Анализ современных технологий дистанционного зондирования Земли – тема научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

Анализ современных технологий дистанционного зондирования Земли – тема научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка Реферат

Курсовая работа — современные концепции дистанционного зондирования земли.

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 и 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. [11]

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ

Основу дистанционного
зондирования составляет измерение
энергии электромагнитного излучения
от различных источников, важнейшим из
которых является Солнце. Спектр солнечного излучения содержит
все длины волн. В частности, к ним относится
диапазон видимого света и ультрафиолетовый
диапазон, излучение в котором может быть
опасно для здоровья человека.
Множество сенсоров, которые
используются в дистанционном зондировании, предназначены для измерения
параметров отраженного солнечного света.
Другие регистрируют собственное излучение
Земли либо сами являются источниками
излучения. Для понимания принципов работы
этих сенсоров необходимо знание физических
основ электромагнитного излучения, его
характеристик и того, как происходит
взаимодействие излучения с веществом.
Эти знания важны и для правильной интерпретации
данных дистанционного зондирования.
[16]

2.1. Электромагнитное
излучение и его характеристики

Электромагнитное
излучение можно представить в виде волн или в
виде потока фотонов – частиц, каждая
из которых несет определенную долю энергии.
Для понимания физических основ дистанционного
зондирования особенно важным является
понятие длины волны . Эту величину определяют как расстояние
между двумя последовательными волновыми
гребнями и измеряют в метрах или долях
метра. Электромагнитные волны (ультрафиолетовые,
световые, инфракрасные, радиоволны) имеют
разную длину, но распространяются прямолинейно
с одинаковой скоростью – скоростью света
– и при взаимодействии с веществом подчиняются
одинаковым физическим законам.
Все тела при температуре
выше абсолютного нуля излучают электромагнитные
волны. Последовательность электромагнитных
волн, классифицированная по их длинам
(или частотам), называется электромагнитным спектром
(рис. 2).

Рис. 2 Диапазоны
электромагнитного спектра

При дистанционном зондировании
используют несколько диапазонов электромагнитного
спектра. Ту его часть, в которой применимы законы оптики, называют
оптическим диапазоном. [14]
Участок оптических волн
(0,001–1000мкм) включает ультрафиолетовый (0,001–
0,4 мкм), видимый (0,4 – 0,8 мкм) и инфракрасный
(0,8 – 1000 мкм) диапазоны. Видимый диапазон,
в котором глаз способен выделять цветовые
различия, делят на семь цветовых зон со
следующими названиями цветов и границами,
нм: фиолетовый (380 – 450), синий (450 – 480),
голубой (480 – 500), зеленый (500 – 560), желтый
(560 – 590), оранжевый (590 – 620) и красный (620
– 750). Диапазон инфракрасного (ИК) излучения
разделяют на поддиапазоны, мкм: ближний
(0,8 – 1,3), средний (1,3 – 3) и дальний (3 – 1000).
В ближнем и среднем поддиапазонах преобладает
отраженное (солнечное) излучение, а в
дальнем, называемом тепловым, собственное
излучение Земли. Волны длиной 0,1 – 1 мм
часто называют субмиллиметровыми.
Часть спектра, охватывающую ультракороткие радиоволны (1 – 10000
мм), разбивают на диапазоны миллиметровых,
сантиметровых, дециметровых и метровых
радиоволн. Сантиметровые и дециметровые
волны часто объединяют в диапазон радиоволн
сверхвысоких частот (СВЧ), в котором выделяют
участки, обозначаемые латинскими буквами К, X, С, S, L, Р. Именно в этих
участках работает различная радиоэлектронная
аппаратура спутников, но каждая на строго
фиксированных международными соглашениями
длинах волн (или частот). Например, передачу
видеоинформации со спутников на наземные
пункты приема наиболее часто производят
по радиоканалам в так называемых Х- и S-диапазонах на длинах
волн соответственно 3 и 11 см, а L-диапазон (длина волны
22 см) отведен для глобальных систем спутникового
позиционирования – отечественной ГЛОНАСС
(Глобальная навигационная
спутниковая система) и американской
GPS (Global Positioning System). Нередко
миллиметровые, сантиметровые и дециметровые
радиоволны собственного излучения Земли
относят к одному диапазону, называемому
микроволновым.
Наибольшие длины волн,
которые используют при дистанционном
зондировании, принадлежат тепловому
инфракрасному и микроволновому диапазонам. Тепловое инфракрасное
излучение содержит информацию о температуре
поверхности, которая может быть связана,
например, с минеральным составом пород
или с определенной растительностью. Микроволновый
диапазон используют для получения информации
о шероховатости и других свойствах поверхности,
в частности о содержании влаги. [9]

