Системы наземного дистанционного наблюдения

В настоящее время в программах мониторинга помимо традиционного "ручного" пробоотбора сделан упор на сбор данных с использованием электронных измерительных устройств дистанционного наблюдения в режиме реального времени.

Использование электронных измерительных устройств дистанционного наблюдения проводят используя подключения к базовой станции либо через телеметрической сети, либо через наземные линии, сотовые телефонные сети или другие телеметрические системы.

Преимуществом дистанционного наблюдения является то, что в одной базовой станции для хранения и анализа могут использоваться многие каналы данных. Это резко повышает оперативность мониторинга при достижении пороговых уровней контролируемых показателей, например, на отдельных участках контроля. Такой подход позволяет по данным мониторинга предпринять немедленные действия, если пороговый уровень превышен.

Использование систем дистанционного наблюдения требует установки специального оборудования (датчиков мониторинга), которые обычно маскируются для снижения вандализма и воровства, когда мониторинг проводится в легко доступных местах.

Системы дистанционного зондирования

В программах мониторинга широко задействовано дистанционное зондирование окружающей среды с использованием самолетов или спутников, снабженных многоканальными датчиками.

Различают два вида дистанционного зондирования.

1. Пассивное обнаружение земного излучения, испускаемого или отраженного от объекта или в окрестностях наблюдения. Наиболее распространенным источником излучения является отраженный солнечный свет, интенсивность которого измеряется пассивными датчиками. Датчики дистанционного зондирования окружающей среды настроены на конкретные длины волн - от далекого инфракрасного, до далекого ультрафиолета, включая и частоты видимого света. Громадные объемы данных, которые собираются при дистанционном зондировании окружающей среды требуют мощной вычислительной поддержки. Это позволяет проводить анализ слабоотличающихся различий в радиационных характеристиках среды в данных дистанционного зондирования, успешно исключать шумы и «ложные цветовые изображения». При нескольких спектральных каналах удается усилить контрасты, которые незаметны для человеческого глаза. В частности, при задачах мониторинга биоресурсов можно различать тонкие отличия изменения концентрации в растениях хлорофилла, обнаружив области с различием питательных режимов.

2. При активном дистанционном зондировании со спутника или самолета излучается поток энергии и используется пассивный датчик для обнаружения и измерения излучения, отраженного или рассеянного объектом изучения. Для получения информации о топографических характеристиках исследуемой области часто используется ЛИДАР, что особенно эффективно, когда территория велика и ручная съемка будет дорогостояща.

Дистанционное зондирование позволяет собирать данные об опасных или труднодоступных районах. Применение дистанционного зондирования включают мониторинг лесов, последствия действия изменения климата на ледники Арктики и Антарктики, исследованиях прибрежных и океанских глубин.

Данные с орбитальных платформ, полученные из различных частей электромагнитного спектра в сочетании с наземными данными, представляет информацию для контроля тенденций проявления долгосрочных и краткосрочных явлений, природных и антропогенных. Другие области применения включают управление природными ресурсами , планирование использования земли, а также различные области наук о Земле.

Интерпретация и представление данных

Интерпретации данных экологических мониторинга, даже полученных от хорошо продуманной программы, является часто неоднозначной. Часто имеются результаты анализа или «предвзятых результатов» мониторинга, или достаточно спорное использование статистики, чтобы продемонстрировать правильность той или иной точки зрения. Это хорошо видно, например, в трактовке глобального потепления, где сторонники утверждают, что СО 2 уровни увеличились на 25% за последние сто лет в то время как противники утверждают, что уровень CO 2 только поднялся на один процент.

В новых научно-обоснованных программах мониторинга окружающей среды разработан ряд показателей качества, чтобы интегрировать значительные объемы обрабатываемых данных, классифицировать их и интерпретировать смысл интегральных оценок. Так, например, в Великобритании используется система GQA. Эти общие оценки качества классифицируют реки на шесть групп по химическим критериям и биологическим критериям.

Для принятия решений пользоваться оценкой в системе GQA более удобно, чем множеством частных показателей.

Мониторинг состояния водных ресурсов.

Мониторинг состояния водных ресурсов – система наблюдений за состоянием качества поверхностных и подземных вод.

Государственный мониторинг водных объектов является частью государственногомониторинга окружающей среды. Проведение его регламентирует Водный кодекс Российской Федерации: от 03.07.2006 № 74-ФЗ (В редакции от 09.06.2007).

Государственный мониторинг водных объектов осуществляется в целях:

своевременного выявления и прогнозирования развития негативных процессов, влияющих на качество воды в водных объектах и их состояние, разработки и реализации мер по предотвращению негативных последствий этих процессов;

оценки эффективности осуществляемых мероприятий по охране водных объектов;

информационного обеспечения управления в области использования и охраны водных объектов, в том числе для государственного контроля и надзора заиспользованием и охраной водных объектов. 

