Современные концепции дистанционного зондирования земли

В состав наземного сегмента системы SPOT входят следующие элементы:

1. Центр управления в Тулузе (Франция), обеспечивающий функционирование ИСЗ на орбите, перепрограммирование бортовой аппаратуры, прием и предварительную обработку информации ДЗЗ.

2. Две главные наземные станции приема информации ДЗЗ: станция SRIS-T (Station de Reception des Images Spatiales) во Франции и станция SRIS-K в Швеции.

3. Наземная станция SRIP (Station de Reception des Pastel) в Тулузе, обеспечивающая прием информации дистанционного зондирования по оптической линии через геостационарный ИСЗ Artemis с использованием оборудования PASTEL.

4. Центр предварительной обработки и архивирования данных в Тулузе АРС (Archive and Preprocessing Center), обеспечивающий выполнение заявок потребителей информации ДЗЗ.

5. Центр предварительной обработки данных CRIS-K (Centre dе Rectification des Images Spatiales) в Швеции.

6. Станции непосредственного приема информации SDRS (Spot Direct Receiving Stations), обеспечивающие прием только информации и находящиеся в Канаде, Индии, Канарских о-вах, Бразилии, Таиланде, Японии, Пакистане, Ю.Африке, Саудовской Аравии, Австралии, Израиле, Эквадоре, Италии, Индонезии, Тайване.

7. Организация Spot Image и ее филиалы, ответственные за коммерческое использование космической информации ДЗЗ.

Область приема каждой из двух главных станций SRIS-A и SRIS-K охватывает зону радиусом в 2.5 тыс.км. Совместно эти станции контролируют Северную Европу, Северную Америку, Южную Европу, Северную Африку и принимают за один год порядка 500 тыс. изображений. [5]

 

3.4. Российская космическая система  Ресурс

 

Отечественная космическая система  Ресурс, функционирующая с середины 70-х гг. XX в., создавалась как общегосударственная постоянно действующая система для изучения природных ресурсов и контроля окружающей среды, обеспечивающая получение геоинформации двух видов – базовой (фотографической) и оперативной (передаваемой по радиоканалам). В систему входили автоматические космические аппараты фотографической съемки Ресурс-Ф и оперативного наблюдения за сушей Ресурс-О (рис. 8) и океаном Океан-О.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8 Космические  аппараты Ресурс-Ф (а) и Ресурс-О (б):

1 – корректирующая  двигательная установка; 2 – спускаемый аппарат;

3 – приборный  отсек; 4 – фотоаппаратура; 5 – система ориентации;

6 – многозональный  сканер среднего разрешения МСУ-СК; 7 – солнечные батареи;

8 – многозональный сканер высокого разрешения МСУ-Э

 

Спутники Ресурс-Ф рассчитаны на детальную фотосъемку местности с высот 200 – 300 км в течение нескольких недель с возвращением спускаемого аппарата с отснятой фотопленкой на Землю. Спутники оперативного наблюдения, на которых установлены съемочные сканеры, работая в течение нескольких лет на орбитах высотой 600 – 900 км, быстро и регулярно передают видеоинформацию по радиоканалам на наземные пункты приема. Созданы пункты приема двух классов – стационарные с антеннами большого диаметра, обеспечивающие высокоскоростную регистрацию больших потоков информации и, следовательно, сравнительно высокое качество снимков, и упрощенные с небольшими антеннами, позволяющими оперативно получать снимки, но обычно пониженного качества, на метеостанциях, ледокольных судах, в службах охраны лесов и т.д.

Вся обработка видеоинформации, полученной со спутников, делится на предварительную (межотраслевую) и тематическую (отраслевую). Предварительная обработка заключается в приведении материалов космических съемок к виду, наиболее пригодному для последующего тематического анализа и интерпретации отраслевыми потребителями. Она предусматривает устранение неизбежных искажений и помех снимков, обусловленных как техническими причинами, так и природными факторами. Это так называемая коррекция снимков, которая бывает геометрической и радиометрической. [8]

Геоинформация, поставляемая системой Ресурс, используется и народнохозяйственных, научных, учебных целях. Наиболее целесообразно применение космических снимков для комплексного изучения и картографирования природных ресурсов, экологического мониторинга и создания ГИС (географических информационных систем) крупных регионов.

