Головна

Дистанційне зондування Землі в системі оцінки якості навколишнього середовища

Доступ до даних дистанційного зондування регулюється політикою «відкритого неба» {Open Sky Policy), відповідно до якої кожному споживачеві гарантується вільний доступ до всіх наявних даних на недискримінаційній основі. Основним міжнародним консультативним органом, створеним в 1984 р для обміну інформацією, координації та обговорення політики в області ДДЗ, служить Комітет по супутниках дистанційного зондування Землі CEOS (Committee on Earth Observation Satellites). під заступництвом CEOS були засновані різні технічні робочі групи, в тому числі за даними ДДЗ (WGD - Working Group on Data) і мереж передачі ДДЗ (WGN - Working Group on Networks).

Системи отримання і поширення даних оперативного моніторингу тримаються на «чотирьох китах»:

1) носіях знімальної апаратури;

2 власне апаратурі дистанційного зондування;

3) бортових засобах передачі даних на Землю по радіоканалу;

4) наземних комплексах прийому цієї інформації, її обробки
 і надання споживачам.

Для отримання ДДЗ можуть використовуватися різні космічні апарати - ракети, пілотовані космічні кораблі й орбітальні станції, автоматичні штучні супутники Землі та інші космічні апарати. Зазвичай використовуються два основні типи супутників - геостаціонарні і полярно-орбітальні. Якщо перші постійно забезпечують огляд однієї і тієї ж частини планети, зберігаючи незмінне положення щодо певної точки на екваторі, то другі, перебуваючи на орбіті, площина якої приблизно перпендикулярна площині обертання Землі, через певний період часу, тривалість якого залежить від ширини смуги огляду штучного супутника землі (ШСЗ), виявляються над заданим районом спостереження. Відповідно, зона огляду з супутника на геостаціонарній орбіті обмежується широтним районом 50 ° пн.ш. - 50 ° пд.ш. .; полярно-орбітальна ж система спостереження стикається з іншою трудністю: супутник може виявитися над одним і тим же районом зйомки в різні періоди «місцевого», або сонячного, часу. При цьому зіставлення даних, отриманих при різних умовах сонячного освітлення, виявляється досить складним, тому такі супутники виводять, як правило, на так звані сонячно-синхронні орбіти.

Залежно від орбіти руху космічного апарату (КА) на якість космічних знімків впливають кілька параметрів:

- Форма орбіти (в залежності від швидкості руху космічного апарату вона може бути кругової, еліптичної, параболічної або гіперболічної);

- Спосіб (в залежності від кута між площиною орбіти і площиною екватора орбіти можуть бути екваторіальні,
 полярні і похилі);

- Висота (орбіти різної висоти забезпечують рішення раз
 особистих знімальних завдань);

- Період обертання навколо Землі.

На якість космічних знімків сильно впливає також атмосфера. Її вплив викликає ускладнення різного характеру:

екрануючої вплив хмарності (В кожен момент часу вона закриває більше 50% поверхні земної кулі; деякі райони залишаються закритими хмарністю більшу частину часу року);

поглинання сонячних променів певних довжин хвиль атмосферою (Зйомку виконують, використовуючи тільки ті ділянки спектру, де електромагнітне випромінювання не поглинається, тобто в вікнах прозорості атмосфери (див. Рис. 4.6). Велике вікно прозорості (0,4-1,3 мкм) припадає на видимий і ближній інфрачервоний діапазон; в тепловому інфрачервоному діапазоні 3 вужчих вікна, і тут можливе використання обмеженого набору довжин хвиль. Найбільша прозорість атмосфери спостерігається в радіодіапазоні:

розсіювання променів;

вплив атмосферної димки і ін. [42].

Розглянемо деякі сучасні супутники, що дають інформаційну базу для моніторингу стану навколишнього середовища.

18 грудня 1999 року був виведений на орбіту супутник EOS AM-1 який носить назву Terra. Це перший супутник програми EOS (Earth Observing System - «Глобальний моніторинг поверхні Землі») в рамках програми «Ініціатива вивчення планети Земля» (Earth Science Enterprise), проведеної НАСА (NASA - Державна організація США, що займається дослідженням космосу).

Роботи за програмою дистанційного зондування Землі з космосу EOS були схвалені американським Конгресом в кінці 1980-х рр. в зв'язку з посиленням стурбованістю соціальними і економічними наслідками глобальних змін, що відбуваються в навколишньому природному середовищу в результаті впливу природних і антропогенних процесів.

На КА встановлена ??апаратура, яка протягом 6 років буде забезпечувати збір інформації про хмарному покриві, аерозолях, радіаційному балансі Землі, властивості підстильної поверхні і її енергетичну взаємодію з атмосферою. При цьому в ході програми будуть фіксуватися відбуваються глобальні зміни, виявлятися ключові процеси, що регулюють стан навколишнього природного середовища, а також удосконалюватися моделі, що дозволяють вивчати і прогнозувати ці зміни. Очікується, що отримані результати досліджень будуть науковою основою для прийняття державних рішень з питань, що зачіпають стан навколишнього середовища в глобальному масштабі [14].

на супутнику Terra встановлені 2 прилади, що представляють особливий інтерес для моніторингу навколишнього середовища.

