Главная » Публикации » Как и зачем мы делаем тепловую инфракрасную аэросъемку

Как и зачем мы делаем тепловую инфракрасную аэросъемку

Автор(ы): Волковицкий А.А., Скловский С.А.  

Тепловая инфракрасная (ИК) аэросъемка наряду с другими методами дистанционного зондирования играет важную роль при геологических и экологических исследованиях. Долгое время служившая военным целям, с конца 70х годов она начала успешно применяться сначала в опытных, а затем и производственных работах по изучению геологического строения и экологического состояния исследуемых территорий, а также для решения широкого круга прикладных задач городского коммунального хозяйства.

Немного истории

Широкомасштабное использование тепловизоров в арсенале аэрогеофизических средств дистанционного зондирования в СССР ознаменовалось выпуском серийного гражданского тепловизора «ВУЛКАН». Разработанный Азовским оптико-механическим заводом по техническому заданию МинГео в конце 70-х годов, прибор оставался практически единственным доступным для выполнения работ на протяжении десятилетия. Тепловизор был построен по традиционной для того времени схеме двухканального оптико-механического сканера с регистрацией изображения на фотопленку. Неожиданно удачная оптическая схема сканера не устарела до сих пор, что обусловило длительный срок жизни этих устройств и широкие возможности их модернизации.

Первые же опыты использования тепловизоров сопровождались рядом крупных разработок, существенно развивших возможности тепловой аэросъемки. Активное участие в этом процессе приняли сотрудники ГНПП «Аэрогеофизика». На их счету — первые опыты использования бортовой системы визуализации теплового изображения (1984г.) и установка оптической головки тепловизора на гиростабилизирующую платформу (1987г.). Тем не менее фоторегистрация, как единственное штатное средство регистрации данных, являлась фактором, сдерживавшим развитие аппаратно-технических средств метода. И только стремительное развитие вычислительной техники открыло возможности создания по сути новой технологии проведения ИК аэросъемок и обработки их результатов.

Высоко оценивая потенциальную перспективность метода, «Аэрогеофизика» инициировала разработку системы цифровой регистрации теплового изображения. Работы финансировались из собственной прибыли и были поручены творческому коллективу с привлечением сотрудников ИПУ РАН. При этом было безусловно определено:

  • информация должна записываться в цифровом виде на высокотехнологичный надежный машинный носитель (жесткий диск бортового компьютера);
  • информация должна быть защищена от ошибок записи помехозащищающими кодами;
  • в целях уменьшения объема записываемых данных необходимо осуществлять уплотняющее неискажающее кодирование цифрового изображения.

Система регистрации базировалась на PC 386DX-40, средство аппаратного сопряжения тепловизора с ЭВМ было реализовано на высоком уровне А.В. Шерстюком (ИПУ РАН). Работы включали также разработку методов и программ помехозащищающего уплотняющего кодирования, системного программного обеспечения процесса быстрой непрерывной записи на жесткий диск двух спектральных каналов и визуализации в реальном времени без каких либо ограничений (А.Н. Дроботенко «Аэрогеофизика»). В состав комплекса вошли программы распаковки записанного изображения в традиционный для геофизических данных формат, средства его оперативного просмотра и технологической коррекции.

Результаты полугодового труда коллектива разработчиков поступили в практическую реализацию, вытеснив фоторегистрацию и развеяв подозрения скептиков в отношении надежности комплекса. Осенью 1993г. была выполнена первая производственная ИК аэросъемка г. Москвы с регистрацией и полной обработкой цифровой информации на РС.

Однако цифровые данные — не фотопленка, их нельзя вертеть в руках и разглядывать на просвет. Практически одновременно началось создание программного обеспечения, обеспечивающего все необходимые методы обработки полученных данных. Теперь уже нельзя провести границу между технической и программной частями — они взаимно определяют состав комплекса, как единой технологической линии.

