Космические методы сбора данных это что
ПКосмические и цифровые источники информациио учебнику Е.М.Домогацких
Космические и цифровые источники информации
— сформировать понятия « компьютерная технология »,« картографические аннимации », « сканирование »,»мониторинг»
-дать знания о космических методах сбора данных
Оборудование урока: аэрофотоснимки, презентация
I. Организационный момент.
II. Проверка домашнего задания.
— Откуда вы сможете получить информацию о районе похода? (По карте.)
— Какую карту нужно взять в поход? (Топографическую.)
— Какое изображение местности лучше и удобнее использовать для изучения и описания района, где будет проходить маршрут похода? (Топографическую карту.)
-Для чего они необходимы? (стр.11)
-Почему именно топографическую карту?
Вспомним условные знаки карты (показ знаков +).
Азимут. Работа по рисунку 4 учебника на стр. 13.
Практическая работа №2.
Определение по топографической карте азимута, направлений и расстояний.
Вариант 1. Топографическая карта У-34-37-В (Снов)
Кирпичный завод в Каменногорске
3. Мукомольный завод в г. Снов
4. гора Михалинская
III. Актуализация знаний.
Компьютерная технология – Технология как строго научное понятие означает определенный комплекс научных и инженерных знаний, воплощенный в способах, приемах труда, наборах производственно-вещественных факторов производства.
Под информационными технологиями понимается переработка информации на базе компьютерных вычислительных систем.
С внедрением компьютерных технологий в картографическое производство стала иной последовательность этапов создания карт.
Полностью изменились некоторые виды работ: произошло объединение составительских и оформительских работ, исключены многие виды работ:
ручной фотонабор, ввод сеток и заливок, фотографические процессы, копирование на пластиках, трудоемкая расчленительная ретушь и др.
Взамен им появились новые виды работ: сканирование исходных материалов, регистрация растровых изображений, электронное цветоделение и др.
В результате технология создания цифровых карт будет отличаться от технологии создания карт традиционным методом.
Технология создания цифровых карт может быть различной. В общем виде последовательность создания цифровых карт может быть следующей:
-Почему на картографические отделения вузов принимают девушек с идеальным зрением ? На стр. 17
Большие возможности дали картографические аннимации. Почему?
Компьютер способен сделать всё это только если в него … Продолжите! Заложены исходные данные.
-А откуда берутся эти данные?
Космические методы сбора данных. Рис. 6
Сканирование исходного картографического материала. (Чтение текста на стр.18)
-В чем заключается суть сканирования? (в космической съемке земной поверхности и сохранении полученной информации в цифровой форме)
Что позволяют сделать космические съёмки? На стр.19 (позволяют охватить всю земную поверхность,с орбиты доступны изучению ураганов и пути их перемещения, распространение на Земле продуктов вулканического извержения,пыльных бурь,лесных пожаров и т.д.)
В чем суть мониторинга? (позволяет выявлять измененич состояния природных и антропогенных объектов;анализировать текущую ситуацию и делать прогноз на ближайшее будущее).
Повторим главное на стр.20
V . Закрепление материала. Вопросы к параграфу стр. 21.
VI . Домашнее задание: § 3, подготовиться к практической работе №2 по топографической карте.
Космические методы мониторинга природных ресурсов
Современный уровень развития методов исследования Земли из космоса, программных комплексов обработки космических данных и широкое распространение геоинформационных систем (ГИС), позволяют получить качественно новую информацию о состоянии территорий, наземных объектов, процессов и динамике изменения их состояния. Новое информационное качество определяет новые методологические подходы и перспективные технологии в получении и целевом применении материалов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) для комплексных исследований, анализа и эффективного управления развитием регионов. Основные направления этих работ касаются актуальнейших вопросов и проблем, стоящих перед региональными органами управления. К таким проблемам относятся:
· прогнозирование, поиск и освоение новых месторождений природных ископаемых на малоизученных и труднодоступных территориях;
· рациональное использование и периодическая инвентаризация природных ресурсов;
· оперативное информационное обеспечение федеральных, региональных и муниципальных органов управления;
· учет земель и организация рационального землепользования;
· мониторинг чрезвычайных ситуаций, экологических бедствий, природных и техногенных катастроф;
· космическая диагностика региональной инфраструктуры, в том числе протяженных инженерно-технических коммуникаций.
Комплексная обработка космической информации и результатов наземных измерений является основой для получения целевых данных, предназначенных для дешифрирования и тематических исследований, проводимых с целью получения объективной информации о текущем состоянии региона. Результаты обработки интегрируются в тематические ГИС для проведения всестороннего анализа и получения информации о динамике развития позитивных и негативных территориальных и объектовых процессов. Такая информация дает возможность принимать взвешенные решения, значительно повышающие эффективность регионального и местного управления в различных областях жизнедеятельности хозяйствующих субъектов.
