Космическая съемка – современный метод контроля и анализа

12 января 2010 г. серия крупнейших землетрясений разрушила город Порт-о-Пренс, столицу Республики Гаити. Погибли сотни тысяч человек. В поисковых операциях участвовали спасатели из многих стран, в том числе из России. Первое время, чтобы как-то ориентироваться, они использовали обычные туристические карты, поскольку еще не было снимков, содержащих информацию о масштабах разрушений в городе. Принятые изображения от нескольких запрограммированных на съемку зарубежных спутников имели недостаточное пространственное разрешение, которое не позволяло точно оценить степень разрушений зданий различной этажности. Первый высокодетальный снимок, ставший источником объективной информации о ситуации в городе, был получен с американского спутника GeoEye-1 уже 13 января. Разрешение снимка составляло 0,5 м.

Конечно же, космосъемка востребована не только при чрезвычайных ситуациях. Спутниковые данные необходимы для решения задач в области метеорологии, при мониторинге лесов, сельхозугодий, землепользования, состояния технических объектов, территорий с активной нефтедобывающей инфраструктурой, при создании земельного кадастра, цифровых карт, при территориальном планировании, геологоразведке, отслеживании положения судов в любой части Мирового океана и пр. Дистанционное зондирование Земли из космоса (ДЗЗ) с каждым годом становится все более востребованной технологией.

Немного истории

Первая спутниковая фотография Земли была сделана 14 августа 1959 г. американским спутником Explorer 6. Изначально спутниковая съемка была в системе военной разведки. Гонка вооружений заставляла совершенствовать технологии, постепенно улучшая пространственное разрешение снимков с нескольких метров до сантиметров. Со временем наработки конверсировались в гражданский сектор. Стало понятно, что космическая съемка – эффективный источник информации для разных отраслей экономики. На орбите начали появляться коммерческие космические аппараты, в основу создания которых были положены военные технологии —  длиннофокусные оптические системы, специальные  миниатюрные многоэлементные ПЗС-матрицы, радиолинии для высокоскоростной передачи изображений на Землю в реальном масштабе времени. Американский спутник IKONOS, запущенный в 1999 г., стал первым в мире коммерческим аппаратом съемки Земли с пространственным разрешением 0,8 м. Но и это не предел. Несколько лет назад появились гражданские спутники с разрешение 0,5 м, в ближайшие годы размеры пикселя коммерческих спутниковых снимков уменьшатся до 25 см.

Отечественный космический аппарат Ресурс-ДК был запущен 15 июня 2006 г. с помощью ракеты-носителя «Союз-У» с космодрома Байконур. Сегодня спутник позволяет получать цифровые изображения земной поверхности с пространственным разрешением 1 м в панхроматическом режиме (один канал) и в трех узких спектральных диапазонах с разрешением 2-3 м в мультиспектральном режиме. Для России – это революционный шаг, поскольку даже после запуска аппарата Ресурс-ДК космические снимки с разрешением 1-2 м еще несколько лет считались секретными. Сегодня на рынке по количеству спутников ДЗЗ лидируют США, Индия, Франция, Германия и Канада. И каждая из этих стран специализируется на получении сверх-, высоко-, низкодетальных снимков, оптических или радарных. Канада, например, располагает востребованными радиолокационными спутниками. Израиль может предложить высокодетальную оптическую съемку с пространственным разрешением до 0,7 м, благодаря легким космическим аппаратам EROS A и EROS B, которые были разработаны с учетом территориального расположения страны, и призваны решать задачи по обеспечению внутренней и внешней безопасности, борьбе с наркоторговлей, терроризмом и преступностью, а также осуществлять мониторинг окружающей среды. Спутник Германии TerraSAR-X, оснащенный радаром с синтезированной апертурой, позволяет осуществлять съемку с пространственным разрешением около 1 м в Х-диапазоне волн, с изменяемой поляризацией излучения. Франция специализируется на детальных (2,5–5 м) и среднедетальных (10-20 м) съемках для картографирования в широкой полосе захвата, а вот низкодетальный (с разрешением более 100 м) и радарный спутники у страны отсутствуют.

