съёмки (имеются программы оперативного синтеза таких эталонов).

Для дальнейшей автоматизации процесса распознавания автомат дешифрирования сопрягается с экспертной системой. Действующие образцы подобных систем, без доработки пригодных для решения задач дешифрирования в режиме экологического мониторинга, у нас в стране в настоящее время разработаны не в полном объёме. Однако некоторые алгоритмы автоматической обработки данных воздушных и космических наблюдений в оптическом, ИК и СВЧ диапазонах, могут быть использованы при разработке системы наземной обработки

данных, полученных в результате наблюдательных полётов, и позволяют уточнить требования к качеству исходном информации для случаев автоматического дешифрирования.

Для обеспечения обработки информации предложена структура наземной подсистемы сбора, обработки, хранения и передачи данных авиационного экологического мониторинга.

Возможность оперативной обработки больших объёмов геоэкологической информации становится наиболее существенной при оценке состояния геосистем регионального уровня, которая базируется в первую очередь на аэровизуальных и дистанционных наблюдениях для целей территориального планирования и управления ресурсами окружающей среды.

Такая оценка информации требует принципиально нового подхода к организационным структурам производства и переработки данных об окружающей среде.

Этой цели служат геоинформационные системы (ГИС) - компьютерные системы сбора, хранения, выборки, анализа и отображения пространственно-временных данных.

ГИС является эффективным средством для изучения интегральных эффектов антропогенного воздействия на окружающую среду, поскольку она аккумулирует и обрабатывает данные за длительный период времени для крупных географических регионов.

Следует отметить, что база данных должна отвечать основным принципам организации ГИС, которые можно сформулировать в виде следующих требований:

1) возможность обработки массивов покомпонентной гетерогенно пространственно-координированной информации;

2) способность поддерживать базы данных для широкого класса географических объектов;

3) возможность диалогового режима работы пользователя;

4) гибкая конфигурация системы, возможность быстрой настройки системы на решение разнообразных задач;

5) способность «воспринимать» и обрабатывать пространственные особенности геоэкологических ситуаций.

Без разработки ГИС любые наблюдательные полёты для контроля состояния окружающей природной среды ни с экономической, ни с научной точек зрения не будут оправданы

Глава 5. Аэрокосмические исследования вулканов Камчатки

С развитием дистанционных методов исследований Земли из космоса и проведением самолётных подспутниковых экспериментов открылись новые возможности вулканологии. Их начало было положено А.П. Хреновым в ИГЕМ РАН в 1993 году/А.П.Хренов и др., 1999; Хренов, 2003/.

Успешное выполнение уникального совместного российско-американского аэрокосмического эксперимента по вулканологии, который проводился в 1993-96 годах. При проведении аэросъёмочных работ использовались данные измерений самолётов-лабораторий Ли-ерджет-23 (США/НАСА) и российских АН-30, АН-24 (МО РФ), ТУ-154М-ЛК (ЦПК им.

Ю.А. Гагарина), ИЛ-24Н (ИНТАРИ). Кроме того, использовались аэрокосмические данные с космических аппаратов «Алмаз-1», «Мир», «Ресурс-Ф», SPOT, Landsat, Shuttle (S1R-C). Для привлечения сравнительного материала использованы литературные источники и материалы аэрокосмических съемок, которые включают новые данные радиометров ASTER, MODIS, полученные американскими учеными.

В 1996 году были использованы радиолокационные методы исследования вулканов Камчатки. Радарные системы обладают превосходной возможностью обеспечивать мониторинг и контроль быстротекущих процессов на Земле. Исследованию в этой области по эффективному применению методов СВЧ и изучению окружающей среды посвящены работы НА. Арманда, П.Г. Бородина, П. Кронберга и др. В отличие от оптических методов, радиолокационные системы являются всепогодными. Их данные не зависят от степени освещённости; радиолокационный луч обладает способностью, в зависимости от длины волны, проникать сквозь определённый поверхностной слой земли, в том числе растительный покров, лёд и др.

Морфологическая структура поверхности Земли отображается в структуре радарного изображения, зависящего от угла облучения зондирующими сигналами склонов рельефа. В частности, при малых углах наблюдения даже небольшие перепады рельефа могут дать контрастные образы, позволяющие обнаружить незаметные другими методами образования типа сбросов. Рельеф земной поверхности отображается также в фазовой структуре рассеянных сигналов, что позволяет с помощью алгоритмов интерферометрической обработки построить её трёхмерное изображение и сформировать цифровые морфологические модели различных структурных образований (SAR Interferometry).

Текстурные свойства земных покровов отображаются в яркости различных участков радиолокационного изображения. Зондирующие сигналы радиолокатора избирательно рассеиваются только теми компонентами земных покровов, характерные размеры шероховатости которых совпадают с длиной падающей волны. Интенсивность рассеянных сигналов и, соответственно, яркость радиолокационных изображений тем больше, чем больше амплитуда шероховатостей. Так как структура шероховатостей земной поверхности может иметь ярко выраженную анизотропию, то одни и те же образования при наблюдении под различными углами на радиолокационном изображении будут формировать существенно различающиеся структуры.

Уровень обратного рассеяния любого природного образования определяется в основном диэлектрической проницаемостью и проводимостью слагающих пород, углами облучения и спектральной плотностью шероховатости его поверхности. Рассмотрим с этой точки зрения фрагмент радиолокационного изображения лавого потока на склоне вулкана Ключевской.

Ориентировочная схема взаимного расположения лавого потока и антенн сьемочного радиолокационного комплекса изображена на рисунке 2.

