Спосіб дистанційного визначення екологічного стану військового полігона

1. Спосіб дистанційного визначення екологічного стану військового полігона, що включає аерофотозйомку території в інфрачервоному діапазоні спектра, розшифрування, обробку й аналіз даних, який відрізняється тим, що проводять визначення координат об'єктів, здійснюють дистанційне сканування рослинного покриву на еталонній екологічно чистій території і техногеннонавантаженій території полігона. 3 рвоному і в ІЧ діапазонах спектра, приводить до того, що здоровий рослинний покрив на ІЧ фотознімках виглядає білим або дуже світлим, хворий темним сірим і його кількісні характеристики в ІЧ діапазоні спектру можна використовувати для оцінки екологічного стану піддослідної території. Поставлена задача - розробка способу дистанційного визначення екологічного стану військового полігона вирішується зйомкою рослинного покриву на території в ІЧ діапазоні спектру, визначенням локальних характеристик (інтенсивності випромінювання, кольорів рослинного покриву, температури), приведенням даних до одного масштабу (нормалізацією), оцінці за кожним елементом кореляційного зв'язку, формуванні єдиного зображення - цифрової карти для даного моменту, повторними дослідженнями через деякий час, визначенням динаміки зміни екологічного стану рослинного покриву. Згідно корисної моделі, здійснюється наступні операції: - визначають і записують координати дослідної території у вигляді цифрової карти місцевості, - проводять дистанційне зондування підстилаючої поверхні (сканування, вимірювання і запис інтенсивності локального випромінюваного в ІЧ діапазоні спектра, локальної температури, локальних кольорів рослинного покриву) еталонної в екологічному відношенні буферної території полігона і піддослідної техногенно-навантаженої території військового полігона, - проводять повторне дистанційне зондування через визначений час (тиждень, місяць, рік, два, т.п.), еталонної в екологічному відношенні території і дослідної території військового полігона, - здійснюють обробку, порівняння результатів, їх аналіз і фіксування в базі даних. Проведення вимірювань інтенсивності ІЧ випромінювання еталонної та техногеннонавантаженої території військового полігона через визначений час протягом деякого періоду підряд, обробка і нормалізація даних, вимірювання локальних характеристик рослинного покриву в кожній точці території, дозволяють оцінити як початковий, локальний стан дослідної території в кожній точці так і середньоінтегральний стан і динаміку зміни екологічного стану території з часом. Процес реалізації способу дистанційного визначення екологічного стану військового полігона починається з визначення координат дослідної території [5], з використанням алгоритмів однопараметричної або багатопараметричної ідентифікації об'єктів на піддослідній території, при використанні програмного забезпечення геоінформаційної системи (ГІС) і бази даних про рельєф піддослідної території, далі включає аерофотозйомку еталонної в екологічному відношенні території, піддослідної техногенно-навантаженої території, наприклад, за допомогою тепловізора чи фотометра в ІЧ діапазоні, послідовного вимірювання кольорів, температури, інтенсивності теплового випромінювання, розшифрування, обробку кожного знімку в цифровому форматі, (наприклад пакетом ROI ENVI), їх інтерпретацію, передачу в базу даних, повторної аерофотозйомки еталонної території, піддослідної техногенно-навантаженої терито 16656 4 рії через визначений період часу, передачу в базу даних, порівняння, нашарування шарів цифрової карти рослинного покриву, отриманих через деякий час, зональних картин навчальних об'єктів, визначення екологічного стану рослинного покриву, кожного навчального об'єкту. Для реалізації способу необхідно проведення спеціальних досліджень (тестування характеристик рослинного покриву) з забрудненої піддослідної території, з'ясування функціональної залежності стану рослин із забрудненої території та інтенсивності випромінювання, температури, кольорів рослинного покриву. При реалізації способу задаються, вимірюються і розраховуються такі величини, як: X, Y - координати кожної точки піддослідної поверхні, M, N - кількість точок вимірювань на території військового полігона, A1(Xi,Yj), A2(Xi,Yj), A3(Xi,Yj) - локальні показники (колір рослинного покриву, інтенсивність випромінювання, температура) еталонної ділянки рослинного покриву в даний час, в наступні моменти досліджень; Z1(Xi,Yj),. Z2(Xi,Yj), Z3 (Xi,Yj) локальні показники (колір, інтенсивність випромінювання, температура) рослинного покриву, що мають місце на піддослідній поверхні полігона в даний час, в наступні моменти досліджень; A1, A2, A3, Z1, Z2, Z3 - середньо інтегральний параметр вимірювання (колір, інтенсивність випромінювання, температура) рослинного покриву всієї, або частини піддослідної поверхні еталонної ділянки буферної зони і техногенно-навантаженої території військового полігона в даний час і в наступні моменти вимірювання визначається наступним способом NM A 1M 1N 1 A X, Y (1) 1 1 NM Z 1M 1N 1 Z X, Y (2) 1 1 З метою виключення впливу погодних умов і випадкових ефектів кожного конкретного вимірювання проводиться нормалізація отриманих даних на піддослідній території по відношенню до стану