2.2. Взаимодействие излучения
с поверхностью Земли

Основным естественным
источником освещения земной поверхности
является Солнце, которое излучает
различные электромагнитные волны – от ультрафиолетовых
до радиоволн. Основная энергия приходится
на излучение с длинами волн 0,3 – 3 мкм,
причем максимум энергии – на волны длиной
около 0,5 мкм.
Различают три основных типа взаимодействия
падающего электромагнитного излучения
с объектами на поверхности Земли: отражение,
поглощение и пропускание (рис. 3).

Рис. 3 Взаимодействие
излучения с поверхностью Земли

Свойства отраженного,
поглощенного и пропущенного излучения различаются
для разных объектов на поверхности Земли
и зависят от вещества объекта и физических
условий, в которых он находится. Эти различия
и позволяют идентифицировать объекты
на снимке. Даже у объектов одного типа
соотношение между поглощенным, отраженным
и пропущенным излучением зависит от длины
волны.
Поскольку множество
систем дистанционного зондирования работает
в тех спектральных диапазонах, где
доминирует отраженное излучение, отражательные
свойства различных объектов играют очень
важную роль при их идентификации.
Отражательные свойства
земной поверхности можно охарактеризовать,
измерив относительную долю энергии отраженного
излучения как функцию длины волны. Эта
функция называется спектральной отражательной
способностью и определяется как отношение
энергии отраженного излучения к энергии
падающего излучения. [5]
По спектральной яркости в видимом диапазоне все объекты
земной поверхности делят на несколько
классов, каждый из которых отличается
по характеру спектральной отражательной
способности.

I. Горные породы
и почвы характеризуются увеличением коэффициентов
спектральной яркости по мере приближения
к красной зоне спектра. Спектральная
яркость горных пород зависит от входящих
в их состав минералов и элементов, а почв
– от содержания соединений железа и гумуса.
На отражательную способность горных
пород влияют также запыленность, различные
поверхностные выцветы и корки. При повышении
влажности почв их яркость уменьшается
(при полном насыщении водой – в два раза),
но характер кривой спектральной отражательной
способности не меняется.
II. Растительный покров отличается характерным максимумом
отражательной способности в зеленой
(0,55 мкм), минимумом – в красной (0,66 мкм)
и резким увеличением отражения в ближней
инфракрасной зоне. Низкая отражательная
способность вегетирующих растений в
красной зоне связана с поглощением, а
ее увеличение в зеленой зоне – с отражением
этих лучей хлорофиллом. Большие коэффициенты
яркости в ближней инфракрасной зоне объясняются
пропусканием этих лучей хлорофиллом
и отражением их от внутренних тканей
листа. Спектральная яркость растений
меняется с их возрастом: она выше у молодых
растений и ниже у находящихся в стадии
полной зрелости. Из всех объектов суши
растительный покров имеет наиболее информативные
спектральные характеристики, которые
чутко реагируют на его изменчивость.

III. Водные поверхности характеризуются самыми низкими значениями
и монотонным уменьшением отражательной
способности от сине-фиолетовой к красной
зоне спектра, поскольку длинноволновое
излучение сильнее поглощается водой.
Отражательная способность водных объектов
сильно зависит от содержания в воде фитопланктона
и ее загрязнения – наличия взвешенных
частиц, нефтяной пленки и т.д.
IV. Снежный покров обладает наиболее высокими значениями
коэффициентов спектральной яркости с
небольшим их понижением в ближней инфракрасной
зоне спектра. Загрязнение снега и содержание
в нем воды также приводят к изменениям
отражательной способности. При насыщении
снега водой отражение ближнего и среднего
инфракрасного излучения резко падает.
Близки к этому классу по характеру отражения
облачные образования, которые имеют несколько
узких полос поглощения в длинноволновой
части спектра.
Таким образом, спектральная
отражательная способность зависит
от свойств объектов, их состояния, а также
от сезона. [9]

Рефераты:  Уход за умирающим. Руководство для ухаживающих за больными

2.3. Влияние атмосферы на регистрируемое
излучение

Излучение, прежде чем
попасть на регистрирующий прибор,
расположенный на некоторой высоте
над земной поверхностью, должно пройти
сквозь атмосферу – смесь газов,
в которой взвешены твердые и
жидкие частицы. Основная масса атмосферы сосредоточена
в нижних приземных слоях (до 10 км). Выделяют
три основных типа взаимодействия излучения
с атмосферой: поглощение, перенос и рассеивание.
Излучение, прошедшее через атмосферу,
затем отражается или поглощается земной
поверхностью.

