Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Изучение строения ледяного покрова рек методом георадиолокации рассмотрено на примере реки Лена. По данным аналитического обзора на реке Лена в основном преобладают следующие типы строения льда: береговой лёд, монолитный лёд и торосовый лёд. Также встречаются налёдный лёд, у склонов надпойменных террас, и шуговой лед. На основе данных компьютерного и физического моделирования распространения электромагнитных волн в ледяном покрове различного строения установлены закономерности изменения кинематических и динамических характеристик георадиолокационных сигналов. Статистический анализ данных показал, что значение коэффициента вариации амплитудных значений сигналов, отраженных от границ ледяного покрова реки, является одним из признаков определения типа строения ледяного покрова: меньше 20% - береговой или монолитный лед; больше 28% - торосовый лед. В результате анализа параметров волновых картин радарограмм разработаны георадиолокационные модели основных типов строения ледяного покрова рек: береговой лёд; монолитный лёд; торосовый лёд; ледяной покров, на поверхности которого вода; налёдный лёд; шуговой лёд. При этом, установлены соответствия характеристик осей синфазности отраженных волн (фрагментность, симметричность, субгоризонтальность, нарушенность) типу строения ледяного покрова. Например, монолитный лёд на радарограмме отображается симметричными, протяженными, субгоризонтальными осями синфазности отраженных волн, а на радарограмме торосового льда прослеживаются оси синфазности в виде «гипербол» различной формы. Комплексные экспериментальные исследования ледяного покрова реки Лена выполнены весной 2022 г. на двух участках: 1 - в районе Табагинского мыса; 2 - в районе села Партизан. На участке 1 (площадь 5,5 кв. км) измерения проведены георадаром с антенной 400 МГц, который перемещался по поверхности льда. Установлено, что толщина льда варьирует в пределах 80-150 см. Данные георадиолокации заверены измерениями в пробуренных 12-ти лунках. В соответствии с разработанными георадиолокационными моделями основных типов строения ледяного покрова рек определены участки монолитного, торосового и берегового льда. Георадиолокационные исследования ледяного покрова на участке 2 (площадь 6 кв. км) проведены георадаром с антенной 400МГц с борта самолёта EuroStar SLW. Средняя скорость полёта во время измерений составила 100 км/ч, высота полёта – 20-30 м над уровнем ледяного покрова реки. В результате георадиолокационных измерений получены радарограммы, обработка и интерпретация которых позволила построить карту распределения толщины и строения льда. На участке 2 толщина льда в основном имеет значение 100-150 см. Результаты интерпретации данных позволили установить, что торосовый лёд распространён на 21% больше, чем монолитный лед. В рамках выполнения проекта рассмотрены основные методические положения георадиолокационного исследования ледяного покрова рек: выбор георадара, планирование маршрутов, выбор типа летательного аппарата и параметров полёта, параметры георадиолокационных измерений, этапы обработки и интерпретации результатов измерений. В среднем течении р. Лена, для исследования ледяного покрова, достигающего толщины до 3 м в конце ледостава, рекомендовано применение георадаров с центральной частотой 400 МГц. Планирование маршрутов измерений в предвесенний период на затороопасных участках предложено осуществлять по данным спутниковых снимков Sentinel-2 предзимнего периода, когда хорошо прослеживается незамерзшее основное русло реки. Следование по запланированному маршруту и пространственная привязка положения точек зондирования георадара осуществляется при помощи GPS-приёмника. Анализ летно-технических характеристик летательных аппаратов (вертолет, самолет, БПЛА) на рынке услуг, с учетом экономических и эксплуатационных издержек и результатов опытных полетов с георадаром при исследовании льда, позволил определить наиболее оптимальный вариант в виде легкомоторного самолёта. Данный тип самолета позволяет выполнять полеты дальностью до 1300 км, со скоростью 100–150 км/ч на малых высотах. Камеральную обработку и интерпретацию данных аэроледомерной георадиолокации рекомендуется проводить в 4 этапа: устранение помех и применение процедур повышения качества отображения сигналов, отражённых от границ льда; интерпретация данных в соответствии с георадиолокационными моделями основных типов строения ледяного покрова рек; построение глубинного разреза ледяного покрова для получения значений толщины льда; визуализация полученных результатов при помощи карты пространственного распределения толщины и строения ледяного покрова исследуемого участка. Дальнейшие исследования по разработке методики георадиолокационных измерений, алгоритмов обработки и интерпретации данных георадиолокационного изучения строения ледяного покрова рек запланированы на 2023 г.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