екологічно чистої території ZN1=Z1/A1 (3) Тенденція зміни стану рослинного покриву на території військового полігона з часом оцінюється по залежності Ki=ZNi/ZNi. (4) Робота за заявленим способом дистанційного визначення екологічного стану військового полігона здійснюється наступним чином. Дистанційно пілотований літальний апарат (ДПЛА) з апаратурою вимірювання, пролітає в горизонтальному польоті за визначеною траєкторією польоту на висоті 100-50м з швидкістю 50км/год, фіксує координати піддослідної поверхні, сканує територію і вимірює локальні її параметри в кожній точці піддослідної поверхні. Далі з теплового випромінювання об'єктів піддослідної поверхні відділяється 5 16656 випромінювання в ІЧ діапазоні спектру, фокусується на прийомному пристрої, підсилюється і подається на обробку та запис в базі даних, потім здійснюється визначення екологічного стану піддослідної території [6]. Загальне управління роботою апаратури вимірювання, обробкою та аналізом здійснюється в автоматичному або ж автоматизованому режимі [7]. Суть корисної моделі пояснюється двома прикладами. Приклад 1 6 В даному прикладі приведені основні дані розрахунків стану рослинного покриву за роками, коли в основу аналізу покладено кольори рослинного покриву на полігоні, Таблиця 1. При розрахунках прийнято рослинний покрив військового полігона займає площу 20у.о. Оцінюється зелений колір в 1 балл (всі рослини здорові), жовтий колір - 0,5 бала (половина здорових рослин, половина хворих), червоний колір 0,1 бала (тільки 10 відсотків відносно здорових рослин). Стан рослинного покриву оцінюється за залежністю (4). Таблиця 1 Площа рослинного покриву відповідного кольору (у.о.) Колір рослинного покриву зелений жовтий червоний Разом кількість балів К Стан рослинного покриву 1-й рік 2-й рік 3-й рік 5-й рік 8-й рік 12-й рік 16,5 3,5 1 14,2 4,5 1,3 12,8 4,1 3,1 7,1 3,7 9,2 5,7 3,0 11,3 4,3 2,4 13,3 18 16,5 13,18 9,87 8,1 5,8 1 0,92 0,86 0,548 0,51 0,43 Відмінний Хороший Задовільний Критичний Поганий Безнадійний. При значеннях К0,75 стан військового полігона - задовільний, а військові навчання на ньому можна продовжити, починаючи з четвертого року, інтенсивність навчань на військовому полігоні необхідно суттєво зменшувати, щоб не допустити незворотного знищення рослинного покриву. Приклад 2 В даному прикладі приведені дані про екологічний стан рослинного покриву, що оцінені через інтенсивність випромінювання і температуру рослинного покриву, Таблиця 2. При розрахунках прийнято [3, 4], що здорові рослини добре відбивають випромінювання, хворі - погано, що формується спектральними характеристиками випромінювання, спектральним коефіцієнтом пропускання і чутливістю ділянки. В кінцевому результаті стан визначається властивостями і станом поверхні випромінювання (коефіцієнтами випромінювання і відбиття) і селективною різницею температур об'єктів. Таблиця 2 Стан рослинного покриву Здоровий Задовільний Незадовільний Коеф. випром. Тем-ра, К 0,248 0,16 0,1 300 310 320 Густина Інегральна характеінтегр. ви2 2 ристика, Вт*см /ср пром. Вт/м 367 314 237 Як видно з таблиці з погіршенням екологічного стану рослинного покриву збільшується еквівалентна різниця температур і еквівалентна селективна різниця температур рослин і ці дані можна визначити на тепловій карті. Практичну реалізацію запропонованого способу можна здійснити за допомогою існуючого обладнання [6], що складається з тепловізійної камери з фокусуючим об'єктивом, скануючим пристроєм, синхронізатором, підсилювачем, монітором, фільтрів ІЧ випромінювання, електронно-оптичних перетворювачів, радіометру із дзеркальною відбивною оптичною системою, приймача опорного сигналу, радіометра з термостатом, модулюючим чорне тіло. 0,00015 0,00015 0,00015 Еквів. різниця температур К 9,4 13 20 Еквів. селект. різниця темп. К 3,6 4,8 7,2 Спосіб, що заявляєтьсяро, дозволить постійно контролювати зміну ситуації на військовому полігоні, регламентувати тривалість проведення та інтенсивність військових навчань на ньому, визначати час для зменшення інтенсивності навчань (покращення екологічного стану) на військовому полігоні. Застосування запропонованого способу дистанційного визначення екологічного стану військового полігона може бути рекомендовано для контролю різних територій суші, лісу, водно-болотних угідь, прогнозувати врожайність лугових рослин, різних сільськогосподарських культур, бонітет дерев. Джерела інформації: 7 16656 1. Берзина И.Г. і ін. Способ поиска месторождений урана и обнаружения экологического загрязнения окружающей среды. Патент России RU № 2059273 МКИ G01 V 9/00 за 1996 год. 2. Павлов Н.И. і ін. Способ дистанционного получения информации об объектах и сценах и его варианты. Патент России RU № 2135955 МКИ G01 С 11/04 за 1999 год. 3. Кочубей С.М. і ін. Спектральные свойства растений как основа методов дистанционной диа Комп’ютерна верстка О. Клюкін 8 гностики. К., Наукова думка, 1990, С.136. 4. Мовчан Я. И. і ін. Фитоиндикация в дистанционных исследованиях К., Наукова думка, 1993, С. 306. 5. Красовский А.А. і ін. Теория корреляционноэкстремальных навигационных систем. М, «Наука», 1979, С. 448. 6. Сафронов Ю.П. Инфракрасные распознающие устройства. М. ВИ МО СССР, 1976, С. 207. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601