Sergey Revnivykh, zástupce vedoucího ředitelství GLONASS, ředitel oddělení vývoje systému GLONASS, Akademik M.F. Rešetněv"
Snad neexistuje jediné odvětví hospodářství, kde by se již nepoužívaly technologie satelitní navigace – od všech druhů dopravy až po zemědělství. A oblasti použití se neustále rozšiřují. Přijímací zařízení navíc z velké části přijímají signály z nejméně dvou globálních navigačních systémů – GPS a GLONASS.
Stav problému
Náhodou se stalo, že využití GLONASS ve vesmírném průmyslu v Rusku není tak velké, jak by se dalo očekávat, vzhledem k tomu, že hlavním vývojářem systému GLONASS je Roskosmos. Ano, již mnoho našich kosmických lodí, nosných raket a horních stupňů má přijímače GLONASS jako součást palubního vybavení. Ale zatím jsou to buď pomocné prostředky, nebo se používají jako součást užitečného zatížení. Doposud se k provádění měření trajektorie, určování drah kosmických lodí v blízkosti Země používá synchronizace, ve většině případů se používají pozemní prostředky velitelsko-měřícího komplexu, z nichž mnohé již dávno vyčerpaly svou životnost. Kromě toho jsou měřicí přístroje umístěny na území Ruské federace, což neumožňuje zajistit globální pokrytí celé trajektorie kosmických lodí, což ovlivňuje přesnost oběžné dráhy. Použití navigačních přijímačů GLONASS jako součásti standardního palubního vybavení pro měření trajektorie umožní získat přesnost na oběžné dráze kosmických lodí na nízké oběžné dráze (které tvoří hlavní část orbitální konstelace) na úrovni 10 centimetrů při v libovolném bodě oběžné dráhy v reálném čase. Zároveň není potřeba zapojovat prostředky velitelsko-měřického komplexu do provádění měření trajektorie, vynakládat finanční prostředky na zajištění jejich provozuschopnosti a údržbu personálu. Pro řešení plánovacích problémů stačí mít jednu nebo dvě stanice pro příjem navigačních informací z letadla a jejich přenos do letového řídícího centra. Tento přístup mění celou strategii balistické a navigační podpory. Tato technologie je však již ve světě dobře rozvinutá a nepředstavuje žádné zvláštní potíže. Vyžaduje pouze rozhodnutí o přechodu na takovou technologii.
Značný počet kosmických lodí na nízké oběžné dráze tvoří družice pro dálkový průzkum Země a řešení vědeckých problémů. S rozvojem technologií a prostředků pozorování, zvyšováním rozlišení, se zvyšují požadavky na přesnost vazby přijímané cílové informace na souřadnice družice v době průzkumu. V aposteriorním režimu je pro zpracování obrázků a vědeckých dat v mnoha případech potřeba znát přesnost oběžné dráhy na úrovni centimetrů.
U speciálních kosmických lodí geodetické třídy (např. Lageos, Etalon), které jsou speciálně vytvořeny pro řešení zásadních problémů studia Země a zpřesňování modelů pohybu kosmických lodí, již bylo dosaženo centimetrové přesnosti drah. Je však třeba mít na paměti, že tato vozidla létají mimo atmosféru a jsou sférická, aby se minimalizovala nejistota poruch slunečního tlaku. Pro měření trajektorie se využívá celosvětová mezinárodní síť laserových dálkoměrů, která není levná a provoz nástrojů je značně závislý na povětrnostních podmínkách.
ERS a vědecké kosmické lodě létají převážně ve výškách do 2000 km, mají složitý geometrický tvar a jsou plně rušeny atmosférou a slunečním tlakem. Ne vždy je možné využít laserová zařízení mezinárodních služeb. Proto je úkol získat dráhy takových satelitů s centimetrovou přesností velmi obtížný. Vyžaduje se použití speciálních pohybových modelů a metod zpracování informací. Za posledních 10–15 let došlo ve světové praxi k významnému pokroku při řešení těchto problémů pomocí palubních vysoce přesných navigačních přijímačů GNSS (zejména GPS). Průkopníkem v této oblasti byla družice Topex-Poseidon (společný projekt NASA-CNES, 1992-2005, výška 1336 km, sklon 66), jejíž orbitální přesnost byla zajištěna před 20 lety na úrovni 10 cm (2,5 cm v poloměr).
V příštím desetiletí se v Ruské federaci plánuje vypuštění mnoha kosmických lodí ERS pro řešení aplikovaných problémů pro různé účely. Zejména pro řadu vesmírných systémů je vyžadována vazba cílové informace s velmi vysokou přesností. Jsou to úkoly průzkumu, mapování, sledování ledových podmínek, mimořádných situací, meteorologie, ale i řada zásadních vědeckých úkolů v oblasti studia Země a Světového oceánu, budování vysoce přesného dynamického modelu geoidu, v. -přesné dynamické modely ionosféry a atmosféry. Přesnost polohy kosmické lodi je již potřeba znát na úrovni centimetrů po celé oběžné dráze. Jde o zadní přesnost.
To už pro vesmírnou balistiku není snadný úkol. Snad jediným způsobem, který může poskytnout řešení tohoto problému, je použití měření z palubního navigačního přijímače GNSS a odpovídajících prostředků pro vysoce přesné zpracování navigačních informací na zemi. Ve většině případů se jedná o kombinovaný přijímač GPS a GLONASS. V některých případech mohou být předloženy požadavky na použití pouze systému GLONASS.
Experiment na vysoce přesném určování drah pomocí GLONASS
Technologie získávání velmi přesných souřadnic pomocí navigačních přijímačů geodetické třídy je u nás pro řešení geodetických a geodynamických problémů na zemském povrchu poměrně dobře vyvinuta. Jedná se o takzvanou technologii přesného polohování bodů. Charakteristickým rysem technologie je následující:
* pro zpracování měření navigačního přijímače, jehož souřadnice je třeba upřesnit, se nepoužívají informace z navigačních rámců signálů GNSS. Navigační signály se používají pouze pro měření vzdálenosti, především na základě měření nosné fáze signálu;
* Vysoce přesné orbity a korekce palubních hodin, které jsou získávány na základě nepřetržitého zpracování měření globální sítě stanic pro příjem navigačních signálů GNSS, se používají jako efemeridní časové informace navigačních kosmických lodí. Většinu řešení nyní používá Mezinárodní služba GNSS (IGS);
* měření navigačního přijímače, jehož souřadnice je třeba určit, se zpracovávají společně s vysoce přesnými informacemi o efemeridovém čase pomocí speciálních metod zpracování.
Výsledkem je, že souřadnice přijímače (fázový střed antény přijímače) lze získat s přesností několika centimetrů.
Pro řešení vědeckých problémů, jakož i pro úkoly správy půdy, katastru, stavebnictví v Rusku již několik let takové prostředky existují a jsou široce používány. Autor přitom dosud neměl informace o prostředcích, které dokážou vyřešit problémy s velmi přesným určením drah nízkooběžných kosmických lodí.
Iniciativní experiment provedený před několika měsíci ukázal, že máme prototypy takových prostředků a lze je použít k vytvoření standardních průmyslových prostředků vysoce přesné balistické a navigační podpory pro kosmické lodě na nízké oběžné dráze.
Výsledkem experimentu byla potvrzena možnost využití stávajících prototypů pro velmi přesné určení dráhy kosmické lodi LEO na úrovni několika centimetrů.
