הדמיה לוויין הפכה חיונית למעקב אחר סיכונים סביבתיים, במיוחד סיכונים של דלי שמן ברחבי האוקיינוסים והמים היבשתיים של העולם.על ידי מתן נוף עין הציפור מהמסלול, לוויינינים מאפשרים לרשויות, חוקרים, ומגיבים לזהות מזחלי שמן, לעקוב אחר התנועה שלהם, לתאם פעולות ניקוי עם מהירות ודיוק חסרי תקדים.

מימון של איומי לוויין לגילוי שמן

סוגי חיישן: אופטי, אינפרא אדום, ו-Synthetic Aperture Radar

(הלוויינים) מבצעים מגוון של חיישנים שלוכדים חלקים שונים של הספקטרום האלקטרומגנטי (FLT:0) חיישנים אופטיים של חיישנים של ®FLT:1, והם מצוינים להפרדה בין בקבוקי שמן מתחת למים צלולים:2 חיישנים מאוישים של התחממות כדור הארץ, חסימת גלי חום וחום (Ricphry) של SARFLT 3, לעתים קרובות שומרת חום שונה מהמים שונים מאשר מים, ויוצרות טמפרטורה, אשר מגלה כי הם מכילים ניגודים של חום, אפילו בתנאי מים נמוכים ביותר, כי הם תנאי אטמוספירה (Riceric) ו-Far)

כיצד שמן סליק אלטר ים Surface Properties

כאשר שמן משתחרר על מים, הוא מתפשט לתוך שכבה דקה (לעתים קרובות נקראה slick או Sheen) כי לחרישי גלי גלי גלי גלי גלי גלי גלי כבידה קצרים, לחות זו מפחיתה את המכ"ם בחזרה בתמונות SAR, יצירת אזור חשוך ייחודי, חיישנים אופטיים לראות את החלקה כמו צבע או albedo - שמן עבה נראה חום או שחור, בעוד שהיא דקה יכול לייצר אפקט כימי כזה שלילי על ידי חיישנים רגישים כגון גלימה טבעי גרם נזק כימי.

פלטפורמות לוויין מפתח וסיכויים

Sentinel-1 (C-band SAR)

קבוצת Sentinel-1 של סוכנות החלל האירופית היא הטורפת של מעקב שמן תפעולי של שמן הדליפה C-band SAR מספקת תמונות ברזולוציה גבוהה (במרחק של 5 מ' במצב רחב בין-פרומטרי) על פני 250 ק"מ של מחרוזת של 250 ק"מ.ה-Scon-band-S1 של קבוצת הכוכבים (השנים של 12 הימים עם שני לוויינים) מבטיחה כיסוי תכוף אווירי של אזורים בסיכון גבוה.

MODIS ו Landsat (Optical and Thermal Infrared)

החלטת הממתינות של נאס"א Imaging Spectroרדיומטר (MODIS) על לוויינים של Terra ו Aqua מספקת כיסוי עולמי יומי ברזולוציה של 250-1000 מ"מ, בעוד coarse, MODIS מצטיין בזיהוי פיסות גדולות, מתמשך ו ניטור האבולוציה שלהם במשך שבועות. Landsat 8 ו 9 מ"רזולוציה, 16 ימים revisit) מציעים תמונה אופטית ורמיבית לשימוש עבור פוסט-Fsssssststststsssss, ממשיכים לספק נתונים קריטיים ו-A אפקטים.

לוויינים מסחריים: Planet, Maxar ו- Capella

המגזר המסחרי הגדל מציע כעת פתרון מרחבי גבוה מאוד (sub-meter) וזמני מעקב מהירים של כוכבי הלכת Dove תמונות כדור הארץ כולו מדי יום ב 3-5 מ' החלטה אופטית, המאפשר מעקב אחר זמן קצר של תשתיות החוף ונתיבים משלוחים. לוויינים של מקסאר מספקים תמונה אופטית של 30-50 ס"מ עבור דליפת חלקיקים מפורטים.

זיהוי אלגוריתמים ועיבוד נתונים

גילוי עיניים כהה ו Threshold

השיטה הנפוצה ביותר לזיהוי של שמן slicks בתמונה SAR היא גילוי נקודה כהה.האלגוריתם מחפש אזורים מתפתלים של גב תחתון יחסית לרקע שמסביב. ריצוף הסתגלות (למשל, בהתבסס על ניתוח הגולגולת המקומי) עוזר להבדיל בין slicks מתחומים טבעיים דלת-wind. פשוט סף עובד טוב עבור פיסות מוגדרות בבירור אבל במאבקים מורכבים שבו המדינה משתנה באופן דרמטי.

ניתוח טקסט ו- Polarimetry

שמן slicks להציג מרקם ייחודי - הם מופיעים חלקה יותר הומוגני יותר מן המים הסובבים. תכונות טקסט כגון הומוגניות, ניגודיות, entropy נגזר משכבות co-concurrence ברמה אפורה (GLCM) לשפר את דיוק הסיווג של פולר SAR (PSAR) אשר ללכוד מספר רב / קולטן רב ערך שילובים, מוסיף מימד אחר של לוחות מתכת כגון אזורי מתכת כהה יותר.

