ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО - КОСМИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ В ИССЛЕДОВАНИЯХ

ПРОБЛЕМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Yuri Polichtchouk Institute of Petroleum Chemistry, RAS

Yugorsky Institute for Information Technology

Integrated information and space systems for environmental problems studies

Институт химии нефти СО РАН

Югорский НИИ Информационных технологий

Ю.М.Полищук

Югорский научно-исследовательский институт информационных технологий

Югорский научно-образовательный комплекс по информатике и математике

Югорский научно исследовательский институт информационных технологий.

Югорский государственный университет (факультет информатики и прикладной математики)

Специализированная физико-математическая школа-интернат (ФМШ)

Инновационный центр наукоемких технологий

Задачи Югорского НИИ информационных технологий

Проведение научных исследований в области информационных технологий для нефтегазовой отрасли;

Исследования в области рационального природопользования;

Научно-методическое, кадровое и техническое обеспечение формирования научно-образовательного комплекса автономного округа;

Предоставление информационно-вычислительных услуг организациям автономного округа;

Исследования и научно-методическое обеспечение в области создания единой информационно-телекоммуникационной среды округа;

Свидетельство о государственной научной аккредитации Министерства промышленности науки и

технологий РФ за №4155 от 7 июня 2002года

Научные подразделения ЮНИИ ИТЛаборатории: Трехмерной сейсморазведки; Сетевых информационных технологий; Информационно-космических технологий; Компьютерной графики; Информатизации технологических процессов нефтегазового комплекса; Экономической кибернетики; Математических проблем экологии и природопользования; Биоинформатики (совместно с ИЦиГ СО РАН);

Центры: Суперкомпьютерный центр; Дистанционного зондирования Земли; Мультимедиа центр; Дополнительного образования; Довузовского образования (ЮФМШ); Научно-образовательный центр «Югра-СО РАН» (совместно с ИАиЭМ СО

РАН) Информационно-аналитический центр; Компьютерной диагностики здоровья

На 1 января 2003 года в штате 94 научных сотрудников, в т.ч. 20 докторов наук и 35 кандидата наук

Геоинформатика

Космическаяинформатика

Базы данных сверхбольшого объема

Обратные задачи естествознания: сейсморазведка, зондирование земной поверхности

SD

SilkWorm 2800

1 3 5 7 9 11 13 15

0 2 4 6 8 10 12 14

SD

SilkWorm 2800

1 3 5 7 9 11 13 15

0 2 4 6 8 10 12 14

SD

SilkWorm 2800

1 3 5 7 9 11 13 15

0 2 4 6 8 10 12 14

SD

SilkWorm 2800

1 3 5 7 9 11 13 15

0 2 4 6 8 10 12 14

Cеть хранения (SAN)

ИнтернетИнтернет

Графическая терминальная система Sun RAY

LANLAN

Суперкомпьютер Суперкомпьютер SMP Sun Fire15000SMP Sun Fire15000

Кластерный Кластерный суперкомпьютер суперкомпьютер

Суперкомпьютерный вычислительный центр ЮНИИ ИТСуперкомпьютерный вычислительный центр ЮНИИ ИТ

Gigabit Ethernet

LANLANLANLAN

Интернет-портал

Учебный процесс

Мультимедийный центр

Коммутаторы Fibre Channel

Системауправления

Разработка приложений

Дисковая подсистема

Ленточная библиотека

Оптическая библиотека

Система резервного копирования

LANLAN

Югорский научно-исследовательский институт информационных технологий

Космический мониторинг

Мониторинг:НефтеразливовЛесных пожаровРазливов рекГазовых выбросовНефте и газопроводовХозяйственной деятельности

Комплекс приема УППОИ.Комплекс приема УППОИ. Диаметр антенны - 3,7 м. Комплекс Диаметр антенны - 3,7 м. Комплекс обеспечивает прием информации со скоростью до 128 Мбит/с обеспечивает прием информации со скоростью до 128 Мбит/с

в двух диапазонах частот - 1650-1750 МГц и 8000-8400 МГцв двух диапазонах частот - 1650-1750 МГц и 8000-8400 МГц

Оборудование центра ДЗЗ

Оборудование центра ДЗЗ

Универсальный приемный комплекс ПК-9. Диаметр антенны - 9 м.Комплекс обеспечивает приём, запись, каталогизацию и архивацию информации, поступающей с космических аппаратов ДЗЗ в диапазоне частот 8,025-8,4 ГГц со скоростью до 500 Мбит/с.

