Soil Contamination Mapping with Hyperspectral Imagery: Pre-Dnieper Chemical Plant (Ukraine) Case Study

Abstract

Radioactive contamination of soils is an issue of severe importance for Ukraine remaining with a signiicant post-Soviet baggage of not setled problems regarding radioactive waste. Regular radioecological observations and up-to-date contamination mapping based on advanced geoinformation techniques give an ability to prepare for, respond to, and manage potential adverse efects from pollution with radionuclides and heavy metals. Hyperspectral satellite imagery provides potentially powerful tool for soil contamination detection and mapping. An intention to ind a relation between remotely sensed hyperspectral and ground-based measured soil contamination fractions in area of the uranium mill tailings deposits near Kamianske city was made. An advanced algorithm based on known TCMI (target-constrained minimal interference)-matched ilter with a nonnegative constraint was applied to determine the soil contamination fractions by hyperspectral imagery. The time series maps of spatial distribution of the soil contamination fractions within study area around the Sukhachevske tailings dump are presented. Time series analysis of the map resulted in two independent parameters: the average value for the entire observation period and the daily mean increment of the soil contamination fractions. Радіоактивне забруднення ґрунтів є актуальною проблемою для України, яка має значний пострадянський багаж невирішених проблем щодо радіоактивних відходів. Регулярні радіоекологічні спостереження та сучасне картування забруднення на основі передових геоінформаційних методів дають можливість підготуватися до потенційних несприятливих наслідків забруднення радіонуклідами та важкими металами, реагувати та управляти ними. Гіперспектральні супутникові зображення є потенційно потужним інструментом для виявлення та картографування забруднення ґрунту. Був намір встановити зв'язок між дистанційним гіперспектральним і наземним вимірюванням фракцій забруднення ґрунту в районі хвостосховища уранового комбінату поблизу м. Кам'янське. Для визначення фракцій забруднення ґрунту за допомогою гіперспектральних зображень було застосовано розширений алгоритм, заснований на відомому фільтрі з невід’ємним обмеженням, узгодженому з TCMI (мінімальна інтерференція з цільовим обмеженням). Наведено карти часових рядів просторового розподілу фракцій забруднення ґрунту в межах досліджуваної території навколо Сухачівського хвостосховища. Аналіз часових рядів карти дозволив отримати два незалежні параметри: середнє значення за весь період спостережень та середньодобовий приріст фракцій забруднення ґрунту.