Кратко и по существу — роль, методы и примеры интеграции для раннего предупреждения по оползням, наводнениям и лесным пожарам.
Роль геодезии и дистанционного зондирования
- Обнаружение начала и отслеживание пространственно-временной динамики (деформации, подъёма/провалов, распространения пламени, площади затопления).
- Получение входных данных и калибровка моделей (гидрологических, устойчивости склонов, распространения пожара).
- Верификация и оценка риска, картирование уязвимости и пост-сторонний мониторинг ущерба.
- Обеспечение многомасштабного мониторинга: точечные датчики для высокой частоты и локального контроля, спутники/аэросъёмка для покрытия и пространственной контекстности.
Методы и датчики (по опасностям)
- Оползни:
- Геодезия: непрерывные GNSS/RTK, нивелирование, инклинометры, тензометры, экстензометры, акселерометры.
- ДЗ: InSAR (напр., Sentinel‑1), LiDAR (тотальное и повторное), фотограмметрия с БПЛА, оптические серийные снимки.
- Модели: механические модели устойчивости (infinite‑slope, limit equilibrium), численные модели (FEM/DEM), деградационные и гидрогеологические модели.
- Типичная интеграция: GNSS/инклинометр → реальное смещение; InSAR/LiDAR → пространственная карта деформаций; метеопрогноз+влажность почвы → расчёт фактора запаса устойчивости $FS$. При $FS<1$ или скорости смещения $>$ порога генерируется оповещение.
- Пример формулы (бесконечный склон): $$FS=\frac{c^{\prime }+({\gamma }_{s}z{\cos }^2\alpha -m{\gamma }_{w}z{\cos }^2\alpha )\tan {\varphi }^{\prime }}{{\gamma }_{s}z\sin \alpha \cos \alpha }$$ - Практический порог: горизонтальное смещение $\ge 10mm/day$ часто считается критическим для оперативных оповещений.
- Наводнения:
- Геодезия/ДЗ: гидрорейки/устройства измерения уровня воды, спутниковая радарная/оптическая съёмка затопленных площадей (Sentinel‑1, Sentinel‑2), спутниковая альтиметрия, LiDAR цифровые модели рельефа (DEM).
- Датчики: дождемеры (радарные карты осадков), автоматические метеостанции, потоковые датчики на реках.
- Модели: гидрологические (runoff, HEC‑HMS), гидравлические (HEC‑RAS, 2D/2D модели), модели стока и прогноза паводка.
- Интеграция: радар осадков + прогноз погоды → распределение притока; DEM+LiDAR → расчёт маршрутов потоков и заполнения поймы; камерные/спутниковые данные для валидации затопленных зон; уровни рек > порога → автоматическое оповещение населения.
- Формула расходов: $Q=A\cdot v$, где $v$ через Маннинг: $$v=\frac{1}{n}{R}^{2/3}{S}^{1/2},Q=A\cdot v.$$
- Лесные пожары:
- Геодезия/ДЗ: термальные датчики (MODIS, VIIRS), оптические мультиспектральные снимки (Sentinel‑2), SAR (для дыма и пожарных рубежей), LiDAR (топография и структура топлива).
- Датчики: метеостанции (ветер, влажность), датчики влажности топлива, камеры наблюдения, спутниковые датчики горячих точек.
- Модели: модели распространения пожара (Rothermel/FARSITE), погодные модели и ветровые поля (WRF), модели горючести и запаса топлива, модели вероятности зажигания.
- Интеграция: спутниковые горячие точки + наземные метеоданные + топография/топливо → расчёт скорости распространения и зон опасности; автоматическая привязка к картам дорог/посёлков для эвакуации.
- Упрощённая зависимость скорости распространения: $ROS=f(\text{ветер},\text{наклон},\text{горючесть})$ (в Rothermel‑подходе ROS выражается через энергию и плотность топлива).
Примеры реальных интеграций для раннего предупреждения
- Оползни (комбинация InSAR + GNSS + датчиков): Sentinel‑1 InSAR обнаруживает зоны ускоренной деформации; автоматические GNSS станции уточняют скорость; инклинометры и датчики уровня грунтовых вод подтверждают механизма. Данные в реальном времени в системе выдаёт вероятность срабатывания модели устойчивости → оповещение и частичная эвакуация.
- Наводнения (радар осадков + гидрологические/гидравлические модели): метеорадары и спутники дают поле осадков; гидрологическая модель распределяет сток к водомерным постам; HEC‑RAS 2D рассчитывает зоны затопления по DEM от LiDAR; уровни воды и прогноз приводят к автоматическим сиренам. Используют ансамбли прогнозов для вероятностных предупреждений.
- Пожары (спутник+метео+модели распространения): VIIRS/MODIS регистрируют горячие точки; метеостанции и WRF дают ветровое поле; FARSITE/Wildfire‑models моделируют фронт и зоны воздействия; наземные датчики влажности топлива корректируют модель — система генерирует карты эвакуации и приоритет тушения.
Принципы эффективной интеграции
- Мультисенсорная слияние: InSAR + GNSS для надёжности; спутник+БПЛА+датчики для разрешения и частоты.
- Временная согласованность и низкая латентность: для раннего предупреждения критично сокращать время между съёмкой и обработкой.
- Ассимиляция наблюдений в модели и использование пороговых/вероятностных критериев (thresholds / probabilistic alerts).
- Автоматизация пайплайнов: сбор → очистка → фьюжн → моделирование → оповещение.
- Комбинация физического моделирования и ML (например, предсказание вероятности оползня на основе многопараметрических входов).
Краткое резюме
- Геодезия обеспечивает точные пространственно‑временные измерения деформаций и рельефа; дистанционное зондирование даёт широкое покрытие и частые наблюдения.
- Их интеграция с наземными датчиками и физическими/статистическими моделями обеспечивает своевременное и надёжное раннее предупреждение по оползням, наводнениям и пожарам.