Современные подходы к организации оперативного космического мониторинга

      Комментарии к записи Современные подходы к организации оперативного космического мониторинга отключены

Современные подходы к организации оперативного космического мониторинга

№3(8)-2010 г.

М. А. Болсуновский

Определение подходов к организации совокупности космического мониторинга как составной части помощи принятия управленческих ответов требует четкого определения, что же такое в этом смысле космический мониторинг и мониторинг.

Мониторинг — это составная часть управления, которая содержится в анализе деятельности и непрерывном наблюдении экономических объектов с отслеживанием динамики трансформаций.

Космический мониторинг содержится в постоянном многократном получении информации о качественных и количественных чертях природных и антропогенных объектов и процессов с правильной географической привязкой за счет обработки данных, приобретаемых со спутников дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ). Космический мониторинг разрешает приобретать однородную и аналогичную по качеству данные единовременно для большую территорию, что фактически недостижимо при любых наземных обследованиях.

Исходя из этого определения, возможно выделить последовательность принципиальных требований к космическому мониторингу:

  • возможность наблюдения за протяжёнными объектами и большими площадями;
  • высокое пространственное разрешение (до 50 см) и точность, в т. ч. без наземных точек привязки;
  • высокая периодичность съемки, оперативность получения исходных и обработанных данных ДЗЗ;
  • возможность построения цифровых моделей рельефа (ЦМР) и местности (ЦММ) по стереосъемке с космических аппаратов (КА) ДЗЗ;
  • возможность исполнения съемки много спектральных каналов;
  • возможность применения материалов космического мониторинга напрямую во всех стандартных ГИС.

Имеется различные варианты получения данных ДЗЗ при осуществлении космического мониторинга. Среди них громаднейшее распространение взяли два подхода (назовем их условно первый и второй):

  • первый — заказ через дистрибьютора нужных данных ДЗЗ у оператора КА;
  • второй — установка собственной станции приема, приём и получение лицензии данных ДЗЗ конкретно с КА.

Разглядим, в чем преимущества и недочёты каждого подхода, и постараемся развеять бытующие заблуждения о том, что второй подход действеннее и перспективнее первого.

ПЕРВЫЙ ПОДХОД К ПОЛУЧЕНИЮ ДАННЫХ ДЗЗ

Заказ нужных данных ДЗЗ через дистрибьютора (рис. 1) — самый распространенный метод получения нужной информацим для космического мониторинга. У этого подхода имеется множество плюсов, но имеется и последовательность недочётов.

Рис. 1. Классический подход к получению данных через дистрибьютора

Преимущества:

  • получения и возможность заказа данных с любых КА ДЗЗ, в т. ч. со спутников очень высокого разрешения нового поколения, таких, как WorldView-1 (разрешение в панхроматическом режиме — 0,5 м), WorldView-2 (0,46 м), GeoEye-1 (0,41 м), и со спутников мониторингового назначения RapidEye;
  • доступ к огромному количеству архивных данных ДЗЗ наибольших операторов; так, к примеру, архив компании DigitalGlobe (оператор спутников WorldView-1,2, QuickBird) на данный момент включает космические снимки с неспециализированной площадью покрытия более 1 млрд кв. км;
  • высокие скорости поставки данных ДЗЗ, к примеру, поставка данных с группировки спутников DigitalGlobe (WorldView-1,2, QuickBird) осуществляется в течение 2 часов по окончании исполнения съемки;
  • возможность заказа съемки в разных видах (съемка под различными углами отклонения от надира, съемка в стереорежиме, мультиспектральная съемка и т. д.);
  • получение данных требуемого уровня обработки и в нужных форматах;
  • возможность заказа съемки определенных площадей и на конкретные даты;
  • получение данных в виде, готовом для применения в стандартном программном обеспечении;
  • получение геопривязанных снимков, причем точность геопозиционирования разрешённых позволяет обрабатывать их «на лету» без применения наземных опорных точек, что значительно снижает денежные и временные затраты;
  • возможность мониторинга громадных площадей, в т. ч. протяженных объектов, за счет высокой периодичности съемки, оперативности получения исходных и обработанных данных ДЗЗ; так, к примеру, группировка спутников RapidEye способна проводить повторную съемку одних и тех же районов каждый день;
  • возможность исполнения съемки много спектральных каналов; так, к примеру, мультиспектральный сенсор КА RapidEye ведет съемку в 5 каналах, а КА WorldView-2 — в 8 каналах;
  • возможность прямой загрузки данных ДЗЗ конкретно во все самый распространенные ГИС-приложения (такие, как ArcGIS, MapInfo и др.);
  • последовательность операторов предлагают для этого сервисы прямого доступа к данным ДЗЗ (к примеру, сервис ImageConnect от компании DigitalGlobe).