Космический мониторинг
Космический мониторинг – это система регулярных наблюдений и контроля состояния территории, анализа происходящих на ней процессов и своевременного выявления тенденций, имеющих место изменений средствами космического базирования.
Космический мониторинг поверхности Земли
Методы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), существующие в настоящее время, позволяют проводить контроль только объектов, различающихся между собой по спектральной отражательной способности хотя бы в одном диапазоне длин волн и имеющих размеры, сравнимые с пространственным разрешением съемочной аппаратуры. На космических снимках, которые получаются в оперативном режиме, наблюдаются следующие объекты: лесные массивы и пожары, сельскохозяйственные угодья с посевами, пастбища, открытые поверхности почвы, населенные пункты и промышленные зоны, дороги, водоемы, снежный и ледовый покров, облачный покров. Методы ДЗЗ позволяют оперативно проводить анализ изменений, происходящих с перечисленными объектами во времени и пространстве, выявлять катастрофические изменения, происходящие с этими объектами в результате аварий, катастроф и стихийных бедствий, решать задачи в разных областях народного хозяйства на основе этой информации. Следует отметить, что методами космического мониторинга невозможно регистрировать техногенные аварии и катастрофы, если они не влекут за собой площадные загрязнения или не сопровождаются сильным пожаром.
Задачи
К задачам, решаемым с помощью космического мониторинга, можно отнести:
Перечисленные задачи решаются с использованием различных видов съемочной аппаратуры, работающей в разных спектральных областях. Некоторые задачи требуют оперативной информации, поступающей регулярно, с периодичностью 1–3 часа, с пространственным разрешением не хуже 1000 м. Другие задачи могут быть менее оперативными, но требующими более высокого пространственного разрешения изображений. Оптимальными условиями для решения поставленных задач были бы высокое пространственное и высокое временное разрешение изображений. Эти условия могут быть реализованы при успешном осуществлении программы наращивания группировки «малых спутников» или воздушным мониторингом при помощи барражирующих пилотируемых или беспилотных летательных аппаратов. Для уточнения информации, полученной с помощью космического мониторинга, используются авиационные средства (самолеты, вертолеты, беспилотные летательные аппараты).
Перечисленные выше задачи, решаемые с помощью космического мониторинга, можно разделить на две группы:
К первой группе относятся оперативные задачи. Для оперативных задач используются данные с аппаратуры AVHRR (КА серии NOAA) и MODIS (КА серии TERRA), которые поступают на Землю с периодичностью от 3 до 12 часов.
Ко второй группе относятся все остальные задачи, требующие детального описания и анализа явлений и их последствий, выявления территорий, населенных пунктов и других объектов, попавших в зону чрезвычайной ситуации. Возникающие чрезвычайные ситуации могут быть мгновенными (в случае паводков) или растянутыми во времени (засуха, изменение ландшафтов, почв). Для решения этих задач требуются соответствующее время наблюдения (сутки, месяц, год, несколько лет) и периоды наблюдений (сутки, декада, месяц, год). По признаку периодичности наблюдения можно подразделить на полуоперативные (засуха, контроль лесов, распределение снежного покрова в горах и на равнинах, контроль ледовой обстановки) и неоперативные (эрозия и деградация почв, смена ландшафтов). Для решения ряда задач (например, обнаружения схода селей) необходима информация с высокой оперативностью и высоким пространственным разрешением, которая пока недоступна для потребителей или отсутствует. В этих случаях можно использовать доступную информацию высокого разрешения, но с потерей оперативности.
В настоящее время для выявления пожаров применяется аппаратура, имеющая спектральное разрешение и набор спектральных каналов: 0,58-0,68 мкм, 0,72-1,1 мкм, 3,53-3,93 мкм, 10,3-11,3 мкм. Это обеспечивают 4 канала аппаратуры AVHRR KA NOAA (США), представляющей информацию в открытом доступе. Активная деятельность вулканов обнаруживается с использованием 5-го канала (11,4-12,4 мкм) этой аппаратуры. Для выявления различных признаков, связанных с растительным покровом (состояние лесов и сельскохозяйственных культур, различные их заболевания, гибель, засуха, горимость леса и т.д.) используется следующий набор спектральных диапазонов: 0,6-0,7 мкм, 0,8-0,9 мкм, 1,5-1,7 мкм. Определение параметров водных объектов осуществляется с использованием спектральных диапазонов 0,5-0,6, 0,6-0,7 (для выявления концентраций минеральных взвесей) и 0,8-0,9 мкм. Для выявления паводковой ситуации используются методы активной радиолокации, которые позволяют наблюдать территорию, покрытую в период паводка, как правило, облачностью, что делает ее недоступной для наблюдения в оптическом диапазоне спектра. Задымленность территорий определяют, используя спектральные диапазоны 0,5-0,6 мкм и ближний ИК диапазон. Приземное задымление и загрязнение городов определяется по трем спектральным диапазонам: 0,5-0,6, 0,6-0,7 и 0,8-1,0 мкм. Все задачи, связанные с определением параметров почвенного покрова осуществляются с использованием данных всего оптического диапазона спектра, а также радиолокационных данных.