Из анализа радиолокационного изображения и параметров полета можно определить, что на лавовый поток зондирующие импульсы падают под углом а весь поток нахо-

дится в очень узком диапазоне углов облучения

Для подробного анализа данных РЛИ необходимо дополнительно иметь сведения о радиофизических свойствах слагающих поверхность вулкана пород и структуре их поверхности. Увеличение дисперсии рассеянных сигналов по ратерали потока связано с увеличением размеров отдельных глыб на его поверхности, и «с изрезанностью рельефа», его контрастностью, что привело к появлению затенённых участков с близким к «зеркальному» механизмом отражения зондирующих сигналов.

Рис.2. Схема взаимного расположения лавового потока и антенн сьемочного радиолокационного комплекса На основе опыта многолетних геоэкологических исследований и на основе аппаратных средств ДЗ можно представить модель геоэкологического мониторинга активных вулканов.

Аэрозольные исследования вулканов Камчатки

В результате многолетних режимных наблюдений за действующими вулканами Камчатки был достаточно хорошо изучен процесс выноса твёрдых продуктов извержений, аккумулирующихся на поверхности земли. Существенно более сложной с технической точки зрения является проблема изучения поведения летучих компонентов и аэрозолей. Данных по прямому измерению состава и количества аэрозолей в вулканических облаках немного.

Рис. 3 Модель экологического мониторинга активных вулканов

В 1993 и 1994 годах одновременно с проведением дистанционных измерений на самолётах-лабораториях Ан-30, Ан-24 и Ту-154 производился отбор проб аэрозоля вдоль и поперёк распространения вулканических облаков с помощью самолётной фильтровальной установки с производительностью прокачки воздуха 4,5 м'/с на фильтрующий органический материал ФПА-15-2,0. Были отобраны пробы аэрозоля вулканов Ключевской, Шивелуч, Безымянный, Карымский, Авача и Мутновский, а для вулканов Ключевской и Шивелуч в 1993 и 1994 гг. до, во время и после извержений. Это позволило установить для каждого вулкана его «химическую специализацию» /Богатиков и др., 1996/.

Установлено, что для каждой группы вулканов имеются свои индивидуальные особенности аэрозольной долгоживущей составляющей (частицы с размерами менее 10 мкм принято считать неоседаемой примесью в стратосфере).

Изучение проб показало, что в целом для всех групп вулканов характерны частицы с преимущественным содержанием Si, Ca, Л1, Fe. В то же время для каждой выборки имеется ряд особенностей, к которым следует отнести /Богатиков и др. 1996/:

- наличие в частицах Мутновского вулкана таких элементов, как С<1. Т|, Zn (7% от общего числа частиц в выборке), Sb (5%);

- присутствие в частицах вулкана Шивелуч - Sn (5%);

- в выбросах вулкана Ключевской «следы» - Сг, Zn, Си.

Особый интерес представляет изучение концентраций Со, НС1 и Hf в эруптивных выбросах Ключевского вулкана. Его вершина находится в непосредственной близости от тропопаузы (высота Ключевского 4900 м. граница тропопаузы над Ключевским вулканом около 8000 м), и при пароксизмальном извержении этого вулкана существует угроза выброса галогенов в стратосферу, т.к. их содержание в продуктах извержения достаточно велико. Оценка их количества, изучение баланса твёрдого, аэрозольного и газообразного вещества - одна из важнейших задач экологического мониторинга. Эксплозивные извержения оказывают мощное влияние на изменение климата и, возможно, разрушение озонового слоя, изменяют радиационный баланс в атмосфере. Важным итогом инструментальных исследований стратосферного аэрозоля является вывод о том, что слой сернокислого аэрозоля оказывает существенное влияние на солнечную радиацию и термический режим Земли. Ежегодно в стратосферу вулканами выбрасывается около 4-101,т аэрозолей. Из них, примерно, 10s т приходится на долю тонкодисперсного пепла /Авдушкин и др., 1995/.

Кроме того, известно около 40 случаев, когда самолёты попадали в зону вулканических облаков. Известны такие примеры, как вынужденная посадка самолёта авиакомпании British Air в аэропорту Джакарты в 1982 году при перелёте из Малайзии в Австралию и вынужденная посадка Boeing-737, летевшего из Амстердама, в аэропорту Анкориджа 15 декабря 1989 г, когда он попал в пепловое облако от извержения вулкана Ридаут (Аляска). От активности только одного вулкана Пинатубо (Филиппины) было зарегистрировано 8 случаев нештатных ситуаций на борту авиалайнеров, которые заканчивались неоднократно вынужденными посадками /Miller; Кирьянов и др., 1999/. Причинами таких нештатных ситуаций было налипание и кристаллизация частиц пепла, состоящих, главным образом, из вулканического стекла и аэрозоля, на лопатках реактивных турбин.

Американские специалисты в последние годы проводят специальные исследования, целью которых является проблемы контроля за распространением пепловых вулканических облаков и поиск критериев их распознавания с помощью дистанционных методов зондирования. Вопрос постоянного и регулярного контроля за динамикой вулканических облаков со стороны международных организаций остаётся открытым и требует детальных комплексных исследований, что в дальнейшем позволит предотвратить возможные авиакатастрофы.

Заключение и выводы

По результатам исследований и проведённых экспериментальных работ представляется возможным сделать следующие выводы.

1. Определены основные тенденции в развитии зарубежных и отечественных авиационных средств измерений, к числу которых можно отнести:

- расширение технических возможностей и круга решаемых самолётами-лабораториями задач;

- наращивание усилий по дальнейшему совершенствованию аппаратурно-измерительных авиационных комплексов в направлении повышения чувствительности детектирующих систем и автоматизации измерений;

- улучшения параметров комплексов наземной обработки информации;

- стремление к проведению комплексных измерений параметров окружающей среды;

- расширении географии и частоты контрольных полётов.