Государственный мониторинг водных объектов включает в себя:

регулярные наблюдения за состоянием водных объектов, количественными и качественными показателями состояния водных ресурсов, а также за режимом использования водоохранных зон;

сбор, обработку и хранение сведений, полученных в результате наблюдений;

внесение сведений, полученных в результате наблюдений, в государственный водный реестр;

оценку и прогнозирование изменений состояния водных объектов, количественных и качественных показателей состояния водных ресурсов.  

Государственный мониторинг водных объектов состоит из:

мониторинга поверхностных водных объектов с учетом данных мониторинга, осуществляемого при проведении работ в области гидрометеорологии и смежных с ней областях;

мониторинга состояния дна и берегов водных объектов, а также состояния водоохранных зон;

мониторинга подземных вод с учетом данных государственного мониторинга состояния недр;

наблюдений за водохозяйственными системами, в том числе за гидротехническими сооружениями, а также за объемом вод при водопотреблениии водоотведении.  

Государственный мониторинг водных объектов осуществляется в границахбассейновых округов с учетом особенностей режима водных объектов, их физико-географических, морфометрических и других особенностей.

Организация и осуществление государственного мониторинга водных объектов проводятся уполномоченными Правительством Российской Федерации федеральными органами исполнительной власти с участием уполномоченных органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации.

Порядок осуществления государственного мониторинга водных объектов устанавливается Правительством Российской Федерации.

Государственный мониторинг водных объектов ведется Министерством природных ресурсов Российской Федерации совместно с Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (по поверхностным водным объектам) и другими специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды.

Ведение государственного мониторинга водных объектов осуществляется на единой геоинформационной основе в целях совместимости его данных с данными других видов мониторинга окружающей природной среды.

Министерство природных ресурсов Российской Федерации

обеспечивает совместно с Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды создание и развитие государственной наблюдательной сети станций и постов на водных объектах, разработку автоматизированных информационных систем по ведению государственного мониторинга водных объектов; создает наблюдательную сеть постов на водохозяйственных системах и сооружениях;

координирует работы, связанные с ведением государственного мониторинга водных объектов;

ведет совместно с Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды мониторинг поверхностных водных объектов суши и морей;

ведет в составе государственного мониторинга геологической среды мониторинг подземных водных объектов, в том числе наблюдение за качеством подземных вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям;

осуществляет ведение мониторинга на подведомственных водохозяйственных системах и сооружениях;

контролирует и координирует ведение мониторинга водохозяйственных систем и сооружений водопользователями;

разрабатывает и утверждает нормативно-методические документы по ведению государственного мониторинга водных объектов;

передает Федеральной службе России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и ее территориальным органам данные мониторинга подземных водных объектов и мониторинга водохозяйственных систем и сооружений, необходимые для ведения мониторинга поверхностных вод;

обобщает ежегодно данные о состоянии водных объектов, ведет обработку, накопление, хранение, распространение информации и банк данных государственного мониторинга водных объектов по бассейнам рек, морей, их участкам, гидрогеологическим бассейнам, территориям субъектов Российской Федерации и в целом по Российской Федерации. 

Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды:

осуществляет мониторинг поверхностных вод, в том числе наблюдение,

разрабатывает и утверждает нормативно-методические документы по ведению государственного мониторинга водных объектов;

передает Федеральной службе России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и ее территориальным органам данные мониторинга подземных водных объектов и мониторинга водохозяйственных систем и сооружений, необходимые для ведения мониторинга поверхностных вод;

обобщает ежегодно данные о состоянии водных объектов, ведет обработку, накопление, хранение, распространение информации и банк данных государственного мониторинга водных объектов по бассейнам рек, морей, их участкам, гидрогеологическим бассейнам, территориям субъектов Российской Федерации и в целом по Российской Федерации.   

Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды:

осуществляет мониторинг поверхностных вод, в том числе наблюдение за качеством поверхностных вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям;

разрабатывает нормативно-методические документы по ведению мониторинга поверхностных вод, утверждаемые совместно с Министерством природных ресурсов Российской Федерации и Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды по согласованию с Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды;

осуществляет сбор, обработку, обобщение, накопление, хранение и распространение информации, ведет баз данных мониторинга поверхностных вод по бассейнам рек, морей, их участкам, территориям субъектов Российской Федерации и в целом по Российской Федерации;

передает Министерству природных ресурсов Российской Федерации и его территориальным органам данные мониторинга поверхностных вод игидрометеорологических наблюдений, необходимые для ведения государственного мониторинга водных объектов. 

Мониторинг подземных водных объектов ведется на базе опорной государственной сети наблюдений за режимом подземных вод системы Министерства природных ресурсов Российской Федерации, сети наблюдений за режимом подземных вод других федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации, организаций, пользующихся подземными водами либо оказывающих на них влияние.

Мониторинг поверхностных вод ведется на базе государственной сети гидрометеорологических станций и постов системы Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, станций и постов других федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации с привлечением иных источников получения информации (искусственных спутников Земли, авиационных, экспедиционных и других наблюдений).

