Технологии дистанционного зондирования земли. Новейшие и перспективные спутники дистанционного зондирования земли

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) - наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использующие 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 космического аппарата (КА), характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы . Поэтому на КА используется многоканальное оборудование пассивного и активного типов, регистрирующее электромагнитное излучение в различных диапазонах.

Аппаратура ДЗЗ первых КА, запущенных в 1960-70-х гг. была трассового типа - проекция области измерений на поверхность Земли представляла собой линию. Позднее появилась и широко распространилась аппаратура ДЗЗ панорамного типа - сканеры, проекция области измерений на поверхность Земли которых представляет собой полосу.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Дистанционное зондироние Земли из космоса

✪ Дистанционное зондирование Земли

✪ Космический аппарат ДЗЗ "Ресурс-П"

✪ Дистанционное зондирование Земли из космоса

✪ [ИТ-лекторий]: Есть ли космос за геостационарной орбитой? Перспективы освоения Солнечной системы.

Субтитры

Общий обзор

Дистанционное зондирование является методом получения информации об объекте или явлении без непосредственного физического контакта с данным объектом. Дистанционное зондирование является подразделом географии . В современном понимании, термин в основном относится к технологиям воздушного или космического зондирования местности с целью обнаружения, классификации и анализа объектов земной поверхности, а также атмосферы и океана, при помощи распространяемых сигналов (например, электромагнитной радиации). Разделяют на активное (сигнал сначала излучается самолетом или космическим спутником) и пассивное дистанционное зондирование (регистрируется только сигнал других источников, например, солнечный свет).

Активные приборы, в свою очередь, излучают сигнал с целью сканирования объекта и пространства, после чего сенсор имеет возможность обнаружить и измерить излучение, отраженное или образованное путём обратного рассеивания целью зондирования. Примерами активных сенсоров дистанционного зондирования являются радар и лидар , которыми измеряется задержка во времени между излучением и регистрацией возвращенного сигнала, таким образом определяя размещение, скорость и направление движения объекта.

Дистанционное зондирование предоставляет возможность получать данные об опасных, труднодоступных и быстродвижущихся объектах, а также позволяет проводить наблюдения на обширных участках местности. Примерами применения дистанционного зондирования может быть мониторинг вырубки лесов (например, в бассейне Амазонки), состояния ледников в Арктике и Антарктике , измерение глубины океана с помощью лота. Дистанционное зондирование также приходит на замену дорогостоящим и сравнительно медленным методам сбора информации с поверхности Земли, одновременно гарантируя невмешательство человека в природные процессы на наблюдаемых территориях или объектах.

При помощи орбитальных космических аппаратов ученые имеют возможность собирать и передавать данные в различных диапазонах электромагнитного спектра, которые, в сочетании с более масштабными воздушными и наземными измерениями и анализом, обеспечивают необходимый спектр данных для мониторинга актуальных явлений и тенденций, таких как Эль-Ниньо и другие природные феномены, как в кратко-, так и в долгосрочной перспективе. Дистанционное зондирование также имеет прикладное значение в сфере геонаук (к примеру, природопользование) , сельском хозяйстве (использование и сохранение природных ресурсов), национальной безопасности (мониторинг приграничных областей).

Техники получения данных

Основная цель мультиспектральных исследований и анализа полученных данных – это объекты и территории, излучающие энергию, что позволяет выделять их на фоне окружающей среды. Краткий обзор спутниковых систем дистанционного зондирования находится в обзорной таблице .

Как правило, лучшим временем для получения данных методами дистанционного зондирования является летнее время (в частности, в эти месяцы наибольший угол солнца над горизонтом и наибольшая длительность дня). Исключением из этого правила является получение данных с помощью активных датчиков (например, Радар , Лидар), а также тепловых данных в длинноволновом диапазоне. В тепловидении, при котором датчики проводят измерения тепловой энергии, лучше использовать промежуток времени, когда разница температуры земли и температуры воздуха наибольшая. Таким образом, лучшее время для этих методов – холодные месяцы, а также несколько часов до рассвета в любое время года.

Кроме того, есть еще некоторые соображения, которые нужно учитывать. С помощью радара, например, нельзя получать изображение голой поверхности земли при толстом снежном покрове; то же самое можно сказать и о лидаре. Тем не менее, эти активные сенсоры нечувствительны к свету (или его отсутствию), что делает их отличным выбором для применения к высоких широтах (для примера). Кроме того, как радар, так и лидар способны (в зависимости от используемых длин волн) получать изображения поверхности под пологом леса, что делает их полезными для применения в сильно заросших регионах. С другой стороны, спектральные методы получения данных (как стереоизображения , так и мультиспектральные методы) применимы в основном солнечные дни; данные, собранные в условиях низкой освещенности, как правило, имеют низкий уровень сигнал / шум, что усложняет их обработку и интерпретацию. К тому же, в то время как стереоизображения способны отображать и идентифицировать растительность и экосистемы, при помощи этого метода (как и при мульти-спектральном зондировании) невозможно проникнуть под навес деревьев и получить изображения земной поверхности.

Применение дистанционного зондирования

Дистанционное зондирование наиболее часто применяется в сельском хозяйстве, геодезии, картографировании, мониторинге поверхности земли и океана, а также слоев атмосферы.

Сельское хозяйство

При помощи спутников можно с определенной цикличностью получать изображения отдельных полей, регионов и округов. Пользователи могут получать ценную информацию о состоянии угодий, в том числе идентификацию культур, определение посевных площадей сельскохозяйственных культур и состояние урожая. Спутниковые данные используются для точного управления и мониторинга результатов ведения сельского хозяйства на различных уровнях. Эти данные могут быть использованы для оптимизации фермерского хозяйства и пространственно-ориентированного управления техническими операциями. Изображения могут помочь определить местоположение урожая и степень истощения земель, а затем могут быть использованы для разработки и реализации плана лечения, для локальной оптимизации использования сельскохозяйственных химикатов. Основными сельскохозяйственными приложениями дистанционного зондирования являются следующие:

растительность:
- классификация типа культур
- оценка состояния посевов (мониторинг сельскохозяйственных культур, оценка ущерба)
- оценка урожайности
почва
- отображение характеристик почвы
- отображение типа почвы
- эрозия почвы
- влажность почвы
- отображение практики обработки почвы

Мониторинг лесного покрова

Дистанционное зондирование также применяется для мониторинга лесного покрова и идентификации видов. Полученные таким способом карты могут покрывать большую площадь, одновременно отображая детальные измерения и характеристики территории (тип деревьев, высота, плотность). Используя данные дистанционного зондирования, возможно определить и разграничить различные типы леса, что было бы трудно достичь, используя традиционные методы на поверхности земли. Данные доступны в различных масштабах и разрешениях, что вполне соответствует локальным или региональные требованиям. Требования к детальности отображения местности зависит от масштаба исследования. Для отображения изменений в лесном покрове (текстуры, плотности листьев) применяются:

мультиспектральные изображения: для точной идентификации видов необходимы данные с очень высоким разрешением
многоразовые снимки одной территории, используются для получения информации о сезонных изменений различных видов
стереофотографии - для разграничение видов, оценки плотности и высоты деревьев. Стереофотографии предоставляют уникальный вид на лесной покров, доступный только через технологии дистанционного зондирования
Радары широко применяются в зоне влажных тропиков, благодаря их свойству получать изображения при любых погодных условиях
Лидары позволяют получать 3-мерную структуру леса, обнаруживать изменения высоты поверхности земли и объектов на ней. Данные Лидара помогают оценить высоту деревьев, области корон и количество деревьев на единице площади.

Мониторинг поверхности

Мониторинг поверхности является одним из наиболее важных и типичных применений дистанционного зондирования. Полученные данные используются при определении физического состояния поверхности земли, например, леса, пастбища, дорожного покрытия и т.д., в том числе результатов деятельности человека, такие, как ландшафт в промышленных и жилых зонах, состояния сельскохозяйственных территорий и т.п. Первоначально должна быть установлена система классификации земельного покрова, которая обычно включает в себя уровни и классы земель. Уровни и классы должны быть разработаны с учётом цели использования (на национальном, региональном или местном уровне), пространственного и спектрального разрешения данных дистанционного зондирования, запросу пользователя и так далее.

Обнаружение изменения состояния поверхности земли необходимо для обновления карт растительного покрова и рационализации использования природных ресурсов. Изменения, как правило, обнаруживаются при сравнении нескольких изображений, содержащих несколько уровней данных, а также, в некоторых случаях, при сравнении старых карт и обновленных изображений дистанционного зондирования.

сезонные изменения: сельскохозяйственные угодья и лиственные леса изменяются по-сезонно
годовые изменения: изменения поверхности земли или территории землепользования, например, районы вырубки леса или разрастания городов

Информация о поверхности земли и изменения характера растительного покрова прямо необходимы для определения и реализации политики защиты окружающей среды и могут быть использованы совместно с другими данными для проведения сложных расчетов (например, определения рисков эрозии).

Геодезия

Сбор геодезических данных с воздуха впервые был использован для обнаружения подводных лодок и получения гравитационных данных, используемых для построения военных карт. Эти данные являют собой уровни мгновенных возмущений гравитационного поля Земли , которые могут быть использованы для определения изменений в распределении масс Земли , что в свою очередь может быть востребовано для проведения различных геологических исследований.

Акустические и около-акустические применения

Сонар : пассивный гидролокатор , регистрирует звуковые волны, исходящие от других объектов (судно, кит и т.д.); активный гидролокатор , излучает импульсы звуковых волн и регистрирует отраженный сигнал. Используется для обнаружения, определения местоположения и измерения параметров подводных объектов и местности.
Сейсмографы - специальный измерительный прибор, который используется для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн . При помощи сейсмограмм, снятых в разных местах определенной территории, можно определить эпицентр землетрясения и измерить его амплитуду (после того как оно произошло) путём сравнения относительных интенсивностей и точного времени колебаний.
УЗИ : датчики ультразвукового излучения , которые испускают высокочастотные импульсы и регистрируют отраженный сигнал. Используется для обнаружения волн на воде и определения уровня воды.

При координации серий масштабных наблюдений, большинство систем зондирования зависят от следующих факторов: расположения платформы и ориентации датчиков . Высококачественные инструменты в настоящее время часто используют позиционную информацию от спутниковых систем навигации . Вращение и ориентация часто определяется электронными компасами с точностью около одного – двух градусов . Компасы могут измерять не только азимут (т.е. градусное отклонение от магнитного севера), но и высоты (значение отклонения от уровня моря), так как направление магнитного поля относительно Земли зависит от широты , на которой происходит наблюдение. Для более точного ориентирования необходимо применение инерциальной навигации , с периодическими поправками различными методами, включая навигацию по звездам или известным ориентирам.

Обзор основных приборов дистанционного зондирования

Радары , в основном, применяются в системах контроля воздушного трафика, раннего оповещения, мониторинга лесного покрова, сельском хозяйстве и для получения метеорологических данных большого масштаба. Радар Допплера используется правоохранительными организациями для контроля скоростного режима автотранспорта, а также для получения метеорологических данных о скорости и направлении ветра, местоположении и интенсивности осадков. Другие типы получаемой информации включают в себя данные об ионизированном газе в ионосфере. Интерферометрический радар искусственной апертуры используется для получения точных цифровых моделей рельефа больших участков местности (см RADARSAT , TerraSAR-X , Magellan).
Лазерные и радиолокационные высотомеры на спутниках обеспечивают получение широкого спектра данных. Измеряя отклонения уровня воды океана, вызванные гравитацией , данные приборы отображают особенности рельефа морского дна с разрешением порядка одной мили. Измеряя высоту и длину волны океанских волн при помощи высотомеров, можно узнать скорость и направление ветра, а также скорость и направление поверхностных океанических течений.
Ультразвуковые (акустические) и радиолокационные датчики используются для измерения уровня моря, приливов и отливов, определения направления волн в прибрежных морских регионах.
Технология светового обнаружения и определения дальности (ЛИДАР) хорошо известна своим применением в военной сфере, в частности, в лазерной навигации снарядов. ЛИДАР Ы используется также для обнаружения и измерения концентрации различных химических веществ в атмосфере, в то время как ЛИДАР на борту самолета может быть использован для измерения высоты объектов и явлений на земле с большей точностью, чем та, которая может быть достигнута при помощи радиолокационной техники. Дистанционное зондирование растительности также является одним из основных применений ЛИДАР а.
Радиометры и фотометры являются наиболее распространенными используемыми инструментами. Они фиксируют отраженное и испускаемое излучение в широком диапазоне частот. Наиболее распространенными являются датчики видимого и инфракрасного диапазонов, затем идут микроволновые , датчики гамма-лучей и, реже, датчики ультрафиолета . Эти приборы также могут быть использованы для обнаружения эмиссионного спектра различных химических веществ, предоставляя данные об их концентрации в атмосфере.
Стереоизображения , полученные при помощи аэрофотосъёмки часто используются при зондировании растительности на поверхности Земли, а также для построения топографических карт при разработке потенциальных маршрутов путём анализа изображений местности, в сочетании с моделированием особенностей окружающей среды, полученных наземными методами.
Мультиспектральные платформы, такие как Landsat активно использовались начиная с 70-х годов. Эти приборы использовались для построения тематических карт путём получения изображений в нескольких длинах волн электромагнитного спектра (мульти-спектра) и, как правило, они применяются на спутниках наблюдения за Землей. Примерами таких миссий являются в том числе программа Landsat или спутник IKONOS . Карты растительного покрова и землепользования, полученные методом тематического картографирования могут быть использованы для разведки полезных ископаемых, обнаружения и мониторинга использования земель, вырубки лесов, и изучения здоровья растений и сельскохозяйственных культур, в том числе огромных участков сельскохозяйственных земель или лесных массивов. Космические снимки программы Landsat используются регулирующими органами для контроля параметров качества воды, включая глубину Секки , плотность хлорофилла и общее содержание фосфора . Метеорологические спутники используются в метеорологии и климатологии .
Методом спектральной визуализации получают изображения, в которых каждый пиксель содержит полную спектральную информацию, отображая узкие спектральные диапазоны в пределах непрерывного спектра. Приборы спектральной визуализации используются для решения различных задач, в том числе применяются в минералогии , биологии , военном деле , измерениях параметров окружающей среды.
В рамках борьбы с опустыниванием , дистанционное зондирование позволяет наблюдать за областями, которые находятся в зоне риска в долгосрочной перспективе, определять факторы опустынивания , оценивать глубину их воздействия, а также предоставлять необходимую информацию лицам, ответственным за принятие решений по принятию соответствующих мер охраны окружающей среды.

Обработка данных

При ДЗЗ, как правило, применяется обработка цифровых данных, т. к. именно в этом формате получают данные ДЗЗ в настоящее время. В цифровом формате проще производить обработку и хранение информации. Двумерное изображение в одном спектральном диапазоне можно представить в виде матрицы (двухмерного массива) чисел I (i, j) , каждое из которых представляет интенсивность излучения, принятого датчиком от элемента поверхности Земли, которому соответствует один пиксель изображения.

Изображение состоит из n x m пикселей, каждый пиксель имеет координаты (i, j) - номер строки и номер колонки. Число I (i, j) - целое и называется уровнем серого (или спектральной яркостью) пикселя (i, j) . Если изображение получено в нескольких диапазонах электромагнитного спектра, то его представляет трехмерная решетка, состоящая из чисел I (i, j, k) , где k - номер спектрального канала. С математической точки зрения нетрудно обработать цифровые данные, полученные в таком виде.

Для того чтобы правильно воспроизвести изображение по цифровым записям, поставляемым пунктами приема информации, необходимо знать формат записи (структуру данных), а также число строк и столбцов. Используют четыре формата, которые упорядочивают данные как:

последовательность зон (Band Sequental, BSQ );
зоны, чередующиеся по строкам (Band Interleaved by Line, BIL );
зоны, чередующиеся по пикселям (Band Interleaved by Pixel, BIP );
последовательность зон со сжатием информации в файл методом группового кодирования (например, в формате jpg).