Определенные перспективы связывались с использованием двухканального приемника в одном оптическом и сигнальном плече, что должно было привести к удвоению общего числа каналов, а значит, и расширению потенциальных возможностей системы.

Год спустя на свет появился блок подготовки сигналов тепловизора, включающий в себя:

  • четыре канала привязки и масштабирования видеосигналов тепловизора;
  • скалярный и векторный АЦП для измерения внешних сигналов;
  • логический автомат управления двигателем привода оптико-механического сканера;
  • линии управления и контроля всех основных сигналов тепловизора.

Удалось разработать и изготовить систему подготовки сигналов, отладить все ее элементы, выполнить стыковку протокола обмена командами управления тепловизора с системой регистрации, обеспечить запись четырех каналов с попарным чередованием без каких-либо потерь геометрического разрешения. Средства визуального контроля состояния системы позволили не только наблюдать принимаемые сигналы, но и выполнять нелинейную калибровку измеряемых значений. Бортовая программа производит вычисление статистик принимаемых сигналов изображения, что позволяет скорректировать его непосредственно в процессе распаковки.

От старого «ВУЛКАНА» остались только корпус оптической головки, система зеркал, призма и мотор… Доработанный тепловизор, носящий новое название «Вулкан-4000», уже не имеет никаких органов управления кроме канала связи с управляющей бортовой ЭВМ, в роли которой сегодня выступает Pentium-100.

«Вулкан-4000» — тепловизионная система высокого разрешения.

Комплекс аппаратно-программных средств тепловой инфракрасной аэросъемки, разработанный ГНПП «Аэрогеофизика» (рис. 1), выполняет:

Рис. 1 Тепловизор «Вулкан-4000» с блоком управления.
  1. прием тепловизионного сигнала в четырех спектральных каналах (2-х видимых, ближнем и дальнем ИК ) с высоким геометрическим разрешением — до 4096 точек на строку сканированного изображения при скорости сканирования 100 — 200 строк в секунду в каждом канале;
  2. упаковку принятых данных неискажающими кодами более чем вдвое в реальном времени;
  3. запись данных на жесткий диск бортовой ЭВМ без ограничений параметров полета; продолжительность сеанса записи определяется только объемом хранения жесткого диска;
  4. регистрацию дополнительной информации — данных GPS в полном объеме, параметров гиросистемы, высоты полета, а также до 15 пользовательских каналов;
  5. управление режимами работы тепловизора — запуском, частотой сканирования, усилением в каналах видеосигнала, последовательностью и темпом опроса аналоговых каналов дополнительной информации.

Технические средства комплекса выполнены на высоком уровне с применением самой современной элементной базы. В состав комплекса входят бортовая ЭВМ плюс две платы, одна из которых — встроенное приложение, а другая смонтирована в виде блока, к которому подключаются все приборы комплекса.

Система имеет угол полного обзора 90 при мгновенном угле зрения 0.001 радиан.

Канал управления режимами работы тепловизора разработан для абстрактного тепловизора и легко адаптируется под любой линейный сканер («ВУЛКАН», «ЗИМА» и др.).

Начиная с осени 1996 г., в составе комплекса эксплуатируется система измерения и регистрации значений гирокурса и гировертикали. Первые же опыты работы с этими данными показали высокую перспективность их использования. Тепловое изображение, скорректированное с учетом данных радиогеодезии, курсовой системы и радиовысотомера оказалось практически картографической проекцией местности.

Тип используемых приемников определяется в соответствии с задачами пользователя. В наших тепловизорах применены совмещенные в одном корпусе охлаждаемые инфракрасные чувствительные элементы спектральных диапазонов 3-5 микрон (InSb) и 8-14 микрон (CdHgTe). Температурная чувствительность — 0.1 . Метод охлаждения — заливка жидким азотом (77 К). Кроме того, наши тепловизоры оснащены чувствительными элементами видимого спектрального, что при использовании светофильтров открывает возможности решения задач классической спектрозональной съемки.

