5 Лазери в контрольно-вимірювальній техніці(принципи побудови лазерних аналітичних приладів, приклади застосування)

Лазер – джерело когерентного, монохроматичного і вузькоспрямованого електромагнітного випромінювання оптичного діапазону, яке характеризується великою густиною енергії. Існують газові лазери, рідинні та на твердих тілах (діелектричних кристалах, склі, напівпровідниках). В лазері має місце перетворення різних видів енергії в енергію лазерного випромінювання. Головний елемент лазера – активне середовище, для утворення якого використовують: вплив світла, електричний розряд у газах, хімічні реакції, бомбардування електронним пучком та ін. методи «накачування». Активне середовище розташоване між дзеркалами, які утворюють оптичний резонатор. Існують лазери неперервної та імпульсної дії. Лазери отримали широке застосування в наукових дослідженнях.

Лазерний спектральний аналіз – якісне і кількісне визначення елементного і молекулярного складу речовини шляхом дослідження його спектрів, які отримують за допомогою лазерного випромінювання. Використання лазерів забезпечує граничні значення найбільш важливих для спектрального аналізу характеристик: чутливість на рівні детектування одиничних атомів і молекул, вибірковість аж до реєстрації частинок з певними квантовими характеристиками в суміші частинок, гранична спектральна (до повного усунення впливу приладу) і часова (до 10 – 14 с) точність, можливість дистанційного аналізу (до дек. км). Л.с.а. використовується, як правило, в тих випадках, коли необхідні характеристики не можуть бути отримані за допомогою традиційних методів і приладів спектрального аналізу.

Переважна частина відомих спектроскопічних методів дозволяє за поглинанням і випромінюванням в області коротких довжин хвиль від 250 до 500 нм (УФ і фіолетово-блакитна області) здійснювати реєстрацію і ідентифікацію газів і хімічних елементів. Оскільки поглинання або випромінювання в цій області спектру обумовлене електронними переходами в атомах, то цю частину спектру можна використовувати тільки при збудженні атомів досліджуваної речовини будь-яким активним способом, а саме – в полум’ї, електричному розряді, лазерній іскрі тощо.

Спектральна область від 700 до 1750 нм для спектроскопії цікава тим, що включає, в основному лінії поглинання, обумовлені коливально-обертальними переходами в молекулах газів, які, як, наприклад, метан необхідно контролювати (оптично-абсорбційний метод).

Робота лазера

Збуджений атом може мимовільно (спонтанно) перейти на один з нижчих рівнів енергії, випромінивши при цьому квант світла. Світлові хвилі, випромінювані нагрітими тілами, формуються саме в результаті таких спонтанних переходів атомів і молекул. Спонтанне випромінювання різних атомів некогерентне. Однак, крім спонтанного випромінювання, існують випромінювальні акти ін. роду. Щоб створити лазер або оптичний квантовий генератор – джерело когерентного світла необхідно:

• робоча речовина з інверсною заселеністю. Тільки тоді можна одержати підсилення світла за рахунок вимушених переходів.

• робочу речовину слід помістити між дзеркалами, які здійснюють зворотний зв'язок.

• посилення дає робоча речовина, а отже, число збуджених атомів або молекул у робочій речовині повинне бути більше від певного порогового значення, що залежить від коефіцієнта відбиття напівпрозорого дзеркала.

Застосування лазерів

Великі можливості відкриваються перед лазерною технікою в біології й медицині. Лазерний промінь застосовується не тільки в хірургії (наприклад, при операціях на сітківці ока) як скальпель, але й у терапії. Інтенсивно розвиваються методи лазерної локації й зв'язку. Локація Місяця за допомогою рубінових лазерів і спеціальних кутових відбивачів, доставлених на Місяць, дозволила збільшити точність виміру відстаней Земля - Місяць до декількох см. Отримано обнадійливі результати в спрямованому стимулюванні хімічних реакцій. За допомогою лазерів можна вибірково збуджувати одне із власних коливань молекули. Виявилося, що при цьому молекули здатні вступати в реакції, які не можна або важко стимулювати звичайним нагріванням.За допомогою лазерної техніки інтенсивно розробляються оптичні методи обробки передачі й зберігання інформації, методи голографічного запису інформації, кольорове проекційне телебачення

Наведемо приклади аналізаторів, які побудовані на використанні лазерів.