2. Исходя из установленных значений параметров загрязнения окружающей среды, оценены возможности измерительных средств при определении этих параметров. Выявлен круг экологических параметров, идентифицируемых аппаратурными комплексами дистанционного зондирования земной, водной поверхности и атмосферы. Показано, что средства дистанционного зондирования при выборе соответствующих пространственно-временных характеристик измерений обладают весьма широкими возможностями измерения в регионально-локальном масштабе параметров окружающей среды, определяющих её экологическое состояние. Обоснована целесообразность проведения измерений, по возможности одновременно в нескольких диапазонах волн электромагнитного спектра, а также при сочетании пассивных и активных способов дистанционного зондирования.

3. Разработаны критерии эффективности, исходя из которых осуществляется выбор оптимального варианта оснащения авиационного носителя аппаратурой дистанционного зондирования, обеспечивающий полный мониторинг природных и природно-антропогенных объектов.

4. Определены технические требования к аппаратуре радиационного контроля и средствам отбора проб. Расчётным путём с использованием данных о параметрах источников радиоактивного загрязнения обосновано заключение о возможности успешного решения задач экологического мониторинга с использованием имеющихся в стране образцов гамма-спектрометрической и пробоотборной аппаратуры и рекомендовано её применение в составе авиационных комплексов экологического мониторинга.

5. На основании всестороннего рассмотрения технических возможностей авиационных аппаратурно-измерительных комплексов выбраны основные направления и определены конкретные задачи экологического мониторинга, решение которых представляется возможным с использованием технических средств авиационных наблюдений (8 направлений и 61 конкретная задача).

6. Установлено, что, исходя из пространственно-временного масштаба решаемых задач, авиационная наблюдательная система по своим техническим возможностям и способам применения в состоянии решать задачи на регионально-локальном уровне, когда требуется обеспечить разрешение по пространству в пределах 1-30 м для явлений и процессов со временем существования от нескольких часов до нескольких суток.

Результаты проведённых экспериментальных работ на Камчатке во многом определило комплексное использование методов дистанционного зондирования наряду с традиционными геологическими и вулканологическими исследованиями, которые, несомненно, расширят наши знания в области наук о Земле, позволят перейти к количественным оценкам баланса вещества в эруптивном процессе, оценить масштаб его влияния на окружающую среду.

Проведенные исследования активных вулканов Камчатки аэрокосмическими метода-

ми (1993-1996 гг.) и анализ полученных материалов позволяют дать ряд рекомендаций методического характера. Установлена химическая специализация аэрозолей вулканического происхождения для некоторых вулканов Камчатки: Ключевского, Шивелуча, Мутновского. Установлена роль аэрозолей вулканического происхождения в концентрации и переносе ряда тяжелых металлов, относящихся к группе опасных токсикантов.

Наиболее эффективны при исследовании структуры и динамики современной вулканической деятельности методы дистанционного зондирования в ИК- и СВЧ-диапазонах. При съёмке в СВЧ-диапазоне на качество съёмки не влияют погодные условия, что немаловажно в условиях Камчатки и Курильских островов; при этом хорошо дешифрируются современные лавовые потоки, даже на крутых склонах вулканов. При съёмке в ИК-диапазоне отчётливо картографируются лавовые потоки, их отдельные порции, а также термоаномалии на склонах и в кратерах вулканов. Методы ДЗ в комплексе с вулканологическими исследованиями позволяют прогнозировать возможный сценарий развития событий, оценивать масштаб и экологические последствия извержения, а также имеют важнейшее значение для контроля за распространением пепловых облаков с целью обеспечения безопасности полётов в Северном регионе Тихого океана.

1. Absorption and Atomic Fluorescence Spectrometry / EUROANALYS1S IX European Conference on Analytical Chemistry, Book of Abstracs. - Bologna, Italy , 1996. P. 168 (соавтор Разяпов А.З.).

2. Problems of atmosphere pollution control and possibilities of analytical methods / The Fourth International Symposium, Abstracts. - Cairo University, Gisa, Egypt. - 1997. (соавтор Разяпов A.3.).

3. Some Problems of a Complection and Operation of Flying Laboratories of Remote Sensing of an Earthly Surface / Airborne Remote Sensing Conference and Exhibition, № 34. -Copenhagen, Denmark, 1997. (соавторы Вербицкий Б.Б. и Газян Л.Г.)

4. Environmental Monitoring and Possibilities of Modern Control Methods / Report at the Conference "Development and Environmental Impact". - Riaydh, Kingdom of Saudi Arabia, 1997 (соавторы Разяпов А.З., Шаповалов Д.А. и др.)

. 5. Источники загрязнения воздушного бассейна Москвы и возможности современных методов и средств контроля / XVI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Рефераты докладов и сообщений. № 3. - Москва, 1998. (соавторы Разяпов А.З., Шаповалов

6. A Role and Place of Analytical Methods for Study Microadmixtures of Environmental Polluants / 6th Symposium on Analytical Sciences. - Valencia, Spain, Book of Abstracs, 1998. P. 241, (соавторы Разяпов А.З., Шаповалов Д.А., Кудрин И.В.)

7. Аэрокосмические методы контроля нефтегазовых транспортных сетей / Инженерная экология, 2003. С. 198-203

Публикации по теме диссертации

Д.А.)

ООО "Типограф РОСТО", 135459 г Мпш Лошишй пр-л. 21. V» № 151. тира» 100

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Мещеряков, Борис Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Состояние проблемы авиационного мониторинга окружающей среды.

1.1. Анализ создания и применения летающих лабораторий за рубежом.

1.2. Применение зарубежных авиационных контрольных средств.

1.3. Обобщение опыта разработки и использования самолетов-лабораторий в России.

1.4. Опыт использования авиационных комплексов дистанционного зондирования в России.

Глава 2. Исследование физических полей и параметров окружающей среды и оценка возможности авиационных измерительных средств при их определении.

2.1. Загрязнение окружающей среды неорганическими веществами.

2.1.1. Радиоактивное загрязнение природной среды.

2.1.2. Испытания ядерного оружия.

2.1.3. Деятельность атомных электростанций.