радіометр ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) - спільна розробка НАСА і японського Міністерства торгівлі і промисловості. Радіометр складається з 3 окремих телескопічних систем і дозволяє проводити зйомку земної поверхні в 14 спектральних діапазонах - від видимого до далекого інфрачервоного - з дозволом від 15 до 90 м (див. Табл. 4.3).

 Специфікація радіометра ASTERНаіменованіе Спектральні Просторове Спектральні сканера канали дозвіл, м діапазони, мкмVNIR 1-3 15 0,52-0,86 SWIR 4-9 30 1,60-2,43 TIR 10-14 90 8,125-11,65

За допомогою ASTER передбачається також отримання високоінформативних стереоскопічних (за рахунок зміни напрямку зйомки) зображень земної поверхні [18].

на супутнику Terra встановлено також спектрорадіометр MODIS (the Moderate Resolution Imaging Spectrometer), забезпечує зйомку Землі в 36 спектральних каналах з просторовим дозволом 250 м (2 канали), 500 м (5 каналів) і 1000 м (29 каналів). Характеристики спектрорадіометра наведені в табл. 4.4.

Таблиця 4.4 Характеристики спектрорадіометра MODIS

 Спектральні спектральні Просторове Ширина смуги канали діапазони, мкм дозвіл, м огляду, км1-2 0,62-0,88 250 3-7 0,46-2,16 500 8-19 0,41-0,97 1000 20-25 3,66-4,55 1000 26 1,36-1,39 1000 27-36 6,54-14,39 1000

інформація MODIS передається на розподілені наземні станції безперервно і безкоштовно - для оперативного отримання даних потрібно лише приймальна станція. Приклади зображень представлені на рис. 4.7 і 4.8.

У Росії доступ до цих даних в Інтернет в режимі онлайн надає ІТЦ «Сканекс». Онлайновий доступ до даних MODIS реалізує наступні можливості:

- Планування сеансів прийому на найближчі дні;

- Індикацію статусу процесів обробки даних (тимчасове
 дозвіл ~ 1 хв);

- Готовність даних ~ 30 хв після прийому;

перегляд зменшених копій зображень (quick-look) з накладенням географічної карти;

Мал. 4.7. Каспійське море.

Мозаїка знімків, виконаних спектрорадіо-метром MODIS з супутника Terraвибір фрагментів даних для отримання в режимі онлайн; можливість надання даних в масштабі 1: 1.

Практичне використання американської системи вивчення природних ресурсів Землі Landsat розпочато в 1972 р з запуску космічного апарату Landsat-1.

15 квітня 1999 був успішно виведений на орбіту черговий супутник цієї серії Landsat-7 - Спільний проект Геологічної служби США (USGS), NASA і NOAA.

Інформація, що надходить із супутників системи Landsat, широко використовується при вирішенні безлічі проблем економічного, наукового, політичного і військового характеру. Зокрема, дані дистанційного зондування широко застосовуються в наступних областях: географії, океанографії, гідрології, геології, вивченні природних ресурсів окремих регіонів, країн і Землі в цілому, картировании земної поверхні, контролі навколишнього середовища [14].

Мал. 4.8. приклади даних MODIS в зимово-весняний період навігації 2001 року для моніторингу льодової обстановки Фінської затоки (А) і Печорського моря (б)


Мал. 4.9. Передмістя Москви (квадратом відзначений аеропорт Шереметьєво). Знімок зроблений з супутника Landsat- 7 радіометром ЕТМ + 6 жовтня 1999 р Дозвіл 30 м.

Основні завдання КА Landsat- 7:

- Забезпечення безперервності потоку інформації ДЗЗ шляхом
 отримання даних, сумісних з раніше отриманими в рамках
 усієї програми Landsat в частині геометрії спостереження, просторового дозволу, калібрування, географічного охоплення і
 спектральних характеристик;

- Нарощування обсягу і періодичне оновлення змісту глобального архіву вільних від хмарності зображень
 освітленій земної поверхні;

- Продовження надання даних стандартного формату
 американським і іноземним користувачам і розширення
 використання таких даних для глобальних вимірів і комерційних цілей.

Основний апаратурою ДЗЗ КА Landsat- 7 є вдосконалений (в порівнянні з його аналогами на раніше запущених КА серії Landsat) багатоспектральну оптико-механічний скануючий радіометр ЕТМ + (Enhanced Thematic Mapper Plus). радіометр ETM + розрахований на отримання зображень поверхні Землі в восьми ділянках видимого і інфрачервоного діапазонів спектру (від 0,45 до 12,5 мкм, в тому числі в панхроматичному діапазоні - від 0,52 до 0,9 мкм). При номінальній висоті польоту 705 км радіометром ЕТМ + забезпечується огляд смуги земної поверхні шириною 183 км. Розмір елементаразрешенія становить 15 м в панхроматичному режимі (тобто в 2 рази підвищена детальність одержуваних зображень в порівнянні з можливостями попередніх КА серії Landsat), 30 м - у видимому і ближньому інфрачервоному, 60 м - в тепловому інфрачервоному діапазонах спектру [18]. характеристики сканера ЕТМ + супутника Landsat-7 наведені в табл. 4.5. Приклад зображення знімка з супутника Landsat наведено на рис. 4.9.

