Как да получите данни от дистанционно наблюдение. Най-новите и най-обещаващи спътници за дистанционно наблюдение на Земята

Дистанционно наблюдение на Земята

Дистанционно наблюдение на Земята (ERS)- наблюдение на земната повърхност от авиационни и космически кораби, оборудвани с различни видове оборудване за изображения. Работният обхват на дължините на вълните, получени от оборудването за филмиране, варира от части от микрометър (видимо оптично лъчение) до метри (радиовълни). Методите за наблюдение могат да бъдат пасивни, тоест да използват естествено отразено или вторично топлинно излъчване на обекти на земната повърхност, причинено от слънчева активност, и активен - използвайки стимулирано излъчване на обекти, инициирано от изкуствен източник на насочено действие. Данните от дистанционното наблюдение, получени от космически кораб, се характеризират с висока степен на зависимост от прозрачността на атмосферата. Следователно космическият кораб използва многоканално оборудване от пасивен и активен тип, което открива електромагнитно излъчване в различни диапазони.

Оборудване за дистанционно наблюдение на първия космически кораб, изстрелян през 1960-70-те години. беше от тип следа - проекцията на площта на измерване върху земната повърхност беше линия. По-късно се появи и получи широко разпространение панорамно оборудване за дистанционно наблюдение - скенери, проекцията на зоната на измерване върху земната повърхност е лента.

За изследване се използват космически апарати за дистанционно наблюдение на Земята природни ресурсиЗемята и решаването на проблеми в метеорологията. Космическите кораби за изучаване на природни ресурси са оборудвани предимно с оптично или радарно оборудване. Предимствата на последния са, че ви позволява да наблюдавате земната повърхност по всяко време на деня, независимо от състоянието на атмосферата.

Обработка на данни

Качеството на данните, получени от дистанционното наблюдение, зависи от неговата пространствена, спектрална, радиометрична и времева разделителна способност.

Пространствена разделителна способност

Характеризира се с размера на пиксела (на повърхността на Земята), записан в растерно изображение – може да варира от 1 до 1000 метра.

Спектрална разделителна способност

Данните от Landsat включват седем ленти, включително инфрачервения спектър, вариращи от 0,07 до 2,1 микрона. Сензорът Hyperion на апарата Earth Observing-1 е способен да записва 220 спектрални ленти от 0,4 до 2,5 микрона, със спектрална разделителна способност от 0,1 до 0,11 микрона.

Радиометрична разделителна способност

Броят нива на сигнала, които сензорът може да открие. Обикновено варира от 8 до 14 бита, което води до 256 до 16 384 нива. Тази характеристика също зависи от нивото на шума в инструмента.

Временна резолюция

Честотата, с която сателитът преминава през интересуващата ни повърхност. Важно при изучаване на серии от изображения, например при изучаване на динамиката на гората. Първоначално анализът на поредицата е извършен за нуждите на военното разузнаване, по-специално за проследяване на промените в инфраструктурата и движенията на врага.

За да създадете точни карти от данни от дистанционно наблюдение, е необходима трансформация, която елиминира геометричните изкривявания. Изображение на земната повърхност от устройство, насочено директно надолу, съдържа неизкривено изображение само в центъра на изображението. Докато се придвижвате към краищата, разстоянията между точките в изображението и съответните разстояния на Земята стават все по-различни. Корекцията за такива изкривявания се извършва чрез процеса на фотограметрия. От началото на 90-те години повечето търговски сателитни изображения се продават предварително коригирани.

Освен това може да се наложи радиометрична или атмосферна корекция. Радиометричната корекция преобразува дискретни нива на сигнала, като например 0 до 255, в техните истински физически стойности. Атмосферната корекция елиминира спектралните изкривявания, въведени от наличието на атмосфера.

В рамките на програмата NASA Earth Observing System бяха формулирани нива на обработка на данни от дистанционно наблюдение:

Вижте също

Връзки

• „Пратеникът“ ще живее в „Ковчега“. Сонда за Земята. Телевизионни сюжети от ТВ студио Роскосмос.
• http://www.terralibrary.com/ безплатни космически изображения - вижте космически изображения

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „Дистанционно наблюдение на Земята“ в други речници:

Дистанционно наблюдение на Земята- процесът на получаване на информация за земната повърхност чрез наблюдение и измерване от космоса на собственото и отразеното излъчване на елементи на земята, океана и атмосферата в различни диапазони от електромагнитни вълни, за да се определи местоположението, ... ... Официална терминология

дистанционно наблюдение- Процесът на получаване на информация за повърхността на Земята и др небесни телаи обекти, разположени върху тях с помощта на безконтактни методи - с изкуствени спътници, самолети, сонди и т.н. Речник по география

Събиране на информация за обект или явление с помощта на записващо устройство, което не е в пряк контакт с този обект или явление. Терминът дистанционно наблюдение обикновено включва запис (запис) на електромагнитни... ... Енциклопедия на Collier

Безконтактно заснемане на Земята (или други небесни тела) от земя, самолети, космически кораби, както и от надводни и подводни плавателни съдове. Обекти на сондиране са повърхността на сушата и океана, геоложките структури, почвата... ... Географска енциклопедия

- (дистанционно наблюдение), всеки метод за получаване и запис на информация от разстояние. Най-често срещаният сензор е КАМЕРАТА; Такива камери се използват в самолети, сателити и космически сонди за събиране на информация... Научно-технически енциклопедичен речник

дистанционно наблюдение- дистанционно наблюдение на Земята... Речник на руските съкращения

Сателитната фотография е снимане на Земята или други планети с помощта на сателити. Съдържание 1 История 2 Използвайте ... Wikipedia

Сателитната фотография е снимане на Земята или други планети с помощта на сателити. Съдържание 1 История 2 Използване 3 Технически характеристики ... Wikipedia

Сателитната фотография е снимане на Земята или други планети с помощта на сателити. Съдържание 1 История 2 Използване 3 Технически характеристики ... Wikipedia

Книги

• Оптоелектронни системи за дистанционно наблюдение. Учебник, В. П. Савиных, В. А. Соломатин. Основите на теорията, елементна база, принципи на изграждане, схеми, параметри и характеристики на оптико-електронни системи за дистанционно наблюдение на Земята: лидари, спектрометри,…