Pro experiment byla vybrána létající domácí družice ERS „Resurs-P“ č. 1 (blízkokruhová sluneční synchronní dráha s průměrnou výškou 475 km), vybavená kombinovaným navigačním přijímačem GLONASS / GPS. Pro potvrzení výsledku bylo opakováno zpracování dat pro geodetické sondy systému GRACE (společný projekt NASA a DLR, 2002-2016, výška 500 km, sklon 90), na jejichž palubě byly instalovány přijímače GPS. Vlastnosti experimentu jsou následující:
* pro posouzení schopností systému GLONASS pro určování dráhy kosmické lodi Resurs-P (celkový pohled je na obr. 1) bylo použito pouze měření GLONASS (4 sady palubních navigačních přijímačů vyvinutých JSC RIRV);
* pro získání oběžné dráhy kosmické lodi systému GRACE (celkový pohled je na obr. 2) bylo použito pouze měření GPS (měření jsou volně dostupná);
* Vysoce přesné efemeridy a korekce palubních hodin navigačních družic systémů GLONASS a GPS, které byly získány v IAC KVNO TsNIIMash na základě zpracování měření stanic globální sítě IGS (data jsou volně dostupné), byly použity jako pomocné informace. Odhad IGS přesnosti těchto dat je znázorněn na Obr. 3 a je cca 2,5 cm Umístění globální sítě GLONASS / GPS stanic služby IGS je na Obr. 4;
* prototyp hardwarového a softwarového komplexu, poskytující vysoce přesné určení oběžné dráhy kosmických lodí na nízké oběžné dráze (iniciativní vývoj JSC „GEO-MCC“). Ukázka také poskytuje dekódování měření palubních přijímačů kosmické lodi Resurs-P pomocí vysoce přesných efemeridních časových informací a zohlednění zvláštností provozu relace palubních přijímačů. Prototyp byl testován podle měření kosmické lodi systému GRACE.
Rýže. 1. Celkový pohled na kosmickou loď Resurs-P.
Rýže. 2. Celkový pohled na kosmickou loď systému GRACE.
Rýže. 3. Vyhodnocení přesnosti efemerid IAC KVNO TsNIIMash službou IGS. Přesnost asistenční informace o efemeridách navigační kosmické lodi GLONASS (označení - IAC, tmavě modré tečky na grafu) je 2,5 cm.
Rýže. 4. Umístění globální sítě stanic GLONASS / GPS mezinárodní služby IGS (zdroj - http://igscb.jpl.nasa.gov/network/iglos.html).
V důsledku experimentu byl získán bezprecedentní výsledek pro domácí balistickou a navigační podporu kosmických lodí na nízké oběžné dráze:
* S přihlédnutím k asistenčním informacím a reálným měřením palubních navigačních přijímačů kosmické lodi Resurs-P byla vysoce přesná dráha této sondy s přesností 8-10 cm získána pouze z měření GLONASS (viz obr. 5) .
* Pro potvrzení výsledku v průběhu experimentu byly provedeny podobné výpočty pro geodetické kosmické lodě systému GRACE, avšak s využitím GPS měření (viz obr. 6). Orbitální přesnost těchto kosmických lodí byla získána na úrovni 3-5 cm, což se plně shoduje s výsledky předních analytických center služby IGS.
Rýže. 5. Přesnost oběžné dráhy kosmické lodi „Resurs-P“ získaná z měření GLONASS pouze s použitím pomocných informací, odhadnutá z měření čtyř sad palubních navigačních přijímačů.
Rýže. 6. Přesnost oběžné dráhy kosmické lodi GRACE-B získaná z GPS měření pouze s využitím pomocných informací.
systém ANNKA první etapy
Na základě výsledků experimentu objektivně vyplývají následující závěry:
V Rusku existuje značné zpoždění domácího vývoje pro řešení problémů vysoce přesného určování drah kosmických lodí LEO na konkurenční úrovni se zahraničními centry zpracování informací. Na základě těchto podkladů nebude vytvoření stálého průmyslového balistického centra pro řešení takových problémů vyžadovat velké výdaje. Toto centrum bude schopno poskytovat všem zainteresovaným organizacím, které požadují vazbu na souřadnice informací z družic dálkového průzkumu Země, služby pro vysoce přesné určení drah libovolných družic dálkového průzkumu Země vybavených GLONASS a/nebo GLONASS/GPS satelitním navigačním zařízením. V budoucnu lze využít i měření čínského systému BeiDou a evropského Galileo.
Poprvé se ukazuje, že měření systému GLONASS při řešení vysoce přesných problémů může poskytnout přesnost řešení prakticky o nic horší než měření GPS. Konečná přesnost závisí především na přesnosti asistujících efemeridových informací a přesnosti znalostí pohybového modelu kosmické lodi na nízké oběžné dráze.
Prezentace výsledků domácích systémů dálkového průzkumu Země s vysoce přesným odkazováním na souřadnice dramaticky zvýší jeho význam a konkurenceschopnost (s přihlédnutím k růstu a tržním cenám) na světovém trhu s výsledky dálkového průzkumu Země.
Pro vytvoření první etapy systému asistované navigace pro kosmické lodě LEO (kódové označení je systém ANNKA) v Ruské federaci jsou tedy k dispozici (nebo jsou ve výstavbě) všechny komponenty:
* existuje vlastní základní speciální software, který umožňuje, nezávisle na operátorech GLONASS a GPS, přijímat vysoce přesné informace o efemeridovém čase;
* existuje prototyp speciálního softwaru, na jehož základě lze v co nejkratším čase vytvořit standardní hardwarový a softwarový komplex pro určování drah kosmických lodí LEO s přesností na centimetry;
* existují domácí vzorky palubních navigačních přijímačů, které umožňují vyřešit problém s takovou přesností;
* Roscosmos vytváří vlastní globální síť stanic pro příjem navigačního signálu GNSS.
Architektura systému ANNKA pro realizaci prvního stupně (posteriorní režim) je na Obr. 7.
Funkce systému jsou následující:
* příjem měření z globální sítě do centra zpracování informací systému ANNKA;
* tvorba vysoce přesných efemerid pro navigační družice systémů GLONASS a GPS (v budoucnu - pro systémy BeiDou a Galileo) v centru ANNKA;
* získávání měření palubního družicového navigačního zařízení instalovaného na palubě družice ERS pro nízkou oběžnou dráhu a jejich přenos do centra ANNKA;
* výpočet vysoce přesné oběžné dráhy kosmické lodi dálkového průzkumu Země v centru ANNKA;
* přenos vysoce přesné oběžné dráhy kosmické lodi dálkového průzkumu Země do centra zpracování dat pozemního speciálního komplexu systému dálkového průzkumu Země.
Systém lze vytvořit co nejdříve, a to i v rámci stávajících opatření federálního cílového programu údržby, rozvoje a využívání systému GLONASS.
Rýže. 7. Architektura systému ANNKA na prvním stupni (režim a posteriori), který zajišťuje určení drah kosmických lodí LEO na úrovni 3-5 cm.
Další vývoj
Další vývoj systému ANNKA směrem k implementaci režimu vysoce přesného určování a predikce dráhy nízkooběžných kosmických lodí v reálném čase na palubě může radikálně změnit celou ideologii balisticko-navigační podpory takových družic a zcela opustit využití měření pozemních prostředků velitelského a měřicího komplexu. Těžko říci o kolik, ale provozní náklady na balistickou a navigační podporu se výrazně sníží, s přihlédnutím k platbám za práci pozemních prostředků a personálu.
V USA vytvořila NASA takový systém před více než 10 lety na základě komunikačního satelitního systému pro řízení kosmických lodí TDRSS a dříve vytvořeného globálního vysoce přesného navigačního systému GDGPS. Systém byl pojmenován TASS. Poskytuje pomocné informace všem vědeckým kosmickým lodím a družicím dálkového průzkumu na nízkých oběžných drahách, aby bylo možné v reálném čase řešit úkoly určování palubní dráhy na úrovni 10-30 cm.
Architektura systému ANNKA na druhém stupni, který zajišťuje řešení problémů určování drah na palubě s přesností 10-30 cm v reálném čase, je znázorněna na Obr. osm:
Funkce systému ANNKA na druhém stupni jsou následující:
* příjem měření ze stanic pro příjem navigačních signálů GNSS globální sítě v reálném čase do centra zpracování dat ANNKA;
* tvorba vysoce přesných efemerid pro navigační družice systémů GLONASS a GPS (v budoucnu - pro systémy BeiDou a Galileo) v centru ANNKA v reálném čase;
* záložka vysoce přesných efemerid na SC-relé komunikačních systémů (neustále, v reálném čase);
* přenos vysoce přesných efemerid (pomocných informací) satelity-opakovači pro kosmické lodě ERS na nízké oběžné dráze;
* získání vysoce přesné polohy kosmické lodi dálkového průzkumu na palubě pomocí speciálního satelitního navigačního zařízení schopného zpracovat přijaté navigační signály GNSS spolu s asistenčními informacemi;
* přenos informací o cíli s vysoce přesným odkazováním do centra zpracování dat speciálního pozemního komplexu dálkového průzkumu.
