Способ выявления зон загрязнений атмосферного воздуха

 

Использование: в области охраны окружающей среды, в частности при контроле чистоты воздуха населенных мест. Сущность изобретения: получают изображение земной поверхности путем проведения космической съемки в инфракрасном диапазоне спектры 0,8 - 0,9 мкм. Определяют координаты точек полученного изображения. Измеряют величины уровня яркости участков изображения земной поверхности и обрабатывают результаты измерений, при котором квантуют участки изображения по уровню яркости, окрашивают в условные цвета участки изображения различного оптического контраста и выделяют участки изображения земной поверхности с условными цветами, контрастными условным цветам окружающих их участков изображения.

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к определению уровня загрязнения атмосферного воздуха и может быть использовано при контроле чистоты воздуха населенных мест.

Известен способ определения загрязнения приземного слоя атмосферы путем химического анализа проб воздуха, отобранных в отдельных точках, с последующей интерполяцией на всю площадь контролируемой территории. При этом сначала определяют содержание отдельных ингредиентов, затем проводят сопоставление с соответствующими предельно допустимыми концентрациями (ПДК). Недостатками этого способа являются большие материальные затраты на содержание сети пунктов наблюдения, ограниченность получаемой информации административными границами контролируемой территории, малая оперативность мониторинга, так как от отбора пробы до представления результатов анализа в бюллетене проходит не менее 1 месяца. Для оценки суммарного интегрального загрязнения воздуха используют индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), показывающий кратность суммарного превышения ПДК контролируемыми инградиентами. Это условный показатель, определяемый расчетным путем.

Известен способ определения предельно допустимого выброса (ПДВ) токсических веществ для каждого промышленного предпpиятия, который устанавливают на уровне, обеспечивающем соблюдение гигиенических нормативов в воздухе населенных мест при наиболее неблагоприятных для рассеивания метеоусловиях. Подобные расчетные методики, реализованные в программе "Эфир-5", требуют учета большого числа параметров, которые, как правило, по своей природе нестационарны, ориентированы на средние значения. В результате существенно снижается точность оценки фактического поля приземных концентраций. Внесение дополнительных, конкретизирующих данных значительно увеличивает трудоемкость расчетов. Таким образом, объективно оценить уровень загрязнения воздуха можно только в местах отбора проб.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения антропогенного загрязнения атмосферы с использованием космического мониторинга, основанный на проведении космической съемки лесной зоны, расположенной вблизи изучаемой городской территории в диапазоне 0,5 - 1,1 мкм с последующей оцифровкой, привязкой к координатам местности и квантованием космического изображения по уровню яркости. Затем устанавливают количественные связи между дешифровочными характеристиками изображения и физическими параметрами состояния леса и по состоянию лесных экосистем пригородных районов судят об интенсивности антропогенного загрязнения атмосферы.

Недостатками данного способа являются невысокая точность и производительность выявления зон, так как съемку проводят в широком диапазоне 0,5 - 1,1 мкм, не являющемся оптимальным для регистрации яркости отраженного солнечного света при идентификации полей техногенного загрязнения. Кроме того, используют косвенный признак - степень поражения растительности, по которому определяют антропогенное воздействие на атмосферный воздух.

Целью изобретения является повышение точности и производительности выявления зон загрязнений атмосферного воздуха.

Это достигается тем, что в способе выявления зон загрязнений атмосферного воздуха, заключающемся в получении изображения земной поверхности путем проведения космической съемки, определении координат точек полученного изображения, измерения величин уровня яркости участков изображения земной поверхности и обработке результатов измерений с квантованием участков изображения по уровню яркости и окрашиванием в условные цвета участков изображения различного оптического контраста, при обработке результатов измерений выделяют участки изображения земной поверхности с условными цветами, контрастными условным цветам окружающих их участков изображения. Кроме того, также съемку проводят в инфракрасном диапазоне спектра 0,8 - 0,9 мкм, при этом выделяют зоны поглощения излучения, не связанные с отражательной способностью подстилающей поверхности - зоны аномального оптического контраста, которые соответствуют очагам техногенного загрязнения.