При распространении
электромагнитного излучения через
атмосферу оно частично поглощается
молекулами различных газов. Наибольшей
способностью к поглощению солнечного
излучения обладают озон (О3), пары воды (Н2О) и углекислый
газ (СО2). Для дистанционного зондирования
используют только те диапазоны длин волн,
которые лежат вне основных интервалов
поглощения. Такие диапазоны называются окнами прозрачности атмосферы
(рис. 4). К ним относятся окно прозрачности
в видимом и инфракрасном диапазоне от
0,4 до 2,0 мкм, в котором «работают» оптические
сенсоры и человеческое зрение, а также
три окна прозрачности в тепловом инфракрасном
диапазоне: два узких окна вблизи 3 и 5 мкм
и одно относительно широкое в интервале
приблизительно от 8 до 14 мкм. [12]

Рис. 4 Прозрачность атмосферы для
оптических и радиоволн

Большое окно прозрачности
в зоне 50 мкм в аэрокосмическом
зондировании пока не используется из-за
отсутствия приемников излучения. В микроволновом диапазоне при длинах волн свыше 1
– 2 мм атмосфера опять становится прозрачной.
Метровые радиоволны беспрепятственно
проходят всю толщу атмосферы. С дальнейшим
увеличением длины радиоволн усиливается
их отражение от ионизирующих слоев атмосферы
и волны с длиной волны свыше 10 м уже не
могут проникнуть сквозь ионосферу. Для
радиоволн этих длин атмосфера полностью
непрозрачна.
Причиной рассеивания
является изменение направления
распространения электромагнитных
волн из-за их взаимодействия с молекулами
газов и присутствующих в атмосфере
частиц. Величина рассеивания зависит от длины волны
электромагнитного излучения, количества
частиц и концентрации атмосферных газов,
а также длины пути распространения излучения
через атмосферу. В диапазоне видимого
света доля рассеянного излучения при
регистрации сенсором составляет от 100%
при сплошной облачности, до 5% при абсолютно
ясном небе. Выделяют три типа рассеивания
в атмосфере. Интенсивность избирательного
рассеяния молекулами атмосферных газов
(так называемое рассеяние Релея) очень
быстро возрастает с уменьшением длины
волны излучения. Наиболее сильно молекулами
рассеивается коротковолновое оптическое
излучение (этим объясняется голубизна
неба). Аэрозольное рассеяние (рассеяние
Ми) при размерах частиц больше длины волны
неизбирательно рассеивает все падающее
излучение. Оно оказывает значительно
большее влияние на результаты аэрокосмических
съемок, чем молекулярное. [9]

3. КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ ПРИРОДНЫХ
РЕСУРСОВ И МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Информацию о расположенных
на земной поверхности объектах и их свойствах
можно получить, измеряя параметры собственного
излучения Земли и отраженного электромагнитного
излучения Солнца, которые зависят от
физических, химических и биологических
свойств изучаемых объектов. Измерения
проводят с помощью сенсоров, которые
устанавливают на стационарных или движущихся
платформах. Для решения разных прикладных
задач используют разные сенсоры, а платформами
для их размещения могут служить искусственные
спутники Земли.
Космические платформы, в качестве которых
используют искусственные спутники Земли,
предназначены, прежде всего, для периодической
съемки изучаемой территории. В данный
момент работает около 15 спутников. Съемка
производится в широком спектральном
диапазоне и с различным пространственным
разрешением от долей метра до нескольких
километров. Благодаря этому космические
снимки нашли широкое применение в самых
разных областях научной и хозяйственной
деятельности. [8]