Данни от дистанционно наблюдение - данни за земната повърхност, обекти, разположени върху нея или в нейните дълбини, получени в процеса на геодезия чрез всякакъв безконтактен, т.е. чрез дистанционни методи. Според установената традиция дистанционното наблюдение включва данни, получени с помощта на наземно, въздушно или космическо оборудване за изображения, което позволява получаване на изображения в една или повече части от електромагнитния спектър. Характеристиките на такова изображение зависят от много природни условия и технически фактори. ДА СЕ природни условиявключват снимачния сезон, осветеността на сниманата повърхност, състоянието на атмосферата и др. Основните технически фактори включват вида на платформата, носеща снимачната техника, вида на сензора; метод за управление на процеса на снимане; ориентация на оптичната ос на камерата; метод за получаване на изображение. Основните характеристики на дистанционното наблюдение се определят от броя и градациите на спектралните диапазони; геометрични характеристики на полученото изображение (тип проекция, разпределение на изкривяванията), неговата разделителна способност.

Дистанционното наблюдение не е нов метод. В продължение на много десетилетия човек се е издигал над Земята, за да я наблюдава от голямо разстояние и по този начин да научи още повече за нея. Въздушната фотография беше широко използвана за тази цел и с течение на времето се появиха нови видове фотография, използващи фотографски сензори за дистанционно наблюдение.

Последните постижения в областта на изкуствените спътници, носещи сензорни системи за проследяване на Земята, направиха възможно използването на огромни количества снимки и други видове информация за земната повърхност, за да помогнат за решаването на проблеми като смекчаване на недостига на храна и управление и контролиране на замърсяването. заобикаляща среда, увеличаване на доставките на природни ресурси и планиране на градския растеж. От гледна точка на тези задачи сателитните данни имат голямо значениепри условие, че големият им обем бързо и икономично се свежда до полезна информация. Съвременните високоскоростни цифрови компютри са много подходящи за решаване на проблеми с намаляването на данните и сливането на такива изчислителни методи с нови системи за наблюдение вече направи възможно получаването на точна текуща информация за света около нас. Резултатът от синтеза е количествен метод за дистанционно наблюдение.

За анализ на данни от дистанционно наблюдение най-удобни са географските информационни системи (ГИС), които ви позволяват ефективно да работите с пространствено разпределена информация (карти, планове, аерокосмически изображения, диаграми в комбинация с текст, таблици и др.). Трябва да се справяте с този вид данни в почти всяка сфера на дейност. Това може да бъде карта на природните ресурси, резултати от екологичен мониторинг на територията, атлас поземлен кадастър, план на градски блокове, модели на трафик и др. ГИС ви позволява да натрупвате, интегрирате и анализирате информация, бързо да намирате необходимата информация и да я показвате в лесна за използване форма, да оценявате геометричните характеристики на обектите (дължина на улицата, разстояние между градовете).

Повечето от данните от дистанционното наблюдение се състоят от изображения, които позволяват да се получи информация за обект под формата на изображения в цифров (данни, предадени на наземна станция чрез радиоканали или записани на борда на магнитни носители) или аналогови (снимки) форми. Цифровите данни представляват интегралното излъчване на сайта при земната повърхност, съответстващ на елемент на изображението - пиксел. Резултатите от измерването се преобразуват в дискретни безразмерни цифрови стойности, съответстващи на характеристиките на отразяване. Цифровите стойности, записани от записващото устройство, варират в радиометричен битов диапазон, чиято ширина зависи от характеристиките на сензора - обикновено интервалът 0 - 255. В изображението тези стойности съответстват на нюанси на сивата скала: 0 представлява напълно черен обект, 255 напълно бял обект, а междинните стойности съответстват на различни нюанси сиво. Цялото разнообразие от ландшафтни обекти E.L. Кринов разделя на четири класа, всеки от които се отличава с уникална крива на спектралната яркост (например клас 1 - скали и почви, характеризиращ се с увеличаване на спектралната яркост, когато се приближава до червената област на спектъра). Изображения, получени чрез сканиране. Фотографските изображения трябва да бъдат преобразувани в цифрова форма за обработка. За това се използват скенери. В повечето случаи растерните ГИС пакети се използват за обработка на аерокосмически изображения; зоналните изображения се разглеждат в тях като слоеве от информация заедно с други слоеве на базата данни.

Данните от дистанционното наблюдение са най-важният източник на оперативна и актуална информация за природната среда за тематичните слоеве в ГИС, за да поддържат данните актуални.

Подробно: видове орбити на изкуствени спътници на Земята. Параметри на орбитата. За какви цели една или друга сателитна орбита ще осигури предимства?

Траекторията на изкуствен спътник на Земята се нарича неговата орбита. Елипсовидната орбита, по която се върти спътникът (в точка S е спътникът, а в точка G е Земята) се характеризира със следните параметри: a = AO и b = OC - голямата и малката полуос на елипсата; e= (1 - b2/a2)1/2 -- орбитален ексцентрицитет; ъгъл HGS -- ъглова координата n на радиус вектора (т.нар. истинска аномалия); фокусен параметър p = b2/a; p = K2/ut2M, където К-- моментсателитен импулс; t—маса на сателита; M=5.976*1027 g - маса на Земята, y = 6.67-10 -14 m3/gc3 - гравитационна константа. Параметрите на орбитата на спътника включват и орбиталния период T - времето между две последователни преминавания на една и съща орбитална точка.

Най-общо орбиталната равнина се пресича с равнината на екватора на Земята по така наречената линия на възлите. Точка B, в която орбитата пресича екваториалната равнина, когато спътникът се движи от юг на север, се нарича възходящ възел на орбитата, пресечната точка, когато спътникът се движи от север на юг, се нарича низходящ възел. Позицията на възходящия възел се определя от дължината на възходящия възел, т.е. ъгъл Q, между възходящия възел и пролетното равноденствие, измерен обратно на часовниковата стрелка, когато се гледа отстрани Северен полюс. За линията на възлите са посочени два ъгъла в орбиталната равнина. Ъгъл u е ъгловото разстояние, измерено от възходящия възел в орбиталната равнина до орбиталния перигей H, т.е. точката на орбитата на сателита, която е най-близо до Земята; co се нарича аргумент на перигея. Ъгълът i между орбиталната равнина и екваториалната равнина, наречен орбитален наклон, се измерва от екваториалната равнина от източната страна на възходящия възел на орбитата, обратно на часовниковата стрелка. По наклон биват екваториални (i=0°), полярни (i=90°) и коси (0°< i < 90°, 90° < i < 180°) орбиты.

