2.4 Другие отрасли применения

Также лидары нашли применение и в других областях науки и сферах деятельности человека. Например, археологи университета Центральной Флориды в рамках археологического проекта «Caracol» смогли изучить древний город цивилизации майя – Караколь. При этом использовался атмосферный лидар, установленный на борту самолета. Данные, собранные при помощи лидара, были достаточно детальными для того, чтобы ученые могли не только составить карту, но и с высокой долей точности воссоздать внешний облик зданий, в частности, храмов Каана (рис. 6) [14].

Так называемые измерители скорости – одна из разновидностей лидара, используется сотрудниками правоохранительных органов для измерения и ограничения скорости машин, регулирования движения (рис. 7).

Как отмечалось ранее, лидары используются военными для обнаружения мин, также для предупреждения о биологической атаке (обнаружение опасных веществ) [15].

3 Изучение и применение лидаров организациями г. Томска

Институт оптики атмосферы, в частности Лаборатория дистанционной спектроскопии атмосферы (ЛДСА) ведет работы по изучению атмосферы и озонового слоя, разработке научных основ, методов и технических средств дистанционного зондирования. В лаборатории создан многоканальный измерительный комплекс «Сибирская лидарная станция» (рис. 8). Он расположен в г. Томске и является единственной точкой на азиатской части территории России, где на основе методов дистанционного оптического зондирования осуществляется регулярный мониторинг таких параметров и составляющих атмосферы, как аэрозоль, температура, облачность, озон, газовые составляющие озоновых циклов. А подробнее, комплекс (включен в Перечень уникальных экспериментальных установок России, 1995 г.) обеспечивает:

• измерение оптических и микроструктурных характеристик аэрозоля в высотном диапазоне 5–30 км;

• вертикального распределения концентрации озона в высотном диапазоне 12–35 км методом дифференциального поглощения;

• концентрации озона в диапазоне высот 5–20 км; вертикального распределения температуры в диапазоне высот 10–75 км по сигналам комбинационного и молекулярного рассеяния;

• влажности в тропосфере по сигналам комбинационного рассеяния на молекулах водяного пара и азота;

• оптических и геометрических характеристик облаков среднего и верхнего ярусов в дневное и ночное время;

• общего содержания озона;

• общего содержания и вертикального распределения двуокиси азота в высотном диапазоне 0–50 км методом сумеречной спектроскопии.

Развивается перспективное направление координированных работ по исследованию динамики стратосферного аэрозольного и озонового слоев в рамках лидарной сети стран СНГ CIS-LiNet [16].

На основе статистического анализа данных многолетних регулярных измерений построены региональные сезонные модели характеристик стратосферного, аэрозольного и озонового слоев; определены тенденции изменений аэрозольного и озонового слоев стратосферы в фоновых условиях наблюдаемого в 1997–2006 гг. длительного вулканически спокойного периода; исследовано влияние повышенного содержания стратосферного аэрозоля после взрывных извержений вулканов Пинатубо (1991 г.) и Рабаул (2006 г.) на изменения содержания стратосферного озона и газовых составляющих озоновых циклов. Выявлена роль различных фотохимических циклов разрушения озона на разных высотах стратосферы в условиях ее возмущения вулканогенным аэрозолем [16].

За время существования Института создана серия уникальных лидаров:

1. Бортовой лидар "Атмарил-3" (ATMospheric and MARine Lidar) предназначен для проведения атмосферно-оптических и гидрооптических измерений с борта платформы-носителя (самолет, судно) (рис. 9).

2. Гаэрозольные одночастотные сканирующие лидары серии "ЛОЗА" предназначены для диагностики структуры аэрозольных полей в тропосфере, метеорологического обеспечения авиации в аэропортах, контроля аэрозольных загрязнений в индустриальных центрах (рис. 10).

3. Мобильный КР-лидар – лазерно-локационный газоанализатор, предназначенный для контроля выбросов из труб предприятий предназначен для обнаружения и для дистанционного контроля выбросов из труб промышленных предприятий, определения состава газовой смеси выброса, определения высоты температурной инверсии над точкой стояния локатора, а также для определения высоты трубы над уровнем земли и диаметра трубы на срезе выброса (рис. 11).

4. Флуоресцентный лидар представляет собой мобильную систему с высоким быстродействием, предназначенную для дистанционной ранней экспресс-диагностики растений в реальном масштабе времени, определения видового состава и плотности растительного покрова (рис. 12) [18].

Служба МЧС при дистанционном мониторинге использует автоматизированную систему дистанционного мониторинга (АСД-лидар). Система, предназначенная для дистанционного обнаружения аварий на химически опасных объектах, пожаров, взрывов и т.п.; разведки зоны аварии для обеспечения действий аварийно-спасательных формирований; прогноза зон поражения для принятия решений по защите и эвакуации населения. АСД мониторинга состоит из стационарного поста и мобильного лидарного комплекса. Стационарный пост включает в себя лидар кругового обзора, панорамную телевизионную систему и сканирующую тепловизионную систему, позволяющие проводить обнаружение аэрозольных выбросов в атмосферу и очагов возгорания над значительной территорией.

Главной частью стационарного поста является лидар кругового обзора, результат работы которого отображается на мониторе. Панорамная телевизионная система позволяет оператору визуально контролировать состояние атмосферы и в случае обнаружения чрезвычайных ситуаций проводить лидарные измерения в заданном секторе [19].

Вывод

Метод лидарной съемки дистанционного зондирования в настоящее время достиг больших успехов и нашел применение во многих сферах деятельности человека – начиная от исследования атмосферных аэрозолей до поиска месторождений полезных ископаемых. Нововведения в ГИС технологиях позволяют создать 3Д модели, с помощью полученных данных лидарной съемки. Снимки лидаров отличаются высоким качеством снимков и имеют значительные преимущества над другими методами. Достоинства лидара явились следствием того, что в его работе новые технические решения сочетаются с методикой УФ и ИК измерений. Помимо того, работа лидара ведется как со стационарных наземных постов, так и с авиабортов и космических устройств, что увеличивает спектр его применения.

В городе Томске сосредоточен уникальный в своем роде институт, который не только занимается мониторингом, а также занимается созданием и модернизацией методов и аппаратуры дистанционного зондирования атмосферного воздуха. Он поднимает Томск и отечественную науку в целом на мировой уровень.