3.1. Классификация ресурсных спутников

В космических системах изучения природных
ресурсов Земли в качестве основных сенсоров
дистанционного зондирования используются оптические камеры, обеспечивающие
высокое пространственное разрешение
получаемых снимков в полосе обзора около
100 км. Различают три основных типа оптических
датчиков ДЗЗ: телевизионные камеры, оптические
камеры с механическим сканированием,
оптико-электронные камеры на ПЗС.
Телевизионные
системы работают в том же спектральном диапазоне
(0.4 – 0.9 мкм), что и фотографические камеры.
Системы такого типа применялись для проведения
съемки с высоким пространственным разрешением
преимущественно на первых искусственных
спутниках Земли ДЗ типа Landsat первого поколения.
На современных космических аппаратах
телевизионные камеры используются редко
и в основном для получения изображений
со средним разрешением.
Преимуществом оптических камер с механическим
сканированием по сравнению с телевизионными датчиками
является более широкий спектральный
диапазон съемки: от ультрафиолетового
до теплового инфра-красного (0.3–14мкм).
При этом развертка вдоль строки изображения
обеспечивается качающимся или вращающимся
зеркалом, а в поперечном направлении
– за счет движения спутника. Оптико-механические
сканеры размещаются, например, на ИСЗ
Landsat-4,5 (аппаратура MSS, ТМ, ЕТМ). Основным
недостатком устройств такого типа является
наличие механического сканирующего зеркала,
ограничивающего точность географической
привязки получаемых изображений и снижающего
долговечность и надежность устройства
в целом.
В оптико-электронных камерах на приборах с зарядовой связью (ПЗС),
получивших наименование «push-broom scanner»,
элементы с механическим сканированием
не используются. Строка изображения в
одном спектральном диапазоне формируется
при помощи линейной матрицы (линейки)
детекторов на ПЗС, ориентированной перпендикулярно
направлению полета спутника. Строчная
развертка изображения производится путем
последовательного электронного включения
детекторов, причем сигнал с каждого детектора
накапливается в течение определенного
интервала времени, определяющего ширину
элемента разрешения на местности и чувствительность
камеры. Период опроса всей линейки выбирается
таким образом, чтобы обеспечить непрерывный
переход от одной полосы сканирования
к другой. Высокая геометрическая точность
изображения поперек направления полета
достигается выравниванием расположения
ПЗС на линейке. Оптико-электронные камеры
на ПЗС находят широкое применение как
в многофункциональных спутниках дистанционного
зондирования типа Spot, Irs, Adeos, «Ресурс-О»
и других, так и в «малых» космических
аппаратах дистанционного зондирования
Земли.
Данные, получаемые при помощи оптических
датчиков с высоким пространственным
разрешением, используются при решении
большого числа тематических задач, включая,
например, измерение протяженности и классификация
растительного покрова, определение состояния
сельскохозяйственных культур, геологическое
картирование, контроль эрозии почв и
т.д. Однако область применимости этих
данных несколько ограничивается тем,
что получение качественных оптических
снимков возможно только на освещенной
части поверхности Земли в ясную, безоблачную
погоду [5].
Наиболее известными космическими
системами природно-ресурсного направления
являются российская система Ресурс,
американская – Landsat и французская
– Spot.

3.2. Система изучения природных ресурсов
Земли LANDSAT

Космические аппараты серии LANDSAT разрабатываются и изготавливаются
американской корпорацией General Electric (впоследствии
Electric Astro Space) с участием фирм RCA Astro Electronics,
Computer Scientist Corp и других организаций.
Первый спутник LANDSAT-1 (первоначальное название ERTS-1 – Earth Resources Technology Satellite)
был запущен Национальным управлением
США по аэронавтике и исследованию космического
пространства (НАСА) 23 мая 1972 года. В 1983
году программа LANDSAT была передана в ведение
Национального управления по исследованию
океана и атмосферы (НОАА), а с 1985 года снимки
из фонда LANDSAT стали предоставляться потребителям
на коммерческой основе.
Все спутники LANDSAT выводились на субполярные солнечно-
синхронные орбиты. Высота орбит первых
трех спутников составляла 900 км, а период
повторяемости съемки равнялся 18 дням.
Следующие спутники этой серии выводились
на орбиты высотой 705 км с периодом повторной
съемки 16 дней. За это время спутник может
покрыть сканерной многозональной съемкой
всю поверхность Земли. Цифровая информация
со спутников по радиоканалам передается
на наземные пункты приема, которые оборудованы
во многих странах. Результаты съемок,
прошедшие предварительную компьютерную
обработку, представляют в цифровом виде.
Служба распространения архивированных
снимков через сеть Интернет делает их
доступными потребителям разных стран.
Снимки со спутников LANDSAT, на которых отчетливо
изображаются природно-территориальные
комплексы – сельскохозяйственные поля,
городские населенные пункты, применяются
во многих странах мира для геологических,
географических, экологических исследований
и тематического картографирования. [16]
Структура системы LANDSAT представлена на рис. 5.