В BSQ -формате каждый зональный снимок содержится в отдельном файле. Это удобно, когда нет необходимости работать сразу со всеми зонами. Одну зону легко прочитать и визуализировать, зональные снимки можно загружать в любом порядке по желанию.

В BIL -формате зональные данные записываются в один файл строка за строкой, при этом зоны чередуются по строкам: 1-ая строка 1-ой зоны, 1-ая строка 2-ой зоны, ..., 2-ая строка 1-ой зоны, 2-ая строка 2-ой зоны и т. д. Такая запись удобна, когда выполняется анализ одновременно всех зон.

В BIP -формате зональные значения спектральной яркости каждого пикселя хранятся последовательно: сначала значения первого пикселя в каждой зоне, затем значения второго пикселя в каждой зоне и т. д. Такой формат называют совмещенным. Он удобен при выполнении по-пиксельной обработки многозонального снимка, например, в алгоритмах классификации.

Групповое кодирование используют для уменьшения объема растровой информации. Такие форматы удобны для хранения больших снимков, для работы с ними необходимо иметь средство распаковки данных.

Файлы изображений обычно снабжаются следующей дополнительной информацией, относящейся к снимкам:

описание файла данных (формат, число строк и столбцов, разрешение и т. д.);
статистические данные (характеристики распределения яркостей - минимальное, максимальное и среднее значение, дисперсия);
данные о картографической проекции.

Дополнительная информация содержится либо в заголовке файла изображения, либо в отдельном текстовом файле с именем, совпадающим с именем файла изображения.

По степени сложности различаются следующие уровни обработки КС, предоставляемых пользователям:

1А - радиометрическая коррекция искажений, вызванных разницей в чувствительности отдельных датчиков.
1В - радиометрическая коррекция на уровне обработки 1А и геометрическая коррекция систематических искажений сенсора, включая панорамные искажения, искажения, вызванные вращением и кривизной Земли, колебанием высоты орбиты спутника.
2А - коррекция изображения на уровне 1В и коррекция в соответствии с заданной геометрической проекцией без использования наземных контрольных точек. Для геометрической коррекции используется глобальная цифровая модель рельефа (ЦМР, DEM ) с шагом на местности 1 км. Используемая геометрическая коррекция устраняет систематические искажения сенсора и проектирует изображение в стандартную проекцию (UTM WGS-84 ), с использованием известных параметров (спутниковые эфемеридные данные, пространственное положение и т. д.).
2В - коррекция изображения на уровне 1В и коррекция в соответствии с заданной геометрической проекцией с использованием контрольных наземных точек;
3 - коррекция изображения на уровне 2В плюс коррекция с использованием ЦМР местности (ортотрансформирование).
S - коррекция изображения с использованием контрольного изображения.

Качество данных, получаемых в результате дистанционного зондирования, зависит от их пространственного, спектрального, радиометрического и временного разрешения.

Пространственное разрешение

Характеризуется размером пикселя (на поверхности Земли), записываемого в растровую картинку - обычно варьируется от 1 до 4000 метров.

Спектральное разрешение

Данные Landsat включают семь полос, в том числе инфракрасного спектра, в пределах от 0.07 до 2.1 мкм. Сенсор Hyperion аппарата Earth Observing-1 способен регистрировать 220 спектральных полос от 0.4 до 2.5 мкм, со спектральным разрешением от 0.1 до 0.11 мкм.

Радиометрическое разрешение

Число уровней сигнала, которые сенсор может регистрировать. Обычно варьируется от 8 до 14 бит, что дает от 256 до 16 384 уровней. Эта характеристика также зависит от уровня шума в инструменте.

Временное разрешение

Частота пролёта спутника над интересующей областью поверхности. Имеет значение при исследовании серий изображений, например при изучении динамики лесов. Первоначально анализ серий проводился для нужд военной разведки, в частности для отслеживания изменений в инфраструктуре, передвижений противника.

Для создания точных карт на основе данных дистанционного зондирования, необходима трансформация, устраняющая геометрические искажения. Снимок поверхности Земли аппаратом, направленным точно вниз, содержит неискаженную картинку только в центре снимка. При смещении к краям расстояния между точками на снимке и соответствующие расстояния на Земле все более различаются. Коррекция таких искажений производится в процессе фотограмметрии . С начала 1990-х большинство коммерческих спутниковых изображений продается уже скорректированными.

Кроме того, может требоваться радиометрическая или атмосферная коррекция. Радиометрическая коррекция преобразует дискретные уровни сигнала, например от 0 до 255, в их истинные физические значения. Атмосферная коррекция устраняет спектральные искажения, внесенные наличием атмосферы.

В рамках программы NASA Earth Observing System были сформулированы уровни обработки данных дистанционного зондирования:

Уровень	Описание
0	Данные, поступающие непосредственно от устройства, без служебных данных (синхронизационные фреймы, заголовки, повторы).
1a	Реконструированные данные устройства, снабженные маркерами времени, радиометрическими коэффициентами, эфемеридами (орбитальными координатами) спутника.
1b	Данные уровня 1a, преобразованные в физические единицы измерения.
2	Производные геофизические переменные (высота океанических волн, влажность почвы, концентрация льда) с тем же разрешением, как у данных уровня 1.
3	Переменные, отображенные в универсальной пространственно-временной шкале, возможно дополненные интерполяцией.
4	Данные, полученные в результате расчетов на основе предыдущих уровней.

Обучение и образование

В большинстве высших учебных заведений обучение дистанционному зондированию осуществляется на кафедрах географии. Актуальность дистанционного зондирования постоянно увеличивается в современном информационном обществе. Данная дисциплина представляет собой одну из ключевых технологий аэрокосмической промышленности и представляет большое экономическое значение - например, новые датчики TerraSAR-X и RapidEye постоянно развиваются, и спрос на квалифицированную рабочую силу также непрерывно растет. Кроме того, дистанционное зондирование имеет чрезвычайно большое влияние на повседневную жизнь, начиная от сводки погоды до прогнозирования изменения климата и стихийных бедствий. В качестве примера, 80% немецких студентов пользуется услугами Google Earth; только в 2006 году программа была загружена 100 млн раз. Однако исследования показывают, что только незначительная часть этих пользователей имеет фундаментальные знания о данных, с которыми они работают. На данный момент существует огромный пробел в знаниях между использованием и пониманием спутниковых снимков. Обучение принципам дистанционного зондирования носит весьма поверхостный характер в подавляющем большинстве учебных заведений, вопреки наличию острой необходимости улучшить качество преподавания данного предмета. Многие из продуктов компьютерного программного обеспечения, специально разработанные для изучения дистанционного зондирования еще не были внедрены в образовательную систему, в основном, из-за своей сложности. Таким образом, во многих случаях данная дисциплина либо вовсе не включена в учебную программу, либо не включает в себя курс научного анализа аналоговых изображений. Практически, предмет дистанционного зондирования требует консолидации физики и математики, а также высокой компетенции в использовании средств и методов, отличных от простой визуальной интерпретации спутниковых изображений.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основные понятия дистанционного зондирования Земли. Схема дистанционного зондирования

дистанционный зондирование земля геодезический

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)- получение информации о поверхности Земли и объектах на ней, атмосфере, океане, верхнем слое земной коры бесконтактными методами, при которых регистрирующий прибор удален от объекта исследований на значительное расстояние.

Физическая основа дистанционного зондирования - функциональная зависимость между зарегистрированными параметрами собственного или отраженного излучения объекта и его биогеофизическими характеристиками и пространственным положением.

С помощью дистанционного зондирования изучают физические и химические свойства объектов.

В ДЗЗ выделяются два взаимосвязанных направления

Естественно-научное (дистанционные исследования)

Инженерно-техническое (дистанционные методы)

Remote sensing

Remote sensing techniques

Предмет ДЗЗ, как науки - пространственно-временные свойства и отношения природных и социально-экономических объектов, проявляющиеся прямо или косвенно в собственном или отраженном излучении, дистанционно регистрируемом из космоса или с воздуха в виде двумерного изображения - снимка.

Методы ДЗ основаны на использовании сенсоров, которые размещаются на космических аппаратах и регистрируют электромагнитное излучение в форматах, существенно более приспособленных для цифровой обработки, и в существенно более широком диапазоне электромагнитного спектра.

В ДЗ используют инфракрасный диапазон отраженного излучения, тепловой инфракрасный и радиодиапазон электромагнитного спектра.

Процесс сбора данных дистанционного зондирования и их использование в географических информационных системах (ГИС).

2. Виды космических съемок

Космосъемка занимает одно из ведущих мест среди различных методов дистанционного зондирования. Она осуществляется с помощью:

* искусственные спутники Земли (ИЗС),

* межпланетные автоматические станции,

* долговременные орбитальные станции,

* пилотируемые космические корабли.

Табл. Основные космодромы, используемые для запусков спутников-съемщиков.

Космические системы (комплексы) мониторинга окружающий среды включают в себя (и выполняют):

1. Спутниковые системы на орбите (центр управления полетами и съемкой),

2. Прием информации наземными пунктами приема, спутниками-ретрансляторами,

3. Хранение и распространение материалов (центры первичной обработки, архивы снимков). Разработана информационная поисковая система, обеспечивающая накопление и систематизацию материалов, получаемых с искусственных спутников Земли.

Орбиты космических летательных аппаратов.

Орбиты носителей делятся на 3 типа:

* экваториальные,

* полярные (полюсные),

* наклонные.

Орбиты подразделяют на:

* круговые (точнее, близкие к круговым). Космоснимки, полученные с космического носителя, который двигался по круговой орбите, имеют примерно одинаковый масштаб.

* эллиптические.

Орбиты различают также по положению относительно Земли или Солнца:

* геосинхронные (относительно Земли)

* гелиосинхронные (относительно Солнца).

Геосинхронные - космический летательный аппарат движется с угловой скоростью, равной скорости вращения Земли. Это создает эффект “зависания” космического носителя в одной точке, что удобно для постоянных съемок одного и того же участка земной поверхности.

Гелиосинхронные (или солнечно-синхронные) - космический аппарат проходит над определенными участками земной поверхности в одно и то же местное время, что используется при производстве многократных съемок при одинаковых условиях освещения. Гелиосинхронные орбиты -- орбиты, при съемке с которых солнечная освещенность земной поверхности (высота Солнца) остается практически неизменной достаточно продолжительное время (почти в течение Сезона). Это достигается следующим путем. Поскольку плоскость любой орбиты под влиянием несферичности Земли немного разворачивается (прецессирует), то оказывается возможным, подбирая определенное соотношение наклонения и высоты орбиты, добиться, чтобы величина прецессии была равной суточному повороту Земли вокруг Солнца, т. е. около 1° в сутки. Среди околоземных орбит удается создать лишь несколько солнечно-синхронных, наклонение которых всегда обратное. Например, при высоте орбиты 1000 км наклонение должно быть 99°.

Виды съемок.

Космическую съемку ведут разными методами (рис. «Классификация космических снимков по спектральным диапазонам и технологии съемки»).

По характеру покрытия земной поверхности космическими снимками можно выделить следующие съемки:

* одиночное фотографирование,

* маршрутную,

* прицельную,

* глобальную съемку.

Одиночное (выборочное) фотографирование выполняется космонавтами ручными камерами. Снимки обычно получаются перспективными со значительными углами наклона.

Маршрутная съемка земной поверхности производится вдоль трассы полета спутника. Ширина полосы съемки зависит от высоты полета и угла обзора съемочной системы.

Прицельная (выборочная) съемка предназначена для получения снимков специально заданных участков земной поверхности в стороне от трассы.

Глобальную съемку производят с геостационарных и полярно- орбитальных спутников. спутников. Четыре-пять геостационарных спутников на экваториальной орбите обеспечивают практически непрерывное получение мелкомасштабных обзорных снимков всей Земли (космическое патрулирование) за исключением полярных шапок.

Аэрокосмический снимок

Аэрокосмический снимок - это двумерное изображение реальных объектов, которое получено по определенным геометрическим и радиометрическим (фотометрическим) законам путем дистанционной регистрации яркости объектов и предназначено для исследования видимых и скрытых объектов, явлений и процессов окружающего мира, а также для определения их пространственного положения.

Космический снимок по своим геометрическим свойствам принципиально не отличается от аэрофотоснимка, но имеет особенности, связанные с:

* фотографированием с больших высот,

* и большой скоростью движения.

Аэрокосмическая съемка выполняются в видимом и невидимом диапазонах электромагнитных волн, где:

1. фотографический - видимый диапазон;

2. нефотографический - видимый и невидимый диапазоны, где:

· видимый диапазон - спектрометрический основан на различии спектральных коэффициентов отражения геологических объектов. Результаты записываются на магнитную ленту и отмечаются на карте. Возможно использование кино- и фотокамер;

· невидимый диапазон: радарная (радиотепловая РТ и радиолокационная РЛ), ультрафиолетовая УФ, инфракрасный ИК, оптико-электронный (сканерный), лазерный (лидарный).

Видимая и ближняя инфракрасная область. Самый полный объем информации получается в наиболее освоенной видимой и ближней инфракрасной областях. Аэро- и космосъемки в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах длин волн осуществляются с помощью следующих систем:

* Телевизионных,

* фотографических,

* оптико-электронных сканирующих,

3. Фотографические системы

В настоящее время существует широкий класс систем ДЗЗ

формирующих изображение исследуемой подстилающей поверхности- В рамках данного класса аппаратуры можно выделить несколько подклассов различающихся по спектральному диапазону используемого электромагнитного излучения и по типу приёмника регистрируемого излучения также по методу активный или пассивный(зондирования фотографические и фототелевизионные системы: сканирующие системы видимого и ИК-диапазона телевизионные оптико-механические и оптико-электронные сканирующие радиометры и многоспектральные сканеры телевизионные оптические системы: радиолокационные системы бокового обзора (РЛСБО) сканирующие СВЧ-радиометры.

Фотографические снимки поверхности Земли получают с пилотируемых кораблей и орбитальных станций или с автоматических спутников- Отличительной чертой космических снимков (КС) является высокая степень

обзорности охват одним снимком больших площадей поверхности- В зависимости от типа применяемой аппаратуры и фотопленок фотографирование может производиться во всем видимом диапазоне электромагнитного спектра в отдельных его зонах а также в ближнем ИК (инфракрасном) диапазоне

Масштабы съемки зависят от двух важнейших параметров высоты съемки и фокусного расстояния объектива- Космические фотоаппараты в зависимости от наклона оптической оси позволяют получать плановые и перспективные снимки земной поверхности В настоящее время используется фотоаппаратура с высоким разрешением позволяющая получать (КС) с перекрытием 60% и более- Спектральный диапазон фотографирования охватывает видимую часть ближней инфракрасной зоны (до 0,86 мкм). Известные недостатки фотографического метода связаны с необходимостью возвращения пленки на Землю и ограниченным ее запасом на борту. Однако фотографическая съемка в настоящее время самый информативный вид съемки из космического пространства- Оптимальный размер отпечатка 18х18см, который, как показывает опыт согласуется с физиологией человеческого зрения позволяя видеть все изображение одновременно Для удобства пользования из отдельных КС имеющих перекрытия монтируются фотосхемы(фотомозаики) или фотокарты с топографической привязкой опорных точек с точностью 0,1мм и точнее. Для монтажа фотосхем используются только плановые КС

Для приведения разномасштабного обычно перспективного КС к плановому используется специальный процесс называемый трансформированием Трансформированные КС с успехом используются для составления космофотосхем и космофотокарт и обычно легко привязываются к географической сетке координат.

