Выявление и классификация нефтегазопроявлений на морской поверхности по спутниковым данным: научный подход, база данных

Разработан и апробирован комплексный научный подход к выявлению и классификации нефтегазопроявлений (НГП) на морской поверхности по спутниковым оптическим и радиолокационным данным. Ключевой особенностью подхода является использование научно обоснованных классификационных признаков НГП и регистрация максимально возможного количества метаданных. Под НГП понимаются поступления нефти и/или газа в морскую среду (и далее – на морскую поверхность) [1,2]. На основании разработанного подхода зарегистрировано более 3.3 тыс. естественных и антропогенных НГП и их метаданных. Сформирована и развивается специализированная база данных НГП, обеспечивающая хранение и анализ больших объёмов значимых параметров НГП и гидрометеорологических условий их наблюдения.
Структура разработанной базы данных предполагает, что каждое зарегистрированное НГП имеет ~0.7 тыс. значимых параметров, которые подразделяются на 4 группы:
1. Значимые параметры НГП, измеряемые спутниковыми оптическими и радиолокационными средствами дистанционного зондирования (в том числе, статистические характеристики спектральной яркости, отражательной способности, удельной эффективности площади рассеяния (УЭПР), вычисляемые как для объекта, так и для фоновой морской поверхности, и др.).
2. Дополнительные информативные признаки НГП, определяемые по результатам обработки спутниковых и оптических и радиолокационных изображений (форма, геометрические параметры контура, частота проявления и др.).
3. Гидрометеорологические условия, регистрируемые по спутниковым и модельным данным (скорость и направление приповерхностного ветра, компоненты течений на морской поверхности и на глубинах, температура морской поверхности и др.).
4. Результаты анализа особенностей НГП, проведённого с использованием априорной информацией (тип преобладающего флюида, расстояние до потенциальных источников и др.).
Процесс регистрации НГП и их параметров требует выполнения большого количества операций, связанных, прежде всего, с получением, систематизацией и обработкой спутниковых изображений и гидрометеорологических данных. Для наполнения базы данных НГП разработано специализированное программное обеспечение, использующее облачный сервис хранения и обработки данных дистанционного зондирования Земли Google Earth Engine [3]. База данных реализована на основе программного обеспечения QGIS SpatiaLite. Хранение данных в базе осуществляется в виде набора таблиц и векторных объектов (контуров НГП).
Сформированная база данных обеспечивает возможность проведения научных исследований особенностей НГП с использованием корреляционного/ регрессионного анализа, методов распознавания образов в многомерных признаковых пространствах и др. На основании выполненных предварительных исследований материалов базы данных установлены статистические особенности и взаимосвязи некоторых значимых параметров НГП, исследована пространственно-временная динамика НГП в различных акваториях (Черное и Каспийское моря, озеро Байкал, 2015-2021 гг.). Так, например, математическое ожидание контраста УЭПР нефтепроявлений (~1.5 тыс. образцов) в сравнении с фоновой морской поверхностью составило –4,7 дБ (Sentinel-1A) и –6,1 дБ (Sentinel-1B). Математическое ожидание оптических контрастов газопроявлений (~0.3 тыс. образцов), вычисляемых с помощью дроби Вебера в «зелёном» спектральном канале, составило 0,485 (Sentinel-2A/B) и 0,463 (Landsat-8).
Работа выполнена при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Минобрнауки России в рамках соглашения № 075‒15‒2020‒776.