Недочёты:

  • скорость поставки радарных данных ниже, а цена при заказе громадных массивов радарных данных либо регулярного мониторинга громадных территорий выше, чем при приеме данных на собственную станцию приема;
  • экономически не нужно заказывать эти низкого разрешения и метеоданные;
  • требуется совершенствование нормативно-правовой базы и ответ последовательности организационных задач для развития совокупности дистрибуции данных ДЗЗ с российских КА.

ВТОРОЙ ПОДХОД К ПОЛУЧЕНИЮ ДАННЫХ ДЗЗ

Установка собственных станций приема и получение данных конкретно с космических аппаратов (рис. 2) на первый взгляд кажутся самые эффективными, но анализ недостатков и преимуществ (которых оказывается намного больше) говорит об обратном.

Рис. 2. Классический подход к получению данных при помощи станции приема

Преимущества:

  • экономическая целесообразность применения станций приема для данных с радарных КА (к примеру, RADARSAT-1,2, ERS, Envisat и др.) при ответе мониторинговых задач, в этом случае обеспечивается настоящая оперативность;
  • эффективность применения персональных станций для приема данных с метеорологических КА (облачность, являющаяся значительной помехой на снимках большого разрешения, в этом случае сама есть объектом изучения);
  • эффективность приема данных ДЗЗ с российских КА, в т. ч. «Ресурс-ДК1», и перспективных «Канопус-В» и «Ресурс-П» (при условии передачи оператором пользователю части функций планирования новой съемки).

Недочёты:

  • возможность приема данных лишь с некоторых спутников (по большей части низкого разрешения и среднего) и соответственно, невозможность приема данных с самых современных КА ДЗЗ (WorldView-1,2, GeoEye-1, RapidEye, ALOS, TerraSAR-X, TanDEM-X и др.), причем операторы этих спутников не предусматривают таковой возможности и в будущем;
  • громадные денежные вложения на приобретение, развёртывание и установку станций приема, а в будущем и на ее обслуживание; наряду с этим уровень качества приобретаемых данных не формирует предпосылок для окупаемости положенных средств;
  • необходимость затрат на обучение персонала по обслуживанию станций приема, приобретение особого ПО; громадные ежегодные лицензионные отчисления операторам;
  • прием данных в виде битовой последовательности с последующим преобразованием к нестандартным форматам (за редким исключением) представления данных: это приводит к громадным затратам времени на прием данных и на их предстоящую первичную обработку, что, со своей стороны, нивелирует преимущество своевременного получения данных на собственную станцию;
  • отсутствие возможности принимать эти за пределами территорий радиовидимости станций;
  • отсутствие возможности планирования новой съемки (вопреки общепринятому заблуждению о наличии таковой возможности у собственников станций приема): спутники принадлежат зарубежным компаниям-операторам, каковые ни при каких обстоятельствах не передают права на управление и планирование собственными КА и учитывают пожелания клиента лишь в том случае, если они не мешают исполнению их собственных задач;
  • возможность приема данных лишь по стандартным сценам съемки, что очень некомфортно: требуется время и особое ПО для их сшивки, помимо этого, сцены довольно часто покрывают излишние для клиента территории, за каковые однако нужно платить, поскольку на передачу этих лишних данных кроме этого требуется время;
  • неэффективное расходование средств на прием всего массива данных, среди которых смогут быть некачественные снимки (к примеру, с громадным процентом облачности), что требует последующей трудоемкой обработки.

Как было отмечено выше, станции приема разрешают принимать эти ДЗЗ лишь с некоторых спутников (по большей части низкого разрешения и среднего), исходя из этого их использование действенно для организаций (компаний), решающих, к примеру, мониторинговые задачи с применением радарных данных либо трудящихся с метеоданными ДЗЗ. Для пользователей, которым космические снимки необходимы в качестве средства для ответа практических задач, таких, к примеру, как экологический и сельскохозяйственный мониторинг, широкомасштабное картографирование и многие другие, личные станции приема вряд ли смогут быть нужны, а затраты на их приобретение представляются чрезмерными.

При продвижении на рынок станций приема кое-какие поставщики пробуют привлечь потенциальных клиентов такими их преимуществами, как:

  • независимость при планировании новой съемки;
  • оперативность получения данных;
  • возможность сократить затраты.

Но, как было продемонстрировано выше, эти преимущества являются мнимыми. Не обращая внимания на это, заблуждения относительно эффективности и перспективности применения станций приема стали причиной тому, что Российская Федерация по их количеству обогнала всю землю. Всего в Российской Федерации развернуто (но это не означает, что все они трудятся!) около 100 станций приема.

Всего же у нас до 350 персональных станций приема (либо 1/3 от их количества в мире).

Длящееся наращивание в стране станций приема показывает, что настойчиво игнорируются (либо в лучшем случае не замечаются) нынешние мировые тенденции в развитии разработок доступа к данным ДЗЗ. Увидим, что тем самым Российская Федерация закрепляет собственный отставание в области ДЗЗ.

В мире персональные станции были актуальны 10–12 лет назад, в то время, когда не было нынешних разработок скоростной передачи данных, бортовые запоминающие устройства (ЗУ) имели ограниченный количество, что предполагало регулярный сброс накопленных данных на наземный сегмент чтобы не было переполнения ЗУ и утраты части данных.