2.1.4. Аварии на энергетических и промышленных реакторах.

2.1.5. Аварии космических летательных аппаратов с ядерными энергетическими установками на борту.

2.1.6. Возможные аварии с ядерными боеприпасами.

2.1.7. Токсичные химические элементы в объектах окружающей среды.

2.2. Загрязнение окружающей среды органическими веществами.

2.3. Воздействие на окружающую среду, оказываемые военными ведомствами.

2.4. Методы дистанционного зондирования и авиационная аппаратура экологического мониторинга.

2.4.1. Аппаратура зондирования атмосферы.

2.4.2. Средства зондирования подстилающей поверхности.

2.4.3. Аппаратура радиационного контроля и средств пробоотбора.

Глава 3. Разработка технических требований к авиационным комплексам дистанционного зондирования в системе экологического мониторинга окружающей среды.

3.1. Определение задач экологического мониторинга, решаемых с использованием авиационной измерительной аппаратуры.

3.2. Функциональные задачи авиационного экологического мониторинга, решаемые авиационными комплексами дистанционного зондирования.

3.3. Оценка информативности характеристик авиационных систем дистанционного зондирования.

3.4. Методология построения авиационного комплекса дистанционного зондирования.

3.5. Критерий эффективности системы авиационного экологического мониторинга.

3.6. Формирование рациональной структуры авиационного комплекса бортовой аппаратурой дистанционного зондирования.

3.7. Анализ объёма работ по оснащению летательного аппарата датчиками экологического контроля.

Глава 4. Обработка результатов исследования природной среды авиационными комплексами дистанционного зондирования.

4.1. Определение физико-химических параметров подстилающей поверхности методами дистанционного зондирования.

4.2. Разработка методологии сравнительного анализа результатов дистанционного зондирования и данных наземных наблюдений.

4.3. Методы интерпретации яркостных характеристик при анализе результатов авиационного дистанционного зондирования.

4.4. Дешифрирование и представление данных авиационного экологического мониторинга.

4.5. Предложения по структуре наземной подсистемы сбора, обработки, хранения и передачи данных авиационного экологического мониторинга.

Глава 5. Исследование возможностей аэрокосмических систем для изучения вулканов Камчатки.

5.1. Дистанционные исследования в оптическом диапазоне.

5.2. Радиолокационные методы исследования вулканов Камчатки.

5.3. Изучение аэрозолей и летучих веществ в продуктах извержений.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка комплекса авиационно-технических средств мониторинга природных и природно-антропогенных объектов"

Охрана окружающей среды и природных богатств планеты - важнейшая проблема современности. С ней тесно связан вопрос об охране здоровья и благосостояния человека, т.к. хозяйственная деятельность приводит ко все возрастающему загрязнению атмосферы, водоемов и почв. Затраты на предотвращение неблагоприятных экологических последствий от уже реализованных хозяйственных проектов часто превышают расходы на сами проекты и в десятки, а иногда и сотни раз больше того, во что обошлись бы предупредительные мероприятия, осуществить которые нужно было бы на ранних стадиях изысканий или начальных этапах развития негативных явлений. Влияние социальной системы на биосферу все чаще приводит к нарушению экологических условий, ухудшению качества окружающей природной среды. Поэтому появилась потребность в организации особой информационно-измерительной системы, основной целью функционирования которой является получение первичной информации о термодинамических, фазовых, химических и других параметрах геосферы для оценки состояния окружающей природной среды.

Экологические проблемы, наряду с энергетическими, водными, продовольственными и др., относятся к разряду глобальных. Поскольку изменения, вносимые человеком в природную среду, и экологические эффекты, порождаемые его деятельностью, имеют не только региональный, а часто и глобальный характер, без аэрокосмических средств наблюдения нельзя своевременно ни выявить их, ни проследить их динамику, ни представить полную картину происходящего. Принимая во внимание, что антропогенные изменения природной среды происходят на два-три порядка быстрее природных, уследить за ними одновременно на огромных пространствах с помощью обычных стационарных станций уже невозможно. В этой связи эффективно решать столь сложную задачу можно лишь с помощью регулярной съёмки земной поверхности с самолётов и космических спутников.

Новым при изучении окружающей среды, - с целью увеличения оперативности, обзорности и комплексности проводимых работ, — является расширение методических и технических средств исследований. Практическая реализация информационно-измерительных средств стала возможной с использованием космических, авиационных и наземных методов - как единой системы, предназначенной для контроля состояния окружающей природной среды планеты. Здесь каждый из методов дает свою специфическую, дополняющую другую информацию, что, в конечном итоге, позволяет обеспечить ее интерпретацию и получить представление о протекающих в природе процессах.

В системе экологического мониторинга окружающей среды и природных ресурсов одним из наиболее перспективных методов является авиационный мониторинг, дающий возможность оперативного получения разнообразной информации на больших площадях, в том числе в труднодоступных и удаленных районах. Система авиационного мониторинга с применением различных типов летательных аппаратов, оборудованных разнообразным комплексом измерительных средств, позволяет производить измерения физических характеристик и их аномалий, спектральных характеристик электромагнитного поля Земли в широком диапазоне частот; с помощью комплекса измерительных средств регистрируются уровни радиоактивности и параметры загрязнения атмосферы. В совокупности все это дает возможность проведения экологических исследований с решением широкого круга задач по изучению окружающей среды на основе регулярного анализа уровней техногенного, радиоактивного и химического загрязнения атмосферы, почв и водных бассейнов.

Аэрометоды, возникшие более 60 лет назад, привнесли много нового в изучение лесного и сельского хозяйств, геологии, геофизики, гидрологии, океанологии и других отраслей науки, связанных с изучением Земли. С помощью аэрофотосъемки в 50-х годах прошлого века были составлены топографические карты на всю территорию СССР. А уже с 60-х годов с использованием аэрофотоснимков в обязательном порядке проводилось крупномасштабное геологическое картографирование (1:50000); на основе аэрофотосъемки выполнялись работы по инвентаризации лесов. Большой вклад в развитие аэрокосмических методов исследования природной среды внес биогеограф, доктор географических наук, профессор Б.В. Виноградов /12,13 и др./.