15 июня 2006 года был  запущен космический аппарат Ресурс-ДК с помощью ракеты-носителя «Союз-У» с космодрома Байконур. Спутник входит в состав оперативного космического комплекса детального оптико-электронного наблюдения земной поверхности, создаваемого Государственным научно-производственным ракетно-космическим центром «ЦСКБ-Прогресс». В зависимости от целевого применения спутник может эксплуатироваться на околокруговых или эллиптических рабочих орбитах с наклонениями 64,8°; 64,9°; 70,0°; 70,4°. Рабочая орбита спутника – эллиптическая и составляет 350 – 604 км. Спутник позволяет получать цифровые изображения земной поверхности с пространственным разрешением 1 м в панхроматическом режиме (один канал) и в трех узких спектральных диапазонах с разрешением 2 – 3 м в мультиспектральном режиме. (табл.3)

 

Таблица3-Основные технические характеристики

Дата запуска: 15 июня 2006 г.
Режимы:	Панхроматический	Мультиспектральный
Спектральный диапазон (мкм):	0,58-0,80	зеленый: 0,50-0,60 красный: 0,60-0,70 ближний ИК: 0,70-0,80
Пространственное разрешение:	1 м	2-3 м
Максимальное отклонение от надира	30°
Ширина полосы захвата:	от 4,7 до 28,3 км
Скорость передачи данных на наземный сегмент:	75, 150, 300 Мбит/сек
Радиометрическое разрешение	10 бит на пиксел
Периодичность съемки	6 дней
Возможность получения  стереопары	С соседних витков

 

Области применения данных дистанционного зондирования, полученных со спутника Ресурс-ДК:

1. Создание и обновление топографических и специальных карт и планов вплоть до масштаба 1:5 000.

2. Инвентаризация и контроль строительства объектов инфраструктуры транспортировки и добычи нефти и газа.

3. Выполнение лесоустроительных работ, инвентаризация и оценка состояния лесов.

4. Инвентаризация сельскохозяйственных угодий, создание планов землепользования.

5. Обновление топографической подосновы для разработки проектов генеральных планов перспективного развития городов, схем территориального планирования муниципальных районов.

6. Инвентаризация и мониторинг состояния транспортных, энергетических, информационных коммуникаций.

 

 

На конец 2010 года намечен  запуск нового российского спутника Ресурс-П. По сравнению со спутником Ресурс-ДК срок активной работы нового космического аппарата увеличен с трех до пяти лет. Кроме того, аппарат отличается большей производительностью и большим разрешением съемки. В Ресурсе-П будет применяться матрица с размерами ячейки пикселя меньше, чем у матриц, применяемых на подобных зарубежных спутниках. При необходимости спутник сможет производить съемку с разрешением менее метра. Широкополосная аппаратура позволит увеличить полосу захвата до 100 км и более. Кроме того, на Ресурсе-П будет установлен гиперспектрометр с 96 спектральными каналами, что позволит получать более точную информацию о месторождениях нефти и газа, определять данные почвы, всхожесть посевов и другие показатели, необходимые в народном хозяйстве. [19]

 

 

 

4. Применение данных дистанционного зондирования

 

 

Широкое применение данных космической съемки, которое началось с запуска спутника Landsat-1 в 1972 году, открыло новые перспективы для мониторинга состояния природных ресурсов и их использования. В результате развития методов дистанционного зондирования существенно упростился процесс картографирования земельных и водных ресурсов, почв, лесов, сельскохозяйственных посевов и городской инфраструктуры, оценки урожая и многое другое. Космические снимки используют для эффективного принятия решений с помощью географических информационных систем.

 

 

4.1. Использование материалов космических съемок в области землеустройства, кадастра и мониторинга земель

 

Космические снимки имеют ряд преимуществ, благодаря которым их применяют для решения многочисленных задач:

• оперативность получения метрической и смысловой информации об изучаемой территории;
• объективность и документальность этой информации, так как при съемке регистрируется фактическое состояние объектов на земной поверхности;
• экономическая эффективность получения информации по материалам космических съемок;
• возможность регулярных наблюдений за изменениями, происходящими на изучаемой территории.

