| 作者：R. S. 孔塔罗维奇、S. A. 斯克洛夫斯基、A. V. 达维多夫 |
我们中有谁不曾至少一次目送低飞的直升机，心想：“他们怎么在莫斯科上空飞来飞去？最重要的是，谁来付钱？”看来，莫斯科市政府的有关负责人也不止一次有过类似想法，于是对城市上空飞行制定了异常严格的规定。结果，许多单位停止了飞行。当然，并非全部。例如，Aerogeofizika仍定期在城市上空飞行，这本身就说明问题——既然获准飞行，他们做的事必然有用。我们要讲的正是航空测量对首都的益处，不仅在于无害，更在于其确实很高的经济效益。
如今，在莫斯科这样的特大城市，若没有监测工作，几乎无法认真讨论环境和城市公用设施状况的监管。这里的监测是指对首都区域状况进行定期调查、评价和预测的一系列措施。
目前，世界上主要发展三类环境监测系统：
- 以固定综合监测站为基础的系统（目前西方采用此类系统；在我们看来，尤其在仅能获得剩余拨款的条件下，其成本极高，因为它需要密集的昂贵传感器网络、信息传输系统及统一而强大的处理中心）；
- 由综合移动地面实验室组成的网络（俄罗斯及独联体国家采用，实质上无论在污染物种类还是覆盖范围方面，都只能进行选择性监测）；
- 基于综合航空测量的遥感监测（能够在短时间内获取大范围信息，但无法发现突发事故）。
如果询问任何环境专家，从其角度看，应如何最合理地建立莫斯科这样的城市的大气环境监测系统，大致会得到如下建议：每平方公里设置一座综合固定监测站（大约位于九层楼的高度），记录构成主要污染物基本清单的20—60项参数；组织信息采集（例如通过调制解调器），将信息传输至由10—15台计算机组成的网络，并组织数据处理。这样便可跟踪这一大型工业中心大气中各种过程的动态，查明它们与气象参数的关系，并建立预测模型……然而，必须考虑到，城市面积约为1200 km2，而每座此类监测站的成本约为35万—50万美元。将两者相乘便可看出，总体而言，最有效的监测系统超出了我们的经济承受能力。这是富裕者的环境保护方式……不过，工业发达国家确实采取这一方式。当然，它们筹集环保资金的机制有所不同……
令人意外的是，还存在另一种获取综合信息的方法，其详细程度甚至超过上述方案。实际上，如果我们无力部署1200座监测站，或许至少能组装一套，将其安装在直升机上，沿一组直线航线对全市开展综合航空测量！而且，这种测量不受围墙和部门禁令的限制。借用一首著名歌曲的意思，可以说：从空中我们看得一清二楚，请你记住……
因此，考虑具体经济条件，最有效的方案似乎是将第一种和第三种环境监测形式相结合，即由相对稀疏布设的固定站网进行连续观测，同时定期（最好按季节）开展综合遥感测量。在记录参数范围广泛的条件下，航空测量在作业效率和降低单位面积成本方面无可替代。在这种情况下，监测工作通常包括定期按季节开展比例尺为1:10000—1:25000的区域航空测量。
GNPP Aerogeofizika已研制并以生产规模运行一套遥感环境监测系统，其基础包括
- 航空热红外（IR）成像，可获取并分析空间分辨率为0.25 m的地表热图像；
- 航空伽马能谱测量（AGS），用于绘制天然（K、U、Th）及人工（Cs137）放射性核素分布图、伽马辐射剂量率图，并采用独创技术绘制氡（Rn222）局部分量图；
- 航空气体测量，用于测定飞行航线下方路径上空气中的NO2、SO2和CH4含量；
航空气溶胶测量，用于测定大气气溶胶中多达60种污染化学元素的浓度。
各类调查均可单独实施；但将其组合为统一系统后，便成为分析区域放射性污染水平、监测大气气态污染和气溶胶污染、热污染等问题的有力仪器手段。所有类型的航空测量均已获得自然资源部和Roskartografiya许可。航空伽马能谱测量方法已获国际原子能机构（IAEA）认证。
作业采用MI-8MTV-1直升机，该机已在航空企业进行专门改装，以安装仪器设备。航线导航及成果平面定位采用GPS-GLONASS卫星导航系统。
GNPP Aerogeofizika于1984年根据莫斯科市苏维埃执行委员会的决定成立，是为莫斯科市环境保护开展航空测量的专业企业。13年多来，该企业依靠财政拨款以及与各类机构和市政部门签订的合同，解决了广泛的问题：
- 确定地下供热管网的位置并评估其状况，包括发现泄漏位置；