Широкое применение получили аэрометоды при организации контроля за радиационной обстановкой в атмосфере и на поверхности в период проведения испытаний ядерного оружия как на полигонах бывшего СССР, так и за рубежом (Лоб-Нор, Невада). С успехом аэрометоды применялись при возникновении радиационных аварий с радиоактивным загрязнением окружающей среды (Чернобыльская АЭС>

С использованием авиации в период двухстороннего и многостороннего международного сотрудничества по «Всемирной климатической программе» проводились измерения солнечной радиации и содержания озона в атмосфере; в рамках Программы исследований глобальных атмосферных процессов (ПИГАП) по линии Международного метеорологического эксперимента (1979 г.) контролировались состав атмосферы, наличие в ней примесей, аэрозольной составляющей и др.

Однако при появлении первых авиационных комплексов дистанционного зондирования (ДЗ) в пятидесятых годах прошлого века, решались в основном лишь частные задачи различных ведомств. Проектируемые под конкретную задачу, комплексы ДЗ того времени характеризовались сравнительно высокой стоимостью создания и эксплуатации. После решения поставленной задачи авиационный комплекс полностью демонтировался, летательный аппарат заново оснащался иной аппаратурой под новую задачу, а иногда, из-за несогласованности разных ведомств, -и прежней аппаратурой. Процесс разоборудования и создания новой летающей лаборатории, в зависимости от сложности комплекса, занимал довольно длительный период - от трёх месяцев до года.

В представленной работе, на основе анализа задач, стоящих перед природоохранными ведомствами, разработана и обоснована методология формирования рациональной структуры информационного измерительного комплекса на базе лёгкого и среднего авиационного носителя, построенного на основе модульного принципа его оснащения аппаратурой ДЗ.

Такой подход позволит сократить сроки переоборудования летающей лаборатории (от нескольких часов до нескольких дней, в зависимости от сложности комплекса) с одновременным решением практически всей совокупности задач геоэкологического мониторинга природных и природно-антропогенных объектов.

Современный этап развития инструментальной, методической и научной базы аэрометодов позволяет оперативно получать большие объемы первичной информации по различным физическим параметрам геосферы (атмосферы, гидросферы, литосферы) при решении задач, связанных с контролем состояния окружающей природной среды. Это имеет немаловажное значение при прогнозировании и оценке масштабов природных катастроф и последствий антропогенной деятельности как на территории России, так и за рубежом.

Заключенные к настоящему времени международные соглашения в области контроля за состоянием окружающей природной среды, по мнению специалистов, должны вызвать заинтересованность у стран-участниц. Реализация такого рода программ подразумевает организацию мониторинговых наблюдений, охватывающих широкий спектр областей, связанных с жизнедеятельностью человека.

Авиационные комплексы, оснащенные аппаратурой дистанционного зондирования на основе методологии разработанной автором, могут быть использованы при решении обширного круга задач экологического мониторинга. Вот некоторые из них:

- создание и обновление топографических, геофизических, геологических, гляциологических, ландшафтных и др. карт;

- оценка состояния геотехнических систем, в том числе магистральных и промысловых нефтегазопроводов;

- прогноз развития опасных природных и техногенных процессов в криоли-тозоне;

- сопровождение строительно-монтажных работ при прокладке новых магистралей трубопроводных систем и обустройстве месторождений;

- определение зоны загрязнения и оценка нефтяных выбросов в результате повреждения нефтепроводов;

- обследование сельскохозяйственных угодий, сертификация земель, уточнение земельного кадастра;

- обнаружение и оконтуривание лесных и подземных пожаров;

- выявление нарушений растительного покрова, определение фитомассы, классификация растительности;

- геоэкологический мониторинг природной среды в зоне расположения нефтегазовых комплексов для решения задач экологической безопасности и рационального природопользования;

- оперативный мониторинг разливов и подтоплений, в том числе сезонных изменений береговой зоны.

И это далеко не полный перечень задач, которые можно решать с помощью авиационных комплексов дистанционного зондирования.

Большую эффективность показало применение авиационных комплексов ДЗ при проведении экспериментальных исследований вулканов Камчатки (в разработке и создании одного из таких комплексов принимал участие автор). Впервые получены исходные данные по перспективному составу оборудования, необходимого для организации геоэкологического мониторинга действующих вулканов.

При участии автора были созданы летающие лаборатории на базе самолёта АН-30 и вертолёта МИ-8 для Минобороны, самолёта ИЛ-103 для Минприроды РФ.

Материалы диссертации обсуждались на научно-методическом совете НПА «ЭСКОС», докладывались на Международной конференции EURO ANALYSIS IX, (Bologna, Italy , 1996 г.), Международном симпозиуме Cairo University, (Gisa, Egypt, 1997), Международной конференции «Development and Environmental Impact», (Riaydh, Kingdom of Saudi Arabia, 1997 г.), XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Санкт-Петербург, 1998 г.), Международном симпозиуме по Аналитической химии (Valencia, Spain, 1998 г.), Международном симпозиуме «Инженерная экология 2003».

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Мещеряков, Борис Николаевич

Заключение и выводы

По результатам исследований и проведённых экспериментальных работ представляется возможным сделать следующие выводы.

1. Определены основные тенденции в развитии зарубежных и отечественных авиационных средств измерений, к числу которых можно отнести:

- расширение технических возможностей и круга решаемых задач самолётами-лабораториями;

- наращивание усилий по дальнейшему совершенствованию аппаратурно-измерительных авиационных комплексов в направлении повышения чувствительности детектирующих систем и автоматизации предела измерений;

- улучшение параметров комплексов наземной обработки информации;

- стремление к проведению комплексных измерений параметров окружающей среды;

- расширение географии и частоты контрольных полётов.

