Геологическая съёмка. На Землю смотрим свысока

Геология — земная наука, в прямом смысле этого слова. Поэтому тот факт, что современные технологии позволяют поднять её над Землёй, — это в определённом смысле парадокс. Однако развитие этой отрасли достигло космических масштабов, и дистанционное зондирование земли — это уже технология настоящего. О том, как развивается это направление и какие задачи геологоразведки удаётся решать с помощью космосъёмки, мы поговорили с техническим директором компании «Совзонд» Дмитрием Никольским.

— Дмитрий Борисович, расскажите, когда началось использование космосъёмки для геологоразведки и какую эволюцию пережила эта технология?

— Использование космосъёмки для задач геологоразведки началось практически сразу после запуска первых природоресурсных спутников дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса, когда появилась возможность изучать колоссальные по размеру территории на основе космических снимков. Уже в 1970-х годах отрасль ДЗЗ стала бурно развиваться. Революционный всплеск компьютерных, космических и информационных технологий в конце XX — начале XXI веков привёл к качественным изменениям в отрасли ДЗЗ: появились космические аппараты, позволяющие проводить съёмку с различной детальностью и в различных диапазонах длин волн, в том числе и съёмку в радиодиапазоне.

Применение методов ДЗЗ позволяет радикально уменьшить стоимость геологоразведочных работ, проводя комплексное исследование обширных территорий, зачастую недоступных по тем или иным причинам для традиционных методов геологоразведки.

— Насколько популярна эта технология — в России и других странах?

— Данные ДЗЗ из космоса активно используются в различных отраслях народного хозяйства, требующих анализа как актуальной, так и ретроспективной пространственной информации. Это и картосоставительские работы в различных масштабах, и тематические отраслевые приложения, в частности, решающие геологические задачи.

Определяющая причина использования именно данных космического дистанционного зондирования в России — это колоссальная площадь территории страны, причём большая её часть является труднодоступной и достаточно малоизученной. Космические снимки позволяют исследовать, изучать и картографировать значительные по площади территории при сравнительно небольших финансовых затратах.

До недавнего времени (на рубеже веков) большинство космических снимков, используемых в России, было получено с помощью зарубежных космических аппаратов. Сейчас данные с иностранных спутников также используются, но активизируется тенденция к импортозамещению и в сфере ДЗЗ, хотя не все потребности в пространственных данных пока удаётся обеспечить с использованием отечественных спутников.

Российская космическая программа предусматривает обеспечение органов исполнительной власти различных уровней, а также научно-исследовательские государственные учреждения космическими данными на бесплатной основе с целью активного внедрения и развития технологий в производственные процессы.

В настоящее время идут исследования, направленные на изучение возможности использования различных производных продуктов, получаемых на основе данных с «Ресурс-П» и других КА, — специалисты анализируют возможность их применения для решения различных прикладных отраслевых задач, в том числе в геологии.

— То есть можно говорить, что популярность ДЗЗ растёт?

— Однозначно. Во всём мире продолжит расти спрос на данные ДЗЗ, аналитические отраслевые продукты и сервисы на их основе.

Основной тенденцией развития ДЗЗ за рубежом является интенсивное развитие различных видов спутниковой съёмки: оптико-электронной, мульти- и гиперспектральной (для детального автоматизированного дешифрирования поверхности, поиска конкретных объектов, спектрального анализа), радарной (для структурного анализа и мониторинга смещений земной поверхности), альтиметрической (высотные профили поверхности), видеосъёмки и т. д.

— Каким образом строится технологическая цепочка? Готово ли современное оборудование к решению таких задач или это технология будущего?

— Основные источники получения данных ДЗЗ для решения задач в горнодобывающей отрасли — радарная и оптико-электронная космическая съёмка. Также для крупномасштабного картографирования и построения цифровых моделей местности используют аэросъёмку и лазерное сканирование, а также съёмку с беспилотных летательных аппаратов.

В случае использования космических данных ДЗЗ технологическая цепочка в общем виде выглядит следующим образом:

• заказ архивных данных (при наличии) либо размещение заказа на новую съёмку с требуемыми характеристиками;
• получение данных от поставщика и выполнение фотограмметрической обработки (геометрическая коррекция данных с известной точностью);
• выполнение специализированной автоматизированной тематической обработки: расчёт специальных индексов, выполнение различных видов анализа, осуществление математического анализа и т. д.;
• интерпретация, дешифрирование и оформление результатов оператором;
• загрузка данных в информационную систему (ГИС) и подготовка технического отчёта.

