Чрезвычайные ситуации → Эколого-экономическая деятельность предприятий → Методы и средства экологического мониторинга при чрезвычайных ситуацияхВ настоящее время методы ЭМ отработаны и применяются во многих странах Запада. Наиболее сложную систему представляют дистанционные методы. Их разработка объединяет ученых разных стран для создания универсальных систем и программных средств, предназначенных для получения экологической информации. Широко используются некоторые системы: TU-LIS - информационная система исследования техносферы и воздуха, или ALBIS - информационная система, используемая при исследовании ландшафтов и биотопов.
С точки зрения ЭМ эти системы способны быстро распознавать необычные изменения, даже если они происходят слишком медленно, и человек не способен их обнаружить. Широко используется также система RIPS - пространственной информации и планирования. В совместном сотрудничестве ряда стран Западной Европы были разработаны несколько проектов. Так, в проектах WANDA и RESEDA предложены две системы для дистанционного сбора данных и обработки информации, получаемой при измерении показателей водной среды. Обе системы рассчитаны для использования в качестве консультантов (на персональных компьютерах).
В основе любой схемы проведения ЭМ лежат как дистанционные методы, так и конкретные средства, использующие физико-химические и биологические методы анализа. Без современных дистанционных аэрокосмических средств невозможно проводить крупномасштабный мониторинг поверхности Земли, мирового океана, озонового слоя Земли и т.д. Их преимущество, хотя они и не всегда обеспечивают необходимую детальность, в том, что информация о всех участках исследуемого объекта (например, Земного шара) получается в одном стандарте, регулярно, с определенным временным интервалом. Это дает возможность получения снимков состояний ОС.
Первичная информация, получаемая от исследуемого объекта, фиксируется системой датчиков, которые устанавливаются либо стационарно на полигоне, либо в передвижных лабораториях (поезда, теплохода, самолета, спутника). Современные дистанционные методы в сочетании с адекватными способами расшифровки информации являются единственно возможным средством эффективного ЭМ как на глобальном, так и на местном уровнях. На основе информации, поступающей с датчиков, и ее последующей обработки создаются базы данных, строятся прогнозы по экологическому состоянию ОС, разрабатываются технологии по улучшению экологической ситуации и предотвращению возможных природных и техногенных катастроф.
Работа с информационными потоками ЭМ имеет несколько стадий:
Таким образом, расшифровка информации требует сложных вычислительных технологий, необходимых баз данных, использования методов вычислительной геометрии, компьютерной графики и др. Радары инфракрасные датчики позволяют выйти за пределы видимой области спектра и обеспечивают получение информации о температуре па поверхности Земли, интенсивности растительного покрова, классификации типа почв и т.д. Анализ полученных данных построен па интеграции трех базовых технологий: обработке изображений, необходимых баз данных и ГИС.
Рассмотрим несколько подробнее наиболее сложные ступени обработки дистанционной информации. Самым важным методом является обработка цифровых данных, полученных со спутников, или растровых изображений оцифрованных аэрофотографий. Растровые изображения могут состоять из нескольких слоев информации, каждый из которых представляется двумерной численной матрицей. Эти числа можно интерпретировать как цвета или оттенки серого цвета.
Традиционные черно-белые изображения содержат один или три слоя информации в видимом спектре. Дистанционно собранные данные содержат информацию и в невидимой области спектра, например, в инфракрасной. Таким образом, мультиспектральное растровое изображение можно рассматривать как математическое отображение, связывающее любой массив элементов в двумерном пространстве с элементов многомерного пространства данных. Выделяются обычно два типа систем дистанционного сбора информации: активные и пассивные. Активные генерируют электромагнитное излучение и измеряют его отражение от исследуемого объекта. Пассивные используют внешние источники излучения.
Фиксируемое электромагнитное излучение подвергается многочисленным влияниям, и его интенсивность определяется многими параметрами (например, зависит от отражающей или излучающей способности земной поверхности), поэтому одно и то же явление или объект могут выглядеть по-разному, и необходима калибровка. При дальнейшей обработке данных с отдельных датчиков с помощью методов преобразования координат, повышения контрастности, а также логико-графического комбинирования нескольких слоев можно получить хорошие результаты или «образы», например, «образ» растительности, представление водоемов с повышенной контрастностью и др. Все это является источником цепной информации для экспертов.
Проблемы активного мониторинга в России рассматривается, например, где представлена автоматизированная система активного мониторинга, содержащая центр сбора информации и стационарные контрольные пункты, размещенные по определенной схеме и обеспеченные роботизированными измерительными комплексами в зонах техногенных источников загрязнения.
С применением принципов системного картографирования составлены сопряженные фундаментальные (ландшафтные), прикладные карты с учетом истории формирования ландшафтов под воздействием природных и антропогенных факторов.
Что касается методов ЭМ по некоторым конкретным вопросам, таким как исследования качества воды, состояния почвы, воздуха, используются средства, не требующие долгого многоуровневого анализа для расшифровки результатов, но для обработки больших массивов данных нуждаются в компьютерной технике и программных средствах. Рассмотрим кратко эти методы на примере исследования почвы, воды, атмосферы.
На конкретных примерах рассмотрено применение материалов космической съемки, радарной и тепловой съемки для картографирования и исследования характеристик почвенного покрова, оценки свойств почв, картографирования и оценки сельскохозяйственных угодий и естественной растительности. Значительное внимание уделено мониторингу почвенного покрова и свойств почв, естественной и культурной растительности, земельных ресурсов и экологических бедствий. Рассмотрены роль и место геоинформационных систем в исследовании почв и земельных ресурсов.
На примере водного мониторинга большого внимания заслуживают методы контроля и очистки, разработанные в Японии. Это комплексы, которые не просто определяют состояние и степень загрязнения воды, но обеспечивают и автоматизированную очистку. Диспетчерский блок проводит слежение за концентрацией примесей, калориметрическими данными, рН, проводимостью и др. Система способна дистанционно регулировать многие физико-химические показатели с помощью специально установленных блоков и нефелометрического анализа. На примере этой системы продемонстрирована возможность и необходимость использования электроаналитических, полярографических методов и их надежность, простота и универсальность.
Подробное представление об их применимости дает обзор, в котором представлены данные о состоянии полярографических методов определения микроэлементов в природных водах. Приведены основные характеристики различных полярографических методов (чувствительность, точность, интервал измеряемых концентраций, состав солевого фона и рН, потенциалы накопления и т.п.) для определения свинца, меди, кадмия, цинка, никеля, кобальта.
Многие загрязняющие вещества, растворенные в воде, резко меняют ее электропроводность. Это дает возможность использовать геоэлектрические методы для установления пространственно-временных изменений загрязнения неглубоких подземных вод по разнице в электросопротивлении загрязненных и незагрязненных вод. Методы позволяют определить влияние геометрии водоносной системы (глубины залегания, мощности водоносного горизонта) на качество воды.
В современной структуре водопользования с взаимоналожением разных зон водопользования друг на друга, частыми аварийными сбросами сточных вод и других видов загрязнения, спецификой гидрологического режима зарегулированного стока рек крайне необходима диагностика качества воды (KB). Наиболее совершенные системы контроля используют компьютерные технологии для прогноза загрязнения подземных вод (ПВ). Так, в работе разработана компьютерная модель, ориентированная на решение широкого круга задач методом вычислительного эксперимента.