По результатам экспериментальных георадиолокационных исследований ледяного покрова на затороопасных участках реки Лена разработана методика георадиолокационного исследования ледяного покрова рек с борта летательного аппарата, включающая планирование маршрутов исследований, выбор георадара, выбор типа летательного аппарата, параметры георадиолокационных измерений, алгоритм обработки и интерпретации данных георадиолокации и алгоритм визуализации результатов георадиолокационных исследований. Планирование маршрутов исследований в предвесенний период на затороопасных участках предложено осуществлять в геоинформационной системе QGIS (свободная кроссплатформенная геоинформационная система) по данным снимков предзимнего периода, полученных со спутника «Sentinel-2» или квадрокоптеров, на которых отчётливо прослеживается незамёрзшее основное русло реки. Перед началом полевых исследований планируемые маршруты предварительно загружаются в спутниковый навигатор, с помощью которого осуществляется навигация и управление движением летательного аппарата в процессе исследований. Для исследования особенностей волновых картин на радарограммах ледяного покрова реки, в зависимости от параметров георадиолокационных измерений с борта летательного аппарата, проведены георадиолокационные измерения на различной высоте и при разной скорости полёта, вдоль и поперёк русла реки. В результате установлены оптимальные параметры георадиолокационных измерений, обеспечивающие получение надёжных данных. Для изучения ледяного покрова в среднем течении реки Лена рекомендуется использовать георадар «ОКО-2» с модернизированным антенным блоком АБ400 (центральная частота 400 МГц), позволяющим проводить измерения льда толщиной до 10 м с погрешностью в пределах ± 5 %. Управление георадаром «ОКО-2», настройка синхронизации ГНСС приёмника с георадаром, ввод установленных оптимальных параметров измерений, наблюдение за процессом измерений и сохранение полевых данных осуществляется посредством мобильного полевого компьютера. Наиболее оптимальным вариантом из рассмотренных летательных аппаратов (вертолёт, самолёт, БПЛА) на рынке услуг с учётом лётно-технических характеристик, экономических и эксплуатационных издержек и результатов опытных полётов, является легкомоторный самолёт EuroStar SLW. Такой выбор обусловлен рядом преимуществ таких, как максимальный радиус полёта – до 1300 км, минимальная скорость – 100 км/ч, максимальная скорость – 200 км/ч, возможность выполнения полётов на малых высотах и доступная стоимость аренды самолёта. Для монтажа антенного блока к днищу самолёта создано и усовершенствовано специальное монтажное крепление. Результаты испытаний монтажного крепления и полевых измерений в 2023 г. показали нормальный режим работы георадара, отсутствие вибраций на антенном блоке и помех на данных георадиолокации. Разработан алгоритм обработки и интерпретации полевых данных георадиолокации, состоящий из 4-х последовательных этапов, обеспечивающий получение информации о толщине и типе строения ледяного покрова. На первом этапе выполняется предварительная обработка радарограмм. На втором этапе применяется разработанный алгоритм интерпретации радарограмм, обеспечивающий достоверное распознавание типов строения ледяного покрова, на основе разработанных георадиолокационных моделей: береговой лёд; монолитный лёд; торосовый лёд; ледяной покров, на поверхности которого вода; наледный лёд; шуговой лёд. На третьем этапе проводится послойная обработка проинтерпретированных радарограмм с выделением осей синфазности отражённых волн от границ льда. Результатом 1-3 этапов данного алгоритма является таблица, содержащая информацию о толщине и типе строения ледяного покрова с географическим местоположением. На четвертом этапе применяется разработанный алгоритм визуализации результатов георадиолокации в геоинформационной системе QGIS (свободная кроссплатформенная геоинформационная система). Разработанная в рамках данного проекта методика георадиолокационного исследования, алгоритмы обработки и интерпретации данных георадиолокации были апробированы при исследовании ледяного покрова реки Лена в предвесенний период 2023 г. на затороопасных участках возле сел Сырдах и Партизан. При этом общая протяжённость маршрутов исследований с борта легкомоторного самолёта EuroStar SLW составила 43,4 км. Результаты этих работ показали, что разработанная и апробированная методика георадиолокационного исследования ледяного покрова рек с борта летательного аппарата, включающая непрерывное измерение по запланированному маршруту на затороопасных участков с использованием высокоточного ГНСС приёмника, обеспечивает получение детальной информации о толщине льда и строении льда с географическим местоположением. Результаты реализации разработанных алгоритмов обработки и интерпретации данных георадиолокации представлены в виде карт пространственного распределения толщины и строения ледяного покрова на исследуемых участках.