ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2024-24-1-144-155ntv-90Research ArticleМАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕMODELING AND SIMULATIONСбор и обработка экологической информации в районах нефтегазодобычи и решение других прикладных задач методами активного поиска (обзорная статья)Collection and processing of environmental information in oil and gas production areas and solving other applied problems using active search methods (Review article)https://orcid.org/0000-0002-8862-1797СвитневИ. В.SvitnevI. V.

Свитнев Игорь Владимирович — кандидат военных наук, доцент, доцент

Санкт-Петербург, 197198

sc 10040324500, 

Igor V. Svitnev — PhD (Military Sciences), Associate Professor, Associate Professor

Saint Petersburg, 197198

sc 10040324500

isvitnev@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0003-4242-1700НайдановА. Ф.NaydanovA. F.

Найданов Александр Фотеевич — кандидат технических наук, доцент, старший преподаватель

 Санкт-Петербург, 197198

Alexander F. Naydanov — PhD, Associate Professor, Senior Lecturer

 Saint Petersburg, 197198

naydanov@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9300-3547ВилковА. В.VilkovA. V.

Вилков Алексей Владимирович — кандидат технических наук, преподаватель

Санкт-Петербург, 197198 

Alexey V. Vilkov — PhD, Lecturer

Saint Petersburg, 197198 

Leha_kostroma@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-0111-403XСоколовД. А.SokolovD. A.

Соколов Дмитрий Александрович — кандидат технических наук, преподаватель

Санкт-Петербург, 197198

Dmitry A. Sokolov — PhD, Lecturer

 Saint Petersburg, 197198

falcon.85@bk.ruhttps://orcid.org/0009-0003-8876-7846ЛебедевМ. Ю.LebedevM. Yu.

Лебедев Михаил Юрьевич — кандидат технических наук, преподаватель

Санкт-Петербург, 197198

Mikhail Yu. Lebedev — PhD, Lecturer

 Saint Petersburg, 197198

Lebedev.m1ha1l@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4851-2756ХаритоноваЕ. А.KharitonovaE. A.

Харитонова Елена Александровна — кандидат медицинских наук, доцент

Санкт-Петербург, 199034

sc 57885000100

 

Elena A. Kharitonova — PhD (Medicine), Associate Professor

 Saint Petersburg, 199034

 sc 57885000100

Xaritonova_ea@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5458-3019ЛукьяноваЛ. А.LukyanovaL. A.

Лукьянова Людмила Анатольевна — старший преподаватель 

Санкт-Петербург, 199034 

Lyudmila A. Lukyanova — Senior Lecturer

 Saint Petersburg, 199034

lalukianova@mail.ruВоенно-космическая академия имени А.Ф. МожайскогоРоссияMozhaisky Military Aerospace AcademyRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университетРоссияSt. Petersburg State University (SPbSU)Russian Federation202412122024241144155Copyright © Свитнев И.В., Найданов А.Ф., Вилков А.В., Соколов Д.А., Лебедев М.Ю., Харитонова Е.А., Лукьянова Л.А., 20242024Свитнев И.В., Найданов А.Ф., Вилков А.В., Соколов Д.А., Лебедев М.Ю., Харитонова Е.А., Лукьянова Л.А.Svitnev I.V., Naydanov A.F., Vilkov A.V., Sokolov D.A., Lebedev M.Y., Kharitonova E.A., Lukyanova L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/90