Источник: Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. – М., 1997; Григорьев А.А., Кондратьев К.Я. Природные и антропогенные экологические катастрофы. Классификация и основные характеристики // Исследование Земли из космоса. 2000. № 2.
Научная электронная библиотека
1.1. История дистанционного зондирования Земли из космоса
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 [1]. Общей физической основой дистанционного зондирования является функциональная зависимость между зарегистрированными параметрами собственного или отраженного излучения объекта, его биогеофизическими характеристиками и пространственным положением. Суть метода заключается в интерпретации результатов измерения электромагнитного излучения, которое отражается либо излучается объектом и регистрируется в некоторой удаленной от него точке пространства.
Дистанционные методы применяются в исследованиях Земли очень давно. Вначале использовались рисованные снимки, которые фиксировали пространственное расположение изучаемых объектов. С изобретением фотографии возникла наземная фототеодолитная съемка, при которой по перспективным фотоснимкам составляли карты горных районов. Развитие авиации обеспечило получение аэрофотоснимков с изображением местности сверху, в плане. Это вооружило науки о Земле мощным средством исследований – аэрометодами.
Понятие дистанционного зондирования появилось в XIX веке вслед за изобретением фотографии, а одной из первых областей, в которых стали применять этот метод, стала астрономия. Впоследствии, дистанционное зондирование начали использовать в военной области для сбора информации о противнике и принятия стратегических решений. Во время Гражданской войны в США фотоснимки, полученные с помощью неуправляемых летательных аппаратов, служили для наблюдения за перемещением войск, подвозом припасов, ходом фортификационных работ и для оценки эффекта артиллерийских обстрелов. В результате исследований, которые финансировались различными государствами, были разработаны технологии, позволившие создать сенсоры сначала для военных целей, а затем и для гражданского применения этого метода. После Второй мировой войны метод дистанционного зондирования 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.
Новая эра дистанционного зондирования связана с пилотируемыми космическими полетами, разведывательными, метеорологическими и ресурсными спутниками.
Возможности ДЗ в военной области значительно возросли после 1960 года в результате запуска разведывательных спутников в рамках программ CORONA, ARGON, LANYARD, целью которых было получение фотоснимков с низких орбит. Вскоре были получены стереопары снимков с разрешением 2 метра. Первые спутники работали на орбите от семи до восьми дней, но уже следующие поколения этих аппаратов были способны поставлять данные в течение нескольких месяцев.
В результате осуществления программ пилотируемых полетов, которые были начаты в США в 1961 году, человек впервые высадился на поверхность Луны (1969 г.). Следует отметить программу Mercury, в рамках которой были получены снимки Земли, систематический сбор данных дистанционного зондирования во время проекта Gemini (1965–1966 гг.), программу Apollo (1968–1975 гг.), в ходе которой велось дистанционное зондирование земной поверхности (ДЗЗ) и состоялась высадка человека на Луну, запуск космической станции Skylab (1973–1974 гг.), на которой проводились исследования земных ресурсов, полеты космических кораблей многоразового использования, которые начались в 1981 году, а также получение многозональных снимков с разрешением 100 метров в видимом и близком инфракрасном диапазоне с использованием девяти спектральных каналов.
В Советском Союзе, а затем в России космические программы развивались параллельно космическим программам США. Полет Юрия Гагарина 12 апреля 1961 года, ставший первым полетом человека в космос, запуски космических кораблей «Восток» (1961–1963 гг.), «Восход» (1964–1965 гг.) и «Союз», работа на орбите космических станций «Салют» (впервые 19 апреля 1971 года).
Первый метеорологический спутник был запущен в США 1 апреля 1960 года. Он использовался для прогноза погоды, наблюдения за перемещением циклонов и других подобных задач. Первым среди спутников, которые применялись для регулярной съемки больших участков земной поверхности, стал TIROS-1 (Television and Infrared Observation Satellite).
