Более 20 лет в АлтГУ функционирует Центр космического мониторинга

Фото Евгений НАЛИМОВ

В нем не только кипит научная работа, полученная со спутников информация в режиме реального времени помогает экстренным службам реагировать на чрезвычайные ситуации – паводки, пожары. Собранные данные позволяют также оценивать промышленно-экономическую активность нашего региона и его соседей.

Подробнее о Центре рассказал его создатель и руководитель Анатолий Лагутин, астрофизик с мировым именем.

Сфера интересов

– Мы принимаем большой объем оперативной спутниковой информации, это позволяет более 30 раз в сутки измерять характеристики атмосферы и поверхности территории Алтайского края, вести регулярный мониторинг климатической системы Сибирского региона и приграничного Казахстана, находить возможные источники ЧС, измерять влагозапасы снега, держать на контроле паводок, фиксировать лесные и степные пожары.

Подготовка к открытию нашего Центра началась в 2001 году, с января 2002-го он работает. Инициатором движения в космическое направление был тогдашний руководитель ГУ МЧС России по Алтайскому краю Владимир Белоусов. Он вместе с администрацией края убедил университет, что нам необходимо этим заниматься, ведь помимо учебных и научных задач, важнейшей миссией является обеспечение безопасности региона.

Мониторинг включает в себя не только наблюдение. Также это анализ данных, их дополнительная обработка, а самое ключевое – прогнозирование. Сегодня, конечно, это весьма популярное и востребованное направление. Наши специалисты готовят справки, карты и другие документы, которые попадают в разные министерства и организации. Сегодня с нами сотрудничают специалисты краевого управления по делам ГОЧС и ПБ, они – главные потребители этой информации.

Спутниковое наблюдение

– Три наземные станции установлены на крыше главного корпуса университета. Они принимают информацию с пяти космических спутников, на каждом из которых находится по несколько приборов. Спутники летают на высоте 700–800 км, для нас важно очень точно знать их координаты и время нахождения в определенной точке.

Много раз в сутки мы видим территорию от Новой Земли до юга Индии, от Финского залива до окраин Якутии и даже иногда Охотское море. Это гигантский объем информации, но акцент, конечно, на Алтайском крае. За 24 часа полярно-орбитальные спутники совершают 16 витков вокруг Земли. Ночью наши станции работают в автоматическом режиме, а утром специалисты приходят на работу и анализируют полученные данные, на основе которых создают информационно-аналитические продукты.

Фото: Евгений Налимов

Облака не являются значимой проблемой, хотя они влияют на получение точной информации. Поскольку у нас пять спутников, мы имеем возможность контролировать уходящие из атмосферы излучения в видимом диапазоне, инфракрасном (ближнем и тепловом), а самое главное – в СВЧ. Гигагерцевый диапазон сверхвысокочастотного излучения позволяет видеть как бы сквозь облака, а они у нас часто бывают.

У некоторых спутников есть проблемы на экваторе. Полоса захвата у них – 2300 км. Они летают и принимают информацию – отраженный сигнал. Чтобы понять, что же спутник увидел, надо разобраться, зная интенсивность солнечного излучения, сколько потерялось, особенно в атмосфере, из-за поглощения и рассеяния, сколько потерялось на пути Земля – спутник и еще сколько перерассеялось или поглотилось, например, травой, деревьями, домами.

Но это днем. А в ночное время источником сигнала спутника является излучение атмосферы и подстилающей поверхности Земли.

Мы не работаем просто с изображениями. Основа – обработка с помощью вычислительных кодов по физически достоверным алгоритмам. Все сотрудники нашего Центра – мои ученики, они имеют высокий уровень образования, закончили магистратуру и аспирантуру, многие защитили кандидатские диссертации.

Чтобы получить достоверное изображение, проводится глубокая обработка с распознаванием образов. То есть по информации электромагнитного излучения, которую мы зафиксировали во многих частотных диапазонах, мы должны выяснить, на Земле в этом месте снег или что-то другое. Снег или облака глазом не отличишь. Снег в лесу – тоже проблема. Поэтому еще на этапе подготовки мы используем 20 каналов только для того, чтобы разделить пиксели на облачные и безоблачные. В рамках физического алгоритма мы решаем задачу, есть там снег или нет. В конечном счете получаем двумерную картинку, где цветом обозначены области: белым – со снежным покровом, зелененьким – где его нет. Этот алгоритм работает хорошо, мы его много раз проверяли.

Сколько всего пикселей на изображении «маски» снежного покрова? Несколько миллионов. Каждый пиксель 30 раз обрабатывается. На основе полученных чисел строятся изображения для массового пользователя в виде карты.

Даже некоторые студенты бакалавриата смотрят на наши продукты и говорят: это спутниковые снимки. Вообще, спутники никаких снимков не делают. Они передают сигналы в закодированной форме. Это набор шумов, пакет импульсов, которые можно расшифровать только с помощью специальной аппаратуры. Также необходимо иметь ключ для декодирования. Заключительные этапы: калибровка и привязка каждого фрагмента изображения (то, что мы называем пикселем) к местности с использованием географических координат.

На трех спутниках есть аппаратура, которая позволяет мерять сверхмалые потоки излучения. Особенно полезен ночной режим: тогда очень ярко видно очаги, в том числе техногенные. Эти данные можно использовать для анализа жизнедеятельности региона, оценки валового продукта и уровня потребления электроэнергии, более четко видеть границы агломераций, где кто что строит.

Алтай сверху

– В этом году впервые сход снега такого уровня начался не со степной зоны. Причина – в изменении воздушных потоков: теплый ветер раньше шел с запада, из Атлантики, а теперь – с юга, из Казахстана.

Обычно все начинается с западного направления, идет вдоль ленточного бора на Барнаул… В прошлом году на это время картина была другой: площадь, свободная от снега, была больше.

Республика Алтай тоже под пристальным наблюдением, ведь многие наши реки берут начало там: Ануй, Песчаная, фактически и Чарыш тоже. Здесь всегда сложная паводковая ситуация.

Другая важная характеристика – количество воды в снеге. Эти измерения можно проводить только в СВЧ-диапазоне и только ночью, в холодное время. Граничный для спутниковых средств период измерения влагозапаса – примерно 20 февраля. Позже – уже будут ошибки.

В этом году на территории края снега на 30% меньше, чем средняя многолетняя. А вот в Горном Алтае снега много, и конечно, есть определенные опасения по поводу второй волны паводка.

Справка

Анатолий Алексеевич Лагутин окончил Томский политехнический институт (1974). С 2009 года по настоящее время – заведующий кафедрой радиофизики и теоретической физики Алтайского государственного университета. Почетный профессор АлтГУ. Автор сотен научных и учебно-методических работ, монографий и книг на русском, английском и французском языках. Его научный авторитет признан в России и за ее пределами. Именем Лагутина названы функция пространственного распределения электронов в широких атмосферных ливнях, модель неклассической диффузии космических лучей.