Лаборатория дистанционных методов и геоинформационных систем

Дистанционными (аэрокосмическими) методами в ГГИ занимается специализированное структурное подразделение, которое сначала именовалось лабораторией аэрометодов, затем - аэрокосмических методов (АКЛ), а в последние годы приобрело название Лаборатория дистанционных методов и географических информационных систем.

В гидрологической науке впервые в 1900 году В.Е. Тимонов предлагал использовать воздухоплавание для изыскания сухопутных и водных сообщений. В 1901 году Р. Ю. Тиле мечтал о быстрой и точной съемке планов низовьев больших рек с помощью воздушной фотографии. Лишь к 1930 году созрели условия для общения гидрологов с аэрометодами, и в «Известиях ГГИ» (№ 35, 1931 год) появляется научная статья (К.А. Козловский и А.В. Шнитников) о возможных путях использования авиации для географо-гидрологических исследований. В 1936 году вышел целевой сборник работ ГГИ о возможностях получения гидрологических характеристик по аэрофотоснимкам. История умалчивает о применении аэрофотосъемки для гидрологических целей в период 1941 – 1945 гг. Послевоенный период развития аэрометодов в ГГИ неизменно связан с В. А. Урываевым. Приведём только некоторых, внесших существенный вклад в развитие этого направления:
Д. М. Кудрицкий, И.Г. Попов, Е. А. Романова, А. А. Пугин, Г. Р. Рехтзамер, А. М. Солодовникова, А. Г. Калько, Г. М. Лукашенко, Ю. Д. Шариков, И. Г. Шумков. Лаборатория аэрометодов была создана по инициативе директора ГГИ Валериана Андреевича Урываева на Главной экспериментальной базе института в пос. Ильичево.

Возглавляли лабораторию в разное время: к.т.н. Г.М. Лукашенко, к.т.н. И.Г. Шумков, к.т.н. Ю.Д.Шариков, к.г.н. В.Ф. Усачев.

Лаборатории были подчинены сотрудники аэрогидрометрической экспедиции и экспедиции БАМ. Общая численность в некоторые годы доходила до 35 человек. Работали сотрудники с ученой степенью кандидата наук – А.М. Солодовникова, Л.К. Вершинина, Н.Е. Леонова, М.И. Делеур, В.Г. Прокачева, В.В. Сумарокова.

В настоящее время в лаборатории работают 2 кандидата наук (М.Ю. Георгиевский, В.Г. Прокачева), научный сотрудник О.Ф. Голованов и вед. программист А. Ю. Зельдин (по совместительству). Руководитель лаборатории к.г.н. В. Ф. Усачев. 

ЛДМГИС разрабатывает методы использования аэрокосмической информации в гидрологических исследованиях и готовит публикации и справочный материал по своему профилю. Лаборатория выполняет обширный круг работ, связанных с получением, обработкой и использованием аэрокосмических материалов при решении разнообразных гидрологических, экологических и природно-ресурсных задач, а также проводит аэрофотосъемочные изыскания и камеральную обработку полученных материалов для гидроэкологического мониторинга и обоснования проектирования, строительства и эксплуатации объектов.

Основные направления научных исследований:

1. Оценка сезонной изменчивости количества льда на озерах в результате анализа картосхем ледовой обстановки, построенных по данным спутниковых съемок. Основой оценки является разработанная имитационная модель динамики ледовой обстановки (на примере Ладожского озера), которая позволяет на основе предшествующего снимка и прогноза метеорологических элементов рассчитать ледовую ситуацию на будущее. При дешифрировании космического снимка специалист-гидролог использует всю доступную ему дополнительную информацию об определяемом явлении. Упомянутая имитационная модель позволяет также учитывать дополнительную информацию при автоматизированном дешифрировании. 

Исходная информация для анализа ледовой обстановки на Ладожском озере - снимки с ИСЗ «Terra»/Modis весна 2013 года

При оценке ледового режима озер многолетние данные о сезонной изменчивости количества льда на озерах определяются в результате анализа картосхем ледовой обстановки, построенных по данным аэровизуальных наблюдений и спутниковых съемок.

На основе космических снимков разработана имитационная модель динамики ледовой обстановки на Ладожском озере.

Модель позволяет рассчитать ледовую ситуацию на озере исходя из предшествующего снимка и прогноза метеорологических элементов на будущее. При дешифрировании космического снимка специалист-гидролог использует всю доступную ему дополнительную информацию об определяемом явлении. Упомянутая имитационная модель способна учитывать всякую дополнительную информацию при автоматизированном дешифрировании снимка.

Что касается оценки ледовой обстановки на реках и водохранилищах, то возможности зависят от ширины русла, количества снимков с более высоким разрешением, чем у спутника «Terra» и отсутствия облачности над объектом. Приведем некоторые фрагменты с ледовой обстановкой.

2. Определение снегозапасов на горном водосборе за прошлые годы с использованием регулярных спутниковых съемок в видимом диапазоне, по которым восстанавливается последовательный ход снеговой линии в горах при снеготаянии. Снегозапасы рассчитываются обычным способом через температуру воздуха и коэффициент стаивания. Результаты таких расчетов (для нескольких сезонов) по некоторым горным регионам и речным водосборам показали перспективность этого направления использования спутниковой информации, особенно в условиях малообжитых и труднодоступных районов. Результаты расчетов позволяют выявить закономерности высотного распределения снегозапасов. Они представляют научный интерес и дают сведения о высотных градиентах твердых осадков в горах.

3. Определение зон затоплений при наводнениях и размеров затапливаемых площадей в поймах больших рек с использованием космической информации, которые практически невозможно определить только на основе наземной информации об уровнях и расходах воды. Выполненный большой комплекс наземных и аэрофотосъемочных работ в поймах рек - Обь, Волга, Енисей позволил разработать технологию картографирования разливов. Установлены связи уровней воды с объемами и площадями разливов, что позволило восстановить многолетние ряды этих характеристик и получить справочные данные для конкретных участков в поймах больших рек.

4. Оценка зон техногенного загрязнения на речных водосборах в сфере влияния городов. Это направление занимает особое место среди современных направлений использования спутниковых съемок. На основе полевых экспериментов и экспедиционных обследований выяснены параметры связей яркости изображения с количеством твердых загрязнителей в снегу, изучен характер изменения этих связей во времени и по территории. Теоретически обоснована возможность определения по снимкам нескольких контуров загрязненности снега относительно фоновых значений. По снимкам картографированы хронически загрязняемые площади вокруг городов для всех крупных водосборов рек России, в том числе и расположенных на территориях соседних государств: Украины, Белоруссии, Казахстана, Эстонии, Латвии, Литвы, Китая, Монголии, Финляндии, Польши. Определена структура размещения загрязняемых площадей в бассейнах Балтийского, Черного и Каспийского морей.