Космический мониторинг объектов захоронения твердых бытовых отходов и промышленных отходов (ТБО и ПО): теоретико-методические и социально-экономические аспекты

Москва
ИНФРА-М
2023

КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ОБЪЕКТОВ 

ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ 

И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ (ТБО И ПО) 

ТЕОРЕТИКО-МЕТОДИЧЕСКИЕ И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Ì.Ë. ÊÀÇÀÐßÍ
À.À. ÐÈÕÒÅÐ
Ì.À. ØÀÕÐÀÌÀÍÜßÍ
Ð.Ä. ÍÅÄÊÎÂ

МОНОГРАФИЯ

Казарян М.Л.
К14 
 
Космический мониторинг объектов захоронения твердых быто вых отходов и промышленных отходов (ТБО и ПО): теоретикомето дические и социально-экономические аспекты : монография / 
М.Л. Казарян, А.А. Рихтер, М.А. Шахраманьян, Р.Д. Недков. — 
Москва : ИНФРА-М, 2023. — 278 с. + Доп. материалы [Электронный 
ресурс]. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/monography_5c4efa77177
9a4.89852001.

ISBN 978-5-16-014435-1 (print)
ISBN 978-5-16-106965-3 (online)

Объектом исследования монографии являются объекты захоронения отходов (ОЗО), 
или, проще говоря, свалки мусора. Предмет изучения, которым исследуется данный объект, — методы космического мониторинга посредством цифровой обработки космических 
изображений (концепции и подходы, методики, методы и модели, программы и алгоритмы, учебно-методические рекомендации и т.д.). Вместе с тем описываемые методики могут быть применены не только к ОЗО, но и к большинству других объектов поверхности 
Земли, в связи с чем ОЗО рассматриваются в качестве примеров их применимости.  Раскрыта мысль о применении космической информации в качестве инструмента для контроля социально-экономического развития страны.
Для ученых и специалистов в области геоинформатики, геофизики, региональной 
экономики, а также для широкого круга читателей. Может использоваться в качестве 
учебно-методического пособия для преподавателей, студентов и специалистов по вопросам космического мониторинга, практической обработки изображений, проблем твердых 
бытовых и промышленных отходов как одного из базовых факторов развития социальноэкономической конструкции государства.
УДК 528(075.4)
ББК 26.12

УДК 528(075.4)
ББК 26.12
 
К14

© Казарян М.Л., Рихтер А.А.,
     Шахраманьян М.А., Недков Р.Д., 2019 
ISBN 978-5-16-014435-1 (print)
ISBN 978-5-16-106965-3 (online)

Р е ц е н з е н т: 
Музаев И.Д., доктор технических наук, профессор, профессор кафедры 
«Математика и информатика» Финансового университета при Правительстве 
Российской Федерации (Владикавказский филиал)

А в т о р ы: 
Казарян М.Л., кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий 
кафедрой «Математика и информатика» Финансового университета при Правительстве Российской Федерации (Владикавказский филиал);
Рихтер А.А., кандидат технических наук, младший научный сотрудник Научно-исследовательского института аэрокосмического мониторинга «АЭРОКОСМОС»;
Шахраманьян М.А., доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе Научно-исследовательского института аэрокосмического мониторинга «АЭРОКОСМОС»;
Недков Р.Д., доктор технических наук, профессор, заместитель директора 
по научной работе Института космических исследовании и технологий Болгарскoй академии наук

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны 
в электронно-библиотечной системе Znanium