Rýže. 8. Architektura systému ANNKA na druhém stupni (režim reálného času), který zajišťuje určení drah kosmických lodí LEO na úrovni 10-30 cm v reálném čase na palubě.
Analýza stávajících schopností, experimentální výsledky ukazují, že Ruská federace má dobré předpoklady pro vytvoření vysoce přesného asistovaného navigačního systému pro kosmické lodě na nízké oběžné dráze, který výrazně sníží náklady na řízení těchto vozidel a sníží zpoždění za vedoucím vesmírem. pravomoci v oblasti vysoce přesné navigace kosmických lodí při řešení naléhavých vědeckých a aplikovaných problémů. Aby bylo možné učinit nezbytný krok v evoluci řídicí technologie LEO SC, je nutné učinit pouze vhodné rozhodnutí.
Systém ANNKA první etapy lze vytvořit co nejdříve s minimálními náklady.
Pro přechod do druhé fáze bude nutné zavést soubor opatření, která by měla být zajištěna v rámci státních nebo federálních cílených programů:
* vytvoření speciálního komunikačního satelitního systému pro zajištění nepřetržitého řízení blízkozemních kosmických lodí, ať už na geostacionární dráze, nebo na nakloněných geosynchronních drahách;
* modernizace hardwarového a softwarového komplexu pro tvorbu pomocných efemeridových informací v reálném čase;
* dokončení vytvoření ruské globální sítě stanic pro příjem navigačních signálů z GNSS;
* vývoj a organizace výroby palubních navigačních přijímačů schopných zpracovávat navigační signály GNSS spolu s asistenčními informacemi v reálném čase.
Realizace těchto opatření je vážná, ale docela realizovatelná práce. Mohou jej provádět podniky URSC s přihlédnutím k již plánovaným aktivitám v rámci Federálního vesmírného programu a v rámci Federálního cílového programu pro údržbu, rozvoj a používání systému GLONASS, s přihlédnutím k odpovídajícím úpravy. Odhad nákladů na jeho vytvoření a ekonomického efektu je nezbytnou etapou, která by měla být provedena s přihlédnutím k plánovaným projektům na vytvoření vesmírných systémů komplexů pro dálkový průzkum Země, satelitních komunikačních systémů, vesmírných systémů a vědeckých komplexů. . Existuje absolutní jistota, že tyto náklady se vyplatí.
Na závěr autor vyjadřuje upřímné poděkování předním specialistům v oblasti domácí družicové navigace Arkadiji Tyulyakovovi, Vladimiru Mitrikasovi, Dmitriji Fedorovovi, Ivanu Skakunovi za organizaci experimentu a poskytnutí materiálů pro tento článek, mezinárodní službě IGS a jejím vůdcům - Urs Hugentoble a Ruth Nilan - pro příležitost plně využít měření globální sítě stanic pro příjem navigačních signálů a také všem, kteří pomáhali a nezasahovali.
vedoucí postavení Spojených států amerických jako světového lídra ve vývoji a používání systémů dálkového průzkumu Země (ERS). Hlavní úsilí státní regulace průmyslu dálkového průzkumu Země ve Spojených státech je zaměřeno na podporu rozvoje trhu
mechanismy.
Základním dokumentem v této oblasti je směrnice o vesmírné politice o využívání komerčních systémů dálkového průzkumu Země, schválená prezidentem Spojených států amerických
března 1994, která nastínila základy americké politiky v oblasti přístupu zahraničních zákazníků ke zdrojům amerických systémů dálkového průzkumu Země.
Nová politika má za cíl dále posílit vedoucí pozici v
svět amerických společností a pokrývá následující oblasti činnosti:
− udělování licencí k činnosti a fungování systému dálkového průzkumu Země;
− využití prostředků systému dálkového průzkumu Země v zájmu obrany, zpravodajství a
další ministerstva vlády USA;
− přístup zahraničních zákazníků (vládních i komerčních) ke zdrojům ERS, export technologií a materiálů ERS;
− mezivládní spolupráce v oblasti vojenského a komerčního snímkování vesmíru.
Hlavním cílem politiky je posílení a ochrana národní bezpečnosti Spojených států a zájmů země na mezinárodním poli posílením vedoucí pozice v
oblastí CS ERS a rozvoje národního průmyslu. Cílem politiky je stimulovat hospodářský růst, chránit životní prostředí a posilovat
vědeckou a technologickou dokonalost.
Nová směrnice také ovlivňuje komercializaci snímacích systémů.
Na nekomerční bázi se podle expertů technologie dálkového průzkumu nejenže nepodaří vyvinout, ale navíc Spojené státy (jako kteroukoli jinou zemi) uvrhnou daleko zpět od předních pozic ve světě. Materiály pro snímky vesmíru, podle vlády USA,
vládní ministerstva pro své potřeby s produkty systémů dálkového průzkumu Země získanými na komerční bázi. V tomto případě jeden z
hlavními cíli je zbavit národní zpravodajskou komunitu velkého množství požadavků na tyto produkty z různých ministerstev USA. Druhým, ale neméně důležitým úkolem nové vládní politiky v oblasti vesmíru je komercializace systémů dálkového průzkumu Země za účelem dalšího posílení předních světových
ustanovení amerických společností – provozovatelů vesmírných snímacích systémů. Směrnice určuje postup udělování licencí k činnostem systému dálkového průzkumu Země v
zájmy ministerstva obrany, zpravodajství a dalších resortů, např. ministerstva zahraničí apod. A také stanovuje určitá omezení pro zahraniční odběratele výrobků
systémy dálkového průzkumu Země a export technologií a materiálů pro něj a vymezuje základ pro mezivládní spolupráci v oblasti vojenských a komerčních typů
Kroky americké vlády posilují a chrání národní bezpečnost a vytvářejí příznivé prostředí pro zemi na mezinárodní scéně posílením vedoucí pozice Ameriky v oblasti
Dálkový průzkum Země a rozvoj vlastního průmyslu. Za tímto účelem vláda země
Nesmírné pravomoci byly uděleny americkému národnímu úřadu pro kartografii a zobrazování informací – NIMA, což je strukturální pododdělení americké zpravodajské komunity. NIMA je funkčně odpovědná za shromažďování a distribuci informací o druzích přijatých z vesmírných systémů dálkového průzkumu
vládní ministerstva a zahraniční spotřebitelé, příjem a distribuce
který se vyrábí pouze se souhlasem ministerstva zahraničí USA. Ministerstvo obchodu a NASA jsou pověřeny koordinací požadavků na produkty dálkového průzkumu Země v komerčním sektoru napříč oblastmi. To umožňuje použití stejných informací o druzích různými odděleními zajímajícími se o stejné oblasti průzkumu.
Civilní potřeby v oblasti dálkového průzkumu Země určují ministerstva obchodu,
Vnitřní a vesmírná agentura NASA. Rovněž vyčleňují příslušné finanční prostředky na realizaci projektů v této oblasti. Pomoc při realizaci
programy dálkového průzkumu civilní vlády poskytuje NIMA. Tento
organizace stojí rovněž v čele přípravy akčních plánů pro realizaci nové vesmírné politiky, na jejímž vývoji se kromě NIMA podílejí i ministři obrany, obchodu, ministerstvo zahraničí a ředitel ústřední rozvědky (současně a ředitel CIA).