Сателитите за дистанционно наблюдение на Земята се изстрелват предимно в кръгови орбити. Такъв сателит лети над различни части на Земята на една и съща височина, което осигурява еднакви условия за снимане. сателит за дистанционно наблюдение метеорологичен

Кръгова орбита, разположена над екватора на Земята (0° ширина), в която изкуствен спътник обикаля около планетата с ъглова скорост, равна на ъгловата скорост на въртене на Земята около нейната ос, и постоянно се намира над една и съща точка на земната повърхност. повърхност, се нарича геостационарна орбита (GSO). Орбитата на геостационарен спътник е кръгова (ексцентричност e = 0), екваториална (наклон i = 0°). Сателити в ниска земна орбита (H< 1000 км) обычно выводятся на приполярные солнечно-синхронные орбиты. Эти орбиты имеют наклонение относительно экватора, близкое к 90°, обеспечивают съемку всей поверхности Земли, включая полярные области. Поворот орбиты относительно Земли синхронизован с вращением Земли относительно Солнца, так что в течение всего времени угол между плоскостью орбиты и направлением на Солнце постоянен. Это позволяет производить съемку приблизительно в один и тот же час местного времени в течение всего года. Наиболее удобное время для съемки -- около 12 ч местного времени.

Всяка орбита има своите предимства и недостатъци. Например полярните и наклонените орбити имат значителен недостатък: тъй като сателитът се движи в тези орбити, за да се проследи позицията на спътника, антената трябва да бъде настроена да приема сателитен сигнал; това изисква специално оборудване, което струва много на пари: те са много трудни за инсталиране и обслужване.

Сателит, движещ се в геостационарна орбита, изглежда неподвижен и сякаш постоянно е в една точка. Това е много удобно за препредаване на сигнали, тъй като няма нужда да регулирате позицията на рефлекторите на антената, насочвайки ги към изходящия сателит. Това е геостационарната орбита, която използват повечето търговски спътници; предимствата на тази орбита са възможността за непрекъсната денонощна комуникация в глобалната зона на обслужване и почти пълната липса на изместване на честотата. Екваториалната орбита (или геостационарната орбита), освен положителни, има и отрицателни характеристики: - невъзможно е да се предаде сигнал до околополярните региони на Земята, тъй като ъгълът на терена е много малък; - поради факта, че няколко сателита в една и съща орбита могат да бъдат само на кратко разстояние един от друг, възниква пренасищане на геостационарната орбита. Голямата надморска височина на геостационарната орбита също е недостатък, тъй като изисква много средства за извеждане на сателит в орбита. Както беше отбелязано по-рано, сателит в геостационарна орбита не може да обслужва земни станции в полярния регион. Наклонената орбита решава тези проблеми, но поради движението на спътника спрямо наблюдател на земята е необходимо да се изстрелят поне три спътника в една орбита, за да се осигури 24/7 достъп до комуникации.

За какви цели се използват различни сателитни орбити? Сателитната телевизия е нов и висококачествен формат за високоскоростно предаване на данни с помощта на специално оборудване, към което е свързан обикновен телевизор. Цялата информация, както визуална (видео), така и аудио, се предава синхронно от предавателния център към потребителя чрез изкуствен спътник на Земята, разположен в геостационарна орбита от излъчващата станция до космическия спътник. Чрез него цялата информация се разпределя равномерно между абонатните приемници. За предаване на сигнала се използва цифров стандарт, който ви позволява значително да увеличите броя на излъчваните канали и да се отървете от смущенията. За сателитно препредаване на телевизионни предавания се използват основно два вида спътници: сателити, обикалящи в елиптични орбити, и сателити, разположени в геостационарна орбита. Използването на сателит, разположен в геостационарна орбита, елиминира необходимостта от непрекъснато насочване на приемната антена към сателита. Благодарение на постоянното разстояние до сателита, нивото на входния сигнал се стабилизира. Комуникацията може да се осъществява денонощно и без прекъсвания, необходими за преминаване от един спътник на друг (през 1965 г. СССР използва за тези цели три спътника, движещи се в елиптична орбита). И накрая, захранването на оборудването е улеснено, тъй като спътникът е почти постоянно осветен от Слънцето. Недостатъците на геостационарната орбита включват лошо обслужване на околополюсните райони на Земята и необходимостта от разполагане на космодрума на екватора, в противен случай е необходимо значително увеличаване на мощността на ракетата-носител за изстрелване на сателит в такава орбита. Независимо от това, тези недостатъци се компенсират от простотата и ниската цена на голям брой земни станции. Но най-важното е възможността за директно приемане на телевизионни предавания от зрители от геостационарен спътник без междинен наземен ретранслатор.

Много сателити са разположени в наклонени или полярни орбити. В същото време необходимата мощност на предавателя не е толкова висока, а цената за извеждане на сателит в орбита е по-ниска. Този подход обаче изисква не само голям брой сателити, но и широка мрежа от наземни комутатори. Подобен метод използват операторите Iridium и Globalstar. Клетъчните оператори се конкурират с персоналните сателитни комуникационни оператори.

Основният недостатък на екваториалните орбити е забавянето на сигнала. Сателитите в екваториални орбити са оптимални за системи за радио и телевизионно излъчване, където закъсненията от 250 ms (във всяка посока) не влияят на качеството на сигналите. Системите за радиотелефонна комуникация са по-чувствителни към закъснения и тъй като общото забавяне в системите от този клас е около 600 ms (като се вземе предвид времето за обработка и превключване в наземните мрежи), дори съвременната технология за премахване на ехото не винаги позволява комуникация Високо качество. В случай на „двоен скок“ (препредаване през наземна шлюзова станция), забавянето става неприемливо за повече от 20% от потребителите.

Според орбиталната височина сателитните комуникационни системи се разделят на:

• - Нискоорбитален - (700 -- 1500) км;
• - Средно орбитален - (5 000 -- 15 000) км;
• - Високоорбитален - от 15 000 и повече. SSS с ниска орбита се използват за двупосочна телефонна комуникация, тъй като това води до най-малко забавяне на сигнала (ефектът на реверберация не се появява). Освен това сателитите с ниска орбита се използват за оптично разузнаване и комуникация с нискоенергийни обекти, например аварийни буйове.

Сателитите в средна земна орбита се използват главно за системи за радио и телевизионно излъчване или за двупосочен факс, телефония, пейджинг и обмен на данни. Също така за телеметрични системи за проследяване на автомобили и влакове с предаване на телеметрична информация от тях. Това означава, че в тези системи, където забавянето на сигнала не влияе значително на качеството на комуникационните канали.

Сателитите с висока орбита най-често се използват за предаване на телевизионни и радио програми. В допълнение, тези комуникационни системи се използват за еднопосочна гласова комуникация, факс, пейджинг и системи за обмен на данни.

Дистанционно наблюдение на Земята(ERS) - наблюдение на земната повърхност от авиация и космически кораби, оборудвани с различни видове оборудване за изображения. Работният обхват на дължините на вълните, получени от оборудването за филмиране, варира от части от микрометър (видимо оптично лъчение) до метри (радиовълни). Сензорните методи могат да бъдат пасивен, тоест да се използва естественото отразено или вторично топлинно излъчване на обекти на земната повърхност, причинено от слънчевата активност, и активен– използване на стимулирано излъчване на обекти, инициирано от изкуствен източник на насочено действие. Данните от дистанционното наблюдение, получени от космически кораби, се характеризират с висока степен на зависимост от прозрачността на атмосферата. Следователно космическият кораб използва многоканално оборудване от пасивен и активен тип, което открива електромагнитно излъчване в различни диапазони.

Оборудване за дистанционно наблюдение на първия космически кораб, изстрелян през 1960-70-те години. беше от тип следа - проекцията на площта на измерване върху земната повърхност беше линия. По-късно се появи и получи широко разпространение панорамно оборудване за дистанционно наблюдение - скенери, проекцията на зоната на измерване върху земната повърхност е лента.

Космическите апарати за дистанционно наблюдение на Земята се използват за изследване на природните ресурси на Земята и решаване на метеорологични проблеми. Космическите кораби за изучаване на природни ресурси са оборудвани предимно с оптично или радарно оборудване. Предимствата на последния са, че ви позволява да наблюдавате земната повърхност по всяко време на деня, независимо от състоянието на атмосферата.

Обработка на данни

Качеството на данните, получени от дистанционното наблюдение, зависи от неговата пространствена, спектрална, радиометрична и времева разделителна способност.

Пространствена разделителна способност.Характеризира се с размера на пиксела (на повърхността на Земята), записан в растерно изображение – може да варира от 1 до 1000 m.

Спектрална разделителна способност.Данните от Landsat включват седем ленти, включително инфрачервения спектър, вариращи от 0,07 до 2,1 микрона. Сензорът Hyperion на апарата Earth Observing-1 е способен да записва 220 спектрални ленти от 0,4 до 2,5 микрона, със спектрална разделителна способност от 0,1 до 0,11 микрона.

Радиометрична разделителна способност.Броят нива на сигнала, които сензорът може да открие. Обикновено варира от 8 до 14 бита, което води до 256 до 16 384 нива. Тази характеристика също зависи от нивото на шума в инструмента.

Временна резолюция.Честотата, с която сателитът преминава през интересуващата ни повърхност. Важно при изучаване на серии от изображения, например при изучаване на динамиката на гората. Първоначално анализът на поредицата е извършен за нуждите на военното разузнаване, по-специално за проследяване на промените в инфраструктурата и движенията на врага.

За да създадете точни карти от данни от дистанционно наблюдение, е необходима трансформация, която елиминира геометричните изкривявания. Изображение на земната повърхност от устройство, насочено директно надолу, съдържа неизкривено изображение само в центъра на изображението. Докато се придвижвате към краищата, разстоянията между точките в изображението и съответните разстояния на Земята стават все по-различни. Коригирането на такива изкривявания се извършва по време на процеса на фотограметрия. От началото на 90-те години повечето търговски сателитни изображения се продават предварително коригирани.

Освен това може да се наложи радиометрична или атмосферна корекция. Радиометричната корекция преобразува дискретни нива на сигнала, като например 0 до 255, в техните истински физически стойности. Атмосферната корекция елиминира спектралните изкривявания, въведени от наличието на атмосфера.

В рамките на програмата NASA Earth Observing System бяха формулирани нива на обработка на данни от дистанционно наблюдение:

Ориз. 9. . Електромагнитният спектър и неговото разделение, показващо дължините на вълните, установени от различни устройства

Системи за дистанционно наблюдение. Този тип система има три основни компонента: устройство за изображения, среда за събиране на данни и сензорна база. Като прост примерТакава система може да се използва от любител фотограф (база), който използва 35 mm камера (устройство за визуализация, което формира изображение), което е заредено с високочувствителен фото филм (носител на запис), за да заснеме река. Фотографът е на известно разстояние от реката, но записва информация за нея и след това я съхранява на фотолента.

Устройства за изображения, записваща среда и база. Инструментите за изображения попадат в четири основни категории: фотоапарати и филмови камери, мултиспектрални скенери, радиометри и активни радари. Съвременните рефлексни фотоапарати с една леща създават изображение чрез фокусиране на ултравиолетово, видимо или инфрачервено лъчение, идващо от обект върху фотографски филм. След като филмът бъде проявен, се получава постоянно изображение (с възможност да се запази дълго време). Видеокамерата ви позволява да получавате изображение на екрана; Постоянният запис в този случай ще бъде съответният запис на видеокасета или снимка, направена от екрана. Всички други системи за изображения използват детектори или приемници, които са чувствителни към определени дължини на вълните в спектъра. Фотоумножителните тръби и полупроводниковите фотодетектори, използвани в комбинация с оптико-механични скенери, правят възможно записването на енергия в ултравиолетовите, видимите и близките, средните и далечните инфрачервени области на спектъра и преобразуването й в сигнали, които могат да създават изображения на филм . Микровълновата енергия (микровълнова енергия) се трансформира по подобен начин от радиометри или радари. Сонарите използват енергията на звуковите вълни за създаване на изображения върху фотографски филм.

