Комплексная методика автоматизированного обнаружения и оценки параметров объектов захоронения отходов по данным космической съемки

Москва 

ИНФРА-М 

2020

КОМПЛЕКСНАЯ 

МЕТОДИКА 

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО 

ОБНАРУЖЕНИЯ 

И ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ 
ОБЪЕКТОВ ЗАХОРОНЕНИЯ 

ОТХОДОВ ПО ДАННЫМ 
КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ

А.А. РИХТЕР

МОНОГРАФИЯ

УДК 528.7(075.4)
ББК 20.18
 
Р55

Рихтер А.А.

Р55
Комплексная методика автоматизированного обнаружения и оцен
ки параметров объектов захоронения отходов по данным космической 
съемки : монография / А.А. Рихтер. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 
205 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/990350.

ISBN 978-5-16-014562-4 (print)
ISBN 978-5-16-108164-8 (online)

В монографии предлагается методика автоматизированного обнару
жения объектов размещения отходов, осуществляемая в три последовательные стадии: обнаружение местоположения объектов, выделение 
объектов и выделение компонент объектов. Применены индексы реакции 
растительности и почвы по данным космических съемок и наземных обследований для оценки влияния свалок на природную среду. Описывается 
возможность комплексного автоматизированного подхода к дешифрированию свалок многозональной спутниковой съемки, представления свалок 
в многомерном признаковом пространстве, включающем яркостные температуры на синем, зеленом, красном, ближнем инфракрасном и тепловом 
каналах.

Для студентов и преподавателей, а также всех интересующихся вопро
сами космического экологического мониторинга.

УДК 528.7(075.4)

ББК 20.18

ISBN 978-5-16-014562-4 (print)
ISBN 978-5-16-108164-8 (online)
© Рихтер А.А., 2019

Вспомогательные указатели

Перечень сокращений и условных обозначений
г. — город (год)
г.о. — городской округ
ГБОУ — государственное бюджетное образовательное уч
реждение

ГБОУ СОШ — государственное бюджетное образова
тельное учреждение средняя общеобразовательная школа

ГИС — геоинформационные системы
ГУП — государственное унитарное предприятие
дер. — деревня
ДЗЗ — дистанционное зондирование Земли
ЗАО — закрытое акционерное общество
ИПП — индекс подстилающей поверхности
ИРП — индекс реакции почвы
ИРР — индекс реакции растительности
КМ — комплексная методика автоматизированного обна
ружения и оценки параметров объектов захоронения отходов 
по данным космической съемки

КМ1 — методика детектирования объектов захоронения отходов
КМ2 — методика оценки параметров объектов захоронения 

отходов

КМ3 — методика оценки влияния объектов захоронения 

отходов на природную среду

КСЯ — коэффициент спектральной яркости
МГС — муниципальная городская свалка
МИП — матрица информационных признаков
мкр. — микрорайон
МУП — муниципальное унитарное предприятие
ОАО — открытое акционерное общество
ОЗО — объект захоронения твердых коммунальных и про
мышленных отходов

Рихтер А.А.

ООО — общество с ограниченной ответственностью
ОПС — окружающая природная среда
ПАУ — полициклические ароматические углеводороды
ПДК — предельно-допустимая концентрация
ПО — промышленные отходы
пос. — поселок
ПЭР — проектирование, эксплуатация и рекультивация
ТКО — твердые коммунальные отходы (в работе может 

встречаться также термин «твердые бытовые отходы», сокращенно ТБО. В соответствие с федеральным законом Российской Федерации «Об отходах производства и потребления» от 24.06.1998 № 89-ФЗ (с изм. на 28.12.2016) (ред., 
действующая с 01.01.2017) в настоящее время существует 
термин «твердые коммунальные отходы»)

ЭЗСЯ — эталонные значения спектральной яркости
Список терминов:
детектирование: распознавание объектов захоронения от
ходов по данным обработки космических изображений, включающее: обнаружение объекта (определение местоположения), 
обнаружение предсвалки (места начала образования свалки), 
выделение объекта (определение области, занятой объектом), 
выделение классов поверхности (определение подобласти 
в составе области объекта, занятой тем или иным классом поверхности), классификация поверхности (определение класса 
поверхности для каждого пикселя в составе области объекта 
и его окрестности);

