Дистанційне зондування. Старт у науці Сучасні методи дистанційного зондування будівель та споруд

Головна

Стіни та стеля

Отримання та обробка даних для ГІС – найбільш важливий та трудомісткий етап створення подібних інформаційних систем. В даний час найперспективнішим та економічно доцільним вважається метод отримання даних про об'єкти на основі даних дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) та GPS-вимірювань.

У широкому сенсі дистанційне зондування - це отримання будь-якими неконтактними методами інформації про поверхню Землі, об'єкти на ній або в її надрах. Традиційно до даних дистанційного зондування відносять ті методи, які дозволяють одержати з космосу чи з повітря зображення земної поверхні у якихось ділянках електромагнітного спектра.

Існує кілька видів зйомки, що використовують специфічні властивості випромінювань із різними довжинами хвиль. При проведенні географічного аналізу, окрім власне ДЗЗ, обов'язково використовуються просторові дані з інших джерел - цифрові топографічні та тематичні карти, схеми інфраструктури, зовнішні бази даних. Знімки дозволяють не лише виявляти різні явища та об'єкти, а й оцінювати їх кількісно.

Переваги методу дистанційного зондування Землі полягає в наступному:

Актуальність даних на момент зйомки (більшість картографічних матеріалів застаріли безнадійно);

Висока оперативність одержання даних;

Висока точність обробки даних за рахунок використання GPS технологій;

Висока інформативність (застосування спектрозональної, інфрачервоної та радарної зйомки дозволяє побачити деталі, які не помітні на звичайних знімках);

Економічна доцільність (витрати отримання інформації у вигляді ДЗЗ істотно нижче наземних польових робіт);

Можливість отримання тривимірної моделімісцевості (матриці рельєфу) за рахунок використання стереорежиму або лідарних методів зондування і, як наслідок, можливість проводити тривимірне моделювання ділянки земної поверхні (системи віртуальної реальності).

Дистанційні методи характеризуються тим, що прилад, що реєструє, значно віддалений від досліджуваного об'єкта. За таких досліджень явищ і процесів на земній поверхні відстані до об'єктів можуть вимірюватися від одиниць до тисяч кілометрів. Ця обставина забезпечує необхідний огляд поверхні та дозволяє отримувати максимально генералізовані зображення.

Існують різні класифікації ДЗЗ. Зазначимо найважливіші з погляду практичного збору даних у нафтогазовій галузі.

Реєструватися може власне випромінювання об'єктів та відображене випромінювання інших джерел. Цими джерелами може бути Сонце чи сама знімальна апаратура. В останньому випадку використовується когерентне випромінювання (радари, сонари та лазери), що дозволяє реєструвати не тільки інтенсивність випромінювання, але також і його поляризацію, фазу та доплерівське зміщення, що дає додаткову інформацію. Зрозуміло, що робота самовипромінюючих (активних) сенсорів залежить від часу доби, зате потребує значних витрат енергії. Таким чином, види зондування за джерелом сигналу:

Активне (вимушене випромінювання об'єктів, ініційоване штучним джерелом спрямованої дії);

Пасивне (власне, природне відбите чи вторинне теплове випромінювання об'єктів лежить на поверхні Землі, обумовлене сонячної активністю).

Знімальна апаратура може розміщуватись на різних платформах. Платформою може бути космічний апарат (КА, супутник), літак, гелікоптер і навіть проста тринога. В останньому випадку ми маємо справу з наземною зйомкою бічних сторін об'єктів (наприклад, для архітектурних та реставраційних завдань) або зйомкою похилої з природних або штучних висотних об'єктів. Третій вид платформи не розглядається через те, що він відноситься до спеціальностей, далеких від тієї, для якої написані дані лекції.

На одній платформі може розміщуватися кілька знімальних пристроїв, які називаються інструментами або сенсорами, що зазвичай для КА. Наприклад, супутники Ресурс-О1 несуть сенсори МСУ-Е та МСУ-СК, а супутники SPOT - по два однакові сенсори HRV (SPOT-4 - HRVIR). Зрозуміло, що чим далі знаходиться платформа з сенсором від об'єкта, що вивчається, тим більше охоплення і меншу деталізацію будуть мати одержувані зображення.

Тому в даний час виділяють такі види зйомки для отримання даних дистанційного зондування:

1. Космічна зйомка (фотографічна або оптико-електронна):

Панхроматична (найчастіше в одному широкому видимому ділянці спектра) - найпростіший приклад чорно-біла зйомка;

Кольорова (зйомка в кількох, частіше за реальні кольори на одному носії);

багатозональна (одночасна, але роздільна фіксація зображення в різних зонах спектру);

Радарна (радіолокаційна);

2. Аерофотозйомка (фотографічна або оптико-електронна):

Ті самі види ДЗЗ, що й у космічній зйомці;

Лідарна (лазерна).

Обидва види зйомки знаходять широке застосування у нафтогазовій галузі під час створення ГІС підприємства, у своїй кожен із новачків займає свою нішу. Космічна зйомка (КС), має нижчу роздільну здатність (від 30 до 1 м залежно від типу зйомки та типу космічного апарату), але за рахунок цього охоплює великі простори. Космічна зйомка використовується для зйомки великих площ з метою отримання оперативної та актуальної інформації про район передбачуваних геологорозвідувальних робіт, базову підоснову для створення глобальної ГІС на район розробки корисних копалин, екологічного моніторингу нафтових розливів тощо. При цьому використовується як звичайна монохромна (чорно-біла зйомка), так і спектрозональна.

Аерофотозйомка (АФС) дозволяє отримувати зображення більш високої роздільної здатності (від 1-2 м до 5-7 см). Аерофотозйомка використовується для отримання високо детальних матеріалів для вирішення завдань земельного кадастру стосовно орендованих ділянок видобутку корисних копалин, обліку та управління майном. Крім того, використання аерофотозйомки на сьогоднішній день є оптимальним варіантом отримання даних для створення ГІС на лінійно-протяжні об'єкти (нафто-, газопроводи і т.д.) за рахунок можливості застосування «коридорної» зйомки.

Показники одержуваних знімків (і АФС, і КС), тобто. можливість виявити та виміряти те чи інше явище, об'єкт чи процес залежать від характеристик сенсорів відповідно. Головною характеристикоює роздільна здатність.

Системи ДЗЗ характеризуються декількома видами дозволів: просторовим, спектральним, радіометричним та тимчасовим. Під терміном «дозвіл» зазвичай мається на увазі просторовий дозвіл.

Просторова роздільна здатність (рисунок 1) характеризує розмір найменших об'єктів, помітних на зображенні. Залежно від розв'язуваних завдань можуть використовуватися дані низького (більше 100 м), середнього (10 - 100 м) та високого (менше 10 м) дозволів. Знімки низького просторового дозволу є оглядовими і дозволяють миттєво охоплювати значні території – аж до цілої півкулі. Такі дані використовуються найчастіше в метеорології, при моніторингу лісових пожеж та інших масштабних природних лих. Знімки середнього просторового дозволу на сьогодні є основним джерелом даних для моніторингу природного середовища. Супутники зі знімальною апаратурою, що працює в цьому діапазоні просторових дозволів, запускалися та запускаються багатьма країнами - Росією, США, Францією та ін., що забезпечує сталість та безперервність спостереження. Зйомка високого дозволу з космосу донедавна велася майже виключно на користь військової розвідки, а з повітря – з метою топографічного картографування. Однак сьогодні вже є кілька комерційно доступних космічних сенсорів високої роздільної здатності (КВР-1000, IRS, IKONOS), що дозволяють проводити просторовий аналіз з більшою точністю або уточнювати результати аналізу при середній або низькій роздільній здатності.

Спектральна роздільна здатність вказує на те, які ділянки спектра електромагнітних хвиль (ЕМВ) реєструються сенсором. При аналізі довкілля, наприклад, для екологічного моніторингу, цей параметр - найважливіший. Умовно весь діапазон довжин хвиль, що використовуються в ДЗЗ, можна поділити на три ділянки – радіохвилі, теплове випромінювання (ІЧ-випромінювання) та видиме світло. Такий поділ зумовлений відмінності взаємодії електромагнітних хвиль і земної поверхні, відмінності в процесах, що визначають відображення та випромінювання ЕМВ.