Аналізатор «Інфракар» (модель 10.02)

Аналізатор Інфракар 10.02 – призначений для вимірювання оксиду вуглецю,суми вуглеводнів у відпрацьованих газах автомобільних двигунів і для вимірювання частоти обертів колінчатого валу. Має вбудований принтер.

Аналізатор Infralyt CL

Прилад призначений для одночасного вимірювання компонентів СО, СО₂, НС, О₂ і лямбда (розрахунок на основі вимірів) у відпрацьованих газах бензинових двигунів. Крім того прилад дозволяє визначити робочу температуру і число оборотів двигуна за допомогою різноманітних датчиків. Пульт дистанційного керування з інтегрованим принтером дозволяє проводити виміри відповідно до нормативів, а також роздрукувати протокол з результатами вимірювання.

Аналізатор Infralyt 50

Стаціонарний прилад, який призначений для одночасного вимірювання, які часто зустрічаються в компонентів відхідних газах промислових підприємствав. Прилад має модульну конструкцію. Стандартна комплектація включає в себе: інфрачервоні вимірювальні канали, інтерфейс RS232. Опціонально можна додати: електрохімічні комірки, побудник витрати, аналоговий вихід, індикатор потоку, додаткову фільтрацію.

Аналізатор ІКВЧ (п) – переносний вимірювач концентрації зважених часток

Призначений для вимірювання оптичної щільності пилогазових середовищ, а також масових концентрацій зважених часток (пил). Область застосування: контроль стану запиленості повітря в промислових приміщеннях, ливарних цехах, зварювальних і шліфувальних майстернях, шахтах, в підземному і надземному будівництві, на цементних заводах, металургійних комбінатах, цегельних заводах. Принцип роботи - оптична абсорбція, заснована на вимірюванні інтенсивності ослабленого пилегазової середовищем (димовими газами) модулюємого електромагнітного випромінювання.

Аналізатор ІКВЧ (вз) – переносний вимірювач концентрації зважених частин у вибухозахищеному виконанні

Призначений для вимірювання оптичної щільності пилогазових середовищ, а також масових концентрацій зважених часток (пил).

Область застосування: контроль стану запиленості повітря в промислових приміщеннях, ливарних цехах, зварювальних і шліфувальних майстернях, шахтах, в підземному і надземному будівництві, на цементних заводах, металургійних комбінатах, цегельних заводах. Принцип роботи - оптична абсорбція, заснована на вимірюванні інтенсивності ослабленого пилогазової середовищем (димовими газами) модулюємого електромагнітного випромінювання.

Області застосування лазерів в науці і техніці

Лазери в геодезії

Оптичні методи вимірювання відстаней і кутів добре відомі в промислової метрології та геодезичної службі, проте їх застосування було обмежено джерелами світла. Вимірювання на відкритому повітрі з використанням модульованого світла були можливі лише при невеликих відстані в кілька кілометрів. За допомогою лазерів вдалося значно розширити область застосування оптичних методів, а в ряді випадків і спростити їх.

Лазерна гіроскопія

З появою лазерів роторні гіроскопи були замінені лазерними. Це відразу обіцяло ряд технічних переваг. По-перше, різко скоротилися розміри контуру з-за того, що в кільцевому лазері обидва променя багаторазово оббігає окружність і має місце накопичення фазового зсуву. По-друге, промені не послаблюються в середовищі, як це було в експерименті А. Майкельсона, а посилюються за рахунок одержання енергії від активної речовини.

Лазерні гіроскопи знаходять застосування в зарубіжних пристроях вимірювальної техніки, в системах наземної орієнтації, в системах орієнтації повітряних і космічних апаратів, а також при створенні безплатформного інерційних систем (ВІС) навігації.

Лазерний гіроскоп не вільний і від недоліків. До них відносяться необхідність оснащення приладу поруч допоміжних систем, труднощі калібрування і т. п. Їх наявність дозволяє зробити висновок. Що лазерний гіроскоп не зможе повністю замінити роторний. Швидше за все він буде застосовуватися в комплексі вимірників первинної інформації і лише в окремих випадках використовуватися самостійно.

