Методика обработки и анализа мультиспектральных и радиолокационных космических снимков при мониторинге природных и техногенных процессов в районе строительства и эксплуатации объектов нефтегазового комплекса

На примере Варандейского района Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции рассмотрена методика обработки и анализа разновременных мультиспектральных и радиолокационных космических снимков (КС) для изучения изменений ландшафта под действием природных и техногенных факторов. Активное хозяйственное освоение района, связанное с бурением разведочных и эксплуатационных скважин, строительством поселков, дорог, инженерных сооружений, нефтепроводов, линий электропередач, добычей стройматериалов и т.д., приводит к механическому и тепловому воздействию на мерзлые породы и химическому загрязнению территории. Техногенное воздействие происходит на фоне глобальных и региональных климатических изменений, также оказывающих влияние на состояние многолетнемерзлых пород. Поэтому изучение динамики развития инфраструктуры и оценка возможных негативных изменений мерзлотной обстановки и степени загрязнений при освоении Варандейского района является важной проблемой, и анализ разновременных КС может внести существенный вклад в ее решение.
В работе использованы КС среднего и высокого разрешения: мультиспектральные LANDSAT 4, 7, 8, ALOS AVNIR, Rapid Eye, World View 2 и радиолокационные ALOS PALSAR (L диапазон) с поляризацией НН и HH/HV, TerraSar X (X диапазон) с VV поляризацией, полученные в период с 1988 по 2013 гг.
Методика обработки и анализа включает: выбор оптимального набора КС для решения поставленных задач (пространственное разрешение, спектральные диапазоны для мультиспектральных КС, длина волны и поляризация для радиолокационных КС, сезон съемки и т.д.); анализ метеорологических, тектонических, геокриологических и др. факторов, влияющих на характер изображения и происходящих изменений; геометрические коррекции КС, пространственное совмещение КС и необходимых для анализа карт в среде ГИС; относительную радиометрическую калибровку КС (радиометрические коррекции по уровням яркости); интерактивное дешифрирование разновременных КС; выявление изменений в автоматическом режиме с использованием различных алгоритмов, анализ спектральных характеристик, построение спектральных кривых для разных объектов, построение итоговых схем.
В результате проведенных исследований установлено, что наиболее простым и быстрым способом для выделения изменений ландшафта является метод создания цветовых композиций из разновременных КС. Для создания схем инфраструктуры и исследования ее изменений предпочтительны КС высокого разрешения (1-3 м) в красной зоне спектра, но для выделения линейных объектов (линий электропередач и нефтепроводов, в том числе их подземных участков) могут быть использованы радиолокационные КС L диапазона с более низким разрешением (7-14 м), причем на изображениях НН и VV поляризации лучше выделяются линейные сооружения (трубопроводы), а на изображениях НV поляризации – точечные (опоры трубопроводов и линий электропередач). Для выделения изменений площадей термокарстовых озер предпочтительны КС, полученные в летний сезон в ближней инфракрасной зоне спектра, а для выявления их загрязнений взвешенными частицами – в красной зоне спектра. Для исследования высохших озер – хасырей, в том числе определения их возраста, важного для выяснения степени активизации термокарстовых процессов и возможности образования бугров пучения, наилучшие результаты получены при создании цветовых композиций из трех разносезонных РЛ снимков, с разной длиной волны (Х и L диапазоны) и поляризацией.
Анализ изменений озер подтвердил отмеченную нами ранее тенденцию высыхания (спуска) термокарстовых озер. Увеличение обводнения происходит только на участках, подверженных техногенному воздействию.