Machine Learning Accesss

ההתקדמות האחרונה בלמידה עמוקה, במיוחד רשתות עצביות אבולוציה (CNN) ואדריכלות U-Net, שיפרו באופן דרמטי את מהירות גילוי הנפט ואת הדיוק.מודלים אלה מאומנים על נתונים מתוייגים גדולים של תמונות SAR המציגות את שני מלקיצות הנפט וחיפוש alikes.הם יכולים ללמוד דפוסים מרחביים מורכבים ולהתאים למצבי הים השונים, תצורה ואזורים גאוגרפיים לאחר ש-CNN יכולים כעת תהליך של סצנת דגלים אנושית מלאה.

יתרונות על שיטות פיקוח

שטח רחב וגישה מרחוק

אוניות ומטוסים יכולים לכסות רק חלקים מוגבלים של האוקיינוס, ולהשאיר אזורים עצומים ללא מונופול. Satellites, לעומת זאת, לצפות אלפי קילומטרים רבועים במעבר יחיד.כיסוי רחב זה הוא בעל ערך במיוחד עבור גילוי הפרשות בלתי חוקיות של כלי שיט, אשר לעתים קרובות להתרחש רחוק מהחוף.FLT:0Satellites יכול לפקח על אזורי כלכלה בלעדיים (EEZs) ונתיבים מקיף FLTs, כלומר: 1 לכיסוי שווה ערך לכיסוי מים.

יום / יום / יום / יום /

ניטור אופטי הוא מושרש על ידי עננים, ערפל וחושך. SAR חיישנים אינם מושפעים ממזג אוויר ויכולים לצלם באמצעות כיסוי ענן יום או לילה.זה יכולת הכל-אבית חיונית לאזורים עם כיסוי ענן מתמשך, כגון מפרץ גינאה, הים הצפוני, או צוותי התגובה של ברינג יכולים לקבל תמונה מעודכנת ללא קשר לתנאים מקומיים, המאפשרת מודעות מתמשכת במהלך לשפוך פעיל.

נתונים היסטוריים עבור Baseline ו- Trend Analysis

ארכיוןי לווין החלים עשרות שנים (למשל, לנדסאט מאז 1972, SAR מאז שנות ה-90) מאפשרים לאנליסטים לקבוע תדרי שמן בסיס באזור.הקשר היסטורי זה עוזר להבחין זיהום כרוני משפך מקרי ותומכת בהערכות השפעה סביבתית. Agencies כמו FLT:0NOAA של משרד התגובה והשיקום של 1FLT:1 השתמש בארכיונים אלה כדי להכשיר מערכות אוטומטיות ולקדם מגמות ארוכות טווח.

גבולות ואתגרים

החלטות פרטיות ופיתוייות

רזולוציה מרחבית גבוהה (למשל, 1-10 מ') מגיעה לעתים קרובות עלות רוחב פס מוגבל (20-100 ק"מ) וזמני מילואים ארוכים יותר (ימים עד שבועות) חיישנים קוארייזר (למשל, MODIS ב 250-1000 מ"מ) מכסים את העולם מדי יום, אך לא לוויין אחד יכול לספק בו זמנית פתרון גבוה, כיסוי רחב, תכופים, ופעולות חוזרות.

כיסוי מזג אוויר וענן: הגבלת האופטיקה

לווייני אופטיים עיוורים דרך עננים עבים. באזורים טרופיים וסובבים, כיסוי ענן יכול לטשטש את פני השטח במשך ימים או שבועות, עיכוב לשפוך גילוי. בעוד SAR חודר עננים, הוא רגיש למהירויות רוח גבוהות (מעל 10-15 מ"מ) שיוצר משטח ים גסים, מזרז את אות ה-Slickratenramuates.

אפליה מ- Look-alikes: Natural Slicks ו- Biogenic Films

תופעות טבעיות רבות יכולות לחקות את הקקבים של שמן בדמיון לווין: אזורים דלת-רוח (צללים), צפים טבעיים, אלגל פורחים, וסרטים אורגניים המיוצרים על ידי Plankton. אלה "מראה-alikes" גורמים לחיוב כוזב אם לא מזוהה כראוי. אנליסטים מנוסים משתמשים בנתונים ימיים - כולל מפות מהירות, טמפרטורת פני הים, ריכוז כלורופיל, ומידע תנועה - כדי להפחית את החלטות כוזבות על פני כדור הארץ, אך עדיין יש צורך בתבניות.