4. Телевизионные системы

Телевизионные и сканерные снимки. Телевизионная и сканерная съемка позволяет систематически получать изображения и передавать их на Землю на приемные станции. Используются кадровые и сканирующие системы. В первом случае, это миниатюрная телевизионная камера в которой оптическое изображение, построенное объективом на экране переводится в форму электросигналов и по радиоканалам передается на землю--Во втором случае качающееся зеркало сканера на борту улавливает отраженный от Земли световой поток, поступающий на фотоумножитель. Преобразованные сигналы сканера по радиоканалам передаются на Землю. На приемных станциях записываются в виде изображений. Колебания зеркала формирует строки изображения, движение носителя позволяет накапливать строки и формировать снимок. Телевизионные и сканерные снимки могут передаваться в реальном масштабе времени, т.е. во время прохождения спутника над объектом съемки. Оперативность, это отличительная черта данного метода. Однако качество снимков несколько уступает фотографическим снимкам. Разрешение сканерных снимков определяется элементом сканирования и в настоящий момент составляет 80-30 м. Снимки этого типа отличаются строчно-сетчатой структурой заметной только при увеличении на снимках высокого разрешения. Сканерные снимки большого охвата имеют существенные геометрические искажения. Сканерные снимки поступаю в цифровой форме, что облегчает компьютерную обработку.

Телевизионная и сканерная съемка выполняется с метеоспутников и ресурсных спутниво LandSat, «Метеор-Природа», Ресрурс 0. В многозональном варианте.

Околоземные орбиты высотой 600-1400 км., масштабы от 1:10 000 000 до 1:1 000 000 и 1:100 000 при разрешении от 1-2 км до 30 м. LandSat, например, имеет 4 спектральных диапазона съемки в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне с разрешением 30 м. «Метеор-Природа» сканеры позволяют получать малое (1.5 км), среднее (230 м) и высокое разрешение до 80-40 м, Ресурс -0 сканеры среднего (170 м) и высокого (40м).

Многоэлементные ПЗС снимки. Дальнейшее повышение разрешения при оперативности съемки связано с внедрением электронных камер. В них используются многоэлементные линейные и матричные приемники излучения, состоящие из приборов с зарядовой связью (светочувствительные элементы-детекторы). Линейный ряд детекторов реализует строку снимка, накопление строк за счет движения носителя. (как у сканера)., но нет качающихся зеркал и более высокое разрешение. Ресурсные снимки высокого разрешения (40м) Ресурс и Французский спутник SPOT, до 10 м. Такая технология на K`mcR`s,6- Фототелевизионные снимки- У телевизионных снимков малое разрешение. У фототелевизионных, фотографирование с помощью фотокамеры (в результате хорошее качество), а передача по телевизионным каналам- Таким образом, объединяются преимущества фотографии с его высоким разрешением и оперативная доставка изображений.

5. Сканерные системы

В настоящее время для съемок из космоса наиболее часто используются многоспектральные (мультиспектральные). оптико-механические системы - сканеры, установленные на ИСЗ различного назначения. При помощи сканеров формируются изображения, состоящие из множества отдельных, последовательно получаемых элементов. Термин «сканирование» обозначает развертку изображения при помощи сканирующего элемента (качающегося или вращающегося зеркала), поэлементно просматривающего местность поперек движения носителя и посылающего лучистый поток в объектив и далее на точечный датчик, преобразующий световой сигнал в электрический.

Этот электрический сигнал поступает на приемные станции по каналам связи. Изображение местности получают непрерывно на ленте, составленной из полос - сканов, сложенных отдельными элементами - пикселами. Сканерные изображения можно получить во всех спектральных диапазонах, но особенно эффективным является видимый и ИК-диапазоны. При съемке земной поверхности с помощью сканирующих систем формируется изображение, каждому элементу которого соответствует яркость излучения участка, находящегося в пределах мгновенного поля зрения. Сканерное изображение упорядоченный пакет яркостных данных, переданных по радиоканалам на Землю, которые фиксируются на магнитную ленту (в цифровом виде) и затем могут быть преобразованы в кадровую форму. Важнейшей характеристикой сканера являются угол сканирования (обзора) и мгновенный угол зрения, от величины которого зависят ширина снимаемой полосы и разрешение. В зависимости от величины этих углов сканеры делят на точные и обзорные. У точных сканеров угол сканирования уменьшают до ±5°, а у обзорных увеличивают до ±50°. Величина разрешения при этом обратно пропорциональна ширине снимаемой полосы. Хорошо зарекомендовал себя сканер нового поколения, названный «тематическим картографом», которым были оснащены американские ИСЗ

Landsat 5 и Landsat 7. Сканер типа “тематический картограф” работает в семи диапазонах с разрешением 30м в видимом диапазоне спектра и 120м в ИК- диапазоне. Этот сканер дает большой поток информации, обработка которой требует большего времени; в связи с чем замедляется скорость передачи изображения (число пикселов на снимках достигает более 36 млн. на каждом из каналов). Сканирующие устройства могут быть использованы не только для получения изображений Земли, но и для измерения радиации сканирующие радиометры, и излучения сканирующие - спектрометры.

6. Лазерные сканирующие системы

Еще буквально десять лет назад было очень сложно даже представить, что создадут прибор, который сможет производить до полумиллиона сложных измерений в одну секунду. Сегодня же, такие приборы не только созданы, но и очень широко используются.

Лазерные сканирующие системы - без них уже трудно обойтись во многих отраслях, таких как горная отрасль, промышленность, топографическая съемка, архитектура, археология, гражданское строительство, мониторинг, моделирование городов и прочее.

Основополагающими техническими параметрами наземных лазерных сканеров считаются скорость, точность и дальность измерений. Выбор модели во многом зависит от видов работ и объектов, на которых сканеры будут использоваться. К примеру, на больших карьерах лучше применять устройства с повышенной точностью и дальностью. Для архитектурных работ вполне хватит 100-150 метров дальности, но потребуется прибор с точностью до 1 см. Если говорить о скорости работы, то в этом случае, чем выше, тем, конечно, лучше.

В последнее время технология наземного лазерного сканирования все шире используется для решения задач инженерной геодезии в различных областях строительства и промышленности. Растущая популярность лазерного сканирования обусловлена целым рядом преимуществ, которые дает новая технология по сравнению с другими методами измерений. Среди преимуществ хочется выделить главные: повышение скорости работ и уменьшение трудозатрат. Появление новых более производительных моделей сканеров, совершенствование возможностей программного обеспечения, позволяет надеяться на дальнейшее расширение сфер применения наземного лазерного сканирования.

Первым результатом сканирования является облако точек, которое и несет максимум информации об исследуемом объекте, будь то здание, инженерное сооружение, памятник архитектуры и т.п. По облаку точек в дальнейшем, возможно, решать различные задачи:

· получение трехмерной модели объекта;

· получение чертежей, в том числе, чертежей сечений;

· выявление дефектов и различных конструкций посредством сравнения с проектной моделью;

· определение и оценка значений деформации посредствам сравнения с ранее произведенными измерениями;

· получение топографических планов методом виртуальной съемки.

При топосъемке сложных промышленных объектов традиционными методами, исполнители часто сталкиваются с тем, что во время полевых работ бывают пропущены отдельные измерения. Обилие контуров, большое количество отдельных объектов приводят к неизбежным ошибкам. Материалы, получаемые при лазерном сканировании, несут более полную информации об объекте съемки. Перед началом процесса сканирования лазерный сканер производит панорамную фотосъемку, которая значительно повышает информативности получаемым результатов.

Технология наземного лазерного сканирования, используемая для создания трехмерных моделей объектов, топографических планов сложных загруженных территорий, значительно повышает производительность труда и уменьшает затраты времени. Разработка и внедрение новых технологий производства геодезических работ, всегда велись с целью сокращения сроков полевых работ. Можно с уверенностью сказать, что лазерное сканирование полностью отвечает этому принципу.

Технология наземного лазерного сканирования находится в постоянном развитии. Это касается и совершенствования конструкции лазерных сканеров, и развития функций программного обеспечения, используемого для управления приборами и обработки полученных результатов.

7. Закон Стефана-Больцмана

Нагретые тела излучают энергию в виде электромагнитных волн различной длины. Когда мы говорим, что тело «раскалено докрасна», это значит, что его температура достаточно высока, чтобы тепловое излучение происходило в видимой, световой части спектра. На атомарном уровне излучение становится следствием испускания фотонов возбужденными атомами. Закон, описывающий зависимость энергии теплового излучения от температуры, был получен на основе анализа экспериментальных данных австрийским физиком Йозефом Стефаном и теоретически обоснован также австрийцем Людвигом Больцманом.

Чтобы понять, как действует этот закон, представьте себе атом, излучающий свет в недрах Солнца. Свет тут же поглощается другим атомом, излучается им повторно -- и таким образом передается по цепочке от атома к атому, благодаря чему вся система находится в состоянии энергетического равновесия. В равновесном состоянии свет строго определенной частоты поглощается одним атомом в одном месте одновременно с испусканием света той же частоты другим атомом в другом месте. В результате интенсивность света каждой длины волны спектра остается неизменной.

Температура внутри Солнца падает по мере удаления от его центра. Поэтому, по мере движения по направлению к поверхности, спектр светового излучения оказывается соответствующим более высоким температурам, чем температура окружающий среды. В результате, при повторном излучении, согласно закону Стефана--Больцмана, оно будет происходить на более низких энергиях и частотах, но при этом, в силу закона сохранения энергии, будет излучаться большее число фотонов. Таким образом, к моменту достижения им поверхности спектральное распределение будет соответствовать температуре поверхности Солнца (около 5 800 К), а не температуре в центре Солнца (около 15 000 000 К). Энергия, поступившая к поверхности Солнца (или к поверхности любого горячего объекта), покидает его в виде излучения. Закон Стефана--Больцмана как раз и говорит нам, какова излученная энергия. Этот закон записывается так:

где Т -- температура (в кельвинах), а у -- постоянная Больцмана. Из формулы видно, что при повышении температуры светимость тела не просто возрастает -- она возрастает в значительно большей степени. Увеличьте температуру вдвое, и светимость возрастет в 16 раз!

Итак, согласно этому закону любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, излучает энергию. Так почему, спрашивается, все тела давно не остыли до абсолютного нуля? Почему, скажем, лично ваше тело, постоянно излучая тепловую энергию в инфракрасном диапазоне, характерном для температуры человеческого тела (чуть больше 300 К), не остывает?

Ответ на этот вопрос, на самом деле, состоит из двух частей. Во-первых, с пищей вы получаете энергию извне, которая в процессе метаболического усвоения пищевых калорий организмом преобразуется в тепловую энергию, восполняющую потери вашим телом энергии в силу закона Стефана--Больцмана. Умершее теплокровное весьма быстро остывает до температуры окружающей среды, поскольку энергетическая подпитка его тела прекращается.

Еще важнее, однако, тот факт, что закон распространяется на все без исключения тела с температурой выше абсолютного нуля. Поэтому, отдавая свою тепловую энергию окружающей среде, не забывайте, что и тела, которым вы отдаете энергию, -- например, мебель, стены, воздух, -- в свою очередь излучают тепловую энергию, и она передается вам. Если окружающая среда холоднее вашего тела (как чаще всего бывает), ее тепловое излучение компенсирует лишь часть тепловых потерь вашего организма, и он восполняет дефицит за счет внутренних ресурсов. Если же температура окружающей среды близка к температуре вашего тела или выше нее, вам не удастся избавиться от избытка энергии, выделяющейся в вашем организме в процессе метаболизма посредством излучения. И тут включается второй механизм. Вы начинаете потеть, и вместе с капельками пота через кожу покидают ваше тело излишки теплоты.

В вышеприведенной формулировке закон Стефана--Больцмана распространяется только на абсолютно черное тело, поглощающее всё попадающее на его поверхность излучение. Реальные физические тела поглощают лишь часть лучевой энергии, а оставшаяся часть ими отражается, однако закономерность, согласно которой удельная мощность излучения с их поверхности пропорциональна Т 4, как правило, сохраняется и в этом случае, однако постоянную Больцмана в этом случае приходится заменять на другой коэффициент, который будет отражать свойства реального физического тела. Такие константы обычно определяются экспериментальным путем.

8. История развития методов ДЗЗ

Рисованные снимки - Фотоснимки - наземная фототеодолитная съемка-Аэрофотоснимки - аэрометоды.-Понятие ДЗ появилось в XIX веке.-Впоследствии, ДЗ начали использовать в военной области для сбора информации о противнике и принятия стратегических решений.-После Второй мировой войны ДЗ стали использовать для наблюдения за окружающей средой и оценки развития территорий, а также в гражданской картографии.

В 60-х годах XX века, с появлением космических ракет и спутников, дистанционное зондирование вышло в космос.-1960 год - запуск разведывательных спутников в рамках программ CORONA, ARGON и LANYARD. -Программа Mercury - получены снимки Земли. Проект Gemini (1965-1966 гг.) - систематический сбор данных дистанционного зондирования. Программа Apollo (1968-1975 гг.) - дистанционное зондирование земной поверхности и высадка человека на Луну-Запуск космической станции Skylab (1973-1974 гг.), - исследования земных ресурсов. Полеты космических кораблей многоразового использования(1981г.). Получение многозональных снимков с разрешением 100 метров в видимом и близком инфракрасном диапазоне с использованием девяти спектральных каналов.

9. Элементы ориентирования космических снимков

Положение снимка в момент фотографирования определяют три элемента внутреннегоориентирования-фокусное расстояние фотокамеры f, координаты x0, y0 главной точки о (рис. 1) и шестьэлементов внешнего ориентирования - координаты центра проекции S - XS, YS, ZS, продольный ипоперечный углы наклона снимка б и щ и угол поворота ч.

Между координатами точки объекта и её изображения на снимке существует связь:

где X, Y, Z и XS, YS, ZS - координаты точек М и S в системе OXYZ; X", Y", Z" - координаты точки m всистеме SXYZ, параллельной OXYZ, вычисляемые по плоским координатам х и у:

a1 = cos бcosч - sinбsinщsinч

a2 = - cosбsinч - sinбsin щcosч

a3 = - sinбcos щ

b2 = cosщcosч (3)

c1 = sinбcosч + cosбsinщsinч,

c2 = - sinбcosч + cosбsinщcosч,

Направляющие косинусы.

Формулы связи между координатами точки М объекта (рис. 2) и координатами её изображений m1 и m2на стереопаре P1 - P2 имеют вид:

BX, BY и BZ - проекции базиса В на оси координат. Если элементы внешнего ориентирования стереопары известны, то координаты точки объекта можно определить по формуле (4) (метод прямой засечки). По одиночному снимку положение точки объекта можно найти в частном случае, когда объект плоский, например равнинная местность (Z = const). Координаты х и у точек снимков измеряются намонокомпараторе или Стереокомпараторе. Элементы внутреннего ориентирования известны из результатов калибровки фотоаппарата, а элементы внешнего ориентирования можно определить при фотографировании объекта или в процессе фототриангуляции (См. Фототриангуляция). Если элементы внешнего ориентирования снимков неизвестны, то координаты точки объекта находят с использованием опорных точек (метод обратной засечки). Опорная точка - опознанная на снимке контурная точка объекта, координаты которой получены в результате геодезических измерений или из фототриангуляции. Применяя обратную засечку, сначала определяют элементы взаимного ориентирования снимков P1 - P2 (рис. 3) - б"1, ч"1, a"2, щ"2,ч"2 в системе S1X"Y"Z"; ось Х которой совпадает с базисом, а ось Z лежит в главной базисной плоскости S1O1S2снимка P1. Затем вычисляют координаты точек модели в той же системе. Наконец, используя опорные точки, переходят. от координат точек модели к координатам точек объекта.

Элементы взаимного ориентирования позволяют установить снимки в то положение относительно друг друга, которое они занимали при фотографировании объекта. В этом случае каждая пара соответственных лучей, например S1m1 и S2m2, пересекается и образует точку (m) модели. Совокупность лучей, принадлежащих снимку, называется связкой, а центр проекции - S1 или S2 - вершиной связки. Масштаб модели остаётся неизвестным, т.к. расстояние S1S2 между вершинами связок выбирается произвольно. Соответственные точки стереопары m1 и m2 находятся в одной плоскости, проходящей через базис S1S2.Поэтому

Полагая, что приближённые значения элементов взаимного ориентирования известны, можно представить уравнение (6) в линейном виде:

a дб1" + b дб2" + с дщ2" + d дч1" + e дч2" + l = V, (7)

где дб1",... e дм2" - поправки к приближённым значениям неизвестных, а,..., е - частные производные от функции (6) по переменным б1",... ч2", l - значение функции (6), вычисленное по приближённым значения мне известных. Для определения элементов взаимного ориентирования измеряют координаты не менее пяти точек стереопары, а затем составляют уравнения (7) и решают их способом последовательных приближений. Координаты точек модели вычисляют по формулам (4), выбрав произвольно длину базиса В и полагая

Xs1 = Ys1 = Zs1 = 0, BX = В, BY = BZ = 0.

