CC BY
142
УДК 614.8
А.Ю. Кудрин к.т.н., академик и действительный член Всемирной академии наук комплексной безопасности
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
Современные требования и необходимые мероприятия развития системы космического мониторинга чрезвычайных ситуаций
А.Ю. Кудрин
Космическую информацию МЧС России рассматривает как дополнительный информационный источник, в некоторых случаях который является единственным оперативным источником получения информации о ЧС.
В настоящее время в МЧС России с использованием космической информации решается (с различной полнотой) ряд задач.
Выявление природных пожаров
Для решения данной задачи в МЧС России используется информация с космических аппаратов (КА) «^ОАА» (сканер AVHRR) и КА «Тегга» (сканер MODIS). Информация с КА «Тегга» поступает с периодичность 1 раз в сутки, с КА <^ОАА» — 1—2 раза в сутки (имеется ввиду полезная информация для решения данной задачи). Разработанное специальное программное обеспечение для ПЭВМ позволяет в автоматизированном режиме выявлять тепловые аномалии, определять их координаты и площадь горящей кромки.
Минимально детектируемые очаги тепловых аномалий — 25 га и 8—10 га (по информации с КА <^ОАА» и КА «Тегга», соответственно).
Полнота выявления тепловых аномалий по космической информации с вышеуказанных космических систем составляет 70—80 %. Следует отметить, что основным мешающим фактором остается облачный покров.
При оценке техногенных пожаров (которые имеют наружное горение) нами оценивается только местоположение очага (координаты).
В целом по оценке специалистов данная задача решается на уровне 70-80 %.
Выявление паводков (наводнений)
Для решения данной задачи в Министерстве используется информация с КА «Тегга» (сканер MODIS) и КА «Метеор-ЗМ» (сканер МСУ-Э). Информация с КА «Тегга» (разрешение 250 м) используется для получения общей мониторинговой информации по фактам разлива водных объектов с периодичностью 1 раз в сутки, информация с КА «Метеор-ЗМ» (разрешение 45 м) используется для получения более детальной информации по конкретным районам ЧС, вызванных паводками (наводнениями). Разработанные методики позволяют определять масштабы разливов воды (площади разливов), выделять затопленные и подтопленные участки, а также устанавливать местоположение ледовых заторов на реках. Однако, исходя из анализа уже прошедших ЧС связанных с паводками (наводнениями) установлено, что в 80-85 % случаев район разлива закрыт плотным слоем облачности (из-за интенсивного испарения над образовавшимся зеркалом воды). Данный фактор не позволяет вести наблюдения за складывающейся обстановкой аппаратурой ДЗЗ работающей в видимом и ИК- диапазонах.
В целом по оценке специалистов данная задача решается на уровне 20-30 %.
Контроль динамики движения тайфунов
Для решения задачи контроля зарождения и динамики перемещения тайфунов (данная задача характерна для территории Дальневосточного региона — Приморский край, о. Сахалин, п-ов Камчатка) используется информация с КА серии «^ОАА». На основе данной информации возможно только определять местоположение тайфуна (географические координаты), направление перемещения и среднюю
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
скорость перемещения (на основе подбора разновременных снимков тайфуна).
Общая характеристика состояния СКМ ЧС в настоящее время
1. Структура СКМ ЧС не в полной мере обеспечивает возможность устойчивого приема космической информации по всей территории РФ и приграничным территориям сопредельных государств. Не имеется возможности обеспечивать космической информацией оперативные группы, работающие непосредственно в районе ЧС.
2. Существующие каналы передачи результирующей космической информации потребителям в городах Элиста, Красноярск, Владивосток не в полной мере удовлетворяют требованиям оперативности.
3. На основе принимаемой космической информации возможно решение задач:
• выявление фактической лесопожарной обстановки, с определением географических координат очагов, площади горящей кромки. Мешающим фактором для решения этой задачи остается наличие облачного покрова;
• выявление фактической паводковой обстановки, местоположения разливов, масштаба (площади) разливов, местоположения ледовых заторов, выявление ледовой обстановки на крупных реках и морских акваториях. Мешающим фактором для решения данной задачи также является облачный покров;
• выявление тайфунов, прогнозная оценка масштабов воздействия тайфуна, направления и средней скорости перемещения (по факту);
• выявление общей метеорологической обстановки, которая отслеживается на основе информации с КА «^ОАА».
4. Оперативность получения информации при решении задач выявления лесопожарной обстановки составляет до 1 суток, паводковой — от 1 суток (выявление фактов разлива) до 3—15 суток (выявление обстановки в районе ЧС), тайфунов — до 1 суток.
5. Периодичность получения информации при решении задач контроля динамики развития обстановки (периодичность получения снимков по одной и той же территории) составляет 2—3 раза в сутки при лесопожарной, 1 раз в 15 суток — паводковой, 2 раза в сутки при контроле тайфунов.