На данный момент ведущие мировые операторы трудятся по совсем вторым схемам: эти с современных КА сбрасываются на одну-две станции оператора, и доводятся до потребителя при помощи скоростных каналов связи с применением сетевых разработок. на данный момент на персональные станции возможно принимать, в большинстве случаев, эти с морально (да и физически) устаревших КА. Эти с самых современных КА ДЗЗ (WorldView-1,2, GeoEye-1, RapidEye, ALOS, TerraSAR-X и др.) на персональные станции приема не передаются.

Во всем мире агентства и государственные организации (а они, в большинстве случаев, и являются главными пользователями станций приема) отказываются от применения персональных станций приема и переходят к заказу съемок операторам КА ДЗЗ и получению данных конкретно от них (либо через дистрибьюторов).

Наглядный пример. Пара лет назад в Китае была развернута сеть из трех станций SPOT. Цель — получение полного покрытия страны данными ДЗЗ со спутника SPOT-5. Три года подряд попытки выполнить эту задачу заканчивались неудачей.

Это не должно удивлять: спутник SPOT-5 всего один, и повышение количества станций на его производительность никак не воздействует. В 2009 г. Китай отказался от независимого приема данных конкретно с КА и заказал съемку с группировки из пяти спутников новейшего поколения RapidEye. Итог — полное покрытие территории страны менее чем за пять месяцев.

Наряду с этим взяты эти высочайшей точности, в пяти спектральных каналах и, что не менее важно, готовые к применению.

Бурное революционное развитие отрасли ДЗЗ стало причиной тому, что оба классических подхода уже не смогут обеспечить современный уровень задач космического мониторинга. Днем ранее мы имели:

  • мало спутников и соответственно мало данных;
  • низкую точность данных, для ее увеличения требовались наземные высокоточные модели и точки привязки рельефа;
  • маленькое количество спектральных каналов: в лучшем случае четыре, а чаще лишь один, панхроматический;
  • малые площади, охваченные съемками очень высокого разрешения;
  • низкую периодичность съемки — 3–4 дня, не сильный оперативность получения данных — до 1–2 недель, низкую скорость обработки информации.

Сейчас же у нас:

  • на орбите большое количество спутников, и как следствие — большие массивы данных;
  • высокая точность данных без наземных точек привязки;
  • съемка в 5–8 спектральных каналах;
  • громадные площади съемки очень высокого разрешения;
  • высокая периодичность съемки — до 1 дней, беспрецедентная оперативность получения данных — до 2 часов, высокая скорость обработки данных.

Все это требует пересмотра классических подходов к космическому мониторингу. Новый подход, предлагаемый компанией «Совзонд», предполагает активное применение виртуальных инструментов получения данных. В этом случае классические дистрибьюторы (поставщики данных ДЗЗ) уступают место системным интеграторам (рис.

3).

Рис. 3. Новый подход: виртуальный прием данных

При применении нового подхода клиенту обеспечивается возможность доступа к данным ДЗЗ при помощи геопорталов и геосерверов (рис. 4, 5).

Рис. 4. ГЕОСЕРВЕР компании «Совзонд»: анализ наличия архивной съемки за различные даты

Рис. 5. ГЕОСЕРВЕР компании «Совзонд»: своевременная съемка на заказ

Напоследок отметим главные предпосылки, дающие преимущество виртуальному приему:

  • появление широкополосных каналов передачи данных (повышение скоростей, количеств, устойчивости, качества передачи данных, понижение цены);
  • появление КА новейшего поколения:
  • очень высокого разрешения (WorldView-2); ?
  • большого разрешения картографического назначения ( ALOS); ?
  • большого разрешения природоресурсного мониторингового назначения (RapidEye);
  • радарных очень высокого разрешения (TerraSAR-X, TanDEM-X, RADARSAT-2);
  • развертывание на орбите отечественной навигационной совокупности ГЛОНАСС;
  • появление разработок высокопроизводительной потоковой обработки данных ДЗЗ, в т. ч. солидного числа спектральных стереосъёмки и каналов кроме того без наземных опорных точек;
  • появление новейших совокупностей визуализации геопространственной информации и помощи принятия ответов.

    • Новый подход к получению данных ДЗЗ (виртуальный прием, минуя дистрибьютора) делает космический мониторинг особенно перспективным в качестве информационно-аналитической базы ситуационных центров разного уровня. Космический мониторинг обеспечит наблюдение за теми либо иными видами природных ресурсов, промышленными, транспортными объектами. Виртуальный прием — основная гарантия своевременного получения пространственной информации в обстановках, требующих принятия срочных ответов: экологические неприятности, чрезвычайные обстановки.

    МАКС-2011 — НПП ВНИИЭМ: Космос-122,Метеоры,Ресурс-О1,Электро


    Интересные записи на сайте:

    Подобранные по важим запросам, статьи по теме: