Дистанционное зондирование земли в ВКТУ им. Д. Серикбаева: от спутника до цифровой карты

Дистанционное зондирование Земли сегодня занимает особое место в системе современных научных и прикладных исследований, составляя основу космического мониторинга планеты. Для Казахстана в целом и Восточно-Казахстанской области в частности эта технология приобретает стратегическое значение, поскольку позволяет работать с пространственно сложными, экологически чувствительными и ресурсно насыщенными территориями. Горные системы, лесные массивы, сельскохозяйственные земли, водные объекты и зоны природных рисков формируют здесь уникальную природную мозаику, требующую постоянного мониторинга и оперативного реагирования. В этих условиях ДЗЗ становится универсальным инструментом, позволяющим фиксировать изменения земной поверхности в динамике и формировать научно обоснованные решения на основе объективных данных.

Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева занимает ключевую позицию в развитии этого направления, формируя устойчивую междисциплинарную научную школу, объединяющую геоинформационные технологии, геологию, геомеханику, аэрокосмические методы и машинное обучение.

В ВКТУ им. Д. Серикбаева дистанционное зондирование земли рассматривается как интеграционная платформа, связывающая данные спутникового наблюдения, результаты полевых исследований и цифровое моделирование природных процессов. Благодаря этому мы имеем возможность фиксировать состояние окружающей среды, выявлять закономерности ее изменения, прогнозировать риски и формировать основу для стратегического управления территориями.

Центральным элементом научной инфраструктуры университета является Междисциплинарная лаборатория дистанционных методов исследования Земли. Это современная площадка, объединяющая научные исследования в области геодезии, картографии, землеустройства и геоинформационных технологий.

Ее деятельность направлена на разработку и внедрение геоинформационного обеспечения геологоразведочных работ на основе данных ДЗЗ, создание цифровых моделей природных и техногенных месторождений редких металлов, а также обработку данных космической и беспилотной съемки.

Научную деятельность лаборатории ведут ведущие ученые университета: ассоциированный профессор, доктор PhD М. Е. Рахымбердина, профессор, кандидат технических наук Б. Апшикур, ассоциированный профессор, доктор PhD М. М. Тогузова, а также молодые исследователи: А. К. Капасов, Е. К. Бекишев, Ж. А. Асылханова и А. А. Кутубаева.

В лаборатории формируются тематические карты, создаются базы геологических данных, разрабатываются научно обоснованные методики интерпретации дистанционных наблюдений, осуществляется мониторинг природных процессов и состояния территорий.

Особое внимание уделяется созданию многоуровневой ГИС-базы редкометальных объектов, что имеет стратегическое значение в контексте развития минерально-сырьевого потенциала страны. Лаборатория носит междисциплинарный характер, объединяя специалистов в области геодезии, геологии, горного дела и аэрокосмических технологий. Это обеспечивает комплексность научных исследований и их высокую прикладную значимость.

С 2021 года в лаборатории реализован ряд значимых научных проектов.

Среди них:

– разработка научно-методологических подходов внедрения технологий дистанционного зондирования Земли для совершенствования управления сельским хозяйством;

– создание геоинформационных решений для «умного» агропромышленного комплекса;

– оценка состояния водной экосистемы бассейна реки Иртыш в условиях индустриального развития и глобальных изменений;

– исследование лавинной активности в Восточно-Казахстанской области;

– разработка технологий для устойчивого развития горно-металлургической отрасли региона.

Эти проекты демонстрируют широкую прикладную направленность ДЗЗ, охватывающую как экологическую, так и экономическую сферы.

«Сегодня наука уже не может существовать исключительно в рамках лабораторий и теоретических исследований. Главная задача наших проектов – создание практических решений, способных приносить реальную пользу экономике, экологии и обществу. Кроме того, они ориентированы на поддержку устойчивого развития горно-металлургической отрасли региона. Современные геоинформационные и дистанционные технологии помогают оптимизировать процессы недропользования, экологического мониторинга и промышленного планирования.

Мы убеждены, что интеграция науки, цифровых технологий и решение задач региона формирует основу для устойчивого развития и подготовки специалистов нового поколения», – отмечает руководитель научной команды Маржан Рахымбердина.

Сельское хозяйство региона активно вовлекается в использование данных дистанционного зондирования, где технологии позволяют переходить от обобщенных оценок к точечному анализу состояния посевов, выявлению зон водного и температурного стресса, а также прогнозированию урожайности. Таким образом,

ДЗЗ становится инструментом точного земледелия, особенно актуального для регионов с переменными климатическими условиями.