Первый специализированный спутник был запущен в 1972 году. Он назывался ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite) и использовался, в основном, для целей сельского хозяйства. В настоящее время спутники этой серии носят название Landsat.
Они предназначены для регулярной многозональной съемки территорий со средним разрешением. Позже, в 1978 году, был запущен первый спутник со сканирующей системой SEASAT, но он передавал данные всего три месяца. Первый французский спутник серии SPOT, с помощью которого можно было получать стереопары снимков, был выведен на орбиту в 1985 году. Запуск первого индийского спутника дистанционного зондирования, названного IRS (Indian Remote Sensing), состоялся в 1988 году. Япония также вывела на орбиту свои спутники JERS MOS.
Начиная с 1975 года, Китай периодически запускал собственные спутники, но полученные ими данные до сих пор находятся в закрытом доступе. Европейский космический консорциум вывел на орбиту свои радарные спутники ERS в 1991 и 1995 годах, а Канада-спутник RADARSAT в 1995 году.
История развития аэрокосмических методов свидетельствует о том, что новые достижения науки и техники сразу же используются для совершенствования технологий получения снимков. Так произошло в середине XX в., когда такие новшества, как компьютеры, космические аппараты, радиоэлектронные съемочные системы, совершили революционные преобразования в традиционных аэрофотометодах – зародилось аэрокосмическое зондирование. Космические снимки предоставили геоинформацию для решения проблем регионального и глобального уровней.
В настоящее время отчетливо проявляются следующие тенденции поступательного развития аэрокосмического зондирования.
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.
Диапазон масштабов современных аэрокосмических снимков огромен: он может меняться от 1:1000 до 1:100 000 000, т.е. в сто тысяч раз. При этом наиболее распространенные масштабы аэрофотоснимков лежат в пределах 1:10 000 – 1:50 000, а космических – 1:200 000 – 1:10 000 000. Все аэрокосмические снимки принято делить на аналоговые (обычно фотографические) и цифровые (электронные). Изображение цифровых снимков образовано из отдельных одинаковых элементов – пикселей (от англ. Picture element–рixel); яркость каждого пиксела характеризуется одним числом.
Аэрокосмические снимки как информационные модели местности характеризуются рядом свойств, среди которых выделяют изобразительные, радиометрические (фотометрические) и 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.
Оптимальный способ использования данных наблюдения поверхности Земли со спутников заключается в том, чтобы анализировать их совместно с информацией из других источников.
Получение снимков с перекрытием из нескольких последовательных точек орбиты (стереосъёмка) позволяет получить более точное представление о трехмерных объектах и повысить отношение сигнал/шум.
Использование многозональных снимков основано на уникальности тоновых характеристик различных объектов. Объединение яркостных данных из снимков в различных спектральных диапазонах позволяет безошибочно выделять определенные пространственные структуры. Съемку с использованием большого числа (более 10) узких съемочных зон называют гиперспектральной. При гиперспектральной съемке увеличивается возможность выделения объектов, характеризующихся наличием полос поглощения, что характерно, например, для загрязнений. Многозональная и гиперпектральная съемки позволяют более эффективно использовать различия в спектральной яркости объектов съемки для их дешифрирования.
К этому виду снимков можно отнести также радиолокационные снимки, получаемые как при регистрации отраженных радиоволн разной длины, так и при разной их поляризации.
Многовременная съемка – это плановая съемка в заранее определенные даты, которая позволяет выполнять сравнительный анализ снимков тех объектов, характеристики которых изменяются во времени.
Многоуровневая съемка – съемка с различными уровнями дискретизации используется для получения более подробной информации об изучаемой территории.
Как правило, весь процесс сбора данных подразделяют на три уровня: космическая съемка, аэросъемка и наземные исследования.
Снимки, полученные методом многополяризационной съёмки, используют для проведения границ между объектами на основе различий в поляризационных свойствах отраженного излучения. Так, например, отраженное излучение от водной поверхности обычно более сильно поляризовано, чем отраженное излучение от растительного покрова.
Комбинированный метод заключается в использовании многовременной, многозональной и многополяризационной съемок.
Космический мониторинг земли: вчера, сегодня, завтра
 Борис Дворкин, к. геогр. н., главный аналитик, компания «Совзонд» |  Елена Натарова, руководитель отдела маркетинга и рекламы, компания «Совзонд» |
Революционное развитие компьютерных, космических и информационных технологий в конце XX – начале XXI в. привело к качественным изменениям в отрасли дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ): у нас появились космические аппараты (КА) со съемочными системами нового поколения, позволяющие получать снимки со сверхвысоким пространственным разрешением. Сейчас космический мониторинг относится к одной из наиболее успешно и динамично развивающихся инновационных отраслей.