индекс реакции растительности: индекс, рассчитываемый 

для каждого пикселя космического изображения, показывающий разность между нормированным значением фактора, 
воздействующего на растительность, и реакцией растительности на данный фактор;

матрица информационных признаков: матрица чисел, опи
сывающая функциональную зависимость коэффициентов 
спектральной яркости на разных каналах друг от друга для 
точек класса поверхности;

Комплексная методика автоматизированного обнаружения и оценки параметров

объектов захоронения отходов по данным космической съемки

объект захоронения отходов: свалки отходов человеческой 

жизнедеятельности различных видов и форм: полигоны 
твердых коммунальных и промышленных отходов, муниципальные городские свалки, терриконы, несанкционированные 
свалки, захламления территории, производственные свалки 
и др.;

индекс реакции почвы: индекс, рассчитываемый для каждого 

пикселя временной серии космических изображений, показывающий изменение во времени значений индексов реакции 
растительности для данной точки поверхности земли.

Введение

На территории Российской Федерации распределено 

большое количество объектов захоронения твердых коммунальных и промышленных отходов (ОЗО), для которых 
трудно обеспечить экологический мониторинг традиционными методами. К действующим способам экологического 
мониторинга относятся в основном маршрутные наблюдения, 
полевые, лабораторно-аналитические и камеральные работы.
Их принципиальная особенность состоит в том, чтобы детально и на месте оценить состояние атмосферного воздуха, 
почвенного покрова и грунтовых вод, исследовать и проанализировать состав свалочного вещества, определить размеры 
и границы участка, административно-территориальную и муниципальную принадлежность объекта и т.д. По этой причине 
применение данных методов имеет существенное ограничение 
при мониторинге обширных территорий Российской Федерации.

Дистанционный мониторинг ОЗО основан на методах 

дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и он имеет ряд 
преимуществ перед контактными методами. Помимо того что 
они экономически выгодны при решении задач мониторинга 
обширных территорий, отсутствует прямой контакт с ОЗО, 
дистанционный мониторинг может быть проведен в труднодоступных местах (горные районы, северные территории и др.), 
для которых наземный мониторинг крайне затруднен или невозможен.

К авторам, проводившим работу в области космического 

мониторинга объектов размещения отходов или близко 
к ней, относятся: Оши С., Яцуока Я., Тамура М. (2000–
2003 гг.); Аристов М.В., Готынян В.С., Томченко О.В., Миколенко Л.И. (2006–2010 гг.); Бровкина О.В., Григорьева О.В., 
Мочалов В.Ф., Легомина А.И. (2006–2012 гг.); Липилин Д.А., 

Комплексная методика автоматизированного обнаружения и оценки параметров

объектов захоронения отходов по данным космической съемки

Погорелов А.В. (2011–2015 гг.); Шешукова Л.В., Абросимов 
А.В., Охотин А.Л., Тимофеева С.С., Никольский Д.Б. (2011–
2015 гг.); Байдулова М.К., Гарифзянов Р.Д., Волкова И.В., 
Боронина Л.В. (2012–2017 гг.); Зверев А.Т., Фисенко Е.В. 
(2011–2014 гг.). Также следует отметить последние, усовершенствованные исследования в области дешифрирования 
космических снимков и данных беспилотных летательных 
аппаратов — авторов Гарифзянов Р.Д., Батракова Г.М. и др. 
(«Идентификация и оценка экологического состояния территорий размещения отходов методом дешифрирования космических снимков», «Применение беспилотных летательных 
аппаратов для обследования объектов захоронения твердых 
коммунальных отходов» и т.д.).

ОЗО являются внутри- и междисциплинарным объектом 

образовательного процесса и могут быть использованы в проектно-исследовательской деятельности обучающихся с применением различных программных средств и ГИС-приложений (MatLab, ArcGis, ENVI и др.) [81], [121], [122], [123], 
[18], [144], [37], [53], [156], [157], [146], [134].