Отдельным стратегическим направлением является применение ДЗЗ в геологии и поиске полезных ископаемых. В современных условиях геологоразведка трансформируется в цифровую науку, основанную на обработке больших массивов данных и использовании алгоритмов машинного обучения. В Послании Президента Республики Казахстан 2023 года подчеркивается необходимость цифровизации геологических исследований и внедрения современных технологий для повышения эффективности недропользования. В этом контексте спутниковые данные становятся основой для выявления перспективных участков и оптимизации геологоразведочных работ.

Особое внимание уделяется редкоземельным металлам, которые сегодня рассматриваются как «нефть нового времени». Эти элементы являются фундаментом высокотехнологичных отраслей – энергетики, электроники, цифровой инфраструктуры и оборонной промышленности.

Например, на данный момент научный интерес представляют техногенные минеральные образования и хвостохранилища Восточного Казахстана, в которых по результатам лабораторных исследований обнаружено повышенное содержание элементарных и редких элементов. Полученные данные подтверждают возможность комплексного освоения техногенного минерального сырья и повторной обработки отходов горно-металлургического комплекса в переработке с использованием современных геохимических, геоинформационных и цифровых технологий.

При оценке техногенных минеральных образований (ТМО) и хвостохранилищ Восточного Казахстана комплексное использование методов дистанционного зондирования Земли и геоинформационных систем обеспечивает эффективное выявление локальных участков с аномальными геохимическими характеристиками и повышенной концентрацией ценных компонентов. Полученные результаты доказывают высокую перспективность синергетического применения данных ДЗЗ, ГИС-технологий и математического моделирования для инвентаризации, оперативной оценки и обоснования повторного вовлечения техногенного сырья в промышленную переработку.

Казахстан обладает значительным потенциалом в этой сфере, что делает развитие методов ДЗЗ и машинного обучения критически важным направлением научных исследований.

ВКТУ формирует здесь междисциплинарный подход, объединяющий геофизику, геохимию, ГИС-технологии и методы компьютерного анализа данных, что позволяет выявлять структурные и минералогические особенности недр и формировать прогнозные модели месторождений.

Значимую роль в развитии научной инфраструктуры университета играет Лаборатория физики горных пород и процессов, созданная в рамках мегагранта «Разработка и реализация конкурентоспособных научно-обоснованных технологий для обеспечения устойчивого развития горно-металлургической отрасли Восточно-Казахстанской области». Цель лаборатории – разработка и внедрение методов исследования физико-механических и деформационных свойств горных пород для повышения устойчивости и безопасности горнотехнических сооружений.

В лаборатории осуществляется:

– разработка методик пробоподготовки скальных грунтов;

– исследование прочностных, деформационных и упругих характеристик пород;

– моделирование напряженно-деформированного состояния массивов;

– изучение процессов разрушения и трещинообразования;

– внедрение автоматизированных систем испытаний.

Здесь используется современное оборудование для пробоподготовки, включая керновыбуривающий станок, отрезной и торцешлифовальный станки, обеспечивающие подготовку образцов для высокоточных испытаний.

Ключевым элементом лаборатории является автоматизированная сервогидравлическая система RTR-2500, позволяющая проводить испытания на одноосное и трехосное сжатие, гидроразрыв, а также моделировать геомеханические процессы при температурах до +150°C и нагрузках до 2500 кН.

В ходе исследований определяются прочностные, упругие и деформационные характеристики горных пород, формируя уникальную экспериментальную базу данных по геологическим объектам Восточного Казахстана.

Научные исследования в лаборатории проводятся междисциплинарной командой ученых: доктор технических наук, профессор Школы наук о Земле Т. М. Кумыкова; кандидат технических наук, ассоциированный профессор Г. Т. Нуршайыкова; доктор PhD А. Т. Акылбаева; магистр горного дела Т. М. Малгаждаров; научные сотрудники А. С. Уркунбай и Е. Д. Даулетханов. Под их руководством реализуются исследования по экспериментальному изучению свойств горных пород, моделированию сложного напряженно-деформированного состояния, анализу процессов разрушения и трещино­образования, цифровому моделированию геомеханических процессов и прогнозированию устойчивости горных выработок.

Результаты исследований включают создание базы экспериментальных данных пород Восточного Казахстана, разработку уточненных моделей поведения пород с учетом анизотропии и нелинейности, выявление закономерностей разрушения, формирование цифровых моделей горных массивов и разработку методов прогнозирования устойчивости. Важным направлением является автоматизация испытаний и создание цифровых паспортов горных пород, что повышает точность и воспроизводимость научных результатов.