6. Принимаемая оперативная космическая информация по пространственному разрешению соответствует низкому (1 км) и среднему (500 м), по спектральным диапазонам — видимый, ближний инфракрасный и инфракрасный.
7. К настоящему времени МЧС России имеет ряд договоров, соглашений о совместном сотрудничестве в области космического мониторинга (Роскосмос, МО РФ, МПР, ГКНПЦ им. Хруничева, НЦ ОМЗ). Однако все они были заключены 6—8 лет назад и требуют корректировки по обстановке настоящего времени. Практически не используется такое направление как взаимодействие (сотрудничество) в области космического мониторинга с иностранными
государствами.
Таким образом, созданная СКМ ЧС требует серьезной модернизации как по техническому оснащению так и по программному обеспечению. Космическая информация, поступающая со спутников нового поколения, а также планируемых к запуску до 2015 года (как отечественных так и зарубежных), не может приниматься СКМ ЧС ввиду технической отсталости.
Развитие системы космического мониторинга ЧС до 2008 года
Цели и задачи развития СКМ ЧС
На основе структурных преобразований, оснащения современными аппаратно-программными комплексами приема космической информации, разработки (закупки) нового программно-методического обеспечения вывести СКМ ЧС на более качественный уровень, который позволит решить задачу наиболее полного информационного обеспечения органов управления Министерства о ЧС.
Основные задачи, которые возможно решать на основе использования космической информации к концу 2008 года:
1. Мониторинг лесопожарной обстановки. Использование космической информации для краткосрочного прогнозирования классов пожарной опасности, выявления тепловых аномалий, определение их параметров, оценка наиболее опасных тепловых аномалий в пределах 5 километровой зоны от населенных пунктов и объектов инфраструктуры по данным высокого разрешения.
2. Мониторинг паводков (наводнений). Использование космической информации для краткосрочного прогнозирования паводковой обстановки, выявление фактов разлива рек, заторов (в том числе в условиях облачности), оценка последствий затоплений по данным детального и высокого разрешений.
3. Мониторинг техногенных ЧС. Использование космической информации для выявления фактов крупных аварийных разливов нефтепродуктов, оценки масштабов разливов по данным высокого разрешения.
Основные направления развития СКМ ЧС до 2008 года
Структурные и организационные преобразования:
• создание лаборатории приема и обработки космической информации на территории ПУРЦ МЧС России (место дислокации г. Екатеринбург);
• создание дополнительного пункта приема и обработки космической информации на территории ДВРЦ МЧС России (место дислокации г. Хабаровск);
• создание мобильной лаборатории приема и обработки космической информации (место дислокации г. Москва);
• определение объемов и источников ежегодного финансирования повседневной деятельности отделов (лабораторий) приема и обработки космической информации (носители хранения информации, кар-
триджи, канцелярские принадлежности и др.);
• организация доподготовки специалистов-дешифровщиков по работе с новым программным обеспечением;
• организация и проведение ежегодных сборов с начальниками отделов (лабораторий) приема и обработки космической информации, определение объемов и источников финансирования.
Техническое и программно-методическое совершенствование:
• закупка и установка современных аппаратнопрограммных комплексов приема космической информации в гг. Екатеринбург, Хабаровск;
• модернизация аппаратно-программных комплексов приема космической информации в гг. Москва, Красноярск, Вологда, Элиста, Владивосток;
• закупка базового программного обеспечения для отделов (лабораторий) в гг. Москве, Вологде, Красноярске, Элисте, Владивостоке, Екатеринбурге, Хабаровске;
• разработка и создание в рамках НИР специального программного обеспечения для оснащения автоматизированных рабочих мест операторов дешифровщиков космической информации о землетрясениях, контроль пульсирующих ледников;
• выявление фактов возникновения ЧС (природные ЧС и крупные техногенные связанные с пожарами, аварийными разливами нефтепродуктов);
• определение параметров ЧС (местоположение, масштабы, оценка обстановки в районе ЧС);
• краткосрочное прогнозирование обстановки (до 1 суток) в районе ЧС на основе космической информации (использование космической информации в методиках краткосрочного прогнозирования в комплексе с другими информационными данными, однако в некоторых ситуациях космическая информация может быть единственным источником);
• контроль динамики развития ЧС (получение данных космического мониторинга об обстановке в районе ЧС с требуемой периодичностью);
• поиск упавших летательных аппаратов (на суше в труднодоступных и малонаселенных территориях).
Для решения перечисленных задач, СКМ должна обладать следующими возможностями.
Охват всей территории РФ и приграничных территорий сопредельных государств.
Обеспечение оперативной космической информацией спасателей при выполнении ими задач за пределами территории РФ или на труднодоступных территориях РФ.