Geoinovační agentura "Innoter"
Je charakteristické, že tyto otázky jsou řešeny zákonem, formou projednávání a přijímání zákonů. Bere se v úvahu, že takové vládní prostředky dálkového průzkumu Země, jako je Landsat,
Terra, Aqua a další budou využívány k řešení obranných a průzkumných úkolů, až bude pro operátora nerentabilní získávat informace pomocí komerčních systémů dálkového průzkumu Země. NIMA vytváří všechny nezbytné podmínky, aby americký průmysl získal konkurenční výhodu nad ostatními
zemí. Vláda USA zaručuje podporu pro rozvoj trhu systémů dálkového průzkumu Země, vyhrazuje si také právo omezit prodej generických produktů na určité
země v zájmu sledování vedoucí úlohy Spojených států v kosmickém ERS. Směrnice stanoví, že CIA a ministerstvo obrany musí sledovat jejich vlastní
metod a metod stavu rozvoje dálkového průzkumu Země v jiných zemích tak, aby průmysl USA neztratil své přední postavení ve světě na trzích prostředků dálkového průzkumu Země.
Vláda USA nezakazuje svému MO nakupovat materiály jakéhokoli druhu
od komerčních firem. Přímý přínos je jasný: není potřeba vypouštět nový nebo přesměrovávat stávající satelit dálkového průzkumu Země do vojenské oblasti zájmu. A účinnost se stává nejvyšší. To je to, co s radostí dělá americké ministerstvo obrany.
čímž se rozvíjejí obchodní struktury zabývající se vývojem a
pomocí systémů dálkového průzkumu Země.
Hlavní myšlenky nové vesmírné politiky:
− je právně stanoveno, že zdroje dat amerického družicového dálkového průzkumu budou k dispozici
v maximální míře využít pro řešení obrany, průzkumu
úkoly, zajištění vnitřní a mezinárodní bezpečnosti a v zájmu
civilní uživatelé;
− vládní systémy dálkového průzkumu Země (například Landsat, Terra, Aqua).
zaměřené na úkoly, které nemohou operátoři ČS efektivně řešit
Dálkový průzkum Země v důsledku ekonomických faktorů, zájmy zajištění národní
bezpečnostní nebo jiné důvody;
− navázání a rozvoj dlouhodobé spolupráce mezi
vládní agentury a americký letecký průmysl, poskytování operačního mechanismu pro licenční činnosti v oblasti provozu operátorů systémů dálkového průzkumu Země a vývozu technologií a materiálů dálkového průzkumu Země;
− vytváření podmínek, které poskytují americkému průmyslu konkurenční výhodu v poskytování služeb dálkového průzkumu Země zahraničí
vládní a komerční zákazníci.
Geoinovační agentura "Innoter"
Nová politika dálkového průzkumu Země je prvním krokem Bushovy administrativy k revizi americké vesmírné politiky. Je zřejmé, že přijetí dokumentu proběhlo s aktivními
lobbující letecké korporace, které s uspokojením přijaly nová pravidla hry. Předchozí politika definovaná směrnicí PDD-23 přispěla ke vzniku a rozvoji komerčních médií s vysokým rozlišením. Nový dokument garantuje státní podporu pro rozvoj trhu dálkového průzkumu Země, a
rovněž stanoví, že nové komerční projekty budou vyvíjeny průmyslem s přihlédnutím k potřebám konkrétních produktů určených civilním
a resorty obrany.
Dalším důležitým aspektem je, že se stát stává „mezinárodním tahounem“
obchodní informace ERS. Ve struktuře prodeje typových informací komerčních operátorů dříve převažovali zákazníci obrany a dalších vládních institucí.
Rozsah nákupů byl však relativně nízký a trh s prostorem
Materiály ERS se vyvíjely pomalu. V posledních letech, poté, co se objevila kosmická loď s vysokým rozlišením (0,5-1 m) pro dálkový průzkum, se situace začala měnit. Komerční systémy s vysokým a středním rozlišením jsou nyní považovány za kritický doplněk
vojenské vesmírné systémy, což umožňuje zvýšit efektivitu plnění zakázek
a výkonu integrovaného systému jako celku, k vymezení funkcí a rozšíření okruhu uživatelů konkrétních informací.
Za posledních 5–7 let se zobrazování druhů pomocí komerčních kosmických lodí stalo důležitým zdrojem aktuálních a vysoce kvalitních informací o druzích.
z několika důvodů:
− zdroje vojenských sledovacích systémů jsou omezené z důvodu rozšíření nabídky úkolů a počtu spotřebitelů, v důsledku čehož se snížila efektivita řešení úkolů průzkumné střelby;
− komerční produkce druhů se středním a nízkým rozlišením se stala dostupnější,
zavedením principů přímého vysílání a růstem nabídky služeb na mezinárodním trhu;
− Výrazně se rozrostl trh s obrazem ve vysokém rozlišení (až 1 m a lepším) a zvýšil se počet provozovatelů komerčních kamerových systémů, což vedlo ke zvýšení konkurence a snížení nákladů na služby;
− komerční specifické produkty nemají razítko tajemství, proto podléhají široké distribuci mezi nižší úrovně ozbrojených sil, velení spojeneckých sil, další resorty (MZV, MZV, pohraniční služba) a
dokonce i média.
Geoinovační agentura "Innoter"
Dne 31. srpna 2006 schválil americký prezident George W. Bush koncepci Národní vesmírné politiky USA, která představuje
základní principy, cíle, cíle a směry činnosti amerického vojensko-politického vedení, federálních ministerstev a resortů i komerčních struktur pro využití kosmického prostoru v národních zájmech. Tento dokument nahradil stejnojmennou prezidentskou směrnici z roku 1996.
Vydání „národní vesmírné politiky“ bylo způsobeno zvýšeným významem vesmírných systémů při zajišťování národní bezpečnosti Spojených států, a
také nutnost uvést realizovanou vesmírnou politiku do souladu s novými podmínkami situace.
Realizace vesmírných programů byla prohlášena za prioritní oblast činnosti. Současně bude americké vojensko-politické vedení
dodržovat několik níže uvedených základních zásad:
− všechny země mají právo svobodně využívat vesmír k mírovým účelům, což Spojeným státům umožňuje provádět vojenské a zpravodajské činnosti v národních zájmech;
− jakékoli nároky jsou zamítnuty jakákoli země pro výhradní použití vesmíru, nebeských těles nebo jejich částí, jakož i omezení práv Spojených států na takové aktivity;
− Bílý dům usiluje o spolupráci s VPR jiných států v rámci
mírové využití vesmíru za účelem rozšíření příležitostí a dosažení lepších výsledků při průzkumu vesmíru;
− Americká kosmická loď musí volně operovat ve vesmíru.
Spojené státy proto budou jakýkoli zásah do fungování svého Ústavního soudu považovat za zásah do svých práv;
− CS, včetně pozemních a kosmických složek, jakož i komunikačních linek podporujících jejich provoz, jsou považovány za životně důležité pro národní zájmy země.
PROTI V tomto ohledu Spojené státy:
− bránit svá práva na svobodné využívání vesmíru;
− odrazovat nebo odrazovat jiné země od jednání nebo vyvíjení prostředků k porušování těchto práv;
Metoda dálkového průzkumu Země
Dálkový průzkum Země je příjem jakýmkoli bezkontaktním
metody informací o zemském povrchu, objektech na něm nebo v jeho hlubinách.
Tradičně se pouze tyto metody odkazují na data dálkového průzkumu Země.
které umožňují získat z vesmíru nebo ze vzduchu obraz země
povrchy v jakékoli části elektromagnetického spektra (tj
elektromagnetické vlny (EMW).
Výhody metody dálkového průzkumu Země jsou
následující:
relevanci dat v době průzkumu (většina kartografických
materiály jsou beznadějně zastaralé);
vysoká účinnost získávání dat;
vysoká přesnost zpracování dat díky použití technologií GPS;
vysoký informační obsah (použití multispektrálních, infračervených a
radarové zobrazování vám umožňuje vidět detaily, které na konvenčních nejsou vidět
obrázky);
ekonomická proveditelnost (náklady na získání informací
prostřednictvím dat dálkového průzkumu Země výrazně nižší než terénní terénní práce);
schopnost získat trojrozměrný model terénu (terénní matici) pro
pomocí stereo režimu nebo metod zvuku lidar a,
v důsledku toho možnost provádět trojrozměrné modelování webu
zemský povrch (systémy virtuální reality).