Таблиця 4.5 Специфікація сканера ЕТМ + супутника Landsat- 7

 Спектральні спектральні Просторове Ширина смуги канали діапазони, мкм дозвіл, м огляду, км1 0,45 - 0,515 30 2 0,525-0,605 30 3 0,63-0,69 30 4 0,75-0,9 30 5 1,55-1 , 75 30 6 10,4-12,5 60 7 2,09-2,35 30 PAN 0,52-0,9 15

Важливо відзначити те, що зображення Landsat-7 не мають обмежень на копіювання та розповсюдження. Однак дані Landsat-7 доступні тільки при користуванні архівами цих даних.

Канадський космічний апарат RADARSAT-1 {Radar Satellite) виконує зйомку поверхні Землі за допомогою радіолокатора бокового огляду з синтезованою апертурою (РСА). Основні завдання, які вирішуються за допомогою КА: глобальні всепогодні, що не залежать від часу доби, спостереження за станом льодового покриття і рослинності; оцінка врожайності сільськогосподарських угідь, ступеня руйнувань в районах стихійних лих; геологорозвідка; Лісне господарство; дослідження берегової зони і океанологія, моніторинг розливів нафтопродуктів; моніторинг районів повеней. Останнім часом все більше застосування знаходить використання даних RADARSATдля контролю нелегального рибальства. Прозорість радіолокаційної зйомки для хмарного покриву і нічного часу доби особливо актуальна для північних і приполярних територій.

РСА може працювати в одному з семи основних режимів. Характеристики одержуваних в цих режимах даних (тобто зображень поверхні) наведені в табл. 4.6. Приклади знімків наведені на рис. 4.10. Порівняння даних, отриманих із супутників Terra, Landsatw RADARSAT на одну територію, см. на рис. 4.11.

Таблиця 4.6 Характеристики режимів роботи RADARSAT-1

 Індійська система дистанційного зондування IRS (Indian Remote Sensing Satellite System) - перша національна система, спеціально призначена для вивчення природних ресурсів Землі, і складова частина національної системи управління природними ресурсами Індії NNRMS (National Natural Resources Management System) [14] .Косміческая система дистанційного зондування Землі / ftS представлена ??супутниками IRS-1B (Функціонує з 1991 р), IRS-1C (З 1995 р), IRS-P3 (З 1996 р), IRS-1D (З 1997 р) і IRS-P4 (Oceansat) (З 1999 р) [18].
 р Ширина смуги Межі зміщення Дозвіл, огляду, км смуги огляду, км мСтандартний ЮО 500 28x25 {Standard)Широкосмуговий 150 500 28x23-35 {Wide)детальний (Fine) 50 500 9x8-9Обзорний широкий 500 500 ЮОхЮО (ScanSAR- W)Оглядовий вузький 300 500 50x50 (ScanSAR-N)Розширений 75 425 28x25 дальній (Extended) (High)Розширений 75 250 28x25 ближній (Extended) (Low)

Мал. 4.10. Дані радіолокаційної зйомки RADARSAT-1 для моніторингу природних явищ та надзвичайних ситуацій: розливів нафти і поширення плям (а); паводків і повеней (Б); льодової обстановки (В)


Мал. 4.11. Фрагменти зображення Москви на супутникових знімках: а - Landsat-7 (ETM +), б-Terra {ASTER) и в - RADARSAT-1 (детальний {Fine) режим зйомки) з різним просторовим дозволом.

дані супутників IRS-1C и IRS-1D з дозволом 5,8 (панхроматические зображення, зроблені у всьому видимому діапазоні спектра), 23 и188 м (багатоспектральні зображення) можуть бути успішно використані для геологічного вивчення територій, природоохоронного моніторингу і вирішення багатьох інших завдань.

Специфікація знімальної апаратури супутників IRS-1C и IRS-1D приведена в табл. 4.7. Приклади знімків дані на рис. 4.12, обробка знімків - на рис. 4.13.

Таблиця 4.7 Технічні характеристики знімальної апаратури КА IRS-1C та IRS-1D

 Сканер Просторове Спектральні Ширина смуги дозвіл, м діапазони, мкм огляду, кмPAN 5-8 0,5-0,75 70LISS-3 23 0,52-0,59 142 23 0,62-0,68 23 0,77-0,86WIFS 188 0,62-0,68 810 188 0,77-0,86

Серед інших широко відомих програм і систем дистанційного зондування Землі необхідно згадати наступні.

Французька космічна система вивчення природних ресурсів Землі SPOT {Systeme Probatoire d'Observation de la Terre) активно функціонує з лютого 1986 р Система переважно використовується для отримання інформації дистанційного зондування, необхідної для вирішення завдань картографування, землекористування, сільського та лісового господарства, планування містобудування, для складання цифрових карт місцевості і контролю за змінами стану навколишнього середовища [14].

Геометричне дозвіл даних SPOT при панхроматичною зйомці - 10 м, при многозональной - 20 м. Крім високого геометричного вирішення цих цифрових зйомок є можливість отримання стереопар для отримання інформації про рельєф. Точність рельєфу місцевості по знімках з КА SPOT в основному відповідає, вимогам до топографічній карті масштабу 1:50 000 [18].