Обробка матеріалів і зварювання

Обробка матеріалів за допомогою лазерів вилилася останнім часом в потужне напрям, що одержало назву лазерної технології. Ось що говорить про цей напрямок академік Н. Г. Басов: "Лазерний промінь - це унікальний теплової джерело, здатний нагріти опромінюваним ділянку деталі до високих температур за такий короткий час, протягом якого тепло не встигає

"Розтріснутися". Нагрівається ділянка може бути при цьому розм'якшена, рекрісталлізован, розплавлений, нарешті, його можна випарувати. Дозуючи теплові навантаження шляхом регулювання потужності і тривалості лазерного опромінення, можна забезпечити практично будь-який температурний режим і реалізувати різні види термообробки. Лазерний нагрівання використовується для поверхонь гарту і легування металів, для плавлення при зварюванні, для плавлення та випаровування з викидом парів при різанні і свердлінні ".

Можна сформулювати основні переваги, які має лазерна обробка матеріалів: по-перше, велика різноманітність процесів обробки самих різних видів матеріалів (і навіть таких, які не піддаються механічній обробці), по-друге, висока швидкість виконання операцій з обробки (іноді в 1000 разів більша, ніж при механічній); по-третє, висока якість обробки (гладкість зрізів, міцність зварних швів, чистота обробки та ін); по-четверте, можливість високоточної прецизійної обробки (виготовлення фільєру в алмазі, необхідних для волочіння дроту,виготовлення отворів у рубінових каменях, необхідних для виготовлення годинникових механізмів тощо); по-п'яте, селективність дії на окремі ділянки оброблюваної поверхні і можливість дистанційної обробки (у тому числі і поверхонь, розташованих за скляною перегородкою); по-шосте, відносна легкість автоматизації операцій, що сприяє істотного підвищення продуктивності праці.

Лазерна хірургія

Властивістю лазерного променя свердлити і зварювати різні матеріали зацікавилися не лише інженери, а й медики. Вони вирішили використовувати його як скальпеля. У порівнянні зі звичайним такий скальпель володіє цілим рядом переваг: по-перше, лазерний скальпель відрізняється сталістю ріжучих властивостей,надійністю в роботі, по-друге, лазерний промінь розсікає тканина на відстані, не впливаючи на неї будь-якого механічного тиску; по-третє, лазерний скальпель має абсолютну стерильність, оскільки з тканиною взаємодіє тільки випромінювання, причому в області розсічення виникає висока температура; по-четверте, лазерний промінь виробляє майже безкровний розріз, оскільки з розтином тканин коагулюють краї рани, як би "заварюючи" дрібні судини; по-п'яте, лазерний промінь дозволяє хірургу добре бачити оперованих ділянку,в той час як скальпель загороджує робоче поле.

Крім того, рана від лазерного скальпеля (як показали клінічні спостереження) майже не болить і відносно скоро загоюється. Все це призвело до того. Що лазерний скальпель був застосований на внутрішніх органах грудної та черевної порожнин. Їм роблять операції на шлунку, роблять шкірно-пластичні операції. Широко використовують в офтальмології при лікуванні очних хвороб. Історично склалося так, що окулісти першим звернули увагу на можливість використання лазера і впровадили його в клінічну практику.

Лазери в ретинопатії

Дослідження показали, що лазерне випромінювання робить сильний вплив на тканині злоякісних пухлин, а вплив на здорові тканини мінімально. Не було відмічено будь-яких змін у роботі серцево-судинних систем, внутрішніх органів, змін шкіри. Зате встановлено,що лазерне випромінювання добре використовувати для знищення меланоми --сильно пігментованого раку. В Англії ведуться дослідження по застосуванню лазерів в нейрохірургії. Оскільки сама випромінює головка важка, то використовують волоконну оптику для підведення променевого потоку до оперованого ділянці. Волоконна оптика та лазерне лікування використовуються при операціях на шлунку та стравоході. Цьому служить тонкий джгут, який вводять хворому через рот. У джгуті розміщуються: волокна, що забезпечують передачу на екран аналізується і оперованого ділянок, волокна, що забезпечують підсвічування ділянок звичайним світлом, волокна, що забезпечують передачу лазерного випромінювання, необхідного для виконання операції. Виявлено вельми ефективне біологічний вплив червоного гелій-неонового лазера. Його стали використовувати для лікування захворювань слизової оболонки рота, для зрощення кісток після переломів, для лікування захворювання вен, що приводить до трофічних виразок, для лікування після опікових ран.