В отличие от прототипа предлагаемый способ позволяет фиксировать фактическое распределение полей загрязнений в пределах исследуемого региона в момент съемки.

Способ осуществляется следующим образом. С орбиты ИСЗ проводят съемку излучаемой территории в инфракрасном диапазоне спектра 0,8 - 0,9 мкм. Фотоснимок оцифровывают, осуществляют привязку космического изображения к координатам изучаемой территории, выделяют зоны с уровнем яркости выше фоновой, проводят градацию уровней с визуализацией с помощью псевдоцвета. Очаги аномального контраста соответствуют зонам техногенного загрязнения воздуха.

П р и м е р. Съемку территории города осуществляют с борта ИСЗ серии "Метеор-Природа" многоканальным сканирующим устройством высокого разрешения в инфракрасном диапазоне спектра (0,8 - 0,9 мкм). Автоматизированной компьютерной обработке подвергают либо фотоизображение, либо телеметрическую информацию. Фотоснимок оцифровывают с квантованием яркости на 256 уровней, затем обрабатывают в виде числовых матриц. Осуществляют географическую привязку космического изображения к координатам изучаемой территории по хорошо идентифицируемым природным объектам - островам, характерным изгибам реки, другим ориентирам. Привязку производят по наиболее полному совмещению изображений ориентиров на карте территории и фотоснимке путем устранения рассогласований между ними по масштабу, взаимному развороту и линейным смещениям. Шаг пространственного квантования при оцифровке космического снимка соответствует расстоянию 45 м на поверхности Земли, поэтому точность определения пространственной локализации зоны оптического контраста соизмерима с этой величиной. Такой точности вполне достаточно, чтобы при отсутствии сильного ветра идентифицировать зону контраста с определенными промышленными предприятиями.

Выявление очагов загрязнения приземного слоя атмосферы проводилось на основе сопоставления пространственного расположения зон промышленных предприятий города с расположением областей выраженного оптического контраста в пределах фотоснимка.

Компьютерной обработкой выделяют группы квантованных яркостей и отображают на экране монитора индивидуальными цветовыми оттенками, чем выявляют структуру яркостного рельефа в пределах интересующего фрагмента изображения. По характерным особенностям яркостного рельефа в ореоле загрязнения - наличию одного либо нескольких локальных минимумов внутри очага с нарастанием яркости к периферии - определяют границы зоны воздействия выброса.

С целью детального выделения геометрической структуры участок изображения воспроизводят на экране монитора с необходимым увеличением. Разница в яркости элементов изображения в зонах загрязнения и заведомо чистых участков составляет в среднем от 30 до 50% динамического диапазона яркости.

Таким образом, анализируя распределение яркости в пределах изучаемой территории выделяют зоны свободные от загрязнения, умеренного и интенсивного техногенного воздействия. Основное преимущество предлагаемого способа - достоверное выявление зон загрязнений атмосферного воздуха. Кроме того, при сопоставлении снимков, сделанных за определенный период, можно судить о динамике ситуации, определять источники загрязнения воздуха в пределах зоны аномального оптического контраста, отпадает необходимость в проведении систематических наземных исследований по определению концентрации токсических веществ и расчете полей приземных концентраций.

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗОН ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА, заключающийся в получении изображения земной поверхности путем проведения космической съемки, определении координат точек полученного изображения, измерении величин уровня яркости участков изображения земной поверхности и обработке результатов измерений с квантованием участков изображения по уровню яркости и окрашиванием в условные цвета участков изображения различного оптического контраста, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, съемку проводят в инфракрасном диапазоне спектра 0,8 - 0,9 мкм, а при обработке результатов измерений выделяют участки изображения земной поверхности с условными цветами контрастными условным цветам окружающих их участков изображения.

РИСУНКИ

Рисунок 1