Бобков А.А. 1),  Вершинин А.П. 1), Гершензон В.Е. 2), Намятов В.А. 2), Щербаков В.М. 1)

Комплексный подход оценки материалов многозональных ко­смических съемок при изучении объектов природ­ной среды

1) Санкт-Петербургский государственный университет, факультет географии и геоэкологии
2) ООО «Сканэкс», г.Москва

Одной из главных задач современной геоэкологии является задача оперативной оценки  и  прогноза состояния природной среды, особенно в районах, подверженных интенсивной  хозяйственной деятельности. Решение  этой  задачи с одной стороны связано с обобщением имеющихся знаний и созданием специальной системы наблюдений и регистрации параметров природной среды, а с другой стороны требует разработки математических моделей географических процессов и схем прогноза состояния компонентов ландшафта. При этом чрезвычайно важно, чтобы системы контроля адекватно соответствовали принципиальным требованиям моделирования, поскольку математические алгоритмы в процессе их использования неизбежно должны видоизменяться и усовершенствоваться. В противном случае применение моделей становится произвольным, и их верификация может носить случайный характер. В плоскости решения задач мониторинга и моделирования формулируется проблема оценки экологического риска и его роста под влиянием активизации хозяйственной  деятельности. По сути, эта задача является одной из ключевых при расчетах перспектив развития общества и его взаимоотношений с географической средой.
Согласно современным  представлениям, решение данной задачи возможно исключительно на основе методов математического моделирования. В настоящее время при создании подобных моделей используется целый ряд подходов (статистический и системный анализ, метод  экспертных  оценок,  построение физико-математических моделей и т.п.). Отсюда следует, что при создании моделей развития геосистем одним из определяющих  факторов является процесс взаимодействия тепла и влаги в деятельном слое грунты - почвы - растения - атмосфера, в котором ключевым звеном является испарение. Общая модель процесса испарения в природе является основой для разработки схемы развития поверхностного процесса. Очевидно, данные модели должны базироваться на достоверных данных, полученных как при наземных измерениях, так и методами дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). На рис. 1 - 3 показана изученность территории России насыщенностью пунктов накопления баз данных (БД) с момента первых гидрометеорологических наблюдений по настоящий момент.

Рис. 1.Сеть WMO

Рис. 2.
Пункты расчетов испарения
 

Рис. 3.

Еще недавно, технологии аэрокосмического зондирования являлись редкостью и были мало кому доступны по причине дороговизны специального оборудовании и недостатка специальных знаний. И хотя территория России многократно исследована из космоса различными аппаратами, по понятным причинам, не каждое такое исследование может быть использовано при решении задач мониторинга и моделирования. Последние годы характеризуются резким ростом числа космических программ, а так же существенным изменением их технического и организационного характера. Наметилось техническое отставание “централизованных программ”, связанных с запуском “тяжелых”, в том числе коллективных, космических платформ и эксплуатацией ограниченного числа затратоемких приемных центров, от стремительно растущих “программ малых космических аппаратов” (и их серий), а также развивающейся иной – распределенной инфраструктуры приема, хранения, распространения данных из космоса.
До сих пор бытует мнение о том, что аэрокосмическое зондирование относится к области, поддерживаемой централизованными и хорошо финансируемыми правительственными и промышленными структурами. Хотя это совсем не так. Граница предпочтения доступа к данным смещается в сторону программ с открытым информационным интерфейсом и гибкой лицензионной политикой. В связи с этим повысилась и заинтересованность организаций к данным дистанционного зондирования (ДДЗ). Т.е. с совершенствованием космических технологий расширяется и область их применения. Особенным направлением использования результатов ДДЗ является моделирование поверхностей, и в первую очередь рельефа.
В современной практике применяется достаточно много методов и способов моделирования рельефа. При векторной форме представления результатов практически все они предназначены для отражения точек в трехмерном пространстве X, Y, Z.. В качестве абсциссы и ординаты всегда используются угловые или линейные расстояния от некоторого установленного начала отсчета. Что касается аппликаты, то она может означать высотные отметки земной поверхности (ЗП), испарение, температуру почвы и т. д. В геометрическом смысле метрика, как способ задания расстояния между двумя точками, может представляться как в трехмерном пространстве признаков, так и в многомерном. Разумеется, что, по крайней мере, две оси системы координат используются для фиксирования точки на некоторой базовой плоскости, т. е. в плане. И здесь речь идет только о расстоянии. Остальные оси – одна, две, три и больше – могут представлять самые разные показатели. Рассматривая земную поверхность, естественно в качестве аппликаты принять высоту. Обычно на этом всё векторное цифровое представление рельефа и заканчивается. Тем не менее, ни что не мешает в таких моделях задать и четвертое, и пятое, и n-ое  измерение. При растровом представлении многопризнаковые модели – составляют подавляющую долю в современных картографических материалах. Именно на этих данных построены компьютерные технологии обработки космических снимков, включающие преобразование изображения приемами матричной алгебры, статистического анализа фотометрических характеристик и т. д. Здесь следует заметить, что в рамках ГИС-технологий многопризнаковое пространство элементарно формализуется многослоевым картографическим изображением. Известно, что рельеф обладает определенным радиационным эффектом. Эту величину можно показать 4-ой осью в задаваемой радиационной шкале значений. Создаваемые, таким образом, модели рельефа приобретают еще одну метрику. Другими словами: “Точки земной поверхности параметризуются координатами X, Y, H, R”. Так как накапливаемые суммы радиации являются функциями, содержащими, в качестве аргументов, крутизну и экспозицию склона, то параметр R, является неотъемлемым его свойством, подлежащим моделированию. Алгоритм, построенный с учетом перечисленных свойств рельефа, должен включать в себя гипсометрический и радиационный модули.
Очевидно, что совмещение смоделированных гипсометрического и радиационного полей с полем, например, температурным, зафиксированным при тепловой космической съемке существенно расширяют интерпретационные возможности данных ДЗЗ. В этом случае дешифрирование космических снимков приобретает смысл геоморфологического анализа земной поверхности, учитывая, что радиационные и температурные контрасты “обнажают” структурные линии рельефа (см. рис. 4, где отражены горизонталями рельеф и картограммой радиационный эффект).