Лазерний зв'язок

Відомо, що гранична швидкість передачі визначається тривалістю одного періоду коливань використовуваних хвиль. Чим коротше період, тим більше швидкість передачі повідомлень. Це справедливо і для передачі повідомлень за допомогою азбуки Морзе, за допомогою телефонного зв'язку, радіо зв'язку, за допомогою телебачення. Таким чином, канал зв'язку (передавач, приймач і зв'язує їхня лінія) може передавати зі швидкістю не більше, ніж частота власних коливань всього каналу. Але це ще не достатня умова. Для характеристики каналу зв'язку потрібно такий параметр, як ширина смуги каналу, тобто діапазон частот, який використовується до каналу зв'язку. Чим більше швидкість передачі, тим ширше смуга частот, на яких слід передавати. Обидва цих параметра змушують освоювати все більш високі частоти електромагнітних коливань. Адже зі збільшенням частоти збільшується не тільки швидкість передачі по одному каналу, а й число каналів зв'язку.

Техніка зв'язку стала забиратися в усе більш короткохвильову область,використовуючи спочатку дециметрові, потім метрові і, нарешті, сантиметровіхвилі. А далі сталася зупинка через те, що не було відповідного джерела несучих електромагнітних коливань. Раніше існували джерела давали широкий спектр з дуже малою потужністю, що припадає на окремі частоти коливань. Світлові хвилі не були когерентним, а це виключало використання їх для передачі складних сигналів, що вимагають модуляції випромінювання. Положення різко змінилося з появою лазерів.

Когерентність і монохроматичністю лазерного випромінювання дозволяє модулювати і детектировать промінь таким чином що використовується вся ширина оптичного діапазону. Оптичний ділянку спектра набагато ширше і більше, ніж радіохвильовий.

Лазерні локатори для стикування

В даний час успішно здійснюється стикування космічних апаратів на орбіті. Для цього всі вони обладнуються цілим рядом пристроїв, серед яких не останнім є і лазерний локатор до нього пред'являються певні вимоги, обумовлені багатьма причинами. У першу чергу, задаються величиною помилки, з якої виводяться два кораблі на одну й ту саму орбіту.

Величина зони, в якій повинні працювати бортові засоби космічних апаратів, щоб забезпечити взаємний пошук, виявлення та спостереження,визначається наступними факторами: помилками систем управління всіх ступенів, помилками в момент пуску і, звичайно, схемою виведення.

Основні характеристики лазерного локатора для стикування наступні:дальність дії - від 120 км до моменту зустрічі; визначаються параметри --дальність, швидкість, кутові координати і швидкість зміни їх; точність по дальності - 0.5% від відстані на відстані 120-3 км; точність по дальності - 0.1 м, якщо відстань від 3 км; кутова точність - 10 кутових секунд; маса - 15 кг 770 г; споживана потужність - 15 Вт; габарити - 0.025 м ^ 3.

Лазерна система посадки

Забезпечення безпеки польотів, пов'язана зі збільшенням точності системпосадки, зниженням обмежень через метео умови, з комфортністю роботиекіпажу в екстремальних умовах, є дуже актуальним. На це були спрямовані зусилля багатьох вчених і інженерів. Поява лазерів стимулювало зусилля розробників систем посадки літака. Вперше така система була розроблена і впроваджена в СРСР на аеродромах Міністерства ГА

СРСР. Її автором є інженер Бережний. Система отримала назву

"Глісаду". Вона пройшла випробування і запатентована в ряді країн. Лазерна система "глісаду" є дуже простий, легко розгортається на непідготовлених аеродромах, достатньо дешевої і просто комплектованою збудь-якими стоять на аеродромі системами. Її основні переваги сформульовані наступним чином: є можливість виробляти приземлення літаків з точністю, що перевершує точність існуючих інструментальних систем посадки; просторові орієнтири, утворені лазерними променями системи за рахунок розсіювання на неоднорідностях атмосфери, на краплях дощу і частках димки, добре виявляються у сутінках і вночі з вилучень, що перевищують дальність метео відімості в 2.5-3 рази; система просторових орієнтирів дозволяє льотчику встановити впевнений контакт із землею набагато раніше, ніж він почне розрізняти орієнтири на поверхні аеродрому, і раніше, ніж він встановить контакт з вогнями малої інтенсивності,розташовуються на аеродромі.

