• Українська
  • English
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

Модифікація супутникового радіолокаційного багатокутового методу вимірювань параметрів аварійних розливів нафти на морській поверхні

Рубрика: 
ПОШИРЕННЯ РАДІОХВИЛЬ, РАДІОЛОКАЦІЯ ТА ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ
Матвєєв, ОЯ, Величко, СА, Бичков, ДМ, Іванов, ВК, Цимбал, ВМ, Єфімов, ВБ, Гавриленко, ОС
Organization: 

 

Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України
12, вул. Акад. Проскури, Харків, 61085, Україна
E-mail: ayamatweev2017@gmail.com
https://doi.org/10.15407/rej2020.02.009
Мова: російська
Анотація: 

 

Предмет і мета роботи – створення супутникового радіолокаційного модифікованого багатокутового методу (МБКМ) для вимірювання параметрів аварійних розливів нафти на морській поверхні та розроблення модифікованої методики визначення основних і допоміжних розрахункових параметрів. Методика базується на використанні зображень радіолокатора із синтезованою апертурою (РСА) Envisat-1 району видобутку нафти Нафтові Камені у Каспійському морі, що були отримані у межах спільного проекту id: CIP11140 з Європейським космічним агентством (ESA).

Методи і методологія роботи. Використано засоби чисельного моделювання параметрів рівнянь модифікованої теорії радіолокаційного контрасту морського хвилювання за наявності нафтової плівки. Розроблено методологію отримання попередніх даних за результатами оброблення радіолокаційних зображень РСА Envisat-1 забруднень моря нафтою і на їх основі методологію оцінки об’єму і товщини для вихідної та кінцевої нафтових плям.

Результати роботи. За даними двох послідовних радіолокаційних зйомок отримані величини об’єму, товщини та активності вихідної і кінцевої нафтових плям на морській поверхні.  Параметризація головних характеристик нафти спростила розрахунки і аналіз результатів. Показано, що випаровування нафти призводить до необхідності моделювання активності плівки нафти і коефіцієнтів поверхневого натягу на межах нафти з водою і повітрям, що свідчить про зміну фізичних характеристик нафти, яка розтікається. Усі етапи моделювання підтверджені графічною інформацією.

Висновок. Запропонований метод може бути застосований для аерокосмічних систем моніторингу аварійних розливів нафти на морській поверхні. Використання сучасних методів оброблення і надання інформації робить МБКМ доступним для широкого кола споживачів.
Ключові слова: діагностика параметрів морських аварійних розливів нафти, радіолокаційний моніторинг морської поверхні, супутниковий модифікований багатокутовий радіолокаційний метод

Стаття надійшла до редакції 20.08.2019
PACS: 95.75.-z
УДК 528.8.044.2
Radiofiz. elektron. 2020, 25(2): 9-21
Повний текст (PDF))