Введение

Объектом исследования в данной монографии являются объекты захоронения отходов (сокращено ОЗО), проще говоря, свалки 
мусора. Предмет изучения, которым исследуется данный объект — 
методы космического мониторинга. Центральная тема в настоящей работе, вокруг которой «кружится» мысль — космический 
мониторинг ОЗО, в основном, проведением цифровой обработки 
изображений (концепции и подходы, методики, методы и модели, 
программы и алгоритмы, учебно-методические рекомендации 
и т.д.). Вместе с тем описываемые методики могут быть применены 
не только к ОЗО, но и к большинству других объектов поверхности 
земли, в связи с чем ОЗО рассматриваются в качестве тестовых объектов и примеров их применимости.
Книга состоит из глав:
I. Общие сведения об ОЗО: даются общие теоретические сведения о мусоросвалках и отходах производства и потребления.
II. Космический мониторинг ОЗО: приводятся общие сведения 
о космическом мониторинге ОЗО и используемых методиках.
III. Визуальное детектирование ОЗО: излагается одно из направлений космического мониторинга ОЗО, в котором не применяются алгоритмы автоматизированной и автоматической обработки 
каких-либо изображений.
IV. Проблема ОЗО в системе образования: ОЗО очерчивается 
как метапредметный объект образовательного процесса в системе 
среднего и высшего образования.
V. Космические снимки как инструмент контроля социальноэкономического развития страны.
По структуре монография делится на разделы, каждый из которых состоит из подразделов, а последние — из пунктов. Разделы 
и подразделы практически независимы друг от друга по содержанию (но иногда могут «сослаться» один на другой). Благодаря 
данной особенности отдельные «блоки» можно читать независимо 
друг от друга, выборочно и в любом порядке. Курсивом отмечены 
понятия (локальные «переменные»), которые могут как соответствовать общепринятым научным терминам (глобальные), так 
и вводиться и переобозначаться как новые.
Внешние ссылки (на литературные источники и интернет-ресурсы) обозначаются номером источника, приведенного в списке 
источников информации, например [1] — «Денисов В.В. Экология 
города». Основными источниками информации, применимыми 
в работе, является литература в области методов и алгоритмов 
цифровой обработки изображений [50], [51], [52], [53], [119].

Ссылки на листинги программ обозначены фигурными скобками, 
например, {1}, {2}, … (см. приложения).
Книга написана по результатам давних исследований, «вольным» 
стилем, не рассматривается в качестве научно-методического пособия, но может быть использована в учебно-методических целях 
как практикум обработки изображений. Некоторые вопросы 
оставлены без ответов и не доведены до логического завершения 
(«оценка параметров химических процессов на ОЗО», «геопривязка 
объектов космических изображений методом регрессионного анализа», «построение фигур объектов изображений методом регрессионного анализа» и др.). Другие описаны только в начале своего 
«пути» («динамика отходов», «методика детектирования ОЗО проведением текстурного анализа» и др.) При этом в книге рассмотрен 
ряд методик, которые могут быть воплощены в научно-исследовательских проектах (логический анализ космических изображений, 
описание химических процессов «языком» систем автоматического 
управления и других «языках» математики, видеообработка изображений, применение программной среды MatLab в системе школьного образования и др.).

Список сокращений

АЕ — административная единица
АЗС — автозаправочная станция
АО — административный округ
АТД — административно-территориальное деление
АТО — административно-территориальный объект
АФЧХ — амплитудно-фазовая частотная характеристика
БПК — биологическое потребление кислорода
БПФ — быстрое преобразование Фурье
ГИС — геоинформационные системы
ГНПЦ — государственный научно-производственный центр
ГОСТ — государственный стандарт
ГСК — геоцентрическая система координат
ГЭСК — гелиоцентрическая эклиптическая система координат
ДДБПФ — двумерное дискретное быстрое преобразование 
Фурье
ДЗЗ — дистанционное зондирование Земли
ДСК — декартовая система координат
ЖКХ — жилищно-коммунальное хозяйство
ЗСК — зависимая система координат
ИД — индекс детектирования
ИНН — идентификационный номер налогоплательщика
ИПП — индекс подстилающей поверхности
ИРР — индекс реакции растительности
КГО — крупногабаритные отходы
КМ — космический мониторинг
КПД — коэффициент полезного действия
КСЯ — коэффициент спектральной яркости
МГС — муниципальная городская свалка
МД — муниципальное деление
МИП — матрица информационных признаков
МКАД — Московская кольцевая автодорога
МО — Московская область
МД — муниципальное деление
НИИ — научно-исследовательский институт
НИР — научно-исследовательская работа
НСК — независимая система координат
НЦ — научный центр
ОЗО — объект захоронения отходов
ОИ — объект исследования
ОК — общекультурные компетенции

