Космические системы изучения природных ресурсов и монито­ринга окружающей среды

Космические методы базируются на дли­тельной работе регулярно пополняемых группировок спутников — спутниковых систем, которые включают сложную инфраструкту­ру, обеспечивающую функционирование космических аппаратов на орбите (центры управления полетом и съемкой), прием ин­формации (наземные пункты приема, спутники-ретранслято­ры), ее хранение и распространение (центры первичной обработ­ки, архивы снимков).

В 60-х годах XX в. в числе первых, наряду с обзорными метео­рологическими системами, были созданы космические съемоч­ные системы детальной фоторазведки военных ведомств США (спутники-съемщики с аппаратурой КеуНо1е — «замочная сква­жина») и СССР (спутники-съемщики Зенит). Затем начали фун­кционировать космические съемочные системы, поставляющие пространственную геоинформацию широкому кругу гражданских потребителей, изучающих недра и морские акватории, оценива­ющих земельные, лесные и водные ресурсы, составляющих карты. Естественно, разные специалисты предъявляли неодинаковые требования к космической геоинформации по обзорности, опе­ративности, периодичности получения и главное — по простран­ственному разрешению. Большинству требуются многозональные космические снимки земной поверхности охватом 50 — 200 км с разрешением 10 — 30 м. Для одной группы потребителей необхо­дима оперативная доставка информации — в течение нескольких дней и даже часов, для другой приемлем срок в несколько меся­цев. Для осуществления мониторинга окружающей среды необхо­димы регулярные повторные съемки. В летних съемках нуждаются многие исследователи. Эти требования учитывались при создании национальных космических систем природно-ресурсного направ­ления, среди которых наиболее известны системы первого поко­ления — Ресурс (СССР), 1^ап<1$а1 (США) и французская система

8РОТ '(8а1е1Ш:е Роиг ГОЬзегуайоп с!е 1а Тегге). За четверть века регу­лярно запускаемые спутники каждой из этих систем многократно покрыли съемками всю нашу планету, дав миллионы снимков, образовавших их глобальный фонд.

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-Фи оперативного наблюдения за сушей Ресурс-О (рис. 1.2) и океаном Океан-О. К работе в системе эпизодически привлека­лись пилотируемые космические корабли и орбитальные станции, а также специальные самолеты-лаборатории. Многоярусная сис­тема Ресурс предусматривала и наземный ярус в виде специаль­ных тестовых участков местности — полигонов — в различных при­родных зонах, предназначенных для отработки методов практи­ческого использования дистанционной видеоинформации.

Спутники Ресурс-Ф рассчитаны на детальную фотосъемку мес­тности с

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.

Геоинформация, поставляемая системой Ресурс, используется в 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.

Космическая американская система ЬапДяа! начала функцио­нировать в 1972 г., ее эксплуатация предусматривала поочеред­ный вывод на орбиту по одному спутнику с расчетным сроком функционирования несколько лет (рис. 1.4). За 16 дней спутник может покрыть сканерной многозональной съемкой всю поверх­ность Земли. Цифровая информация со спутников по радиокана­лам передается на наземные пункты приема, которые оборудова­ны во

Рис. 1.4. Спутник Ьап<1за1-7:

многих странах (рис. 1.5). 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 Ьапс1$а1, 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.

Космическая французская система 8РОТ начала функциони­ровать в 1986 г. Съемка выполняется с высоты 800 км двумя скане­рами в надир или в сторону от трассы полета спутника, что по­зволяет более часто производить повторную съемку (рис. 1.6). Ин­формация, передаваемая по радиоканалам, принимается двумя

Рис. 1.5. Зоны приема наземными станциями снимков со спутника

Рис. 1.6. Космическая съемка земной поверхности со спутника 5РОТ: а — в надир; 6 — с отклонением направления съемки

основными (во Франции и в Швеции) и более чем двадцатью региональными станциями приема. Снимки имеют сравнительно высокое разрешение — на них можно распознать отдельные го­родские здания. Космическая система 8РО Т обеспечивает значи­тельную часть мировой потребности в снимках такой детально­сти, которые используются для обновления топографических карт средних масштабов, для инвентаризации земельных, водных и лесных ресурсов.

Опыт эксплуатации космических систем первого поколения подтверждает, что съемки с орбитальных высот оказались весьма эффективными как для изучения Земли, так и для решения на­роднохозяйственных задач. Космическую съемку отличает боль­шая обзорность, возможность охвата труднодоступных террито­рий, оперативность получения информации. В то же время стало ясно, что рассчитывать на всемогущество космических методов было бы ошибкой; необходимо рациональное сочетание их с дру­гими методами исследований.