Введение. Исследованы способы мониторинга экологической обстановки, проблемы решения смежных прикладных эколого-ресурсных задач в труднодоступных районах нефтегазодобычи, а также в других отраслях народного хозяйства с использованием беспилотных летательных средств. Рассмотрены методы исследования типов и толщин слоев подстилающей поверхности путем их зондирования электромагнитными импульсами радиочастотного диапазона и гамма-излучения. Метод. На основе существующих теоретических зависимостей взаимодействия электромагнитного излучения с поверхностью Земли представлены диаграммы прохождения электромагнитных волн дециметрового и сантиметрового диапазонов через различные структуры ландшафта (снег-лед-вода-мерзлая почва). Основные результаты. Показано, что использование гамма-излучения позволяет решить проблему определения эффективной высоты летательного аппарата при экологическом мониторинге за счет большой энергии фотонного излучения и альбедо от различных поверхностей, в том числе от снежного покрова. Приведена методика расчета содержания загрязнителя на подстилающей поверхности с заданной вероятностью его достоверного обнаружения. Отмечено, что на достоверность показаний измерительных средств значительное влияние оказывает их геометрическое расположение на транспортной платформе. Показано, что предложенное решение целесообразно реализовать с использованием двух беспилотных летательных аппаратов или малоразмерного беспилотного дирижабля. На основании сделанного обзора предложен состав технических средств комплекса распознавания типов и толщин слоев загрязнений подстилающей поверхности. Приведена возможная методика оценивания экологической обстановки. Обсуждение. Результаты работы могут найти применение при проведении экологической разведки, при транспортировке нефтяных и газовых ресурсов в условиях затруднения доступа к ним. Расширены возможности решения подобных военно-прикладных и инженерно-строительных задач. Впервые предложено совместное использование электромагнитных волн радиочастотного диапазона и гамма-излучения. Электромагнитное излучение радиочастотного диапазона позволяет исследовать структуру ландшафта. Гамма-излучение по обратному рассеянному ионизирующему излучению дает возможность определить тип загрязнителя и обеспечить высокую точность измерения расстояния от модуля до верхнего слоя подстилающей поверхности.

The methods of monitoring the environmental situation as well as the problems of solving related applied environmental and resource problems in hard-to-reach areas of oil and gas production and also in other sectors of the national economy using unmanned aerial vehicles, are investigated. The methods of studying the types and thicknesses of the layers of the underlying surface by probing them with electromagnetic pulses of the radiofrequency range and gamma radiation are considered. Based on the existing theoretical dependencies of the interaction of electromagnetic radiation with the Earth’s surface, diagrams of the passage of electromagnetic waves in the decimeter and centimeter ranges through various landscape structures (snow-ice-water-frozen soil) are presented. It is shown that the use of gamma radiation makes it possible to solve the problem of determining the effective altitude of an aircraft during environmental monitoring due to the high energy of photon radiation and albedo from various surfaces including snow cover. A method for calculating the pollutant content on the underlying surface with a given probability of its reliable detection is presented. It is noted that the reliability of the readings of measuring instruments is significantly influenced by their geometric location on the transport platform. It is shown that the proposed solution is advisable to implement using two unmanned aerial vehicles or as mall-sized unmanned airship. Based on the review, the composition of the technical means of the complex for recognizing the types and thicknesses of layers of contamination of the underlying surface is proposed. A possible methodology for assessing the environmental situation is presented. The results of the work can be used in conducting environmental exploration of infrastructure used for transporting oil and gas resources in conditions of difficult access to it as well as for solving similar military-applied and engineering-construction tasks. At the same time, for the first time, the joint use of the radio frequency range of electromagnetic waves and gamma radiation was proposed. The radio frequency range makes it possible to study the structure of the landscape, and gamma radiation from backscattered ionizing radiation is a type of pollutant, as well as to ensure high accuracy in measuring the distance from the module to the upper layer of the underlying surface.