ОБЪЕМЫ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

NOAATERRA

«Метеор-3М» ERS

Монитор Э

КА двойного назначения

ENVISAT

Ресурс ДК

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000Мбайт/сутки

NOAA «Метеор-3М» № 1

Монитор Э ENVISAT

Объем данных от одного КА от Суммарный объем данных

ФГП НПП «ОПТЭКС»3,7 метров

Метеор – 3М, Монитор – Э,ERS-2, ENVISAT, TERRA, NOAA

РНИИ КП

9 метров

Аркон, Ресурс – ДК, Монитор – Э, ENVISAT

Югорский научно-исследовательский институт информационных технологий

Метеор – 3 М2001 г.

Аркон2002 г.

Ресурс - ДК2003 г.

Космические аппараты дистанционного зондирования Земли

ГКНПЦ им. Хруничева" Монитор –Э2002 г.

ENVISAT2003 г.

ERS - 22002 г.

TERRA2003 г.

NOAA2001 г.

Коммерческиеспутники

Некоммерческие метеорологические и природоресурсные спутники

Ресурс – ДК позволитполучать снимки с разрешением 1 метр

Метеор

Метеор -3М позволяет получать спектрозональные снимки с разрешением 35 метров

ПОТРЕБИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ

РЕГИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ПРИРОДНЫМИ РЕСУРСАМИ

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАТЕЛИ(предприятия различных

форм собственности)

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ СЛУЖБЫ И ВЕДОМСТВА

ЦЕЛИ МОНИТОРИНГА

БезопасностьУправление

Устойчивость экономики

Экономическое регулирование деятельности природопользователей;Осуществление природоохранных и

восстановительных мероприятий в интересах региона.

Повышение рентабельности производства

Пожары в Якутии. Август 2002 г.

Данные распределенного архива космоинформации: Мониторинг паводковой обстановки. 27 апреля 2001 года.

Приток Иртыша.

Выделение водных объектов

Оз. Самотлор. Оценка загрязнения водных объктов

Самотлор. Район интенсивнойдобычи нефти и газа. Вид из космоса.

Обобщенная структура Геоинформационно-моделирующей системы в составе

ИКТ

СПЕЦИАЛЬНОЕ ПОАнализ данных (МГК, МПА и др.)ПрогнозОценка воздействия

Комплекспрограмм

моделирования

База данных ГИМССистема

цифровых карт

ОБЩЕЕ ПОArcView 3.xERDAS Imagine

    

    

Постановка проблемы

Лицо, проводящее исследование

Планирование и управление сбором

экспертной информации

Планирование и управление НЭ

Планирование и управление КЭ

Э

Информационный банк

ИЭ ЭИ КЭ

Модель

Обработка данных КЭ

Обработка данных НЭ

Объект

Исследование адекватности модели

Схема комплексных междисциплинарных научных исследований

Э – эксперты; ДИ – документальная информация; КЭ – компьютерный эксперимент с моделью

Схема построения концептуальной модели предметной области (с учетом требований к решению задач и подзадач)

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЕРАРХИЯ ТЕРРИТОРИЙ(на основе КМПО)

Томская область

Васюганская равнина

РФ

Томск и окрестности 1 2

Западная Сибирь

Байкал ….

….

….

Ключевые участки

ФОРМАЛЬНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ ФОРМАЛЬНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ ОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТА ТЕРРИТОРИИОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТА ТЕРРИТОРИИФОРМАЛЬНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ ФОРМАЛЬНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ

ОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТА ТЕРРИТОРИИОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТА ТЕРРИТОРИИ

Наименование территории

Наименование территории

Вектор(ТК)Вектор(ТК) РастрРастр БДБД

Векторные изображения

(тематические карты)

Векторные изображения

(тематические карты)

Растровые изображения

(КС, АФС и др.)

Растровые изображения

(КС, АФС и др.)