Лазери в агропромі

Особливості лазерного випромінювання привернули увагу не тільки фізиків,хіміків, металургів, оптиків. Виявилося, що і один з найдавніших сфер діяльності людини - сільськогосподарська, потребує впровадження лазерних технологій. Харчова промисловість, а також промисловість мікробіологічних препаратів стали використовувати лазерне випромінювання. Вже зараз застосовується лазерна стимуляція посівного матеріалу, лазерне дистанційне зондування полів, космічне землезнавство, лазерне прогнозування стану атмосфери, лазерне дослідження якості зерна,лазерний контроль якості яєць і обробка м'ясних продуктів лазерним випромінюванням. Ну і, звичайно, лазерне випромінювання використовується в машинобудуванні харчової промисловості, наприклад, для обробки ріжучих інструментів,гарту підшипників і шестерень, контролю поверхні і тому подібне.

Фізична голографія

У 70-ті роки відбувається бурхливий розвиток технічних програм голографії:голографічної інтерферометрії, оптичного запису та обробки інформації,

Фур'є-голографії, радіоголографіі, акустоголографіі, цифровий голографії,поляризаційною голографії. Внаслідок значного розширення тематики починається процес професійної диференціації вчених-голографістов.

Цифрова голографія

Нині, в умовах комп'ютеризації, все більше фізиків звертається до цифровий голографії як методу всебічного вивчення голографічного процесу. Обчислювальна техніка з її широкими можливостями кількісної по точечной обробки зображень дозволяє промоделювати весь голографічний процес від початкового моменту формування голограми до моменту відновлення по ній вихідного зображення, включаючи багато проміжні етапи перетворення оптичної інформації. Цифрова голографія як метод реалізації голографічного процесу за допомогою ЕОМ стала можлива завдяки наявності детально розробленого математичного апарату, адекватно описує хвильове поле лазерів при формуванні голограм і відновлення зображення. Досить великий досвід розрахунку хвильових полів на ЕОМ, створення чисельних методів гармонічного аналізу двовимірних сигналів за допомогою ЕОМ, розробка досить ефективного алгоритму швидкого перетворення Фур'є - все це стало основою застосування цифрової техніки в голографії. Процедура отримання цифрового голограми містить у себе, як правило, такі етапи: 1. Введення голографічного ділянки зображення в ЕОМ; 2. Обчислення амплітудного і фазового спектрів зображення за допомогою алгоритмів інтегральних перетворень (Фур'є-Френеля); 3. Виконання підготовчих процедур, що залежать від обраного алгоритму видачі цифрово?? голограми на ЕОМ; 4. Видача голограми на друка бо фотоплівку в збільшеному масштабі; 5. Зменшення отриманої голограми до заданих розмірів фотографічним способом.

Напрями застосування голографії

Тривимірна голографія: образотворча малюнок, контурна малюнок,імпульсна зйомка рухомих об'єктів, радіовіденіе, звуковіденіе,моделювання радіоантен.

Розпізнавання образів: читання друкованих текстів, обробка аерофотознімків,асоціативний пошук, цифрова голографія.

інтерферометрія: вимірювання деформацій поверхонь, неруйнівний контроль, вимірювання вібрацій, вимірювання рельєфу складної поверхні,дослідження ударних хвиль.

інтроскопія: спостереження в атмосфері, спостереження головного мозку,кодування зображень.

Оптика: компенсація аберацій лінз, безлінзова оптика, мікроскопія.

Таким чином, можна відзначити, що голографічний метод запису інформації є найбільш повним серед усіх методів, відомих раніше. Тому немає нічого дивного в тому, що голографія може знайти широке застосування в багатьох галузях науки і техніки: для передачі та обробки інформації, в кібернетики, обчислювальної техніки, в технології та приладобудуванні.

Застосування лазерів у військовій справі

До теперішнього часу склалися основні напрямки, за якими йде впровадження лазерної техніки у військову справу. Цими напрямками є:

1.Лазерная локація (наземна, бортова, підводна).

2. Лазерна зв'язок.

3. Лазерні навігаційні системи.

4. Лазерне зброю.

5. Лазерні системи ПРО і ПКО, що створюється в рамках стратегічної оборонної ініціативи - СОІ.

Розділ 3. Геоінформаційні технології в екологічному моніторингу

1 Дистанційне зондування Землі (ДЗЗ)

Дистанційне зондування Землі (ДЗЗ) з космічних і літальних апаратів на даному етапі є однією з пріоритетних космічних технологій, що широко розвивається в розвинених країнах світу, оскільки дозволяє вирішувати поставлені завдання в сотні і тисячі разів оперативніше і дешевше, ніж при застосуванні традиційних наземних методів. Світовий комерційний ринок матеріалів ДЗЗ складає близько 1 млрд. доларів і має тенденцію щорічного зростання приблизно на 15%.