Typy ozvučení podle zdroje signálu:
Typy ozvučení v místě zařízení:
Vesmírná fotografie (fotografická nebo optoelektronická):
panchromatické (častěji v jedné široké viditelné části spektra) – nejjednodušší
příklad černobílé fotografie;
barva (snímání ve více, častěji reálných barvách na jedno médium);
vícezónová (současná, ale samostatná fixace obrazu v různých
oblasti spektra);
radar (radar);
Letecké snímkování (fotografické nebo optoelektronické):
Stejné typy dat dálkového průzkumu Země jako ve vesmírných snímcích;
Lidar (laser).
Schopnost detekovat a měřit konkrétní jev, objekt nebo proces
je určeno rozlišením snímače.
Druhy povolení: Charakteristika snímačů zařízení dálkového průzkumu Země
Stručná charakteristika kosmické lodi pro sběr dat
dálkový průzkum Země pro komerční využití Komplex leteckých snímků integrovaný s přijímačem GPS Příklady leteckých snímků různých optických rozlišení
0,6 m
2m
6m Letecká fotografie v optických a tepelných (infračervených) spektrech
Vlevo - barevný letecký snímek
tankoviště, vpravo - noc
termosnímek téhož
území. Kromě jasného
rozlišující prázdné (světlo
hrnky)
a
plněné
kontejnery, termosnímek
detekuje netěsnosti
z
nádrž
(3)
a
potrubí (1,2). Senzor
CAD,
Střílení
Centrum
ekologický
a
technogenní monitorování, g.
Trekhgorny. Satelitní radarový snímek
Radarové snímky umožňují detekci ropy a ropných produktů na vodní hladině z
s tloušťkou filmu 50 mikronů. Další aplikací radarových snímků je vyhodnocování
obsah vlhkosti v půdách.
10.
Satelitní radarový snímekRadarová interferometrie detekuje deformace z oběžné dráhy v blízkosti Země
zemský povrch ve zlomku centimetru. Tento obrázek ukazuje deformace
vznikající během několika měsíců rozvoje ropného pole Belridge v
Kalifornie. Barevná škála zobrazuje vertikální posuny od 0 (černo-modrá) do -
58 mm (červenohnědá). Zpracování provedla společnost Atlantis Scientific na základě snímků ERS1
11.
Pozemní komplex pro příjem a zpracování dat dálkového průzkumu Země
(NKPOD) je navržen pro příjem dat z dálkového průzkumu Země
kosmické lodě, jejich zpracování a skladování.
Konfigurace NKPOD zahrnuje:
anténní komplex;
přijímací komplex;
komplex synchronizace, registrace a struktur
zotavení;
softwarový balík.
Aby byl zajištěn maximální rádius
Posouzení
anténa
komplex
by měl
být instalován tak, aby byl horizont
otevřené z rohů elevace 2 stupně. a vyšší v
libovolný směr azimutu.
Pro vysoce kvalitní příjem je nezbytný
je
absence
rádiové rušení
proti
rozsah od 8,0 do 8,4 GHz (vysílání
radioreléové, troposférické a
jiné komunikační linky).
12.
Pozemní komplex pro příjem a zpracování dat dálkového průzkumu Země (NKPOD)NKPOD poskytuje:
Tvorba aplikací pro plánování průzkumu zemského povrchu a příjmu
data;
rozbalení informací s řazením podle tras a alokací polí
Video informace a servisní informace;
obnovení řádkové struktury video informace, dekódování,
radiometrická korekce, filtrace, dynamická transformace
dosah, vytváření přehledového obrazu a provádění dalších operací
digitální primární zpracování;
analýza kvality snímků získaných pomocí expertních a
softwarové metody;
Katalogizace a archivace informací;
geometrické korekce a georeference snímků pomocí dat
o parametrech úhlového a lineárního pohybu kosmických lodí (SC) a/nebo
pozemní kontrolní body;
licencovaný přístup k datům přijatým z mnoha zahraničních družic ERS.
Anténa a přijímací komplexní řídicí software
plní tyto hlavní funkce:
automatická kontrola funkčnosti hardwarové části NKPOD;
výpočet harmonogramu komunikačních relací, tedy průletu družice zónou viditelnosti
NKPOD;
automatická aktivace NKPOD a příjem dat v souladu s
plán;
výpočet trajektorie družice a řízení anténního komplexu pro
satelitní sledování;
formátování přijímaného informačního toku a jeho nahrávání na pevný disk
disk;
indikace aktuálního stavu systému a toku informací;
automatická údržba pracovních deníků.
13.
Hlavní oblasti použití družicových systémů v globálním měřítku
polohování pro geoinformační podporu podniků
ropný a plynárenský sektor:
rozvoj geodetických referenčních sítí všech úrovní od globálních až po
geodetické, dále nivelační práce za účelem geodetických
zajištění činnosti podniků;
zajištění těžby nerostů (povrchová těžba, vrty
práce atd.);
geodetické zajištění staveb, pokládka potrubí,
kabely, nadjezdy, vedení pro přenos energie a další inženýrské a aplikované práce;
zeměměřické práce;
záchranné a preventivní práce (geodetická podpora pro
katastrofy a katastrofy);
environmentální studie: mřížkování ropných skvrn, hodnocení
oblasti úniků ropy a určení směru jejich pohybu;
fotografování a mapování všech typů - topografické, speciální,
tematický;
integrace s GIS;
aplikace v expedičních službách;
navigace všech typů - vzdušná, námořní, pozemní.
14.
Zařízení a aplikace satelitních systémů globálníumístění v ropném a plynárenském průmyslu
Stávající SGSP: GPS, GLONASS, Beidou, Galileo, IRNSS
Hlavní prvky satelitního navigačního systému:
15.
GLONASSSystém je založen na přesunu 24 satelitů (a 2 pohotovostních).
povrchu Země ve třech oběžných rovinách se sklonem oběžné dráhy
roviny 64,8° a výška 19 100 km
hmotnost - 1415 kg,
zaručena
období
aktivní
existence - 7 let,
vlastnosti - 2 signály pro civilisty
spotřebitelé,
na
srovnání
s
společníci
předchozí generace ("Glonass")
přesnost polohování
objekty vzrostly 2,5krát,
napájecí zdroj - 1400 W,
zahájení letových zkoušek – 10. prosince
rok 2003.
domácí palubní digitální počítač založený na
mikroprocesor s příkazovým systémem VAX
11/750
hmotnost - 935 kg,
zaručena
období
aktivní
existence - 10 let,
nové navigační signály ve formátu
Systémy kompatibilní s formátem CDMA
GPS / Galileo / kompas
přidáním signálu CDMA v rozsahu
L3, přesnost definic navigace v
Formát GLONASS se zdvojnásobí
ve srovnání se satelity "Glonass-M".
zcela ruský aparát, nepřítomný
dovezené spotřebiče.
16.
Přesnost GLONASSPodle údajů SDKM k 22. červenci 2011 chyby navigace
Definice GLONASS v zeměpisné délce a šířce byly 4,46-7,38 m at
pomocí průměrně 7-8 kosmických lodí (v závislosti na přijímacím bodě). Zároveň
Časy chyb GPS byly 2,00-8,76 m při použití v průměru 6-11
KA (v závislosti na přijímacím místě).
Při současném použití obou navigačních systémů dochází k chybám
jsou 2,37-4,65 m při použití průměrně 14-19 kosmických lodí (v
v závislosti na přijímacím místě).
Složení skupiny KNS GLONASS k 13.10.2011:
Celkem OG GLONASS
28 kosmická loď
Používají se k určenému účelu
21 kosmická loď
Ve fázi vstupu do systému
2 kosmická loď
Dočasně staženo do
údržba
4 CA
Orbitální rezerva
1 kosmická loď
Ve fázi odhlášení
-
17.