2. Определены уровни возможного содержания радиоактивных веществ в атмосфере и на местности при испытаниях военной техники, связанных с выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду, а также при вероятных сценариях развития событий при радиационных авариях с ядерными энергетическими установками и ядерными боеприпасами.

3. Установлены численные значения параметров, характеризующих источники химического загрязнения окружающей среды искусственного происхождения. Отмечены особенности экологического воздействия на окружающую среду военных объектов, из которых наибольшую опасность в отношении химического загрязнения представляют собой ракетные полигоны.

4. Исходя из установленных значений параметров загрязнения окружающей среды, оценены возможности измерительных средств при их определении. Выявлен круг экологических параметров, идентифицируемых аппаратурными комплексами дистанционного зондирования земной, водной поверхности и атмосферы. Показано, что средства дистанционного зондирования при выборе соответствующих пространственно-временных характеристик измерений обладают весьма широкими возможностями измерения в регионально-локальном масштабе параметров окружающей среды, определяющих её экологическое состояние. Обоснована целесообразность проведения измерений, по возможности одновременно в нескольких диапазонах волн электромагнитного спектра, а также при сочетании пассивных и активных способов дистанционного зондирования.

5. Определены технические требования к аппаратуре радиационного контроля и средствам отбора проб. Расчётным путём, с использованием данных о параметрах источников радиоактивного загрязнения, обосновано заключение о возможности успешного решения задач экологического мониторинга с использованием имеющихся в стране образцов гамма-спектрометрической и пробоотборной аппаратуры и рекомендовано её применение в составе авиационных комплексов.

6. На основании всестороннего рассмотрения технических возможностей авиационных аппаратурно-измерительных комплексов, выбраны основные направления и определены конкретные задачи экологического мониторинга, решение которых представляется возможным с использованием технических средств авиационных наблюдений (8 направлений и 61 конкретная задача).

7. Установлено, что, исходя из пространственно-временного масштаба решаемых задач, авиационная наблюдательная система по своим техническим возможностям и способам применения в состоянии решать задачи на регионально-локальном уровне, когда требуется обеспечить разрешение по пространству в пределах 1-30 м - для явлений и процессов со временем существования от нескольких часов до нескольких суток.

В работе представлены два базовых варианта комплексирования авианосителей аппаратурой дистанционного зондирования — для лёгкого и среднего самолёта. На основе экспертных оценок показан оптимальный вариант оснащения авианосителя информационно-измерительной аппаратурой геоэкологического мониторинга природных и природно-антропогенных объектов.

Результаты проведённых экспериментальных работ на Камчатке во многом определили комплексное использование методов дистанционного зондирования, наряду с традиционными геологическими и вулканологическими исследованиями, которые, несомненно, расширят наши знания в области наук о Земле, позволят перейти к количественным оценкам баланса вещества в эруптивном процессе, оценить масштаб его влияния на окружающую среду.

Проведение исследований активных вулканов Камчатки аэрокосмическими методами (1993-1996 гг.), анализ полученных материалов позволили дать ряд рекомендаций методического характера.

Впервые получены данные прямого исследования аэрозолей вулканического происхождения для некоторых вулканов Камчатки. Установлена их химическая специализация для вулканов Ключевского, Шивелуча, Мутновского. Установлена роль аэрозолей вулканического происхождения в концентрации и переносе ряда тяжелых металлов, относящихся к группе опасных токсикантов.

Наиболее эффективны при исследовании структуры и динамики современной вулканической деятельности методы дистанционного зондирования в ИК- и СВЧ-диапазонах длин волн. При съёмке в СВЧ-диапазоне на качество съёмки не влияют погодные условия, что немаловажно в условиях Камчатки и Курильских островов; при этом хорошо дешифрируются современные лавовые потоки даже на крутых склонах вулканов. При съёмке в ПК-диапазоне отчётливо картографируются лавовые потоки, их отдельные порции, а также термоаномалии на склонах и в кратерах вулканов. Методы ДЗ, в комплексе с вулканологическими исследованиями, позволяют прогнозировать возможный сценарий развития событий, оценивать масштаб и экологические последствия извержения, и имеют важнейшее значение для контроля за распространением пепловых облаков с целью обеспечения безопасности полётов в Северном регионе Тихого океана.

156

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Мещеряков, Борис Николаевич, Москва

1. Аванесов Г.А. Спутниковые и самолётные комплексы ДЗЗ / Труды Всероссийской научной конференции «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами». Муром: 2001.-С. 524-527

2. Адушкин В.В., Соловьев С.П., Будников В.А. Литосферные источники аэрозольного загрязнения атмосферы // Геология и геофизика, 1995, т. 36, № 8, С.103-110

3. Арманд Н.А., Воронков В.Н. и др. Перспективы исследований в области дистанционного зондирования Земли и экологического мониторинга // Радиотехника и электроника. 1998, т. 43, № 9. С. 1061-1069

4. Аэрозоль и климат. Л., Гидрометеоиздат, 1991. - 542 с.

5. Богатиков О.А., Хренов А.П., Пиери Д., Блинков А.Н., Зайцев В.В., Шка-рин В.Е. Аэрокосмические исследования действующих вулканов Камчатки. / Глобальные изменения природной среды. Новосибирск, Наука, 1998. С. 104-116

6. Богатиков О.А., Хренов А.П., Ховавко С.А., Мальцев А.Л. Состав, структура и оценка количества аэрозолей в эксплозиях вулканов центрального типа (Камчатка) // Геология и геофизика. 1995, т. 36. № 8. С. 111-116

7. Богатиков О.А., Хренов А.П., Ховавко С.А. и др. Структура и состав аэрозолей действующих вулканов Камчатки // Докл. РАН. 1995, т. 340, № 2. С.1-5

8. Болтнева Л.И., Израэль Ю.А., Ионов В.А., Назаров И.М. Глобальное загрязнение 137Cs и 90Sr и дозы внешнего облучения на территории СССР //Атом. Энергия. 1977, т. 42. Вып. 5. С. 355-360

9. Будыко М.И. Климатические катастрофы / Глобальные проблемы географической науки. 1988. с. 22-35

10. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: Наука, 1984.-320 с.

11. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг гумусового состояния почв // Почвоведение, № 4, 1988. С. 38-48

12. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1992 году. Газ. «Зелёный Мир», 1993 (№№ 20, 21,23,24, 25,26)

13. Гущин Г.П. Методы, приборы и результаты измерений спектральной прозрачности атмосферы. Л., Гидрометеоиздат, 1988. - 200 с.

14. Двигало В.Н. Дрознин В.А. Аэрофототепловая съемка побочного извержения Ключевского вулкана // Вулканология и сейсмология. 1980, № 5. С. 77

15. Дрознин В.А., Шиндеров Б.Л. Опыт интерпретации геотермальной и инфракрасной съемок // Вулканология и сейсмология. 1992. № 4. С. 63-69

16. Дубасов Ю.В. Матущенко A.M. и др. Семипалатинский испытательный полигон: оценивая радиологические последствия.// Информационный бюллетень Центра общественной информации (ЦНИИ-атоминформ), 1993. Спецвыпуск. С. 22-34

17. Дубасов Ю.В., Зеленцов С.А., Красилов Г.А. и др. Хронология ядерных испытаний в атмосфере на Семипалатинском полигоне и их «Семипалатинский полигон-Алтай». 1994. С. 78-86.

18. Захаров В.М., Костко O.K., Хмелевцов С.С. Лидары и исследование климата. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990,- 320 с.

19. Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В.Д. Лазерное зондирование средней атмосферы. Томск: ООО Издательство «РАСКО», 2002.

20. Иванов В.В., Экологическая геохимия элементов. Справочник, книга 4. -Москва, «Экология», 1996 г.

21. Израэль Ю.А. Радиоактивные выпадения после ядерных взрывов и аварий.-СПб., 1996.

22. Израэль Ю.А. Условия образования частиц радиоактивных выпадений и функционирование изотопов при подземном ядерном взрыве с выбросом грунта И ДАН СССР, 1966. Т. 169. № 3. С. 573-576

23. Израэль Ю.А., Артемов Е.М., Назаров И.М. и др. Радиоактивное загрязнение местности в результате аварии на радиохимическом заводе в Том-ске-7 // Метеорология и гидрология. 1993. № 6. С. 5-8

24. Израэль Ю.А., Петров В.Н. и др. Радиоактивное загрязнение природных сред при подземных ЯВ и методы его прогнозирования. Л., Гидрометеоиздат, 1970. - 105 с.

25. Израэль Ю.А., Петров В.Н., Северов Д.А. Моделирование региональных радиоактивных выпадений из облака наземного ядерного взрыва // Meтеорология и гидрология. 1987, № 7.

26. Израэль Ю.А., Цатуров Ю.С., Назаров И.М. и др. Реконструкция следов радиоактивных выпадений в результате аварий и ядерных взрывов // Метеорология и гидрология. 1994. № 8. С. 5-18

27. Исследование морфологии, элементного и дисперсного состава аэрозольных частиц вулканического происхождения. Отчёт о НИР/НПА -«ЭСКОС», 1995.-27 с.

28. Кондратьев К.Я., Козодёров В.В., Федченко В.П. Аэрокосмические исследования почв и растительности. Jl-д: Гидрометеоиздат, 1986. -232 с.

29. Контарович Р.С., Федоткин А.Ф., Керцман В.М. Аэрогаммаспектромет-рическая съемка долины реки Енисей: Отчет по теме «Атлас» Росгидромета / ГНПП «Аэрогеофизика» Мингео РФ. Головной исполнитель ИГ-КЭ. -М.,1993.

30. КронбергП. Дистанционное изучение Земли. М.: Мир, 1987. - 350 с.

31. Леус В.И., Леус Н.Б., Шевелёва Т.Ю. Самолётный инфракрасный радиометр для измерения температуры водоёмов // Известия ЛЭТИ. Сб. науч. тр. Вып. 426. Л.: ЛЭТИ. 1990. - С.7-10

32. Метеорология и атомная энергетика. Сб. статей. Л., Гидрометеоиздат, 1985.- 163 с.

33. Метеорология и атомная энергия. Л., Гидрометеоиздат, 1971. - 121 с.

34. Методика и некоторые результаты авиационной гамма-съёмки радиоактивного загрязнения территории европейской части России. Сб. статей. -СПб., Гидрометеоиздат, 1994. 238 с.

35. Методическое обеспечение работ по оснащению самолёта JI-410 аппаратурой дистанционного зондирования для решения задач ПЭМ и участие в обработке материалов испытаний. Технический отчёт по теме. АО «ГАЗПРОМ», 2000. - 50 с.

36. Милыпин А.А., Гранков А.Г., Мишанин В.Г. Картирование температур-но-влажностного режима лесных систем по данным самолётной фотосъёмки, ИК-измерений и СВЧ радиометрических измерений в L-диапазоне // Исследование Земли из Космоса. 1999. № 5. С.85-93

37. Мирошников М.М., Минеев В.Н. и др. Комплекс инфракрасных радиометров для измерения температуры водной поверхности с самолёта // Оптический журнал. 1992, № 12. С.68-71

38. Мищенко Н.В., Гришина Е.П. и др. Дистанционное зондирование в целях экологического мониторинга / Труды Всероссийской научной конференции «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами». Муром: 2001. С.70-73

39. Основные положения концепции формирования технологии оперативного аэрокосмического и наземного мониторинга газо- и нефтетранспорт-ных сетей. Техническая записка. -НПА «ЭСКОС». Москва, 1998. 18 с.