Для коректної інтерпретації матеріалів аерокосмічних зйомок необхідно проведення субсинхронних з ними наземних вимірів параметрів довкілля на незначних за площею наземних полігонах з метою побудови калібрувальних залежностей між фізичними та хімічними характеристиками рослин, грунтів, вод - з одного боку, та одержаними дистанційно спектральними яскравостями цих видів земних утворень - іншого боку.

Структура комп'ютерної обробки та використання інформації ДЗЗ повинна складатися з трьох блоків даних (дистанційних та наземних) про стан довкілля - ГІС, яка обробляє вказані дані, створюючи банки даних та обчислюючи крайові умови для моделей енергомасообміну в геосистемах -моделювання енергомасообміну в геосистемах для прогнозування екологічного стану, пошуків корисних копалин та прийняття управлінських рішень по оптимальному природокористуванню.

Слід відзначити, що подібний системний підхід до обробки інформації ДЗЗ започатковано вперше в світовій практиці саме українськими вченими, що знайшло відображення в ряді публікацій в міжнародних виданнях і отримало підтримку на останніх Міжнародних наукових форумах з ДЗЗ.

Тенденція протікання глобальних природних та техногенних процесів на Землі в останні роки характеризується зростанням несприятливого впливу на людину (повені, засухи, вулканізм та забруднення навколишнього середовища).

Збільшуються просторові масштаби, сила та динаміка цього впливу, а річні втрати від їх наслідків складають понад 100 млрд. доларів та багато тисяч життів.

Тому в останній час світовою громадськістю, міжурядовими установами та урядами багатьох країн приділяється особлива увага створенню діяльних механізмів міжнародного співробітництва з метою ефективного прогнозування та мінімізації шкідливого впливу на природу та людство подібних несприятливих природних і техногенних явищ та катастроф.

Пріоритетне місце у вирішенні схожих проблем надається методам оперативного огляду Землі у різних діапазонах електромагнітних хвиль, які здійснюються з космічних та літальних апаратів (як найбільш оперативним і економічним), тематичній комп'ютерній інтерпретації матеріалів цих зйомок з використанням ГІС-технологій з метою виявлення провісників або зародження несприятливих процесів та явищ, а також використанню одержаних даних (поряд з контактними вимірами необхідних характеристик геосистем) для математичного моделювання енергомасообміну в геосистемах для прогнозування протікання несприятливих процесів та обгрунтування оптимальних технологій мінімізації втрат від цих процесів.

Подібний міждисциплінарний підхід у міжнародному співробітництві для запобігання втрат від несприятливих природних та техногенних явищ і процесів визнано Міжнародною конференцією з систем раннього попередження природних катастроф (Потсдам, 1998) - стратегією 21-го століття.

Особлива увага приділяється використанню ДЗЗ та ГІС-технологій для обгрунтування та підтримки сталого розвитку природи.

В поточному році, коли спеціалісти з ДЗЗ входять в еру вільного комерційного розповсюдження космознімків однометрової розрізнювальної здатності (ІКОNАS) та гіперспектральних знімків, велике значення набуває розробка методів, програм та технологій фізичної інтерпретації матеріалів мультиспектральних зйомок з метою суттєвого підвищення вірогідності їх інтерпретації для одержання фізичних параметрів геосистем. У зв'язку з цим для підвищення достовірності та однозначності оцінки фізичних параметрів земних покровів за матеріалами ДЗЗ пропонується використовувати: по-перше, нові методи ДЗЗ (наприклад, SАR-поляриметрія, SАR-інтерферометрія, лазерна флюорометрія, мультиспектральні зйомки у видимому та ІЧ-діапазонах та ін.); по-друге, комбінувати дані радарних зйомок із зйомками у видимому та ІЧ-діапазонах, інтерпретуючи їх на основі принципів синергізму.

Окремого розгляду заслуговує можливість підвищення ефективності застосування дистанційних методів дослідження природних систем шляхом комплексування даних зйомок у різноманітних спектральних діапазонах. Провідні західні галузеві аналітики вважають синергетичні підходи найбільш перспективним напрямком при одержанні, обробці та інтерпретації космічної інформації.