Найчастіше використовуваний діапазон ЕМВ - видиме світло і короткохвильове ІЧ-випромінювання, що примикає до нього. У цьому діапазоні сонячна радіація, що відображається, несе в собі інформацію, головним чином, про хімічному складіповерхні. Подібно до того, як людське око розрізняє речовини за кольором, сенсор дистанційного зондування фіксує «колір» у більш широкому розумінні цього слова. У той час як людське око реєструє лише три ділянки (зони) електромагнітного спектру, сучасні сенсори здатні розрізняти десятки та сотні таких зон, що дозволяє надійно виявляти об'єкти та явища за їх наперед відомими спектрограмами. Для багатьох практичних завдань така детальність не завжди потрібна. Якщо об'єкти, що цікавлять, відомі заздалегідь, можна вибрати невелику кількість спектральних зон, в яких вони будуть найбільш помітні. Так, наприклад, ближній ІЧ-діапазон є дуже ефективним в оцінці стану рослинності, визначенні ступеня її пригнічення. Більшість додатків достатній обсяг інформації дає багатозональна зйомка з супутників LANDSAT (США), SPOT (Франція), Ресурс-О (Росія). Для успішного проведення зйомки в цьому діапазоні довжин хвиль необхідні сонячне світло та ясна погода.

Зазвичай оптична зйомка ведеться або відразу в усьому видимому діапазоні (панхроматична), або в більш вузьких зонах спектра (багатозональна). За інших рівних умов, панхроматичні знімки мають більш високу просторову роздільну здатність. Вони найбільш придатні для топографічних завдань і для уточнення меж об'єктів, що виділяються на знімках багатозональних меншого просторового дозволу.

Теплове ІЧ-випромінювання (рисунок 2) несе інформацію в основному про температуру поверхні. Крім прямого визначення температурних режиміввидимих об'єктів і явищ (як природних, і штучних), теплові знімки дозволяють опосередковано виявляти те, що приховано під землею - підземні річки, трубопроводи тощо. Оскільки теплове випромінювання створюється самими об'єктами, для отримання знімків не потрібне сонячне світло (він навіть швидше заважає). Такі знімки дозволяють відстежувати динаміку лісових пожеж, нафтові та газові смолоскипи, процеси підземної ерозії. Слід зазначити, що отримання космічних теплових знімків високого просторового дозволу технічно важко, тому сьогодні доступні знімки з роздільною здатністю близько 100 м. Багато корисної інформації також дає теплова зйомка з літаків.

Сантиметровий діапазон радіохвиль використовується для зйомки радарної. Найважливіша перевага знімків цього класу - у їхній погоді. Оскільки радар реєструє власне, випромінювання, відбите земною поверхнею, для його роботи не потрібно сонячний
світло. Крім того, радіохвилі цього діапазону вільно проходять через суцільну хмарність і навіть здатні проникати на деяку глибину у ґрунт. Відображення сантиметрових радіохвиль від поверхні визначається її текстурою («шорсткістю») та наявністю на ній різних плівок. Так, наприклад, радари здатні фіксувати наявність нафтової плівки завтовшки 50 мкм і більше на поверхні водойм навіть при значному хвилюванні. У принципі, радарна зйомка з літаків здатна виявляти підземні об'єкти, наприклад, трубопроводи та витоку з них.

Радіометрична роздільна здатність визначає діапазон помітних на знімку яскравостей. Більшість сенсорів мають радіометричну роздільну здатність 6 або 8 біт, що найбільш близько до миттєвого динамічного діапазону зору людини. Але є сенсори і з більш високою роздільною здатністю радіометрів (10 біт для AVHRR і 11 біт для IKONOS), що дозволяє розрізняти більше деталей на дуже яскравих або дуже темних областях знімка. Це важливо у випадках зйомки об'єктів, що знаходяться в тіні, а також коли на знімку одночасно знаходяться великі водні поверхні та суша. Крім того, такі сенсори, як AVHRR, мають радіометричне калібрування, що дозволяє проводити точні кількісні вимірювання.

Нарешті, тимчасова роздільна здатність визначає, з якою періодичністю один і той же сенсор може знімати деяку ділянку земної поверхні. Цей параметр дуже важливий для моніторингу надзвичайних ситуацій та інших явищ, що швидко розвиваються. Більшість супутників (точніше, їх сімейств) забезпечують повторну зйомку за кілька днів, деякі - за кілька годин. У критичних випадках для щоденного спостереження можуть використовуватися знімки з різних супутників, однак, потрібно мати на увазі, що замовлення та доставка власними силами можуть вимагати чималого часу. Одним із варіантів рішення є придбання приймальної станції, що дозволяє приймати дані безпосередньо із супутника. Це зручне рішення для ведення постійного моніторингу використовується деякими організаціями на території Росії, що мають приймальні станції даних із супутників Ресурс-О. Для відстеження змін на якійсь території важлива можливість отримання архівних (ретроспективних) знімків.

По висотіорбіти супутника можна назвати три групи: 1) Малі висоти: 100-500 км (пілотовані кораблі та орбітальні станції); 2) Середні висоти: 500-2000 км (ресурсні та метеорологічні супутники); 3) Великі висоти: 36000-40000 км (геостаціонарні супутники – швидкість руху супутника дорівнює швидкості обертання Землі – постійне спостереження за певним районом на поверхні).

Становище орбіти стосовно Сонцю.Для космічних зйомок велике значеннямає здатність орбіти зберігати постійну орієнтацію Сонце. Орбіти, у яких кут між площиною орбіти та напрямом на Сонце залишається постійним, називаються сонячно-синхронними. Перевага таких орбіт полягає в тому, що вони забезпечують однакову освітленість земної поверхні вздовж траси польоту космічного апарату.

Дистанційне зондування охоплює теоретичні дослідження, лабораторні роботи, польові спостереження та збирання даних з борту літаків та штучних супутників Землі. Теоретичні, лабораторні та польові методи важливі також для отримання інформації про Сонячну систему, і колись їх почнуть використовувати для вивчення інших планетних систем Галактики. Деякі найрозвиненіші країни регулярно запускають штучні супутники для сканування Землі та міжпланетні космічні станції для досліджень далекого космосу. Див. такожОБСЕРВАТОРІЯ; СОНЯЧНА СИСТЕМА; Позаатмосферна астрономія; КОСМОСУ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ВИКОРИСТАННЯ.

Системи дистанційного зондування

У системі такого типу є три основні компоненти: пристрій для формування зображення, середовище для реєстрації даних та база для проведення зондування. Як простий приклад такої системи можна навести фотографа-аматора (база), який використовує для зйомки річки 35-мм фотоапарат (прилад-візуалізатор, що формує зображення), який заряджений високочутливою фотоплівкою (реєструюче середовище). Фотограф знаходиться на певній відстані від річки, проте реєструє інформацію про неї і зберігає її на фотоплівці.

Пристрої формування зображень, реєструюче середовище та база.

Прилади, що формують зображення, діляться на чотири основні категорії: фото- та кінокамери, багатоспектральні сканери, радіометри та активні радіолокатори. Сучасні однооб'єктивні дзеркальні фотокамери створюють зображення, фокусуючи ультрафіолетове, видиме або інфрачервоне випромінювання, що надходить від об'єкта, на фотоплівці. Після прояву плівки виходить постійне (здатне зберігатися тривалий час) зображення. Відеокамера дозволяє отримувати зображення на екрані; постійним записом у цьому випадку буде відповідний запис на відеострічці або фотографію, зроблену з екрана. У всіх інших системах візуалізації зображень використовуються детектори або приймачі, що мають чутливість на певних довжинах хвиль спектру. Фотоелектронні помножувачі та напівпровідникові фотоприймачі, що використовуються у поєднанні з оптико-механічними сканерами, дозволяють реєструвати енергію ультрафіолетової, видимої, а також ближньої, середньої та далекої ІЧ-ділянок спектру та перетворювати її на сигнали, які можуть давати зображення на плівці. Енергія мікрохвиль (діапазон надвисоких частот, НВЧ) подібним чином трансформується радіометрами або радіолокаторами. У сонарах для отримання зображень на фотоплівці використається енергія звукових хвиль. Надвисоких частот Діапазон; РАДІОЛОКАЦІЯ; Гідролокатор.

Прилади, що використовуються для візуалізації зображень, розміщують на різних базах, у тому числі на землі, суднах, літаках, повітряних кулях та космічних літальних апаратах. Спеціальні камери і телевізійні системи повсякденно використовуються для зйомки фізичних і біологічних об'єктів, що представляють інтерес на землі, на морі, в атмосфері і космосі. Спеціальні камери уповільненої кінозйомки застосовуються для реєстрації таких змін земної поверхні, як ерозія морських берегів, рух льодовиків та еволюція рослинності.

Архіви даних.