Сегодня результаты спутниковой фотосъемки стали общедоступными на популярных сайтах Google Maps, Яндекс.Карты, NASA World Wind, Kosmosnimki.Ru и др.

Получение снимка и его обработка

Анализ изображений, полученных приборами в различных частотных диапазонах, – наиболее эффективное средство мониторинга и контроля состояния поверхности Земли, изучения атмосферы, океанов и других сред. Для сбора разносторонней информации на орбиту выводятся спутники, оснащенные системами дистанционного зондирования: радиолокаторами, радиометрами, скаттерометрами, лазерными и радарными высотомерами, специальной оптикой. Оптические изображения могут быть получены при съемке одновременно в нескольких участках видимого спектра и инфракрасного диапазона (всего от 3-5 до сотен спектральных каналов). Российский Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС» разработал технологию оперативного получения и обработки изображений Земли из космоса, которая базируется на универсальных малогабаритных приемных комплексах «УниСкан» (рис. 1), обеспечивающих сегодня получение изображений от 14 спутников ДЗЗ ведущих операторов, в частности: Antrix (Индия), Spot Image (Франция), ESA, MDA (Канада), ImageSat Int. (Израиль) и др. Обладая такими станциями, компания предлагает полный комплекс услуг — от приема до тематической обработки изображений Земли из космоса, формирования продуктов и информационных сервисов. В последние годы все более востребованными становятся технологии оперативного спутникового мониторинга различных территорий, объектов, процессов.

Дешифрование и анализ спутниковых снимков в настоящее время все больше выполняется с помощью автоматизированных программных комплексов, таких как ERDAS Imagine или ENVI. Центр «СКАНЭКС» разработал собственные программные средства для первичной обработки и архивирования данных ДЗЗ, а также для дальнейшей углубленной тематической обработки изображений, генерации мозаик, карт, индексов и трехмерных моделей (рис. 2).

Примеры применения ДЗЗ

Автомобильная магистраль Чита-Хабаровск протяженностью 2100 км строится более 30 лет. Она должна сформировать опорную сеть автомобильных дорог общего пользования Дальневосточного региона с надежным круглогодичным транспортным сообщением. Сплошная многократная съемка автотрассы со спутников с разрешением 5,8–10 м свидетельствовала в 2006-2008 г, что дорога асфальтирована лишь на отдельных участках, значительная часть полотна была покрыта щебенкой. Таким образом, данные ДЗЗ помогли осуществлять контроль строительства автотрассы даже в удаленной местности.

В 2008 г. специалистами тематического отдела ИТЦ «СКАНЭКС» проведен анализ изменений территории г. Иркутска. Основной целью проекта стало выявление незаконного строительства в пределах исследуемой территории общей площадью 360 км². Конечно, съемка из космоса не может дать ответ на вопрос о законности строительства на выявленных участках, это задача соответствующих органов государственной власти. Однако применение данных дистанционного зондирования обеспечивает оперативную и высокую точность выявления изменений на значительных по площадям территориях. При анализе изменений территории г. Иркутска были использованы снимки EROS B c пространственным разрешением 0,7 м, сделанные с полугодовым интервалом. В ходе изучения разновременных мозаик обнаружились участки нового строительства, изменения состояния городских и прилегающих территорий, береговой линии водных объектов и т.д. На всей территории было выявлено 1262 объекта, претерпевших те или иные изменения в течение лета 2008 г.

Проведена высокодетальная спутниковая съемка пролива Невельского, через который планируется строительство морской части перехода газопровода «Сахалин – Хабаровск – Владивосток». На основе данных съемки спутником IKONOS с помощью программного обеспечения ScanEx Image Processor в ИТЦ «СКАНЭКС» разработана цифровая модель рельефа (ЦМР) припайного льда в проливе. ЦМР помогла специалистам определить особенности рельефа припая в проливе, исследовать местоположение и размеры стамух и гряд торосов. Это позволит корректно оценить риски, которые могут возникнуть при строительстве и эксплуатации морской части газопровода.