ОКАТО — Общероссийский классификатор объектов административно-территориального деления
ОКВЭД — Общероссийский классификатор видов экономической деятельности
ОКОНХ — Общероссийский классификатор объектов народного хозяйства
ОКПО — Общероссийский классификатор предприятий и организаций
ООП — объектно-ориентированное программирование
ООП ВПО — основная образовательная программа высшего 
профессионального образования
ОПС — окружающая природная среда
ПАУ — полициклические ароматические углеводороды
ПВХ — поливинилхлорид
ПДК — предельно-допустимая концентрация
ПК — профессиональные компетенции
ПО — природный объект
ПОО — потенциально опасный объект
ПС — программное средство
ПСК — полярная система координат
ПСС — причинно-следственная связь
ПЭР — проектирование, эксплуатация, рекультивация
РГУ — Российский государственный университет
РФ — Российская Федерация
СДП — степень деградации почвы
СЗЗ — санитарно-защитная зона
СК — система координат
СКО — среднеквадратическое отклонение
СНО — Студенческое научное общество
США — Соединенные Штаты Америки
ТБО — твердые бытовые отходы
УВ — углеводороды
ФГОС ВПО — Федеральный государственный образовательный 
стандарт высшего профессионального образования
ФККО — Федеральный классификационный кадастр отходов
ФЧХ — фазовая частотная характеристика
ХОВ — химически опасное вещество
ХПК — химическое потребление кислорода
ЦСК — цилиндрическая система координат
ЧС — чрезвычайная ситуация
ЧХ — частотная характеристика
ЭВМ — электронно-вычислительная машина
ЭСК — экваториальная система координат

Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕКТАХ 
ЗАХОРОНЕНИЯ ОТХОДОВ

1.1. ОБЪЕКТЫ ЗАХОРОНЕНИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА 
И ПОТРЕБЛЕНИЯ

1.1.1. Структура ОЗО
Объекты захоронения отходов (ОЗО) объединяет ряд топологических признаков, среди которых:
1. Целостность. Совокупность отходов заключена в рамки определенного пространства;
2. Компонентность. ОЗО состоит из компонентов нескольких 
типов;
3. Локализованность. ОЗО можно ограничить замкнутой поверхностью и замкнутыми контурами, разной для разных объектов;
4. Дифференцируемость. Большое разнообразие отходов по своим 
свойствам;
5. Открытость. ОЗО не является изолированным от окружающей среды, ОЗО и среда взаимосвязаны и взаимодействуют 
друг с другом.
ОЗО — территории размещения отходов антропогенного происхождения. К этим объектам относятся: захламления территорий, 
полигоны ТБО, муниципальные свалки, предсвалки и постсвалки, 
типовые ОЗО (автосвалки, радиоактивные и военные полигоны, 
производственные свалки и пр.) и др. Отходы антропогенного происхождения — различные артефакты, утратившие ценность для человека (пластиковые бутылки, ткани, изношенная техника и т.п.). 
Пространство месторасположения ОЗО — планета Земля: на поверхности суши и воды и под поверхностью суши и воды.
Считаем, что отходы антропогенного происхождения производятся человеком, а отходы природного происхождения — природой. К последним относятся, например, дерн, сформированный 
растительностью. Сам процесс замусоривания территорий и окружающей среды в целом является антропогенным явлением, который не зависит от отдельного человека и протекает по своим физико-социальным законам.
Каждому ОЗО задается его окружающая природная среда 
(ОПС) — территория в окрестности ОЗО, с которой он взаимодействует (риc. 1.1).

Антропогенные объекты (дома, оборудование, дороги и т.д.) — 
артефакты человека, природные объекты (образующие растительные, горные, водные и др. массивы) — «артефакты» природы. 
ОЗО относится к антропогенным и структурным объектам, но в его 
составе могут быть природные и антропогенные объекты («кирпичики»). Он разбивается на компоненты — участки, однородные 
по свойствам составляющих отходов. Отход — элементарный «кирпичик» ОЗО (риc. 1.2).
ОПС — окрестность ОЗО, ограниченная некоторой замкнутой 
поверхностью, внутри которой взаимодействие между ОЗО и ОПС 
считается существенным, а за ней — настолько малым, что им 
можно пренебречь. Взаимодействие между ОЗО и ОПС происходит на всех уровнях и по всем структурным элементам в составе 
ОЗО: фазы, подсистемы, состав, объекты, события. Структурно 
это взаимодействие представляется в виде набора факторов ОЗО: 
1) действующих внутри ОЗО; 2) действующих внутри ОПС; 3) действующих между ОЗО и ОПС.