Американська метеорологічна система на базі полярно-орбітальних космічних апаратів серії NOAA використовується Національним управлінням по дослідженню океану і атмосфери {NOAA) при вирішенні завдань, пов'язаних з прогнозуванням погоди, а також для отримання інформації дистанційного зондування в інтересах сільського та лісового господарства, кліматології і океанографії, моніторингу стану навколишнього середовища, при вивченні навколоземного космічного простору, озонового шару і змісту аерозолів в атмосфері, при дослідженнях снігового і льодового покривів Землі, для виявлення пожеж, вимірювання вегетаційного індексу. Крім того, на супутниках цієї серії встановлюється апаратура збору даних з наземних метеорологічних платформ, а також обладнання прийому сигналів лиха в рамках системи Коспас / SARSAT [14].

Дані AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) з метеорологічних супутників серії NOAA широко використовуються завдяки тому, що вони безкоштовні. Незважаючи на невисоку просторову роздільну здатність (1,1 км), ці дані мають дуже високим радіометричним дозволом і можливістю абсолютної калібрування інформації. Ще однією важливою перевагою цих даних можна назвати високу періодичність зйомок (15 - 20 разів на добу) [85].

Перші метеорологічні космічні апарати за програмою NOAA, відомі також під назвою TIROS (Television and Infrared Observation Satellite), запускалися в інтересах НАСА і Міністерства оборони США [14].

Система європейських КА ERS {European Remote Sensing Satellite) Європейського космічного агентства ESA працює з 1981 р Перший космічний апарат ERS-1 був запущений в 1991 році, і з тих пір здійснюється всепогодну, глобальна і систематична зйомка земної поверхні з метою уточнення прогнозів погоди на основі вимірювання напрямку вітру і температури морської поверхні, картування крижаних покривів, виявлення зон забруднення морської поверхні, контролю стану прибережних зон і рішення інших, перш за все океанографічних, завдань. Крім того, ШСЗ ERS можуть бути використані для отримання інформації ДЗЗ в інтересах сільського та лісового господарства, проведення геологічних вишукувань, а також в ряді інших додатків [14].

Російські космічні апарати серії «Ресурс-О» оснащуються апаратурою високого і середнього дозволу, що забезпечує зйомку поверхні Землі в декількох спектральних діапазонах. Розробка і створення космічних апаратів серії «Ресурс-О» здійснюються у ВНДІ електромеханіки (Москва).

Окремі прилади дистанційного зондування, методики обробки та інтерпретації інформації, що надходить, а також особливості практичного застосування супутників першого покоління «Ресурс-О1» відпрацьовувалися на космічних апаратах серії «Метеор-Природа». Основною відмінністю супутників типу «Ресурс-О1» від своїх попередників можна назвати можливість передачі з борту ШСЗ цифрових зображень, завдяки чому стали доступні не тільки багатозональні фотографії земної поверхні, але і оцифровані знімки на магнітних стрічках.


Мал. 4.12. Знімки території Греції, зроблені з супутника IRS-1C-

а - Коринфський затоку, Дельфи, м Ітея, LISS-3 (Дозвіл 23 м);

б - там же, PAN (Дозвіл 6 м)

Бортовий інформаційний комплекс космічного апарату серії «Ресурс-О1» призначений для отримання, формування, ущільнення і передачі на наземні пункти прийому інформації дистанційного зондування, отриманої в видимому і інфрачервоному діапазонах спектру [14]. Для цього використовуються сенсори МСУ-Е (дозвіл 35-45 м) і МСУ-СК (дозвіл ~ 150 м).

Перший оперативний ШСЗ «Ресурс-01» № 2 («Космос-1939») був запущений 20 квітня 1988 року з полігону Тюратам.

На жаль, після 1998 р виникли проблеми з програмою «Ресурс-01»: вийшли з ладу передавачі діапазону 8 ГГц на КА «Ресурс-01» № 3; незабаром після запуску вийшов з ладу супутник «Ресурс-01» № 4.

Однак архів зображень, отриманих із супутників цієї серії, дуже великий, і вони широко використовуються для вирішення багатьох природоохоронних завдань.

Російський супутник «Комета» спеціально розроблений для інформаційного забезпечення створення топографічної продукції. Основне призначення КА «Комета» складається в інформаційному забезпеченні саме створення топографічних карт місцевості (масштабу 1:50 000 з точністю 10 м по висоті і 15 м в плані), необхідний рівень якого досягається завдяки синхронно працює комплексу наступної апаратури: оглядового фотоапарата ТК-350 , фотоапарата КВР-1000, лазерного висотоміра, системи зоряних датчиків, апаратури позиціонування [18].

Як правило, супутники «Комета» запускаються на короткі терміни - близько одного місяця. Останній успішний політ «Комети» пройшов у вересні -листопаді 2000 р

Фотографічні дані отримують також із супутників серії «Ресурс-Ф», оснащених фотографічними камерами КФА-1000, КФА-3000, МК-4 і КАТЕ-200. Фотографічні дані, що вимагають сканування для перекладу в цифрову форму, доступні з архіву в основному до 1994 р Окремі території Росії були зняті в листопаді-грудні 1997 р

У 1981 р прийнятий в штатну експлуатацію космічний комплекс «Ресурс-Ф1», в 1988 р - «Ресурс-Ф2». З початку 90-х рр. в штатної експлуатації знаходиться КА «Ресурс-ФЗ», що виконує зйомки камерою КФА-3000 з просторовим дозволом близько 2 - 3 м. Комплекс робіт з модернізації КА «Ресурс-Ф 1» завершився запусками в грудні 1997 року та у жовтні 1999 р КА «Ресурс-Ф 1М» № 1 і 2.