Фотографії та зображення, зроблені в рамках програм аерокосмічної зйомки, належним чином обробляються та зберігаються. У США та Росії архіви для таких інформаційних даних створюються урядами. Один із основних архівів такого роду в США, EROS (Earth Resources Obsevation Systems) Data Center, підпорядкований Міністерству внутрішніх справ, зберігає прибл. 5 млн. аерофотознімків та прибл. 2 млн. зображень, отриманих із супутників «Лендсат», а також копії всіх аерофотознімків та космічних знімків поверхні Землі, що зберігаються у Національному управлінні з аеронавтики та дослідження космічного простору (НАСА). До цієї інформації є відкритий доступ. Великі фотоархіви та архіви інших ізоматеріалів є у різних військових та розвідувальних організацій.

Аналіз зображень.

Найважливіша частина дистанційного зондування - аналіз зображень. Такий аналіз може виконуватися візуально, візуальними методами, посиленими застосуванням комп'ютера, і повністю комп'ютером; останні два включають аналіз даних у цифровій формі.

Спочатку більшість робіт з аналізу даних, отриманих дистанційним зондуванням, виконували візуальне дослідження індивідуальних аерофотознімків або шляхом використання стереоскопа та накладання фотографій з метою створення стереомоделі. Фотографії були зазвичай чорно-білими і кольоровими, іноді чорно-білими і кольоровими в ІЧ-променях або в окремих випадках багатозональними.

Основні користувачі даних, одержуваних при аерофотозйомці, є геологи, географи, лісівники, агрономи і, звичайно, картографи. Дослідник аналізує аерофотознімок у лабораторії, щоб безпосередньо витягти з нього корисну інформацію, Нанести її потім на одну з базових карт і визначити області, в яких треба буде побувати під час польових робіт. Після проведення польових робіт дослідник ще раз оцінює аерофотознімки та використовує отримані з них та в результаті польових зйомок дані для остаточного варіанту карти. Такими методами готують до випуску безліч різних тематичних карт: геологічних, карт землекористування та топографічних, карт лісів, ґрунтів та посівів.

Геологи та інші вчені ведуть лабораторні та польові дослідження спектральних характеристик різних природних та цивілізаційних змін, що відбуваються на Землі. Ідеї таких досліджень знайшли застосування в конструкції багатоспектральних сканерів MSS, які використовуються на літаках та КЛА. Штучні супутники Землі «Лендсат» 1, 2 та 4 мали на борту MSS із чотирма спектральними смугами: від 0,5 до 0,6 мкм (зелена); від 0,6 до 0,7 мкм (червона); від 0,7 до 0,8 мкм (ближня ІЧ); від 0,8 до 1,1 мкм (ІЧ). На супутнику Лендсат 3 використовується, крім того, смуга від 10,4 до 12,5 мкм. Стандартні складові зображення із застосуванням методу штучного фарбування виходять при комбінованому використанні MSS з першою, другою та четвертою смугами у поєднанні з синім, зеленим та червоним фільтрами відповідно. На супутнику «Лендсат 4» c удосконаленим сканером MSS тематичний картопобудівник дозволяє отримувати зображення в семи спектральних смугах: трьох в області видимого випромінювання, однієї в ближній ІЧ-області, двох в середній ІЧ-області і однієї в тепловій ІЧ-області . Завдяки цьому приладу просторова роздільна здатність була покращена майже втричі (до 30 м) порівняно з тим, що давав супутник «Лендсат», на якому використовувався лише сканер MSS.

Оскільки чутливі датчики супутників не призначалися для стереоскопічної зйомки, диференціювати ті чи інші особливості та явища в межах конкретного зображення довелося, використовуючи спектральні відмінності. Сканери MSS дозволяють розрізняти п'ять широких категорій земних поверхонь: вода, сніг та лід, рослинність, оголена порода та ґрунт, а також об'єкти, пов'язані з діяльністю людини. Науковий працівник, добре знайомий з областю, що досліджується, може виконати аналіз зображення, отриманого в одній широкій смузі спектру, яким, наприклад, є чорно-білий аерофотознімок, який у типовому випадку виходить при реєстрації випромінювань з довжинами хвиль від 0,5 до 0,7 мкм (зелена та червона області спектру).

Однак зі збільшенням числа нових спектральних смуг очам людини стає все важче проводити різницю між важливими особливостями схожих тонів у різних ділянках спектра. Так, наприклад, тільки один знімальний план, знятий із супутника «Лендсат» за допомогою MSS у смузі 0,5?0,6 мкм, містить бл. 7,5 млн. пікселів (елементів зображення), кожен з яких може бути до 128 відтінків сірого в межах від 0 (чорний колір) до 128 (білий колір). При порівнянні двох зображень однієї й тієї ж області, зроблених із супутника «Лендсат», доводиться мати справу із 60 млн. пікселів; одне зображення, отримане з «Лендсат 4» та оброблене карткобудівником, містить близько 227 млн. пікселів. Звідси очевидно, що для аналізу таких зображень необхідно використовувати комп'ютери.

Цифрова обробка зображень.

При аналізі зображень комп'ютери використовуються для порівняння значень шкали сірого (діапазону дискретних чисел) кожного піксела знімків, зроблених в один і той же день або кілька днів. Системи аналізу зображень виконують класифікацію специфічних особливостей знімального плану з метою складання тематичної карти місцевості.

Сучасні системи відтворення зображень дають змогу відтворювати на кольоровому телевізійному моніторі одну або кілька спектральних смуг, відпрацьованих супутником зі сканером MSS. Рухомий курсор встановлюють при цьому на один із пікселів або на матрицю пікселів, що знаходяться в межах деякої конкретної особливості, наприклад водойми. Комп'ютер виконує кореляцію всіх чотирьох MSS-смужок та класифікує всі інші частини зображення, отриманого з супутника, які характеризуються аналогічними наборами цифрових чисел. Дослідник може потім позначити кольоровим кодом ділянки води на кольоровому моніторі, щоб скласти карту, що показує всі водойми на супутниковому знімку. Ця процедура, відома під назвою регульованої класифікації, дозволяє систематично класифікувати всі частини знімка, що аналізується. Існує можливість ідентифікації всіх основних типів земної поверхні.

Описані схеми класифікації за допомогою комп'ютера досить прості, проте навколишній світ складний. Вода, наприклад, не обов'язково має єдину спектральну характеристику. У межах одного знімального плану водоймища можуть бути чистими або брудними, глибокими або дрібними, частково покритими водоростями або замерзлими, і кожен з них має власну спектральну відбивну здатність (а значить, і свою цифрову характеристику). У системі інтерактивного аналізу цифрового зображення IDIMS використовується схема нерегульованої класифікації. IDIMS автоматично поміщає кожен піксел в один із кількох десятків класів. Після комп'ютерної класифікації такі класи (наприклад, п'ять чи шість водних класів) можуть бути зібрані в один. Однак багато ділянок земної поверхні мають досить складні спектри, що ускладнює однозначне встановлення відмінностей між ними. Дубовий гай, наприклад, може виявитися на зображеннях, отриманих з супутника, спектрально не відрізняється від кленового гаю, хоча на землі це завдання вирішується дуже просто. За спектральними характеристиками дуб і клен ставляться до широколистяних пород.

Комп'ютерна обробка алгоритмами ідентифікації змісту зображення дозволяє помітно покращити MSS зображення порівняно зі стандартним.

ЗАСТОСУВАННЯ

Дані дистанційного зондування є основним джерелом інформації при підготовці карт землекористування та топографічних карт.

Дані дистанційного зондування з літаків та штучних супутників у дедалі ширших масштабах використовуються для спостереження за природними пасовищами. Аерофотознімки дуже ефективні в лісівництві завдяки високому дозволу, що досягається на них, а також точному виміру рослинного покриву і його зміни з часом.

І все ж таки саме в геологічних науках дистанційне зондування отримало найбільш широке застосування. Дані дистанційного зондування використовуються при складанні геологічних карт із зазначенням типів порід, а також структурних та тектонічних особливостей місцевості. В економічній геології дистанційне зондування є цінним інструментом для пошуку родовищ корисних копалин та джерел геотермальної енергії. Інженерна геологія користується даними дистанційного зондування для вибору місць будівництва, що відповідають заданим вимогам, визначення місць залягання будівельних матеріалів, контролю за проведенням гірничих робіт з поверхні та за рекультивацією земель, а також для проведення інженерних робіт у приморській зоні Крім того, ці дані використовуються при оцінках сейсмічної, вулканічної, гляціологічної та інших небезпек геологічного походження, а також у таких ситуаціях як лісові пожежі та промислові аварії.

Дані, отримані дистанційним зондуванням, становлять важливу частинудосліджень у гляціології (що мають відношення до характеристик льодовиків та снігового покриву), у геоморфології (форми та характеристики рельєфу), у морській геології (морфологія дна морів і океанів), у геоботаніці (через залежність рослинності від лежачих під нею родовищ корисних копалин) та археологічної геології В астрогеології дані дистанційного зондування мають першорядне значення для вивчення інших планет та місяців Сонячна система, і навіть у порівняльній планетології вивчення історії Землі.

Однак найбільш захоплюючий аспект дистанційного зондування полягає в тому, що супутники, виведені на навколоземні орбіти, вперше надали вченим можливість спостерігати, відслідковувати та вивчати нашу планету як цілісну систему, включаючи її динамічну атмосферу та вигляд суші, що змінюється під впливом природних факторів та діяльності людини. Можливо, зображення з супутників допоможуть знайти ключ до передбачення змін клімату, викликаних у тому числі природними та техногенними факторами.

Хоча США та Росія з 1960-х років ведуть дистанційне зондування, інші країни також роблять свій внесок. Японська та Європейська космічні агентства планують вивести на навколоземні орбіти велику кількість супутників, призначених для дослідження суші, морів та атмосфери Землі.

Дистанційне зондування Землі(ДЗЗ) – спостереження поверхні Землі авіаційними та космічними засобами, оснащеними різними видамизнімальної апаратури. Робочий діапазон довжин хвиль, що приймаються знімальною апаратурою, становить від часток мікрометра (видиме оптичне випромінювання) до метрів (радіохвилі). Методи зондування можуть бути пасивнітобто використовувати природне відбите або вторинне теплове випромінювання об'єктів на поверхні Землі, обумовлене сонячною активністю, і активні- Використовують вимушене випромінювання об'єктів, ініційоване штучним джерелом спрямованої дії. Дані ДЗЗ, отримані з КА, характеризуються великим ступенем залежність від прозорості атмосфери. Тому на КА використовується багатоканальне обладнання пасивного та активного типів, що реєструють електромагнітне випромінювання у різних діапазонах.

Апаратура ДЗЗ перших КА, запущених у 1960-70-х роках. була трасового типу - проекція області вимірювань на поверхню Землі була лінією. Пізніше з'явилася і поширилася апаратура ДЗЗ панорамного типу – сканери, проекція області вимірів поверхню Землі яких є смугу.

Космічні апарати дистанційного зондування Землі використовуються для вивчення природних ресурсів Землі та вирішення завдань метеорології. КА для дослідження природних ресурсів оснащуються переважно оптичною або радіолокаційною апаратурою. Переваги останньої полягають у тому, що вона дозволяє спостерігати поверхню Землі у будь-який час, незалежно від стану атмосфери.

Обробка даних

Якість даних, одержуваних у результаті дистанційного зондування, залежить від їх просторового, спектрального, радіометричного та тимчасового дозволу.

Просторовий дозвіл.Характеризується розміром пікселя (на поверхні Землі), що записується в растрову картинку – може змінюватись від 1 до 1000 м.

Спектральний дозвіл.Дані Landsat включають сім смуг, у тому числі інфрачервоного діапазону, в межах від 0.07 до 2.1 мкм. Сенсор Hyperion апарату Earth Observing-1 здатний реєструвати 220 спектральних смуг від 0.4 до 2.5 мкм, зі спектральною роздільною здатністю від 0.1 до 0.11 мкм.

Радіометрична роздільна здатність.Число рівнів сигналу, які сенсор може реєструвати. Зазвичай варіюється від 8 до 14 біт, що дає від 256 до 16384 рівнів. Ця характеристика залежить від рівня шуму в інструменті.

Тимчасовий дозвіл.Частота прольоту супутника над областю поверхні, що цікавить. Має значення щодо серій зображень, наприклад щодо динаміки лісів. Спочатку аналіз серій проводився для потреб військової розвідки, зокрема для відстеження змін в інфраструктурі, пересування противника.

Для створення точних карт на основі даних дистанційного зондування необхідна трансформація, що усуває геометричні спотворення. Знімок поверхні Землі апаратом, спрямованим точно вниз, містить неспотворене зображення лише в центрі знімка. При зміщенні до країв відстані між точками на знімку та відповідні відстані Землі дедалі більше різняться. Корекція таких спотворень проводиться у процесі фотограмметрії. З початку 1990-х більшість комерційних супутникових зображень продається вже скоригованими.

Крім того, може бути потрібна радіометрична або атмосферна корекція. Радіометрична корекція перетворює дискретні рівні сигналу, наприклад від 0 до 255, їх справжні фізичні значення. Атмосферна корекція усуває спектральні спотворення, що внесені наявністю атмосфери.

У рамках програми NASA Earth Observing System було сформульовано рівні обробки даних дистанційного зондування:

Рівень	Опис
	Дані, що надходять безпосередньо від пристрою, без службових даних (синхронізаційні кадри, заголовки, повтори).
1a	Реконструйовані дані пристрої, з маркерами часу, радіометричними коефіцієнтами, ефемеридами (орбітальними координатами) супутника.
1b	Дані рівня 1a, перетворені на фізичні одиниці виміру.
	Похідні геофізичні змінні (висота океанічних хвиль, вологість ґрунту, концентрація льоду) з тією ж роздільною здатністю, як у даних рівня 1.
	Змінні, що відображаються в універсальній просторово-часовій шкалі, можливо доповнені інтерполяцією.
	Дані отримані в результаті розрахунків на основі попередніх рівнів.

Мал. 9. . Електромагнітний спектр його поділ із зазначенням довжин хвиль, що встановлюються різними приладами

Системи дистанційного зондування У системі такого типу є три основні компоненти: пристрій для формування зображення, середовище для реєстрації даних та база для проведення зондування. Як простий приклад такої системи можна навести фотографа-аматора (база), який використовує для зйомки річки 35-мм фотоапарат (прилад-візуалізатор, що формує зображення), який заряджений високочутливою фотоплівкою (реєструюче середовище). Фотограф знаходиться на певній відстані від річки, проте реєструє інформацію про неї і зберігає її на фотоплівці.

Пристрої формування зображень, реєструюче середовище та база. Прилади, що формують зображення, діляться на чотири основні категорії: фото- та кінокамери, багатоспектральні сканери, радіометри та активні радіолокатори. Сучасні однооб'єктивні дзеркальні фотокамери створюють зображення, фокусуючи ультрафіолетове, видиме або інфрачервоне випромінювання, що надходить від об'єкта, на фотоплівці. Після прояву плівки виходить постійне (здатне зберігатися тривалий час) зображення. Відеокамера дозволяє отримувати зображення на екрані; постійним записом у цьому випадку буде відповідний запис на відеострічці або фотографію, зроблену з екрана. У всіх інших системах візуалізації зображень використовуються детектори або приймачі, що мають чутливість на певних довжинах хвиль спектру. Фотоелектронні помножувачі та напівпровідникові фотоприймачі, що використовуються у поєднанні з оптико-механічними сканерами, дозволяють реєструвати енергію ультрафіолетової, видимої, а також ближньої, середньої та далекої ІЧ-ділянок спектру та перетворювати її на сигнали, які можуть давати зображення на плівці. Енергія мікрохвиль (діапазон надвисоких частот, НВЧ) подібним чином трансформується радіометрами або радіолокаторами. У сонарах для отримання зображень на фотоплівці використається енергія звукових хвиль.

Архіви даних. Фотографії та зображення, зроблені в рамках програм аерокосмічної зйомки, належним чином обробляються та зберігаються. У США та Росії архіви для таких інформаційних даних створюються урядами. Один з основних архівів такого роду в США, EROS (Earth Resources Obsevation Systems) Data Center, підпорядкований Міністерству внутрішніх справ, зберігає близько 5 млн. аерофотознімків та близько 2 млн. зображень, отриманих із супутників «Лендсат», а також копії всіх аерофотознімків та космічних знімків поверхні Землі, що зберігаються в НАСА. До цієї інформації є відкритий доступ. Великі фотоархіви та архіви інших ізоматеріалів є у різних військових та розвідувальних організацій.

Аналіз зображень. Найважливіша частина дистанційного зондування – аналіз зображень. Такий аналіз може виконуватися візуально, візуальними методами, посиленими застосуванням комп'ютера, і повністю комп'ютером; останні два включають аналіз даних у цифровій формі. Спочатку більшість робіт з аналізу даних, отриманих дистанційним зондуванням, виконували візуальне дослідження індивідуальних аерофотознімків або шляхом використання стереоскопа та накладання фотографій з метою створення стереомоделі. Фотографії були зазвичай чорно-білими та кольоровими, іноді чорно-білими та кольоровими в ІЧ-променях або – в окремих випадках – багатозональними. Основні користувачі даних, одержуваних при аерофотозйомці, - це геологи, географи, лісівники, агрономи і, звісно, картографи. Дослідник аналізує аерофотознімок у лабораторії, щоб безпосередньо витягти з нього корисну інформацію, нанести її потім на одну з базових карт та визначити області, в яких треба буде побувати під час польових робіт. Після проведення польових робіт дослідник ще раз оцінює аерофотознімки та використовує отримані з них та в результаті польових зйомок дані для остаточного варіанту карти. Такими методами готують до випуску безліч різних тематичних карт: геологічних, карт землекористування та топографічних, карт лісів, ґрунтів та посівів. Геологи та інші вчені ведуть лабораторні та польові дослідження спектральних характеристик різних природних та цивілізаційних змін, що відбуваються на Землі. Ідеї таких досліджень знайшли застосування у конструкції багатоспектральних сканерів MSS (Multi-Spectral-Scanners), які використовуються на літаках та КА. Штучні супутники Землі «Лендсат-1, -2 та -4» (Landsat -1, -2 і -4) мали на борту MSS з чотирма спектральними смугами: від 0,5 до 0,6 мкм (зелена); від 0,6 до 0,7 мкм (червона); від 0,7 до 0,8 мкм (ближня ІЧ); від 0,8 до 1,1 мкм (ІЧ). На супутнику "Лендсат-3" використовується, крім того, смуга від 104 до 125 мкм. Стандартні складові зображення із застосуванням методу штучного фарбування виходять при комбінованому використанні MSS з першою, другою та четвертою смугами у поєднанні з синім, зеленим та червоним фільтрами відповідно. На супутнику «Лендсат-4» з удосконаленим сканером MSS тематичний картопобудівник дозволяє отримувати зображення у семи спектральних смугах: трьох – у області видимого випромінювання, однієї – у ближній ІЧ-області, двох – у середній ІЧ-області та одній – у тепловій ІЧ- області. Завдяки цьому приладу просторова роздільна здатність була покращена майже втричі (до 30 м) порівняно з тим, що давав супутник «Лендсат», на якому використовувався лише сканер MSS. Оскільки чутливі датчики супутників не призначалися для стереоскопічної зйомки, диференціювати ті чи інші особливості та явища в межах конкретного зображення довелося, використовуючи спектральні відмінності. Сканери MSS дозволяють розрізняти п'ять широких категорій земних поверхонь: вода, сніг та лід, рослинність, оголена порода та ґрунт, а також об'єкти, пов'язані з діяльністю людини. Науковий працівник, добре знайомий з областю, що досліджується, може виконати аналіз зображення, отриманого в одній широкій смузі спектру, яким, наприклад, є чорно-білий аерофотознімок, який у типовому випадку виходить при реєстрації випромінювань з довжинами хвиль від 0,5 до 0,7 мкм (зелена та червона області спектру). Однак зі збільшенням числа нових спектральних смуг очам людини стає все важче проводити різницю між важливими особливостями схожих тонів у різних ділянках спектра. Так, наприклад, лише один знімальний план, знятий із супутника «Лендсат» за допомогою MSS у смузі 0,5-0,6 мкм, містить близько 7,5 млн. пікселів (елементів зображення), у кожного з яких може бути до 128 відтінків сірого в межах від 0 (чорний колір) до 128 (білий колір). При порівнянні двох зображень однієї й тієї ж області, зроблених із супутника «Лендсат», доводиться мати справу із 60 млн. пікселів; одне зображення, отримане з «Лендсат-4» та оброблене карткобудівником, містить близько 227 млн. пікселів. Звідси очевидно, що для аналізу таких зображень необхідно використовувати комп'ютери.

Цифрова обробка зображень. При аналізі зображень комп'ютери використовуються для порівняння значень шкали сірого (діапазону дискретних чисел) кожного піксела знімків, зроблених в один і той же день або кілька днів. Системи аналізу зображень виконують класифікацію специфічних особливостей знімального плану з метою складання тематичної карти місцевості. Сучасні системи відтворення зображень дають змогу відтворювати на кольоровому телевізійному моніторі одну або кілька спектральних смуг, відпрацьованих супутником зі сканером MSS. Рухомий курсор встановлюють при цьому на один із пікселів або на матрицю пікселів, що знаходяться в межах деякої конкретної особливості, наприклад водойми. Комп'ютер виконує кореляцію всіх чотирьох MSS-смужок та класифікує всі інші частини зображення, отриманого з супутника, які характеризуються аналогічними наборами цифрових чисел. Дослідник може потім позначити кольоровим кодом ділянки води на кольоровому моніторі, щоб скласти карту, що показує всі водойми на супутниковому знімку. Ця процедура, відома під назвою регульованої класифікації, дозволяє систематично класифікувати всі частини знімка, що аналізується. Існує можливість ідентифікації всіх основних типів земної поверхні. Описані схеми класифікації за допомогою комп'ютера досить прості, проте навколишній світ складний. Вода, наприклад, не обов'язково має єдину спектральну характеристику. У межах одного знімального плану водоймища можуть бути чистими або брудними, глибокими або дрібними, частково покритими водоростями або замерзлими, і кожен з них має власну спектральну відбивну здатність (а значить, і свою цифрову характеристику). У системі інтерактивного аналізу цифрового зображення IDIMS використовується схема нерегульованої класифікації. IDIMS автоматично поміщає кожен піксел в один із кількох десятків класів. Після комп'ютерної класифікації такі класи (наприклад, п'ять чи шість водних класів) можуть бути зібрані в один. Однак багато ділянок земної поверхні мають досить складні спектри, що ускладнює однозначне встановлення відмінностей між ними. Дубовий гай, наприклад, може виявитися на зображеннях, отриманих з супутника, спектрально не відрізняється від кленового гаю, хоча на землі це завдання вирішується дуже просто. За спектральними характеристиками дуб і клен ставляться до широколистяних пород. Комп'ютерна обробка алгоритмами ідентифікації змісту зображення дозволяє помітно покращити MSS зображення порівняно зі стандартним.

Примітка.Дані дистанційного зондування є основним джерелом інформації при підготовці карт землекористування та топографічних карт. Метеорологічні та геодезичні супутники NOAA та GOES використовуються для спостереження за зміною хмарності та розвитком циклонів, у тому числі таких, як урагани та тайфуни. Зображення, отримані з супутників NOAA, також використовуються для картування сезонних змін снігового покриву в північній півкулі з метою кліматичних досліджень та вивчення змін морських течій, знання яких дозволяє скоротити тривалість морських перевезень. Мікрохвильові прилади на супутниках Німбус використовуються для картування сезонних змін у стані льодового покриву в морях Арктики та Антарктики.

Дані ДЗЗ із літаків та штучних супутників у дедалі ширших масштабах використовуються для спостереження за природними пасовищами. Аерофотознімки дуже ефективні в лісівництві завдяки високому дозволу, що досягається на них, а також точному виміру рослинного покриву і його зміни з часом.

Інфрачервона аеротермографія з космосу дозволяє розрізнити області локальних течій Гольфстріму.

І все-таки саме в геологічних науках ДЗЗ набуло найбільш широкого застосування. Дані дистанційного зондування використовуються при складанні геологічних карт із зазначенням типів порід, а також структурних та тектонічних особливостей місцевості. В економічній геології дистанційне зондування є цінним інструментом для пошуку родовищ корисних копалин та джерел геотермальної енергії. Інженерна геологія користується даними дистанційного зондування для вибору місць будівництва, що відповідають заданим вимогам, визначення місць залягання будівельних матеріалів, контролю за проведенням гірських робіт з поверхні та за рекультивацією земель, а також для проведення інженерних робіт у приморській зоні. Крім того, ці дані використовуються при оцінках сейсмічної, вулканічної, гляціологічної та інших небезпек геологічного походження, а також у таких ситуаціях як лісові пожежі та промислові аварії.

Дані, отримані дистанційним зондуванням, складають важливу частину досліджень у гляціології(що мають відношення до характеристик льодовиків та снігового покриву), геоморфології(форми та характеристики рельєфу), в морської геології(морфологія дна морів та океанів), в геоботаніки(через залежність рослинності від родовищ корисних копалин, що лежать під нею) і в археологічної геології. У астрогеологіїдані дистанційного зондування мають першорядне значення для вивчення інших планет і місяців Сонячної системи, а також порівняльної планетологіївивчення історії Землі. Однак найбільш захоплюючий аспект дистанційного зондування полягає в тому, що супутники, виведені на навколоземні орбіти, вперше надали вченим можливість спостерігати, відслідковувати та вивчати нашу планету як цілісну систему, включаючи її динамічну атмосферу та вигляд суші, що змінюється під впливом природних факторів та діяльності людини. Можливо, зображення з супутників допоможуть знайти ключ до передбачення змін клімату, викликаних у тому числі природними та техногенними факторами. Хоча навіть Росія з 1960-х гг. ведуть дистанційне зондування, інші країни також роблять свій внесок. Японська та Європейська космічні агентства планують вивести на навколоземні орбіти велику кількість супутників, призначених для дослідження суші, морів та атмосфери Землі.

