Кто из нас хотя бы однажды, провожая взглядом низко летящий вертолет, не задавался вопросом - "А чего это они тут над Москвой разлетались..? И, главное, за чей счет?" Судя по все-му, такие мысли не раз посещали ответственных лиц правительства Москвы, установивших не-обычайно строгий порядок выполнения полетов над городом. В результате многие летать переста-ли. Хотя не все, конечно. "Аэрогеофизика", например, по прежнему регулярно выполняет полеты над городом, что уже говорит само за себя - значит полезное дело делают ребята, раз их пуска-ют... Вот как раз о пользе для столицы аэросъемочных работ, причем не только в смысле не вред-ности, а о действительно высокой их экономической эффективности, наш рассказ.
Сегодня вряд ли можно всерьез говорить о контроле состояния окружающей среды и объектов городского хозяйства в таком мегаполисе, как Москва, без мониторинговых работ, под которыми по-нимается комплекс мероприятий по режимному обследованию, оценке и прогнозу состояния террито-рии столицы.
В настоящее время в мире развиваются в основном три типа систем экологического монито-ринга:
- на базе стационарных комплексных станций слежения (принята в настоящее время на Запа-де и является, с нашей точки зрения, особенно в условиях остаточного финансирования, крайне за-тратной, поскольку требует густой сети дорогостоящих датчиков, системы передачи информации и единого мощного обрабатывающего центра);
- сетью комплексных передвижных наземных лабораторий (используется в России и странах СНГ и по сути позволяет осуществлять лишь выборочный контроль как по составу загрязнителей, так и по охватываемой территории);
- дистанционный, выполняемый на основе комплексных аэросъемок (дает возможность за короткое время получать информацию для значительных территорий, однако не позволяет выявлять аварийные ситуации).
Если вы спросите любого специалиста эколога, как с его точки зрения наиболее корректно ор-ганизовать систему экологического мониторинга воздушной среды такого города, как Москва, то ус-лышите примерно следующие рассуждения: необходимо на один квадратный километр поставить по одной комплексной стационарной станции (где-нибудь на уровне 9-х этажей) с регистрацией 20 - 60 параметров, составляющих основу перечня главных загрязнителей, организовать сбор информации (например, по модему) на сеть из 10 - 15 компьютеров, организовать обработку данных... Именно так и можно отслеживать динамику проходящих в атмосфере такого крупного промышленного центра процессов, выяснять их взаимосвязь с метеорологическими параметрами, строить прогностические модели... Однако, следует принять во внимание, что город имеет площадь около 1200 км2, а стои-мость одной такой станции составляет порядка 350 - 500 тыс. долларов... Перемножив одно на дру-гое, мы увидим, что наиболее эффективная система мониторинга нам, в общем-то, не по карману. Такой путь - это экология богатых... Индустриально развитые страны, впрочем, идут именно этим путем. У них, правда, иные механизмы получения средств на финансирование экологии...
Как ни странно, имеется другой путь получения комплексной информации с детальностью даже превосходящей описанный выше. В самом деле, если мы не имеем средств для развертывания 1200 станций, то, может быть, сумеем скомплектовать хотя бы одну, поставим ее на вертолет и по системе прямолинейных маршрутов закроем площадь города комплексной аэросъемкой! Тем более, что для такой съемки не существуют заборы, ведомственные запреты. Перефразируя известную пес-ню, можно утверждать: Нам сверху видно все, ты так и знай...
Таким образом, с учетом конкретных экономических условий наиболее эффективной пред-ставляется комбинация первой и третьей форм экологического мониторинга, когда непрерывные на-блюдения системой стационарных станций, размещенных по достаточно редкой сети, сопровождают-ся регулярными (лучше всего - сезонными) комплексными дистанционными съемками. Аэросъемки не имеют альтернативы по производительности и минимизации затрат на единицу площади при ши-роком спектре регистрируемых параметров. Мониторинговые работы в данном случае подразумева-ют, как правило, регулярные сезонные площадные аэросъемки масштабов 1:10000 ѕ 1:25000.
ГНПП "Аэрогеофизика" разработан и эксплуатируется в производственных масштабах ком-плекс дистанционного экологического мониторинга на основе
- тепловой инфракрасной (ИК) аэросъемки, позволяющей получать и анализировать тепловое изображение местности с пространственным разрешением 0,25 м;
- аэрогамма-спектрометрии (АГС) с картированием распределения естественных (K, U, Th) и искусственных (Cs137 ) радионуклидов, мощности дозы гамма-излучения, а также по оригинальной технологии - локальной составляющей радона (Rn222).;
- газовой аэросъемки с определением содержания в воздухе на трассе ниже линии полета NO2, SO2, и СH4 ;
- аэрозольной аэросъемки с определением концентрации в атмосферном аэрозоле до 60 хими-ческих элементов-загрязнителей.
Каждый из видов исследований может выполняться отдельно, но будучи собраными в едином комплексе они являются мощным инструментальным средством анализа уровней радиационного за-грязнения территории, контроля газового и аэрозольного загрязнений воздушной среды, теплового загрязнения и т.д. Вся виды аэросъемок лицензированы Минприродных ресурсов и Роскартографией. Методика АГС съемки сертифицирована МАГАТЭ.
Работы выполняются с использованием вертолета МИ-8МТВ-1, специально переоборудован-ного на авиапредприятии для установки аппаратуры. Проложение маршрутов и плановая привязка результатов выполняются с помощью системы космической навигации GPS-GLONASS.
Созданное в 1984г. по решению исполкома Моссовета как специализированное предприятие для выполнения аэросъемок в интересах окружающей среды г. Москвы, ГНПП "Аэрогеофизика" уже более 13 лет на основе бюджетного финансирования, а также договоров с различными организация-ми и муниципальными службами решает широкий спектр задач:
- определение местоположения и оценку состояния подземных тепловых сетей включая об-наружение мест утечек;
- обнаружение очагов подземного самовозгорания на торфяниках и полигонах по захороне-нию бытовых и промышленных отходов;
- выявление участков загрязнения и источников несанкционированных сбросов в городские водоемы;
- определение состояния полей фильтрации и аэрации;
- выявление участков радиационного загрязнения в пределах территории г. Москвы и всего Московского региона;
- дистанционный экологический мониторинг приземной атмосферы;
- геоэкологическую оценку участков будущей застройки.
Основу мониторинговых работ составляет тепловая ИК аэросъемка, выполняемая два раза в год (осенью и весной, т.е. в начале и в конце отопительного сезона). Традиционными заказчиками этих работ в Москве являютсяУправление топливно-энергетического хозяйства Правительства Моск-вы, МГП "Мостеплоэнерго", "Тепловые сети" АО "Морсэнерго", МП "Теплоремонтналадка", Мос-комприрода.
Следует отметить, что ИК аэросъемка - единственный дистанционный метод, позволяющий оперативно решать задачи контроля состояния тепловых сетей, 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. По итогам каждого цикла съемок в Москве выполняется уточнение схем тепловых сетей, и каждый раз для наших заказчиков - это исключительно актуальная информация.
В результате интерпретации на топооснову выносятся результаты диагностики состояния под-земных тепловых сетей:
- нормированные теплопотери;
- повышенная утечка тепла (обычно нарушение или увлажнение теплоизоляции);
- предаварийное состояние (высокая утечка тепла, скорее всего связанная с появлением не-больших свищей);
- аварийное состояние - разрыв теплопровода, сопровождающийся изливом теплоносителя.
Получаемые материалы используются заказчиками при составлении и корректировке ежегод-ных планов ремонтных работ.
Используя материалы ИК аэросъемки, заказчики имеют возможность не только быстро оку-пить свои затраты, но и получить прибыль, причем экономический эффект тем выше, чем в более ко-роткий срок пользователь сумеет "переварить" полученную информацию и на ее основе принять гра-мотные управленческие и технические решения. Так, например, стоимость съемки и полного цикла 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 мате-риалов объем перекладки теплосетей удалось уменьшить на 10 м, то заказчик уже окупил свои затра-ты. 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 ра-ционального использования вечно недостаточных денежных средств, экономии на земляных работах (наконец-то известно, где нужно копать...), да просто от получения и использования схем своих теп-лосетей...
Однако, именно на пути максимально эффективного использования материалов тепловой аэ-росъемки мы сегодня видим самые большие сложности. Это и инерция мышления специалистов, тра-диционно не доверяющих дистанционной диагностике, и до сих пор низкое компьютерное оснащение предприятий заказчиков, и неспособность выделить пару человек и столько же компьютеров для ра-боты с полученными материалами. Наконец, - просто неумение или нежелание считать по-прежнему не свои деньги... Вот один пример. В 1995г. "Аэрогеофизика" выполнила ИК аэросъемку всей терри-тории Москвы. Получив свою долю материалов, каждый из заказчиков распорядился ими по-своему. Полтора года спустя вед. инженером "Тепловых сетей" 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) за счет последующего повышения надежности теплоснабжения равно-значна 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. При аэросъемке 900 км тепловых сетей, находящихся в ведении МГП "Мостеплоэнерго" было выявлено 280 участков с утечкой теплоносителя, среди них 163 свища. Все утечки оперативно или в плановом порядке удалось ликвидировать. Затраты на эти работы составили 270 млн. рублей, экономический эффект составил 450 млн. рублей. И это не случайно. "Мостеплоэнерго", являясь нашим постоянным заказчиком, не только с пользой регулярно потребляет материалы ИК аэросъемки, но зачастую вы-ступает инициатором новых уровней их обработки, диктует требования к аппаратно-программным средствам. По мнению главного инженера В.П. Кащеева, ИК аэросъемка, являясь инструментом дис-танционной диагностики городского теплового хозяйства, сегодня стала составной частью техноло-гического процесса обслуживания тепловых сетей.
Получаемые в результате съемки тепловые изображения масштабируются, т.е. приводится в соответствие с кондициями крупномасштабной топоосновы (для города это 1:2000), что открывает возможность их использования в качестве растрового слоя в любых геоинформационных системах (ГИС). ГИС технологии, находящиеся в настоящее время в состоянии бурного развития, открывают фантастические возможности по применению материалов дистанционных зондирований, причем, буквально на всех уровнях исполнительных структур от Мэра до диспетчера в коммунальном пред-приятии. А уж не использовать имеющиеся и ежегодно обновляемые цифровые ИК изображения для решения задач земельного кадастра - просто грешно...
Возможность обнаружения тепловой съемкой выпусков сбросовых вод (промышленных и коммунальных), в том числе малодебитных и слабоконтрастных, визуальное определение которых маловероятно, позволяет говорить об этом методе, как об основном при решении экологических задач в Москве. При этом даже не важно, являются ли эти сбросы существенно более теплыми или холод-ными по сравнению с водами загрязняемых водоемов. Кстати, эта задача может быть решена попутно при ИК аэросъемке городских территорий, хотя, разумеется, наилучшие результаты получаются при специализированных ночных съемках с настройкой тепловизионной аппаратуры исключительно на воду. Выполненная в апреле 1997г. по заказу Москомприроды тепловая аэросъемка рек Москвы и Яузы позволила выявить значительное количество промышленных и коммунальных сбросов, в том числе несанкционированных, в эти реки.
В процессе ИК аэросъемок Москвы неоднократно выполнялась съемка Люблинских полей фильтрации (ЛПФ). Полученные материалы позволяют уверенно картировать участки активных био-термических процессов на территории ЛПФ, свидетельствующие о современном (вопреки официаль-ным данным) поступлении сточных вод в отдельные карты этих полей, провести районирование площади по степени активности этих процессов и влажности почво-грунтов. При этом выявляются локализованные сбросы вод в пруды-регуляторы стока. Выполнение этих работ в режиме мониторин-га 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 пренебреже-нием требованиями к экологическому состоянию застраиваемых территорий.
Первые опытно-методические работы по газовой и аэрозольной аэросъемкам были выполне-ны в Москве осенью 1991г. Тогда же была проведена аэрогамма-спектрометрическая съемка города. За ними последовали летняя съемка 1992г. и зимняя 1993г., что позволило говорить уже о сезонном мониторинге территории столицы. Материалы АГС съемки были переданы в НПО "Радон" как осно-ва для выполняемого этим предприятием радиационного мониторинга города. Выявленные в резуль-тате аномалии от точечных источников (одна - в Солнцево - порядка 300 мр/час) были локализованы, идентифицированы и оперативно переданы Гражданской обороне города для проведения дезактива-ционных мероприятий. Нельзя недооценить и фактор информативности полученных материалов по радиационному состоянию территории города, что после аварии на Чернобыльской АЭС в условиях прогрессирующей радиофобии населения имеет важное значение. Цикл выполненных мониторинго-вых исследований показал перспективность данного пути и открыл возможность проведения ком-плексного анализа уникальной информации.
В марте 1996г. по заказу Москомприроды была выполнена комплексная экологическая аэро-геофизическая съемка Москвы полным комплексом масштаба 1:25000. В результате проведения был получен широкий спектр материалов (27 карт), характеризующих интегральные уровни сезонного (в весенний период) загрязнения приземной атмосферы (газовые и аэрозольные компоненты) и поверх-ности (материалы гамма-спектрометрии). При этом по целому ряду зарегистрированных компонент были отмечены уровни, превышающие среднесуточные предельно допустимые нормы.
Так из исследуемых газовых компонент наиболее интенсивно в атмосфере города проявлена двуокись азота, для которой средние значения концентрации в различных районах города меняются в пределах от 70 до 130 ppb (1,5 - 3 ПДК). Повышенные концентрации NO2 в атмосфере пространст-венно коррелируются с местами расположения действующих промышленных предприятий, в т.ч. ТЭЦ, РТС и др. Кроме того, одним из основных источников двуокиси азота являются выхлопы авто-мобильного транспорта, в связи с чем участки с наиболее высокими значениями NO2 тяготеют к уз-лам пересечения транспортных магистралей.
Полученные данные представляют собой фактический материал, который может быть исполь-зован широким кругом пользователей, как элемент экологического мониторинга г.Москвы. На его основе может быть выполнена комплексная оценка состояния приземного слоя атмосферы, а также районирование площади по степени загрязнения и составу загрязняющих факторов. Кроме того мас-совое тиражирование материалов в виде атласа карт или CD-ROM диска может иметь самостоятель-ную, в том числе коммерческую ценность.
Являясь по сути элементом мониторинга экологического состояния г.Москвы, настоящие ра-боты предполагается продолжить до формирования полной картины сезонных уровней загрязнения территории города. Получение аналогичных материалов для осени, зимы и лета в совокупности с информацией наземных постов наблюдения позволит получать прогнозную картину состояния воз-душного бассейна столицы.
В конечном счете задачей дистанционного экологического мониторинга является получение комплексной информации для подготовки и принятия обоснованных управленческих решений, на-правленных на управление качеством жизни населения. При этом в анализ должны вовлекаться как разнообразные экологические данные, так и комплекс социально-демографических характеристик населения, материалы о размещении и особенностях технологического цикла промышленных пред-приятий и т.п. Очевидно, что размерность анализируемой выборки может достигать десятков, а то и первых сотен параметров. Содержательный анализ данных такой размерности невозможен без при-менения специальных методов комплексной математической обработки. ГНПП "Аэрогеофизика" располагает методикой и опытом выполнения вместе с дистанционными экологическими аэросъем-ками комплексной целевой обработки данных для решения этих задач. При этом наиболее оптималь-ным комплексным решением всего спектра проблем и задач, возникающих на пути от проведения съемок до их анализа должно явиться создание городской целевой ГИС "Экология-здоровье" со встроенными функциями обработки многомерных данных, включая материалы наземных исследова-ний и базы данных по городской статистике. Размещение материалов дистанционного экологическо-го мониторинга в любой ГИС не представляют сложности, поскольку все информация является циф-ровой и имеет четкую пространственную привязку.
Недостаток средств на исследовательские программы в области охраны окружающей среды и коммунальной сферы - это сегодняшняя а, скорее всего, и завтрашняя реальность. Что неизбежно диктует необходимость выбора наиболее эффективных и экономичных методов и технологий. И тут уместно вспомнить, что высокоинформативные дистанционные аэрогеофизические съемки - это пре-жде всего комплексное решение плюс экономия средств городского бюджета.
Увидев в московском небе вертолет, вы можете быть уверены - ваши деньги не улетают на ветер, они работают на экономику города, на перспективу, они возвращаются экономией и эффек-тивностью коммунальных и экологических программ. И если зимой вы не остались без тепла, если вам ни разу не пришлось перебираться через горячие ручьи, а летом в вашем дворе не появилась система траншей и окопов, то знайте - это сработала система дистанционного мониторинга. Качественно. Комплексно. И вовремя.