Zařízení pro příjem signálů GLONASSObrazovka Glospace Navigator s
zobrazující plán moskevských ulic v
perspektivní projekce a indikace
umístění pozorovatele
NAP "GROT-M" (NIIKP, 2003)
jeden z prvních vzorků
18.
GPSSystém je založen na přesunu 24 satelitů (a 6 pohotovostních).
povrchu Země s frekvencí 2 otáčky za den na 6 kruhovém orbitálu
trajektorie (4 satelity v každé), přibližně 20 180 km vysoké se sklonem
orbitální roviny 55°
GPS satelit na oběžné dráze
19.
Zařízení pro příjem signálu GPS20.
Typy zařízení pro příjem signálu SGPSnavigátor (přesný čas; orientace ke světovým stranám; výška nad úrovní
moře; směr k bodu se souřadnicemi určenými uživatelem; proudu
rychlost, ujetá vzdálenost, průměrná rychlost; aktuální pozice zapnuta
elektronická mapa oblasti; aktuální poloha vzhledem k trase);
tracker (GPS / GLONASS + GSM, přenáší údaje o poloze a pohybu,
nezobrazuje mapu na klientském zařízení - pouze na serveru);
logger (tracker bez GSM modulu, zaznamenává údaje o pohybu).
navigátor
stopař
záznamník
Satelit ERS "Resurs-P"
Dálkový průzkum Země (ERS) - pozorování povrchu leteckými a kosmickými prostředky vybavenými různými typy zobrazovacích zařízení. Pracovní rozsah vlnových délek přijímaných průzkumným zařízením je od zlomků mikrometru (viditelné optické záření) po metry (rádiové vlny). Metody snímání mohou být pasivní, tedy využívající přirozeného odraženého nebo sekundárního tepelného záření objektů na povrchu Země, způsobeného sluneční aktivitou, a aktivní, využívající stimulovaného záření objektů iniciovaného umělým zdrojem směrového působení. Data dálkového průzkumu Země získaná z (SC) se vyznačují velkou mírou závislosti na průhlednosti atmosféry. Kosmická loď proto využívá vícekanálové zařízení pasivního i aktivního typu, které registruje elektromagnetické záření v různém rozsahu.
Zařízení ERS první kosmické lodi vypuštěné v 60. a 70. letech 20. století. byl stopového typu - průmět měřené plochy na zemský povrch byl přímkový. Později se objevilo a rozšířilo zařízení ERS panoramatického typu - skenery, projekce oblasti měření na povrch Země je pás.
Vesmírné lodě dálkového průzkumu Země se používají ke studiu přírodních zdrojů Země a k řešení meteorologických problémů. Kosmické lodě pro studium přírodních zdrojů jsou vybaveny převážně optickým nebo radarovým zařízením. Výhodou posledně jmenovaného je, že umožňuje pozorování zemského povrchu v kteroukoli denní dobu, bez ohledu na stav atmosféry.
obecný přehled
Dálkový průzkum Země je metoda získávání informací o objektu nebo jevu bez přímého fyzického kontaktu s tímto objektem. Dálkový průzkum Země je podsekcí geografie. V moderním slova smyslu se tímto pojmem rozumí především technologie vzdušného nebo vesmírného snímání terénu za účelem detekce, klasifikace a analýzy objektů na zemském povrchu, jakož i atmosféry a oceánu, pomocí šířených signálů (např. záření). Dělí se na aktivní (signál nejprve vysílá letadlo nebo vesmírná družice) a pasivní dálkový průzkum Země (zaznamenává se pouze signál z jiných zdrojů, např. sluneční světlo).
Pasivní senzory dálkového průzkumu registrují signál vysílaný nebo odražený objektem nebo přilehlým územím. Odražené sluneční světlo je nejčastěji používaným zdrojem záření, detekovaným pasivními senzory. Příklady pasivního dálkového průzkumu jsou digitální a filmová fotografie, infračervené záření, zařízení s nábojovou vazbou a radiometry.
Aktivní zařízení zase vysílají signál pro skenování objektu a prostoru, načež je senzor schopen detekovat a měřit záření odražené nebo generované zpětným rozptylem snímaným cílem. Příklady aktivních senzorů dálkového průzkumu jsou radar a lidar, které měří časovou prodlevu mezi vysláním a registrací vráceného signálu, čímž určují polohu, rychlost a směr objektu.
Dálkový průzkum Země poskytuje možnost získávat data o nebezpečných, těžko dostupných a rychle se pohybujících objektech a umožňuje také pozorování na velkých plochách terénu. Mezi příklady aplikací dálkového průzkumu patří monitorování odlesňování (například v povodí Amazonky), stav ledovců v Arktidě a Antarktidě a měření hloubky oceánu pomocí hodně. Dálkový průzkum Země také nahrazuje drahé a relativně pomalé metody sběru informací z povrchu Země a zároveň garantuje nezasahování člověka do přírodních procesů na pozorovaných územích či objektech.
S pomocí kosmických lodí na oběžné dráze mají vědci možnost shromažďovat a přenášet data v různých rozsazích elektromagnetického spektra, která v kombinaci s většími leteckými a pozemními měřeními a analýzami poskytují potřebné datové spektrum pro sledování současných jevů a trendů, jako je např. jako El Niño a další.přírodní jevy v krátkodobém i dlouhodobém horizontu. Dálkový průzkum Země má také aplikovanou hodnotu v oblasti geověd (například management přírody), zemědělství (využívání a zachování přírodních zdrojů), národní bezpečnosti (monitorování pohraničních oblastí).
Techniky získávání dat
Hlavním cílem multispektrálních studií a analýzy získaných dat jsou objekty a území, které vyzařují energii, což umožňuje jejich rozlišení na pozadí prostředí. Přehled satelitních systémů dálkového průzkumu Země je v přehledové tabulce.
Letní čas je obecně nejlepší dobou pro získávání dat dálkového průzkumu Země (zejména v těchto měsících je slunce nejvíce nad obzorem a den je nejdelší). Výjimkou z tohoto pravidla je získávání dat pomocí aktivních senzorů (například Radar, Lidar) a také tepelných dat v oblasti dlouhých vlnových délek. Při termovizi, při které senzory měří tepelnou energii, je lepší použít časový interval, kdy je rozdíl v teplotě země a teploty vzduchu největší. Nejlepší časy pro tyto metody jsou tedy během chladnějších měsíců a také několik hodin před úsvitem v kteroukoli roční dobu.
Kromě toho je třeba zvážit několik dalších úvah. S pomocí radaru je například nemožné získat obraz holého povrchu země s hustou sněhovou pokrývkou; totéž lze říci o lidaru. Tyto aktivní senzory jsou však necitlivé na světlo (nebo jeho nedostatek), takže jsou vynikající volbou pro aplikace s velkou zeměpisnou šířkou (například). Kromě toho jsou radary i lidar schopny (v závislosti na použitých vlnových délkách) zobrazovat povrch pod korunou lesa, díky čemuž jsou užitečné ve vysoce zarostlých oblastech. Na druhou stranu metody spektrálního získávání dat (jak stereo zobrazování, tak multispektrální metody) jsou použitelné hlavně za slunečných dnů; Data shromážděná za špatných světelných podmínek mívají nízký poměr signálu k šumu, což ztěžuje jejich zpracování a interpretaci. Kromě toho, zatímco stereo snímky jsou schopny zobrazit a identifikovat vegetaci a ekosystémy, tato metoda (stejně jako multispektrální snímání) nemůže proniknout korunami stromů a získat snímky zemského povrchu.
Aplikace dálkového průzkumu Země
Dálkový průzkum Země se nejčastěji využívá v zemědělství, geodézii, mapování, sledování povrchu země a oceánu a také vrstev atmosféry.