Перший радянський супутник "Зеніт-2" був створений в ОКБ-1. З 1965 по 1982 рік на базі супутника «Зеніт» у ЦСКБ-Прогрес було створено сім модифікацій супутників дистанційного зондування Землі. Всього до цього часу в ЦСКБ-Прогрес створено 26 типів автоматичних КА для спостереження земної поверхні, що вирішують весь спектр завдань на користь національної безпеки, науки та народного господарства.

З 1988 по 1999 рік здійснено 19 успішних запусків космічних апаратів «Ресурс-Ф1» та «Ресурс-Ф1М». З 1987 по 1995 рік здійснено 9 успішних запусків КА «Ресурс-Ф2».

Космічний комплекс «Ресурс-Ф2» призначений для проведення багатозонального та спектрозонального фотографування поверхні Землі у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах спектра електромагнітного випромінювання з високими геометричними та фотометричними характеристиками на користь різних галузей народного господарства та наук про Землю.

Космічний комплекс «Ресурс-ДК» – унікальна технологія ЦСКБ-Прогрес, що поєднує в собі випробувані часом технічне рішеннята передові досягнення конструкторської думки. Космічний комплекс «Ресурс-ДК» забезпечує багатозональне дистанційне зондування земної поверхні та оперативну доставку високоінформативних зображень радіоканалом на Землю.

У листопаді 2010 р. з ладу вийшла низка систем «Ресурсу-ДК», після чого апарат уже не міг бути використаний за призначенням.

"Ресурс-П" покликаний замінити старий супутник "Ресурс-ДК".

Унікальність нового апарату зондування Землі «Ресурс-П» – у наборі сканерів – на ньому буде встановлено чотири-п'ять знімальних систем. Це дозволить отримувати інформацію із Землі не у трьох кольорах, як зараз, а у повній колірній гаміта ближньому інфрачервоному діапазоні.

Новий комплекс супутник буде точнішим і оперативнішим за свого попередника. За задумом розробників, «Ресурс-П» дозволить вивчати еволюцію клімату, отримувати космічні дані про великомасштабні процеси в атмосфері та на поверхні Землі, вести моніторинг надзвичайних ситуацій, прогнозувати землетруси, сповіщати про цунамі, пожежі, розливи нафтопродуктів.

Мал. Ресурс-ДК

«Космос-1076» – перший радянський спеціалізований океанографічний супутник. Це один із двох супутників, які брали участь в експерименті «Океан-Е» (другий – «Космос-1151»). Обидва створені з урахуванням космічного апарату типу АУОС-3. Головні конструктори: В.М.Ковтуненко, Б.Є.Хмиров, С.Н.Конюхов, В.І.Драновський. Дані, отримані супутником дозволили створити першу радянську базу космічних даних про Світовий океан:18 Супутник оснащувався апаратурою дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) трасового типу.

КБ «Південне»

океанографічні дослідження

Ракета-носій

11К68 («Циклон-3»)

Стартовий майданчик

Плесецьк, стартовий комплекс №32/2

Сход з орбіти

Технічні характеристики

Елементи орбіти

Тип орбіти

Приполярна

Нахил

Період звернення

Апоцентр

Періцентр

Монітор – серія малих космічних апаратів дистанційного зондування Землі створена у ДКНВЦ ім. М. У. Хруничева з урахуванням уніфікованої космічної платформи «Яхта». Передбачалося, що серія складатиметься з супутників «Монітор-Е», «Монітор-І», «Монітор-С», «Монітор-О», оснащених різною оптико-електронною апаратурою та «Монітор-Р», оснащеного радіолокаційними системами». у федеральній космічній програмі супутники серії "Монітор" відсутні.

Монітор-Е

Перший із супутників серії – Монітор-Е (експериментальний) призначений для відпрацювання нової цільової апаратури та службових систем платформи «Яхта». На супутнику вагою 750 кг встановлені дві камери з роздільною здатністю 8 м у панхроматичному режимі (один канал) та 20 м у багатоканальному режимі (3 канали). Знімки «Монітора-Е» покриватимуть територію розмірами 90 на 90 км та 160 на 160 км. Об'єм бортової пам'яті 50 гігабайт (2×25). Супутник розроблений у негерметичному виконанні, за модульним принципом, що дозволяє за потреби розширювати можливості КА за рахунок додаткової апаратури. Цільова апаратура здатна забезпечити передачу інформації в масштабі часу, близькому до реального. Супутник оснащений електрореактивною руховою установкою (ЕРДУ), як робоче тіло ЕРДУ використовується ксенон. Ймовірний термін активного існування апарату становить 5 років.

"Монітор-Е" був запущений 26 серпня 2005 з космодрому Плесецьк з використанням ракети-носія Рокот. Супутник вивели на сонячно-синхронну орбіту висотою 550 км. Після виходу на орбіту зв'язок з апаратом встановити не вдалося через відмову наземного обладнання радіолінії управління бортовою апаратурою. Вдалося налагодити зв'язок із супутником лише за добу. Проте вже 18 жовтня на апараті виникли серйозні проблеми, пов'язані з його керуванням, після чого він увійшов до неорієнтованого режиму. Це сталося через тимчасову відмову одного з каналів гіроскопічного вимірювача вектора кутової швидкості (ГІВУС). Незабаром цю проблему вдалося вирішити і вже 23 листопада 2005 року було проведено перевірку працездатності радіоліній передачі зображень із борту КА. 26 листопада 2005 року були отримані перші зображення земної поверхні з камери роздільною здатністю 20 метрів, а 30 листопада була випробувана камера роздільною здатністю 8 метрів. Таким чином можна стверджувати, що роботу космічного апарату «Монітор-Е» повністю відновлено.

У 2011 році експлуатацію КА припинено.

Програма «Лендсат» – найбільш тривалий проект із отримання супутникових фотографій планети Земля. Перший із супутників у рамках програми був запущений у 1972; останній, на даний момент, "Лендсат-7" - 15 квітня 1999 року. Устаткування, встановлене на супутниках "Лендсат" зробило мільярди знімків. Знімки, отримані в США та на станціях отримання даних із супутників по всьому світу, є унікальним ресурсом для проведення багатьох наукових досліджень в області сільського господарства, картографії, геології, лісівництва, розвідки, освіти та національної безпеки. Наприклад, «Лендсат-7» постачає знімки у 8 спектральних діапазонах з просторовою роздільною здатністю від 15 до 60 м на точку; періодичність збору даних для всієї планети спочатку становила 16 діб.

У 1969 р., у рік польоту людини на Місяць, у дослідному центрі Hughes Santa Barbara розпочали розробку та виробництво перших трьох мультиспектральних сканерів (MSS). Перші прототипи MSS були виготовлені протягом 9 місяців, до осені 1970 року, після чого вони були протестовані на гранітному куполі Хаф-Доум у національному парку Йосеміті.

Початкова оптична схема MSS створена Jim Kodak, інженером з розробки опто-механічних систем, який також спроектував оптичну камеру КА програми Піонер, що стала першим оптичним приладом, що залишив Сонячну систему.

У момент створення в 1966 році програма називалася Earth Resources Observation Satellites (Супутники спостереження за ресурсами Землі), але в 1975 програму перейменували. У 1979 р. Президентською Директивою № 54 президент США Джиммі Картер передав управління програмою з NASA в NOAA, рекомендувавши розробку довготривалої системи з 4 додатковими супутниками після «Лендсат-3», а також передачу програми в приватний сектор. Це сталося в 1985, коли група з Earth Observation Satellite Company (EOSAT), Hughes Aircraft та RCA, були обрані NOAA для управління системою Лендсат в рамках десятирічного контракту. EOSAT управляла «Лендсат-4 та -5», мала ексклюзивні права на продаж даних, отриманий у програмі та побудувала «Лендсат-6 та -7».

Супутникова фотографія Калькутти у симульованих кольорах (simulated-color). Знято супутником NASA "Лендсат-7".

У 1989, коли передача програми ще не була остаточно завершена, у NOAA були вичерпані бюджетні фонди для програми Landsat (NOAA не вимагала фінансування, і конгрес США виділив фінансування лише на половину фінансового року) і NOAA вирішило закрити «Лендсат-4 і -5» . Глава нового Національного Космічного комітету (National Space Council, віце-президент Джеймс Куейл) звернув увагу на ситуацію, що склалася, і допоміг програмі отримати позачергове фінансування.