В Центрі аерокосмічних досліджень Землі НАНУ створено ряд сучасних супутникових технологій, що дозволяють вести оперативний аерокосмічний моніторинг стану довкілля, в тому числі і внаслідок впливу добувної промисловості, а також Чорнобильської катастрофи.

Виявлення забруднення довкілля за допомогою матеріалів аерокосмічних зйомок грунтується на явищі змін спектральної яскравості рослинності у видимому діапазоні під впливом дії на рослини токсикантів (радіонуклідів, важких металів, агрохімікатів тощо).

Таким чином, фіксуючи подібні зміни яскравості рослин у часі та по площі, можна забезпечити оперативний і економічний екологічний моніторинг довкілля і запропонувати заходи по раціональному природокористуванню та обгрунтовані управлінські рішення.

Інший блок актуальних для України задач впливу експлуатації та реструктуризації вугільних шахт на довкілля може також вирішуватись більш швидко та з меншими затратами у порівнянні з традиційними наземними методами, якщо для цього залучити аерокосмічні радіолокаційні зйомки земної поверхні з метою оперативного моніторингового контролю просадок земної поверхні, підтоплення і заболочення земель та розробки на цій основі комп'ютерного розвитку вказаних процесів та заходів по обгрунтованій мінімізації впливу цих негативних процесів на розвиток довкілля.

З цією метою нами були проведені детальні аерозйомочні роботи по радіолокаційному зондуванню Західного Донбасу, де розміщені зрошувальні системи та шахтні поля. Було виявлено підтоплення значних територій за рахунок завищених норм зрошення та втратами води з каналу Дніпро-Донбас та тенденція зростання площі підтоплених земель у багатолітньому плані. На глибину залягання ґрунтових вод суттєво впливають 8 розміщених тут вугледобувних шахт з їх водовідводним господарством та з просадками земної поверхні на ділянках, де вже відпрацьовані вугільні пласти. Ці ділянки або заповнюються водами, або мають мінімальні від земної поверхні глибини залягання ґрунтових вод (до 1-2 м).

Для того, щоб оперативно визначити інтенсивність процесів сучасного просідання земної поверхні в Донбасі під час масового закриття вугільних шахт, ми залучаємо найсучаснішу технологію так званої супутникової радарної інтерферометрії, яка дозволяє визначати вертикальні переміщення земної поверхні з точністю до міліметрів за рік. Це дозволить окреслити ділянки, найбільш небезпечні для підтоплення і завчасно запропонувати управлінські заходи по найбільш раціональному та економічному природокористуванню.

З цією метою ряд співробітників проходить стажування в Інституті космічних досліджень Європейського космічного агентства в Італії, який володіє унікальним програмним забезпеченням, що дозволяє обробляти за методикою INSAR матеріали багаторічних зйомок, виконаних радарами КА ЕRS-1 i ЕRS-2.

Для підвищення ефективності впровадження нових методів, технологій та апаратури ДЗЗ у вирішенні актуальних для України природоресурсних і природоохоронних задач, враховуючи сучасні тенденції розвитку світового аерокосмічного землезнавства, доцільно передбачити більш широке використання в роботах з ДЗЗ, що проводяться в Україні:

• космознімків високої просторової розрізнювальної здатності (видимий діапазон: до 1 м - в панхромі, до 3 м - спектральні; інфрачервоний діапазон: до 10м; радіодіапазон: до 5 м);

• гіперспектральних знімків (видимий діапазон: до 100 каналів шириною до З нм; близький інфрачервоний діапазон: до 30 каналів шириною до 50 нм; радіодіапазон: до 10 каналів - від міліметрового до метрового діапазону);

• нових методів і апаратури зйомок: поляриметричні та інтерферометричні зйомки радіолокаторами з синтезованою апертурою, лазерна флюорометрія;

• нових методів і технологій комплексної комп'ютерної тематичної інтерпретації матеріалів ДЗЗ, відзнятих в різних діапазонах, що базуються на застосуванні принципів синергізму, з метою підвищення достовірності та однозначності оцінки фізичних параметрів земних покровів;

• ГІС-технологій та обробки матеріалів ДЗЗ з метою створення банків даних та наступного комп'ютерного моделювання енергомасообміну в геосистемах для вирішення задач оптимального природокористування.

2. Методи отримання інформації про об’єкти природи