При этом пространственные координаты точек m1 и m2находят по формулам (2), а направляющие косинусы - по формулам (3): для снимка P1 по элементам б1",

а для снимка P2 по элементам б2", щ2", ч2".

По координатам X" Y" Z" точки модели определяют координаты точки объекта:

где t - знаменатель масштаба модели. Направляющие косинусы получают по формулам (3),подставляя вместо углов б, щ и ч продольный угол наклона модели о, поперечный угол наклона модели з иугол поворота модели и.

Для определения семи элементов внешнего ориентирования модели - Размещено на http://www.allbest.ru/

О, з, и, t - составляют уравнения (8) для трёх или более опорных точек и решают их. Координаты опорных точек находят геодезическими способами или методом фототриангуляции. Совокупность точек объекта, координаты которых известны, образует цифровую модель объекта, служащую для составления карты и решения различных инженерных задач, например для изыскания оптимальной трассы дороги. Кроме аналитических методов обработки снимков, применяются аналоговые, основанные на использовании фотограмметрических приборов - Фототрансформатора, Стереографа, Стереопроектора и др.

Щелевые и панорамные фотоснимки, а также снимки, полученные с применением радиолокационных, телевизионных, инфракрасных-тепловых и других съёмочных систем, существенно расширяют возможности Ф., особенно при космических исследованиях. Но они не имеют единого центра проекции, и элементы внешнего ориентирования их непрерывно изменяются в процессе построения изображения, что осложняет использование таких снимков для измерительных целей.

10. Свойства аэрокосмических снимков

Аэрокосмические снимки -- основной результат аэрокосмических съемок, для выполнения которых используют разнообразные авиационные и космические носители. Это двумерное изображение реальных объектов, которое получено по определенным геометрическим и радиометрическим (фотометрическим) законам путем дистанционной регистрации яркости объектов и предназначено для исследования видимых и скрытых объектов, явлений и процессов окружающего мира, а также для определения их пространственного положения. Аэрокосмические съемки делят на пассивные, которые предусматривают регистрацию отраженного солнечного или собственного излучения Земли; активные, при которых выполняют регистрацию отраженного искусственного излучения. Диапазон масштабов аэрокосмических снимков: от 1:1000 до 1:100 000 000

Наиболее распространенные масштабы: аэрофотоснимков 1:10 000--1:50 000, космических -- 1:200 000--1:10 000 000.

Аэрокосмические снимки: аналоговые (обычно фотографические),цифровые (электронные). Изображение цифровых снимков образовано из отдельных одинаковых элементов -- пикселов (от англ. picture element -- рixel); яркость каждого пиксела характеризуется одним числом. Свойства аэрокосмических снимков: Изобразительные, Радиометрические (фотометрические) ,Геометрические.

Изобразительные свойства характеризуют способность снимков воспроизводить мелкие детали, цвета и тоновые градации объектов.

Радиометрические свидетельствуют о точности количественной регистрации снимком яркостей объектов.

Геометрические характеризуют возможность определения по снимкам размеров, длин и площадей объектов и их взаимного положения.

11. Смещение точек на космическом снимке

Достоинства космосъемки. Летящий спутник не испытывает вибраций и резких колебаний, поэтому космические снимки удается получать с более высокой разрешающей способностью и высоким качеством изображения, чем аэроснимки. Снимки могут быть переведены в цифровую форму для последующей компьютерной обработки.

Недостатки космосъемки: информация не поддается автоматизированной обработке без предварительных преобразований. При космофотосъемке происходит смещение точек (под влиянием кривизны Земли), их величина на краях снимка достигает 1,5 мм. В пределах снимка нарушено постоянство масштаба, различие которого на краях и в центре снимка может составлять выше 3%.

Недостатком фотосъемки является его неоперативность, т.к. контейнер с пленкой спускается на Землю не чаще, чем один раз в несколько недель. Поэтому фотографические космические снимки редко используются для оперативных целей, а представляют информацию долговременного использования.

Как известно, снимок - это центральная проекция местности, а топографическая карта - ортогональная. Горизонтальный снимок плоской местности соответствует ортогональной проекции, т. е. проекции ограниченного участка топографической карты. В связи с этим, если преобразовать наклонный снимок в горизонтальный снимок заданного масштаба, то положение контуров на снимке будет соответствовать положению контуров на топографической карте заданного масштаба. Рельеф местности также вызывает смещение точек на снимке относительно их положения на ортогональной проекции соответствующего масштаба.

12. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных

Стереосъемка.

Многозональная съемка. Гиперспектральная съемка.

Многовременная съемка.

Многоуровневая съемка.

Многополяризационная съемка.

Комбинированный метод.

Междисциплинарный анализ.

Техника получения материалов дистанционного зондирования

Аэрокосмическую съемку ведут в окнах прозрачности атмосферы, используя излучение в разных спектральных диапазонах - световом (видимом, ближнем и среднем инфракрасном), тепловом инфракрасном и радиодиапазоне.

Фотосъемка

Высокая степень обзорности, охват одним снимком больших площадей поверхности.

Фотографирование во всем видимом диапазоне электромагнитного спектра, в отдельных его зонах, а также в ближнем ИК (инфракрасном) диапазоне.

Масштабы съемки зависят от

Высоты съемки

Фокусного расстояния объектива.

В зависимости от наклона оптической оси получение плановых и перспективных снимков земной поверхности.

КС с перекрытием 60% и более. Спектральный диапазон фотографирования охватывает видимую часть ближней инфракрасной зоны (до 0,86 мкм).

Сканерная съемка

Наиболее часто используются многоспектральные оптико-механические системы - сканеры, установленные на ИСЗ различного, назначения.

Изображения, состоящие из множества отдельных, последовательно получаемых элементов.

«сканирование» - развертка изображения при помощи сканирующего элемента, поэлементно просматривающего местность поперек движения носителя и посылающего лучистый поток в объектив и далее на точечный датчик, преобразующий световой сигнал в электрический. Этот электрический сигнал поступает на приемные станции по каналам связи. Изображение местности получают непрерывно на ленте, составленной из полос - сканов, сложенных отдельными элементами - пикселами.

Сканерная съемка

Сканерные изображения можно получить во всех спектральных диапазонах, но особенно эффективным является видимый и ИК-диапазоны.

Важнейшей характеристикой сканера являются угол сканирования (обзора) и мгновенный угол зрения, от величины которого зависят ширина снимаемой полосы и разрешение. В зависимости от величины этих углов сканеры делят на точные и обзорные.

У точных сканеров угол сканирования уменьшают до ±5°, а у обзорных увеличивают до ±50°. Величина разрешения при этом обратно пропорциональна ширине снимаемой полосы.

Радиолокационная съемка

Получение изображений земной поверхности и объектов, расположенных на ней, независимо от погодных условий, в дневное и ночное время благодаря принципу активной радиолокации.

Технология была разработана в 1930-х гг.

Радиолокационная съемка Земли ведется в нескольких участках диапазона длин волн (1 см - 1 м) или частот (40 ГГц- 300 МГц).

Характер изображения на радиолокационном снимке зависит от соотношения между длиной волны и размерами неровностей местности: поверхность может быть в разной степени шероховатой или гладкой, что проявляется в интенсивности обратного сигнала и, соответственно, яркости соответствующего участка на снимке. Тепловые съемки

Основана на выявлении тепловых аномалий путем фиксации теплового излучения объектов Земли, обусловленного эндогенным теплом или солнечным излучением.

Инфракрасный диапазон спектра электромагнитных колебаний условно делится на три части (в мкм): ближний (0,74-1,35), средний (1,35-3,50) , дальний (3,50-1000).

Солнечное (внешнее) и эндогенное (внутреннее) тепло нагревает геологические объекты по-разному. ИК-излучение, проходя через атмосферу, избирательно поглощается, в связи с чем тепловую съемку можно вести только в зоне расположения так называемых "окон прозрачности" - местах пропускания ИК-лучей.

Опытным путем выделено четыре основных окна прозрачности (в мкм): 0,74-2,40; 3,40-4,20; 8,0-13,0; 30,0-80,0.

Космические снимки

Три основных способа передачи данных со спутника на Землю.

Прямая передача данных на наземную станцию.

Полученные данные сохраняются на спутнике, а затем передаются с некоторой задержкой по времени на Землю.

Использование системы геостационарных спутников связи TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System).

13. Комплекты поставки ERDAS IMAGINE

ERDAS IMAGINE - один из самых популярных в мире программных продуктов в области работы с геопространственными данными. ERDAS IMAGINE сочетает в мощном и удобном программном обеспечении возможности обработки и анализа разнообразной растровой и векторной геопространственной информации, позволяя создавать такие продукты, как прошедшие улучшающие преобразования геопривязанные снимки, ортомозаики, карты классификации растительности, ролики полёта в «виртуальном мире», векторные карты, полученные в результате обработки аэро- и космических изображений.

IMAGINE Essentials - продукт начального уровня, содержит базовые инструменты для визуализации, коррекции, составления карт. Позволяет использовать пакетную обработку.

IMAGINE Advantage включает в себя все возможности IMAGINE Essentials. Помимо этого, предоставляет расширенные возможности спектральной обработки, анализа изменений, ортокоррекции, мозаики, анализа изображений. Позволяет проводить параллельную пакетную обработку.

IMAGINE Professional включает в себя все возможности IMAGINE Advantage. Кроме того, предлагает набор передовых инструментов для обработки спектральных, гиперспектральных и радиолокационных данных, а также пространственного моделирования. Включает ERDAS ER Mapper.

Дополнительные модули, такие как SAR Interferometry, IMAGINE Objective и другие, расширяют функциональность программного комплекса, делая его универсальными инструментом работы с геопространственной информацией.

14. Цифровые данные. Схематичное представление преобразования исходных данных в значения пикселей

Цифровые данные в процессе сканирования сенсором генерируется электрический сигнал, интенсивность которого изменяется в зависимости от яркости участка земной поверхности. При многозональной съемке различным спектральным диапазонам соответствуют отдельные независимые сигналы. Каждый такой сигнал непрерывно изменяется во времени, и для последующего анализа его необходимо преобразовать в набор числовых значений. Для преобразования непрерывного аналогового сигнала в цифровую форму его разделяют на части, соответствующие равным интервалам дискретизации (Рисунок 11). Сигнал в пределах каждого интервала описывается только сред ним значением его интенсивности, поэтому вся информация о вариациях сигнала на этом интервале теряется. Таким образом, величина интервала дискретизации является одним из параметров, от которого напрямую зависит разрешающая способность сенсора. Следует также отметить, что для цифровых данных обычно выбирают не абсолютную, а относительную шкалу яркостей, поэтому эти данные не отражают истинных радиометрических значений, полученных для данной сцены.

15. Проектирование техногенной системы

При проектировании любой техногенной системы, включая информационные, в первую очередь определяют цели, достижение которых необходимо обеспечить, и первоочередные задачи, решаемые при эксплуатации системы.

Определим основную цель проекта ГИС «Каспий» следующим образом: создать многоцелевую, многопользовательскую систему оперативного информационного обслуживания центральных и местных органов власти, государственных органов экологического контроля, агентства и его подразделений по чрезвычайным ситуациям, компаний нефтегазовой промышленности, а также других официальных или частных организаций и лиц. заинтересованных в решении территориальных проблем региона.

Первоочередные задачи можно сформулировать, исходя из краткой характеристики территории. На наш взгляд, эти задачи следующие:

картирование природных структур и объектов с анализом и описанием геологических, ландшафтных и других территориальных закономерностей;

тематическое картирование инфраструктуры нефтегазовой промышленности с достаточно точной привязкой к топооснове и ландшафтным, геомофологическим, экологическим картам побережья;

оперативный контроль и прогноз динамики береговой линии с анализом возникающих при этом территориальных проблем (разрушение дамб, затопление нефтяных скважин, вынос нефтяных разливов в море, замазучивание прибрежных районов и др.);

слежение за ледовой обстановкой, особенно в районах шельфа, где добыча нефти осуществляется с морских платформ.

Исходя из списка первоочередных задач, сформулируем содержательные требования к системе:

на первом этапе реализации системы использовать доступные космические средства NOAA/AVHRR и TERRA/MODIS и соответственно осуществлять мониторинг процессов крупного и среднего масштабов - тепловые поля, ледовые покрытия, водные поверхности. Предусмотреть возможность развития системы с использованием активных (RADARSAT-1, 2 ERS-1) и пассивных (Landsat-7. SPOT-4,1RS) съемок высокого разрешения;

в системе должны быть предусмотрены прием, архивация и обработка данных наземных наблюдений, полученных как на сети агрометеостанций, так и на подспутниковых полигонах и тестовых участках. Состав аппаратуры определяется в зависимости от решаемой задачи;

*дополнительным источником информации могут служить также экспедиционные наземные и самолетные наблюдения. В зависимости от оснащенности этих экспедиций информация может поступать в оперативном режиме или после камеральной обработки.

Системные соглашения по доступу к информации, срокам ее хранения, ценообразованию первичных и обработанных данных и др. должны вырабатываться совместно с заинтересованными министерствами, областными и районными акиматами и другими государственными потребителями данных мониторинга. В проекте системы должна быть предусмотрена возможность включения соответствующие управляющих и сервисных программ.

Эти базовые требования определяют рамки, выходить за которые проектировщик не имеет права. Однако отметим, что чем уже эти рамки, чем жестче ограничения, тем легче проектировать и программировать. Поэтому грамотный проектировщик стремится к тесному взаимодействию с заказчиком при выработке технического задания.

Целесообразность создания такой системы доказана многочисленными примерами эффективного использования ГИС при решении самых различных территориальных задач. Особенность данной работы состоит в проектировании и реализации ГИС мониторинга и моделирования территориальных процессов на рассматриваемой территории с учетом существующей, на данный момент, инфраструктуры информационных технологий.

На первом этапе сформулируем тот минимум обязательных условий, который предъявляется к информационной (вернее, к любой техногенной) системе для обеспечения ее “жизнестойкости”. Система может эффективно функционировать и эволюционировать, если:

ее функциональное назначение отвечает потребностям среды (как правило, тоже системы), в которую она погружена;

ее структура не противоречит архитектуре систем, с которыми она взаимодействует;

ее структура внутренне не противоречива и обладает высокой степенью гибкости и модифицируемости;

процедуры, вшитые в нее, эффективным способом объединяются в технологические цепочки, соответствующие общей технологической схеме функционирования системы;

ее сокращение или расширение не приводит к разрушению структуры, и каждый этап "жизненного цикла” системы, каждая ее версия используется для выполнения

соответствующих функций.

Перечисленные условия эффективности техногенных систем можно

проиллюстрировать многими примерами. Осооенно наглядно демонстрируют эти условия, так называемые, системы мониторинга. Среди них ярким примером служит мощная мониторинговая система - всемирная метеорологическая служба.

16. Методы дешифрирования

При дешифрировании радиолокационного аэрокосмоизображения, независимо от выбранною метода, необходимо:

обнаружить цель или объект местности на изображении;

опознать цель или объект местности;

проанализировать обнаруженную цель или объект местности и определить их количественные и качественные характеристики;

оформить результаты дешифрирования в виде графического или текстового документа.

В зависимости от условий и места выполнения дешифрирование радиолокационных снимков может быть подразделено на полевое, аэровизуальное, камеральное и комбинированное.

Нулевое дешифрирование

Мри полевом дешифрировании дешифровщик непосредственно на местности ориентируется по характерным и легко опознаваемым объектам местности и, сравнивая контуры объектов с их радиолокационными изображениями, наносит результаты опознавания условными знаками на снимок или топографическую карту.