Практическая значимость этих исследований заключается в возможности их применения при проектировании и эксплуатации горнодобывающих объектов. Разрабатываемые цифровые геомеханические модели позволяют прогнозировать поведение горных массивов при подземной разработке месторождений, своевременно выявлять потенциально опасные зоны деформации и снижать риски аварийных ситуаций. Полученные данные могут использоваться при выборе оптимальных параметров крепления выработок, планировании буровзрывных работ и повышении безопасности ведения горных работ в сложных геологических условиях. Кроме того, формируемые цифровые паспорта горных пород создают основу для внедрения интеллектуальных систем мониторинга и элементов «цифрового рудника» на предприятиях горно-металлургического комплекса.

Дополнительным элементом научной экосистемы университета является Центр превосходства «VERITAS» – современный научно-производственный комплекс, ориентированный на разработку и внедрение высокотехнологичных решений для горно-металлургической отрасли. Центр объединяет Междисциплинарную лабораторию дистанционных методов исследования Земли, Лабораторию физики горных пород и процессов и Лабораторию аналитических исследований, что обеспечивает комплексный подход к изучению минерального и техногенного сырья – от дистанционного зондирования и геофизического анализа до высокоточных лабораторных исследований и геомеханического моделирования.

В рамках деятельности VERITAS:

– проводится обработка космических снимков и данных дистанционного зондирования Земли;

– создаются цифровые модели месторождений редких и стратегически важных металлов;

– выполняются аэрофотосъемочные работы с применением беспилотных летательных аппаратов;

– формируются цифровые карты и специализированные базы данных, включающие геохимические, тектонические и структурные характеристики объектов;

– разработана научно обоснованная методика интерпретации данных ДЗЗ, продемонстрировавшая высокую эффективность при выявлении перспективных участков на территории Восточно-Казахстанской области.

Интеграция данных ДЗЗ и результатов геомеханических исследований позволяет перейти от разрозненных наблюдений к созданию комплексных цифровых моделей недр и территорий.

Особое место в структуре центра занимает Лаборатория аналитических исследований, оснащенная современным научным оборудованием для выполнения широкого спектра НИОКР и лабораторно-аналитических исследований. На ее базе проводятся исследования с применением современных методов аналитической диагностики, включая просвечивающую и растровую электронную микроскопию с микро- и наноанализом, рентгеноструктурный анализ, масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой, атомно-эмиссионную спектрометрию, а также рентгенофлуоресцентные, спектрофотометрические и колориметрические исследования.

Это формирует новую научную парадигму, основанную на системном понимании природных процессов, повышении точности прогнозирования и снижении рисков в промышленной и экологической сферах.

Также ученые VERITAS проводят физико-химические исследования и разработку технологии гидрометаллургического вскрытия бериллиевого и литиевого минерального сырья. Проведенные исследования направлены на повышение эффективности извлечения ценных компонентов из сложного минерального сырья и создание научно обоснованных технологических решений для переработки редких и стратегически важных металлов.

Высокий научный потенциал центра обеспечивается командой признанных исследователей и молодых специалистов, работающих на стыке фундаментальной науки и прикладных технологий. Руководителем центра является молодой ученый, PhD, ассоциированный профессор Е. А. Кожахметов.

Таким образом, Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева формирует уникальную научную экосистему, в которой дистанционное зондирование Земли становится ключевым элементом междисциплинарных исследований. Объединение лабораторий, научных школ и центра VERITAS обеспечивает интеграцию фундаментальной науки, цифровых технологий и инженерных решений, создавая основу для устойчивого развития региона и формирования научно-технологического потенциала будущего.

Маржан РАХЫМБЕРДИНА,

PhD, ассоциированный профессор, декан Школы наук о Земле,

Еркежан ТАБИЕВА,

PhD, ведущий научный сотрудник Центра физики,

Жанна АСЫЛХАНОВА,

старший преподаватель Школы наук о Земле,

ВКТУ им. Д. Серикбаева

---

АННОТАЦИЯ

Жерді қашықтықтан зондтау бақылау құралынан аумақтарды цифрлық талдаудың негізіне айналып, Шығыс Қазақстан үшін стратегиялық маңызға ие болуда. Д. Серікбаев атындағы ШҚТУ-дың зерттеу экожүйесі жерсеріктік мониторингті, ұшқышсыз ұшу аппараттары арқылы аэрофототүсірілімді және тау жыныстары физикасын терең зертханалық зерттеулерді біріктіреді. Пәнаралық тәсіл сирек металдар кен орындарының цифрлық модельдерін жасауға, су ресурстарының экологиялық жай-күйін бағалауға және дәл егіншілік технологияларын енгізуге мүмкіндік береді.