References: 
  1. Sandven S., Kudriavtsev V., Malinovsky V. Development of Marine Oil Spills/Slicks Satellite Monitoring System Elements for the Black Sea, Caspian Sea and Kara/Barents Seas. Proc. 2nd Workshop on Advances SAR Oceanography from Envisat and ERS Missions (SEASAR 2008). (Frascati, Italy, 21–25 Jan. 2008). Rome: ESA ESPRIN, 2008. Рress_301.
  2. Gadimova S. Towards the Development of an Operational Strategy for Oil Spill Detection and Monitoring in the Caspian Sea Based upon a Technical Evaluation of Satellite SAR Observations in Southeast Asia. In: Int. Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Amsterdam, 2000. Vol. XXXIII, Pt. B1. P. 295–300.
  3. Tufte L., Trieschmann O., Hunsänger T. Using AirR- and Spaceborne Remote Sensing Data for the Operational Oil Spill Monitoring of the German North Sea and Baltic Sea. Proc. 5th Int. Airborne Remote Sensing Conf. (San Francisco, California, 17–20 Sept. 2001). URL: https://www.bafg.de/DE/08_Ref/M4/02_Fernerkundung/01_oelueberwachung/Fer... OstSee.pdf?__blob=publicationFile
  4. Боев А.Г., Цымбал В.Н., Матвеев А.Я., Ефимов В.Б., Бычков Д.М., Калмыков И.А., Яцевич С.Е. Аэрокосмическая радиолокационная диагностика природных катастроф и критических ситуаций: монография. Под ред. В.К. Иванова. Харьков: Изд. Рожко С.Г., 2017. 372 с.
  5. De Mario A., Ricci G., Tesauro M. On CFAR Detection of Oil Slicks on the Ocean Surface by a Multifrequency and/or multipolarization SAR. Proc. 2001 IEEE Radar Conf. Atlanta, Georgia, 1–3 May 2001. P. 351–355.
  6. Иванов А.Ю., Достовалов М.Ю., Синева А.А. Определение параметров нефтяных загрязнений по данным космической поляризационной радиолокационной съемки в районе нефтепромыслов «Нефтяные Камни» в Каспийском море. Исслед. Земли из космоса. 2011. № 5. C. 31–44.
  7. Боев А.Г., Бычков Д.М., Матвеев А.Я., Цымбал В.Н. Спутниковая радиолокационная многоугловая диагностика нефтяных загрязнений морской поверхности. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Под ред. Н.П. Лаверова, Е.А. Лупяна, О.Ю. Лавровой. М.: ИКИ РАН, 2013. Т. 10, № 2. C. 166–172.
  8. Матвеев А.Я., Величко С.А., Бычков Д.М., Иванов В.К., Цымбал В.Н., Ефимов В.Б., Особенности применения многочастотного и многоуглового радиолокационных методов для оценки параметров разливов нефти на морской поверхности. Радиофизика и электроника. 2019. Т. 24, № 3. С. 30–44. DOI: https://doi.org/10.15407/rej2019.03.030.
  9. Fay J.A. The spread of oil slicks on a calm sea. In: Oil on the sea. New York: Plenum Press, 1969. P. 53–63. 
  10. Коротенко К.А., Мамедов Р.М. Моделирование процесса распространения пятен нефти в прибрежной зоне Каспийского моря. Океанология. 2001. Т. 41, № 1. С. 45–52.
  11. Lehr W., Jones R., Evans M., Simecek-Beatty D., Overstreet R. Revisions of the ADIOS oil spill model. Environ. Model. Softw. 2002. Vol. 17. P. 191–199. DOI:10.1016/S1364-8152(01)00064-0.
  12. Hai-zhou Chen, Da-ming Li, Xiao Li. Mathematical modeling of the oil spill on the sea and application of the modeling in Daya Bay. J. Hydrodynamics. 2007. Vol. 19, Iss. 3. P. 282–291. DOI: 10.1016/S1001-6058(07)60060-2.
  13. Liungman O., Mattson J. Scientific Documentation of Seatrack Web; physical processes, algorithms and references. Sweden: Norrkoping, 2011. 32 p. URL: http://www.smhi.se/polopoly_fs/1.15600!SeatrackWebScientificDocumentatio...
  14. Матвеев А.Я., Боев А.Г., Бычков Д.М., Кубряков А.А., Станичный С.В., Цымбал В.Н., Шелиховский С.В. Апробация модели растекания нефти в задаче радиолокационной многоугловой диагностики загрязнений морской поверхности. 11-я Всероссийская открытая ежегодная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (11–15 ноября 2013 г.): тез. докл. Москва: ИКИ РАН, 2013. C. 251.