Риc. 1.1. Связь ОЗО и ОПС

Рис 1.2. «Молекулярный» состав ОЗО (вид сверху)

На риc. 1.3 (см. табл. 1.1): внешние факторы (I — прямые, i — 
обратные); границы ОЗО (F={F1,F2}, F1 — верхняя, F2 — нижняя). 
Граница — условная замкнутая пространственная поверхность, ограничивающая объект. Аналогично — для ОПС: f={f1, f2} — гра

ницы ОПС (F1 — верхняя, F2 — нижняя). Ее вытянутость по осям 
зависит от того, насколько далеко (вверх-вниз, вперед-назад, 
вправо-влево) распространяется влияние ОЗО как первоисточника 
воздействия на ОПС. Т.к. ОЗО не может быть полностью изолирован от взаимодействия с ОПС, внутренние факторы — E (внутри 
ОЗО), e (внутри ОПС) переходят во внешние через некоторый промежуток времени.
Факторы характеризуются: 1) источником и объектом воздействия — те или иные структурные элементы ОЗО или ОПС ОЗО; 
2) эффектом воздействия — некоторой силовой характеристикой, 
благоприятно или негативно воздействующей на объект; 3) событиями — конкретными проявлениями, реализациями фактора; 
4) критериями воздействия — по какому признаку интерпретируется фактор (табл. 1.1).

Риc. 1.3. Внешние и внутренние факторы (вид спереди) 

На территории ОЗО, ОПС и на границе между ними можно 
считать событием ОЗО любой процесс (антропогенное событие) или 
явление (природное событие). Они могут быть непосредственно или 
косвенно связаны со структурными элементами ОЗО, а также иметь 
значимый или незначительный эффект для ОПС.

Таблица 1.1
Факторы взаимодействия ОЗО и ОПС

№
Фактор
Воздействие
Пример

1
Внутренние Внутри ОЗО 
(ОПС)
Внутри ОЗО: биохимические процессы деградации отходов. Внутри 
ОПС: рост и развитие растительных 
систем
Внешние
ОЗО на ОПС, 
ОПС на ОЗО
Воздействие деградации отходов 
на растения (реакция растений на деградацию отходов)

№
Фактор
Воздействие
Пример

2
Прямые
ОЗО на ОПС
Со стороны ОЗО — токсическое, 
отравляющее воздействие ОЗО 
на почву, воду и воздух, на жизнь 
и здоровье людей
Обратные
ОПС на ОЗО
Со стороны ОПС — воздействие 
климатических и погодных условий 
(температура, влажность, количество 
осадков) на химические процессы на, 
внутри и под ОЗО
3
Природные Природы
Со стороны ОЗО — воздействие 
зарастания ОЗО растительностью 
на ОПС. Со стороны ОПС — транспортировка отходов по воде, питание 
животных (птиц, собак, крыс и др.) 
на ОЗО
Антропогенные
Человека и общества
Со стороны ОЗО — проектирование, 
эксплуатация и рекультивация полигонов ТБО. Со стороны ОПС — 
психологическое (в частности, 
эстетическое) восприятие ОЗО, социально-экономическое воздействие, 
техногенное воздействие
4
Нижние
На нижний 
ярус, твердую 
фазу — почву

Химическое воздействие ОЗО 
на почву (загрязнение почвы, деградация почвы)
Средние
На средний 
ярус, жидкую 
фазу — воду

Химическое воздействие ОЗО на воду 
(загрязнение, заражение прилегающих водоемов)
Верхние
На верхний 
ярус, газовую 
фазу — воздух

Химическое воздействие ОЗО на атмосферу (неприятный запах, заболевания людей, животных)

Основные факторы взаимодействия ОЗО и ОПС — биологические, физико-химические, социально-экономические.
К биологическим событиям относятся: 1) биохимическая деградация (ферментация) отходов; 2) деградация и восстановление ОЗО 
и ОПС; 3) жизнедеятельность компонентов экосистемы ОЗО (микроорганизмов, растений, животных, грибов).
К физико-химическим событиям относятся: 1) технологии проектирования и эксплуатации ОЗО; 2) химическая деградация (без 
участия ферментов) отходов; 3) динамика изменений ОЗО (формы, 
состава).

Окончание табл. 1.1