Задачи, решаемые с помощью материалов космической съемки в целях землеустройства, земельного кадастра, экологии и мониторинга земель, можно разделить на несколько категорий.

1. Создание базовых карт и планов состояния и использования земель и на их основе получение различных тематических карт. Базовые карты и планы составляют на территории сельских и городских поселений, районов, а также на регионы. Масштаб их зависит от требуемой точности метрических данных и информационной нагрузки, необходимой при решении поставленной задачи. Базовый планово-картографический материал отражает специфику природных особенностей и хозяйственного развития изучаемых территорий. Тематические карты создают для более детального отображения специальной информации. Базовые карты и планы составляют в сжатые сроки и на них показывают современное состояние компонентов природно-ресурсного и социально-экономического комплексов. Их называют оперативными или дежурными картами. Базовые и тематические карты и планы служат:

• для межевания, инвентаризации и кадастровой оценки земель различного назначения;
• оценки эффективности использования земель сельскохозяйственного назначения, городских территорий;
• обеспечения получения оперативной земельно-кадастровой информации;
• проектирования перспективного развития территорий поселений, городов, промышленных зон, добычи природных ресурсов и т. п.;
• выполнения проектно-изыскательских работ при проектировании инженерных коммуникаций;
• информационного обеспечения планирования и управления земельными ресурсами;
• решения экономических и правовых вопросов, связанных с обеспечением межведомственного взаимодействия при формировании объектов недвижимости, регистрации прав на них и получении сведений об их использовании и состоянии;
• информационной поддержки рынка земли и недвижимости и др.

2. Выполнение государственного мониторинга земель. В зависимости от сроков, полноты и детальности получаемой в результате мониторинга информации съемки, измерения и наблюдения можно разделить на три группы: базовые, фиксирующие состояние объектов на момент начала ведения мониторинга; периодические, проводимые с временным интервалом, установленным для данных объектов; оперативные, в результате проведения которых определяют изменения в дежурном режиме.

По материалам космических съемок осуществляют мониторинг правового положения земель. В результате камеральных работ и полевых обследований выявляют изменения границ и площадей административно-территориальных образований, определяют динамику границ кадастрового деления, границ правого режима и площадей территориальных зон, границ участков различных форм собственности, целевого назначения.

В результате полевого дешифрирования материалов съемок осуществляют мониторинг использования земель. На момент дешифрирования устанавливают фактическое использование земель по их производственному назначению. В результате сравнения вновь полученных сведений и старых данных делают заключение об изменениях в целевом использовании земель сельскохозяйственного назначения, градостроительных объектов, объектов промышленности, энергетики, лесного фонда и т. д.

Отображение на материалах космических съемок различий в качественных и количественных показателях земель позволяет успешно применять их для кадастровой оценки земель. Получаемую при этом информацию используют при определении рыночной и залоговой стоимости земельных участков, ставок арендной платы, налогообложения и других экономических показателей.

3. Выявление и прогнозирование экологических изменений земель, имеющих негативный характер. Использование космических систем позволяет получить информацию о границах и площадях нарушенных земель (оврагов, оползней, карьеров, эродированных земель), подтопленных и переувлажненных земель, загрязненных промышленными и бытовыми отходами, тяжелыми металлами. Своевременно представленные сведения используют для характеристики и динамики изучаемых негативных явлений, а также для разработки мероприятий по их ликвидации.

Совершенствование съемочных  систем, технологий обработки получаемых изображений на основе развития компьютерной техники и программного обеспечения позволяет значительно расширить круг решаемых задач для целей рационального использования земельных ресурсов.

 

4.2. Составление и обновление  карт с помощью космических  снимков

 

Информация, содержащаяся на топографических картах, с течением времени устаревает. Старение происходит в результате естественных или антропогенных изменений объектов земной поверхности. Для поддержания информации на современном уровне на планы наносят появившиеся изменения. Процесс внесения изменений в содержание планов называют обновлением или дежурным сопровождением. При обновлении наносят вновь появившиеся объекты и удаляют исчезнувшие элементы ситуации.