Тема 4. Методы и технология дистанционного зондирования

1.Параметры космической информации. Космическая система зондирования

2.Авиационные средства наблюдений. Наземные системы приема и обработки космической информации.

3.Дистанционный контроль газообразных загрязнений в атмосфере.

Цель лекции: Целью данной темы является раскрытие классификации мониторинга,стуктуры экологического мониторинга.

Ключевые слова: дистанционное зондирование, радиолокация, гидролокатор.

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащенными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон съёмочной аппаратуры составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные — использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия. Данные ДЗЗ, полученные с КА, характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы. Поэтому на КА используется многоканальное оборудование пассивного и активного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в различных диапазонах.

Космические аппараты дистанционного зондирования Земли используются для изучения природных ресурсов Земли и решения задач метеорологии. КА для исследования природных ресурсов оснащаются в основном оптической или радиолокационной аппаратурой. Преимущества последней заключаются в том, что она позволяет наблюдать поверхность Земли в любое время суток независимо от состояния атмосферы.

Казахстан, с чьей земли берет историю покорение человеком далеких пространств, до недавнего времени не предпринимал активных действий для того, чтобы стать полноправной космической державой, но оставался на второстепенных позициях арендодателя. Однако с недавнего времени ситуация изменилась: начиная с 2002 года обсуждались перспективы участия Казахстана в космической деятельности на Байконуре, а несколько позже была принята госпрограмма развития космической деятельности, поставившая целью укрепление национальной и информационной безопасности, содействие социально-экономическому и научно-техническому развитию страны путем эффективного использования космических технологий. Несмотря на то, что дорога в космос оказалась не такой уж гладкой — достаточно вспомнить эпопею первого казахстанского спутника KazSat — республика намерена продолжить освоение космических технологий, в частности, в сфере дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Об этом шла речь в ходе состоявшейся в Алматы конференции, посвященной обсуждению основных тенденций развития технологий ДЗЗ.

Новые тенденции на орбите

Согласно оценкам специалистов, в настоящее время отрасль дистанционного зондирования Земли относится к числу наиболее успешно и динамично развивающихся сфер информационного общества. Научно-технические достижения последних лет в деле создания и развития космических систем, технологий обработки, хранения, интерпретации и использования получаемых данных способствовали расширению круга и масштаба задач, решаемых с помощью ДЗЗ. Выросло и число потребителей этих данных, они используются не только в производственных и научных целях, но и в повседневной жизни. «Не будет преувеличением сказать, что в космосе сегодня ведется гонка за сегмент ДЗЗ. Если раньше на протяжении года запускали семь аппаратов этого класса, то сегодня — порядка 18–20, и большинство из них обладает уникальными характеристиками, ведь государства, выходящие на рынок космических технологий, стремятся представить нечто новое, чего не было прежде. При этом значительная часть новых аппаратов имеет коммерческое назначение, их данные широко доступны», — комментирует ситуацию в сегменте ДЗЗ Михаил Болсуновский, заместитель генерального директора российской компании «Совзонд», одного из лидеров на рынке поставки данных ДЗЗ.

По словам г-на Болсуновского, наряду с резким увеличением числа космических аппаратов ДЗЗ на орбите и с развитием национальных программ ДЗЗ, систем получения, обработки и предоставления данных потребителям среди основных тенденций развития отрасли можно выделить улучшение основных характеристик аппаратуры ДЗЗ и качества данных; появление космических аппаратов ДЗЗ сверхвысокого разрешения нового поколения и радарных космических аппаратов ДЗЗ сверхвысокого разрешения; увеличение скоростей передачи данных; сокращение времени поставки данных потребителю посредством развития концепции «виртуальных станций»; широкое использование сетевых технологий и возможностей интернета. Темпы запуска спутников сверхвысокого разрешения нового поколения растут год от года: в 2005 году, согласно данным, озвученным г-ном Болсуновским, на орбиту было выведено 4 таких аппарата, год спустя — вдвое больше, в 2007 году — 13, а в будущем году, по прогнозам, состоится запуск 18 спутников сверхвысокого разрешения нового поколения. В сегменте дистанционного зондирования Земли уверенно себя чувствуют «старички» — США, Франция, Канада, Россия, Индия, но заявляют о себе и новые игроки, в частности, Таиланд и Вьетнам. Однако если новые игроки находятся в начале своего пути к покорению сегмента ДЗЗ, то державы, давно утвердившиеся в данной отрасли, выводят на орбиту спутники сверхвысокого разрешения, различающиеся в зависимости от специализации национальных программ.