Сверху видно все! Это часто встречающееся изречение появилось, наверное, с тех пор как человек впервые залез на высокое дерево или взобрался на гору. С тех пор «пролетело» много воздушных шаров, подзорных труб и аэропланов, пока развитие авиационной техники и технологии фотографирования естественным образом не привело к появлению аэрофотосъемки, а с началом эры освоения околоземного космического пространства в конце 1950-х – начале 1960-х гг. появилась и новая отрасль – дистанционное зондирование Земли из космоса.
Вслед за этим активно начала разрабатываться и методика дешифрирования снимков. Используемые вначале исключительно в военных целях космические снимки очень скоро обратили на себя внимание ученых и бизнес-сообщества как источник ценной и полезной информации. Отрасль ДЗЗ стала бурно развиваться, съемочная аппаратура – совершенствоваться. Появились новые технологии, в том числе мультиспектральная и гиперспектральная, радарная (радиолокационная) съемка земной поверхности из космоса. Стали создаваться специальные, включая коммерческие, спутники ДЗЗ.
Мировой рынок ДЗЗ
Космические снимки и космический мониторинг все активнее используются в самых разных отраслях хозяйства, в государственном, региональном и муниципальном планировании и управлении. Необходимость использования данных ДЗЗ для повышения качества управления ни у кого сейчас сомнений не вызывает. Космический мониторинг позволяет получать однородную и сравнимую по качеству объективную информацию одновременно для обширных территорий, что практически недостижимо при любых земных обследованиях.
Помимо военной и разведывательной сфер космический мониторинг используется сегодня практически во всех отраслях народного хозяйства, однако, по данным исследовательского агентства BCC Research, приоритетными направлениями остаются ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций и сельское хозяйство. Данные ДЗЗ активно используются и в лесном хозяйстве, охране окружающей среды, нефтегазовой сфере, недропользовании, водном хозяйстве, транспорте, связи и телекоммуникациях, муниципальном хозяйстве и т. д.
Основной тенденцией развития дистанционного зондирования Земли является создание группировок спутников, т. е. работа одиночных космических аппаратов уходит в прошлое.
К группировкам спутников можно отнести аппараты, которые идентичны или близки по своим характеристикам, работают согласованно и имеют общее хранилище данных.
Мировая тенденция такова, что в течение одного года будет осуществляться полное многократное покрытие сверхвысокого разрешения всего мира. Ведущие операторы космических систем ДЗЗ к этому уже готовы.
Если еще вчера соотношение потребности в новой съемке и в архивных данных было 80% к 20%, то сегодня 75% приходится на архив и только 25% – это заказ новой съемки, а завтра можно предположить, что новая съемка не будет заказываться вообще. Заказчик будет уверен, что в течение съемочного сезона нужная съемка появится в архиве. Это очень важный и существенный момент, который открывает совершенно новые возможности для потребителя и кардинально меняет лицо всей отрасли ДЗЗ.
Появление новых и расширение существующих группировок спутников для увеличения производительности и сокращения интервала повторной съемки приводят к резкому возрастанию объемов передаваемых данных. Для приема, обработки и хранения огромных массивов информации необходимы новые технические решения. Кроме того, оперативность съемки должна дополняться оперативностью получения данных конечным пользователем и удобством доступа к информации.
Дальнейшее развитие национальных систем ДЗЗ также стало спецификой последних лет. Испания, Нигерия, Венесуэла, Перу, ОАЭ, Вьетнам и некоторые другие страны впервые стали операторами собственных спутников ДЗЗ. Созданные при иностранном содействии спутники этих стран массой до 200 кг относятся к эконом-классу и оптимизированы для решения конкретных задач национальных экономик. В ближайшие годы тенденция создания национальных систем ДЗЗ будет охватывать все новые страны, что будет способствовать дальнейшему развитию индустрии производства космических аппаратов ДЗЗ и рынка пусковых услуг.
В связи с прогрессом в радарных технологиях наблюдается тенденция увеличения числа спутников с бортовыми радарами с синтезированной апертурой для всепогодной съемки с высоким и средним пространственным разрешением.
Мировая орбитальная группировка космических аппаратов ДЗЗ на текущий момент насчитывает более 400 единиц.
Ведущие зарубежные операторы спутников ДЗЗ
DigitalGlobe (США) входит в корпорацию Maxar Technologies (Канада). Обладает уникальными возможностями для предоставления широкого набора космических снимков и геоинформационных сервисов, является оператором спутников ДЗЗ сверхвысокого разрешения WorldView-1 (разрешение – 50 см), WorldView-2 (46 см), WorldView-3 (30 см), WorldView-4 (25 см) и GeoEye-1 (41 см). Сейчас компания работает над созданием спутников для группировки следующего поколения – WorldView Legion. Первый спутник планируется запустить в 2020 г. Перспективная группировка WorldView Legion удвоит производительность космической съемки DigitalGlobe с разрешением 30 см и получением мультиспектральных снимков начиная с 2020 г. В 2019 г. планируется запуск шести малых спутников Scout.