Фотоапаратура КА цієї серії працює в оптичному діапазоні та забезпечує отримання різномасштабної інформації на негативних фотоплівках з просторовим дозволом від 2 до 30 м з робочих висот околокругових орбіт від 220 до 275 км. Використовувані типи фотосистем і фотоплівок дозволили проводити багатозональна і інтегральну фотозйомку на чорно-білі, спектрозональних і кольорові плівки і отримувати зображення ^ витримують (в залежності від типу плівки, умов зйомки і т.д.) збільшення в 15 разів і більше [18].

Зараз функціонують також метеорологічні системи з низьким геометричним дозволом (1 км і менше) - Meteosat, GOES, GMS. Дані з цих супутників можна безкоштовно отримувати з мережі Інтернет [59].

Окремо слід згадати малі космічні апарати. Під малими космічними апаратами дистанційного зондування Землі прийнято розуміти супутники масою до 500 кг вартістю не більше 50 млн дол. і з обмеженим складом цільової апаратури (найчастіше, це 1 - 2 оптико-електронні камери високої роздільної або середнього дозволу). Розвитку проектів, пов'язаних з розробкою малих супутників ДЗЗ, сприяли як нові досягнення в області вдосконалення датчиків дистанційного зондування, апаратури орієнтації ШСЗ, джерел енегрообеспеченія і інших бортових підсистем, так і відомі складності в просуванні широкомасштабних програм. Малі супутники дистанційного зондування розробляються, як правило, приватними фірмами з максимальним використанням існуючого вітчизняного та зарубіжного досвіду створення космічних апаратів ДЗЗ, а також військових супутників аналогічного призначення. При цьому робиться розрахунок на рентабельність кожної окремої системи на базі малих ШСЗ.

Роботи зі створення власних малих ШСЗ дистанційного зондування ведуться в Росії, Аргентині, Бразилії, Великобританії, Німеччині, Ізраїлі, Іспанії, Італії (спільно з Іспанією і Грецією), Республіці Кореї, США, Тайвані та Південно-Африканській Республіці [14].

Можливості використання даних дистанційного зондування Землі можуть бути різні. Загальні проблеми доступу до даних дистанційного зондування в Росії пов'язані з сверхцентрализацией і, відповідно, монополізацією доступу до інформації подібного роду. Справа в тому, що дуже обмежену кількість наземних приймальних комплексів вже не дозволяє сьогодні обслуговувати швидко зростаючий ринок широкого споживання інформації ДЗЗ.

Необхідно також враховувати особливості тематичних завдань, що стоять перед вітчизняними споживачами: колосальні розміри підлягають контролю територій; високу динаміку зміни природно-ландшафтних комплексів, пов'язану з активною і часто стихійної господарською діяльністю останніх років, і т. п.

Пропускна здатність існуючих загальнодоступних засобів передачі даних (Інтернет) не дозволяє отримувати необхідні обсяги інформації дистанційного зондування (типовий обсяг знімка з високою роздільною здатністю становить кілька сотень мегабайтів). Це призводить до необхідності пересилання зареєстрованої інформації ДЗЗ з використанням магнітних, магнітооптичних і інших подібних носіїв, що істотно знижує оперативність доставки даних споживачам і ускладнює процедуру їх використання.

Альтернативою відправці вибраних фотографій на магнітних носіях поштою з обмеженого числа великих центрів прийому та архівації даних може стати впровадження власних систем оперативного доступу, що забезпечують безпосередній прийом інформації ДЗЗ в пунктах тематичної обробки і аналізу супутникових даних (рис. 4.14).

Вирішенням питання може стати створення мережі малогабаритних недорогих станцій прийому та обробки природно-ресурсної інформації. Такого роду системи знайшли повсюдне поширення в останнє десятиліття для прийому і обробки метеорологічної інформації по цілком природній причині: невисокий темп передачі цих даних уможливив реалізацію недорогих, доступних масовому споживачеві систем (антен, демодуляторів, інтерфейсів) для реєстрації сигналів в реальному часі в процесі прольоту супутника в зоні прийому станції. Відзначимо, що комплексів для прийому цифрового метеорологічної інформації налічується сьогодні понад 1000; для прийому загальнодоступного стандарту передачі даних в аналоговому вигляді (режими APT і WEFAX) - десятки тисяч.

