Введение к работе
Актуальность темы. Охрана окружающей среды в различных регионах России связана с решением двух основных задач – оперативного получения информации и применения эффективных способов изучения природных и техногенных систем. С этой целью созданы и используются разнообразные мониторинговые комплексы, которые основываются на наземных и дистанционных методах в решении экологических задач. Каждый из этих методов обладает достоинствами и недостатками, которые связаны с вопросами экономичности и целесообразности применения.
Неоспоримым преимуществом при исследованиях природных компонентов окружающей среды и техногенных объектов обладают современные аэрокосмические технологии, и в их числе дистанционное тепловизионное зондирование Земли (ДТЗЗ), которое может применяться для решения геологических, экологических и техногенных задач. Сущность метода заключается в получении снимков в тепловом инфракрасном (ИК) диапазоне с космических и авиационных носителей, обработке изображений и представлении их в виде моделей плотности потока теплового излучения.
На локальном и детальном уровнях экологического мониторинга необходимо внедрение современных видов носителей с тепловизорами, имеющими улучшенные пространственные и температурные характеристики, с целью создания более информативной, многоцелевой и экономически целесообразной технологии авиационного зондирования. В этой связи для широкого использования ДТЗЗ в решении геоэкологических задач предусматривается совершенствование многоуровневой методики тепловизионной съемки с использованием возможностей различных носителей, развитие способов обработки и дешифрирования данных, создание нового информационного продукта на основе интерпретации и графического представления материала, что определяет актуальность работы.
Цель работы и задачи исследования. Основной целью исследования является развитие методик съемки и интерпретации данных дистанционного тепловизионного зондирования при геоэкологических исследованиях природных и техногенных систем.
Цель достигнута решением следующих задач: совершенствование методики многоуровневой авиационной тепловой съемки в различных природных и техногенных условиях; развитие эвристического способа обработки снимков путем построения объемной модели потока теплового излучения, применения нового подхода к истолкованию и графическому представлению тепловизионных материалов; создание эффективного способа интерпретации космических тепловизионных данных при исследовании экологического состояния растительности и природных ландшафтных систем в местах интенсивной разработки нефтяных и газовых месторождений; оценка возможностей тепловизионной съемки при геоэкологическом изучении среды в городских условиях и при эксплуатации магистральных нефтепроводов.
Научные результаты и их новизна
1. В процессе тематических исследований создан авиационный тепловизионный измерительный комплекс на базе вертолета и теплового дирижабля GEFA-FLUG AS-105GD, современной регистрирующей аппаратуры NEC Thermo Tracer TH9260 высокого пространственного разрешения. По результатам многочисленных экспериментальных работ в различных регионах России разработан технический регламент авиационной съемки.
2. Предлагается новая методика многоуровневого зондирования геологической среды с использованием тематической обработки снимков в тепловом инфракрасном диапазоне с космических и авиационных носителей для получения непрерывной картины распределения эндогенного потока теплового излучения Земли.
3. На базе эвристического подхода к решению обратной задачи дистанционного зондирования разработана методика построения объемной геотермической модели теплового излучения среды и способы ее интерпретации для решения геоэкологических и техногенных задач. Использование апробированной методики открывает большие возможности для эффективного изучения состояния нефтепроводов, загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами на суше и море, экологического состояния труднодоступных регионов.
4. Разработан новый способ оценки экологического состояния среды, основанный на комплексном анализе индекса «стресса» растительности и глубинного строения теплового поля Земли, использующий разновременные космические снимки в расширенном диапазоне длин волн от видимого спектра до дальнего инфракрасного.
Фактическая основа работы. Диссертация выполнена в период обучения в заочной аспирантуре с использованием материалов компании «ТРАНС-СЕРВИС» (г. Кириши) в рамках научно-практических исследований по изучению экологического загрязнения окружающей среды в городах Санкт-Петербург, Ульяновск, Туапсе, а также на территории Западной Сибири, Пермского края, Республик Дагестан и Татарстан. В основу работы положены материалы многолетних исследований с применением авиационной съемки регионов России, проводимых при непосредственном участии автора в качестве одного из основных исполнителей. Полученные результаты нашли широкое применение в производственной деятельности многих компаний.
Практическое значение работы. Разработанная методика многоуровневого тепловизионного зондирования Земли и интерпретации данных позволяет осуществлять оперативный мониторинг экологической обстановки и оценку состояния техногенных объектов. Результаты дешифрирования снимков ДТЗЗ, описывающие глубинное строение геологической среды, являются незаменимым источником информации при выявлении потенциально опасных мест. Преимуществами предлагаемой методики является информативность данных и высокая производительность работ, возможность изучения и анализа труднодоступных районов, относительная дешевизна при исследовании больших территорий, абсолютная экологическая чистота.
Защищаемые положения
1. Эффективность дистанционного тепловизионного зондирования Земли при геоэкологических исследованиях природных и техногенных систем достигается измерительным комплексом высокого разрешения, разновысотной аэрокосмической съемкой, эвристическим способом обработки снимков с построением объемной модели плотности потока теплового излучения и блоково-разломных структур.
2. Предложенный метод оценки экологического состояния в местах интенсивной разработки углеводородов основан на извлечении комплексной информации о пространственной и временной динамике нормализованного индекса «стресса» растительности в увязке с глубинным строением геологической среды.
3. Методика космической и авиационной тепловизионной съемки при изучении экологического состояния окружающей среды в процессе эксплуатации магистральных нефтепроводов, загрязнения нефтепродуктами в городах и акваториях позволила выявить аномальные участки теплового поля, установить местоположение источников загрязнения, путей миграции и концентрации вредных веществ.
Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 11 статей, оформлено две заявки на патент. Издано три статьи в журналах из Перечня ВАК («Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений», «Георесурсы»).
Основные результаты работы обсуждались на конференциях: «Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов» (Казань, 2007), «Изменяющаяся геологическая среда: пространственно-временные взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов» (Казань, 2007), «Problems of Geocosmos: 7th International Conference» (Санкт-Петербург, 2008), «Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов» (Казань, 2008), «Современные вопросы природопользования: агропромышленный комплекс и лесное хозяйство» (Казань, 2008), «Аэрокосмические технологии в нефтегазовом комплексе» (Москва, 2009), «Инновационные технологии в геологии и разработке углеводородов» (Казань, 2009).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения; общий объем работы 137 страниц текста, включая 54 рисунка, 4 таблицы и 123 библиографических наименования.
