Разработка системы, обеспечивающей безопасную работу транспорта в условиях ограниченной видимостив Сахалинской области | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 338.

Разработка системы, обеспечивающей безопасную работу транспорта в условиях ограниченной видимостив Сахалинской области

Дешифрирование серии снимков с изображением участков местности, покрытой туманом, позволило выявить принципы распознавания природных сред при создании помех атмосферными явлениями, что позволяет существенно улучшить качество дешифрирования. Разработанная технология приведет к значительному снижению затрат на улучшение качества работы метеостанций аэропортов и предотвращению многочисленных аварий различных видов транспорта.

System engineering providing safe work of transport in the conditions of the limited visibility in the Sakhalin region.pdf Транспорт - отрасль народного хозяйства, функ-Суточный ход относительной влажности воздухационирование которой находится в большой зависимо-зимой, в центральной части острова Сахалин, слабости от погодных условий. Метеорологические условиявыражен, летом он становится заметнее, наибольшиеоказывают решающее влияние не только на экономи-амплитуды влажности наблюдаются осенью и весной.ческие показатели работы транспортных средств, но иОднако на восточном побережье (район Пограничногона безопасность движения. Нередки крупные автомо-и к югу от него), на северных побережьях заливов Тер-бильные аварии, происходящие вследствие ограничен-пения и Анива суточная амплитуда относительнойной видимости в тумане.влажности зимой больше, чем летом. В центральнойВ Дальневосточном регионе, расположенном в зонечасти Тымь-Поронайской низменности наибольшиеперехода от крупнейшего Евроазиатского континента ксуточные колебания относительной влажности наблю-крупнейшему океану - Тихому, протекают атмосферныедаются летом [2-6].процессы, связанные с различием температур морских иДля изучения режима туманов были отобраны ар-континентальных воздушных масс. При этом в зонах со-хивные данные о метеорологических параметрах со-прикосновения воздушных масс теплый и влажный воз-стояния атмосферы ос-ва Сахалин и Курильскихдух, охлаждаясь, достигает состояния насыщения и обра-островов. Гидрометеорологические данные были взятызуются облака или туман. В настоящее время обеспечениес сайта www.rp5.ru . Была проведена выборка архивныхбезопасного движения различного вида транспорта явля-данных за период с марта 2005 г. по декабрь 2008 г.ется задачей первостепенной важности. Необходимо усо-Территория о-ва Сахалин была разделена на восточноевершенствовать систему мониторинга за такими метеоро-и западное побережья. Отдельно выделены централь-логическими явлениями, как туманные образования, ис-ные районы. Выборка информации о туманах былапользуя не только данные гидрометеорологических стан-сделана по 25 ГМС Сахалинской области.ций, но и данные, полученные с искусственных спутни-Анализ гидрометеорологических данных показал,ков Земли и возможности ГИС-технологий.что наибольшее число дней с туманами за год наблю-Одной из особенностей Сахалинского климата яв-дается на восточном побережье, подверженном непо-ляется высокая относительная влажность воздуха, наи-средственному воздействию нижних слоев морскогобольших значений она достигает зимой и летом. Летом,воздуха, охлажденных над водными поверхностямидаже в середине дня, средняя относительная влажностьхолодного Охотского моря. Количество дней с тумана-составляет около 75-80%, с чем и связаны продолжи-ми возрастает с юга на север от 30 до 85 дней в годтельные туманы, которые могут сохраняться непре-(рис. 1), продолжительность туманов в часах за годрывно в течение нескольких суток [1. С. 15].представлена в табл. 1.Особенно высокая относительная влажность на-На западном побережье туманы часто наблюдаютсяблюдается на восточном побережье о-ва Сахалин (По-в центральной и южной частях побережья в результатеграничное, мыс Терпения), где среднее ее значение взащитного действия горных хребтов, а также более13 часов в июле составляет 86%.высокой температуры воды в Татарском проливе, чис-Засушливые дни, когда влажность может опускать-ло дней с туманом резко сокращается от 1 до 20 дней в400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0Месяцся до 30% и ниже, на Сахалине крайне редки.