Инструментите, използвани за изобразяване на изображения, са разположени на различни бази, включително на земята, кораби, самолети, балонии космически кораби. Всеки ден се използват специални камери и телевизионни системи за заснемане на интересни физически и биологични обекти на сушата, морето, атмосферата и космоса. Специални камери с изтичане на времето се използват за записване на промени в земната повърхност, като ерозия на брега, движение на ледници и еволюция на растителността.

Архив на данни. Снимките и изображенията, направени като част от програми за аерокосмически изображения, се обработват и съхраняват правилно. В САЩ и Русия архивите за такива информационни данни се създават от правителствата. Един от основните архиви от този вид в Съединените щати, Центърът за данни EROS (Earth Resources Observation Systems), подчинен на Министерството на вътрешните работи, съхранява около 5 милиона въздушни снимки и около 2 милиона изображения, получени от сателити Landsat, както и като копия на всички въздушни снимки и сателитни изображения на земната повърхност, съхранявани от НАСА. Тази информация е със свободен достъп. Различни военни и разузнавателни организации разполагат с обширни фотоархиви и архиви с други визуални материали.

Анализ на изображението. Най-важната част от дистанционното наблюдение е анализът на изображението. Такъв анализ може да се извърши визуално, чрез компютърно подобрени визуални методи и изцяло компютърно; последните две включват анализ на цифрови данни. Първоначално по-голямата част от работата по анализа на данни от дистанционно наблюдение се извършваше чрез визуално изследване на отделни въздушни снимки или чрез използване на стереоскоп и наслагване на снимките за създаване на стерео модел. Снимките обикновено бяха черно-бели и цветни, понякога черно-бели и цветни в инфрачервени лъчи или - в редки случаи - многоспектрални. Основните потребители на данни, получени от въздушна фотография, са геолози, географи, лесовъди, агрономи и, разбира се, картографи. Изследовател анализира въздушна снимка в лаборатория, за да извлече директно полезна информация , след това го приложете към една от основните карти и определете зоните, които ще трябва да бъдат посетени по време на теренна работа. След теренна работа, изследователят преоценява въздушните снимки и използва данните, получени от тях и от теренни проучвания, за да създаде окончателната карта. С помощта на тези методи се подготвят за издаване много различни тематични карти: геоложки, земеползващи и топографски карти, карти на гори, почви и култури. Геолози и други учени провеждат лабораторни и полеви изследвания на спектралните характеристики на различни природни и цивилизационни промени, настъпващи на Земята. Идеите на подобни изследвания са намерили приложение при проектирането на мултиспектрални скенери MSS (Multi-Spectral-Scanners), които се използват на самолети и космически кораби. Изкуствените спътници на Земята Landsat-1, -2 и -4 (Landsat-1, -2 и -4) имаха на борда си MSS с четири спектрални ленти: от 0,5 до 0,6 μm (зелено); от 0,6 до 0,7 µm (червен); от 0,7 до 0,8 µm (близо до IR); от 0,8 до 1,1 µm (IR). Сателитът Landsat 3 също използва лента от 10,4 до 12,5 микрона. Стандартните съставни изображения, използващи метода на изкуствено оцветяване, се получават чрез комбиниране на MSS с първата, втората и четвъртата лента в комбинация със сини, зелени и червени филтри, съответно. На сателита Landsat 4 с усъвършенствания MSS скенер тематичният картограф предоставя изображения в седем спектрални ленти: три във видимата област, една в близката инфрачервена област, две в средната инфрачервена област и една в топлинната инфрачервена област. области. Благодарение на този инструмент пространствената разделителна способност беше подобрена почти три пъти (до 30 m) в сравнение с тази, предоставена от сателита Landsat, който използваше само MSS скенер. Тъй като чувствителните сателитни сензори не са предназначени за стереоскопични изображения, беше необходимо да се разграничат определени характеристики и явления в едно конкретно изображение, като се използват спектрални разлики. MSS скенерите могат да разграничават пет широки категории земни повърхности: вода, сняг и лед, растителност, разкритие и почва и характеристики, свързани с човека. Учен, който е запознат с изследваната област, може да анализира изображение, получено в една широка спектрална лента, като например черно-бяла въздушна снимка, която обикновено се получава чрез записване на радиация с дължини на вълните от 0,5 до 0,7 µm (зелено и червени области на спектъра). Въпреки това, тъй като броят на новите спектрални ленти се увеличава, за човешкото око става все по-трудно да прави разлика между важни характеристики на подобни тонове в различни части на спектъра. Например, само една снимка от сателита Landsat, използваща MSS в обхвата 0,5-0,6 микрона, съдържа около 7,5 милиона пиксела (елементи на изображението), всеки от които може да има до 128 нюанса на сивото, вариращи от 0 (черно) до 128 ( бяло). Когато сравнявате две снимки на Landsat на една и съща област, имате работа с 60 милиона пиксела; едно изображение, получено от Landsat 4 и обработено от картографа, съдържа около 227 милиона пиксела. От това ясно следва, че трябва да се използват компютри за анализиране на такива изображения.