C 1997 г. в составе комплекса в качестве основного прибора определения местоположения летательного аппарата и управления вертолетовождением используется совмещенный GPS+GLONASS приемник GG24 фирмы ASHTECH. Основными его преимуществами являются высокий темп счисления (5 измерений в секунду), удобный протокол обмена и, что самое главное, — качество результатов. В качестве системы взаимодействия создана штурманская программа с широкими возможностями по управлению полетом и всеми необходимыми индикаторами для вождения летательного аппарата. Результатом этого явилось улучшение фактических линий полета, сокращение затрат летного времени при заходах на съемочные маршруты, уменьшение объемов обработки на этапе коррекции геометрических искажений отснятого материала.

Итогом выполненных разработок явилось не только повышение качества получаемой информации, но и рост экономической эффективности работ, скрывавшейся до сих пор под ворохом проблем надежности и организационных неувязок при планировании и производстве полетов. Весной 1997 г. нам удалось, не снижая качества материала, вдвое увеличить высоту полета, а соответственно вдвое уменьшить количество съемочных маршрутов. В сочетании с выигрышем за счет более приличного вертолетовождения экономический эффект получается вполне внушительным. Кроме того, появилась возможность укладывать растущие объемы работ в весьма непродолжительные благоприятные для съемки сезонные периоды, поскольку давно замечено, что наилучшее для ИК съемки сочетание погодных условий и температуры в тепловых сетях длится ровно на один день меньше, чем нужно, чтобы отснять площадь города полностью.

Таким образом, техническое развитие комплекса средств тепловой ИК аэросъемки ГНПП «Аэрогеофизика» сегодня находится на вполне достойном, даже в сравнении с зарубежными аналогами, уровне, накоплен опыт разработки, и это позволяет выполнять не только высококачественные производственные съемки, но и работы по модернизации аппаратуры по заказу сторонних организаций. Точно так же «Аэрогеофизика» способна разработать программное обеспечение для работы с материалами экологического мониторинга на любой вкус. Одним из вариантов в схеме взаимодействия с заказчиком может быть поставка под ключ всей сквозной технологии, включая аппаратный комплекс и обучение персонала.

Система обработки тепловых инфракрасных изображений

В принципе на этапе обработки и интерпретации можно в той или иной мере использовать популярные графические растровые пакеты и программы (ER Mapper, TNT mips, ERDAS Imagine, Corel Photo Paint, Paint Shop Pro и др.), однако нами был разработан свой собственный пакет программ, что объясняется, в основном, особенностями сканерных изображений и естественным желанием иметь наиболее эффективное инструментальное средство, перекрывающее весь объем технологии обработки.

Разработанный нами (А.К. Волковицкий, А.Н. Дроботенко, Д.В. Каплун) пакет программ IRIT (Infra Red Image Tools) представляет собой уникальную по составу и принципам работы единую операционную среду с широким набором процедур обработки изображений и является базой для полной сквозной технологии — от выполненных съемок до отчетного материала. Главное назначение этой программы — создание масштабных тепловых изображений в интерактивном режиме. Выходные картинки можно использовать в качестве топографической основы для последующих интерпретационных действий, некоторые из которых доступны непосредственно в программе.

IRIT имеет дружественный многооконный интерфейс, в котором к каждому окну, содержащему изображение, может быть применен широкий набор операций: окна можно перемещать, поворачивать, масштабировать, подшивать друг к другу, обрезать и т. д. Программа использует специальные методы доступа к файлам, позволяющие производить обработку больших объемов входных данных и их быстрый графический вывод на экран. Подробная русскоязычная help-система позволяет довольно быстро разобраться в структуре программы и ее функциях.