שילוב עם מערכות מעקב אחרות

מערכת זיהוי אוטומטי (AIS) עבור Vessel Tracking

שילוב של תמונות לוויין עם נתוני AIS - אשר מדווח על זהות כלי שיט, מיקום, מהירות וכותרת - מאפשר לחוקרים לקשר את כוס הנפט מזוהה עם ספינה מסוימת.אם קלק מופיע ישירות לאורך מסלול של כלי שיט, וכי כלי שיט לא דיווח על שום פריקה, זה עשוי להיות מועמד לפעולה לא חוקית של SAR.

Ocean Drift Models and Trajectory

לאחר שפיכת שמן מזוהה, מודלים של סחף (למשל, GNOME, MEDSLIK, או OpenDrift) משתמשים זרמי ים מרוסים, שדות רוח, ונתוני גל כדי לחזות היכן ה-Slick יעבור במהלך 24-72 השעות הבאות. תחזיות אלה תמיכה ממוקדת פריסת בוממים, גולשים, ופיזור נתונים של לוויין מספק גם תנאי ראשוני וחיזוי: ניתן להשוות את התחזיות לחיזוי חזותיות לחיזוי מאוחר יותר לדמיון.

ב-Situ Sensors ו- Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)

לווינים לא יכולים למדוד ישירות עובי שמן או לאמת שמן תת-קרקעי.ב-situ buoys, פלואורמטרים, ומדגמי מים לספק נתונים אטומי אמיתות כי אלגוריתמים לווייניים (drones) מצוידים במצלמות אופטיות תרמיות יכול להיות פרוס כדי לחקור את דיובות מקודדות לוויין בטווח קרוב, לאשר את גודלם וגישה זוובעת - זיהוי, זיהוי מסגרת חסועת, וכיסוי לוויינים, סודיות, סודיות, סודיות, סודיות, סודיות, סודיות, סודיות, סודיות, סודיות, סודיות, סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות , , סודיות סודיות סודיות סודיות , סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות , סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות , סודיות סודיות סודיות סודיות

כיוונים עתידיים

המונחים: Hyperspectral Imaging

חיישני Hyperspectral, שלוכדים עשרות עד מאות להקות ספקטרליות צרות, יכולים לזהות סוגים של שמן על ידי חתימות ספקטרליות הייחודיות שלהם (טביעות אצבע) שמן גולמי, שמן ממזג אוויר, שמן מופרש כל דבר לשקף אחרת בטווח הנראה וקרוב לחשיפה של משימות לוויין עתידיות כמו ביולוגיה פני השטח של נאס"א וגא (SBG) ו-AMAP יביא יכולות היפר-ליביות, אך לא רק כדי לזהות סוגים של חומרים ממין.

אינטליגנציה מלאכותית וזיהוי אוטומטי

AI עובר ממחקר לשימוש מבצעי.מערכות AI הדור הבא יכילו היתוך נתונים בזמן אמת מחיישנים מרובים לווייניים, AIS, מודלים מזג אוויר וארכיונים היסטוריים.הם ילמדו להבחין בין פיסות מנקודות מבט עם ביטחון גבוה יותר, הערכה נפח שפך, ואפילו מציע טקטיקות תגובה אופטימליות על לווינים יכולים בקרוב לאפשר זיהוי לוח, לשדר התראות בתוך דקות של משחק מעבר - תגובה מהירה עבור מערכות ניטור אוטונומיות.

קונסולות לוויין קטנות

קונסולות של עשרות או מאות לווינים קטנים (CubeSats) יכולות לספק זמניים או שעות ביממה מחדש על פני אזורים בעלי עניין גבוה.חברות כמו פלנטת, Iceye, ו- Capella כבר להפעיל קבוצות כוכבים כאלה. בשנים הקרובות, נראה רשתות משולבות המשלבות בין אופטי ו- SAR קטנטנים המבטיחים לפחות תמונה אחת לכל מקום בעולם.

מסקנה

הדמיה לוויין עבר ממחקר ניסיוני ללווינים תפעוליים עבור סיכוני דלי שמן ניטור.באמצעות שילוב של SAR, אופטי ו- אינפרא אדום על לוויינים ציבוריים ומסחריים, הרשויות יכולות כעת לזהות פיסות לפני שהן מגיעות לחוף, לזהות צדדים אחראים ולתאם ניקוי יעיל.הכיסוי הרחב של הטכנולוגיה, יכולת ה-weather, והתאמה עם מקורות נתונים אחרים להפוך אותו חיוני להגנה על אכיפה ימית ותקנות זיהום אוויר.

המשך ההתקדמות ב-AI, הדמיה היפר-ספקטרוםית ועיצוב קבוצת הכוכבים הלווין מבטיח להפוך את ניטור אפילו מהר יותר, מדויק יותר, נגיש יותר.כאשר כלים אלה הופכים משולבים יותר במסגרות תגובה גלובליות, הסבירות של אסונות אקולוגיים גדולים מדליפות נפט בלתי ניתנות למנוע, לעת עתה, הדמיה לוויין נותרה השולחת החזקה ביותר שלנו, צופה מעל האוקיינוסים מלמעלה ומסייעת להגן על פני כדור הארץ לדורות הבאים.