Zemědělství
Pomocí satelitů lze s jistotou cyklicky získávat snímky jednotlivých polí, krajů a okresů. Uživatelé mohou získat cenné informace o stavu půdy, včetně identifikace plodin, definice oblasti plodin a stavu plodin. Satelitní data se používají k přesné kontrole a sledování zemědělské výkonnosti na různých úrovních. Tato data lze využít k optimalizaci hospodaření a prostorově orientovanému řízení technických provozů. Snímky mohou pomoci určit umístění plodin a rozsah vyčerpání půdy a poté je lze použít k vývoji a implementaci plánu ošetření k optimalizaci místního použití zemědělských chemikálií. Hlavní zemědělské aplikace dálkového průzkumu Země jsou následující:
- vegetace:
- klasifikace druhů plodin
- hodnocení stavu plodin (monitorování plodin, hodnocení škod)
- hodnocení výnosu
- půda
- zobrazení vlastností půdy
- zobrazení typu půdy
- eroze půdy
- půdní vlhkost
- ukázka praxe zpracování půdy
Monitoring lesního porostu
Dálkový průzkum Země se také používá ke sledování lesního porostu a určování druhů. Takto získané mapy dokážou pokrýt velké území a zároveň zobrazit detailní měření a charakteristiky území (druh stromů, výška, hustota). Pomocí dat dálkového průzkumu Země je možné definovat a vymezit různé typy lesů, které by bylo obtížné dosáhnout tradičními metodami na povrchu země. Data jsou k dispozici v různých měřítcích a rozlišeních, aby vyhovovala místním nebo regionálním požadavkům. Požadavky na detail zobrazení terénu závisí na měřítku studie. Chcete-li zobrazit změny v lesním porostu (textura, hustota listů), použijte:
- multispektrální snímky: k přesné identifikaci druhů jsou zapotřebí data s velmi vysokým rozlišením
- více snímků stejného území se používá k získání informací o sezónních změnách různých typů
- stereofotografie - pro rozlišení druhů, posouzení hustoty a výšky stromů. Stereo fotografie poskytují jedinečný pohled na lesní porost dostupný pouze prostřednictvím technologie dálkového průzkumu Země
- Radary jsou široce používány ve vlhkých tropech kvůli jejich schopnosti pořizovat snímky za všech povětrnostních podmínek
- Lidary umožňují získat 3-rozměrnou strukturu lesa, detekovat změny ve výšce zemského povrchu a objektů na něm. Data Lidar pomáhají odhadnout výšku stromů, plochy korun a počet stromů na jednotku plochy.
Monitorování povrchu
Monitorování povrchu je jednou z nejdůležitějších a typických aplikací pro dálkový průzkum Země. Získaná data slouží ke zjišťování fyzického stavu zemského povrchu, např. lesů, pastvin, povrchů komunikací apod., včetně výsledků lidské činnosti, jako je krajina v průmyslových a sídelních oblastech, stav zemědělských území , atd. Zpočátku by měl být vytvořen systém klasifikace krajinného pokryvu, který obvykle zahrnuje úrovně a třídy půdy. Úrovně a stupně by měly být vyvinuty s ohledem na účel použití (národní, regionální nebo místní), prostorové a spektrální rozlišení dat dálkového průzkumu Země, požadavek uživatele atd.
Zjišťování změn stavu zemského povrchu je nezbytné pro aktualizaci map krajinného pokryvu a racionalizaci využívání přírodních zdrojů. Změny se obvykle vyskytují při porovnávání více snímků obsahujících více vrstev dat a v některých případech při porovnání starých map a aktualizovaných snímků dálkového průzkumu Země.
- sezónní změna: zemědělská půda a listnaté lesy se sezónně mění
- roční změny: změny povrchu půdy nebo oblasti využití půdy, jako je odlesňování nebo rozrůstání měst
Informace o povrchu země a změnách vegetačního krytu jsou přímo nezbytné pro definování a realizaci politik ochrany životního prostředí a lze je ve spojení s dalšími údaji použít k provádění složitých výpočtů (například ke stanovení rizik eroze).
Geodézie
Sběr dat z leteckého průzkumu byl poprvé použit k detekci ponorek a získávání gravitačních dat používaných ke konstrukci vojenských map. Tato data představují úrovně okamžitých poruch zemského gravitačního pole, které mohou být použity k určení změn v rozložení zemských hmot, což může být zase požadováno pro různé geologické studie.
Akustické a téměř akustické aplikace
- Sonar: pasivní sonar, zaznamenává zvukové vlny vycházející z jiných objektů (loď, velryba atd.); aktivní sonar, vysílá pulsy zvukových vln a registruje odražený signál. Používá se k detekci, lokalizaci a měření parametrů podvodních objektů a terénu.
- Seismografy jsou speciální měřicí zařízení, které slouží k detekci a záznamu všech typů seismických vln. Pomocí seismogramů pořízených na různých místech určitého území je možné určit epicentrum zemětřesení a změřit jeho amplitudu (po jeho vzniku) porovnáním relativních intenzit a přesné doby oscilací.
- Ultrazvuk: Ultrazvukové senzory, které vysílají vysokofrekvenční impulsy a zaznamenávají odražený signál. Používá se k detekci vodních vln a určení hladiny vody.
Při koordinaci série pozorování ve velkém měřítku závisí většina snímacích systémů na následujících faktorech: umístění platformy a orientace senzorů. Vysoce kvalitní přístroje v dnešní době často spoléhají na informace o poloze ze satelitních navigačních systémů. Otočení a orientaci často určují elektronické kompasy s přesností asi jeden až dva stupně. Kompasy dokážou měřit nejen azimut (tj. stupeň odchylky od magnetického severu), ale také nadmořskou výšku (hodnotu odchylky od hladiny moře), protože směr magnetického pole vzhledem k Zemi závisí na zeměpisné šířce, ve které je pozorování probíhá. Pro přesnější orientaci je nutné použít inerciální navigaci, s periodickými korekcemi různými metodami, včetně navigace podle hvězd nebo známých orientačních bodů.
Přehled hlavních přístrojů dálkového průzkumu Země
- Radary se používají především v systémech řízení letového provozu, systémech včasného varování, monitorování lesního porostu, zemědělství a pro získávání rozsáhlých meteorologických dat. Dopplerův radar používají orgány činné v trestním řízení ke kontrole rychlosti vozidel a také k získávání meteorologických údajů o rychlosti a směru větru, poloze a intenzitě srážek. Mezi další typy získaných informací patří údaje o ionizovaných plynech v ionosféře. Interferometrický radar s umělou aperturou se používá k získání přesných digitálních výškových modelů velkých oblastí terénu.
- Satelitní laserové a radarové výškoměry poskytují širokou škálu dat. Měřením kolísání hladiny oceánské vody způsobené gravitací tyto přístroje zobrazují topografii mořského dna s rozlišením v řádu jedné míle. Měřením výšky a vlnové délky oceánských vln pomocí výškoměrů můžete zjistit rychlost a směr větru a také rychlost a směr povrchových mořských proudů.
- Ultrazvukové (akustické) a radarové senzory se používají k měření hladiny moře, přílivu a odlivu a určování směru vln v pobřežních mořských oblastech.
- Technologie detekce světla a dosahu (LIDAR) je dobře známá pro své aplikace ve vojenské oblasti, zejména v laserové navigaci projektilů. LIDAR se také používá k detekci a měření koncentrace různých chemikálií v atmosféře, zatímco LIDAR na palubě letadel lze použít k měření výšky objektů a jevů na zemi s větší přesností, než jaká je dosažena pomocí radarové technologie. Dálkový průzkum vegetace je také jednou z hlavních aplikací LIDAR.
- Nejběžněji používanými přístroji jsou radiometry a fotometry. Zachycují odražené a emitované záření v širokém frekvenčním rozsahu. Nejběžnější jsou viditelné a infračervené senzory, následují mikrovlny, senzory gama záření a méně často ultrafialové senzory. Tyto přístroje lze také použít k detekci emisního spektra různých chemikálií, poskytujících údaje o jejich koncentraci v atmosféře.
- Stereo snímky z leteckého snímkování se často používají k sondování vegetace na zemském povrchu a také ke generování topografických map při vývoji potenciálních tras pomocí analýzy snímků terénu v kombinaci s modelováním prvků prostředí získaných pozemními metodami.
