Дистанционен мониторинг


Категория на документа: Екология


НОВ БЪЛГАРСКИ УНИВЕРСИТЕТ
Науки за земята и алтернативни енергии

Възможности за дистанционен мониторинг за опазване на околната среда

Радостина Нинова
F55090

София 14.05.2014
Развитието на науката и техниката разширява възможността да се прогнозират последиците от много природни и предизвика от човека бедствия, заплашващи почти всяка държава по света.
Бързото увеличаване на населението и технологичното осигуряване на неговата жизнена дейност, засилва социално-икономическия натиск върху природната околна среда в много страни. Вече е технически възможно да се предвидят повечето бедствия свързани с нежелани природни явления. Що се отнася до антропогенните опасности, които могат да окажат неблагоприятно влияние върху околната среда, то тяхното усложняване и недостатъчни знания в тази област изискват още по-големи усилия за ракриването и навременното им оповестяване.
Технологиите на мониторинга на природната и технологична среда предполагат използване на данни от космически снимки. Благодарение на напрекъснатия обхват на различни участъци от земната повърхност, спътниците предоставят важна информация за ефективно разкриване на опасностите, и може да служат като основа за интерпретация на техните особености. Способността на метеорологичните спътници да наблюдават атмосферата и да предават данни на момента, обуславя ползването им за предавател на данни с намалени разходи и увеличаване на ефективността от ранното предупреждение.
Методите на дистанционно сондиране с използване на авиация и спътници, по-специално аерофотосите, получаването на радиолокационни изображения и спектрален анализ, са допълнителни средства спомагащи подобряването на разкриването и анализа на опасности. Те могат да се използват за наблюдение, картографиране и мониториране на обектите и явленията на земната повърхност.
За получаването на опростени графични изображения, които дават комплексна информация за различни места и видове дейности се използва съчетанието от сложни аналитични методи на дистанционно сондиране. Заедно с технологията на персоналните компютри и възможностите на електронните средства за съобщение, информацията става обширна и лесно достъпна. По този начин се разкриват широки възможности за предаването на знанията на специалистите, удобни за прилагане по места. За по-лесно вземане на решения от ръководителите, които се занимават с въпросите на стихийните бедствия или за оказване на помощ в разработването на мерки за реагиране при възникване на определени бедствия, могат да се използват експертни системи.
Комбинирането на данните от дистанционното сондиране с глобалното позициониране и географските информационни системи може да се окаже ефективен метод за точна интерпретация на получените данни. Тази технология позволява да се получат графични изображения на важни обекти в райони с потенциални рискове.
Доколкото прогнозирането на естествените рискове зависи от анализирането на математични модели, важно значение има всяка възможност за нова или допълнителна информация за обновяване или по-нататъшна разработка на тези модели.
Дистанционните снимки позволяват да се получи информация, недостъпна за наземните методи, дават възможност за сигурно екстраполиране на наземните данни и целенасочено да се разположи наземната мрежа, като я прави репрезентативна. Създадената по този начин система позволява да се получи информация за цялата площ на контролирания район, като се интегрират данните за различните компоненти на околната среда.
Съгласуването на човешките цели с природните закономерности изисква всестранно наблюдение на процесите, протичащи в природата и контрол върху поведението на хората за ненарушаването на природните закономерности.
С течение на времето околната среда се променя под натиска както на естествени така и на антропогенни процеси или в следствие на взаимодействие между двете. Тези промени са тревожни за човечеството и поставят въпроси пред него, на които окончателен отговор все още няма. Какви точно са измененията в околната среда? Каква част от тях се дължат на човека и каква на естествените процеси? Могат ли да бъдат предвидени бъдещи изменениея на околната среда?
Мониторинговата дейност играе значителна роля в управлението на процесите за опазванена на околната среда, чрез създаване на информационна база данни за взимане на управленчески решения. Системата, чрез която се наблюдават, анализират и прогнозират измененията в състоянието на босферата, настъпили или настъпващи вследствие на антропогенно въздействие се нарича Екологичен мониторинг [ЕМ].
Екологичният мониторинг е система за наблюдение, анализ, оценка и прогнозиране на измененията в компонентите на околната среда, с помощта на системност и функционалност. ЕМ се дели на два основни метода: традиционен и дистанционен. Традиционният мониторинг използва ръчни автоматични пунктове за пробовземане и мобилни станции. Методът включва: пробовземане, консервиране на пробите, съхраняване на пробите, подготовка на пробите за анализ, изследвания ( биологични, физични, химични, електрохимични, спектрометрични, хроматографски), документиране на резултатите. Вземането на пробите се извършва от специалист по съответния компонент на околната среда, следвайки съответна методика. Грешките в резултат от неправилно вземане на проби не могат да бъдат компенсирани. Традиционната мониторингова дейност се изгражда на базата на три основни информационни източника: данни от автоматизираните пунктове и ръчно пробонабиране; данни от лабораторни анализи и автоматизирани станции; данни от статистически и други институции имащи пряко отношение към изследването на околната среда.