Ресурсные космические системы нового поколения. Космические технологии развиваются быстро: совершенствуются спутники, съе­мочная аппаратура, технологии съемки и обработки снимков. Каж­дый новый спутник поставляет снимки более совершенные, чем предыдущий. Но наступает время качественного скачка, переоцен­ки используемых методов, определения наиболее перспективных.

В результате функционирования в течение четверти века кос­мических систем первого поколения оказалось, что фотографи­ческие снимки не выдерживают конкуренции с новыми типами космической видеоинформации. Большие перспективы имеют снимки, оперативно получаемые цифровыми многозональными

сканерами и всепогодными радиолокаторами. Предполагают, что они обеспечат не только создание базовых картографических ос­нов ГИС различного уровня, но и регулярное обновление данных. Космические системы нового поколения можно разделить на системы, выполняющие глобальные съемки для исследования и мониторинга Земли в целом и локальные — для удовлетворения практических запросов.

Примером системы первого типа может служить разрабатывае­мая по инициативе НА5А (МаНопа! АегопаиНск апй 8расе Аёгшш-§1гаиоп — Управление США по аэронавтике и исследованию кос­мического пространства) в международной кооперации косми­ческая система глобального мониторинга ЕО8 (ЕаЛЬ ОЬзегушё Буклет — система наблюдения Земли), которая будет функциони­ровать в первые десятилетия XXI в. Она предназначена для комп­лексного планетарного дистанционного изучения Земли как еди­ной системы. Космическая система ЕО8 должна обеспечить науки о Земле глобальной многосенсорной информацией о всех сторо­нах жизни планеты — от химического состава атмосферы до дви­жения волн цунами в океане. Предусматривается функционирова­ние созвездий спутников, поставляющих информацию непрерыв­но (вплоть до 10-минутного интервала) в реальном масштабе вре­мени. Это позволит мировому сообществу перейти от регистрации опасных природных явлений к их предсказанию на основе про­гностического моделирования.

Локальные космические съемки будут оперативно выполняться спутниками с помощью цифровых сканеров, которые дают сним­ки, по детальности сопоставимые с аэроснимками, имеющие вы­сокие изобразительные и изме­рительные свойства и обеспе­чивающие получение трехмер­ных характеристик местности. Эти снимки пригодны для ка­дастра и инвентаризации, для изготовления среднемасштаб-ных и даже крупномасштабных карт, а также других точных гео­информационных продуктов.Показатратынасозданиеспутников и их эксплуатацию
велики; они не компенсируют­
ся средствами, получаемыми от
Рис. 1.7. Вариант будущей космиче- продажи снимков. Поэтому в
ской системы, включающей созвез- период коммерциализации этой
дне из девяти малых спутников, сферы удешевление будущих
функционирующих на трех орбитах космических систем — важней -

ределяющая направление их развития. Ее решению будет способ­ствовать переход к малым спутникам массой в сотни килограммов (рис. 1.7), а также создание спутников двойного назначения — военного и гражданского, обеспечивающих потребности как на­циональной безопасности, так и социально-экономического раз­вития страны. Космические системы нового поколения предпола­гают существенное расширение в нашей стране сети федераль­ных, региональных и отраслевых центров приема видеоинформа­ции со спутников.

Космическая разведка выполнялась и выполняется военными ведомствами многих космических держав. Для дешифрирования в этой области требуются снимки различного пространственного раз­решения (табл. 1.1). С помощью видовой разведывательной аппа­ратуры (фотографической, электронной, радиолокационной) по­лучают космические снимки небольшого охвата, но высокого (мет­рового и даже дециметрового) пространственного разрешения, в узких (несколько нанометров) спектральных съемочных зонах — способные точно зарегистрировать температуру и другие свойства не только природных, но и техногенных объектов. Во всех странах такая видеоинформация, получаемая в целях военной, а также коммерческой разведки, обычно недоступна широкому потреби­телю. Однако по прошествии определенного времени (иногда до­статочно продолжительного) результаты разведывательных кос­мических съемок поступают гражданским потребителям как кон­версионные. Для географических исследований это ценный фак­тический материал для ретроспективного анализа — необходимо­го элемента прогнозирования.

Дата добавления: 2014-01-06