С помощью IRIT пользователь может:

  • загружать в окна и просматривать наложенные друг на друга исходные изображения, представленные различными форматами данных, в том числе и векторными;
  • манипулировать этими окнами, используя процедуры поворота, перемещения и масштабирования;
  • при помощи мыши выполнять назначение точек для последующих процедур подшивки или измерения координат;
  • выполнять преобразования системы координат и масштаба;
  • корректировать цветовые соотношения входных данных;
  • осуществлять подшивку, используя назначенные точки в соответствии с выбранным методом;
  • осуществлять криволинейную разрезку в зоне сшивки подшитых друг на друга изображений;
  • сохранять рабочие изображения как в графических растровых файлах, так и в виде файлов проекта программы IRIT;
  • сохранять подобранную цветную палитру изображений в отдельном файле и использовать ее в дальнейшем при конвертации обработанного растра в популярные форматы (BMP, TIF);
  • распечатывать на лазерных или цветных струйных принтерах любые фрагменты оконной мозаики в выбранном масштабе.

Расширяющие возможности IRIT утилиты основываются на форматах данных пакета и реализуют предварительные автоматические операции с входными данными. Изначально создававшиеся как вспомогательные инструментальные средства они, однако, находят широкое применение в работе, особенно при решении нетривиальных задач обработки.

Набор утилит включает программы:

  • предварительного монтирования исходных маршрутных изображений, преобразующую непрерывный файл изображения в совокупность примыкающих друг к другу фрагментов, используя навигационные данные; иногда результаты ее работы разумно достаточны по качеству для последующих интерпретационных этапов;
  • технологической коррекции изображений;
  • вырезания фрагментов изображения;
  • повышения резкости изображения (не путать с контрастностью..!);
  • быстрого просмотра бортовых данных;
  • преобразования форматов данных (в BMP и TIF) в том числе с подключением подобранной палитры;
  • модификации растровых файлов (приведение их к одинаковой яркости, выделение части динамического диапазона сигнала в прозрачный слой и др.)

Нюансы производственного процесса.

Теперь следует сказать о методике ИК аэросъемки, о том, каким образом ведется обработка бортовых данных, и что наши заказчики получают в результате.

Аэросъемочный комплекс монтируется на борту вертолета МИ-8Т. Для получения площадной картины теплового поля съемка выполняется по системе параллельных маршрутов с межмаршрутным расстоянием, обеспечивающим не менее чем 40%-ное перекрытие изображений.

После полета материалы на съемных винчестерах попадают в группу камеральной обработки, где бортовые файлы распаковываются, сразу же выполняется технологическая коррекция изображений, при этом все маршрутные изображения уравниваются по яркости и, если требуется, по контрастности. Результат записывается на CD-ROM диски и буквально на следующий день после съемки передается заказчику. Эти материалы специалисты заказчика могут сразу же вовлекать в экспресс-обработку, поскольку вместе с данными передается программное обеспечение для работы с ними (IRIT и набор необходимых утилит). В принципе, на этом этапе наша работа может считаться выполненной, поскольку в руках у заказчика оказывается вся необходимая технология дальнейшей обработки ИК изображений. Впрочем, большая часть наших клиентов требует от нас полной обработки получаемой информации, вплоть до создания масштабной основы для геоинформационных систем.

Такая обработка требует значительного времени и определенных навыков. На основании данных спутниковой навигационной системы и зафиксированных параметров курса, крена, тангажа и высоты полета изображение разрезается на квазилинейные фрагменты и в полуавтоматическом режиме «раскривляется» т.е. приводится к виду, отвечающему реальному режиму полета. Результат этой операции, представленный в виде новых скорректированных файлов изображений и файлов-проектов формата IRIT, по нашим оценкам, отвечает кондициям 1:5000 — 1:10000 масштаба и при отсутствии точных крупномасштабных топоматериалов может быть предложен заказчикам в качестве масштабной основы. В ряде случаев этого оказывается достаточно, и материалы данного этапа обработки на CD-ROM дисках передаются заказчикам как окончательне.

Однако, целый ряд задач, в основном связанных с контролем состояния объектов городского хозяйства, требует более высоких кондиций масштабирования полученных ИК изображений. В этом случае выполняется еще один этап обработки — масштабная трансформация изображений по отсканированной топооснове. Как правило, для городов — это масштаб 1:2000. Топопланшеты сканируются и служат основой, по которой по системе взаимноопознаваемых точек выполняется трансформация и подшивка тепловых изображений. Далее остается только провести криволинейную разрезку изображений в зоне сшивки и экспортировать результат в окно, отвечающее границам планшета. Если размеры апертуры (пространственное разрешение) исходного изображения, обычно, составляют порядка 0.25м, то масштабированный результат формируется с апертурой 0.5м, что позволяет иметь файл для 1км2 размером 4Mb — очень удобно в работе, при том, что на таком изображении прекрасно видны все особенности исследуемых объектов. Полученные попланшетные тепловые изображения могут быть использованы в качестве растрового слоя для любой муниципальной ГИС.

В ряде случаев мы выполняем и масштабную цветную или черно-белую печать трансформированных ИК изображений, что, являясь безусловно очень эффектной подачей материала, имеет большой смысл в тех структурах и подразделениях заказчика, куда не дошла еще компьютеризация технологических процессов.

И, наконец, при решении некоторых задач (об этом — чуть ниже) мы выполняем интерпретацию полученных материалов с вынесением ее результатов на масштабную топооснову. На этом этапе еще довольно большую часть занимает ручной труд высококвалифицированных специалистов, хотя в последнее время мы ведем активные работы по автоматизации если не всего процесса, то хотя бы значительной его части.

Тепловая ИК аэросъемка — высокая окупаемость затраченных средств

Сегодня в России в условиях повального сокращения финансирования всех видов производственной деятельности налицо кризис целых направлений научно-исследовательских и научно-практических работ. Не является исключением и сектор рынка, в котором сосредоточена деятельность «Аэрогеофизики». Нашим традиционным заказчикам зачастую не хватает средств на проведение плановых ремонтных работ своих тепловых сетей, продуктопроводов и др. В этих условиях, как ни странно, применение ИК аэросъемки не только не является источником дополнительных затрат, но, наоборот, позволяет выполнять целевое, наиболее эффективное, расходование средств или даже экономить их.

Тепловая инфракрасная аэросъемка решает широкий круг задач:

1. Определение местоположения и состояния подземных тепловых сетей, включая обнаружение мест утечек. Следует отметить, что ИК аэросъемка — единственный дистанционный метод, позволяющий оперативно решать эти задачи, а также уточнять либо же составлять схемы расположения теплосетей. За один цикл работ картируется от 70 до 100% сетей в зависимости от условий съемки. Как показал опыт наших работ в различных городах России, эта задача весьма актуальна, так как в эксплуатационных службах схемы теплосетей зачастую вообще отсутствуют, или отличаются значительными неточностями.

Тринадцатилетний опыт работ в Москве показывает, что ИК съемку целесообразно вести в режиме мониторинга дважды в год — в начале и в конце отопительного сезона — и при отсутствии значительного (более 10 см) снежного покрова.

Нашими заказчиками являются Управление топливно-энергетического хозяйства Правительства Москвы, МП «Мостеплоэнерго», «Тепловые сети» АО «Морсэнерго», МП «Теплоремонтналадка», Москомприрода, Администрации городов Тула, Липецк, Королев (Калининград) МО, Реутов, Электросталь, Люберцы, Рязань и др.

Получаемые материалы используются заказчиками при составлении и корректировке ежегодных планов ремонтных работ. Как правило, при решении задач городского теплового хозяйства мы выполняем интерпретацию полученных материалов и выносим на крупномасштабную топооснову результаты диагностики состояния подземных тепловых сетей.

В результате наши заказчики получают возможность не только быстро окупить свои затраты, но и получить прибыль, причем экономический эффект тем выше, чем в более короткий срок заказчик сумеет «переварить» полученную информацию и на ее основе принять управленческие и технические решения. Так, например, стоимость одного цикла съемки и обработки тепловой ИК аэросъемки на 1 км2 составляет столько же, сколько перекладка 10 погонных метров среднего магистрального теплопровода. То есть, если в результате анализа полученных материалов объем перекладки теплосетей удалось уменьшить на 10 м, то заказчик уже окупил свои затраты. А если будет переложено на 20 м меньше — вот вам 100% прибыль… И это не считая эффекта от своевременного выявления и ликвидации аварийных участков, уменьшения подпитки, наиболее рационального использования вечно недостаточных денежных средств, экономии на земляных работах (наконец-то известно, где нужно копать…), да просто от получения и использования схем своих теплосетей (см. рис. 2)…

Рис. 2 Диагностика состояния подземных тепловых сетей, г. Королев Московской обл., декабрь 1996 г.

Однако, именно на пути максимально эффективного использования материалов тепловой аэросъемки мы сегодня видим самые большие сложности. Это и инерция мышления специалистов, традиционно не доверяющих дистанционной диагностике, и до сих пор низкое компьютерное оснащение предприятий заказчиков, и их неспособность выделить пару человек и столько же компьютеров для работы с полученными материалами. Наконец, — просто неумение или нежелание считать по-прежнему не свои деньги… Вот один пример. По материалам съемки Москвы 1995г. полтора года спустя вед. инженером «Тепловых сетей» АО «Мосэнерго» А.М. Гончаровым был сделан анализ: 80% аварийных либо предаварийных ситуаций, показанных на материалах тепловой съемки нашли свое подтверждение (то есть в конце концов реализовались в виде полномасштабных аварий), при этом если бы вовремя сумели эти данные использовать, то удалось бы избежать прямого ущерба в размере 4 млрд. руб. Оптимизация же планов кап. ремонта с применением данных ИК съемки (плюс анализ привязанной паспортной базы) равнозначна увеличению финансирования ремонтных работ примерно на 30% (за 1996г. это составило бы порядка 120 млрд. руб.) И это только для хозяйства одного заказчика. Увы, насколько нам известно, в конкретном случае эти прибыли остались на бумаге…

А вот другой пример эффективности применения ИК аэросъемки, причем, в том же году. По материалам ИК аэросъемки специалистами МГП «Мостеплоэнерго» было выявлено 280 участков с утечкой теплоносителя, среди них 163 свища. Все утечки оперативно или в плановом порядке удалось ликвидировать. Экономический эффект от выполненной работы в два раза превысил затраты. «Мостеплоэнерго», являясь нашим постоянным заказчиком, не только с пользой регулярно потребляет материалы тепловой съемки, но зачастую выступает инициатором новых уровней их обработки, диктует требования к аппаратно-программным средствам. По мнению главного инженера В.П. Кащеева, ИК аэросъемка, являясь инструментом дистанционной диагностики городского теплового хозяйства, сегодня стала составной частью технологического процесса обслуживания тепловых сетей.

2. Картирование и диагностика состояния продуктопроводов, включая обнаружение мест утечек. Имеются в виду прежде всего нефте- и газопроводы, протяженность которых составляет многие тысячи километров, а более чем двадцатилетний срок эксплуатации предполагает в значительной мере изношенное состояние. И те, и другие имеют повышенную по сравнению с окружающей средой температуру поэтому даже в случае подземной прокладки формируются достаточные для регистрации тепловые контрасты. Опыт наших работ показывает, что ИК аэросъемка данных объектов может быть выполнена с малых (до 100м) высот, при этом реальное разрешение составляет 0,1-0,2м. На изображении такого качества отчетливо проявляются нюансы теплового следа продуктопровода, выделяются участки его обводнения грунтовыми водами (а, значит, и повышенной коррозионной опасности), места развития гидрантных пробок. Места утечек выглядят по-разному — для газопроводов это контрастные очень холодные (вследствие адиабатического расширения газа) локальные участки, для нефтепроводов — более теплые по сравнению с окружающей средой участки. Хорошо картируются площади разлива нефти.