При полевом дешифрировании попутно, непосредственными измерениями, определяются числовые и качественные характеристики объектов (характеристики растительности, водоемов, сооружений при них, характеристики населенных пунктов и т. д.). При этом на снимок или карту могут быть нанесены объекты, не изобразившиеся на снимке вследствие своих малых размеров или потому, что они не существовали в момент съемки. При полевом дешифрировании специально или попутно создаются эталоны (ключи), с помощью которых в дальнейшем в камеральных условиях облегчается опознавание объектов однотипной местности.

Недостатками полевого дешифрирования снимков являются его трyдоемкость по времени и затратам и сложность его организации.

Аэровизуальное дешифрирование аэрокосмоснимков

В последнее время в практике аэрофотографических работ все большее применение пол\ чает аэровизуальный метод дешифрирования аэрофотоснимков. Этот метод с успехом можег быть применен при дешифрировании радиолокационных изображений местности.

Сущность аэровизуального метода заключается в опознавании изображений объекта с самолета или вертолета. Наблюдение может вестись через оптические и инфракрасные приборы. Аэровизуальное дешифрирование радиолокационных изображений позволяет увеличить производительность и снизить стоимость работ полевого дешифрирования.

Полученные в результате дешифрирования данного снимка данные позволят определить местоположение источников загрязнений и оценить их интенсивность (рис. 12).

Камеральное дешифрирование аэрокосмоснимков

При камеральном дешифрировании снимков опознавание объектов и их интерпретация производится без сличения изображений с натурой, путем изучения изображений объектов по их дешифровочным признакам. Камеральное дешифрирование снимков широко применяется при составлении контурных радиолокационных карт, обновлении топографических карт, геологических исследованиях, при исправлении и дополнении картографических материалов в труднодоступных районах.

Однако камеральное дешифрирование обладает существенным недостатком - невозможно полностью получить все необходимые сведения о местности. Кроме того, результаты камерального дешифрирования снимков соответствуют не времени выполнения дешифрирования, а моменту съемки. Поэтому представляется весьма целесообразным сочетание камерального и полевого или аэровизуального дешифрирования снимков, т. е. их комбинирование.

При комбинированном дешифрировании снимков основная работа по обнаружению и опознаванию объектов выполняется в камеральных условиях, а в поле или в полете выполняются и опознаются те объекты или их характеристики которые невозможно опознать камерально.

Камеральное дешифрирование делится на два метода:

непосредственное или полуинструментальное дешифрирование;

инструментальное дешифрирование.

Непосредственный метод дешифрирования

При непосредственном методе дешифрирования исполнитель зрительно, без приборов или с помощью увеличительных приборов, рассматривает снимок и, основываясь на дешифровочных признаках изображения и своем опыте, опознает и интерпретирует объекты.

При непосредственном методе дешифрировании снимков применяемые приборы являются вспомогательными, улучшающими условия наблюдения. Некоторые приборы позволяют дешифровщику определять количественные характеристики дешифрируемых объектов. Но основную роль в обнаружении, распознавании и интерпретации играет человек.

К вспомогательным приборам и инструментам относятся наборы луп с различным увеличением, измерительные шкалы, стереоскопы, параллактические линейки, параллаксометры, специальные приборы для дешифрирования, проекционные экраны, телевизионные и электронно-оптические замкнутые системы, улучшающие условия дешифрирования снимков.

17. Искажение космических снимков

Анализ подсистемы реального космического снимка приводит к выводу о том, что источники искажений (шумов) при космической съемке могут быть представлены тремя подсистемами искажающих факторов:

погрешности работы съемочной и регистрирующей аппаратуры;

«шумы» среды распространения электромагнитного излучения и особенности поверхности объекта съемки;

изменение ориентации носителя во время съемки.

Такая систематизация позволяет выработать стратегию изучения и коррекции искажений космических снимков, поскольку она приводит к следующим выводам:

характер искажений, вызываемых источниками второго и третьего типа с небольшими модификациями, связанными в основном с используемым спектральным диапазоном, будет одинаков для любых съемочных систем. По этой причине такие искажения можно изучать, абстрагируясь в определенной степени от конкретного типа съемочной аппаратуры;

характер искажений, вызываемых источниками первой группы, устанавливается путем всестороннего исследования аппаратуры, при этом необходима разработка методов ее калибровки и контроля во время работы на орбите, что должно позволить производить коррекцию большинства искажений, вызванных несовершенством функционирования аппаратуры.

Искажающие факторы могут быть подразделены также по способу учета искажений, вызываемых тем пли иным источником шумов:

факторы, влияние которых можно сравнительно просто и с достаточной точностью учесть путем введения поправок в координаты точек на снимке, причем эти поправки рассчитываются по конечным математическим формулам;

факторы, учет которых требует применения современных методов математической статистики и теории обработки измерений.

В зарубежных публикациях о космической съемке указанные подсистемы искажающих факторов называют соответственно предсказуемыми и измеряемыми, т. е. требующими производства измерений и математико-статистической обработки их результатов.

...

Подобные документы

Мониторинг объектов населенных пунктов: сущность и задачи, информационное обеспечение. Современные системы дистанционного зондирования: авиационные, космические, наземные. Применение аэро- и космических съемок при мониторинге объектов населенного пункта.

дипломная работа , добавлен 15.02.2017

Преимущества методов дистанционного зондирования Земли из космоса. Виды съемок, методы обработки снимков. Виды эрозионных процессов и их проявление на космических изображениях. Мониторинг процессов фильтрации и подтопления от промышленных отстойников.

курсовая работа , добавлен 07.05.2015

Проведение исследований гидрографических объектов. Требования к аппаратуре дистанционного зондирования Земли при проведении геоэкологических исследований нефтегазового комплекса. Характеристика съемочной аппаратуры, установленной на космических аппаратах.

курсовая работа , добавлен 15.03.2016

Особенности дешифрования данных дистанционного зондирования для целей структурно-геоморфологического анализа. Генетические типы зон нефтегазонакопления и их дешифрирование. Схема структурно-геоморфологического дешифрирования Иловлинского месторождения.

реферат , добавлен 24.04.2012

Дешифрирование - анализ материалов аэро- и космических съемок с целью извлечения из них информации о поверхности Земли. Получение информации путем непосредственных наблюдений (контактный способ), недостатки способа. Классификация дешифрирования.

презентация , добавлен 19.02.2011

Прикладные задачи, решаемые с помощью методов и средств дистанционного зондирования. Расчет параметров съемки в целях землеустройства и земельного кадастра. Основные требования к точности результатов дешифрирования при создании базовых карт земель.

контрольная работа , добавлен 21.08.2015

Причины использования метода дешифрирования снимков. Влияние ледников на природу планеты. Оценка снежно-ледовых ресурсов Земли из космоса. Значение космических снимков. Этапы программы "космической помощи". Необходимость применения рекреационных карт.

реферат , добавлен 17.11.2011

Методы изучения океанов и морей из космоса. Необходимость дистанционного зондирования: спутники и датчики. Характеристики океана, исследуемые из космоса: температура и соленость; морские течения; рельеф дна; биопродуктивность. Архивы спутниковых данных.

курсовая работа , добавлен 06.06.2014

Аэросъемка и космическая съемка - получение изображений земной поверхности с летательных аппаратов. Схема получения первичной информации. Влияние атмосферы на электромагнитное излучение при съемках. Оптические свойства объектов земной поверхности.

презентация , добавлен 19.02.2011

Дешифровочные признаки основных геологических и геоморфологических элементов. Прямые дешифровочные признаки. Контрастно-аналоговый метод по сопоставлению с эталонными снимками и показателями и сопоставлению и сравнению объектов в пределах одного снимка.

сбор информации об объекте или явлении с помощью регистрирующего прибора, не находящегося в непосредственном контакте с данным объектом или явлением. Термин «дистанционное зондирование» обычно включает в себя регистрацию (запись) электромагнитных излучений посредством различных камер, сканеров, микроволновых приемников, радиолокаторов и других приборов такого рода. Дистанционное зондирование используется для сбора и записи информации о морском дне, об атмосфере Земли, о Солнечной системе. Оно осуществляется с применением морских судов, самолетов, космических летательных аппаратов и наземных телескопов. Науки, ориентированные на полевые работы, к числу которых относятся такие, как геология, лесоводство и география, также обычно используют дистанционное зондирование для сбора данных в целях проведения своих исследований. См. также СПУТНИК СВЯЗИ; ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.

Бурша М. Основы космической геодезии . М., 19711975
Дистанционное зондирование в метеорологии, океанологии и гидрологии . М., 1984
Зейболд Е., Бергер В. Дно океана . М., 1984
Мишев Д. Дистанционные исследования Земли из космоса . М., 1985

Найти "ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ " на

Получение и обработка данных для ГИС - наиболее важный и трудоемкий этап создания подобных информационных систем. В настоящее время самым перспективным и экономически целесообразным считается метод получения данных об объектах на основе данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и GPS-измерений.

В широком смысле дистанционное зондирование - это получение любыми неконтактными методами информации о поверхности Земли, объектах на ней или в ее недрах. Традиционно к данным дистанционного зондирования относят только те методы, которые позволяют получить из космоса или с воздуха изображение земной поверхности в каких-либо участках электромагнитного спектра.

Существует несколько видов съемки, использующих специфические свойства излучений с различными длинами волн. При проведении географического анализа, помимо собственно ДЗЗ, обязательно используются пространственные данных из других источников - цифровые топографические и тематические карты, схемы инфраструктуры, внешние базы данных. Снимки позволяют не только выявлять различные явления и объекты, но и оценивать их количественно.

Достоинства метода дистанционного зондирования Земли заключается в следующем:

Актуальность данных на момент съемки (большинство картографических материалов безнадежно устарели);

Высокая оперативность получения данных;

Высокая точность обработки данных за счет применения GPS технологий;

Высокая информативность (применение спектрозональной, инфракрасной и радарной съемки позволяет увидеть детали, не различимые на обычных снимках);

Экономическая целесообразность (затраты на получение информации посредством ДЗЗ существенно ниже наземных полевых работ);

Возможность получение трехмерной модели местности (матрицы рельефа) за счет использования стереорежима или лидарных методов зондирования и, как следствие, возможность проводить трехмерное моделирование участка земной поверхности (системы виртуальной реальности).

Дистанционные методы характеризуются тем, что регистрирующий прибор значительно удален от исследуемого объекта. При таких исследованиях явлений и процессов на земной поверхности расстояния до объектов могут измеряться от единиц до тысяч километров. Это обстоятельство обеспечивает необходимый обзор поверхности и позволяет получать максимально генерализованные изображения.

Существуют различные классификации ДЗЗ. Отметим наиболее важные с точки зрения практического сбора данных в нефтегазовой отрасли.

Регистрироваться может собственное излучение объектов и отраженное излучение других источников. Этими источниками могут быть Солнце или сама съемочная аппаратура. В последнем случае используется когерентное излучение (радары, сонары и лазеры), что позволяет регистрировать не только интенсивность излучения, но также и его поляризацию, фазу и допле- ровское смещение, что дает дополнительную информацию. Понятно, что работа самоизлучающих (активных) сенсоров не зависит от времени суток, но зато требует значительных затрат энергии. Таким образом, виды зондирования по источнику сигнала:

Активное (вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия);

Пассивное (собственное, естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью).

Съемочная аппаратура может размещаться на различных платформах. Платформой может быть космический аппарат (КА, спутник), самолет, вертолет и даже простая тренога. В последнем случае мы имеем дело с наземной съемкой боковых сторон объектов (например, для архитектурных и реставрационных задач) или наклонной съемкой с естественных или искусственных высотных объектов. Третий вид платформы не рассматривается в силу того, что он относится к специальностям, далеким от той, для которой написаны данные лекции.

На одной платформе может размещаться несколько съемочных устройств, называемых инструментами или сенсорами, что обычно для КА. Например, спутники Ресурс-О1 несут сенсоры МСУ-Э и МСУ-СК, а спутники SPOT - по два одинаковых сенсора HRV (SPOT-4 - HRVIR). Понятно, что чем дальше находится платформа с сенсором от изучаемого объекта, тем больший охват и меньшую детализацию будут иметь получаемые изображения.

Поэтому в настоящее время выделяют следующие виды съемки для получения данных дистанционного зондирования:

1. Космическая съемка (фотографическая или оптико-электронная):

Панхроматическая (чаще в одном широком видимом участке спектра) - простейший пример черно-белая съемка;

Цветная (съемка в нескольких, чаще реальных цветах на одном носителе);

Многозональная (одновременная, но раздельная фиксация изображения в разных зонах спектра);

Радарная (радиолокационная);

2. Аэрофотосъемка (фотографическая или оптико-электронная):

Те же виды ДЗЗ, что и в космической съемке;

Лидарная (лазерная).

Оба вида съемки находят широкое применение в нефтегазовой отрасли при создании ГИС предприятия, при этом каждый из них занимает свою нишу. Космическая съемка (КС), имеет более низкое разрешение (от 30 до 1 м в зависимости от типа съемки и типа космического аппарата), но за счет этого охватывает большие пространства. Космическая съемка используется для съемки больших площадей в целях получения оперативной и актуальной информации о районе предполагаемых геологоразведочных работ, базовой подосновы для создания глобальной ГИС на район разработки полезных ископаемых, экологического мониторинга нефтяных разливов и т.п. При этом используется как обычная монохромная (черно-белая съемка), так и спектрозональная.

Аэрофотосъемка (АФС), позволяет получать изображение более высокого разрешения (от 1-2 м до 5-7 см). Аэрофотосъемка используется для получения высоко детальных материалов для решения задач земельного кадастра применительно к арендуемым участкам добычи полезных ископаемых, учета и управления имуществом. Кроме того, использование аэрофотосъемки на сегодняшний день представляется оптимальным вариантом получения данных для создания ГИС на линейно-протяженные объекты (нефте-, газопроводы и т.д.) за счет возможности применения «коридорной» съемки.

Характеристики получаемых снимков (и АФС, и КС), т.е. возможность обнаружить и измерить то или иное явление, объект или процесс зависят от характеристик сенсоров соответственно. Главной характеристикой является разрешающая способность.

Системы ДЗЗ характеризуются несколькими видами разрешений: пространственным, спектральным, радиометрическим и временным. Под термином «разрешение» обычно подразумевается пространственное разрешение.

Пространственное разрешение (рисунок 1) характеризует размер наименьших объектов, различимых на изображении. В зависимости от решаемых задач, могут использоваться данные низкого (более 100 м), среднего (10 - 100 м) и высокого (менее 10 м) разрешений. Снимки низкого пространственного разрешения являются обзорными и позволяют одномоментно охватывать значительные территории - вплоть до целого полушария. Такие данные используются чаще всего в метеорологии, при мониторинге лесных пожаров и других масштабных природных бедствий. Снимки среднего пространственного разрешения на сегодня - основной источник данных для мониторинга природной среды. Спутники со съемочной аппаратурой, работающей в этом диапазоне пространственных разрешений, запускались и запускаются многими странами - Россией, США, Францией и др., что обеспечивает постоянство и непрерывность наблюдения. Съемка высокого разрешения из космоса до недавнего времени велась почти исключительно в интересах военной разведки, а с воздуха - с целью топографического картографирования. Однако сегодня уже есть несколько коммерчески доступных космических сенсоров высокого разрешения (КВР- 1000, IRS, IKONOS), позволяющих проводить пространственный анализ с большей точностью или уточнять результаты анализа при среднем или низком разрешении.

Спектральное разрешение указывает на то, какие участки спектра электромагнитных волн (ЭМВ) регистрируются сенсором. При анализе природной среды, например, для экологического мониторинга, этот параметр - наиболее важный. Условно весь диапазон длин волн, используемых в ДЗЗ, можно поделить на три участка - радиоволны, тепловое излучение (ИК-излучение) и видимый свет. Такое деление обусловлено различием взаимодействия электромагнитных волн и земной поверхности, различием в процессах, определяющих отражение и излучение ЭМВ.