Впереди планеты всей

В США, например, при серьезной государственной поддержке формируется новая система ДЗЗ, основу которой составят спутники сверхвысокого разрешения нового поколения. С одной стороны, сделана ставка на конкуренцию двух основных игроков рынка ДЗЗ — компаний DigitalGlobe (одного из лидеров отрасли дистанционного зондирования) и GeoEye; вместе с тем, каждая из компаний разрабатывает аппараты, характеристики которых в значительной степени дополняют друг друга, при этом каждый из них обладает уникальными характеристиками и возможностями. Впрочем, спутники сверхвысокого разрешения нового поколения имеют и важную общую характеристику — их отличает высокая производительность съемки. В 2007 году состоялся запуск космического аппарата WorldView-1, расчетный период эксплуатации спутника оценивается в 7 лет, однако практика показывает, что фактический срок работы спутников сверхвысокого разрешения примерно в полтора раза превышает период, оговоренный проектом. В сентябре нынешнего года был запущен спутник GeoEye-1, обладающий беспрецедентным пространственным разрешением, но несколько уступающий спутникам WorldView в маневренности, а на июль 2009 года запланирован запуск космического аппарата WorldView-2, для которого предусмотрено усиление мультиспектральных возможностей за счет увеличения числа спектральных каналов со стандартных четырех до восьми. Что касается появления новых сервисов, обеспечивающих разным категориям пользователей доступ к данным ДЗЗ, то, по словам г-на Болсуновского, следует упомянуть предложенный компанией DigitalGlobe сервис ImageConnect, позволяющий загрузить космические изображения со спутников QuickBird и WorldView-1 в программную среду пользователя непосредственно из архива компании DigitalGlobe.

Во Франции основным оператором ДЗЗ является компания Spot Image, которая еще в начале 1980-х годов сформировала и запустила группировку спутников SPOT1 — SPOT4, а несколько лет тому назад вывела на орбиту космический аппарат SPOT5. В отношении данных со спутников этой серии компания-разработчик делает ставку на создание и реализацию продуктов с добавленной стоимостью на основе обработки исходных данных, а именно на цифровую модель местности, цифровую модель рельефа, картографические продукты Spot View и Spot Maps. Кроме того, Spot Image владеет эксклюзивными правами по распространению данных с корейского спутника Kompsat-2 и с тайваньского спутника Formosat-2. К слову, последний аппарат, по словам г-на Болсуновского, в свое время произвел революцию в области ДЗЗ. До запуска Formosat-2 данные дистанционного зондирования Земли можно было получать лишь с периодичностью в 3–5 суток. Благодаря особенностям орбиты, траектории движения, маневренности и ряду технических параметров Formosat-2 появилась возможность ежедневного мониторинга практически всей поверхности суши. С нынешнего года компания Spot Image предлагает сервис My Formosat, посредством которого заказчик может самостоятельно планировать новую съемку заданной территории, отслеживать ее выполнение, анализировать и загружать отобранные снимки на свой компьютер в течение 24 часов с момента выполнения съемки.

Программу формирования на орбите группировки радарных космических аппаратов ДЗЗ нового поколения Cosmo-SkyMed реализует итальянская компания Telespazio — как отметил г-н Болсуновский, формирование группировок космических аппаратов вообще является одной из актуальных тенденций отрасли. Предполагается, что итальянская компания сформирует группировку в составе четырех спутников, которые позволят осуществлять съемку с разрешением лучше 1 метра в Х-диапазоне. В настоящее время на орбите находятся два аппарата Cosmo-SkyMed, запуск еще двух предполагается осуществить до конца нынешнего года. Над развитием национальной системы ДЗЗ активно работает Япония. На орбите находится космический аппарат ДЗЗ ALOS, владельцем которого является Японское космическое агентство JAXA, а оператором — Центр дистанционного зондирования Земли Японии. Создатели этого уникального аппарата объединили в единую систему три типа целевой аппаратуры, каждый из которых обладает своими характеристиками: радар L-диапазона PALSAR, комплекс топографического назначения PRISM и систему природоресурсного назначения AVNIR-2. Реализация еще одного уникального проекта, отметил г-н Болсуновский, началась с запуском в августе нынешнего года группировки из пяти мини-спутников RapidEye, владельцем которой является немецкая компания RapidEye AG. Съемка земной поверхности ведется в пяти каналах, в том числе в уникальном «длинноволновом красном», оптимально подходящем, например, для наблюдения за состоянием растительного покрова. Данная особенность в совокупности с маневренностью, высоким пространственным разрешением, большой площадью съемки и возможностью ее ежедневного повтора делают возможным использование данных, полученных с RapidEye, в сельском и лесном хозяйстве.