Для наблюдения за уникальными природными явлениями, протекающими на особо охраняемых природных территориях (ООПТ), а также для выявления экологических нарушений и незаконной деятельности, уже несколько лет реализуется тематический проект с использованием  данных ДЗЗ. Мониторинг основывается на использовании материалов разновременной оптической космической съемки различного пространственного разрешения. Промежуточные итоги мониторинга ООПТ охватывают выявление антропогенных объектов, появившихся в 2007–2009 гг.: незаконное строительство дороги в заказнике «Большой Утриш»; вырубка массивов занесенного в Красную книгу самшита колхидского при строительстве совмещенной железной и автодороги Адлер – Красная Поляна по территории Сочинского национального парка; сплошные и выборочные рубки на территории охранной зоны национального парка «Мещера» (Владимирская область); подготовка скважины к разведке нефти на о. Искусственный, заповедной зоне Северного Каспия, территории водно-болотного угодья международного значения «Дельта р. Волги»; жилищная застройка в охранных зонах Приокско-Террасного заповедника и национального парка «Лосиный остров» и пр.

И еще один пример. В Приэльбрусье есть место, где обрушение ледника может привести к несоизмеримо большим последствиям, чем в Северной Осетии восемь лет назад. Это Чегетская поляна, над которой нависает Когутайский ледник. Незначительные по объему ледяные обвалы нижней части ледника происходят ежегодно, но не достигают поляны. Однако при отрыве крупного массива льда его кинетической энергии может хватить для достижения подножия склона. В сложившейся ситуации необходим постоянный мониторинг опасного объекта и моделирование всех вариантов развития событий при помощи анаглифического изображения на основе космических снимков — стереопар. Стереопары являются исходным материалом для разработки цифровых моделей рельефа, топокарт и трехмерных моделей. Индийский спутник IRS-P5 оснащен двухкамерной оптической системой, с одного пролета формирует стереопары местности с пространственным разрешением 2.5 м в полосе съемки шириной 26 км. Такое быстрое и несложное построение анаглифических изображений позволяет оперативно оценить обстановку опасных природных объектов.

А теперь поговорим о стоимости

Стоимость спутникового снимка напрямую зависит от пространственного разрешения. Соответственно, чем детальнее съемка, тем дороже материал. Изображение с пространственным разрешением 0,5 м обойдется заказчику от $20 за км². Спутниковые изображения с разрешением от 250 м до 1 км поставляются бесплатно, например, в геосервисе оперативного спутникового мониторинга пожаров SFMS.

Но главное, космические снимки позволят регулярно наблюдать за интересующей территорией или объектом и получать интересующую информацию.

ООО Инженерно-технический центр «СКАНЭКС» образован в 1989 г. Является оператором коммерческой сети станций УниСкан™ в России. ИТЦ «СКАНЭКС» предоставляет пользователям изображения со спутников IRS-P5 (Cartosat-1), IRS-P6 (Resourcesat-1), SPOT 2/4/5, EROS A/B, RADARSAT-1, ENVISAT-1, IKONOS, QuickBird, WorldView-2, Kompsat-2, Formosat-2, TerraSAR-X, ALOS.  Собственная сеть станций Центра (приемные комплексы «УниСкан») установлены в Москве, Иркутске, Мегионе и Магадане, что позволяет вести и постоянно пополнять уникальный архив информации из космоса. Архив ведется с 1996 г. и сегодня содержит более 200 терабайт данных. Малогабаритные станции «УниСкан» стали технологической основой центров космического мониторинга в Азербайджане, Армении, Белоруссии, Вьетнаме, Иране, Испании, Казахстане (создана национальная сеть), ОАЭ, США, Украине. В России приемные комплексы работают в Минприроде, МЧС России и Росгидромете, на базе научно-исследовательских и образовательных учреждений. Помимо разработки и производства аппаратно-программных комплексов, создания центров приема спутниковых данных, ИТЦ «СКАНЭКС» реализует проекты по оперативному спутниковому мониторингу различных территорий и явлений, а также создает Интернет-порталы с использованием космических снимков, оказывает картографические услуги (дизайн и рендеринг карт), проводит обучающие тренинги по работе с космоснимками.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.