Наиболее часто используемый диапазон ЭМВ - видимый свет и примыкающее к нему коротковолновое ИК-излучение. В этом диапазоне отражаемая солнечная радиация несет в себе информацию, главным образом, о химическом составе поверхности. Подобно тому, как человеческий глаз различает вещества по цвету, сенсор дистанционного зондирования фиксирует «цвет» в более широком понимании этого слова. В то время как человеческий глаз регистрирует лишь три участка (зоны) электромагнитного спектра, современные сенсоры способны различать десятки и сотни таких зон, что позволяет надежно выявлять объекты и явления по их заранее известным спектрограммам. Для многих практических задач такая детальность нужна не всегда. Если интересующие объекты известны заранее, можно выбрать небольшое число спектральных зон, в которых они будут наиболее заметны. Так, например, ближний ИК-диапазон очень эффективен в оценке состояния растительности, определении степени ее угнетения. Для большинства приложений достаточный объем информации дает многозональная съемка со спутников LANDSAT (США), SPOT (Франция), Ресурс-О (Россия). Для успешного проведения съемки в этом диапазоне длин волн необходимы солнечный свет и ясная погода.

Обычно оптическая съемка ведется либо сразу во всем видимом диапазоне (панхроматическая), либо в нескольких более узких зонах спектра (многозональная). При прочих равных условиях, панхроматические снимки обладают более высоким пространственным разрешением. Они наиболее пригодны для топографических задач и для уточнения границ объектов, выделяемых на многозональных снимках меньшего пространственного разрешения.

Тепловое ИК-излучение (рисунок 2) несет информацию, в основном, о температуре поверхности. Помимо прямого определения температурных режимов видимых объектов и явлений (как природных, так и искусственных), тепловые снимки позволяют косвенно выявлять то, что скрыто под землей - подземные реки, трубопроводы и т.п. Поскольку тепловое излучение создается самими объектами, для получения снимков не требуется солнечный свет (он даже, скорее, мешает). Такие снимки позволяют отслеживать динамику лесных пожаров, нефтяные и газовые факелы, процессы подземной эрозии. Следует отметить, что получение космических тепловых снимков высокого пространственного разрешения технически затруднительно, поэтому сегодня доступны снимки с разрешением около 100 м. Много полезной информации дает также тепловая съемка с самолетов.

Сантиметровый диапазон радиоволн используется для радарной съемки. Важнейшее преимущество снимков этого класса - в их всепогодности. Поскольку радар регистрирует собственное, отраженное земной поверхностью, излучение, для его работы не требуется солнечный
свет. Кроме того, радиоволны этого диапазона свободно проходят через сплошную облачность и даже способны проникать на некоторую глубину в почву. Отражение сантиметровых радиоволн от поверхности определяется ее текстурой («шероховатостью») и наличием на ней всевозможных пленок. Так, например, радары способны фиксировать наличие нефтяной пленки толщиной 50 мкм и более на поверхности водоемов даже при значительном волнении. В принципе, радарная съемка с самолетов способна обнаруживать подземные объекты, например, трубопроводы и утечки из них.

Радиометрическое разрешение определяет диапазон различимых на снимке яркостей. Большинство сенсоров обладают радиометрическим разрешением 6 или 8 бит, что наиболее близко к мгновенному динамическому диапазону зрения человека. Но есть сенсоры и с более высоким радиометрическим разрешением (10 бит для AVHRR и 11 бит для IKONOS), позволяющим различать больше деталей на очень ярких или очень темных областях снимка. Это важно в случаях съемки объектов, находящихся в тени, а также когда на снимке одновременно находятся большие водные поверхности и суша. Кроме того, такие сенсоры, как AVHRR имеют радиометрическую калибровку, что позволяет проводить точные количественные измерения.

Наконец, временное разрешение определяет, с какой периодичностью один и тот же сенсор может снимать некоторый участок земной поверхности. Этот параметр весьма важен для мониторинга чрезвычайных ситуаций и других быстро развивающихся явлений. Большинство спутников (точнее, их семейств) обеспечивают повторную съемку через несколько дней, некоторые - через несколько часов. В критических случаях для ежедневного наблюдения могут использоваться снимки с различных спутников, однако, нужно иметь в виду, что заказ и доставка сами по себе могут потребовать немалого времени. Одним из вариантов решения является приобретение приемной станции, позволяющей принимать данные непосредственно со спутника. Это удобное решение для ведения постоянного мониторинга используется некоторыми организациями на территории России, обладающими приемными станциями данных со спутников Ресурс-О. Для отслеживания изменений на какой-либо территории важна также возможность получения архивных (ретроспективных) снимков.

По высоте орбиты спутника можно выделить три группы: 1) Малые высоты : 100-500 км (пилотируемые корабли и орбитальные станции); 2) Средние высоты : 500-2000 км (ресурсные и метеорологические спутники); 3) Большие высоты : 36000-40000 км (геостационарные спутники - скорость движения спутника равна скорости вращения Земли - постоянное наблюдение за определенным районом на поверхности).

Положение орбиты по отношению к Солнцу. Для космических съемок большое значение имеет способность орбиты сохранять постоянную ориентацию на Солнце. Орбиты, у которых угол между плоскостью орбиты и направлением на Солнце остается постоянным, называются солнечно-синхронными. Достоинство таких орбит состоит в том, что они обеспечивают одинаковую освещенность земной поверхности вдоль трассы полета космического аппарата.

Б.А. Дворкин , С.А. Дудкин

Революционное развитие компьютерных, космических, информационных технологий в конце XX – начале XXI вв. привели к качественным изменениям в отрасли дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ): появились космические аппараты со съемочными системами нового поколения, позволяющие получать снимки со сверхвысоким пространственным разрешением (до 41 см у спутника GeoEye-1). Съемки ведутся в гиперспектральном и многоканальном мультиспектральном (в настоящее время до 8 каналов у спутника WorldView-2) режимах. Основными тенденциями последних лет является появление новых спутников сверхвысокого разрешения с улучшенными характеристиками (французская система Pleiades), разработка концепции оперативной и глобальной съемки земной поверхности с высоким разрешением с помощью группировок малых спутников (группировка немецких спутников RapidEye, пополнение группировки DMC спутником высокого разрешения, перспективные спутники SkySat, NovaSAR и т. д.). В технологиях ДЗЗ помимо традиционных направлений (улучшение пространственного разрешения, добавление новых спектральных каналов, автоматизация процессов обработки и оперативного предоставления данных) появляются разработки, связанные с оперативной видеосъемкой объектов из космоса (например, разработки компании SkyBoх Imaging, США).

В данном обзоре мы дадим характеристику некоторых наиболее интересных космических аппаратов ДЗЗ высокого и сверхвысокого разрешения, запущенных на орбиту в течение последних двух лет и планируемых к запуску в ближайшие 3–4 года.

РОССИЯ

В соответствии с Федеральной космической программой в 2012 г. был осуществлен запуск малого космического аппарата (КА) «Канопус-В» . Он предназначен для обеспечения подразделений Роскосмоса, МЧС России, Минприроды России, Росгидромета, РАН и других заинтересованных ведомств оперативной информацией. Среди задач, стоящих перед спутником можно выделить:

обнаружение очагов лесных пожаров, крупных выбросов загрязняющих веществ в природную среду;
мониторинг техногенных и природных чрезвычайных ситуаций, в том числе стихийных гидрометеорологических явлений;
мониторинг сельскохозяйственной деятельности, природных (в том числе, водных и прибрежных) ресурсов;
землепользование;
оперативное наблюдение заданных районов земной поверхности.

Образец снимка с КА «Канопус-В» представлен на рис. 1.

Основные характеристики КА «Канопус-В»

КА «Канопус-В»

Кроме спутника «Канопус-В» в настоящее время в составе российской орбитальной группировки ДЗЗ завершают работу спутники «Ресурс-ДК1» (запущен в 2006 г.) и «Монитор-Э» (запущен в 2005 г.). Особенностями КА «Ресурс-ДК1» являются повышенные оперативные и точностные характеристики получаемых изображений (разрешение 1 м в панхроматическом режиме, 2–3 м - в мультиспектральном). Данные со спутника активно используются для создания и обновления топографических и специальных карт, информационного обеспечения рационального природопользования и хозяйственной деятельности, инвентаризации лесов и сельскохозяйственных земель, других задач.

Продолжением миссии отечественных спутников природно-ресурсного назначения высокого разрешения явится оптико-электронный КА «Ресурс-П» , который запланирован к запуску в 2013 г. При создании спутника используются технические решения, наработанные при создании КА «Ресурс-ДК1». Использование круговой солнечно-синхронной орбиты высотой 475 км, позволит существенно улучшить условия наблюдения. С шести до трех суток улучшится периодичность наблюдения. Съемка будет вестись в панхроматическом и 5-канальном мультиспектральном режимах. Дополнительно к оптико-электронной аппаратуре высокого разрешения на спутнике будут установлены гиперспектральный спектрометр (ГСА) и широкозахватной мультиспектральный съемочной комплекс высокого (ШМСА-ВР) и среднего (ШМСА-СР) разрешения (ШМСА-СР).

Основные характеристики КА «Ресурс-П»

В ближайших планах наращивания российской орбитальной группировки ДЗЗ запуск спутников серии «Обзор».

Группировка из четырех оптико-электронных КА «Обзор-О» предназначена для оперативной мультиспектральной съемки России, прилегающих территорий соседних государств и отдельных районов Земли. На 1-м этапе (2015–2017 гг.) планируется запустить два космичеких аппарата, на 2-м (2018–2019 гг.) - еще два. Система «Обзор-О» будет служить для обеспечения данными космической съемки МЧС России, Минсельхоза России, РАН, Росреестра, других министерств и ведомств, а также регионов России. На КА «Обзор-О» №1 и №2 планируется установить опытные образцы гиперспектральной аппаратуры.

Основные характеристики КА «Обзор-О»

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА «Обзор-О»

Режим съемки	Мультиспектральный
	1 этап	2 этап
Спектральный диапазон, мкм	7 одновременно работающих спектральных канала:	8 одновременно работающих спектральных канала:
м	не более 7 (для канала 0,50–0,85); не более 14 (для остальных каналов)	не более 5 (для канала 0,50–0,85); не более 20 (для канала 0,55–1,70); не более 14 (для остальных каналов)
Радиометрическое разрешение, бит на пиксель	12
м	30–45	20–40
Ширина полосы съемки, км	не менее 85	не менее 120
Производительность съемки каждого КА, млн кв. км/сутки	6	8
Периодичность съемки, сутки	30	7
Мбит/с	600

Радарный КА «Обзор-Р» предназначен для проведения съемки в X-диапозоне в любое временя суток (вне зависимости от погодных условий) в интересах социально-экономического развития Российской Федерации. «Обзор-Р» будет служить для обеспечения данными радарной съемки МЧС России, Минсельхоза России, Росреестра, других министерств и ведомств, а также регионов России.

Основные характеристики КА «Обзор-Р»

«Обзор-Р»

Спектральный диапазон	X-диапазон (3,1 см)
Периодичность съемки, сутки	2 (в полосе широт от 35 до 60° с.ш.)
Режим	м	Полоса обзора, км	Ширина полосы съемки, км	Поляризация
Высокодетальный кадровый режим (ВДК)	1	2×470	10	Одинарная (по выбору - H/H, V/V, H/V, V/H)
Детальный кадровый режим (ДК)	3	2×600	50	Одинарная (по выбору - H/H, V/V, H/V, V/H); двойная (по выбору - V/(V+H) и H/(V+H))
Узкополосный маршрутный режим (УМ)	5	2×600	30
Узкополосный маршрутный режим (УМ)	3	2×470	30
Маршрутный режим	20	2×600	130
Маршрутный режим	40	2×600	230
Широкополосный маршрутный режим	200	2×600	400
	300	2×600	600
	500	2×750	750

БЕЛОРУССИЯ

Запущенный в 2012 г. вместе с российским КА Канопус-В» спутник БКА (Белорусский космический аппарат), обеспечивает полное покрытие территории страны космической съемкой. По международной классификации космический аппарат относится к классу малых спутников (он полностью идентичен КА «Канопус-В»). Полезная нагрузка БКА включает панхроматическую и мультиспектральную камеры с полосой захвата 20 км. Полученные снимки позволяют рассмотреть объекты на земной поверхности с разрешением 2,1 м в панхроматическом режиме и 10,5 м - в мультиспектральном. Этого достаточно для того, чтобы выполнять различные задачи, связанные с мониторингом, например выявление очагов пожаров и т. д. Однако, в будущем стране может понадобиться спутник с более высоким разрешением. Белорусские ученые готовы начать разработку космического аппарата с разрешением до 0,5 м. Окончательное решение по проекту нового спутника будет принято, по-видимому, в 2014 г., а его запуск можно ожидать не ранее 2017 г.

УКРАИНА

Запуск КА «Сич-2» был осуществлен в рамках национальной космической программы Украины с целью дальнейшего развития системы космического мониторинга и геоинформационного обеспечения народного хозяйства страны. Спутник оснащен оптико-электронным сенсором с тремя спектральными и одним панхроматическим каналами, а также сканером среднего инфракрасного диапазона и комплексом научной аппаратуры «Потенциал». Среди главных задач, стоящих перед миссией «Сич-2»: мониторинг аграрных и земельных ресурсов, водных объектов, состояния лесной растительности, контроль районов чрезвычайных ситуаций. Образец снимка с КА «Сич-2» представлен на рис. 2.

Основные характеристики КА «Сич-2»

Дата запуска: 17 августа 2011 г.

Средство выведения: РН «Днепр»
Разработчик: ГКБ «Южное» им. М.К. Янгеля
Оператор: Государственное космическое агентство Украины
Масса КА, кг		176
Орбита	Тип	Солнечно-синхронная
	Высота, км	700
	Наклонение, град.	98,2
лет		5

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА «Сич-2»

Государственное космическое агентство Украины планирует в ближайшем будущем запустить КА «Сич-3-О» с разрешением лучше 1 м. Спутник создается в КБ «Южное».

В США отрасль ДЗЗ активно развивается прежде всего в секторе сверхвысокого разрешения. 1 февраля 2013 г. две ведущие американские компании DigitalGlobe и GeoEye - мировые лидеры в области поставки данных сверхвысокого разрешения объединились. Новая компания оставила название DigitalGlobe. Суммарная рыночная стоимость компании составляет 2,1 млрд долл.

В результате объединения, компания DigitalGlobe в настоящее время обладает уникальными возможностями для предоставления широкого набора космических снимков и геоинформационных сервисов. Несмотря на монопольное положение в самом доходном сегменте рынка, основную часть доходов (75–80%) объединенной компании приносит оборонный заказ по 10-летней программе EnhanctdView (EV) общей стоимостью 7,35 млрд долл., предусматривающий госзакупку ресурсов коммерческих спутников в интересах Национального агентства геопространственной разведки (NGA).

В настоящее время DigitalGlobe является оператором спутников ДЗЗ сверхвысокого разрешения WorldView-1 (разрешение - 50 см), WorldView-2 (46 см), QuickBird (61 см), GeoEye-1 (41 см) и IKONOS (1 м). Общая суточная производительность системы - более 3 млн кв. км.

В 2010 г. компания DigitalGlobe заключила контракт с компанией Ball Aerospace на разработку, создание и запуск спутника WorldView-3 . Стоимость контракта составляет 180,6 млн долл. Компания Exelis VIS получила контракт на создание бортовой съемочной системы для спутника WorldView-3 на сумму 120,5 млн долл. США. Съемочная система WorldView-3 будет аналогична той, которая установлена на КА WoldView-2. Кроме того съемка будет проводиться в режимах SWIR (8 каналов; разрешение 3,7 м) и CAVIS (12 каналов; разрешение 30 м).