гамма-излучениедоверительный интервалзагрязнительокружающая средаопределение высотырадиоимпульстолщина слояэкологическая обстановкаэлектромагнитные волныgamma radiationconfidence intervalpollutantenvironmentheight determinationradio pulselayer thicknessenvironmental situationelectromagnetic wavesReferencesПритужалова О.А., Радченко К.С. Проблемы проведения производственного экологического контроля в строительных организациях // Строительство и техногенная безопасность. 2019. № 14(66). С. 145–154.Prituzhalova O.A., Radchenko K.S. Problems of industrial environmental control in building companies. Construction and Industrial Safety, 2019, no. 14(66), pp. 145–154. (in Russian)Куклина П.П., Качукова А.А., Кварацхелия Е.В., Песня Е.И., Бляхарский Д.П. Беспилотное воздушное лазерное сканирование // Геодезия, картография, геоинформатика и кадастры. производство и образование: Сборник материалов IV всероссийской научно-практической конференции. 2021. С. 108–112.Kuklina P.P., Kachukova A.A., Kvarachelija E.V., Pesnja E.I., Bljaharskij D.P. Unmanned aerial laser scanning. Geodesy, cartography, geoinformatics and cadastre. From idea to application. Collection of abstracts of the IV Russian Conference on Applied Science, 2021, pp. 108–112. (in Russian)Васильев В.Н. и др. Спектры излучения рентгеновских установок. М.: Энергоатомиздат, 1990. 143 с.Vasilev V.N. et al. Emission Spectra of X-ray Installations. Moscow, Jenergoatomizdat Publ., 1990, 143 p. (in Russian)Храмов А.В., Ермолаев А.А., Шалашова А.И., Контрош Л.В. Возможности экологического мониторинга с применением БПЛА в России // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2017. № 7. С. 79–84.Khramov A.V., Ermolaev A.A., Shalashova A.I., Kontrosh L.V. Possibilities of environmental monitoring with UAV use in Russia. Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University, 2017, no. 7, pp. 79–84. (in Russian)Хабаров Д.А., Адиев Т.С., Попова О.О., Чугунов В.А., Кожевников В.А. Анализ современных технологий дистанционного зондирования Земли // Московский экономический журнал. 2019. № 1. C. 181–190. https://doi.org/10.24411/2413-046X-2019-11068Khabarov D.A., Adiev T.S., Popova O.O., Chugunov V.A., Kozhevnikov V.A. Analysis of modern technologies for remote sensing of the Earth. Moscow Economic Journal, 2019, no. 1, pp. 181–190. (in Russian). https://doi.org/10.24411/2413-046X-2019-11068Абрамов Н.С., Макаров Д.А., Талалаев А.А., Фраленко В.П. Современные методы интеллектуальной обработки данных ДЗЗ // Программные системы: теория и приложения. 2018. Т. 9. № 4(39). С. 417–442. https://doi.org/10.25209/2079-3316-2018-9-4-417-442Abramov N.S., Makarov D.A., Talalaev A.A., Fralenko V.P. Modern methods for intelligent processing of earth remote sensing data. Program Systems: Theory and Applications, 2018, vol. 9, no. 4(39), pp. 417–442. (in Russian). https://doi.org/10.25209/2079-3316-2018-9-4-417-442Григорьев А.Н., Шабаков Е.И., Дементьев А.Н., Романов А.А. Метод сокращения избыточности данных дистанционного зондирования из космоса // Известия вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59. № 1. С. 38–44. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2016-59-1-38-44Grigoriev A.N., Shabakov E.I., Dementiev A.N., Romanov A.A. Method to reduce data redundancy in remote sensing from space. Journal of Instrument Engineering, 2016, vol. 59, no. 1, pp. 38–44. (in Russian). https://doi.org/10.17586/0021-3454-2016-59-1-38-44Севрюкова Е.А., Волкова Е.А., Дорошенко В.А., Солодков А.В. Разработка макета распределенной сенсорной системы экологического мониторинга // Известия вузов России. Радио электро ника. 2021. Т. 24. № 3. С. 98–108. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2021-24-3-98-108Sevryukova E.A., Volkova E.A., Doroshenko V.A., Solodkov A.V. A prototype unit of a distributed sensor system for ecological monitoring. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics, 2021, vol. 24, no. 3, pp. 98–108. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2021-24-3-98-108Трофимова Т.И. Физика. 500 основных законов и формул. М.: Высшая школа, 2005. 64 c.Trofimova T.I. 500 Basic Laws and Formulas. Moscow, Vysshaja shkola Publ., 2005, 64 p. (in Russian)Лукьянов Л.