Мониторинг предвестников природных ЧС (обстановки в потенциально опасных районах), выявление факта ЧС, оценка масштаба ЧС и ее основных параметров, контроль динамики развития ЧС.
Метеорологический мониторинг для получения общей картины состояния погоды в районе ЧС (т.к. состояние погоды сильно влияет на развитие большинства ЧС).
Достаточная оперативность получения космической информации о выявленных ЧС, соответствующая
их динамическим свойствам. Для передачи результирующей космической информации потребителям СКМ ЧС должна быть обеспечена высокоскоростными каналами (со скоростью не ниже 128 Мбит/с).
Всепогодность получения космической информации.
СКМ ЧС должна также иметь возможность обновления информации о среднесрочных предвестниках ЧС — 1 раз в 1—3 суток, о масштабах и параметрах ЧС и контроле динамики развития ЧС — не менее 1 раза в сутки. Получаемая в плановом порядке информация с космических аппаратов должна быть как низкого (1—3 км), так и среднего (150—500 м) и высокого (10—30 м) пространственного разрешения в видимом, инфракрасном, радиолокационном диапазонах. Должен быть предусмотрен механизм получения информации детального (1—2 м) и сверхдетального (лучше 1 м) пространственного разрешения при возникновении в ней необходимости.
Должен быть разработан механизм получения информации от других источников как отечественных, так и зарубежных (в случае потребности в космической информации, которая не определена как получаемая в плановом порядке).
Космическая информация не должна рассматриваться как единственный источник информации о ЧС (хотя в иных ситуациях он может оказаться единственно возможным).
Сегодняшние технические возможности АПК позволяют осуществлять прием информации в оперативном режиме с КА серий «NOAA», «EOS»-«Terra» (США), КА «Метеор-ЗМ» (России). КА «Метеор-ЗМ» в настоящее время работает крайне неустойчиво, съемка заказанных территорий может быть реализована через 3—15 суток. Основные характеристики космических систем указаны в табл. 1.
Базовое программное обеспечение (программное обеспечение, разрабатываемое известными компаниями в данной области и используемое для проведения общей тематической обработки космических снимков) состоит, в основном, из широко известных программ тематической обработки космической информации: ERDAS IMAGINE, ENVI версий конца 90-х годов. Из ГИС программ используется ArcGIS, также версии конца 90-х годов. Причем лицензионное программное обеспечение имеется только в гг. Москве и Вологде.
Специальное программное обеспечение, разработанное для решения конкретных задач специалистами ФГУ ВНИИ ГОЧС и Институтом леса СО РАН им. Сукачева (г. Красноярск), состоит из программ автоматизированного выявления тепловых аномалий (очагов природных пожаров) по данным КА серии «NOAA» и КА серии «EOS» (Terra, Aqua).
Для передачи результирующей космической информации потребителям используются каналы связи в сети Интернет и Интранет. Все пункты приема ведут только архив текущего года. По окончании года архив уничтожается. Имеющиеся на оснащении технические средства для хранения архивов снимков уже
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
Таблица1
Космическая система Количество космических аппаратов на орбите Ориентировочный запуск новых КА Пространственное разрешение (м) Спектральный диапазон Периодичность обновления информации
^АА 6 2007 г. 1100 видимый, инфракрасный 2—4 раза в сутки
EOS З 2008-2010 гг. 250, 500, 1000 видимый, инфракрасный 1 раз в сутки
Метеор-ЗМ 1 45 видимый, ближний инфракрасный 1 раз в 15—17 суток
исчерпали свои ресурсы по хранению информации.
Скорость передачи данных по каналам ЛВС — до 128 Мбит/с, по модему — до 30 Кбит/с.
В настоящее время в МЧС России с использованием космической информации решается (с различной полнотой) ряд задач.
МЧС России рассматривает космическую информацию как дополнительный информационный источник, в некоторых случаях который является единственным оперативным источником получения информации о ЧС.
Кроме того, активное использование средств ДЗЗ космического базирования в интересах Министерства продиктовано обширностью территорий подлежащих ежедневному мониторингу, что ограничивает возможности других средств контроля.
Анализ использования космической информации
при решении задач возложенных на МЧС России показывает, что потребности в данном информационном источнике в дальнейшем будут увеличиваться как в отношении увеличения информационного потока (увеличение количества КА, регистрационных устройств и др.), так и в наращивании его качественной составляющей (расширение спектральных каналов, новые регистрационные устройства и др.). Одновременно при дальнейшем наращивании возможностей собственной системы космического мониторинга МЧС России будет продолжать активно использовать возможности других министерств и ведомств, использующих в своей деятельности космическую информацию, в том числе и участвовать в различных зарубежных проектах, направленных на получение дополнительной космической информации для нужд Министерства.