- 发现泥炭地及生活和工业废弃物填埋场中的地下自燃火源；
- 识别城市水体中的污染区及未经许可的排放源；
- 评估过滤场和曝气场的状况；
- 识别莫斯科市及整个莫斯科地区范围内的放射性污染区；
- 近地大气遥感环境监测；
- 对拟建区域开展地质环境评价。
监测工作的基础是每年开展两次航空热红外成像（秋季和春季，即供暖季开始和结束时）。在莫斯科，这类工作的传统委托方包括莫斯科市政府燃料能源管理局、莫斯科国营企业Mosteploenergo、Morsenergo股份公司的“供热管网”部门、市政企业Teploremontnaladka以及Moskompriroda。
应指出，航空红外成像是唯一能够迅速解决供热管网状态监测问题，并修订或编制供热管网布局图的遥感方法。根据测量条件，一个作业周期可绘制70%至100%的管网。我们在俄罗斯不同城市的工作经验表明，这项任务十分迫切，因为运营部门往往根本没有供热管网图，或现有图件存在明显误差。在莫斯科，每轮测量结束后均对供热管网图进行修订，而这些信息每次都对委托方极为重要。
解释完成后，将地下供热管网状态诊断结果标绘在地形底图上：
- 符合规定限值的热损失；
- 热泄漏增加（通常为保温层损坏或受潮）；
- 事故前状态（热泄漏较高，很可能与出现小型针孔泄漏有关）；
- 事故状态：供热管道破裂并伴随热载体流出。
委托方利用所获资料编制和调整年度维修计划。
利用航空红外测量资料，委托方不仅可以迅速收回成本，还可以获得收益；用户越快消化所获信息，并据此作出合理的管理和技术决策，经济效益就越高。例如，1 km2航空热红外测量及全流程处理的费用，相当于更换10延米普通供热干线管道的费用。也就是说，如果分析所得资料后，供热管网更换长度减少10 m，委托方就已收回成本；若少更换20 m，即可获得100%的收益。这还不包括及时发现和修复事故区段、减少补水量、合理使用始终不足的资金、节约土方工程费用（终于知道该在哪里开挖了……），以及仅仅通过获取和使用自身供热管网图所产生的效益。
然而，目前最大的困难恰恰在于如何最有效地利用热航空测量资料。这包括专业人员的思维惯性——他们习惯于不信任遥感诊断；委托企业计算机配备水平仍然较低；以及无法安排两名人员和两台计算机处理所得资料。最后，还有单纯不会或不愿核算那些依然不属于自己的资金的情况。举一个例子：1995年，Aerogeofizika对莫斯科全境进行了航空红外测量。各委托方收到各自的资料后，以不同方式处置。一年半后，“供热管网”部门主任工程师A. M. Goncharov进行了分析：热测量资料所显示的事故或事故前状态中，80%得到了证实（即最终演变为全面事故）；如果及时利用这些数据，本可避免40亿卢布的直接损失。利用红外测量数据（加上对已地理定位的设施档案数据库的分析）优化大修计划，随后提高供热可靠性，其效果相当于维修资金增加约30%（按1996年计算，约为1200亿卢布）。这还只是一个委托方的设施。遗憾的是，据我们所知，在这一具体案例中，这些收益仍停留在纸面上。
同年还有另一个说明航空红外测量有效性的例子。在对莫斯科国营企业Mosteploenergo管理的900 km供热管网进行航空测量时，发现了280处热载体泄漏区段，其中163处为针孔泄漏。所有泄漏均得到及时或按计划修复。相关作业费用为2.7亿卢布，经济效益为4.5亿卢布。这并非偶然。Mosteploenergo作为我们的长期委托方，不仅经常有效利用航空红外测量资料，而且常常推动更深层次的数据处理，提出对硬件和软件的要求。总工程师V. P. Kashcheev认为，航空红外测量作为城市供热设施的遥感诊断工具，如今已成为供热管网维护工艺流程的组成部分。
测量获得的热图像经过比例尺调整，即达到大比例尺地形底图的要求（城市采用1:2000），从而可在任何地理信息系统（GIS）中作为栅格图层使用。目前迅速发展的GIS技术，为遥感资料的应用提供了极为广阔的可能性，实际上涵盖从市长到市政企业调度员的各级行政管理人员。对于现有且每年更新的数字红外图像，若不用于解决土地地籍问题，实在说不过去。