3. Контроль состояния водных объектов.

Возможность обнаружения тепловой съемкой несанкционированных выпусков сбросовых вод (промышленных и коммунальных), в том числе малодебитных и слабоконтрастных, визуальное определение которых маловероятно, позволяет говорить о методе, как об основном при решении экологических задач на территориях интенсивной промышленной застройки. При этом даже не важно, являются ли эти сбросы существенно более теплыми или холодными по сравнению с водами загрязняемых водоемов. Кстати, эта задача может быть решена попутно при ИК съемке городских территорий, хотя, разумеется, наилучшие результаты получаются при специализированных ночных съемках с настройкой тепловизионной аппаратуры исключительно на воду (см. Рис. 3).

Также с высокой эффективностью ИК аэросъемка позволяет осуществлять поиск пятен нефтяного загрязнения акваторий в зонах активного движения танкеров и возможного сброса балластных вод, в районах крупных портов или в случаях аварий и катастроф, сопровождающихся изливом нефтепродуктов. В отличие от визуальных методов картирования таких загрязнений, тепловая съемка выделяет микронные по толщине пленки, то есть очень слабые загрязнения.

Не менее уникальны возможности ИК аэросъемки при поиске зон субаквальной разгрузки из верхних бьефов водохранилищ и зон субаквального выноса подземных пресных вод в море. Такие работы мы выполняли в 1982г. на Черноморском побережье Грузии, в 1986г. на оз. Балхаш и др.

В зонах аридного климата актуальны задачи по выявлению мест утечек, в том числе локальных, из оросительных систем и наземных водонесущих коммуникаций.

В свете решения задач охраны окружающей среды большой интерес представляет контроль состояния накопителей жидких промышленных отходов, как правило, весьма токсичных. ИК съемка позволяет обнаружить утечки из накопителей на стадии их зарождения, предупреждая тем самым тяжелые экологические последствия.

Рис. 3 Сброс промышленных стоков в р. Москва, апрель 1997.

4. Обнаружение участков скрытого самовозгорания на полигонах по захоронению отходов (городских свалках), на торфяниках, в лесных массивах, особеннона ранних стадиях развития, позволяет оперативно и с минимальными затратами их локализовать и ликвидировать. Съемка выполняется в наиболее пожароопасный летний период с высот 1-2км в режиме патрулирования. Локализация очагов может выполняться в реальном времени, либо с постобработкой на земле. На территориях торфоразрабатывающих предприятий выявляются штабели торфа с зарождающимися очагами внутреннего возгорания.

5. Выявление участков подтопления и заболачивания по материалам тепловой съемки обусловлено увеличением тепловой инерции и некоторым снижением альбедо увлажненных участков верхнего почвенного слоя. Наиболее эффективно данная задача решается в областях развития природного ландшафта. В пределах городских агломераций задача осложняется наличием асфальтового покрытия, плотной городской застройки и т.п. Тем не менее в ряде случаев, особенно в районах свободной планировки, по материалам тепловой съемки можно выявить участки подтопления зданий и сооружений. Например, выполненная весной 1997г. ИК аэросъемка позволила выявить зону подтопления грунтовыми водами центрального здания мемориального комплекса на Поклонной горе в г.Москве.

6. Контроль состояния полей фильтрации и аэрации.

Выполняя тепловой мониторинг г. Москвы, мы неоднократно делали съемку Люблинских полей фильтрации (ЛПФ). Полученные материалы позволяют уверенно картировать участки активных биотермических процессов на территории ЛПФ, свидетельствующие о современном (вопреки официальным данным) поступлении сточных вод в отдельные карты этих полей. При этом выявляются локализованные сбросы вод в пруды-регуляторы стока. Выполнение работ в режиме мониторинга позволяет прослеживать динамику экзотермических процессов и строить прогностическую модель их развития, а следовательно, и определить последовательность освоения территории под застройку. Материалы тепловой съемки показывают, что развернутое в юго-западной части ЛПФ — зоне развития наиболее активных процессов — массовое жилищное строительство является грубейшим пренебрежением требованиями к экологическому состоянию застраиваемых территорий.