Цифрова обработка на изображения. Анализът на изображението използва компютри за сравняване на стойностите на сивата скала (диапазон от дискретни числа) на всеки пиксел в изображения, направени в един и същи ден или в няколко различни дни. Системите за анализ на изображения класифицират специфични характеристики на проучване, за да създадат тематична карта на района. Съвременни системивъзпроизвеждането на изображения позволява една или повече спектрални ленти, обработени от сателит с MSS скенер, да бъдат възпроизведени на цветен телевизионен монитор. Подвижният курсор се поставя върху един от пикселите или върху матрица от пиксели, разположени в рамките на определена характеристика, например водно тяло. Компютърът корелира всичките четири MSS ленти и класифицира всички останали части от сателитното изображение, които имат подобни набори от цифрови числа. След това изследователят може да оцвети зоните на "вода" на цветен монитор, за да създаде "карта", показваща всички водни тела в сателитното изображение. Тази процедура, известна като регулирана класификация, позволява систематично класифициране на всички части на анализираното изображение. Възможно е да се идентифицират всички основни типове земна повърхност. Описаните схеми за компютърна класификация са доста прости, но светът около нас е сложен. Водата, например, не е задължително да има една спектрална характеристика. В рамките на един и същи кадър водните тела могат да бъдат чисти или мръсни, дълбоки или плитки, частично покрити с водорасли или замръзнали и всяко от тях има собствен спектрален коефициент на отражение (и следователно собствена цифрова характеристика). Интерактивната система за анализ на цифрови изображения IDIMS използва нерегламентирана схема за класификация. IDIMS автоматично поставя всеки пиксел в един от няколко десетки класа. След компютърна класификация подобни класове (например пет или шест водни класа) могат да бъдат събрани в един. Много области от земната повърхност обаче имат доста сложни спектри, което затруднява недвусмисленото им разграничаване. Една дъбова горичка, например, може да изглежда на сателитни изображения като спектрално неразличима от кленова горичка, въпреки че този проблем се решава много просто на земята. Според спектралните си характеристики дъбът и кленът принадлежат към широколистните видове. Компютърната обработка с алгоритми за идентификация на съдържанието на изображението може значително да подобри MSS изображението в сравнение със стандартното.

Забележка.Данните от дистанционното наблюдение служат като основен източник на информация при изготвянето на карти за земеползване и топографски карти. Метеорологичните и геодезически сателити на NOAA и GOES се използват за наблюдение на промените в облаците и развитието на циклони, включително урагани и тайфуни. Сателитните изображения на NOAA също се използват за картографиране на сезонните промени в снежната покривка в северното полукълбо за изследване на климата и за изследване на промените в морските течения, което може да помогне за намаляване на времето за корабоплаване. Микровълновите инструменти на сателитите Nimbus се използват за картографиране на сезонните промени в ледената покривка в арктическите и антарктическите морета.

Данните от дистанционно наблюдение от самолети и изкуствени спътници все повече се използват за наблюдение на естествени пасища. Въздушните снимки са много полезни в горското стопанство поради високата разделителна способност, която могат да постигнат, както и точното измерване на растителната покривка и как тя се променя с времето.

Инфрачервената въздушна термография от космоса позволява да се разграничат областите на местните течения Гълфстрийм.

И все пак дистанционното наблюдение е получило най-широко приложение в геологичните науки. Данните от дистанционното наблюдение се използват за съставяне на геоложки карти, показващи видове скали и структурни и тектонични характеристики на района. В икономическата геология дистанционното наблюдение служи като ценен инструмент за локализиране на минерални находища и източници на геотермална енергия. Инженерна геологияизползва данни от дистанционно наблюдение, за да избере строителни обекти, които отговарят на определени изисквания и да определи местоположения строителни материали, контрол върху минните работи от повърхността и рекултивацията, както и за извършване на инженерни работи в крайбрежната зона. Освен това тези данни се използват при оценки на сеизмични, вулканични, глациологични и други геоложки опасности, както и в ситуации като горски пожари и промишлени аварии.

Данните от дистанционното наблюдение представляват важна част от изследванията в глациология(свързани с характеристиките на ледниците и снежната покривка), в геоморфология(форми и характеристики на релефа), в морска геология(морфология на дъното на моретата и океаните), в геоботаника(поради зависимостта на растителността от подлежащите минерални находища) и в археологическа геология. IN астрогеологияДанните от дистанционното наблюдение са от първостепенно значение за изучаването на други планети и луни слънчева система, както и в сравнителна планетологияда изучават историята на Земята. Но най-вълнуващият аспект на дистанционното наблюдение е, че сателитите, поставени в ниски околоземни орбити, дадоха на учените за първи път възможността да наблюдават, проследяват и изучават нашата планета като цялата система, включително динамичната му атмосфера и облика на земята, променящ се под въздействието на природни фактори и човешка дейност. Изображенията, получени от сателити, могат да помогнат за намирането на ключа за прогнозиране на изменението на климата, включително тези, причинени от природни и причинени от човека фактори. Въпреки че САЩ и Русия от 1960г. провеждане на дистанционно наблюдение, други страни също допринасят. Японската и Европейската космически агенции планират изстрелване в ниски околоземни орбити голямо числосателити, предназначени да изучават сушата, моретата и атмосферата на Земята.

В ОКБ-1 е създаден първият съветски спътник Зенит-2. От 1965 до 1982 г. на базата на спътника Zenit ЦСКБ-Прогрес създава седем модификации на спътници за дистанционно наблюдение на Земята. Общо към днешна дата ЦСКБ-Прогрес е създал 26 вида автоматични сателити за наблюдение на земната повърхност, решавайки целия набор от проблеми в интерес на национална сигурност, наука и Национална икономика.

От 1988 до 1999 г. са извършени 19 успешни изстрелвания на космическите кораби Ресурс-F1 и Ресурс-F1M. От 1987 до 1995 г. са извършени 9 успешни изстрелвания на космическия кораб Resurs-F2.

Космическият комплекс "Ресурс-Ф2" е предназначен за извършване на многоспектрална и спектрозонална фотография на земната повърхност във видимия и близкия инфрачервен диапазон на спектъра на електромагнитното излъчване с високи геометрични и фотометрични характеристики в интерес на различни сектори на националната икономика и Земята. науки.

Космическият комплекс Resurs-DK е уникална разработка на TsSKB-Progress, съчетаваща изпитани във времето технически решенияи напреднали постижения на дизайнерската мисъл. Космическият комплекс Resurs-DK осигурява многоспектърно дистанционно наблюдение на земната повърхност и бърза доставка на високоинформативни изображения по радио на Земята.

През ноември 2010 г. редица системи Resursa-DK отказаха, след което устройството вече не можеше да се използва по предназначение.

Resurs-P е предназначен да замени стария сателит Resurs-DK.

Уникалността на новия апарат за наблюдение на Земята "Ресурс-П" е в набора от скенери - на него ще бъдат монтирани четири или пет системи за изображения. Това ще даде възможност да се получава информация от Земята не в три цвята, както сега, а в пълната цветова гама и близкия инфрачервен диапазон.