Министерство природных ресурсов Российской Федерации и Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды взаимодействуют в пределах их компетенции по основным вопросам ведения государственного мониторинга водных объектов:

с Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды - при ведении мониторинга источников антропогенного воздействия на окружающую среду в части оценки антропогенного воздействия на водные объекты;

с Государственным комитетом Российской Федерации по рыболовству - при ведении государственного мониторинга объектов животного мира в части оценки состояния водных объектов как среды обитания водных животных и растений; 

с Министерством здравоохранения Российской Федерации - при ведениисоциально-гигиенического мониторинга в части оценки качества воды, источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, а также оценки состояния водных объектов, содержащих природные лечебные ресурсы, и водных объектов, используемых для рекреации. 

Ведение государственного мониторинга водных объектов осуществляется на локальном, территориальном, региональном (бассейновом) и федеральном уровнях.

На локальном уровне мониторинг водных объектов осуществляют водопользователи, которые ведут систематические наблюдения за водными объектами в порядке, определяемом территориальными органами Министерства природных ресурсов Российской Федерации, и представляют данные наблюдений в указанные органы в соответствии с водным законодательством Российской Федерации.

На территориальном уровне мониторинг водных объектов осуществляют территориальные органы Министерства природных ресурсов Российской Федерации и Федеральной служб России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды во взаимодействии с территориальными органами федеральных органов исполнительной власти и органами исполнительной власти субъектов Российской ведение территориальных банков данных и передачу данных мониторинга на региональный (бассейновый) уровень.

На региональном (бассейновом) уровне мониторинг водных объектов осуществляют бассейновые водохозяйственные управления, региональные геологические центры и другие уполномоченные на то территориальные органы Министерства природных ресурсов Российской Федерации и территориальные управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

На региональном (бассейновом) уровне проводится обобщение, накопление, хранение, распространение информации, ведение региональных (бассейновых) банков данных по соответствующему региону (бассейну) и передача данных на федеральный уровень.

На федеральном уровне ведение мониторинга водных объектов обеспечивается Министерством природных ресурсов Российской Федерации и Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

На федеральном уровне осуществляется обобщение данных мониторинга регионального (бассейнового) уровня, ведение банков данных, подготовка данных мониторинга водных объектов для государственных докладов и официальных публикаций, информационный обмен на межведомственном и международном уровнях в установленном порядке.

Финансирование работ, связанных с ведением государственного мониторинга водных объектов, осуществляется за счет средств федерального бюджета, бюджетов субъектов Российской Федерации, экологических фондов и средств водопользователей.

Первый этап организации работ по наблюдению и контролю качества поверхностных вод - выбор местоположения пунктов контроля. При этом пункты контроля организуют, прежде всего на водоемах и водотоках, имеющих большое хозяйственное значение, а также подверженных значительному загрязнению сточными водами. На незагрязненных сточными водами водоемах и водотоках создают пункты фоновых наблюдений. В пунктах контроля организуют один или несколько створов, с учетом гидрометеорологических и морфологических особенностей водоема или водотока. Перечень наблюдаемых ингредиентов и показатели качества воды определяются, главным образом составом и объемом сточных вод, их токсичностью и требованиями , предъявляемыми со стороны потребителей воды. Обязательным для всех пунктов является определение температуры воды, взвешенных частиц, минерализации, цветности, рН, растворенного кислорода, БПК, ХПК, запаха, главных ионов, биогенных компонентов.

В настоящее время оценка качества вод затруднена, так как она основывается на сравнении средних концентраций, наблюдаемых в пунктах контроля, с нормативными ПДК для каждого компонента. Особое затруднение возникает при необходимости отразить тенденцию изменения качества водного объекта за продолжительный период. В связи с этим предпринимаются попытки комплексной оценки качества вод по абиотическим критериям. Одним из наиболее удачных подходов в этом направлении является метод, использующий в качестве критерия индекс загрязнения вод -ИЗВ. ИЗВ характеризуют среднее содержание основных загрязняющих веществ в долях ПДК и кислородный режим водоема.

В число показателей, используемых для расчета ИЗВ, обязательно включается кислород. Оставшиеся параметры (три для морских и пять для речных вод) - это концентрации загрязняющих веществ, содержание которых в долях ПДК наибольшее. В соответствии с полученным значением индекса ИЗВ определяется качество воды (табл.7.3).

Таблица 7.3

Критерии качества воды на основании индекса ИЗВ 

Класс качества	Текстовое описание	Величина ИЗВ
1	Очень чистая	<0,2
2	Чистая	0,2 - 1,0
3	Умеренно загрязненная	1,0 - 2,0
4	Загрязненная	2,0 - 4,0
5	Грязная	4,0 - 6,0
6	Очень грязная	6,0 - 10,0
7	Чрезвычайно грязная	> 10

Мониторинг состояния лесного фонда.