Перспективные направления развития дистанционного зондирования земли из космоса

      Комментарии к записи Перспективные направления развития дистанционного зондирования земли из космоса отключены

Перспективные направления развития дистанционного зондирования земли из космоса

№2(3), 2009 г.

М. А. Болсуновский

В современном быстро изменяющемся мире мы становимся свидетелями постоянных революционных технологических трансформаций. В случае если XX век уже стал веком цифровых разработок, то XXI век возможно смело назвать веком космических цифровых разработок.

Большое место в космических разработках все больше занимает дистанционное зондирование Почвы (ДЗЗ) из космоса. Эти ДЗЗ стали ответственным источником для ответа практических задач национального, регионального и местного управления, мониторинга природных и техногенных объектов и явлений. Растет число потребителей.

Космические снимки широко применяются не только в научных и производственных целях, но и в повседневной судьбе людей.

Возможно выделить пара главных обстоятельств для того чтобы бурного роста интереса к ДЗЗ:

  • резкое повышение количества космических аппаратов (КА) ДЗЗ на орбите;
  • развитие национальных программ ДЗЗ, появление новых компаний поставщиков данных ДЗЗ;
  • развитие совокупностей получения, предоставления и обработки данных ДЗЗ потребителям;
  • улучшение главных черт аппаратуры ДЗЗ и качества приобретаемых данных (повышение пространственного разрешения, расширение динамического диапазона – повышение радиометрического разрешения, расширение возможностей по стереоскопической съемки, улучшение геометрических черт изображения, расширение мультиспектральных возможностей, увеличение точности пространственной привязки данных ДЗЗ без применения наземных опорных точек, повышение ширины полосы съемки, совершенствование возможностей съемки громадных площадей на одном маршруте и т. д.);
  • появление КА ДЗЗ очень высокого разрешения нового поколения;
  • появление радиолокационных КА ДЗЗ очень высокого разрешения с возможностью интерферометрической обработки;
  • совершенствование разработок обработки;
  • повышение скорости передачи данных;
  • сокращение времени поставки данных потребителю – развитие концепции «виртуальных станций»;
  • широкое применение сетевых возможностей и технологий интернета и т. д.

Особенный интерес воображают качественные трансформации в техническом оснащении отрасли ДЗЗ, каковые случились за последние 2-3 года. На орбите показались спутники с оптико электронными совокупностями очень высокого разрешения нового поколения (WorldView 1 и GeoEye 1), неповторимые многофункциональные космические аппараты (ALOS), группировки спутников малого класса мониторингового назначения (RapidEye). Очень направляться отметить рост группировок спутников с радиолокаторами большого и очень высокого разрешения (TerraSAR X, COSMO SkyMed, RADARSAT 2).

КА ДЗЗ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ С ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫМИ СОВОКУПНОСТЯМИ Очень высокого РАЗРЕШЕНИЯ: WORLDVIEW 1, GEOEYE 1 И ПЕРСПЕКТИВНЫЙ WORLDVIEW 2

Главными отличительными изюминками оптико электронных совокупностей нового поколения есть их беспрецедентная производительность, в том числе и в режиме стереосъемки, и возможность получения данных с пространственным разрешением не хуже 50 см и с точностью (среднеквадратическим отклонением – СКО) ортотрансформирования не хуже 5 м без применения наземных опорных точек. К таким аппаратам относятся спутники WorldView 1, WorldView 2 и GeoEye 1.

Космический аппарат WorldView 1 [1] был запущен 18 сентября 2007 г. с авиабазы Ванденберг (США). Обладателем спутника есть компания DigitalGlobe (США). В проекте создания спутника участвовали такие компании как Bаll Aerospace (платформа, интеграция), Eastman Kodak (оптическая камера), ITT (интеграция), BAE Systems (совокупность обработки).

Спутник был выведен на околоземную солнечно синхронную орбиту высотой 496 км, снабжающую ежедневную съемку поверхности Почвы в 750 тыс. кв. км, со средним периодом пролета над одной и той же территорией в 1,7 дней. WorldView 1 может делать съемку лишь в панхроматическом режиме с пространственным разрешением до 0,5 м. СКО пространственной привязки приобретаемых данных без применения наземных опорных точек – не хуже 5 м. По сравнению со своим предшественником – КА QuickBird [1] – на спутнике применены принципиально новые технологические ответы для обеспечения высокой производительности съемки, точности и качества координатной привязки изображений (рис.

1). Спутник WorldView 1 может снимать по разным схемам: кадровая съемка, маршрутная съемка (на протяжении береговых линий, дорог и других линейных объектов), площадная съемка (территории размером 60х60 км), и стереосъемка. Расчетный срок нахождения на орбите образовывает не меньше 7 лет.