Новият сателитен комплекс ще бъде по-точен и ефективен от своя предшественик. Според разработчиците „Ресурс-П” ще позволи да се изучава еволюцията на климата, да се получават космически данни за мащабни процеси в атмосферата и на земната повърхност, да се наблюдават извънредни ситуации, да се прогнозират земетресения, да се уведомяват за цунами, пожари , нефтени разливи и много други.

Ориз. Ресурс-ДК

Космос-1076 е първият съветски специализиран океанографски спътник. Това е един от двата спътника, участвали в експеримента Ocean-E (вторият е Kosmos-1151). И двата са направени на базата на космически кораб тип AUOS-3. Главни конструктори: В. М. Ковтуненко, Б. Е. Хмиров, С. Н. Конюхов, В. И. Драновски. Данните, получени от спътника, направиха възможно създаването на първата съветска космическа база данни за Световния океан:18 Сателитът беше оборудван с оборудване за дистанционно наблюдение на Земята (ERS).

Конструкторско бюро Южное

океанографски изследвания

Ракета носител

11K68 ("Циклон-3")

Стартова площадка

Плесецк, стартов комплекс № 32/2

Деорбитиране

Спецификации

Орбитални елементи

Тип орбита

Субполярен

настроение

Период на обръщение

Апоцентър

Перицентър

Мониторът е серия от малки космически кораби за дистанционно наблюдение на Земята, създадени в Държавния научно-производствен космически център на името на. М. В. Хруничев на базата на единната космическа платформа „Яхта“. Предполагаше се, че серията ще се състои от спътници „Монитор-E“, „Монитор-I“, „Монитор-S“, „Монитор-O“, оборудвани с различно оптико-електронно оборудване и „Монитор-R“, оборудвани с радарни системи. . понастоящемВъв федералната космическа програма няма сателити от серия Monitor.

Монитор-Е

Първият от серията сателити, Monitor-E (експериментален), е предназначен да тества ново целево оборудване и сервизни системи на платформата Yachta. Сателитът с тегло 750 кг е оборудван с две камери с резолюция 8 м в панхроматичен режим (един канал) и 20 м в многоканален режим (3 канала). Изображенията на Monitor-E ще покриват площ с размери 90 на 90 км и 160 на 160 км. Капацитетът на вградената памет е 50 гигабайта (2×25). Сателитът е проектиран в конструкция без налягане, на модулна основа, което позволява, ако е необходимо, да се разширят възможностите на космическия кораб чрез допълнително оборудване. Целевото оборудване е в състояние да предава информация в почти реално време. Сателитът е оборудван с електрическа система за задвижване (EPS), използваща ксенон като работна течност на EPS. Прогнозният активен живот на устройството е 5 години.

Монитор-Е беше изстрелян на 26 август 2005 г. от космодрума Плесецк с помощта на ракета носител Рокот. Сателитът беше изведен в слънчево-синхронна орбита на височина 550 км. След навлизане в орбита не може да се установи комуникация с апарата поради повреда на наземното оборудване на радиолинията за управление на бордовото оборудване. Беше възможно да се установи връзка със спътника само след ден. Още на 18 октомври обаче устройството срещна сериозни проблеми, свързани с управлението му, след което влезе в неориентиран режим. Това се случи поради временна повреда на един от каналите на жироскопичния измервател на вектора на ъгловата скорост (GYVUS). Скоро този проблем беше решен и още на 23 ноември 2005 г. беше проверена функционалността на радиовръзките за предаване на изображения от космическия кораб. На 26 ноември 2005 г. са получени първите изображения на земната повърхност от камера с резолюция 20 метра, а на 30 ноември е тествана камера с резолюция 8 метра. По този начин може да се твърди, че работата на космическия кораб "Монитор-Е" е напълно възстановена.

През 2011 г. работата на космическия кораб беше спряна.

Програмата Landsat е най-продължителният проект за получаване на сателитни снимки на планетата Земя. Първият от сателитите на програмата е изстрелян през 1972 г.; последният до момента Landsat 7 - 15 април 1999 г. Оборудването, инсталирано на сателитите Landsat, е направило милиарди изображения. Изображенията, получени в Съединените щати и в сателитни станции за данни по целия свят, предоставят уникален ресурс за провеждане на много научно изследванепо селско стопанство, картография, геология, горско стопанство, разузнаване, образование и национална сигурност. Например Landsat-7 предоставя изображения в 8 спектрални диапазона с пространствена разделителна способност от 15 до 60 m на точка; Честотата на събиране на данни за цялата планета първоначално беше 16 дни.

През 1969 г., годината на полета на човека до Луната, изследователски център Hughes Santa Barbara започна разработването и производството на първите три мултиспектрални скенера (MSS). Първите прототипи на MSS са произведени в рамките на 9 месеца, до есента на 1970 г., след което са тествани на гранитния купол на Half Dome през национален паркЙосемити.

Оригиналният оптичен дизайн на MSS е създаден от Джим Кодак, инженер по оптико-механични системи, който също е проектирал оптичната камера на мисията Pioneer, която е първият оптичен инструмент, напуснал слънчевата система.

Когато е създадена през 1966 г., програмата е наречена Earth Resources Observation Satellites, но през 1975 г. програмата е преименувана. През 1979 г. с президентска директива 54 президентът на САЩ Джими Картър прехвърли контрола върху програмата от НАСА на NOAA, препоръчвайки разработването на дългосрочна система с 4 допълнителни спътника след Landsat 3, както и прехвърляне на програмата към частния сектор . Това се случи през 1985 г., когато екип от сателитната компания за наблюдение на Земята (EOSAT), Hughes Aircraft и RCA бяха избрани от NOAA да управляват системата Landsat съгласно десетгодишен договор. EOSAT управляваше Landsat 4 и 5, имаше изключителни права да продава данни, генерирани от програмата, и изгради Landsat 6 и 7.

Сателитна снимка на Колката в симулиран цвят. Заснет от сателита Landsat 7 на НАСА.