год (рис. 2).230Рис. 1. Количество часов с туманами за год на восточном побережье о. Сахалин в 2008 г.Количество часов с туманами за год на метеорологических станциях Сахалинской области в 2008 г.Восточное побережьеКол-во ча- сов с туманами за годЗападное побережьеКол-во ча-сов с тума-нами за годДолиныКол-во ча- сов с туманами за годКурильские островаКол-во ча- сов с туманами за годМыс Терпения1262,9Ильинский192,4Вал534,5Южно-Курильск818,7Комрво714,0Углегорск156,0Оха368,5Малокурильск652,0Макаров531,0Погиби95,0Южно-Сахалинск331,7Северо-Курильск725,7Поронайск421,0Пильво81,0Онор248,8Курильск186,0Пограничное401,0Холмск42,0Долинск247,9Ноглики260,0Александровск-Сахалинский39,0Тымовск126,0Невельск33,070,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0101234567891МесяцРис. 2. Количество часов с туманами за год на западном побережье о. Сахалин в 2008 г.12Летом различия повторяемости и продолжительно-сти туманов между западным и восточным побережья-ми острова усиливается за счёт тёплого Цусимского течения Японского моря, которое достигает юго-западной оконечности Сахалина, и холодного Восточ-но-Сахалинского течения Охотского моря, идущего вдоль восточного побережья с севера на юг.В центральной части острова число дней с туманами на-блюдается от 55-60 в год. Во внутренних долинах о. Саха-лин, как правило, возникают радиационные туманы (рис. 3).10140,0120,0100,080,060,040,020,00,01234567891Месяц1112Рис. 3. Число часов с туманами в центральной части о. Сахалин в 2008 г.При движении теплого воздуха с юго-востока, ту-г. Южно-Сахалинске. Она позволяет принимать ин-маны возникают в районе Курильских островов: к юго-формацию ДЗЗ с космических аппаратов российско-востоку от них над холодным течением Ойя-Сио, а кго производства, а также ряда зарубежных космиче-северу от них над выходящими на поверхность холод-ских аппаратов.ными глубинными водами (рис. 4).Рассеяние электромагнитных волн в атмосфере,В настоящее время метеорологические данные, по-так же как и их поглощение, зависит от длины волны.лученные с ГМС, являются основным материалом дляРассеяние происходит в результате отражения прохо-распознавания и подтверждения наличия туманныхдящих лучей взвешенными частицами: молекуламиобразований.газов и аэрозолей (пылью, твердыми частицами ды-Более тщательное изучение облачных систем различ-ма), а также каплями воды. Молекулами газов рассеи-ного масштаба стало возможным после появления метео-вается коротковолновая часть оптического излучениярологических искусственных спутников Земли.(рассеяние Рэлея), а аэрозолями - длинноволноваяСтанция приема информации дистанционного(рассеяние Ми). Интенсивность рассеяния поглоще-зондирования Земли (ДЗЗ) Дальневосточного филиа-ния возрастает с увеличением длины пути луча в ат-ла Росгеолфонда была установлена в 1998 г. вмосфере [3. С. 91].231300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0Рис. 4. Количество часов с туманами за год на Курильских островах в 2008 г.В целях получения качественных результатов дис-ность. Гистограмма отображает количество пикселейтанционных съёмок необходимо принимать во внима-изображения (по вертикали), имеющих заданный уро-ние следующие факторы: состояние атмосферы, вы-вень яркости, пиксели (по горизонтали).соту Солнца и азимут на него во время полета, а так-Космические снимки различных типов тумана былиже технические параметры аппаратуры.переведены в черно-белый режим для анализа разницыДля дешифрирования участков местности, покры-пиковых значений серых тонов по данным гистограм-тых туманами, были подобраны снимки о-ва Сахалин,мы. Далее, вычитая известные величины, возникшие вполученные с ИСЗ Terra (MODIS), Метеор-3М (МСУ-результате выделения участков, покрытых туманомМ), SPOT (MS), LANDSAT (ETM+). Варианты синте-или дымкой, а также при отсутствии тумана, были по-зированных изображений подбирались таким образом,лучены значения Δλ. Это значение при наличии туманачтобы при визуальном дешифрировании и выделенииили дымки претерпевает изменения связанное со спек-туманных образований они распознавались достаточнотральными свойствами объекта. По гистограмме можноточно. Соблюдение этого условия необходимо для по-выделить перемещение значения Δλ из голубой частилучения корректной обучающей выборки для проведе-спектра в белую. У одинаковых типов туманов появля-ния классификации.