Рис. 1 Сравнение изображений с разных КА: а) мультиспектральное изображение с КА QuickВird (пространственное разрешение 61 см); б) панхроматическое изображение с КА WorldView 1 (пространственное разрешение 50 см)

Космический аппарат WorldView 2 (рис. 2) компании DigitalGlobe (США) планируется запустить в 2009 г. Он разрешит приобретать цифровые изображения земной поверхности с пространственным разрешением 46 см в панхроматическом режиме и 1,8 м в мультиспектральном режиме при съемке в надир. Если сравнивать с КА QuickBird и WorldView 1 кардинально улучшены возможности по получению мультиспектральных изображений за счет повышения количества спектральных каналов до восьми.

Пространственная точность приобретаемых данных без применения наземных опорных точек будет не хуже 5 м (СКО). Расчетный срок нахождения на орбите – не меньше 7 лет.

Рис. 2. Космический аппарат WorldView 2

Космический аппарат GeoEye 1 [1] был запущен 6 сентября 2008 г. Обладателем спутника есть компания GeoEye (США). Он был выведен на полярную солнечно синхронную орбиту высотой 68 км, снабжающую его прохождение над любым районом Почвы каждые 1-3 дня (в зависимости от широты). Спутник рекомендован для получения цифровых изображений земной поверхности с пространственным разрешением 41 см в панхроматическом режиме и 1,65 м в мультиспектральном режиме при съемке в надир.

КА GeoEye 1 владеет высокой маневренностью, что разрешает приобретать громадный количество данных за один виток. Отличительной изюминкой аппарата есть возможность получения точных изображений с СКО равной 2 м без применения наземных опорных точек. Расчетный срок нахождения на орбите образовывает не меньше 7 лет.

Нужно подчернуть, что все оптико электронные совокупности очень высокого разрешения, не обращая внимания на борьбу между собой, занимают любой собственную нишу. У WorldView 1 ставка сделана на достижение возможности выполнения и наивысшей производительности съемки громадных территорий, в том числе и в режиме стереосъемки. Эти, приобретаемые с КА GeoEye 1, владеют высокой пространственной точностью без привязки к наземным опорным точкам, не смотря на то, что по производительности он уступает WorldView 1 и WorldView 2. Со своей стороны, КА WorldView 2 будет самоё высокопроизводительным по получению данных ДЗЗ и с возможностью съемки много спектральных каналов, что существенно расширяет возможность применения данных для ответа разных задач.

НОВЫЕ КА ДЗЗ Большого РАЗРЕШЕНИЯЯALOS И RAPIDEYE

Неповторимыми возможностями, разрешающими применять эти съемки для целей картографирования, мониторинга природных ресурсов, и научных изучений, владеют эти со спутника ALOS. Космический аппарат ALOS (Advanced Land Observation Satellite) [1, 2] был запущен 24 января 2006 г. со стартовой площадки Танегашима (Япония) и выведен на солнечно синхронную орбиту высотой 691,65 км.

Обладателем спутника есть Японское космическое агентство (JAXA). В составе его оборудования – радиолокатор L диапазона (PALSAR), предназначенный для круглосуточного и всепогодного наблюдения Почвы и формирующий изображения с разрешением 10 100 м; картографическая стереокамера (PRISM), разрешающая приобретать моно и стереоснимки с разрешением до 2,5 м, и мультиспектральная камера (AVNIR 2) для получения цветных снимков с разрешением 10 м.

Хорошие возможности для мониторинга природных ресурсов у группировки из пяти мини спутников RapidEye [1], каковые были запущены 29 августа 2008 г. Обладателем спутников есть компания RapidEye AG (Германия). Любой из спутников, созданных компанией SSTL (Англия) и MDA (Канада), оснащен мультиспектральной оптико электронной камерой Jena Optronik для съемки с пространственным разрешением 6,5 м (по окончании обработки – 5 м). Спутники были выведены на околоземную солнечно синхронную орбиту высотой 630 км.

Группировка RapidEye способна снабжать ежедневное съемку площади земной поверхности в 4 млн кв. км. Периодичность съемки одного и того же района Почвы – 24 ч. Съемка земной поверхности ведется в пяти каналах. Неповторимым для спутников большого разрешения есть канал «длинноволновый красный», что оптимально подходит для измерения и наблюдения состояния растительного покрова. Расчетный срок нахождения спутников на орбите образовывает 7 лет.

Маневренность аппаратов, громадные площади съемки, возможность ежедневного мониторинга делают применение данных, взятых со спутников RapidEye, в особенности перспективными в сельском, других отраслях и лесном хозяйстве.

