Мониторинг чрезвычайных ситуаций с применением радарных космических данных

0

Изменение погодных условий по всему миру обуславливает увеличение частоты возникновения стихийных бедствий и их масштабности. Так, количество наводнений резко возросло примерно с 50 до 300 случаев в год в период с 1980 по 2000 гг. Фактически треть всех человеческих и финансовых потерь, вызванных стихийными бедствиями, приходится на наводнения. Во многих странах сезонные наводнения ежегодно уносят множество человеческих жизней и приводят к опустошению огромных территорий.

Организации, занимающиеся прогнозом и ликвидацией последствий стихийных бедствий, нуждаются в точных геопространственных данных для эффективной оценки опасности, своевременного реагирования, планирования спасательных мероприятий и эффективного снижения рисков.

Наборы необходимых пространственных данных включают в себя:

  • цифровыемодели рельефа (ЦМР) — трехмерныекартыземной поверхности, которые могут быть использованы пригидрологическоммоделировании, оценке опасности оползней, реагировании на чрезвычайные ситуации, планировании маршрутови виртуальныхвоздушных проходов;
  • ортотрансформированные оптико-электронные (ORIs) и радиолокационные снимки (ORRIs)—геометрически скорректированныеизображения,обеспечивающие«истинное»отображениеприродных и антропогенных объектов наземной поверхности (используются для идентификации зданий,сооружений, водоемов и др.);
  • схемы размещения дренажных сетей — используются дляанализагидрологических условий и при подготовке к наводнениям;
  • карты наводнений, создаваемые в период наводнений, для указания их местоположения и степени затопления территории.

Получение данных с наименьшими затратами

В то время, как большинство организаций, занимающихся прогнозом и ликвидацией последствий чрезвычайных ситуаций, имеют необходимый набор геопространственных данных на участки городской застройки и развитые регионы, оперативное получение точной и актуальной информации на сельские территории чрезвычайно проблематично.

Сельские территории, как правило, обширны, и до сегодняшнего дня стоимость создания карт и ЦМР на такие области непомерно высока. В результате данные, имеющиеся на такие регионы, либо десятилетий давности, либо недостаточного качества для оценки опасности наводнений. Спутниковые системы, оснащенные радарами с синтезированной апертурой, являются экономически эффективным способом получения данных на территории, картографирование которых в противном случае было бы слишком дорогостоящим. Спутниковая система RADARSAT-2 обладает уникальными возможностями, которые делают ее идеальной платформой для быстрого картографирования и мониторинга обширных территорий.

Так, компания MDA предоставляет набор геопространственных продуктов в рамках Программы оценки рисков возникновения стихийных бедствий и ликвидации их последствий (Risk and Exposure Assessment for Mitigation — DREAM), проводимой Университетом Филиппин (рис. 1). Предполагается, что предоставляемые компанией MDA данные, станут источником ценной информации, необходимой для прогнозирования наводнений и оценки рисков возникновения оползней. Набор пространственных данных будет включать как данные лазерного сканирования, так и радарные данные. Полученная информация будет предназначена для обеспечения своевременной, экономически эффективной съемки всей территории страны.

Print
Рис. 1. Компания MDA предоставит набор пространственных данных, включающий ЦМР, ортотрансформированные радарные и оптические снимки, схемы дренажных сетей, карты наводнений

 

Создание цифровых моделей рельефа

 Существует ряд технологий создания ЦМР. Как следует из табл. 1, каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе оптимального способа создания ЦМР, в зависимости от конкретных целей использования данного типа информации.

Компания MDA разработала комплекс решений, позволяющих оперативно выполнять оценку опасности возникновения наводнений на национальном уровне.

Таблица 1. Технологии создания ЦМР

t
Оперативная съемка районов стихийных бедствий

Специалисты по борьбе со стихийными бедствиями хорошо осведомлены о масштабах ущерба, который ежегодно наносят наводнения на Филиппинах. Начиная с 1900 г., на Филиппинах произошло большее число наводнений, чем в любой другой стране. Основной причиной этого являются тропические циклоны. Только в 2011 г. прохождение 19 тропических циклонов над территорией страны унесло 1500 человеческих жизней и нанесло экономический ущерб в размере 640 млн долл. Для предотвращения катастрофических последствий наводнений команда специалистов Университета Филиппин планирует впервые создать детальную трехмерную модель местности на всю территорию страны. Университет Филиппин выступил инициатором DREAM (Программы оценки рисков возникновения стихийных бедствий и ликвидации их последствий) при поддержке национального правительства и при участии департамента науки и оперативного прогноза возникновения чрезвычайных ситуаций.

Данная программа будет сочетать в себе построение ЦМР по радарным данным со спутника RADARSAT-2 на всю территорию страны, а также осуществление лазерного сканирования на крупные города.

При планировании данной программы было признано целесообразным осуществлять высотную съемку различных регионов страны с разным пространственным разрешением. Компания MDA будет предоставлять данные на двух уровнях, обеспечивая более высокую детальность ЦМР на зоны наводнений при одновременном обеспечении полного покрытия остальной части страны высотной съемкой с более низким пространственным разрешением:

  • первый уровень ― высокоточная ЦМР, полученная по данным RADARSAT-2 на прилегающие к рекам области, ортотрансформированные радарные снимки с пространственным разрешением 3 м, гидрографические карты;
  • второй уровень ― стандартная ЦМР, полученная по данным RADARSAT-2 на всю страну для прогнозирования наводнений на удаленных территориях.