Рефераты:  Устойчивость функционирования объектов экономики - Рефераты

Рис. 5 Структура системы Landsat

Характеристики спутников
серии LANDSAT представлены в таблице 1.

Таблица 1- Характеристики спутников серии LANDSAT

ХарактеристикиСпутник
Landsat-1Landsat-2Landsat-3Landsat-4Landsat-5Landsat-6Landsat-7
Дата запуска23 июля 1972 г.22 января 1975 г.5 марта 1978 г.16 июля 1982 г.1 января 1984 г.5 октября 1993 г.15 апреля 1999 г.
Высота орбиты, км901900900705705705705
Тип орбитыСолнеч-но-син-хроннаяСолнеч-но-син-хроннаяСолнеч-но-син-хроннаяСолнеч-но-син-хроннаяСолнеч-но-син-хроннаяСолнеч-но-син-хроннаяСолнеч-но-син-хронная
Наклонение, град.91919198,298,298,298,2
Период обращения,мин1031031039998,898,998,9
Время пересечения плоскости
экватора
9:429:429:429:459:4510:0010:00
Период повторяемости
съемки, дни
18181816161616
СенсорMSS, RBVMSS, RBVMSS, RBVMSS, TMMSS, TMPAN, TM (ETM)ETM
TM
Thermal
PAN
Размер сцены, км185185185185185185185
Разрешение, м808040, 80, 12030, 80, 12030, 80, 12015, 30, 12015, 30, 60
Кол-во спектральных каналов776111188

В настоящее время на орбите остались
только 2 спутника – LANDSAT-5 и LANDSAT-7, которые
продолжают обеспечивать высококачественные
изображения поверхности Земли. LANDSAT-7
– последний из спутников дистанционного
зондирования Земли, запущенный в 1999 году в рамках программы Landsat (рис.6). [9]

Рис. 6 Спутник Landsat — 7: 1 – антенны
для передачи радиосигнала;
2 – калибровочное
устройство; 3 – многозональный сканер ETM

В качестве целевой аппаратуры
на ИСЗ Landsat-7 установлена многоспектральная камера
ЕТМ со следующими техническими характеристиками:

Наземный сегмент системы
включает в себя следующие элементы:
1. Центр управления SOCC (Spacecraft Operations Control
Center, шт. Мэриленд), обеспечивающий планирование
работы бортовой аппаратуры, а также обработку
данных ДЗЗ и телеметрии с ИСЗ системы
LANDSAT.
2. Станции управления космическими аппаратами.
3. Центры приема заявок от
потребителей и обработки поступающих данных ДЗЗ, находящиеся в Центре им.
Годдарда, и при штаб-квартире фирмы EOSAT
(шт. Мэриленд).
4. Станции сбора данных на территории США
и зарубежные приемные станции.
5. Центр хранения и учета
данных ДЗЗ, полученных системой LANDSAT, EROS Data Center (шт. Южная Дакота).
Всего в системе EOSAT используется 21 станция приема информации
со спутников Landsat. Значительная часть
станций может также принимать информацию
дистанционного зондирования с французских
космических аппаратов серии Spot. Станции,
расположенные в Италии, Швеции и на Канарских
островах, обслуживают страны, входящие
в Европейское космическое агентство
ESA: Австрию, Бельгию, Великобританию, Данию,
Исландию, Испанию, Италию, Нидерланды,
Норвегию, Францию, Швейцарию, Швецию,
а также Венгрию, Израиль, Польшу и Финляндию
[5].

3.3. Система изучения природных ресурсов
Земли SPOT

Французская космическая система изучения природных
ресурсов Земли SPOT (Systeme Probatoire d’Observation de
la Terre) активно функционирует с февраля
1986 г. Система преимущественно используется
для получения информации дистанционного
зондирования, необходимой для решения
задач картографирования, землепользования,
сельского и лесного хозяйства, планирования
градостроительства, для составления
цифровых карт местности и контроля за
изменениями состояния окружающей среды.
Структура системы SPOT представлена на рис. 7.