热测量能够发现工业和市政污水排放口，包括流量小、对比度弱、难以目视识别的排放口，因此可将其视为解决莫斯科环境问题的主要方法之一。此时，排水温度显著高于还是低于受污染水体的水温，甚至并不重要。顺便指出，在城市航空红外测量过程中即可兼顾这一任务；当然，夜间开展专门测量，并将热成像仪器专门调整为水体观测模式时，效果最佳。1997年4月，受Moskompriroda委托，对莫斯科河和亚乌扎河开展的热航空测量发现了大量工业和市政排水口，其中包括未经许可的排放。
在莫斯科航空红外测量过程中，曾多次对柳布利诺过滤场（LPF）进行测量。所获资料可可靠地绘出LPF范围内生物热过程活跃的区域，表明污水仍在流入这些过滤场的部分分区（与官方资料相反），并可根据过程活跃程度和土体含水状况进行分区。同时还能发现流入径流调节池的局部排水。以监测方式开展这些工作，可跟踪放热过程的动态，建立其发展预测模型，进而确定区域建设开发的先后次序。热测量资料表明，在LPF西南部——过程最为活跃的区域——展开的大规模住宅建设，严重忽视了对建设用地环境状况的要求。
莫斯科首次航空气体和气溶胶测量试验及方法研究于1991年秋季开展，同期还进行了城市航空伽马能谱测量。随后又开展了1992年夏季和1993年冬季测量，由此已可称为对首都区域的季节性监测。航空伽马能谱测量资料移交给NPO Radon，作为该机构开展城市辐射监测的基础。发现的点源异常（其中一处位于索尔恩采沃，约为300 mR/h）得到定位和识别，并迅速通报城市民防部门，以实施去污措施。所获资料对了解全市辐射状况的信息价值也不可低估；切尔诺贝利核电站事故之后，在公众辐射恐惧日益加重的情况下，这一点尤为重要。已完成的一轮监测研究表明了这一途径的前景，并为综合分析这些独特信息提供了可能。
1996年3月，受Moskompriroda委托，采用全套方法对莫斯科开展了比例尺为1:25000的综合环境航空地球物理测量。由此获得了内容广泛的资料（27幅图），表征近地大气（气体和气溶胶组分）及地表（伽马能谱测量资料）的季节性（春季）综合污染水平。
在所研究的气体组分中，二氧化氮在城市大气中的表现最为显著，各城区平均浓度为70—130 ppb（最高允许浓度的1.5—3倍）。大气中NO2浓度升高区在空间上与在运行的工业企业分布相关，包括热电联产厂、区域供热站等。此外，汽车尾气也是二氧化氮的主要来源之一，因此NO2最高值区域往往位于交通干线交汇处。
所得数据是实测资料，可供广泛用户作为莫斯科环境监测的组成部分使用。以此为基础，可对近地大气层状况进行综合评价，并按照污染程度和污染因素组成进行分区。此外，将资料以地图集或CD-ROM光盘形式批量发行，也可能具有独立价值，包括商业价值。
这项工作实质上属于莫斯科环境状况监测的组成部分，拟继续开展，直至形成城市区域季节性污染水平的完整图景。获取秋季、冬季和夏季的同类资料，并结合地面观测站信息，将能够预测首都大气环境状况。
归根结底，遥感环境监测的任务是获取综合信息，为制定和作出有依据的管理决策服务，以管理居民生活质量。分析应同时纳入各种环境数据、居民的社会人口统计特征、工业企业布局及工艺周期特征等资料。显然，所分析样本的维数可达到数十个甚至一两百个参数。不采用专门的综合数学处理方法，就无法对如此高维的数据进行有意义的分析。GNPP Aerogeofizika具备相关方法和经验，能够在遥感环境航空测量的同时开展有针对性的综合数据处理，以解决这些任务。从测量实施到结果分析，针对整个过程出现的各种问题和任务，最优的综合解决方案应是建立城市专用“环境—健康”GIS，内置多维数据处理功能，纳入地面调查资料和城市统计数据库。将遥感环境监测资料纳入任何GIS都不存在困难，因为全部信息均为数字形式，并具有明确的空间定位。
环境保护和市政公用事业领域研究计划资金不足，是当今的现实，而且很可能也是未来的现实。这必然要求选择最有效、最经济的方法和技术。因此，有必要牢记：信息丰富的遥感航空地球物理测量，首先意味着综合解决方案，同时也意味着节约城市财政资金。
当您看到莫斯科上空的直升机时，可以确信：您的钱并没有白白飘散，而是在为城市经济、为未来发挥作用，并通过市政和环境计划的节约与效率得到回报。如果您冬季没有失去供暖，从未需要跨过热水溪流，夏季院内也没有出现纵横交错的沟槽，那么请记住：这是遥感监测系统发挥了作用。优质、综合，而且及时。