Оперативность и своевременность являются ключевыми компонентами программы DREAM. В течение шести месяцев с начала действия договора MDA создаст ЦМР на территорию Филиппин общей площадью покрытия 300 тыс. кв. км, тем самым предоставив высотную съемку, получение которой с помощью других технологий с той же детализацией, оперативностью и тем же бюджетом было бы не возможно. Руководитель DREAM Энрико Парингит объясняет компромиссный подход так: «Необходимо найти баланс между стоимостью и уровнем детализации, достаточным для борьбы с бедствиями».

«Компания MDA обладает уникальной базой для участия в программе DREAM, особенно в части осуществления гидрологического анализа. ЦМР RADARSAT-2 хорошо подходят в качестве исходных данных для наших компьютерных моделей, описывающих сброс воды из горных районов. Данные лазерного сканирования обеспечивают уровень детализации, подходящий для картографирования затопления в поймах. Получение ЦМР средней точности, отвечающей как требованиям гидрологического анализа, так и анализа прогноза наводнений, не будет соответствовать требованиям программы с точки зрения точности, качества и своевременности».

Предлагаемые решения включают оперативное создание ЦМР для гидрологического моделирования и оценки опасности возникновения оползней, ортотрансформированные радарные снимки для достоверной идентификации объектов на земной поверхности, а также сервисы обнаружения обширных затопленных территорий, которые позволяют оценить масштабы затопления и его локализацию. Данный продукт, характеризующийся высокой точностью и пространственным разрешением, будет своевременно предоставлять организациям, которые занимаются прогнозом и ликвидацией последствий чрезвычайных ситуаций, необходимую им информацию (рис. 2). ЦМР, полученные на основании радарных данных, представляют собой один из наиболее оперативных и рентабельных способов обновления топографической информации на обширных территориях, в сравнении с аэросъемкой, оптической космосъемкой и другими способами.

ris_2_web
Рис. 2. ЦМР, полученная на основании радарных данных со спутника RADARSAT-2 (Кагаян-де-Оро, Филиппины)

 

Спутник RADARSAT-2 способен получать данные даже в условиях облачности, независимо от погодных условий и времени суток, что делает его наиболее надежным инструментом получения данных в подверженных наводнениям регионах, для которых характерна облачная погода. Кроме того, RADARSAT-2 имеет уникальные съемочные режимы, которые сочетают высокое пространственное разрешение с большой шириной полосы съемки, что позволяет делать снимки значительных площадей быстрее, чем с помощью других аэро- или космических технологий.

Режим съемки RADARSAT-2 сочетает 5-метровое разрешение с шириной полосы съемки 90 км, что делает его идеальным инструментом получения данных на территории целых стран. Режим съемки RADARSAT-2 с пространственным разрешением 3 м и шириной полосы съемки в 50 км хорошо подходит для выполнения съемки отдельных регионов, таких как водосборы рек, затопленные участки, где важно более высокое пространственное разрешение.

Оптимизация борьбы со стихийными бедствиями

Данные RADARSAT успешно используются во многих странах мира уже на протяжении 18 лет. Компания MDA рассматривает данные RADARSAT в качестве ключевого компонента в составе многоуровневой стратегии борьбы со стихийными бедствиями по всему миру, включая оценку опасности наводнений, планирование противопаводковых мероприятий, а также мероприятий по ликвидации последствий наводнений.

Дэвид Белтон, генеральный директор компании MDA, удовлетворен данной перспективой. «По мере роста осведомленности пользователей о преимуществах радарных данных в сравнении с данными оптической аэро- и космосъемки все больше организаций заинтересованы в использовании данных RADARSAT-2, характеризующихся широкой полосой съемки. Предоставляя национальным службам предотвращения наводнений возможность быстро и экономически эффективно получать карты на огромные территории, мы помогаем им лучше выполнять свои функции по борьбе со стихийными бедствиями, не ограничиваясь контролем только небольших регионов из-за высокой стоимости данных», — говорит он.

В настоящее время RADARSAT-2 является одним из самых эффективных радарных спутников. Дальнейшее участие компании MDA в миссии RADARSAT-2 гарантирует, что данная съемочная система останется крупнейшим источником круглосуточной, всепогодной радарной съемки. Продукты компании MDA позволяют организациям, таким как Университет Филиппин, проводить локальные, региональные и национальные программы с использованием современных технологий, предоставляемых компанией, ориентированной на оперативную поддержку пользователей.

Реализация таких программ будет способствовать более эффективной борьбе со стихийными бедствиями, что позволит снизить ущерб, причиняемый наводнениями во всем мире. При этом реализация таких программ позволит сохранить миллионы жизней, а также снизить вероятность разрушения стратегически важных объектов инфраструктуры страны.

Статья предоставлена компанией MDA. Оригинал статьи опубликован в журнале Earthwide Communications LLC, May/June 2013 (www.eijournal.com). Автор: James Antifaev, MDA Geospatial Services. Перевод с английского языка и подготовка к публикации Е.Н. Горбачевой (Компания «Совзонд»)