Станції прийому даних дистанційного зондування Землі.Персональними прийнято називати станції прийому та первинної обробки супутникових даних, що представляють собою комплекси, які не вимагають спеціального обслуговування і супроводу в поточній роботі, орієнтуються на використання персональних комп'ютерів і можуть ефективно експлуатуватися одним оператором або дослідником. З цього досить загального визначення випливає ряд конкретних вимог до персональних прийомним станціям:

- Всі допоміжні, службові функції повинні бути підлогу
 ністю автоматизовані - від розрахунків розкладу роботи стан
 ції до розпакування і калібрування прийнятих даних;

- Вартість комплексу прийому і обробки супутникових дан
 них повинна бути порівнянна з вартістю персональних кому
 пьютеров, необхідних для реєстрації та обробки цікавлюся
 щих інформаційних потоків;

- Система поряд з сучасним дизайном повинна володіти
 достатнім ресурсом і надійністю в роботі: простотою адап
 тації до появи нових джерел даних (нових засобів
 дистанційного зондування, засобів передачі даних з ШСЗ
 і т.п.), «дружнім» призначеним для користувача інтерфейсом, перш
 всього в сенсі програмного забезпечення (ПО), простотою екс
 порту даних в стандартні формати, універсальністю паку
 тов обробки зображень, а також можливістю нарощуванн
 ня ПО.

В ідеальному випадку користувач повинен мати можливість, виходячи з поставлених перед ним завдань, вибрати оптимальну конфігурацію приймальні системи як для реєстрації передаються із супутників даних, так і в сенсі використання для подальшої обробки тих чи інших прикладних алгоритмів [14].

Малі станції прийому супутникової інформації виробляються як у нас в країні, так і за кордоном. Із зарубіжних станцій необхідно згадати наступні:

Eagle Vision {Deployable Multisatellite Acquisition System - DMAS) - спільна розробка французької компанії Matra Systemes & Information {MS & I) і американської компанії DATRON Transco, Inc. Ця станція може приймати дані з супутників RADARSAT, SPOT, додатково - з супутників Landsat, JERS, ADEOS, IRS, ERS;

Fast TRACS (Fast Transportable Acquisition System) - Розробка канадської компанії Macdonald Detwiller & Associates Ltd. Ця станція може приймати дані з супутників RADARSAT, ERS, JERS, IRS, Landsat, SPOT, MOS, ADEOS;

MEOS (Multi-mission Earth Observation System) - розробка норвезької компанії Kongsberg Spacetec. Ця станція може приймати дані з супутників RADARSAT, ERS, NOAA, Meteosat, SPOT.

SENTRY system - розробка канадської компанії IOSAT. Ця станція може приймати дані з супутників RADARSAT, ERS, SPOT, додатково - з супутника Landsat,

RAPIDS - розробка англо-нідерландської компанії RAPIDS Consortium (NRI & BURS & NLR). Ця станція може приймати дані з супутників ERS, JERS, SPOT;

Vexed Off-the-Shelf system - розробка американської компанії Vexcel Corp. Ця станція може приймати дані з супутників RADARSAT, ERS, JERS, Landsat.

У Росії виробництвом, постачанням та обслуговуванням станцій прийому супутникової інформації займається ІТЦ «Сканекс». До них відносяться станції «Ліана», «Сканекс», «ЕОСкан», «УніСкан».

станція «Ліана» (Рис. 4.15) призначена для прийому зображень Землі, що передаються з полярно-орбітальних супутників серії NOAA у форматі APT {Automatic Picture Transmission) в діапазоні 137 МГц. Основну частину прийнятої інформації складають дані двох спектральних каналів (ближнього ІК і теплового ІК) скануючого радіометра AVHRR. Зображення мають просторову роздільну здатність 3,3 км в смузі огляду близько 3000 км і зазвичай використовуються в метеорологічних цілях. Станція отримує зображення навколишнього її території 8 - 12 разів на добу. Обсяг інформації, одержуваної за один сеанс зв'язку, т. Е. Поки супутник проходить через зону видимості станції, може становити 3-3,5 Мбайт.

Програмне забезпечення станції складається з двох додатків: SL Receiver и Scan Viewer (Детально про програмне забезпечення - див. Далі).

Станція «Ліана» використовується в регіональних, обласних та авіаційних гідрометеорологічних центрах, аерофотос'емоч-них загонах, освітніх та науково-дослідних організаціях.

станція «Сканекс» (Рис. 4.16) 'призначена для прийому і запису інформації, переданої з полярно-орбітальних супутників серії NOAA у форматі HRPT {High Resolution Picture Transmission) в діапазоні 1,7 ГГц.

Основну частину прийнятого потоку становлять дані скануючого радіометра AVHRR, який формує зображення підстильної поверхні в п'яти спектральних діапазонах (від видимого до теплового інфрачервоного), в смузі огляду шириною 3000 км, з просторовим дозволом в середині смуги 1,1 км.

Мал. 4.16. Приймальна станція Рис. 4.17. Приймальна станція

«Сканекс» «ЕОСкан»

Станція отримує зображення навколишнього її території 8 - 12 разів на добу. Обсяг інформації, одержуваної за один сеанс зв'язку, т. Е. Поки супутник проходить через зону видимості станції, може становити до 80 Мбайт.

Програмне забезпечення складається з двох додатків: SXReceiver і ScanViewer. Воно забезпечує повністю автоматичний прийом, перегляд отриманих зображень і їх попередню обробку - як загальну (прив'язку, фрагментацію і т.д.), так і специфічну для AVHRR.

Станція «ЕОСкан» (рис. 4.17) призначена для прийому інформації з ШСЗ Terra (EOS AM-1) в режимі DB (Direct Broadcast - пряме мовлення). ШСЗ Terra знаходиться на полярній сонячно-синхронній орбіті з періодом обертання близько 100 хв. У режимі DB з темпом 13,125 Мбайт / с передається інформація з скануючого радіометра MODIS (Moderate Resolution Spectroradiometer), який виконує безперервну зйомку поверхні Землі уздовж траси польоту в смузі огляду близько 2000 км, в 36 спектральних зонах з просторовим дозволом від 250 до 1000 м.

Програмне забезпечення станції розроблено для Windows 98 і включає додатки EOScan -

Receiver, ScanViewer, пакет програм IMAPP (International MODIS / AIRS Processing Package, адаптований для роботи на платформі MS Windows. Воно забезпечує автоматичний прийом даних, їх перегляд та оцінку в форматі Level 0, а також перетворення в формати Level 1 А / 1В.

Станції «УніСкан» (рис. 4.18) дозволяють приймати інформацію, передану по радіоканалах декількох різних форматів в діапазоні 8 ГГц. Склад форматів залежить від апаратної і програмної конфігурації даної конкретної станції, і ця конфігурація досить легко змінювана. Зараз пропонуються компоненти для прийому інформації з супутників IRS-1C / 1D, Terra (формат DB), «Метеор-ЗМ».

Програмне забезпечення станції працює під Windows 98/2000 і включає додатки IMAPP, ScanReceiver, пакет IRSTools. Воно забезпечує прийом і запис даних, їх перегляд, переформатування, географічну прив'язку, радіометричну корекцію і абсолютну калібрування.

Програмне забезпечення для обробки даних дистанційного зондування Землі. Ключовий елемент в успішному застосуванні ДЗЗ - наявність простих у використанні і доступних програмних засобів. Щоб отримувати від знімків найбільш корисну і точну інформацію, ці кошти з самого початку повинні розроблятися з розумінням всіх аспектів дистанційного зондування.

Одна з найпопулярніших в світі програм обробки даних дистанційного зондування Землі - ERDAS IMAGINE, створений компанією ERDAS Inc. (Розповсюдженням цих даних в Росії займається компанія ДАТА +). Ця система дозволяє виконувати всіляку корекцію знімків, їх очищення і аналіз. Потужні засоби класифікації дають можливість проводити дешифрування зображень, а вбудовані засоби експертних систем дозволяють формувати бази даних для проведення комплексного дешифрування зображень, що дає можливість істотно підвищити ефективність обробки зображень.

Додаткові модулі ERDAS IMAGINE дозволяють ефективно вирішувати більш спеціалізовані завдання. Створення цифрових ортофотопланів за даними блокової аерозйомки виконується модулем OrthoBASE. Дешифрування стереопар в стереоре-жимі виконується в модулі Stereo Analyst. Модуль Subpixel Classifier (поділ змішаних пікселів) дозволяє не просто віднести ділянки землі до того чи іншого класу (лісі, оголеною грунті, водним поверхнях, урбанізованим територіям і т.д.), але і визначити процентний вміст кожного класу на ділянках їх можна сплутати. Модуль VirtualGIS (віртуальна ГІС) - інструмент тривимірної візуалізації географічних карт і аерокосмічних знімків [4].

У Росії відомі також такі програми, як ErMapper, ENVI і ін.

Для обробки даних, що надходять на станції «Ліана», «Сканекс», «ЕОСкан», «УніСкан», використовується наступне програмне забезпечення.

Основні функції програми SL Receiver:

- Розрахунок розкладів прийому (т. Е. Проходження супутників через зону видимості станції) по орбітальним елементам супутників в стандартних форматах TLE і TBUS;

- Автоматична активізація станції за розкладом;

- Запис прийнятих даних на диск ПЕОМ;

- Візуалізація прийнятих зображень в реальному часі. Основні функції програми SX Receiver:

- Розрахунок траєкторії супутників і розкладу прийому (тобто часу проходження супутників через зону видимості станції) по орбітальним елементам супутників в стандартних форматах TLE і TBUS;

- Автоматична активізація програми та станції за розкладом;

- Автоматичне керування антеною під час прийому; -запис прийнятих даних на диск ПЕОМ;

- Візуалізація прийнятих зображень в реальному часі;

- Вимір характеристик апаратно-програмних пристроїв (АПУ) та ручне управління антеною;

- Наскрізне і покрокове тестування станції;

- Індикація стану станції на всіх етапах роботи.

Додаток SX Receiver забезпечує повністю автоматичний - без участі оператора - прийом даних до тих пір, поки є місце на диску і не застаріли орбітальні елементи супутників.

Основні функції програми перегляду і попередньої обробки даних ScanViewer:

- Візуалізація зображень - довільних прямокутних фрагментів в довільному масштабі, в сірому тоновом, псевдо-кольоровому або композитному кольоровому (RGB) поданні;

- Географічна прив'язка зображень з накладенням карти і можливістю корекції прив'язки по опорних точках;

- Фрагментація зображень і запис фрагментів у вихідному форматі;

- Експорт зображень у формат BMP і висновок на друк;

- Калібрування даних A VHRR і експорт в формат HRPT Level IB.

В додаток Scan Viewer вбудовані алгоритми розрахунку температури поверхні моря (ТПМ), вегетаційного індексу (ВІ) і пошуку вогнищ лісових пожеж за даними AVHRR. Поля ТПМ і ВІ можуть бути представлені у вигляді чорно-білих або псевдоцветной зображень з палітрою, що формується користувачем. Точки, віднесені до лісових пожеж, наносяться кольоровим маркером на оригінальному документі.

Основні функції програми EOScan Receiver:

- Розрахунок траєкторії супутників і розкладів прийому (тобто проходження супутників через зону видимості станції) по орбітальним елементам супутників в форматі NORAD TLE;

- Автоматична активізація програми та станції за розкладом;

- Автоматичне керування антеною (супровід супутника) під час прийому;

- Кадрова синхронізація прийнятих даних і введення в ПЕОМ;

- Розпакування даних, перетворення в формат Level О (PDS) і запис на диск;

- Контрольна візуалізація зображення одного з каналів в реальному часі;

-вимір характеристик антеною системи і ручне управління антеною;

- Контроль функціонування станції;

- Індикація стану станції на всіх етапах роботи. Пакет програм IMAPP (International MODIS / AIRS Processing

Package) призначений для перетворення даних сканера MODIS з формату Level 0 в формати рівнів Level 1 А і 1В. Це перетворення включає в себе наступні операції:

- Переформатування даних сканера MODIS і бортовий телеметрії в продукт Level 1A в форматі HDF;

- Географічну прив'язку зображення на основі надходять з борту даних про стан і орієнтації супутника. Вихідний продукт містить географічні координати і кути зйомки для кожного пікселя;

- Радіометричну калібрування даних MODIS, здійснювану стандартними алгоритмами з використанням бортових калібрувальних даних і таблиць, опублікованих MODIS Characterization Support Team (MCST).

Пакет IRSTools складається з двох додатків, що виконують такі функції обробки даних IRS:

- Розпакування і перетворення формату даних: зображення з кожного з датчиків {PAN, LISS-VNIR, LISS-SWIR, WIFS) записується в окремий файл формату HDFb растровом вигляді (рівень обробки 1А) \

- Радіометричну корекцію і абсолютну калібрування даних рівня 1А (рівень 1Б).

При прийнятті стратегічних рішень регіонального масштабу часто необхідно отримати стислий інтегральне уявлення величезного обсягу інформації в доступному для огляду і візуального огляду. Найбільшу трудність при цьому представляє перетворення різнорідної і часто суперечливої ??інформації в стан, що дозволяє побачити картину в цілому, без дрібних деталей, що ускладнюють сприйняття.

Рішенням цієї проблеми може стати використання найсучасніших інтелектуальних методів обробки великих масивів інформації, заснованих на нейромережевих технологіях.

Нейросетевая технологія ScanEx NeRIS GIS дозволила створити систему, спеціально призначену для інтегральної обробки всієї наявної в ГІС просторової інформації з подальшим представленням результатів обробки в картографічному вигляді, придатному для систем підтримки прийняття рішень.

Основні можливості системи ScanEx NeRIS GIS:

- Інтеграція різнорідної просторової інформації (характеристик території), представленої у вигляді векторних карт, растрових карт, даних дистанційного зондування і таблиць;

- Здатність просторово уніфікувати і інтегрувати всю інформацію. Це завдання вирішується з використанням фірмової нейросетевой технології з використанням спеціальним чином організованих класів нейронної мережі Кохонена. Головною відмінністю від традиційних систем класифікації є використання тематично орієнтованих нейронних мереж, що дозволяють не тільки оптимально для даної території описати типові поєднання характеристик, але і показати їх зв'язки і взаємні переходи;

- Відсутність заздалегідь визначених вимог на склад та подання інформації. Можливість побудови користувачем власних експертних систем за рахунок налаштування прогнозних можливостей навчених нейронних мереж на основі наявних прецедентів. Це дозволяє оцінити різні варіанти розвитку подій (наприклад, оптимістичний, реалістичний та песимістичний);

- Використання для створення підсумкової картини спеціальних методів просторової генералізації, що дозволяють отримати узагальнення, найбільш узгоджені з усією наявною інформацією;

- Експорт отриманих карт в форматі найбільш поширених ГІС для подальшої обробки.

Алгоритми, що базуються на роботі нейронних мереж (у порівнянні зі стандартними алгоритмами обробки растра), більш стійкі до зміни простору ознак в межах знімка (зміни оброблюваної площі, масштабування); менш вимогливі до стандартизації зображення (кут сонця, атмосферні спотворення); легко відтворюються; дообучаеми в разі зміни або ускладнення завдань; прості при подальшому використанні в якості стандартів виділення тих чи інших

об'єктів.

При цьому дешифровщик-інтерпретатор отримує можливість впливати на результати автоматизованого дешифрування на всіх етапах обробки (рис. 4.19).

Дистанційні методи вивчення навколишнього середовища | Використання даних дистанційного зондування Землі в управлінні якістю навколишнього середовища


Системна динаміка як наука | Основні висновки | глава 4 | Вимірювання і нормування якості навколишнього середовища | Екологічний моніторинг | Використання даних екологічного моніторингу в управлінні якістю навколишнього середовища | Класифікація забруднюючих речовин по класах пріоритетності, прийнята в системі ГСМОС | Бази даних | Географічні інформаційні системи (ГІС) | ГІС в управлінні якістю навколишнього середовища |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати