Разработанные в ЛЭТИ методы мониторинга морской поверхности позволят эффективно решать задачи оперативной океанологии
Ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» провели эксперимент по отработке радиолокационных методов и средств мониторинга морской поверхности, а также оценку батиметрических параметров акватории в геленджикской Голубой бухты.
Сегодня в связи с увеличением морских грузоперевозок и расширением деятельности компаний топливно-энергетического сектора на морском шельфе, вопросы обеспечения безопасности в морских акваториях приобретают все большую значимость. В рамках обеспечения безопасности судоходства необходим оперативный мониторинг ветро-волновой обстановки в сложных для навигации акваториях. На безопасность хозяйственной деятельности в акваториях также существенное влияние оказывают гидродинамические процессы, происходящие в мелководных акваториях и вызывающие постоянное смещение грунта и эрозию морского дна, что приводит к изменению его рельефа и, соответственно, карты глубин.
Научная группа в составе молодых ученых НИИ систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций «Прогноз» и кафедры радиотехнических систем Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» предложила новую технологию, которая поможет осуществлять радиолокационный мониторинг морской поверхности, корректировать навигационные карты и планировать дноуглубительные работы в районах прохождения фарватеров в прибрежных зонах судовождения в реальном времени.
Технология дистанционного мониторинга основана на использовании спектрально-флуктуационных характеристик радиолокационных сигналов, рассеянных морской поверхностью. Первые результаты исследования опубликованы в журнале Remote Sensing.
«Разрабатываемые радиолокационные методы позволяют осуществлять гидрографический мониторинг морской поверхности (волнения, поверхностные течения), а также проводить батиметрические измерения в мелководных акваториях дистанционно, охватывая при локальных замерах область радиусом до 1-1,5 км. Это помогает значительно сократить время и стоимость работ по сравнению с применяемыми технологиями измерений, что, в свою очередь, дает возможность проводить оперативную корректировку информации о состоянии дна после наводнений, сильных штормов, ледохода и других природных явлений, оказывающих определяющее влияние на кратковременную донную эрозию». - Директор НИИ «Прогноз» СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Владимир Иванович Веремьёв
Научная группа ставит перед собой задачу разработать и уточнить комплексные физико-математические модели взаимодействия когерентных электромагнитных волн сантиметрового диапазона с водной поверхностью, учитывающие нелинейные эффекты, а также разработать алгоритмы дистанционной оценки гидрографических и батиметрических параметров радиолокационными методами по сигналам сантиметрового диапазона и создать программное обеспечение, реализующее эти алгоритмы. Ученые планируют до 2024 года реализовать и экспериментально апробировать прототип когерентного радиолокационного комплекса высокоточного измерения гидрографических характеристик, обеспечивающего оценку параметров морского волнения, поверхностных течений и батиметрических данных, а также разработать методологическое обеспечение комплексирования радиолокационных данных с другими источниками гидрографической информации.
На данном этапе ученые провели экспериментальные работы на полигоне Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН в Голубой бухте г. Геленджик. Они смогли получить записи сигналов от морской поверхности при разных местоположениях радара, разных азимутах зондирования при различных состояниях морской поверхности и метеорологических условиях. В дальнейшем это позволит апробировать алгоритмы обработки радиолокационных сигналов для решения задач получения гидрографической информации морской поверхности.
Результаты исследований могут представлять интерес как для государственных служб, занимающихся обслуживанием судоходных путей, предотвращением и ликвидацией последствий чрезвычайных ситуаций, так и для управляющих структур объектов повышенного риска – портовых и транспортных комплексов, нефтеналивных терминалов, нефтегазодобывающих платформ. Также результаты проекта представляют значительный фундаментальный интерес – как в части развития подходов к измерению и обработке радиолокационных данных в океанографических, метеорологических и навигационных целях, так и в части развития методов и алгоритмов обработки разнородных данных в комплексных геоинформационных системах гидрографического и метеорологического мониторинга.
Ученые ЛЭТИ имеют многолетний опыт научных исследований в области разработки радиолокационных систем и комплексов различного назначения, обработки радиолокационной информации, мониторинга состояния атмосферы и гидросферы радиолокационными методами, а также построения геоинформационных систем и решения задач экологического прогнозирования. Коллектив исполнителей активно сотрудничает с ведущими российскими и зарубежными научными организациями, в том числе Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Исследовательским центром Helmholtz-Zentrum Hereon (ФРГ), Арктическим и антарктическим НИИ.
По прогнозу ученых, полученные результаты будут соответствовать уровню мировых исследований в данной области и послужат основой для построения эффективных систем мониторинга состояния водной поверхности и батиметрических параметров морских акваторий, направленных на снижение риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного происхождения. Данные радиолокационного мониторинга (векторные поля поверхностных течений, волнение, приповерхностные потоки воздуха, батиметрические характеристики), полученные при исследованиях, могут быть использованы при создании и развитии гидрографических моделей Мирового океана.
Проект «Исследование методов радиолокационного мониторинга морской поверхности и батиметрических параметров акваторий в реальном времени в сантиметровом диапазоне длин волн» поддержан президентской программой исследовательских проектов РНФ.
Разработка системы мониторинга ключевых районов Мирового океана, прибрежных зон и морей России, включая наблюдения на границе океан-атмосфера, является одним из четырех основных направлений научных исследований в области климата. Об этом сообщил Министр науки и высшего образования РФ Валерий Николаевич Фальков в ходе заседания Совета по науке и образованию 8 февраля 2022 года.