Рис. 7 Структура
системы SPOT

Спутники SPOT создаются и выводятся на орбиту Национальным
центром космических исследований Франции
(CNES) в сотрудничестве с Бельгией и Швецией.
Спутники этой серии открыли новую эпоху
в области дистанционного зондирования
благодаря использованию линейки сенсоров,
обеспечивающей широкую полосу съемки.
[8]
Установленные на спутниках SPOT сенсоры
позволяют осуществлять прицельную съемку.
Это дает возможность выполнять стереосъемку
земной поверхности с соседних витков,
что позволяет создавать модели рельефа
и имеет огромное значение для дешифрирования
и картографирования. Еще одним преимуществом
оптической системы сенсора с отклонением
оси съемки на 27° от направления в надир является возможность
проводить съемку одного и того же участка
с наибольшей частотой (рис. 8). Это важно
при мониторинге динамических явлений.
В результате, период съемки в экваториальных
областях сокращается до трех дней. В интервале
широт от 40° до 45°, количество повторных съемок увеличивается
в 11 раз. Все спутники SPOT выводились на
солнечно-синхронные орбиты высотой 822
км с периодом съемки 26 дней и местным
временем пересечения экваториальной
плоскости 10 ч 30 мин. К настоящему моменту
на орбиту выведено пять спутников серии
SPOT. [9]

Рис. 8 Космическая съемка земной
поверхности со спутника SPOT:
a – в надир; б – с отклонением
направления съемки

Первые три спутника
этой серии были полностью идентичны.
Они оснащались съемочной оптической
системой HRV (Visible High Resolution), устройствами
записи данных на магнитную ленту и системой
передачи данных на наземные станции.
Каждый сенсор HRV можно использовать для
получения как снимков во всей видимой
части спектра (режим Р), так и многоспектральных
снимков в зеленом, красном и инфракрасном
диапазонах (режим XS). Пространственное
разрешение панхроматических снимков
составляет 10 м, многоспектральных – 20
м. Главным элементом оптической системы
сенсора HRV является плоское зеркало, которое
может поворачиваться на угол ±27° (45 угловых положений с интервалом 0,6°). В результате, каждый сенсор способен
вести съемку в полосе 475 км по обе стороны
от трассы.
На спутнике второго
поколения, SPOT-4, была установлена усовершенствованная
съемочная система, состоящая из двух
оптических сенсоров HRVIR (Visible and Infrared High-Resolution)
и сенсора VEGETATION. Сенсоры HRVIR обеспечивают
то же пространственное разрешение и те
же возможности отклонения угла съемки,
что аппаратура HRV. Различие между ними
состоит в том, что у сенсора HRVIR есть дополнительный
канал регистрации излучения в среднем
инфракрасном диапазоне (1,980 – 1,730 мкм).
Этот канал используют для мониторинга
растительного покрова, оценки содержания
различных минералов и картографирования
влажности почв. Новый сенсор VEGETATION оснащен
широкоугольной радиометрической камерой
для получения снимков в четырех спектральных
диапазонах: синем, красном, ближнем и
среднем инфракрасном. Благодаря широкой
полосе охвата в 2250 км можно провести съемку
практически всей поверхности Земли всего
за один день.
На спутнике SPOT-5 вместо сенсоров HRVIR были установлены
два сенсора HRG (High Resolution Geometric), которые
регистрируют данные в тех же спектральных
диапазонах, что и сенсоры HRVIR. Одно из
отличий новых сенсоров состоит в увеличении
разрешения снимков с 20 до 10 м в диапазонах
Bl, В2 и ВЗ (табл.2). Кроме того, спектральный
диапазон панхроматического канала стал
снова таким же, как и у первых трех спутников
серии SPOT, но разрешение черно-белых снимков
увеличилось при этом до 5 и даже 2,5 м. Таким
образом, все снимки HRG можно разделить
в зависимости от их разрешения на четыре
категории:
1. Снимки в коротковолновом инфракрасном
диапазоне (канал SWIR) с разрешением 20 м;
2. Многозональные снимки в зеленом, красном
и ближнем инфракрасном диапазонах с разрешением
10 м;
3. Панхроматические снимки с разрешением
5 м;
4. Искусственно синтезированные панхроматические
снимки с разрешением 2,5 м.
С помощью нового сенсора HRS (High Resolution Stereoscopic) получают
стереопары снимков (с отклонением оси
съемки вперед-назад) с разрешением 10 м
при ширине полосы охвата 120 км и полосе
съемки 600 км. Эти снимки используются
для построения цифровых моделей. Максимальный
угол отклонения оси съемки у сенсоров
HRS составляет 20 градусов. Сенсоры VEGETATION,
установленные на спутнике SPOT-5, ничем
не отличаются от своего аналога на спутнике
SPOT-4. [16]

Рефераты:  Экономическая среда функционирования организации

Таблица 2- Параметры орбиты и характеристики сенсоров
спутника SPOT-5

Параметры орбитыХарактеристики
сенсоров
Тип орбитыСубполярная
солнечно-
синхронная
HRG
Высота орбиты822 км
Наклонение98,7°Режим
съемки
КаналСпектральный диапазон,
мкм
Разреше-ние, м
Период обращения101 минМногозо-нальныйВ10,50 – 0,5910
В20,61 – 0,6810
Время пересечения экватора10:30 (местное стандартное
время США)
В30,78 – 0,8910
Период повторного выхода
на точку
26 днейSWIR1,58 – 1,7520
Ширина полосы съемки117 км (60 км на каждый HRG, 3 км перекрытие)Панхрома-тическийPAN0.548 – 0.7105, 2,5
HRS
Панхрома-тическийPAN0,51 – 0,7310
Сенсор VEGETATION такой же, как на спутнике SPOT-4

В состав наземного сегмента
системы SPOT входят следующие элементы:
1. Центр управления в Тулузе (Франция),
обеспечивающий функционирование ИСЗ
на орбите, перепрограммирование бортовой
аппаратуры, прием и предварительную обработку
информации ДЗЗ.
2. Две главные наземные станции
приема информации ДЗЗ: станция SRIS-T (Station de Reception des Images Spatiales) во Франции
и станция SRIS-K в Швеции.
3. Наземная станция SRIP (Station de Reception des Pastel) в Тулузе, обеспечивающая
прием информации дистанционного зондирования
по оптической линии через геостационарный
ИСЗ Artemis с использованием оборудования
PASTEL.
4. Центр предварительной
обработки и архивирования данных в Тулузе АРС (Archive and
Preprocessing Center), обеспечивающий выполнение
заявок потребителей информации ДЗЗ.
5. Центр предварительной
обработки данных CRIS-K (Centre dе Rectification des Images Spatiales) в Швеции.
6. Станции непосредственного
приема информации SDRS (Spot Direct Receiving Stations), обеспечивающие
прием только информации и находящиеся
в Канаде, Индии, Канарских о-вах, Бразилии,
Таиланде, Японии, Пакистане, Ю.Африке,
Саудовской Аравии, Австралии, Израиле,
Эквадоре, Италии, Индонезии, Тайване.
7. Организация Spot Image и ее филиалы, ответственные за
коммерческое использование космической
информации ДЗЗ.
Область приема каждой из
двух главных станций SRIS-A и SRIS-K охватывает зону радиусом в
2.5 тыс.км. Совместно эти станции контролируют
Северную Европу, Северную Америку, Южную
Европу, Северную Африку и принимают за
один год порядка 500 тыс. изображений. [5]

3.4. Российская космическая система
Ресурс

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

Рис. 8 Космические
аппараты Ресурс-Ф (а) и Ресурс-О (б):
1 – корректирующая
двигательная установка; 2 – спускаемый
аппарат;
3 – приборный
отсек; 4 – фотоаппаратура; 5 – система ориентации;
6 – многозональный
сканер среднего разрешения МСУ-СК;
7 – солнечные батареи;
8 – многозональный сканер
высокого разрешения МСУ-Э

Спутники Ресурс-Ф рассчитаны на детальную фотосъемку
местности с высот 200 – 300 км в течение
нескольких недель с возвращением спускаемого
аппарата с отснятой фотопленкой на Землю.
Спутники оперативного наблюдения, на
которых установлены съемочные сканеры,
работая в течение нескольких лет на орбитах
высотой 600 – 900 км, быстро и регулярно
передают видеоинформацию по радиоканалам
на наземные пункты приема. Созданы пункты
приема двух классов – стационарные с
антеннами большого диаметра, обеспечивающие
высокоскоростную регистрацию больших
потоков информации и, следовательно,
сравнительно высокое качество снимков,
и упрощенные с небольшими антеннами,
позволяющими оперативно получать снимки,
но обычно пониженного качества, на метеостанциях,
ледокольных судах, в службах охраны лесов
и т.д.
Вся обработка видеоинформации,
полученной со спутников, делится на предварительную (межотраслевую)
и тематическую (отраслевую). Предварительная
обработка заключается в приведении материалов
космических съемок к виду, наиболее пригодному
для последующего тематического анализа
и интерпретации отраслевыми потребителями.
Она предусматривает устранение неизбежных
искажений и помех снимков, обусловленных
как техническими причинами, так и природными
факторами. Это так называемая коррекция снимков, которая
бывает геометрической и радиометрической. [8]
Геоинформация, поставляемая системой Ресурс, используется
и народнохозяйственных, научных, учебных
целях. Наиболее целесообразно применение
космических снимков для комплексного
изучения и картографирования природных
ресурсов, экологического мониторинга
и создания ГИС (географических информационных
систем) крупных регионов.
15 июня 2006 года был
запущен космический аппарат Ресурс-ДК с помощью ракеты-носителя
«Союз-У» с космодрома Байконур. Спутник
входит в состав оперативного космического
комплекса детального оптико-электронного
наблюдения земной поверхности, создаваемого
Государственным научно-производственным
ракетно-космическим центром «ЦСКБ-Прогресс».
В зависимости от целевого применения
спутник может эксплуатироваться на околокруговых
или эллиптических рабочих орбитах с наклонениями
64,8°; 64,9°; 70,0°; 70,4°. Рабочая орбита спутника
– эллиптическая и составляет 350 – 604 км.
Спутник позволяет получать цифровые
изображения земной поверхности с пространственным
разрешением 1 м в панхроматическом режиме
(один канал) и в трех узких спектральных
диапазонах с разрешением 2 – 3 м в мультиспектральном
режиме. (табл.3)

Таблица3-Основные технические характеристики

Дата запуска: 15 июня 2006
г.
Режимы:ПанхроматическийМультиспектральный
Спектральный диапазон
(мкм):
0,58-0,80зеленый: 0,50-0,60
красный: 0,60-0,70
ближний ИК: 0,70-0,80
Пространственное разрешение:1 м2-3 м
Максимальное отклонение
от надира
30°
Ширина полосы захвата:от 4,7 до 28,3 км
Скорость передачи данных
на наземный сегмент:
75, 150, 300 Мбит/сек
Радиометрическое разрешение10 бит на пиксел
Периодичность съемки6 дней
Возможность получения
стереопары
С соседних витков

Области применения данных
дистанционного зондирования, полученных
со спутника Ресурс-ДК:
1. Создание и обновление топографических
и специальных карт и планов вплоть до
масштаба 1:5 000.
2. Инвентаризация и контроль строительства
объектов инфраструктуры транспортировки
и добычи нефти и газа.
3. Выполнение лесоустроительных работ,
инвентаризация и оценка состояния лесов.
4. Инвентаризация сельскохозяйственных
угодий, создание планов землепользования.
5. Обновление топографической подосновы
для разработки проектов генеральных
планов перспективного развития городов,
схем территориального планирования муниципальных
районов.
6. Инвентаризация и мониторинг состояния
транспортных, энергетических, информационных
коммуникаций.

На конец 2021 года намечен
запуск нового российского спутника Ресурс-П. По сравнению со спутником Ресурс-ДК
срок активной работы нового космического
аппарата увеличен с трех до пяти лет.
Кроме того, аппарат отличается большей
производительностью и большим разрешением
съемки. В Ресурсе-П будет применяться
матрица с размерами ячейки пикселя меньше,
чем у матриц, применяемых на подобных
зарубежных спутниках. При необходимости
спутник сможет производить съемку с разрешением
менее метра. Широкополосная аппаратура
позволит увеличить полосу захвата до
100 км и более. Кроме того, на Ресурсе-П
будет установлен гиперспектрометр с
96 спектральными каналами, что позволит
получать более точную информацию о месторождениях
нефти и газа, определять данные почвы,
всхожесть посевов и другие показатели,
необходимые в народном хозяйстве. [19]

4. Применение данных дистанционного зондирования

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

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

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

и т.д……………..

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.

Оцените статью
Реферат Зона
Добавить комментарий