База данныхБаза данных

Источники загрязненияИсточники загрязнения

50-100101-150

<50>200 151-200

Ï ðî äóêò èâí î ñò ü ëåñî â

êóá.ì /ãà

ÇÀÏ ÀÄÍ Î -ÑÈ ÁÈ ÐÑÊ ÀßÏ ÐÎ ÂÈ Í ÖÈ ß

ËÅÍ Î -ÒÓÍ ÃÓÑÑÊ ÀßÏ ÐÎ ÂÈ Í ÖÈ ß

КАРТА ПРОДУКТИВНОСТИ ЛЕСОВ СИБИРИ

Карта геоботанического районирования

##

##

##

## #

#

#

##

##

# #

##

##

##

#

# #

#

##

#

#

#

#

#

#

#

#

##

## # ##

##

# #

#

×àí û

Í àï àñ

Ì àéñê

Êåí ãà

Òî ì ñê

×óëû ì

Ï óäèí î

Ï àðáèã

Áàê÷àð

Ï àðáåëü

Ñòàðèöà

Áðàãèí î

Ì î ø êî âîÒàòàðñê Òî ãó÷èí

Êàòû ëüãà Êàðãàñî ê

Áåëû é ß ð

Áàòóðèí î

Êûø òî âêàÑåâåðí î å

Êðåù åí êàÁî ëî òí î å

Óáèí ñêî å

Áåðåçî âêà

Êî ëï àø åâî

Ì î ë÷àí î âî

Çû ðÿí ñêî å

Áàðàáèí ñê

Ï ðî õî ðêèí î

Ñòåï àí î âêà

Êî æåâí èêî âîÁî ëüø åðå÷üå

Áî ëüø èå ÓêèÑåäåëüí èêî âî

Âàí æèëü-êû í àê

Í î âû é Âàñþ ãàí

Àëåêñàí äðî âñêî å

Óñòü-Î çåðí î å

Ñðåäí èé Âàñþ ãàíÓñòü-Î ç¸ ðí î å

Êî ëûâàí ü

Êî ÷åí ¸ âî

ÊàðãàòÎ ì ñêÊàëà÷èí ñê

Ï î ñåëêî âî -Ñàðãàòñêî å

Í èæí å-Êî ëî ñî âñêî å

Òåãóëüäåò

Ï åðâî ì àéñêî å

N

EW

S

Çî í û

Þ æí àÿ òàéãà Ï î äòàéãà Ëåñî ñòåï ü

Ñðåäí ÿÿ òàéãà

Î áëàñòèÐåêèÎ ç¸ ðà

# Ì åòåî ñòàí öèèËåãåí äà

Ðàçí î òðàâí î --êî âû ëüí û å ñòåï è

Факторы воздействия нефтедобычи на природную среду

•механическое воздействие•геодинамическое воздействие•химическое загрязнение воздушной среды, почв и водоемов и почвенно-грунтовых вод:

- нефтяные разливы и солевые загрязнения, связанные с разливами грунтовых вод;

- сжигание попутного газа в факельных установках, приводит к загрязнению атмосферы

     - сажа,         - диоксид азота,         - оксид углерода,        - углеводороды. 

 

Подходы к оценке воздействий загрязнений атмосферы на природную среду

1.     Санитарно-гигиенические нормативы (ПДК, ПДВ и др.)

2.     Ландшафтно-геохимический подход

3. Комплексный подход

 КПОВ = СГП + методы ландшафтной геохимии

 Реализация КПОВ с использованием ГИС-технологий

- «наложение» зон загрязнения на ландшафтную карту или на обработанный космический снимок

- оценка площадей ландшафтных выделов, подверженных загрязнению

Подход к оценке экологических воздействий с использованием ИКТ

Санитарно - гигиенические нормативы (ПДК и др.)

Q = (Кi*Сi / ПДКi)

Сi - концентрация ЗВ

Кi - весовой коэффициент, учитывающий условия использования норматива

Расчет Qmp основан на моделировании в ГИС рассеяния ЗВ в воздухе и др.

Прогноз - на основе анализа сценариев экономического развития территории или предприятий.

КАРТА АЭРОЗОЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

#S

#S

#S

#S#S

#S #S

#S

#S

#S

#S

#S#S

#S#S

#S

#SÕàí ò û -Ì àí ñèéñê

Åêàò åðèí áóðãÒþ ì åí ü

Êóðãàí

Êî ëï àø åâîÅí è ñåéñê

Êðàñí î ÿðñê

Àáàêàí

Í î âî ñèáèðñê

Áàðí àóë

Í î âî êóçí åöê

Òî ì ñê

Êåì åðî âî

Ñò ðåæ åâî é

Ï î äàí í û ì Çóåâà Â.Å., Áåëàí à Á.Ä., Ï àí ÷åí êî Ì .Â., "Î ï ò èêà àò ì î ñô åðû è î êåàí à", 1995, ¹ 1-2