  15. Tsymbal V.N., Matveyev A.Ya., Boev A.G., Yatsevich S.Ye., Bychkov D.M., Velichko S.A., Kubryakov A.A., Stanichny S.V. Radar monitoring of natural and anthropogenic hazardous phenomena. Part 2: Monograph. Ed. V.K. Ivanov. Mauritius, Germany: LAP Lambert Academic Publ., 2018. 104 p.
  16. Матвеев А.Я., Кубряков А.А., Боев А.Г., Бычков Д.М., Иванов В.К., Станичный С.В., Цымбал В.Н. Моделирование растекания нефти в задаче радиолокационной многоугловой диагностики загрязнений морской поверхности. Исслед. Земли из космоса. 2016. № 1–2. С. 213–224.
  17. Matveyev A.Ya., Kubriakov A.A., Boyev A.G., Bychkov D.M., Velichko S.A., Ivanov V.K., Stanichny S.V., Tsymbal V.N. Radar remote sensing multiangular satellite radar diagnostics of oil spills on the sea surface: validation of the method. Telecommunications and Radio Engineering. 2016. Vol. 75, Iss. 4. P. 313–331.
  18. Wang Z.D., Hollebone B.P., Yang C., Fieldhouse B.G., Fingas M.F., Landriault M., Gamble R.L., Peng X., and Weaver J. Oil Composition and Properties for Oil Spill Modelling. Proc. of the 28th AMOP Technical Seminar. (Calgary, Alberta, Canada, 7–9 June 2005). Ottawa: Environment Canada, 2005. Vol. 1. P. 93–112.
  19. Jordan R.E., Payne J.R. Fate and Weathering of Petroleum Spills in the Marine Environment: A Literature Review and Synopsis. Michigan: Ann Arbor Science Publishers, 1980.
  20. Fingas M. Studies on the Evaporation of Grude Oil and Petroleum: I. the Relationship Between Evaporation Rate and Time. J. Haz. Mat. 1997. Vol. 56, Iss. 3. P. 227–236. DOI: https://doi.org/10.1016/S0304-3894(97)00050-2.
  21. Wang Z., Hollebone B, P., Fingas M., Fieldhouse B., Sigouin L., Landriault M., Smith P., Noonan J., Thouin G. Characteristics of Spilled Oils, Fuels, and Petroleum Products: 1. Composition and Properties of Selected Oils. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C., EPA/600/R-03/072, 2003. URL: http://www.epa.gov/athens/ publicatons.
  22. Ермаков С.А. Влияние пленок на динамику гравитационно-капиллярных волн: монография. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2010. 164 с.
  23. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Гущин Л.А. Пленки на морской поверхности и их дистанционное зондирование. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2006. Т. 3, № 2. С. 86–98.
  24. Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., and Gushchin I.A. Damping of Gravity-Capillary Waves in the Presence of Oil Slicks According to Data from Laboratory and Numerical Experiments. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics. 2012. Vol. 48, No 5. P. 565–572.
  25. Sergievskaya I., Ermakov S., Lazareva T., Guo J. Damping of surface waves due to crude oil/oil emulsion films on water. Marine Pollution Bull. 2019. Vol. 146. P. 206–214. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2019.06.018
  26. Архив данных NOMADS URL: http://nomads.ncep.noaa.gov/
  27. Архив данных oceandata URL: http://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov/
  28. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. Москва: ГИТТЛ, 1959. 669 с.
  29. Савицкая Т.А., Шиманович М.П. Практикум по коллоидной химии. Часть 1. «Поверхностные явления». Минск: БГУ, 2003. 100 с.
  30. Центр компетенции по ликвидации разливов нефти в Арктике. Лаборатория для исследования характеристик нефти. URL: http://osr-arctic.ru/ru/matrica-kompetencii-resursy/laboratoriya-dlya-is...
  31. Поверхностное натяжение. URL: http://www.homedistiller.ru/poverhnostnoe-natjazhenie.html
  32. Геология. Молекулярно-поверхностные свойства системы нефть–газ–вода–порода. URL: http://studopedia.ru3_63468_molekulyarno-poverhnostnie-svoystva-sistemi-...