А., Свитнев И.В., Харитонова Е.А., Гаврилов И.Е. Метод дистанционного контроля радиационных параметров космических аппаратов на основе рентгенофлуоресцентного анализа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 4. С. 650–658. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-4-650-658Lukyanova L.A., Svitnev I.V., Kharitonova E.A., Gavrilov I.E. Method for remote control of radiation parameters of spacecraft based on X-ray fluorescence analysis. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2022, vol. 22, no. 4, pp. 650–658. (in Russian). https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-4-650-658Чернецкая И.Е., Спевакова С.В. Мультиспектральное оптико-электронное устройство для автономной мобильной платформы экологического мониторинга // Труды МАИ. 2020. № 114. С. 13. https://doi.org/10.34759/trd-2020-114-14Chernetskaya I., Spevakova S. Multispectral electronic device for autonomous mobile platform of ecological monitoring. Trudy MAI, 2020, no. 114, pp. 13. (in Russian). https://doi.org/10.34759/trd-2020-114-14Дудкин Д.С., Найданов А.Ф., Свитнев И.В. Симулятор аппаратно-программного комплекса распознавания типов и толщин слоев подстилающей поверхности методом зондирования электромагнитным излучением дециметрового, сантиметрового и рентгеновского диапазонов. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № RU2018614834. 2018.Dudkin D.S., Naidanov A.F., Svitnev I.V. Simulator of a hardwaresoftware complex for recognizing the types and layers thicknesses of the underlying surface by probing with electromagnetic radiation in the decimeter, centimeter and X-ray ranges. Certificate of the state computer program registration RU2018614834, 2018. (in Russian)Алексеев Н.В. Новый взгляд на эффект Комптона // Прорывные научные исследования как двигатель науки: сборник статей международной научно-практической конференции. М.: Аэтерна, 2019. С. 9–15.Alekseev N.V. New look at the Compton effect. Breakthrough scientific research as the engine of science: Proc. of the International Scientific and Practical Conference. Moscow, Ajeterna Publ., 2019, pp. 9–15. (in Russian)Кулганов В.А., Свитнев И.В., Соколов Д.А., Нигматуллин Р.А. Метод обнаружения загрязнений подстилающей поверхности по характеристикам обратно рассеянного ионизирующего излучения // Материалы IV Всероссийской научной конференции «Экология и космос» имени академика К.Я. Кондратьева / под общ.ред. Ю.В.Кулешова. СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2020. С. 206–212.Kulganov V.A., Svitnev I.V., Sokolov D.A., Nigmatullin R.A. Method for detecting the contamination of the underlying surface based on the characteristics of backscattered ionizing radiation. Proc. of the All-Russian Scientific Conference “Ecology and Space” named after Academician K.Ya. Kondratiev, 2020, pp. 206–212. (in Russian)Соколов Д.А., Косырев С.В., Кислицына И.А. Методика расчета содержания загрязнителя на подстилающей поверхности с заданной вероятностью его определения // Экология и развитие общества. 2021. № 1(35). С. 31–38.Sokolov D.A., Kosyrev S.V., Kislitsyna I.A. Rocedure for calculating the contaminant content on the substrate surface with a given probability of its reliable determination. Ecology and Society Development, 2021, no. 1(35), pp. 31–38. (in Russian)Любушин Н.П., Брикач Г.Е. Использование обобщенной функции желательности Харрингтона в многопараметрических экономических задачах // Экономический анализ: теория и практика. 2014. № 18(369). С. 2–10.Liubushin N.P., Brikach G.E. Harrington’s desirability generalized function in multiple parameter economic tasks. Economic Analysis: Theory and Practice, 2014, no. 18(369), pp. 2–10. (in Russian)Дудкин Д.С., Найданов А.Ф., Свитнев И.В. Модуль распознавания типов и толщин слоев подстилающей поверхности в условиях Крайнего Севера // Инновации. 2018. № 11(241). С. 116–121.Dudkin D.S., Naydanov A.F., Svitnev I.V. Module of recognition of types and thicknesses of the underlying surface under the conditions of the far north. Innovations, 2018, no. 11(241), pp. 116–121. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.