Основные характеристики КА WorldView-3

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА WorldView-3

Режим съемки	Панхроматический	Мультиспектральный
Спектральный диапазон, мкм	0,50–0,90	0,40–0,45 (фиолетовый или coastal) 0,45–0,51(синий) 0,51–0,58 (зеленый) 0,585–0,625 (желтый) 0,63–0,69 (красный) 0,63–0,69 (крайний красный или red-edge) 0,77–0,895 (ближний ИК-1) 0,86–1,04(ближний ИК-2)
Пространственное разрешение (в надире), м	0,31	1,24
град	40
Радиометрическое разрешение, бит на пиксель	11
Точность геопозиционирования, м	CE90 mono = 3,5
Ширина полосы съемки, км	13,1
Периодичность съемки, сутки	1
	Да
Формат файлов	GeoTIFF, NITF

Перспективный КА GeoEye-2 начал разрабатываться в 2007 г. Он будет иметь следующие технические характеристики: разрешение в панхроматическом режиме - 0,25–0,3 м, улучшенные спектральные характеристики. Производитель сенсора - компания Exelis VIS. Первоначальна запуск спутника планировался в 2013 г., однако, после объединения компаний DigitalGlobe и GeoEye было принято решение завершив создание спутника, поставить его на хранение для последующей замены одного из спутников на орбите, либо до момента, когда спрос сделает его запуск выгодным для компании.

11 февраля 2013 г. был осуществлен запуск нового КА Landsat-8 (проект LDCM - Landsat Data Continuity Mission). Спутник продолжит пополнение банка изображений, получаемых с помощью спутников серии Landsat на протяжении уже 40 лет и охватывающих всю поверхность Земли. На КА Landsat-8 установлены два сенсора: оптико-электронный (Operational Land Imager, OLI) и тепловой (Thermal InfraRed Sensor, TIRS).

Основные характеристики КА Landsat-8

Дата запуска 11 февраля 2013 г.
Стартовая площадка: авиабаза Ванденберг
Средство выведения: РН Atlas 5
Разработчик: Orbital Sciences Corporation (OSC) (быв. General Dynamics Advanced Information Systems) (платформа); Ball Aerospace (полезная нагрузка)
Операторы: NASA и USGS
Масса, кг		2623
Орбита	Тип	Солнечно-синхронная
	Высота, км	705
	Наклонение, град.	98,2
Расчетный срок функционирования, лет		5

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА Landsat-8

ФРАНЦИЯ

Во Франции основным коммерческим оператором спутников ДЗЗ является компания Astrium GEO-Information Services - геоинформационное подразделение международной компании Astrium Services. Компания создана в 2008 г. в результате объединения французской компании SpotImage и группы компаний Infoterra. Astrium Services-GEO-Information является оператором оптических спутников высокого и сверхвысокого разрешения SPOT и Pleiades, радарных спутников нового поколения TerraSAR-X и TanDEM-X. Центральный офис Astrium Services-GEO-Information расположен в Тулузе, кроме того имеется 20 офисов и более 100 дистрибьюторов по всему миру. Компания Astrium Services входит в состав европейской аэрокосмической корпорации EADS (European Aeronautic Defence and Space Company).

Спутниковая система наблюдения за поверхностью Земли SPOT (Satellite Pour L’Observation de la Terre) спроектирована Национальным космическим агентством Франции (CNES) совместно с Бельгией и Швецией. Система SPOT включает в себя ряд космических аппаратов и наземных средств. В настоящее время на орбите работают спутники SPOT-5 (запущен в 2002 г.) и SPOT-6 (запущен в 2012 г.; рис. 3). Спутник SPOT-4 был выведен из эксплуатации в январе 2013 г. КА SPOT-7 планируется запустить в 2014 г. Спутники SPOT-6 и SPOT-7 имеют идентичные характеристики.

Основные характеристики КА SPOT-6 и SPOT -7

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА SPOT-6 и SPOT -7

С запуском в 2011–2012 гг. КА Pleiades-1 A и Pleiades-1 B (рис. 4), Франция запустила программу съемки Земли со сверхвысоким разрешением, вступив в конкурентную борьбу с американскими коммерческими системами ДЗЗ.

Программа Pleiades High Resolution является составной частью европейской спутниковой системы ДЗЗ и ведется под руководством французского космического агентства CNES начиная с 2001 г.

Спутники Pleiades-1A и Pleiades-1B синхронизированы на одной орбите таким образом, чтобы иметь возможность обеспечить ежедневную съемку одного и того участка земной поверхности. Используя космические технологии нового поколения, такие, как оптико-волоконные системы гиростабилизации, космические аппараты, оборудованные самыми современными системами, обладают беспрецедентной маневренностью. Они могут проводить съемку в любом месте 800-километровой полосы меньше чем за 25 секунд с точностью геопозиционирования меньше 3 м (CE90) без использования наземных опорных точек и 1 м - с использованием наземных точек. Спутники способны снимать более 1 млн кв. км в день в панхроматическом и мультиспектральном режимах.

Основные характеристики КА Pleiades-1 A и Pleiades-1 B

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры Pleiades-1 A и Pleiades-1 B

Режим съемки	Панхроматический	Мультиспектральный
Спектральный диапазон, мкм	0,48–0,83	0,43–0,55 (синий) 0,49–0,61 (зеленый) 0,60–0,72 (красный) 0,79–0,95 (ближний ИК)
Пространственное разрешение (в надире), м	0,7 (после обработки - 0,5)	2,8 (после обработки - 2)
Максимальное отклонение от надира, град	50
Точность геопозиционирования, м	CE90 = 4,5
Ширина полосы съемки, км	20
Производительность съемки, млн кв. км/сутки	более 1
Периодичность съемки, сутки	1 (в зависимости от широты области съемки)
Формат файлов	GeoTIFF
Скорость передачи данных на наземный сегмент, Мбит/с	450

ЯПОНИЯ

Наиболее известным японским спутником ДЗЗ являлся ALOS (оптико-электронная съемка с разрешением 2,5 м в панхроматическом режиме и 10 м - в мультиспектральном, а также радарная съемка в L-диапазоне с разрешением 12,5 м). КА ALOS был создан в рамках японской космической программы и финансируется Японским космическим агентством JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency).

КА ALOS был запущен в 2006 г., а 22 апреля 2011 г. возникли проблемы с управлением спутника. После трехнедельных безуспешных попыток восстановить работу космического аппарата, 12 мая 2011 г. была дана команда на отключение питания оборудования спутника. В настоящее время доступны только архивные снимки.

На смену спутнику ALOS придут сразу два космических аппарата - один оптико-электронный, второй - радарный. Таким образом, специалисты агентства JAXA отказались от совмещения на одной платформе оптической и радарной систем, что было реализовано на спутнике ALOS, на котором установлены две оптических камеры (PRISM и AVNIR) и один радар (PALSAR).

Радарный КА ALOS -2 запланирован к запуску в 2013 г.

Основные характеристики КА ALOS -2

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА ALOS -2

Запуск оптико-электронного КА ALOS -3 запланирован на 2014 г. Он будет способен выполнять съемку в панхроматическом, мультиспектральном и гиперспектральном режимах.

Основные характеристики КА ALOS -3

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА ALOS -3

Следует отметить также японский проект ASNARO (Advanced Satellite with New system ARchitecture for Observation), который был инициирован USEF (Institute for Unmanned Space Experiment Free Flyer) в 2008 г. В основе проекта лежат инновационные технологии создания мини-спутниковых платформ (массой 100–500 кг) и съемочных систем. Одна из целей проекта ASNARO - создание мини-спутника сверхвысокого разрешения нового поколения, который бы мог конкурировать со спутниками других стран, аналогичными по своим характеристикам за счет удешевления данных и возможности проектировать и изготавливать аппараты в более сжатые сроки. Спутник ASNARO предназначен для съемки земной поверхности в интересах правительственных организаций Японии и планируется к запуску в 2013 г.

Основные характеристики КА ASNARO

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА ASNARO

ИНДИЯ

В стране на базе плановой системы государственного финансирования космической отрасли создана одна из самых эффективных программ ДЗЗ. В Индии успешно эксплуатируется группировка из космических аппаратов различного назначения, в том числе серии КА RESOURCESAT и СARTOSAT.

В дополнение к уже работающим на орбите спутникам, в апреле 2011 г. был запущен КА RESOURCESAT-2 , предназначенный для решения задач предотвращения стихийных бедствий, управления водными и земельными ресурсами (рис. 5).

Основные характеристики КА RESOURCESAT-2

26 апреля 2012 г. был осуществлен запуск КА RISAT-1 с многофункциональным радиолокатором С-диапазона частот (5,35 ГГц). Спутник предназначен для круглосуточной и всепогодной съемки Земли в различных режимах. Съемка земной поверхности проводится в С-диапазоне длин волн с изменяемой поляризацией излучения (HH, VH, HV, VV).

Основные характеристики КА RISAT-1

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА RISAT-1

Спектральный диапазон	C-диапазон
Режим	Номинальное пространственное разрешение, м	Ширина полосы съемки, км	Диапазон углов съемки, град.	Поляризация
Сверхвысокого разрешения (High Resolution SpotLight - HRS)	<2	10	20–49	Одинарная
Высокого разрешения (Fine Resolution Stripmap-1 - FRS-1)	3	30	20–49	Одинарная
Высокого разрешения (Fine Resolution Stripmap-2 - FRS-2)	6	30	20–49	Четверная
Среднего разрешения / низкого разрешения (Medium Resolution ScanSAR- MRS / Coarse Resolution ScanSAR - CRS)	25/50	120/240	20–49	Одинарная

На орбите работает группировка оптико-электронных космических аппаратов картографической серии СARTOSAT. Очередной спутник серии CARTOSAT-3 планируется запустить в 2014 г. Он будет снабжен оптико-электронной аппаратурой с беспрецедентным пространственным разрешением 25 см.

КИТАЙ

Китай в течение последних 6 лет создал многоцелевую орбитальную группировку спутников ДЗЗ, состоящую из нескольких космических систем - спутники видовой разведки, а также предназначенные для океанографии, картографии, мониторинга природных ресурсов и чрезвычайных ситуаций.

В 2011 г. Китай запустил больше других стран спутников ДЗЗ: два спутника видовой разведки Yaogan (YG) — 12 (с оптико-электронным системой субметрового разрешения) и Yaogan (YG) -13 (с радаром с синтезированной апертурой); КА Hai Yang (HY) — 2A с микроволновым радиометром lkx решения океанографических задач; многоцелевой спутник мониторинга природных ресурсов Zi Yuan (ZY) — 1-02C в интересах Министерства земельных и природных ресурсов (разрешение 2,3 м в панхроматическом режиме и 5/10 м в мультиспектральном режиме в полосе съемки шириной 54 км и 60 км); оптический микро-спутник (35 кг) TianXun (TX) с разрешением 30 м.

В 2012 г. Китай опять стал лидером по количеству запусков - национальная группировка ДЗЗ (не считая метеорологических спутников) пополнилась еще пятью спутниками: Yaogan (YG) — 14 и Yaogan (YG) -15 (видовая разведка), Zi Yuan (ZY) – 3 и Tian Hui (TH) – 2 (картографические спутники), радиолокационный КА Huan Jing (HJ) — 1C.

Космческие аппараты TH-1 и TH-2 - первые китайские спутники, которые могут получать стереоснимки в виде триплета для геодезических измерений и картографических работ. Они идентичны по своим техническим характеристикам и работают по единой программе. Каждый спутник оснащен тремя камерами - стереокамерой для получения стерео-триплет снимков, панхроматической камерой высокого разрешения и мультиспектральной камерой - которые могут выполнять съемку всей земной поверхности для научных исследований, мониторинга земельных ресурсов, геодезии и картографии.

Спутники предназначены для решения многих задач:

создание и обновление топографических карт;
создание цифровых моделей рельефа;
создание 3D-моделей;
мониторинг изменений ландшафтов;
мониторинг землепользования;
мониторинг состояния посевов сельскохозяйственных культур, прогнозирование урожайности;
мониторинг лесопользования и мониторинг состояния лесов;
мониторинг ирригационных сооружений;
мониторинг качества воды;

Основные характеристики космических аппаратов

Даты запуска		24 августа 2010 г. (TH-1), 6 мая 2012 г. (TH-2)
Средство выведения		CZ-2D
Разработчик		China Aerospace Science and Technology Corporation, Chinese Academy of Space Technology (CAST)
Оператор: Beijing Space Eye Innovation Technology Company (BSEI)
Масса, кг			1000
Орбита	Тип		Солнечно-синхронная
	Высота, км		500
	Наклонение, град.		97,3
Расчетный срок функционирования, лет		3

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры

Режим съемки		Панхроматический	Мультиспектральный	Стерео (триплет)
Спектральный диапазон, мкм		0,51–0,69	0,43–0,52 (синий) 0,52–0,61 (зеленый) 0,61–0,69 (красный) 0,76–0,90 (ближний ИК)	0,51–0,69
Пространственное разрешение (в надире), м		2	10	5
Точность геопозиционирования, м	CE90 = 25
Ширина полосы съемки, км		60	60	60
Периодичность съемки, сутки		9
Возможность получения стереопары		Да

КАНАДА

Компания MDA 9 января 2013 г. объявила о подписании контракта стоимость 706 млн долл. с Канадским космическим агентством на создание и запуск группировки из трех радарных спутников RADARSAT Constellation Mission (RCM) . Срок действия контракта 7 лет.

Группировка RCM обеспечит круглосуточное покрытие радарной съемкой территории страны. Данные могут включать в себя повторные снимки одних и тех же районов в разное время суток, что значительно улучшит мониторинг прибрежных зон, территорий северных, арктических водных путей и других областей стратегических и оборонных интересов. Система RCM также будет включать комплекс автоматизированного дешифрирования снимков, который в сочетании с оперативным получением данных, позволит немедленно обнаруживать и идентифицировать морские суда по всему мировому океану. Предполагается значительное ускорение обработки данных - заказчики будут получать необходимую информацию практически в реальном режиме времени.

Группировка RCM будет проводить съемку земной поверхности в С-диапазоне (5,6 см), с изменяемой поляризацией излучения (HH, VH, HV, VV).

Основные характеристики КА RCM

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА RCM

Спектральный диапазон	С-диапазон (5,6 см)
Периодичность съемки, сутки	12
Режим	Номинальное пространственное разрешение, м	Ширина полосы съемки, км	Диапазон углов съемки, град.	Поляризация
Низкого разрешения (Low Resolution)	100 х 100	500	19–54	Одинарная (по выбору - HH или VV или HV или VH); двойная (по выбору - HH/HV или VV/VH)
Среднего разрешения (Medium Resolution - Maritime)	50 х 50	350	19–58
	16 х 16	30	20–47
Среднего разрешения (Medium Resolution - Land)	30 х 30	125	21–47
Высокого разрешения (High Resolution)	5 х 5	30	19–54
Сверхвысокого разрешения (Very High Resolution)	3 х 3	20	18–54
Режим Ice/Oil Low Noise	100 х 100	350	19–58
Режим Ship Detection	разное	350	19–58

КОРЕЯ

С начала работ по реализации космической программы в 1992 г. в Республике Корея создана национальная система ДЗЗ. Корейский институт аэрокосмичеких исследований (KARI) разработал серию спутников наблюдения Земли KOMPSAT (Korean Multi-Purpose Satellite). КА KOMPSAT-1 использовался для военных целей до конца 2007 г. В 2006 г. на орбиту был выведен спутник KOMPSAT-2.

Запущенный в 2012 г. КА KOMPSAT-3 является продолжением миссии KOMPSAT и предназначен для получения цифровых изображений земной поверхности с пространственным разрешением 0,7 м в панхроматическом режиме и 2,8 м в мультиспектральном режиме.

Основные характеристики КА KOMPSAT-3

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА KOMPSAT-3

Проект KOMPSAT-5 является частью Корейского национального плана развития MEST (Министерство образования, науки и технологии), который стартовал в 2005 г. КА KOMPSAT-5 также разрабатывается Корейский институт аэрокосмичеких исследований (KARI). Основная задача будущей миссии состоит в создании радарной спутниковой системы для решения мониторинговых задач. Съемка земной поверхности будет проводиться в С-диапазоне с изменяемой поляризацией излучения (HH, VH, HV, VV).