ется приблизительно одинаковое значение смещенияНа следующем этапе были определены участкидлины серого тона - Δλ (рис. 5, б).снимков (районы станций ГМС), по изображениям ко-Таким образом, найдя значение Δλ, можно показатьторых выполнялось детальное изучение спектральныхдиапазон спектра серого тона, в котором наблюдаетсяхарактеристик, связанных с определенным типом ту-наличие туманных образований. Это значение не по-мана. Выбранные изображения обрабатывались с по-стоянно, т.к. достаточно сложно обработать космиче-мощью программных пакетов ENVI 4.2, ERDAS Imag-ские изображения до получения одинаковых значе-ine и Arc GIS.ний псевдоцветов.Полученная информация о характере измененияДля решения поставленной задачи используютсяспектральных характеристик в результате наличия по-разные искусственные спутники Земли, на которыхмех позволяет выделить в автоматизированном режименаходится разная аппаратура и каналы регистрациивсе участки, покрытые туманом на снимке (рис. 5, а).съемочных систем, которые охватывают разные час-В целях повышения точности дешифрирования ис-ти спектра электромагнитных волн. Для решенияследовались гистограммы спектральной яркости участ-подобной проблемы разрабатывается формализацияков, где наблюдается изменение прозрачности атмо-признаков туманных образований для каждого ис-сферы, территории покрытые дымкой или туманом,пользуемого в работе искусственного спутника Зем-Lj-■ ^3? .Лp16 32 ■)* M 84 % 112 128 И* L&y l7fr I'M 2*l« 224 240 256темнив уровни ajiKiKi". tink-tс.11jабконечно, если он не имеет слишком высокую плот-ли.Рис. 5. Выделение заданных классов тумана типа парения (а) и гистограмма спектральных яркостей участков (б), район станции ГМС Пильво: А - участок при отсутствии тумана; В - участок с туманным образованиемПрименение данных дистанционного зондированияС момента принятия снимка с космического аппаратаЗемли в целях обеспечения безопасной работы транс-и до анализа полученной информации о типе и свойствахпорта в условиях ограниченной видимости очень пер-наблюдаемого тумана проходит несколько минут, послеспективно.чего дается оценка опасности метеорологического про-232цесса и риска попадания различных видов транспорта втронной почте на метеостанции аэропортов, в Министер-туман и о возможных авариях. Дается прогноз о распро-ство гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, астранении тумана и о времени его рассеивания, что суще-водители различных видов транспорта могут оповещатьсяственно снизит либо сведет риск к минимуму. Эта ин-при помощи средств массовой информации с соответст-формация может передаваться по телефону либо по элек-вующими рекомендациями.

Ключевые слова

туман, дистанционное зондирование Земли, дешифрирование, электромагнитное излучение, длина волны, fog, GIS-technologies, Sakhalin

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Никонова Елизавета ВикторовнаСахалинский государственный университетаспирантка кафедры геоэкологии и природопользованиясleopatra_teen@rambler.ru
Всего: 1

Ссылки

Земцова А.И. Климат Сахалина. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 167 с.
Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сахалинская область. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. Сер. 3, ч. 1-6, вып. 34. 350 с.
Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы зондирования Земли. М.: Изд. А и Б, 1997. 296 с.
Зверев А.С. Туманы и их предсказание. Л.: Гидрометеоиздат, 1954. 73 с.
Зверев А.С. Синоптическая метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 711 с.
Расписание погоды в России и мире. Режим доступа: http://www.rp5.ru
 Разработка системы, обеспечивающей безопасную работу транспорта в условиях ограниченной видимостив Сахалинской области | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 338.

Разработка системы, обеспечивающей безопасную работу транспорта в условиях ограниченной видимостив Сахалинской области | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 338.

Полнотекстовая версия