Автоматическое определение зоны пылевого загрязнения области буровзрывных работ по данным ДЗЗ

Современные масштабы горнодобывающего производства характеризуются интенсивным использованием природных ресурсов, нарастанием отходов и ухудшением качества окружающей среды. По этой причине, важным направлением является оценка негативного влияния горнодобывающего производства на экологическое состояние окружающей среды. Одной из проблем этого направления является исследование пылевого загрязнения области буровзрывных работ открытого типа, проводимых на территории угольных месторождений. Для этого необходимо определить зону пылевого загрязнения, а затем, в её границах провести оценку экологического состояния окружающей среды. Для определения зоны загрязнения и оценки его экологического влияния проводится анализ компонентов природной среды непосредственно на территории, где проводятся буровзрывные работы. Это трудоемкий процесс, требующий большого количества времени и привлечения соответствующих специалистов. В связи с этим, всё чаще проводятся исследования возможности использования данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) для определения зоны пылевого загрязнения.
Целью данной работы является разработка метода автоматического определения зоны пылевого загрязнения по данным ДЗЗ, возникающего по причине проведения буровзрывных работ открытого типа на территории угольных месторождений, с его последующей апробацией на территории правобережного разреза Ургальского месторождения. Данное месторождение находится на территории Хабаровского края, является активно разрабатываемым и его площадь составляет 9,8 кв. км.
Разработанный метод включает в себя несколько шагов. Первым шагом метода является анализ спектральных характеристик снега для определения потенциальной области загрязнения. Исследуются такие показатели, как значения альбедо поверхности и нормализованного разностного снежного индекса NDSI. Вторым шагом является выделение карьера геометрической фигурой. Рассматривалось и сравнивалось выделение с помощью таких фигур, как эллипс, прямоугольник и выпуклая фигура нефиксированной формы. В ходе исследования оптимальной оказалась выпуклая фигура, форма которой максимально приближена к форме карьера. Эта фигура охватывает, в среднем, 26% территории, не относящейся к карьеру. В случае эллипса и прямоугольника, эти результаты составили 52% и 44% соответственно. На третьем шаге происходит создание маски потенциальной области интереса в виде «колец», разделенных на сектора, путём расширения полученной на предыдущем этапе фигуры с заданным шагом. Значения толщины «колец» и ширины полученных секторов в исследовании составляют 100 м каждый. На четвертом шаге выполняется отбрасывание секторов, не входящих в область загрязнения. В заключительном шаге проводится локализация области загрязнения путём расчёта средних значений исследуемых индексов в полученных на предыдущем шаге секторах.
Для апробации метода использовались спутниковые снимки с семейства спутников Sentinel-2, обладающие высоким пространственным разрешением 10 м на пиксель. Рассматривались снимки за зимний период времени, а именно декабрь и январь, в виду того, что в эти месяцы выпадает наиболее высокое количество снега, который, в зависимости от содержания пыли в нём, довольно заметно меняется визуально.
В результате, метод позволяет провести разведочный анализ и определить зону пылевого загрязнения. В последствии данные могут быть переданы специалисту для верификации. Полученная зона является предварительной, но её уже достаточно для проведения оценки пылевого загрязнения. Это может позволить оперативно выявлять повышенную степень загрязнения вблизи территории угольных карьеров и осуществлять соответствующие действия по контролю.