У 1990 і 1991 роках конгрес знову надавав NOAA фінансування лише на половину року, вимагаючи, щоб інші агентства, які використовують дані зібрані в програмі «Лендсат», надали половину необхідних грошей, що залишилася. У 1992 р. робилися зусилля відновити фінансування, проте до кінця року EOSAT припинив обробку даних «Лендсат». «Лендсат-6» було запущено 5 жовтня 1993 року, але втрачено внаслідок аварії. Обробка даних від "Лендсат-4 і -5" була відновлена EOSAT в 1994 році. "Лендсат-7" був запущений NASA 15 квітня 1999 року.

Важливість програми «Лендсат» була визнана конгресом у жовтні 1992, при ухваленні закону Land Remote Sensing Policy Act (Public Law 102-555), що дозволив продовжити роботу «Лендсат-7», і гарантує доступність даних та зображень з «Лендсат» по найбільш низькими цінамияк поточним, так і новим користувачам.

Хронологія запусків

"Лендсат-1" (спочатку ERTS-1, Earth Resources Technology Satellite -1) - запущений 23 липня 1972 року, припинив роботу 6 січня 1978 року

«Лендсат-7» - запущений 15 квітня 1999 року, функціонує. З травня 2003 року стався збій модуля Scan Line Corrector (SLC). З вересня 2003 р. використовується в режимі без корекції ліній сканування, що зменшує кількість отриманої інформації до 75 % від початкової.

Технічні деталі

Наступним супутником у рамках програми має стати Landsat Data Continuity Mission. Запуск заплановано на 2012 р. Новий супутник будується в Арізоні фірмою Orbital Sciences Corporation.

Дистанційне зондування Землі (ДЗЗ) - отримання інформації про поверхню Землі та об'єкти на ній, атмосфері, океані, верхньому шарі земної кори безконтактними методами, при яких реєструючий прилад віддалений від об'єкта досліджень на значну відстань. Загальною фізичною основою дистанційного зондування є функціональна залежність між зареєстрованими параметрами власного чи відбитого випромінювання об'єкта, його біогеофізичними характеристиками та просторовим становищем. Суть методу полягає в інтерпретації результатів вимірювання електромагнітного випромінювання, яке відображається або випромінюється об'єктом і реєструється в деякій віддаленій від нього точці простору.

Дистанційні методи застосовують у дослідженнях Землі дуже давно. Спочатку використовувалися мальовані знімки, які фіксували просторове розташування об'єктів, що вивчаються. З винаходом фотографії виникла наземна фототеодолітна зйомка, коли за перспективними фотознімками становили карти гірських районів. Розвиток авіації забезпечило отримання аерофотознімків із зображенням місцевості зверху, у плані. Це озброїло науки про Землю потужним засобом досліджень – аерометодами.

Поняття дистанційного зондування з'явилося в XIX столітті за винаходом фотографії, а однією з перших областей, в яких почали застосовувати цей метод, стала астрономія. Згодом дистанційне зондування почали використовувати у військовій галузі для збору інформації про противника та прийняття стратегічних рішень. Під час Громадянської війниСША фотографії, отримані з допомогою некерованих літальних апаратів, служили спостереження за переміщенням військ, підвозом запасів, ходом фортифікаційних робіт й у оцінки ефекту артилерійських обстрілів. В результаті досліджень, що фінансувалися різними державами, були розроблені технології, що дозволили створити сенсори спочатку для військових цілей, а потім і для цивільного застосування цього методу. Після Другої світової війни метод дистанційного зондування стали використовувати для спостереження за довкіллям та оцінки розвитку територій, а також у цивільній картографії. У 60-х роках XX століття, з появою космічних ракет та супутників, дистанційне зондування вийшло у космос.

Нова ера дистанційного зондування пов'язана з пілотованими космічними польотами, розвідувальними, метеорологічними та ресурсними супутниками.

Можливості ДЗ у військовій області значно зросли після 1960 року внаслідок запуску розвідувальних супутників у рамках програм CORONA, ARGON, LANYARD, які мали на меті отримання фотознімків з низьких орбіт. Незабаром були отримані стереопари знімків із роздільною здатністю 2 метри. Перші супутники працювали на орбіті від семи до восьми днів, але наступні покоління цих апаратів були здатні постачати дані протягом кількох місяців.

В результаті здійснення програм пілотованих польотів, які були започатковані в США в 1961 році, людина вперше висадилася на поверхню Місяця (1969 р.). Слід зазначити програму Mercury, у рамках якої було отримано знімки Землі, систематичний збір даних дистанційного зондування під час проекту Gemini (1965-1966 рр.), програму Apollo (1968-1975 рр.), під час якої велося дистанційне зондування земної поверхні (ДЗЗ ) і відбулася висадка людини на Місяць, запуск космічної станції Skylab (1973-1974 рр.), на якій проводилися дослідження земних ресурсів, польоти космічних кораблів багаторазового використання, які почалися в 1981 році, а також отримання багатозональних знімків з роздільною здатністю 100 метрів та близькому інфрачервоному діапазоні з використанням дев'яти спектральних каналів.

У Радянському Союзі, а потім у Росії космічні програми розвивалися паралельно космічним програмам США. Політ Юрія Гагаріна 12 квітня 1961 року, який став першим польотом людини в космос, запуски космічних кораблів «Схід» (1961-1963 рр.), «Схід» (1964-1965 рр.) та «Союз», робота на орбіті космічних станцій. Салют» (вперше 19 квітня 1971).

Перший метеорологічний супутник був запущений США 1 квітня 1960 року. Він використовувався для прогнозу погоди, спостереження за переміщенням циклонів та інших схожих завдань. Першим серед супутників, які застосовувалися для регулярної зйомки великих ділянок земної поверхні, став Tiros-1 (Television and Infrared Observation Satellite).

Перший спеціалізований супутник був запущений у 1972 році. Він називався ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite) і використовувався, переважно, для цілей сільського господарства. В даний час супутники цієї серії звуться Landsat.

Вони призначені для регулярної багатозональної зйомки територій із середньою роздільною здатністю. Пізніше, в 1978 році, був запущений перший супутник зі скануючою системою SEASAT, але він передавав дані лише три місяці. Перший французький супутник серії SPOT, за допомогою якого можна було отримувати стереопари знімків, вивели на орбіту в 1985 році. Запуск першого індійського супутника дистанційного зондування, названого IRS (Indian Remote Sensing), відбувся 1988 року. Японія також вивела на орбіту своїх супутників JERS MOS.

Починаючи з 1975 року Китай періодично запускав власні супутники, але отримані ними дані досі перебувають у закритому доступі. Європейський космічний консорціум вивів на орбіту свої радарні супутники ERS у 1991 та 1995 роках, а Канада-супутник RADARSAT у 1995 році.

Історія розвитку аерокосмічних методів свідчить про те, що нові досягнення науки та техніки одразу використовуються для вдосконалення технологій отримання знімків. Так сталося в середині XX ст., коли такі нововведення, як комп'ютери, космічні апарати, радіоелектронні знімальні системи, здійснили революційні перетворення в традиційних аерофотометодах - зародилося аерокосмічне зондування. Космічні знімки надали геоінформацію для вирішення проблем регіонального та глобального рівнів.

Нині чітко виявляються такі тенденції поступального розвитку аерокосмічного зондування.

Космічні знімки, що оперативно розміщуються в Інтернеті, стають найбільш затребуваною відеоінформацією про місцевість як для фахівців-професіоналів, так і для широких верств населення.
Дозвіл та метричні властивості космічних знімків відкритого доступу швидко підвищуються. Набувають поширення орбітальні знімки надвисокої роздільної здатності - метрової і навіть дециметрової, які успішно конкурують з аерознімками.
Аналогові фотографічні знімки та традиційні технології їх обробки втрачають своє колишнє монопольне значення. Основним обробним приладом став комп'ютер, оснащений спеціалізованим програмним забезпеченнямта периферією.
Розвиток всепогодної радіолокації перетворює її на прогресивний метод отримання метрично точної просторової геоінформації, який починає ефективно комплексуватися з оптичними технологіями аерокосмічного зондування.
Швидко формується ринок різноманітної продукції аерокосмічного зондування Землі. Неухильно зростає кількість комерційних космічних апаратів, що функціонують на орбітах, особливо зарубіжних. Найбільше застосування знаходять знімки, одержувані ресурсними супутниковими системами Landsat (США), SPOT (Франція), IRS (Індія), картографічними супутниками ALOS (Японія), Cartosat (Індія), супутниками надвисокого дозволу Ikonos, QiuckBird, GeoEye числі радіолокаційними TerraSAR-X та TanDEM-X (Німеччина), що виконують тандемну інтерферометричну зйомку. Успішно експлуатується система супутників космічного моніторингу RapidEye (Німеччина).