Planet (США). Один из лидеров по созданию новейшей системы съемки Земли с использованием малых спутников: выполнение ежедневной съемки любого района планеты и доступ к данным для клиентов в течение нескольких часов. Компании принадлежит группировка спутников PlanetScope (более 200 космических аппаратов, ведущих съемку с разрешением 3−4 м), SkySat (13 спутников, ведущих фотосъемку с разрешением 80 см и видеосъемку) и RapidEye (пять спутников, разрешение – 5 м). Компания Planet предложила принципиально новый подход к получению пространственных данных: непрерывное выполнение съемки всей территории Земли большим количеством спутников, т. е. ежедневный мониторинг. При этом снимки PlanetScope будут индексироваться так же, как Google индексирует данные для поиска в Интернете.
Airbus Defence and Space (Франция – Германия). Оператор оптических спутников высокого и сверхвысокого разрешения SPOT-6,7 и Pleiades-1A.B, радарных спутников нового поколения TerraSAR-X и TanDEM-X. Поставщик спутниковых данных, продуктов на их основе (ЦМР, покрытий, результатов мониторинга и пр.). Для продолжения миссии Pleiades планируется запустить четыре оптических спутника сверхвысокого разрешения в 2020−2021 гг. По сравнению с ныне действующими спутниками будут значительно улучшены технические характеристики, чтобы соответствовать возрастающим требованиям рынка, обеспечивая решение новых задач для бизнеса и аналитики. На 2018 г. запланирован запуск радарного спутника TerraSAR-X New Generation.
e-GEOS (Италия). Оператор наиболее многофункциональной и интересной на сегодняшний день группировки радарных спутников COSMO-SkyMed 1-4.
UrtheCast (Канада). Оператор спутников Deimos-1,2. В 2015 г. компания UrtheСast объявила о планах по созданию первой в мире смешанной коммерческой группировки ДЗЗ OptiSAR. Группировка будет состоять из восьми пар оптических и радарных спутников. Каждая пара будет вести съемку синхронно. В дополнение к группировке OptiSAR в 2018−2020 гг. запланированы разработка и запуск группировки из восьми спутников UrtheDaily, которые будут вести оптическую съемку с разрешением 5 м. Спутники будут находиться на полярной орбите, их производительность составит 145 млн км² в день, что позволит осуществлять постоянный глобальный мониторинг природных и техногенных изменений.
21AT (Китай). Оператор коммерческих спутников и поставщик данных. Основные продукты компании – космические снимки различной степени обработки и сервисы на их основе. В октябре 2015 г. 21AT объединилась с другой китайской компанией – Beijing Space Eye Innovation Technology Company (BSEI).
ANTRIX (Индия). Компания полностью принадлежит правительству Индии и является поставщиком данных с индийских спутников ДЗЗ серии Cartosat.
SI Imaging Services (Республика Корея). Оператор серии оптических и радарных спутников KOMPSAT.
Малые спутники ДЗЗ
Заметной тенденцией развития ДЗЗ являются активная разработка, запуск и эксплуатация малых спутников ДЗЗ. Так, по данным Euroconsult, всего несколько компаний (Planet, BlackSky Global и Satellogic S.A. и др.) запустят более 1400 малых спутников к 2025 г.
Разработкой и запуском малых спутников занимаются появившиеся в последние несколько лет компании-стартапы. Развертывание своих группировок они планируют в 2018−2020 гг. Среди наиболее интересных проектов можно отметить следующие.
Hera Systems (США). Компания работает над созданием группировки из 48 спутников ДЗЗ HOPSat, которые будут обеспечивать глобальную фото- и видеосъемку с разрешением 1 м и выше в режиме времени близком к реальному.
BlackSky Global (США). В планах компании развертывание группировки из 60 малых спутников для обеспечения оперативной повторной съемки любого участка земной поверхности в течение нескольких часов.
OmniEarth (США). Группировка будет состоять из 18 спутников, которые способны охватить съемкой всю поверхность Земли в течение суток.
Capella Space (США). Компания планирует развернуть группировку из 30 радарных (SAR) малых спутников Capella.
Umbra (США). Планирует развернуть группировку из 12 радарных (SAR) мини-спутников. Съемка будет проводиться с разрешением 1 м, практически в ежечасном режиме.