40. Отчёт по 1 этапу НИР «Звучание». МИФИ, 1985. - 128 с.

41. Отчёт по 1 этапу НИР «Экориск». НИИ СК МО, 1994. - 87 с.

42. Пояснительная записка по 1 этапу ОКР «Алтай-РР». ВИРГ- «Рудгеофи-зика», 1991. - 63 с.

43. Разработка концепции авиационного экологического мониторинга на базе самолета Ан-ЗОБ в рамках Договора по «Открытому небу» Отчет о НИР. НПА «ЭСКОС», 1994. - 48 с.

44. Разработка и обоснование концепции создания подсистемы авиационного мониторинга за состоянием окружающей природной среды на базе самолетов Ту-154М и Ан-ЗОБ в рамках договора «Открытое небо». Отчет о НИР. ГосНИИАС, 1994. - 87 с.

45. Ребрин Ю.К. Авиационные иконические тепловые системы. КВВАИУ, 1985.-86 с.

46. Руководство по организации контроля состояния природной среды в районе расположения АЭС. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 263 с.

47. Силантьев А.Н., Шкуратова И.Г. Обнаружение промышленных загрязнений почвы и атмосферных выпадений на фоне глобального загрязнения. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 136 с.

48. Сладкопевцев С.А. Изучение и картографирование рельефа с помощью аэрокосмической информации. -М.: Недра, 1982. 216 с.

49. Создание геобанка данных для использования ИАС ОН при решении задач экологического мониторинга и информационного обеспечения мероприятий при чрезвычайных ситуациях. Отчёт о НИР. ГосНИИАС, 1993.-76 с.

50. Справка о состоянии проблемы авиационного мониторинга окружающей среды. ГУЭБ Минприроды России, 1994. - 5 с.

51. Справка-доклад о современном состоянии радиационно-экологической обстановки на архипелаге Новая Земля и прилегающих территориях Крайнего Севера. МО, МЗ, Госкомгидромет, 1990. - 64 с.

52. Технические предложения по составу и размещению на самолёте ИЛ-103 комплекса оптических средств дистанционного зондирования. НПА «ЭСКОС». Москва, 1996. - 7 с.

53. Технический отчёт по международному Российско-Американскому проекту. Мониторинг, оценка опасности и прогнозирование катастрофических вулканических процессов. ИГЕМ РАН, НПА «ЭСКОС», 1993. - 21 с.

54. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М. Наука, 1974.-223 с.

55. Трифонов В.Г. и др. Аэрокосмическое изучение сейсмоопасных зон. -М., Наука, 1988.- 130 с.

56. Успенский А.Б. Обратные задачи математической физики анализ и планирование экспериментов. - Новосибирск, Наука, 1981. С. 199-242

57. Федотов Ю.А. О роли антропогенного аэрозоля в процессе формирования городского острова тепла // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1991, т. 27, № 8. С. 842-846

58. Хренов А.П., Блинков А.Н. и др. Аэрокосмические исследования действующих вулканов Камчатки в 1993-1996 годах. // Исследование Земли из Космоса. 1999, № 6. С.70-82

59. Шилин Б.В. Тепловая аэросъемка при изучении природных ресурсов. -Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 248 с.

60. Экологическая доктрина Российской Федерации. Распоряжение правительства Российской Федерации от 31 августа 2002 г. № 1225-р. Москва, 2002.

61. Энергетика: цифры и факты. Приложение 2 к Бюллетеню ЦОИ по атомной энергии. М., ЦНИИАтоминформ, 1993. - 32 с.

62. Ю.В. Пашин и др. Химические мутагены окружающей среды. М., Наука, 1983.-127 с.

63. Ядерные взрывы в СССР. Вып. 4. Мирное использование подземных ядерных взрывов: Справ, информ. М., 199475. .Das grope Flugzeugtypenbuch das sing. Berlin, 1977r.

64. Aviation Week & Space Technology, 1995, № 4, № 6, №10.

65. Forecast International / DMS, January 1995.

66. Jane's All the World's Aircraft, 1989-96.

67. Khrenov A.P. Airborne Remote Sensing of the Active Kamchatka Volcanoes from the Laboratory Planes An-30, An-24, Tu-154 and IL-18 in 1993-95 // ERIM San-Francisco. 1996. T.I.P. 481-489

68. Khrenov A.P. Airborne Remote Sensing of the Active Kamchatka Volcanoes from the Laboratory Planes An-30, An-24, Tu-154 and IL-18 in 1993-95 // ERIM San-Francisco. 1996. T.I.P. 481-489

69. Khrenov A.P., Pieri D., Blinkov A.N. Zaitsev V.V., Shkarin V.E. Airborne Remote Sensing of Active volcanoes in Russie in 1993-1996 // Applied Geologic Remote Sensing, Vancouver, ВС, Canada. 1999. II. P. 70-77

70. Pieri D.C., Khrenov A.P., Miller T.P. et al. The First Airborne Multispectral Thermal Infrared Survey of Volcanoes on the Kamchatka Peninsula, Russia. 1995. EOS, Transactions, Amer.Geophys.Union.

71. Miller T.P. and Casadevall T.J. Volcanic ash hazards to aviation, in The Nordic // Volcanological Institute, Reykjavik, Iceland. Pudykiewicz, 1999, pp. 915930

72. Pieri D.C., A.P. Khrenov, V. Droznin, V. Dvigalo et al. The 1993 Airborne Multispectral Thermal Infrared Survey of Volcanoes on the Kamchatka Peninsula, Russia. 1995, EOS, Transactions, American Geophysical Union. -15 p.

73. Show News. Aviation Week Group, 1994, September 7