Основные характеристики КА KOMPSAT-5

Дата запуска: 2013 г. (планируемая)
Стартовая площадка: пусковая база «Ясный» (Россия)
Средство выведения: РН «Днепр» (Россия)
Разработчик: KARI (Korea Aerospace Research Institute), Thales Alenia Space (Италия; бортовая радарная съемочная система - SAR)
Оператор: KARI
Масса, кг		1400
Орбита	Тип	Солнечно-синхронная
	Высота, км	550
	Наклонение, град.	97,6
Расчетный срок функционирования, лет		5

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры KOMPSAT-5

ВЕЛИКОБРИТАНИЯ

Британская компания DMC International Imaging Ltd (DMCii) является оператором группировки спутников DMC (Disaster Monitoring Constellation) и работает как в интересах правительства стран-владельцев спутников, так и осуществляет поставки космических снимков для коммерческого использования.
Группировка DMC обеспечивает оперативную съемку районов стихийных бедствий для государственных агентств и коммерческого использования. Спутники также ведут съемку для решения задач сельского, лесного хозяйства и др. и включает 8 мини-спутников ДЗЗ, принадлежащих Алжиру, Великобритании, Испании, Китаю и Нигерии. Разработчик спутников - британская компания Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL). Все спутники находятся на солнечно-синхронной орбите для обеспечения ежедневных глобальных покрытий съемками.

Входящий в группировку DMC британский КА UK-DMC-2 был запущен в 2009 г. Он ведет съемку в мультиспектральном режиме с разрешением 22 м в полосе шириной 660 м. На 2014 г. запланирован запуску трех новых спутников DMC-3 a , b , c с улучшенными характеристиками. Они будут вести съемку в полосе шириной 23 км с разрешением в панхроматическом режиме 1 м и в 4-х канальном мультиспектральном режиме (включая инфракрасный канал) - 4 м.

В настоящее время компания SSTL завершает разработку нового бюджетного радарного спутника: 400-килограммовый КА NovaSAR-S будет представлять собой платформу SSTL-300 с инновационным радаром для съемки в S-диапазоне. Подход SSTL к инжинирингу и проектированию позволяет развернуть миссию NovaSAR-S в полном объеме в течение 24 месяцев с момента заказа.

NovaSAR-S будет вести радарную съемку в четырех режимах с разрешением 6–30 м в различных комбинациях поляризации. Технические параметры спутника оптимизированы для широкого спектра задач, включая мониторинг наводнений, оценка сельскохозяйственных культур, мониторинг лесов, классификация растительного покрова, борьба со стихийными бедствиями и наблюдения за акваториями, в частности для слежения за кораблями, обнаружения разливов нефти.

ИСПАНИЯ

Формируется национальная испанская группировка спутников ДЗЗ. В июле 2009 г. на орбиту был выведен спутник Deimos-1, который входит в состав международной группировки DMC. Он ведет съемку в мультиспектральном режиме с разрешением 22 м в полосе шириной 660 м. Оператор спутника, компания Deimos Imaging, появилась в результате сотрудничества испанской авиационно-космической инжиниринговой компании Deimos Space и Лаборатории ДЗЗ при Вальядолидском университете (Remote Sensing Laboratory of the University of Valladolid (LATUV)). Основная цель новой компании - разработка, внедрение, эксплуатация и коммерческое использование систем ДЗЗ. Компания расположена в г. Вальядолиде (Испания).

В настоящее время компания Deimos Imaging разрабатывает спутник высокого разрешения Deimos-2 , запуск которого запланирован на 2013 г. КА Deimos-2 предназначен для получения недорогих мультиспектральных данных ДЗЗ высокого качества. Вместе с КА Deimos-1 спутник Deimos-2 составит единую спутниковую систему Deimos Imaging.

Основные характеристики КА Deimos-2

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА Deimos-2

В ближайшие два года начнется реализация национальной программы наблюдения Земли из космоса PNOTS (Programa Nacional de Observación de la Tierra por Satélite). КА Paz (в переводе с испанского языка «мир»; другое название - SEOSAR - Satélite Español de Observación SAR) - первый испанский радарный спутник двойного назначения - является одним из компонентов этой программы. Спутник будет способен проводить съемку в любых погодных условиях, днем и ночью, и, в первую очередь будут выполнять заказы испанского правительства, связанные с вопросами безопасности и обороны. КА Paz будет снабжен радаром с синтезированной апертурой, разработанным компанией Astrium GmbH на платформе радара спутника TerraSAR-X.

Основные характеристики КА Paz

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА Paz

Спектральный диапазон	X-диапазон (3,1 см)
Режим	Номинальное пространственное разрешение, м	Ширина полосы съемки, км	Диапазон углов съемки, град.	Поляризация
Сверхвысокого разрешения (High Resolution SpotLight - HS)	<(1 х 1)	5 x 5	15–60	Одинарная (по выбору - VV или HH); двойная (VV/HH)
Высокого разрешения (SpotLight - SL)	1 х 1	10 x 10	15–60	Одинарная (по выбору - VV или HH); двойная (VV/HH)
Широкополосный высокого разрешения (StripMap - SM)	3 x 3	30	15–60	Одинарная (по выбору - VV или HH); двойная (по выбору - VV/HH или HH/HV или VV/VH)
Среднего разрешения (ScanSAR - SC)	16 x 6	100	15–60	Одинарная (по выбору - VV или HH)

В 2014 г. планируется запуск еще одного компонента программы PNOTS КА Ingenio (другое название - SEOSat; Satélite Español de Observación de la Tierra). Спутник будет способен проводить мультиспектральную съемку высокого разрешения для нужд испанского правительства и коммерческих заказчиков. Миссия финансируется и координируется CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial). Проект контролируется Европейским космичеким агентством.

Основные характеристики КА Ingenio

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА Ingenio

ЕВРОПЕЙСКОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНТСТВО

В 1998 г. для обеспечения всеобъемлющего мониторинга окружающей среды руководящими органами Европейского Союза было принято решение о развертывании программы GMES (Global Monitoring for Environment and Security), которая должна осуществляться под эгидой Еврокомиссии в партнерстве с Европейским космическим агентством (European Space Agency, ESA) и Европейским агентством по окружающей среде (European Environment Agency, EEA). Являясь на сегодняшний день наиболее масштабной программой наблюдения Земли, GMES обеспечит государственные органы и других пользователей высокоточной, современной и доступной информацией для улучшения контроля изменений окружающей среды, понимания причин изменения климата, обеспечения безопасности жизни людей и других задач.

На практике, GMES будет состоять из сложного комплекса систем наблюдения: спутников ДЗЗ, наземных станций, морских судов, атмосферных зондов т. д.

Космический компонент GMES будет опираться на два типа систем ДЗЗ: спутники Sentinel, специально предназначенные для программы GMES (их оператором будет ESA), и национальные (или международные) спутниковые системы ДЗЗ, включенные в так называемые миссии содействия GMES (GMES Contributing Missions; GCMs).

Запуск спутников Sentinel начнется с 2013 г. Они будут вести съемку с использованием различных технологий, например, с помощью радаров и оптико-электронных мультиспектральных сенсоров.

Для реализации программы GMES под общим руководством ESA ведется разработка пяти типов спутников ДЗЗ Sentinel, каждый из которых будет осуществлять определенную миссию, связанную с мониторингом Земли.

Каждая миссия Sentinel будет включать в себя группировку из двух спутников для обеспечения наилучшего охвата территории и ускорения повторных съемок, что послужит повышению надежности и полноте данных для GMES.

Миссия Sentinel-1 будет представлять собой группировку из двух радарных спутников на полярной орбите, оснащенных радаром с синтезированной апертурой (SAR) для съемок в С-диапазоне.

Съемка радарных спутников Sentinel-1 не будут зависеть от погоды и времени суток. Первый спутник миссии планируется запустить в 2013 г., а второй - в 2016 г. Предназначенная специально для программы GMES, миссия Sentinel-1 продолжит радарные съемки С-диапазона, начатые и продолжаемые спутниковыми системами ERS-1, ERS-2, Envisat (оператор ESA) и RADARSAT-1,2 (оператор - компания MDA, Канада).

Группировка Sentinel-1, как ожидается, будет обеспечивать съемками всю территорию Европы, Канады, а также основные морские судоходные пути каждые 1–3 дня, независимо от погодных условий. Радарные данные будут поставляться в течение часа после проведения съемки - это большой шаг вперед по сравнению с существующими радарными спутниковыми системами.

Основные характеристики КА Sentinel -1

Даты запуска спутников (планируемые): 2013 г. (Sentinel-1A), 2016 г. (Sentinel-1B)

Средство выведения: РН «Союз» (Россия)
Разработчики: Thales Alenia Space Italy (Италия), EADS Astrium GmbH (Германия), Astrium UK (Великобритания)

Масса, кг		2280
Орбита	Тип	Полярная солнечно-синхронная
	Высота, км	693
Расчетный срок функционирования, лет		7

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры КА Sentinel -1

Пара спутников Sentinel-2 будет регулярно поставлять космические снимки высокого разрешения на всю Землю, обеспечивая непрерывность получения данных с характеристиками аналогичными программам SPOT и Landsat.

Sentinel-2 будет оснащен оптико-электронным мультиспектральным сенсором для съемок с разрешением от 10 до 60 м в видимой, ближней инфракрасной (VNIR) и коротковолновой инфракрасной (SWIR) зонах спектра, включающих в себя 13 спектральных каналов, что гарантирует отображение различий в состоянии растительности, в том числе и временные изменения, а также сводит к минимуму влияние на качество съемки атмосферы.

Орбита высотой в среднем 785 км, наличие в миссии двух спутников, позволит проводить повторные съемки каждые 5 дней на экваторе и каждые 2-3 дня в средних широтах. Первый спутник планируется запустить в 2013 г.

Увеличение ширины полосы обзора наряду с высокой повторяемостью съемок позволит отслеживать быстро изменяющиеся процессы, например, изменение характера растительности в течение вегетационного периода.

Уникальность миссии Sentinel-2 связана с сочетанием большого территориального охвата, частых повторных съемок, и, как следствие, систематическим получением полного покрытия всей Земли мультиспектральной съемкой высокого разрешения.

Основные характеристики спутника КА Sentinel -2

Даты запуска спутников (планируемые): 2013 г. (Sentinel-2A), 2015 г. (Sentinel-2B)
Стартовая площадка: космодром Куру (Франция)
Средство выведения: РН «Рокот» (Россия)
Разработчик: EADS Astrium Satellites (Франция)
Оператор: Европейское космичекое агентство
Масса, кг		1100
Орбита	Тип	Солнечно-синхронная
	Высота, км	785
Расчетный срок функционирования, лет		7

Основной целью миссии Sentinel-3 является наблюдение за топографией поверхности океана, температурой поверхности моря и суши, цветом океана и суши с высокой степени точности и надежности для поддержки систем прогнозирования состояния океана, а также для мониторинга окружающей среды и климата.

Sentinel-3 - наследник хорошо себя зарекомендовавших спутников ERS-2 и Envisat. Пара спутников Sentinel-3 будет иметь высокую повторяемость съемок. Орбиты спутников (815 км) обеспечат получение полного пакета данных каждые 27 дней. Запуск первого спутника миссии Sentinel-3 запланирован на 2013 г., сразу же после Sentinel-2. Спутник Sentinel-3B планируется запустить в 2018 г.

Миссии Sentinel-4 и Sentinel-5 предназначены для обеспечения данными о составе атмосферы соответствующих сервисов GMES. Обе миссии будут реализовываться на платформе метеорологических спутников, оператором которых является Европейская организация спутниковой метеорологии EUMETSAT. Спутники планируется запустить в 2017–2019 гг.

БРАЗИЛИЯ

Аэрокосмическая промышленность - одно из наиболее инновационных и важных направлений бразильской экономики. Бразильская космическая программа получит 2,1 млрд долл. федеральных инвестиций в течение четырех лет (2012–2015 гг.).

Национальный институт космических исследований (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE) работает совместно с Министерством науки и технологий и отвечает, в том числе, и за проведение космического мониторинга.

В рамках сотрудничества с Китаем INPE разрабатывает семейство спутников CBERS. Благодаря успешной миссии спутников CBERS-1 и CBERS-2, правительства двух стран решили подписать новое соглашение на разработку и запуск еще двух совместных спутников CBERS-3 и CBERS-4 , необходимых для контроля вырубки леса и пожаров в бассейне Амазонки, а также для решения задач мониторинга водных ресурсов, сельскохозяйственных земель и др. Бразильское участие в этой программе будет увеличена до 50%. CBERS-3 планируется запустить в 2013 г., а CBERS-4 - в 2014 г. Новые спутники будут обладать бóльшими возможностями, чем их предшественники. В качестве полезной нагрузки на спутниках будут установлены по 4 съемочные системы с улучшенными геометрическими и радиометрическими характеристиками. Камеры MUXCam (Multispectral Camera) и WFI (Wide-Field Imager) разработаны бразильской стороной, а камеры PanMUX (Panchromatic and Multispectral Camera) и IRS (Infrared System) - китайцами. Пространственное разрешение (в надире) в панхроматическом режиме будет 5 м, в мультиспектральном - 10 м.

Ведется также разработка серии собственных малых спутников на базе стандартной многоцелевой космической платформы среднего класса Multimission Platform (MMP). Первый из спутников - полярно-орбитальный малый спутник ДЗЗ Amazonia-1 . На нем планируется разместить мультиспектральную камеру Advanced Wide Field Imager (AWFI), созданную бразильскими специалистами. С орбиты высотой 600 км полоса обзора камеры составит 800 км, пространственное разрешение - 40 м. КА Amazonia-1 также будет снабжен британской оптико-электронной системой RALCam-3, которая будет вести съемку с разрешением 10 м в полосе обзора 88 км. Малый радарный спутник MapSAR (Multi-Application Purpose) - совместный проект INPE и Аэрокосмического центра Германии (DLR). Спутник предназначен для работы в трех режимах (разрешение - 3, 10 и 20 м). Его запуск запланирован на 2013 г.

В рамках нашего обзора мы не ставили задачу проанализировать все новые и перспективные национальные системы ДЗЗ высокого и сверхвысокого разрешения. Сейчас уже более 20 стран обзавелись своими собственными спутниками наблюдения Земли. Помимо упомянутых в статье стран, такие системы имеют Германия (группировка оптико-электронных спутников RapidEye, радарные космические аппараты TerraSAR-X и TanDEM-X), Израиль (КА EROS-A,B), Италия (радарные КА COSMO-SkyMed-1-4) и др. Каждый год этот своеобразный космический клуб пополняется новыми странами и системами ДЗЗ. В 2011–2012 гг. своими спутниками обзавелись Нигерия (Nigeriasat-Х и Nigeriasat-2), Аргентина (SAC-D), Чили (SSOT), Венесуэла (VRSS-1) и др. Запуск в декабре 2012 г. спутника Gokturk-2 (разрешение в панхроматическом режиме 2,5 м, в мультиспектральном съемки - 10 м) продолжил турецкую программу ДЗЗ (на 2015 г. запланирован запуск третьего спутника серии Gokturk). В 2013 г. Объединенные Арабские Эмираты планируют запуск собственного спутника сверхвысокого разрешения Dubaisat-2 (разрешение в панхроматическом режиме 1 м, в мультиспектральном съемки - 4 м)

Ведутся работы над созданием принципиально новых систем космического мониторинга. Так, американская компания Skybox Imaging, базирующаяся в Силиконовой долине работает над созданием самой высокопроизводительной в мире инновационной группировкой мини-спутников ДЗЗ - SkySat. Она позволит получать космические снимки высокого разрешения на любой район Земли по нескольку раз в день. Данные будут использованы для оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации, мониторинга окружающей среды и т. д. Съемка будет вестись в панхроматическом и мультиспектральном режимах. Первый спутник группировки, SkySat-1, планируется запустить в 2013 г. После полного развертывания группировки (а всего планируется иметь на орбите до 20 спутников) у пользователей будет возможность просмотра любой точки Земли в режиме реального времени. Планируется также возможность проведения видеосъемки из космоса.