Satellogic S.A. (Аргентина). Всего планируется запустить 25 микроспутников ÑuSat. Главное назначение группировки – фото- и видеосъемка Земли для коммерческих целей и общественных нужд, практически в режиме реального времени.
Earth-i (Великобритания). Компания планирует развернуть группировку спутников ДЗЗ, которые будут вести цветную фото- и видеосъемку высокого разрешения.
Iceye (Финляндия). Компания работает над созданием группировки радарных микроспутников из шести-восьми космических аппаратов.
Российская группировка спутников ДЗЗ
Анализ состояния отрасли ДЗЗ в России позволяет констатировать ряд положительных моментов, которые укладываются в общемировые тенденции.
Формирование современной российской орбитальной группировки ДЗЗ началось в июне 2006 г. запуском первого гражданского КА высокого разрешения «Ресурс-ДК1».
Продолжением миссии отечественных спутников стали «Ресурс-П» № 1 (2013 г.), «Ресурс-П» № 2 (2014 г.) и «Ресурс-П» № 3 (2016 г.), ведущие съемку как в панхроматическом (черно-белые снимки), так и в мультиспектральном (цветные снимки) режимах.
В настоящее время в составе российской орбитальной группировки космических аппаратов ДЗЗ насчитывается девять космических аппаратов, в том числе:
Согласно планам ГК «Роскосмос» к 2025 г. российская группировка будет включать в себя не менее 20 спутников.
ДЗЗ для решения прикладных отраслевых задач
Уже сегодня есть положительные примеры использования отечественных данных ДЗЗ со спутников сверхвысокого разрешения «Ресурс-П» (рис. 1). Продукты, создаваемые на основе этих данных, по качеству и оперативности получения приближаются к лучшим иностранным аналогам.
Рис. 1. Спутник «Ресурс-П» № 3
К примеру, в настоящее время проводится серия экспериментов, направленных на изучение характеристик продуктов, получаемых путем обработки данных с КА «Ресурс-П», с позиции их возможного применения для решения различных прикладных отраслевых задач.
Учитывая, что нынешний год объявлен в России годом экологии, компания «Совзонд» (российский интегратор в области геоинформационных технологий и аэрокосмического мониторинга) провела оценку применимости данных КА «Ресурс-П» для выявления свалок, анализа состояния полигонов и других скоплений твердых бытовых отходов (ТБО). Эксперименты проводились на модельном участке площадью 10 тыс. км² на территории Воронежской области. Эксперимент показал, что с помощью данных с КА «Ресурс-П» можно обнаруживать свалки ТБО, вплоть до сравнительно небольших по площади (0,01 га; рис. 2).
Сервисы по оперативному и точному выявлению свалок ТБО на основе данных КА «Ресурс-П» могут быть интересны как природоохранным организациям, так и департаментам природопользования, природных ресурсов, охраны окружающей среды, экологии и земельных ресурсов муниципальных образований, субъектов РФ.
Рис. 2. Свалки, выявленные по снимкам с КА «Ресурс-П» западной окрестности города Воронежа
Другой эксперимент был направлен на исследование возможности использования разновременных снимков с КА «Ресурс-П» для выявления изменений на земной поверхности. Дешифрирование и анализ снимков тестового участка в Воронежской области проводились с использованием специального программного обеспечения, требующего минимальной ручной обработки, – в основном все процессы автоматизированы, используются обучающие алгоритмы и т. д.
Космический мониторинг позволяет выявлять детальные изменения во времени объектов, например при жилищном и промышленном строительстве. Анализ снимков позволил определить, что больше всего изменений на тестируемом участке произошло в сфере жилой застройки. Полученная информация о границах кадастровых участков обеспечила возможность установить нарушения типа использования земель (например, полигон бытовых отходов частично захватил земли сельскохозяйственного назначения).
Проведенные исследования показали перспективность использования снимков с КА «Ресурс-П» и для регулярного мониторинга лесного фонда нашей страны. Высокое разрешение снимков и частая повторяемость съемки позволяют эффективно контролировать огромные площади лесов России для выявления большинства воздействий и негативных процессов в лесах: вырубки, ветровалы, территории, пройденные пожарами, погибшие насаждения и т. д.
Основными преимуществами использования снимков КА «Ресурс-П» являются дешевизна, скорость получения и наличие у российских компаний технологических потоков их обработки и интерпретации. Доступ к этим данным с отечественных космических аппаратов для российских компаний не осложняется существующей ситуацией с международными санкциями, а ценообразование лишено составляющей курса валют. Кроме того, для обработки данных с российских спутников отечественные компании разрабатывают программное обеспечение, которое вполне выдерживает конкуренцию с зарубежными аналогами.