Для стандартных видов обработки небольших массивов данных могут использоваться достаточно простые настольные ПК с предустановленным специализированным программным обеспечением. Для сложных специализированных видов расчётов, а также больших массивов данных используются либо специализированные высокопроизводительные рабочие станции, либо технологии распределённых вычислений.

Если говорить о технологиях будущего, то отрасль ДЗЗ развивается в первую очередь в части перехода от закупки и обработки данных на конкретную территорию к использованию сервисных моделей. То есть пользователь оформляет подписку на подключение к специализированному геоинформационному сервису и использует готовый отраслевой контент, а анализ и обработка выполняются в автоматизированном режиме в облаке.

— Какие задачи можно решить с помощью космосъёмки?

— Среди основных задач можно выделить:

• структурный анализ поверхности — выявление линейных структур (разломов, контрастных геологических границ и т. д.);
• уточнение границ геологических тел, выходящих на дневную поверхность;
• тектоническое районирование;
• кинематическая классификация разрывных нарушений и связанных с ними локальных структур;
• оценка угроз тектонического и сейсмологического характера на основе оценки подвижек разломов и их динамики (с высокой точностью на основе данных радиолокационной интерферометрии), оказывающих существенное воздействие на современные инженерно-геологические процессы;
• оценка горизонтальных и вертикальных смещений вдоль разломов;
• геологическое и геоморфологическое картографирование.

— Приведите практический пример решения именно геологических задач.

— В качестве примера практического применения дешифрирования снимков для создания геологического картографирования можно привести использование данных высокого разрешения, получаемых спутником WorldView-3 в коротковолновом инфракрасном диапазоне (SWIR). Этот диапазон особенно чувствителен к уникальным свойствам поглощения электромагнитного излучения различными горными породами и почвами.

Результаты автоматизированного дешифрирования показали возможность идентификации и картирования различных горных пород, что было подтверждено с помощью данных гиперспектральной аэросъёмки.

Ещё один практический пример использования данных космической съёмки для решения геологических задач — уникальная методика обработки радарных данных, которая позволяет с точностью до первых сантиметров и даже миллиметров построить площадные модели вертикальных и горизонтальных смещений (шаг 3–5 м) земной поверхности — радарная интерферометрия.

Для расчёта моделей смещений необходимо выполнить многократную съёмку территории, а затем выполнить обработку в специализированном программном обеспечении. Съёмка, как правило, проводится за 4–5 месяцев, а затем весь массив данных обрабатывается. Основным преимуществом данной методики является то, что заказчик получает площадную независимую модель смещений, которая качественно дополняет результаты наземных измерений.

— Надо полагать, такая технология требует существенных инвестиций…

— Основная составляющая стоимости проекта — заказ новой радарной съёмки у иностранного поставщика. Аналогичных российских данных на сегодня нет. Первый российский спутник, который позволит получать данные для радарной интерферометрии, планируется запустить в ближайшие несколько лет. Также достаточно высокую стоимость имеет программное обеспечение, но здесь можно заказать непосредственно обработку данных и работать с моделью смещений.

— А профильные компании, в частотности российские, готовы вкладывать средства в подобные решения?

— Данная технология активно внедряется во всём мире и в России, так что да — компании готовы вкладывать средства в инновационные методики.

— Какие факторы сдерживают распространение технологии?

— В первую очередь отсутствие российских данных, необходимых для обработки. Во вторую, пожалуй, новизна и только начинающийся этап внедрения данной технологии, сертификации и разработки нормативной базы.

— Приведите пример передовых разработок в этой области.

— Компания «СОВЗОНД» активно развивает направление в области обработки данных ДЗЗ, позволяющее решать задачи своевременного мониторинга смещений земной поверхности и деформаций зданий и сооружений с применением методики интерферометрической обработки серий радарных спутниковых изображений.

Данная технология, будучи интегрированной в систему маркшейдерско-геодезических наблюдений, позволяет определять смещения с очень высокой точностью и при этом не в конкретных точках измерений (инструментальные методы), а на всей территории месторождения (площадь одного кадра до 1600 кв. км).

Основное применение эта технология получила для анализа смещений на нефтегазовых месторождениях, а также добычи различных рудных полезных ископаемых как открытым способом (мониторинг деформации стенок карьеров, хвостохранилищ и т. д.), так и закрытым (территория над шахтными выработками).

Фото: sovzond.ru