- Multispektrální platformy jako Landsat se aktivně používají od 70. let 20. století. Tyto přístroje byly použity ke generování tematických map zobrazením více vlnových délek elektromagnetického spektra (multispektrum) a obvykle se používají na družicích pro pozorování Země. Příklady takových misí zahrnují program Landsat nebo satelit IKONOS. Mapy krajinného pokryvu a využití půdy vytvořené tematickým mapováním lze použít pro průzkum nerostů, detekci a monitorování využívání půdy, odlesňování a studium zdraví rostlin a plodin, včetně rozsáhlých ploch zemědělské půdy nebo lesů. Satelitní snímky Landsat používají regulační orgány ke sledování parametrů kvality vody včetně hloubky Secchiho, hustoty chlorofylu a celkového fosforu. Meteorologické družice se používají v meteorologii a klimatologii.
- Spektrální zobrazování vytváří obrazy, ve kterých každý pixel obsahuje kompletní spektrální informace, zobrazující úzké spektrální rozsahy v rámci spojitého spektra. Spektrální zobrazovací zařízení se používají k řešení různých problémů, včetně těch, které se používají v mineralogii, biologii, vojenských záležitostech a environmentálních měřeních.
- V rámci boje proti desertifikaci umožňuje dálkový průzkum země pozorovat dlouhodobě ohrožené oblasti, určovat faktory dezertifikace, posuzovat hloubku jejich dopadu a také poskytovat potřebné informace osobám odpovědným za rozhodování o přijetí vhodných opatření na ochranu životního prostředí.
Zpracování dat
U dálkového průzkumu Země se zpravidla používá digitální zpracování dat, protože právě v tomto formátu jsou v současné době přijímána data dálkového průzkumu Země. V digitálním formátu je snadnější zpracovávat a ukládat informace. Dvourozměrný obraz v jednom spektrálním rozsahu může být reprezentován jako matice (dvourozměrné pole) čísel já (i, j), z nichž každá představuje intenzitu záření přijatého senzorem z prvku zemského povrchu, která odpovídá jednomu pixelu na snímku.
Obraz se skládá z n x m pixelů, každý pixel má souřadnice (i, j)- číslo řádku a číslo sloupce. Číslo já (i, j)- celé číslo a nazývá se úroveň šedi (neboli spektrální jas) pixelu (i, j)... Pokud je obraz získán v několika rozsazích elektromagnetického spektra, pak je reprezentován trojrozměrnou mřížkou skládající se z čísel já (i, j, k), kde k Je číslo spektrálního kanálu. Z matematického hlediska není obtížné digitální data získaná touto formou zpracovat.
Aby bylo možné správně reprodukovat obraz na digitálních záznamech dodávaných body přijímajícími informace, je nutné znát formát záznamu (datovou strukturu) a také počet řádků a sloupců. Používají se čtyři formáty, které řadí data jako:
- sekvence zón ( Sekvenční pásmo, BSQ);
- zóny střídající se podél čar ( Band Interleaved by Line, BIL);
- zóny střídající se v pixelech ( Band Interleaved by Pixel, BIP);
- sekvence zón s komprimací informací do souboru metodou skupinového kódování (například ve formátu jpg).
PROTI BSQ-formát každý obrázek oblasti je obsažen v samostatném souboru. To je výhodné, když není potřeba pracovat se všemi zónami najednou. Jedna zóna je snadno čitelná a vizualizovaná, obrázky zóny lze načíst v libovolném pořadí.
PROTI BIL-formát zónová data se zapisují do jednoho souboru řádek po řádku, přičemž zóny se střídají po řádcích: 1. řádek 1. zóny, 1. řádek 2. zóny, ..., 2. řádek 1. zóny, 2. řádek 2. zóna atd. Takový záznam je vhodný, když jsou všechny zóny analyzovány současně.
PROTI BIP-formát zónové hodnoty spektrálního jasu každého pixelu se ukládají postupně: nejprve hodnoty prvního pixelu v každé zóně, poté hodnoty druhého pixelu v každé zóně atd. Tento formát se nazývá kombinovaný . Je to výhodné při provádění zpracování pixel po pixelu vícezónového obrazu, například v klasifikačních algoritmech.
Skupinové kódování slouží ke snížení množství rastrových informací. Takové formáty jsou vhodné pro ukládání velkých obrázků, abyste s nimi mohli pracovat, musíte mít prostředky k rozbalení dat.
Obrazové soubory jsou obvykle doprovázeny následujícími doplňujícími informacemi týkajícími se snímků:
- popis datového souboru (formát, počet řádků a sloupců, rozlišení atd.);
- statistická data (charakteristiky rozložení jasu - minimální, maximální a průměrná hodnota, rozptyl);
- data promítání mapy.
Další informace jsou obsaženy buď v záhlaví souboru obrázku nebo v samostatném textovém souboru se stejným názvem jako soubor obrázku.
Podle stupně složitosti se liší následující úrovně zpracování CW poskytované uživatelům:
- 1A - Radiometrická korekce zkreslení způsobených rozdíly v citlivosti jednotlivých snímačů.
- 1B - radiometrická korekce na úrovni zpracování 1A a geometrická korekce systematických zkreslení snímačů, včetně panoramatických zkreslení, zkreslení způsobených rotací a zakřivením Země, kolísání výšky oběžné dráhy družice.
- 2A ukazuje korekci obrazu na úrovni 1B a korekci v souladu s danou geometrickou projekcí bez použití pozemních kontrolních bodů. Pro geometrickou korekci je k dispozici globální digitální výškový model ( DEM, DEM) s krokem 1 km na zemi. Použitá geometrická korekce eliminuje systematické zkreslení snímače a promítá obraz do standardní projekce ( UTM WGS-84), pomocí známých parametrů (data efemerid satelitů, prostorová poloha atd.).
- 2B - korekce obrazu na úrovni 1B a korekce v souladu s danou geometrickou projekcí pomocí pozemních kontrolních bodů;
- 3 - korekce obrazu na úrovni 2B plus korekce pomocí terénního DEM (ortorektifikace).
- S - korekce obrazu pomocí referenčního snímku.
Kvalita dat získaných z dálkového průzkumu Země závisí na jejich prostorovém, spektrálním, radiometrickém a časovém rozlišení.
Prostorové rozlišení
Je charakterizována velikostí pixelu (na povrchu Země) zaznamenaného v rastrovém obrázku – obvykle se pohybuje od 1 do 4000 metrů.
Spektrální rozlišení
Data Landsat zahrnují sedm pásem, včetně infračerveného spektra, v rozsahu od 0,07 do 2,1 µm. Senzor Hyperion přístroje Earth Observing-1 je schopen zaregistrovat 220 spektrálních pásem od 0,4 do 2,5 µm se spektrálním rozlišením 0,1 až 0,11 µm.
Radiometrické rozlišení
Počet úrovní signálu, které může senzor zaznamenat. Obvykle se pohybuje od 8 do 14 bitů, což vede k 256 až 16 384 úrovním. Tato charakteristika také závisí na hladině hluku v nástroji.
Dočasné povolení
Frekvence letu satelitu nad zájmovou oblastí. Hodí se při zkoumání série snímků, například při studiu dynamiky lesů. Zpočátku byla analýza série prováděna pro potřeby vojenského zpravodajství, zejména pro sledování změn v infrastruktuře, pohybů nepřítele.
K vytvoření přesných map založených na datech dálkového průzkumu Země je nutná transformace, která odstraní geometrické zkreslení. Obraz zemského povrchu se zařízením směřujícím přímo dolů obsahuje nezkreslený obraz pouze ve středu obrazu. Při posunu k okrajům se vzdálenosti mezi body na obrázku a odpovídající vzdálenosti na Zemi stále více liší. Korekce takových zkreslení se provádí během procesu fotogrammetrie. Od počátku 90. let se většina komerčních satelitních snímků prodávala již opravená.
Kromě toho může být vyžadována radiometrická nebo atmosférická korekce. Radiometrická korekce převádí diskrétní úrovně signálu, například od 0 do 255, na jejich skutečné fyzikální hodnoty. Atmosférická korekce odstraňuje spektrální zkreslení způsobené přítomností atmosféry.
