Применение цифровых приборов при экологических исследованиях

1. Подсистема сбора и предварительной обработки спутниковых данных;

2. Подсистема тематического анализа спутниковых данных;

3. Подсистема анализа данных и моделирования;

4. Информационная система TerraNorte.

Ниже рассмотрено содержание указанных компонентов системы спутникового мониторинга наземных экосистем Северной Евразии.

Подсистема сбора и предварительной обработки с

путниковых данных предназначена для формирования архивов данных спутниковых наблюдений и получения улучшенных, т.е. очищенных от влияния факторов, ограничивающих их использование (облака, тени, аппаратные помехи и т.д.), а также при необходимости скорректированных за влияние атмосферы, угловых условий освещения и наблюдения, продуктов данных.

Классифицируя доступные в настоящее время и активно используемые для мониторинга наземных экосистем Северной Евразии спутниковые системы оптического диапазона длин волн по уровню пространственного разрешения, можно выделить следующие основные группы:

Данные низкого пространственного разрешения (~ 1 км), имеющие, как правило, наиболее высокую периодичность наблюдений и способные не реже чем ежесуточно обеспечивать глобальное покрытие Земли (в бореальной зоне до 2-3 раз в зависимости от широты местности). К спутниковым инструментам этого уровня разрешения относятся системы NOAA-AVHRR, SPOT-Vegetation и Terra/Aqua-MODIS, обеспечивающие получение данных измерений в широком диапазоне длин волн оптического спектра.

Данные среднего пространственного разрешения (~ 250-500 м), к числу которых относятся наблюдения, проводимые спутниковыми системами Terra/Aqua-MODIS и Envisat-MERIS. Эти системы, как правило, способны обеспечить глобальное покрытие в течение 1-3 дней и также проводят измерения в широком диапазоне длин волн.

Данные высокого пространственного разрешения (~ 20-50 м), обеспечивающие, как правило, частоту наблюдений одной территории не чаще чем один раз в две недели. К спутниковым системам этого класса, в частности относятся Landsat-TM/ETM+, SPOT-HRV/HRVIR, Terra-ASTER, Метеор-3М/МСУ-Э.

Данные сверхвысокого пространственного разрешения (~ 1-3 м), применяемые, как правило, для выборочных наблюдений на нерегулярной основе. К их числу, в частности, относятся спутниковые системы IKОNOS, Quick Bird и SPOT-HRG.

Комбинированное использование спутниковых данных указанных выше групп, в совокупности с наличием соответствующих алгоритмов анализа данных и методов пространственного моделирования, позволяет спроектировать систему мониторинга наземных экосистем Северной Евразии, обеспечивающую квазинепрерывность наблюдений при субконтинентальном охвате территории и получении в ряде случаев детальных характеристик ключевых объектов и явлений.

В настоящее время спутниковые данные и результаты их обработки поступают в систему из центра приема ИКИ РАН и центров сбора и обработки данных различных российских институтов (ИСЗФ СО РАН, ИОА СО РАН, ИКФИА СО РАН и др.). В систему также поступают данные из специализированных Российских и международных центров приема, обработки и распространения спутниковых данных. При этом комплекс работ по созданию TerraNorte не предусматривает разработки новых технических и программных средств сбора и предварительной обработки спутниковых данных, а реализация соответствующей подсистемы основывается на тесной интеграции TerraNorte с комплексом разработанных в ИКИ РАН автоматических технологий обработки различных типов спутниковых данных.

Подсистема анализа данных и моделирования процессов в наземных экосистемах предназначена для создания производных информационных продуктов высокого уровня на основе банка данных TerraNorte с использованием специализированных алгоритмов тематического анализа и математических моделей и включает в себя, в частности, следующие типы моделей:

1. модели продукционных процессов в наземных экосистемах;

2. модели сукцессонной динамики растительности;

3. модели взаимодействия наземных экосистем и климата;

4. модели оценки компонентов цикла углерода и других биогеохимических циклов;

5. модели циклов энергии и воды.

Структура информационной системы TerraNorte включает в себя ряд рассмотренных ниже компонентов, а именно:

1. Банк данных

2. Геоинформационная система

3. Подсистема удаленного доступа к данным

Банк данных является ядром информационной системы TerraNorte. Геоинформационная система предназначена для осуществления двух основных функций, а именно для обеспечения доступа локальных пользователей к банку данных TerraNorte, а также для проведения пространственного анализа и моделирования с целью получения производных информационных продуктов второго и более высокого уровней на основе различных пространственных данных. Подсистема удаленного доступа к данным на основе Интернет-технологий обеспечивает пользователям возможность получения как собственно информационных продуктов из банка данных, так и данных в виде табличных и графических документов, синтезируемых в соответствии с запросами пользователей. В настоящее время пользователи могут получить доступ к информационной системе TerraNorte через web-сайт по адресу http://terranorte.iki.rssi.ru.

Особенности программно-аппаратной реализации системы TerraNorte

Техническая реализация информационной системы TerraNorte основана на объединенном использовании нескольких файл-серверов, обеспечивающих хранение содержимого банка данных. При этом данные распределены между серверами в соответствии с их статусом (входные, промежуточные, выходные), типом (спутниковые, картографические, табличные) и форматом хранения (СУБД, бинарные файлы, файлы в формате ГИС-пакетов и др.)

Доступ конечных пользователей к данным системы обеспечивается web-сервером.

Разработка информационной системы поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (проект № 04-07-90263-в).

II. Система АРМ ЭКОМ (автоматизированное рабочее место экологического мониторинга).

Программная система АРМ ЭКОМ является многофункциональной информационной системой, построенной на базе ГИС МарInfo. Назначение системы состоит в хранении, обработке и представлении цифровой картографической, экологической и других видов информации. Система позволяет:

- осуществлять сбор, классификацию и упорядочивание экологической информации;

- исследовать динамику изменения состояния экосистемы в пространстве и времени;

- по результатам анализа строить тематические карты;

- моделировать природные процессы в различных средах;

- оценивать ситуацию и прогнозировать развитие экологической обстановки.

На ГИС-основе создана база моделей природных и техногенных объектов, база данных контрольных измерений, справочники вредных веществ, содержащие значения предельно допустимых концентраций и группы лимитирующих признаков вредности. Оцифровка осуществлена послойно, т.е. каждая группа однотипных элементов (реки, озера, дороги, города, предприятия) заносятся в отдельный слой. База данных цифровой карты включает два типа картографической информации: пространственную и описательную. Преимущества ГИС состоит в связывании этих двух типов данных и поддержании пространственных связей между объектами. Описательная часть БД хранится в формате DBF, что позволяет независимо заполнять ее в других программных оболочках, например FoxPro. Это особенно актуально для результатов контрольных измерений, имеющих большой объем.

 Скачать реферат