0-55-1010-20

30-40>40 ñì

20-30

-3

Í èæ í åâàðò î âñêÑóðãóò

Êî í öåí ò ðàöèÿ àýðî çî ëÿ

Î ì ñê

#S

#S #S

#S

#S

Êî ëï àø åâî

Ñò ðåæ åâîé

0-55-1010-20

30-4020-30

-3ñì

Êî í öåí ò ðàöèÿ àýðî çî ëÿ

ì .Ñàì î ò ëîðñêî åÑóðãóòÕàí ò û -Ì àí ñèéñê

óãëåâî äî ðî äû, 0.05 Ï ÄÊ

Наложение зоны загрязнения от Самотлора на карту аэрозольного загрязнения Сибири

Моделирование зоны загрязнения проведено по данным 1985 г. об объемах добычи нефти на Самотлоре

Ландшафтно-экологическая карта территории нефтедобычи и зоны загрязнения

Последовательность основных этапов

обработки космоснимков

5) Анализ ландшафтной структуры (ArcView GIS 3.2а)Анализ проводился путем определение площадей ландшафтных выделов с использованием программных средств

4) Векторизация классифицированных объектов (ArcView GIS 3.2а),

3) Классификация ландшафтных выделов (ERDAS Imagine 8.5),

2) Географическая «привязка» снимка (ERDAS Imagine 8.5),

1) Сбор дополнительной информации на исследуемую территорию и создание цифровых карт,

Схема этапов обработки космоснимка лесоболотной территории

ТИПЫ ЛАНДШАФТНЫХ ВЫДЕЛОВ ЛЕСОБОЛОТНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

200 0 200 400 KilometersS

N

EW

ðåêè

ì åñòî ðî æäåí èÿ

àäì èí èñòðàòèâí û å ãðàí èöû

ã. Êàðãàñî êÊëþ ÷åâî é ó÷àñòî ê

ÊÀÐÃÀÑÎ Ê

Географическое положение ключевого участка

ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ПЛОЩАДИ ЛЕСОБОЛОТНЫХ ВЫДЕЛОВ НА КУ «ПОНОМАРЕВКА»

Векторизованный снимок с наложенными зонами загрязнения

#Y

#Y

- âû ðóáêè- ï î éì à- êåäð- ñî ñí à- áî ëî ò î- áåðåçà- î ñèí à

#Y - ô àêåëû

0.2 Ï ÄÊ

0.3 Ï ÄÊ

0.5 Ï ÄÊ

0

5

10

15

20

25

25 50 75 100 125 150 175 200объемы добычи нефти (%)

пло

щад

ь за

гряз

ненн

ого

ланд

шаф

тног

о вы

дела

(в

% о

т об

щей

площ

ади

выде

ла)

темнохвойно-мелколиственный лесверховое болото

Зависимость площади воздействия от уровня добычи

Зависимость относительной площади загрязненных выбросами сажи ландшафтных выделов от объемов

добычи нефти:а – 0,5 ПДК, б – 0,3 ПДК;

1 – сосновые леса, 2 –темнохвойные леса, 3 – березовые леса, 4 – болото.

а б

Космоснимок МСУ – СК территории юга Западной Сибири

Наложение лесотаксационного плана на космоснимок

Классифицированный космоснимок МСУ-СК территории юга Западной Сибири

Классификация проводилась с использованием ЛТП и ландшафтной-экологической карты (ERDAS Imagine 8.5)

Результаты анализа ландшафтной структуры

Ключевой

участок

Вид выделов

Сосновые Темно-хвойные и

мелколиственные

Болото

Космоснимок 10.58 48.76 40.66

ЛТП 13.39 40.35 46.30

В о д а М е л к о л и с т в е н н ы е Т е м н о - х в о й н ы е С о с н о в ы е Б о л о т о О б л а к а

Гистограмма площадей лесо-болотных выделов векторизованного участка космоснимка

Наложение смоделированных зон загрязнения на классифицированный космоснимок МСУ-СК

Средняя тайга %

6.2

25.1

15.4

47.5

2.8 1.3 1.40

10

20

30

40

50

1категория

%

Melkolistvennie

Sosna

Temnohvoinie

Bog

Water

Clouds

Shadow

Южная тага %

32.8

16.2

8.9

34.1

0.8 1.4 0.505

10152025303540

1категория

% Melkolistvennie

Sosna

Temnohvoinie

Bog

Water

Clouds

Shadow

Подтайга

1.5 1.1 1.7 0.4

31.3

4.0

30.7

0.05.0

10.015.020.025.030.035.0

1категория

%

Melkolistvennie

Sosna

Temnohvoinie

Bog

Water

Clouds

Shadow

Анализ ландшафтной структуры территории Западной Сибири с использованием ИКТ

6.2

25.1

15.4

47.5

2.8

1.3

1.4

32.8

16.28.9

34.1

0.8

1.4

0.5

31.3

4.01.5

30.7

1.1

1.7

0.4