7. Определение состояния дорожных покрытий.

Состояние дорог в нашей стране всегда оставляло желать лучшего… На их ремонт и обслуживание никогда не хватало денег. Тем актуальней представляется возможность дистанционной диагностики их состояния, особенно, если речь идет о высокопроизводительных и относительно недорогих методах, таких как ИК аэросъемка. Качество дорожного покрытия является следствием качества подушки, на которой размещается это покрытие. В первую очередь подвержены разрушению участки разуплотнения подушки в связи с их повышенной проницаемостью. В таких местах обычно наблюдается избыточная влагонасыщенность основания дорожного полотна за счет грунтовых вод и атмосферных осадков, которая может существенно изменяться в зависимости от погодных условий. Постоянные перепады обводненности приводят к разрушению подушки под воздействием атмосферных условий, особенно в зимнее время года, когда происходит вспучивание полотна дороги при промерзании грунта, а также за счет выщелачивания и вымывания мелкой фракции ( обычное явление в зоне аэрации почвенного покрова). В свою очередь это приводит к разрушению ( просадкам ) дорожного полотна.

Отсюда следует, что обводненные участки дороги за счет более высокой теплоемкости воды и ее испарения под действием солнечных лучей прогреваются медленнее. На тепловом изображении поверхности асфальта в дневное время они выделяются как темные (холодные) пятна.

В 1995г. по заказу «Тулавтодора» мы выполнили опытно-методические работы на участке дороги Тула-Венев, при этом данные тепловой съемки заверялись комплексом наземных геофизических методов (электроразведка и георадарная съемка). Результаты работ показали, что ИК-аэросъемка может с успехом использоваться для контроля качества дорожного полотна автодорог с твердым покрытием, причем, достоверность результатов повышается при повторной съемке в вечерние и утренние часы (сразу после заката и непосредственно перед восходом солнца), поскольку участки, подверженные обводнению, интерпретируются как области инверсии теплового поля.

Рис. 4 Фрагмент взлетно-посадочной полосы, Аэропорт г. Тулы, август 1995.

Наиболее рациональная технология обследования заключается в выполнении аэросъемки с последующей детализацией областей с нарушенным дорожным покрытием наземными методами. По результатам комплексных работ участки дороги могут быть классифицированы на области с удовлетворительным состоянием, участки, где требуется косметический ремонт покрытия, и отрезки, где требуется выполнять работы по усилению подушки.

Точно так же выполняются работы по исследованию состояния взлетно-посадочных полос аэропортов, представляющих собой не что иное, как специальное дорожное покрытие.

Материалы съемки тульского аэропорта, выполненной в том же 1995г., говорят сами за себя (см. рис. 4)…

8. И вообще…

На самом деле спектр возможностей тепловой аэросъемки значительно шире. Это и структурно-тектоническое и литологическое картирование при решении геологических задач открытых территорий, и съемка линий электропередач, и выявление таликовых зон в областях развития вечной мерзлоты при инженерно-геологических изысканиях, и исследование участков развития карстовых и оползневых процессов, и решение задач землеустройства, и картирование зон подземных ядерных взрывов на полигонах, и многое-многое другое. Мы даже занимались подсчетом поголовья бельков на детных залежах тюленей на побережье Белого моря… Кто знает, читатель, может быть эта статья подвигнет Вас применить ИК съемку для чего-нибудь еще более экзотического — мы готовы рассматривать любые предложения и проекты.

Если Вы закажете нам выполнение съемочных работ, Вас приятно удивят полнота и качество результатов. Как написано на салфетках в китайском ресторане — ПОПРОБУЙТЕ это блюдо.

Литература

Антыпко А.И. Основы дистанционного теплового мониторинга геологической среды городских агломераций. — М.: «Недра», 1992