За да се осигури комплексност, максимална оперативност, достоверност, пълнота, пространствена характеристика на информацията, контролирането и документирането на трансграничния пренос на замърсяването и антропогенното влияние върху състоянието на околната среда, извършването на бърза и обективна оценка на резултатите от антропогенното въздействие върху околната среда; е необходимо да се използват дистанционни методи в интерес на екологичния мониторинг. Дистанционните методи [ДМ] допълват традиционните, като покриват по-големи пространства, осигуряват по-голяма честота на наблюденията и са на относително по-ниска цена. Системата за наземни измервания позволява калибровка на данните и изображенията от дистанционните методи. Предимствата на ДМ се изразяват в глобалния избор; достъпа до трудно или въобще недостъпни територии, процеси и събития; независимост от локалното време на денонощието; независимост от климатичните условия и озона; възможност за продължителни изследвания и получаване на големи масиви от многоканални данни и изображения.
Дистанционен мониторинг - измерването и/или наблюдаването на енергийните характеристики на собственото и отразеното лъчение на различните природни образувания на сушата, океана и атмосферата в различни диапазони на електромагния спектър - ултравиолетов, видим, червен, микровълнов.
При дистанционните измервания се получава информация без пряк контакт с обекта. Физическата основа на този мониторинг са явленията, свързани с излъчване, отражение, поглъщане, разсейване и предаване на енергия. Най-често първичен източник на излъчване е Слънцето. При преминаване през атмосферата слънчевото излъчване променя своята интензивност и спектрално разпределение. При достигане го изследвания обект част от слънчевото излъчване се отразява, друга - поглъща, а трета - преминава. Част от отразената от изследвания обект енергия, след преминаването и през атмосферата и нейното влияние, достига заедно със собственото топлинно излъчване на обекта и атмосферата до измервателния апарат, който може да е на борда на изкуствен спътник, на пилотирана орбитална станция, на балон, на самолет-лаборатория и други пригодени за целта летателни апарати. Дистанцията между сензора и обекта се измерва от метри до стотици километри.
Особено важна е ролята на дистанционния мониторинг в агроекологията и земеделието.
Болестите по растенията, пренаторяването на почвата, наличието на пределно допустими количества тежки метали в нея, вредителите, в една или друга степен подтискат развитието на посевите. Растенията, които се развиват в такива условия са в стресово състояние. Стресовете по растенията могат силно да намалят добива или да го направят негоден за употреба (наличие на нитрати, тежки метали и др.). Ранното откриване на подобно състояние в растенията дава възможност навреме да се приложат необходимите агромероприятия или да се бракува.
За земеделието в САЩ официално се правят наземно и аерокосмически изследвания от около 30 години, започвайки с изучаването на отражателните характеристики на растения в определени части на електромагния спектър. От оптичните характеристики на растенията най-често се измерват отражението и поглъщането. Отражението на слънчевата радиация от растителната покривка във видимия и инфрачервен диапазон се измерва с многоканални спектрометри.
През 1979 се създава фирмата Li-Cor по линия на фондация Рокфелер. Освен различни апарати и системи за измерване на слънчевата радиация, на количеството светлина оползотворявано от растенията, на сензори за определяне на листната площ и др., се създават специални спектрометри - варианти за аерокосмически и наземни спектрални изследвания в лабораторни и полски условия. Особен напредък в това отношение е отбелязан в страни като САЩ, Канада Франция.
В България са конструирани няколко вида спектрометри от института по космически изследвания към БАН - системите ИСОХ, които съдържат спектрометър, памет, преносим терминал и източник на захранване. Освен у нас подобни системи са използвани в Русия, Украйна и Казахстан.
В Институра по метеорология и хидрология към БАН са разработени спектрометри "Агроспектър" за дистанционните изследвания в агрометеорологията.
Спектрометрирането се извършва по три начина: лабораторно - с изкуствен източник; с наземни методи на открито - спектрометърът се поставя на стойка над посева; аерокосмически изследвания със спътници, самолети и специални платформи.
По линия на двустранното сътрудничество между Институт по почвознание "Никола Пушкаров" и Агрофизичния институт в Санкт Петербург е разработена и конструирана Автоматизирана лазерна система [АЛС] (ползваша хелий-неонов лазер за светлинен източник).
Със системата се измерват коефициенти на отражение, поглъщане и пропускане in vivo - на растения, и in vitro на откъснати листа. Сравнението на данните на спектрометъра ИСОХ и Автоматизираната лазерна система за отражението при една и съща дължина на вълната показва, че точността при АЛС е значително по-висока.

Литература:
Леков Г., Ф.Козарски, Модернизиране/изграждане на системата за
наблюдение, ранно предупреждение и оповестяване. Проект "Анализ на
съществуващите информационни система, включени в националната система за
наблюдение, ранно предупреждение и оповестяване", София, 2007.

доц. д-р. Ботьо Захаринов, ст.н.с 1 ст. д-р Веселина Илиева, Дистанционни методи в агроекологията





Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Дистанционен мониторинг 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.