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ С РАДИОЛОКАЦИОННЫМИ КОМПЛЕКСАМИ ДЗЗ Очень высокого РАЗРЕШЕНИЯЯ

Главными отличительными изюминками радиолокационных данных очень высокого разрешения с КА нового поколения являются их пространственное разрешение до 1 м, возможность съемки с разной поляризацией и последующей интерферометрической обработки для получения точных цифровых выявления подвижек и моделей рельефа земной поверхности. К таким аппаратам относятся спутники TerraSAR X, COSMO SkyMed, RADARSAT 2.

Спутник TerraSAR X [2], созданный Германским космическим центром (DLR) и компанией EADS Astrium GmbH, был запушен 15 июня 2007 г. со стартовой площадки Байконур и выведен на солнечно синхронную полярную орбиту высотой 514 км и наклонением 97,44°. Расчетный срок нахождения на орбите КА TerraSAR X образовывает около 5 лет. Оснащение спутника новым радиолокатором с синтезированной апертурой разрешает делать интерферометрическую съемку земной поверхности с беспрецедентным пространственным разрешением 1 м. Радар делает съемку земной поверхности в X диапазоне длин волн (3,1 см) с изменяемой поляризацией излучения (HH, VH, HV, VV) в диапазоне съемочных углов от 20° до 55°.

Серию космических аппаратов двойного назначения COSMO SkyMed 1 4 (Constellation of Small Satellites for Mediterranean basin Observation – Созвездие малых спутников для наблюдения за Средиземноморским бассейном) [2], разрабатываемых Итальянским космическим агентством (ASI) совместно с Минобороны Италии, планируется всецело развернуть в 2009 г. Первые три спутника были запущены с авиабазы Вандерберг (США) соответственно 8 июня 2007 г., 9 декабря 2007 г., 24 октября 2008 г. и выведены на околоземную орбиту с высотой 619,6 км и наклонением 97,86°. Все спутники группировки оснащены радиолокаторами с синтезированной апертурой, разрешающими делать интерферометрическую съемку земной поверхности с беспрецедентным пространственным разрешением (лучше 1 м на местности).

Радиолокатор каждого спутника будет снимать земную поверхность в X диапазоне длин волн (3,1 см) с изменяемой поляризацией излучения (HH, VH, HV, VV) в диапазоне съемочных углов от 20° до 50°. Расчетный срок нахождения на орбите каждого КА COSMO SkyMed 1 4 образовывает около 5 лет. Оператором спутников есть компания Telespazio (Италия).

Космический аппарат нового поколения RADARSAT 2 [2], созданный Канадским космическим агентством CSA (Canadian Space Agency) и компанией MDA (MacDonald, Dettwiler and Associates ЛТД.), запущен 14 декабря 2007 г. со стартовой площадки Байконур на солнечно синхронную орбиту с высотой 798 км и наклонением 98,6°, с периодом обращения 100,7 мин.. Спутник оснащен радиолокатором бокового обзора с синтезированной апертурой, владеющим, как и радар спутника RADARSAT 1, неповторимыми возможностями трансформации ширины полосы съемки и пространственным разрешением до 1 м. Съемка земной поверхности проводится в С диапазоне длин волн (5,6 см) с изменяемой поляризацией излучения (HH, VH, HV, VV) в диапазоне съемочных углов от 10° до 60°. Расчетный срок нахождения на орбите – не меньше 7 лет.

Так, возможно констатировать, что сейчас четко обозначились главные тенденции в развитии разработок ДЗЗ из космоса: повышение пространственного разрешения приобретаемых производительности и изображений съемки с космических аппаратов, создание спутников либо группировок для ответа специальных задач (картографирования, мониторинга и т. д.), более активное применение радиолокационных съемок. Все это ярким образом отражается на объёме и структуре рынка данных ДЗЗ – улучшается уровень качества воображаемой потребителям продукции, и одновременно с этим за счет повышения на орбите количества спутников и конкуренции существенно уменьшается цена данных, всегда расширяются архивы снимков, а также на территорию России и бывших советских республик.

Напоследок направляться подчернуть, что предстоящий прогресс в сфере ДЗЗ будет в значительной мере связан с развитием доведения и технологий обработки до потребителя в нужном ему виде все возрастающих количеств данных, и с построением комплексных совокупностей своевременного мониторинга.

Перечень литературы:

  1. Космические аппараты с оптико электронными совокупностями ДЗЗ // Геоматика. – 2009. – № 1. – С. 84 92.
  2. Космические аппараты с радиолокационными совокупностями ДЗЗ // Геоматика. – 2008. – № 1. – С. 63 69.

Дистанционное зондирование Земли из космоса


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: