Сбор и обработка экологической информации в районах нефтегазодобычи и решение других прикладных задач методами активного поиска (обзорная статья)

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.

1. Притужалова О.А., Радченко К.С. Проблемы проведения производственного экологического контроля в строительных организациях // Строительство и техногенная безопасность. 2019. № 14(66). С. 145–154.

2. 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.

3. Васильев В.Н. и др. Спектры излучения рентгеновских установок. М.: Энергоатомиздат, 1990. 143 с.

4. 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.

5. 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-2019-11068

6. Абрамов 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/10.25209/2079-3316-2018-9-4-417-442

7. Григорьев 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/10.17586/0021-3454-2016-59-1-38-44

8. Севрюкова 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/10.32603/1993-8985-2021-24-3-98-108

9. Трофимова Т.И. Физика. 500 основных законов и формул. М.: Высшая школа, 2005. 64 c.

10. 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/10.17586/2226-1494-2022-22-4-650-658

11. Чернецкая 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-2020-114-14

12. Дудкин 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.