Ученые Института прикладной физики (ИПФ) РАН и Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского совместно со специалистами ООО «Радионавигационная компания» создали автоматизированный дистанционный радиолокационный комплекс высокого разрешения для мониторинга акваторий «Экорадар» с целью автоматического обнаружения пленочных загрязнений на взволнованной водной поверхности.

В основе комплекса – серийная цифровая когерентная радиолокационная станция кругового обзора, работающая в X-диапазоне. Главная изюминка разработки – алгоритм автоматического обнаружения пленочных загрязнений на радиолокационных (РЛ) изображениях взволнованной водной поверхности.

Как известно, появление на воде пленок поверхностно-активных веществ, к которым относятся нефть и нефтепродукты, приводит к гашению мелкомасштабной части ветрового волнения, что проявляется в ослаблении радиолокационного сигнала. В результате на РЛ-изображении возникают так называемые слики, области с пониженной удельной эффективной площадью рассеяния (УЭПР). Задача алгоритма заключается в выделении областей, в которых УЭПР существенно ниже фонового значения, построении контуров найденных областей и расчете их параметров (площадь и координаты центра масс).

Человеческий глаз такие области выделяет относительно легко (см. два параллельных слика на РЛ-изображении слева), но сложность их автоматического детектирования (обведено красным контуром га панораме справа) заключается в невозможности формализовать их признаки. УЭПР существенно меняется в зависимости от толщины пленки, силы и направления ветра, величины волнения, азимутального угла между направлением зондирования и направлением волнения и угла падения радиоволн в зависимости от расстояния. Задачу усложняет и наличие сильных шумов даже на усредненных РЛ-панорамах. Функциональная зависимость сложна, а входящие в нее величины не всегда можно вычислить. Таким образом, нельзя однозначно заранее определить уровень сигнала, соответствующий отражению от области волнения и области пленочного загрязнения.

Поэтому при разработке алгоритма автоматического выделения областей сликов на РЛ-панорамах было отдано предпочтение нейроноподобным сетям, обучение которых производилось на тестовых РЛ-изображениях.

Сегодня существует ряд зарубежных коммерческих систем, позволяющих обнаруживать нефтяные загрязнения на морской поверхности. Российский автоматизированный дистанционный радиолокационный комплекс высокого разрешения для мониторинга акватории, названный «Экорадаром», обладает схожими характеристиками, однако, в силу более высокого пространственного разрешения, должен иметь преимущества при работе в условиях внутренних водных путей, на реках и озерах, где не требуется большая дальность наблюдения, но накладываются высокие требования к разрешающей способности.

Комплекс рассчитан на непрерывную круглосуточную работу в автоматическом режиме. Данные могут передаваться дистанционно удаленным пользователям. Дальность обнаружения пленочного загрязнения при высоте установки радиолокатора в 12 м над уровнем воды и благоприятных ветро-волновых условиях (то есть при скорости ветра более 6 м/с) достигает 1000 м. Минимальная площадь уверенно обнаруживаемого загрязнения оценивается в 500 м², что вполне достаточно для наблюдения акватории речных портов, зон интенсивного судоходства и мест якорной стоянки.

Более подробная информация в статье «Разработка радиолокационного комплекса дистанционного обнаружения плёночных загрязнений на поверхности воды», А. В. Ермошкин, И. А. Капустин, Н. А. Богатов, А. А. Мольков, Е. И. Поплавский, Н. С. Русаков, А. Р. Юнисов, опубликованной в журнале «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». 2021. Т. 18. № 6. С. 99–108.

Редакция сайта РАН