Аерокосмічний знімок - це двовимірне зображення реальних об'єктів, яке отримане за певними геометричними та радіометричними (фотометричними) законами шляхом дистанційної реєстрації яскравості об'єктів і призначене для дослідження видимих та прихованих об'єктів, явищ та процесів навколишнього світу, а також для визначення їх просторового становища.

Діапазон масштабів сучасних аерокосмічних знімків величезний: може змінюватися від 1:1000 до 1:100 000 000, тобто. у сто тисяч разів. При цьому найбільш поширені масштаби аерофотознімків лежать в межах 1:10 000 – 1:50 000, а космічних – 1:200 000 – 1:10 000 000. Усі аерокосмічні знімки прийнято ділити на аналогові (зазвичай фотографічні) та цифрові (електронні). Зображення цифрових знімків утворено з окремих однакових елементів – пікселів (від англ. picture element-rixel); яскравість кожного пікселя характеризується одним числом.

Аерокосмічні знімки як інформаційні моделі місцевості характеризуються рядом властивостей, серед яких виділяють образотворчі, радіометричні (фотометричні) та геометричні. Образотворчі властивості характеризують здатність знімків відтворювати дрібні деталі, кольори та тонові градації об'єктів, радіометричні свідчать про точність кількісної реєстрації знімком яскравостей об'єктів, геометричні характеризують можливість визначення знімків розмірів, довжин і площ об'єктів та їх взаємного положення.

Оптимальний спосіб використання даних спостереження Землі з супутників у тому, щоб аналізувати їх разом із інформацією з інших джерел.

Отримання знімків з перекриттям з кількох послідовних точок орбіти (стереозйомка) дозволяє отримати більш точне уявлення про тривимірні об'єкти та підвищити відношення сигнал/шум.

Використання багатозональних знімків ґрунтується на унікальності тонових характеристик різних об'єктів. Об'єднання даних яскравості зі знімків у різних спектральних діапазонах дозволяє безпомилково виділяти певні просторові структури. Зйомку з використанням великої кількості (понад 10) вузьких знімальних зон називають гіперспектральною. При гіперспектральній зйомці збільшується можливість виділення об'єктів, що характеризуються наявністю смуг поглинання, що характерно для забруднень. Багатозональна та гіперпектральна зйомки дозволяють більш ефективно використовувати відмінності у спектральній яскравості об'єктів зйомки для їх дешифрування.

До цього виду знімків можна віднести також знімки радіолокації, одержувані як при реєстрації відбитих радіохвиль різної довжини, так і при різній їх поляризації.

Багаточасова зйомка - це планова зйомка в заздалегідь визначені дати, яка дозволяє виконувати порівняльний аналіз знімків об'єктів, характеристики яких змінюються в часі.

Багаторівнева зйомка - зйомка з різними рівнями дискретизації використовується для отримання більш детальної інформації про територію, що вивчається.

Як правило, весь процес збору даних поділяють на три рівні: космічна зйомка, аерозйомка та наземні дослідження.

Знімки, отримані методом багатополяризаційної зйомки, використовують щодо кордонів між об'єктами з урахуванням відмінностей у поляризаційних властивостях відбитого випромінювання. Так, наприклад, відбите випромінювання від водної поверхні зазвичай сильніше поляризоване, ніж відбите випромінювання від рослинного покриву.

Комбінований метод полягає у використанні багаточасової, багатозональної та багатополяризаційної зйомок.

Технології дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) із космосу— незамінний інструмент вивчення та постійного моніторингу нашої планети, що допомагає ефективно використовувати та керувати її ресурсами. Сучасні технологіїДЗЗ знаходять застосування у всіх сферах нашого життя.

Сьогодні розроблені підприємствами Роскосмосу технології та методики використання даних ДЗЗ дозволяють запропонувати унікальні рішення для забезпечення безпеки, підвищення ефективності розвідки та видобутку природних ресурсів, впровадження новітніх практик у сільське господарство, попередження надзвичайних ситуацій та усунення їх наслідків, охорони. довкіллята контролю за зміною клімату.

Зображення, що передаються супутниками дистанційного зондування Землі, знаходять застосування у багатьох галузях — сільському господарстві, геологічних та гідрологічних дослідженнях, лісівництві, охороні навколишнього середовища, плануванні територій, освітніх, розвідувальних та військових цілях. Космічні системи ДЗЗ дозволяють за короткий час отримати необхідні дані з великих площ (у тому числі важкодоступних та небезпечних ділянок).

У 2013 році Роскосмос приєднався до діяльності Міжнародної Хартії з космосу та великих катастроф. Для забезпечення його участі у діяльності Міжнародної Хартії було створено спеціалізований Центр Роскосмосу із взаємодії з Хартією та МНС Росії.

Головною організацією Держкорпорації «Роскосмос» з організації прийому, обробки та поширення інформації дистанційного зондування Землі є Науковий центр оперативного моніторингу Землі (НЦ ОМЗ) холдингу «Російські космічні системи» (входить до Держкорпорації «Роскосмос»). НЦ ЗМЗ виконує функції наземного комплексу планування, прийому, обробки та розповсюдження космічної інформації з російських космічних апаратів ДЗЗ.

Сфери застосування даних дистанційного зондування Землі

Оновлення топографічних карт
Оновлення навігаційних, дорожніх та інших спеціальних карт
Прогноз та контроль розвитку повеней, оцінка збитків
Моніторинг сільського господарства
Контроль гідротехнічних споруд на каскадах водосховищ
Реальне місцезнаходження морських суден
Відстеження динаміки та стану рубок лісу
Природоохоронний моніторинг
Оцінка збитків від лісових пожеж
Дотримання ліцензійних угод при освоєнні родовищ корисних копалин
Моніторинг розливів нафти та руху нафтової плями
Спостереження за льодовою обстановкою
Контроль несанкціонованого будівництва
Прогнози погоди та моніторинг небезпечних природних явищ
Моніторинг надзвичайних ситуацій, пов'язаних із природними та техногенними впливами
Планування аварійно-рятувальних робіт у районах стихійних лих та антропогенних катастроф
Моніторинг екосистем та антропогенних об'єктів (розширення міст, промзон, транспортних магістралей, водойм, що пересихають, тощо)
Моніторинг будівництва об'єктів дорожньо-транспортної інфраструктури

Нормативні документи, що визначають порядок отримання та використання геопросторової інформації

« Концепція розвитку російської космічної системи дистанційного зондування Землі на період до 2025 року»
Постанова Уряду РФ № 370 від 10 червня 2005 р. із змінами від 28.02.2015 № 182 « Про затвердження Положення про планування космічних зйомок, прийом, обробку та розповсюдження даних дистанційного зондування Землі високого лінійного дозволу на місцевості з космічних апаратів типу «Ресурс-ДК»
Постанова Уряду РФ № 326 від 28 травня 2007 р. Про порядок отримання, використання та надання геопросторової інформації»
Доручення Президента РФ № Пр-619ГС від 13 квітня 2007 р. та доручення Уряду РФ № СІ-ІП-1951 від 24 квітня 2007р. « Про розробку та реалізацію комплексу заходів щодо формування в РФ системи федеральних, регіональних та інших операторів послуг, що надаються з використанням даних ДЗЗ з космосу»
План реалізації цих доручень, затверджений Керівником Роскосмосу 11 травня 2007 р. Про реалізацію комплексу заходів щодо формування в РФ системи федеральних, регіональних та інших операторів послуг, що надаються з використанням даних ДЗЗ із космосу»
Державна програма Російської Федерації « Космічна діяльність Росії на 2013 - 2020 роки» затверджено постановою Уряду Російської Федерації від 15 квітня 2014 р. № 306
Основи державної політики Російської Федерації в галузі космічної діяльності на період до 2030 року та подальшу перспективу, затверджених Президентом Російської Федерації від 19 квітня 2013 р. № Пр-906
Федеральний законвід 27 липня 2006 р. N 149-ФЗ «Про інформацію, інформаційних технологійта про захист інформації» із змінами та доповненнями від: 27 липня 2010 р., 6 квітня, 21 липня 2011 р., 28 липня 2012 р., 5 квітня, 7 червня, 2 липня, 28 грудня 2013 р., 5 травня 2014 р.

Федеральним, регіональним та місцевим органам виконавчої для забезпечення державних потреб матеріали космічної зйомки першого рівня стандартної обробки (космічні зображення, що пройшли радіометричну та геометричну корекцію) надаються на безоплатній основі. У разі потреби отримання зазначеними органами матеріалів космічної зйомки вищих рівнів стандартної обробки, за послуги з їх виготовлення стягується плата відповідно до затвердженого прейскуранта цін.

Розділи