Следует отметить, что введение санкций оказало существенное влияние на применение зарубежного программного обеспечения. Многие крупные заказчики лишились возможности использовать такие популярные приложения для создания ГИС и обработки данных ДЗЗ, как ArcGIS, ENVI и др. Однако для отрасли эти ограничения имели и положительное значение: стали более активно вестись разработки российского программного обеспечения для работы с данными ДЗЗ, способного заменить зарубежные аналоги.
К концу 2018 г. ГК «Роскосмос» обещает обеспечить регулярное покрытие мультиспектральными данными ДЗЗ первоочередных районов и приоритетных зон России. После 2020 г. будет обеспечено покрытие всей России, а позже и всей планеты. Разрешение данных составит менее одного метра: получить съемку и сопровождающую информацию по нужному объекту можно будет в течение суток. Планируется, что покрытие мира ортотрансформированными снимками с разрешением 1,5 м будет обновляться ежегодно, а с разрешением 3,5 м – еженедельно.
Завтрашний день ДЗЗ
Аналитики компаний NSR и Euroconsult сообщают: в 2016 г. объем глобального рынка ДЗЗ составлял 2,75 млрд долл., а к 2026 г. он достигнет величины 8,5 млрд долл., т. е. покажет более чем трехкратный рост за десять лет. Таким образом, рынок ДЗЗ – один из самых динамично развивающихся и перспективных рынков в области информационных технологий.
Однозначно можно сказать, что во всем мире продолжит расти спрос на данные ДЗЗ, продукты и сервисы на их основе. Космические аппараты ДЗЗ уже сегодня выполняют съемку в различных спектральных каналах и с различным разрешением, с высокой точностью, периодичностью и производительностью. При этом их тактико-технические характеристики будут продолжать совершенствоваться, появится возможность получать данные по любому району Земли в любое время.
Одна из заметных тенденций, которая будет только усиливаться, – колоссальное увеличение объемов, получаемых данных за единицу времени, которые необходимо в оперативном режиме обрабатывать и анализировать для принятия эффективных управленческих решений.
Современные реалии рынка пространственных данных и геоаналитики таковы, что заказчикам больше не нужны просто данные, в том числе и космические снимки как «вещь в себе»: отсняли, сложили на сервер, забыли за ненадобностью (вдумайтесь, менее 1% данных, полученных со спутников ДЗЗ, когда-либо находят своих клиентов!), полетели снимать дальше. Сегодняшний вектор развития инструментов и технологий отрасли геоинформатики направлен на агрегирование информации из разных источников в центрах хранения и обработки, с предоставлением заказчикам доступа к тематическим инструментам и готовым сервисам на базе имеющихся больших данных (Big Data), а также готовых решений, полученных в результате анализа данных ДЗЗ.
Всем нужна возможность работать с данными в своих геоинформационных системах и приложениях, что приводит к снижению затрат на приобретение данных, их хранение, обработку и в итоге на общую стоимость получения информации, необходимой для принятия стратегических решений.
«Клиенту – сервисы и аналитика вместо снимков!» – вот девиз области ДЗЗ на ближайшее десятилетие. Созданием геосервисов сегодня активно занимаются такие гиганты ИТ-индустрии, как Google и Apple.
Крупные российские компании, в том числе государственные, также присоединяются к этой тенденции. ГК «Роскосмос» в 2017 г. начала работу над проектом «Цифровая Земля», базирующимся на новых геоинформационных сервисах. Сплошное покрытие и сервисы на основе данных ДЗЗ ориентированы на всех потребителей, среди которых – федеральные и региональные органы исполнительной власти, крупный и средний бизнес и массовый потребитель. Планируется создание новых геоинформационных сервисов, которыми могут пользоваться не только государственные организации и коммерческие компании, но и любые пользователи. Эффективность работы госструктур и бизнеса может быть существенно повышена. Сервисы обеспечат оперативное управление и контроль в сельском и лесном хозяйстве, развитии инфраструктуры, строительстве, экологии, ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций и др.
В мире и в России польза и возможности применения геоинформационных технологий и аэрокосмического мониторинга начали осознаваться новыми, не традиционными для сферы ДЗЗ заказчиками и сферами, где раньше подобные решения не использовались, например, банками, страховыми компаниями, ритейлерами, FMCG (Fast Moving Consumer Goods – товары повседневного спроса) и др.
Таким образом, прошло то время, когда космический мониторинг был чем-то далеким, недоступным и непонятным. И именно сфера ДЗЗ сделала и продолжает делать традиционно далекий космос по-настоящему близким, нужным и понятным государству, бизнесу, гражданину.