През 1989 г., докато преходът на програмата все още не е напълно завършен, NOAA е изчерпала бюджета си за програмата Landsat (NOAA не е поискала финансиране и Конгресът на САЩ е отпуснал финансиране само за половината от фискалната година) и NOAA решава да затвори Landsat 4 и 5. . Ръководителят на новия Национален космически съвет, вицепрезидентът Джеймс Куейл, обърна внимание на настоящата ситуация и помогна на програмата да получи спешно финансиране.

През 1990 и 1991 г. Конгресът отново предостави на NOAA финансиране само за половината от годината, изисквайки от други агенции, използващи данни, събрани от програмата Landsat, да осигурят останалата половина от необходимите пари. През 1992 г. бяха положени усилия за възстановяване на финансирането, но до края на годината EOSAT престана да обработва данни от Landsat. Landsat 6 беше изстрелян на 5 октомври 1993 г., но беше изгубен при инцидент. Обработката на данни от Landsat 4 и 5 беше възобновена от EOSAT през 1994 г. Landsat 7 беше изстрелян от НАСА на 15 април 1999 г.

Значението на програмата Landsat беше признато от Конгреса през октомври 1992 г. с приемането на Закона за политиката за дистанционно наблюдение на земята (публичен закон 102-555), който позволи продължаването на работата на Landsat 7 и гарантира наличието на данни и изображения на Landsat в възможно най-ниски цени.цени както за настоящи, така и за нови потребители.

Хронология на стартиране

Landsat-1 (първоначално ERTS-1, Earth Resources Technology Satellite -1) - изстрелян на 23 юли 1972 г., прекратен на 6 януари 1978 г.

Landsat 7 - изстрелян на 15 април 1999 г., работещ. От май 2003 г. модулът Scan Line Corrector (SLC) е неуспешен. От септември 2003 г. се използва в режим без корекция на сканиращата линия, което намалява количеството на получената информация до 75% от оригинала.

Технически подробности

Следващият сателит в програмата трябва да бъде Landsat Data Continuity Mission. Пускането е насрочено за 2012 г. Нов сателитсе изгражда в Аризона от Orbital Sciences Corporation.

Данните от сателитни изображения съдържат полезна информация, получена в различни спектрални диапазони и се съхраняват цифрово. Тъй като сателитните изображения покриват големи площи, те могат да се използват за тематични регионални изследвания и идентифициране на големи пространствени обекти, по-специално форми на релефа. Редовното проучване на териториите позволява да се наблюдават водните ресурси, агротехническото състояние на културите, ерозията на почвата, развитието на градската инфраструктура и други процеси, обекти и явления, които се променят под въздействието на природни и антропогенни фактори. С помощта на сателитни изображения е доста лесно да се получат данни за труднодостъпни райони. Друго предимство на дистанционното наблюдение е възможността за получаване на изображения с различни разделителни способности, което позволява използването на данни от дистанционно наблюдение за решаване на различни проблеми в различни предметни области. Тъй като анализът на материалите за дистанционно наблюдение се извършва извън обекта, са необходими по-малко теренни изследвания, което изплаща разходите за получаване на данни. Използването на сателитни изображения за бързо актуализиране на средно- и дребномащабни карти също е рентабилно. Цифровият формат на материалите за дистанционно наблюдение и използването на компютри за тяхната обработка и анализ осигуряват бързи резултати.

Исторически един от най-развитите начини за получаване на информация за обекти на земната повърхност е събирането на информация на място. Непрекъснатото изследване на големи площи с помощта на наземни методи за изследване (тахеометрия, нивелация и др.) изисква огромни икономически и времеви разходи. Трябва да се отбележи, че по време на наземни изследвания е трудно да се постигне синхронност и едновременност на наблюденията във всички области. Към всичко това често се добавя и факторът недостъпност на територията.

Методите за дистанционно наблюдение нямат тези недостатъци. Една от най-важните характеристики на тези методи е способността за натрупване на данни върху голяма площ от земната повърхност за кратък период от време, получаване на почти мигновена снимка. Например с помощта на скенер на геостационарния метеорологичен спътник Meteosat се формира изображение на около една четвърт от земната повърхност за по-малко от половин час. Когато този аспект се разглежда в комбинация с факта, че сателитните системи могат да получават данни в ситуации, които са трудни за наземно изследване, когато са бавни, скъпи, опасни и политически неудобни, тогава потенциалната сила на дистанционното наблюдение става още по-голяма очевидно. Допълнително предимство на дистанционното наблюдение е способността на системите да произвеждат калибрирани данни в цифрова форма, които могат да бъдат въведени директно в компютър за обработка.

В съвременните условия следните характеристики определят търсенето на сателитни изображения (CS):

Обективност– всеки КС е документ, отразяващ обективно състоянието на местността към момента на снимане. Да се ​​фалшифицира CS е почти невъзможно, тъй като заснемането се извършва от различни операторски компании и опитите за промяна на данните могат лесно да бъдат открити.

Уместност– материалите за космически проучвания могат да бъдат получени на различни дати, включително персонализирани проучвания, които обикновено се извършват в рамките на няколко седмици.

Мащаб– съвременните устройства за дистанционно наблюдение позволяват едновременно изобразяване на големи площи с доста висока степен на детайлност.

Екстериториалност– зоните на изследване не са обвързани по никакъв начин с държавни или териториални граници и не се изисква разрешение за извършване на проучването.

Наличност– понастоящем данните от дистанционното наблюдение с пространствена разделителна способност от 2 m или по-малко са отворени и достъпни. Процедурата за поръчка и получаване на изображения е доста проста.

Данните от дистанционното наблюдение, особено тези, получени от космически спътници, често не могат да бъдат получени по друг начин. Съвременната метеорологична служба до голяма степен се основава на сателитни наблюдения.

Освен предимствата, данните от дистанционното наблюдение имат и недостатъци: тяхната обработка и анализ изискват много висока квалификация и богат практически опит. Използването на такива данни става рентабилно за единични изследвания на малки площи. Софтуерът, използван за обработка на цифрови изображения, също е скъп. Освен това, ако резултатите от интерпретацията на материали за дистанционно наблюдение не са потвърдени от теренни изследвания, те трябва да се третират много предпазливо.

Трябва да се отбележи, че колкото по-голяма е територията на държавата, толкова по-ефективно е използването на дистанционни методи.