Глава 1

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО 

МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ ЗАХОРОНЕНИЯ 

ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ 

И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕКТАХ ЗАХОРОНЕНИЯ 

ОТХОДОВ И МЕТОДАХ ИХ МОНИТОРИНГА

Термин «объект захоронения отходов» (ОЗО) предложен 

автором и не является общепринятым (данный термин 
не совсем корректен, т.к. «захоронение» — изоляция отходов 
с применением определенных технологий; корректнее использовать термин «объект размещения отходов»).

К ОЗО будем относить следующие группы объектов 

(на риc. 1 приведены примеры объектов разных групп) [20], 
[33], [44]:

1. Полигоны ТКО (и ПО) — территории санкционирован
ного захоронения твердых коммунальных и промышленных 
отходов IV класса опасности и нетоксичных отходов (отходы 
V класса) (риc. 1а, полигон ТКО Тимохово, дер. Тимохово, 
Ногинский район).

2. Муниципальные городские свалки (МГС) — крупные 

свалки, эксплуатируемые в течение многих лет коммунальными службами городов и районов, но без лицензии на право 
захоронения отходов либо с нарушениями условий лицензирования (риc. 1б, МГС Балластный карьер, пос. Балластный 
карьер, Люберецкий район).

3. Терриконы — отвалы, искусственные насыпи из пустых 

пород, извлеченных при подземной разработке месторождений угля и других полезных ископаемых, насыпи из отходов 

Комплексная методика автоматизированного обнаружения и оценки параметров

объектов захоронения отходов по данным космической съемки

или шлаков от различных производств и сжигания твердого 
топлива (риc. 1в, террикон Белая Гора, г. Воскресенск, Воскресенский район).

4. Несанкционированные свалки — скопления отходов 

на территории 0.2–0.5 га и более (риc. 1г, несанкционированная свалка, аэродром Жуковский, Раменский район).

5. Рекультивируемые карьеры (как ОЗО) — объекты, в ко
торые преобразуется или преобразован закрытый для эксплуатации карьер природных пород (песка, глины, фосфогипса 
и пр.) посредством наполнения пустот отходами при соблюдении определенного комплекса мер по рекультивации объекта (риc. 1д, Рекультивируемый карьер строительных песков 
Вишняковское-3 у платформы «33 км» в Ногинском районе, 
дер. Вишняково, Ногинский район).

6. Рекультивируемые полигоны — объекты, в которые пре
образуется или преобразован закрытый для эксплуатации 
полигон ТКО и ПО с целью восстановления биопродуктивности и народнохозяйственной ценности, а также улучшения 
состояния окружающей среды (риc. 1е, рекультивируемый полигон Лисья Гора г.о. Балашиха, Балашихинский район).

7. Захламления территории — аморфные, без четко выра
женных границ скопления твердых коммунальных, промышленных, строительных отходов различных размеров (риc. 1ж, захламление территории, дер. Темниково, Балашихинский район).

8. Типовые свалки — свалки, по типу и месторасполо
жению приуроченные к определенному виду хозяйственной 
деятельности человека (дворовые, общепитовые, магазинные, 
рыночные и др.) (риc. 1з, строительная свалка, мкр. Павлино, 
Балашихинский район).

9. Производственные свалки — свалки, образованные в ре
зультате деятельности различных государственных и частных 
предприятий, расположенные на территориях этих же предприятий или в границах их санитарно-защитной зоны (риc. 1и, 
производственная свалка, Воскресенский домостроительный 
комбинат, Воскресенский район).

Рихтер А.А.

(а)
(б)
(в)

(г)
(д)
(е)

(ж)
(з)
(и)

Риc. 1. ОЗО различного типа на космических снимках: а) полигон ТКО; б) муниципальная городская 

свалка; в) террикон Белая Гора; г) несанкционированная свалка; д) рекультивируемый карьер; е) ре
культивируемый полигон; ж) захламление территории; з) строительная свалка; и) производственная 

свалка [Московская область. Картографические данные © Google]