Sergei Revnivykh, zástupca vedúceho riaditeľstva GLONASS, riaditeľ odboru rozvoja systému GLONASS, informačné satelitné systémy OJSC. Akademik M.F. Reshetnev “
Možno neexistuje jediné odvetvie hospodárstva, kde by sa ešte nepoužili technológie satelitnej navigácie - od všetkých druhov dopravy po poľnohospodárstvo. A aplikačné oblasti sa neustále rozširujú. Prijímacie zariadenia navyše väčšinou prijímajú signály najmenej z dvoch globálnych navigačných systémov - GPS a GLONASS.
Stav problému
Stalo sa, že používanie GLONASS v kozmickom priemysle v Rusku nie je také veľké, ako by sa dalo očakávať, vzhľadom na skutočnosť, že hlavným vývojárom systému GLONASS je Roskosmos. Áno, už mnoho z našich kozmických lodí, nosných rakiet, horných stupňov má prijímače GLONASS ako súčasť palubného vybavenia. Ale zatiaľ sú to buď pomocné prostriedky, alebo sa používajú ako súčasť užitočného zaťaženia. Doteraz sa na meranie trajektórie a určovanie dráh kozmických lodí v blízkosti Zeme používa synchronizácia, vo väčšine prípadov sa používajú pozemné prostriedky komplexu velenia a merania, z ktorých mnohé sú už dávno vyčerpané. Meracie prístroje sa navyše nachádzajú na území Ruskej federácie, čo neumožňuje poskytnúť globálne pokrytie celej trajektórie kozmických lodí, čo ovplyvňuje presnosť obežnej dráhy. Použitie navigačných prijímačov GLONASS ako súčasti štandardného palubného zariadenia na meranie trajektórie umožní dosiahnuť presnosť obežnej dráhy kozmických lodí s nízkou obežnou dráhou (ktoré tvoria hlavnú časť orbitálnej konštelácie) na úrovni 10 centimetrov pri ľubovoľný bod obežnej dráhy v reálnom čase. Súčasne nie je potrebné zapojiť prostriedky komplexu velenia a riadenia do vykonávania meraní trajektórie, vynakladať finančné prostriedky na zabezpečenie ich prevádzkyschopnosti a údržby personálu. Na riešenie problémov s plánovaním stačí mať jednu alebo dve stanice na príjem navigačných informácií z lietadla a ich prenos do strediska riadenia letov. Tento prístup mení celú stratégiu balistickej a navigačnej podpory. Táto technológia je však vo svete už dobre rozvinutá a nespôsobuje žiadne zvláštne ťažkosti. Vyžaduje si to iba rozhodnutie o prechode na takúto technológiu.
Značný počet kozmických lodí s nízkou obežnou dráhou sú satelity na diaľkové snímanie Zeme a riešenie vedeckých problémov. S rozvojom technológií a prostriedkov pozorovania, zvyšovaním rozlíšenia, sa zvyšujú požiadavky na presnosť väzby prijatých informácií o cieli na súradnice satelitu v čase snímania. V režime posteriori je pri spracovaní snímok a vedeckých údajov v mnohých prípadoch potrebná presnosť obežnej dráhy na úrovni centimetrov.
Pri špeciálnych kozmických lodiach geodetickej triedy (napríklad Lageos, Etalon), ktoré sú špeciálne navrhnuté na riešenie základných problémov skúmania Zeme a zdokonaľovania modelov pohybu kozmických lodí, sa už dosiahla centimetrová presnosť obežných dráh. Malo by sa však pamätať na to, že tieto vozidlá lietajú mimo atmosféru a sú sférické, aby sa minimalizovala neistota narušenia slnečného tlaku. Na meranie trajektórie sa používa globálna medzinárodná sieť laserových diaľkomerov, ktorá nie je lacná a prevádzka nástrojov do značnej miery závisí od poveternostných podmienok.
ERS a vedecké kozmické lode lietajú hlavne vo výškach do 2 000 km, majú zložitý geometrický tvar a sú úplne narušené atmosférou a slnečným tlakom. Nie vždy je možné využiť laserové zariadenia medzinárodných služieb. Úloha získať obežnú dráhu takýchto satelitov s centimetrovou presnosťou je preto veľmi náročná. Vyžaduje sa použitie špeciálnych pohybových modelov a metód spracovania informácií. Za posledných 10-15 rokov sa vo svetovej praxi dosiahol značný pokrok v riešení týchto problémov pomocou palubných vysoko presných navigačných prijímačov GNSS (hlavne GPS). Priekopníkom v tejto oblasti bol satelit Topex-Poseidon (spoločný projekt NASA-CNES, 1992-2005, nadmorská výška 1 336 km, sklon 66), ktorého orbitálna presnosť bola poskytovaná pred 20 rokmi na úrovni 10 cm (2,5 cm v polomer).
V nasledujúcom desaťročí sa v Ruskej federácii plánuje vypustenie veľkého počtu kozmických lodí ERS na riešenie aplikovaných problémov na rôzne účely. Najmä pre množstvo vesmírnych systémov je potrebná väzba cieľových informácií s veľmi vysokou presnosťou. Jedná sa o úlohy prieskumu, mapovania, monitorovania ľadových podmienok, núdzových situácií, meteorológie, ako aj o niekoľko zásadných vedeckých úloh v oblasti štúdia Zeme a svetového oceánu, budovania vysoko presného dynamického geoidného modelu, vysokého -presné dynamické modely ionosféry a atmosféry. Presnosť polohy kozmickej lode je už potrebná na úrovni centimetrov na celej obežnej dráhe. Ide o neskoršiu presnosť.
Pre vesmírnu balistiku to už nie je jednoduchá úloha. Snáď jediný spôsob, ako poskytnúť riešenie tohto problému, je použitie meraní palubného navigačného prijímača GNSS a zodpovedajúcich prostriedkov vysoko presného spracovania navigačných informácií na zemi. Vo väčšine prípadov ide o kombinovaný prijímač GPS a GLONASS. V niektorých prípadoch môžu byť predložené požiadavky na používanie iba systému GLONASS.
Experimentujte s veľmi presným určovaním dráh pomocou GLONASS
V našej krajine je technológia na získanie veľmi presných súradníc pomocou navigačných prijímačov geodetickej triedy celkom dobre vyvinutá na riešenie geodetických a geodynamických problémov na povrchu Zeme. Ide o takzvanú technológiu presného polohovania bodov. Funkciou technológie je nasledujúca:
* na spracovanie meraní navigačného prijímača, ktorých súradnice je potrebné špecifikovať, sa nepoužívajú informácie z navigačných rámcov signálov GNSS. Navigačné signály sa používajú iba na meranie dosahu, primárne na základe meraní nosnej fázy signálu;
* Vysoko presné obežné dráhy a palubné korekcie hodín, ktoré sú získané na základe nepretržitého spracovania meraní globálnej siete prijímacích staníc navigačných signálov GNSS, sa používajú ako efemérne časové informácie navigačných vesmírnych lodí. Väčšinu riešení v súčasnosti používa medzinárodná služba GNSS (IGS);
* merania navigačného prijímača, ktorých súradnice je potrebné určiť, sú spracované spoločne s veľmi presnými časovo efemérnymi informáciami pomocou špeciálnych metód spracovania.
Výsledkom je, že súradnice prijímača (fázový stred antény prijímača) je možné získať s presnosťou niekoľkých centimetrov.
Na riešenie vedeckých problémov, ako aj na úlohy správy pôdy, katastra, výstavby v Rusku už niekoľko rokov tieto prostriedky existujú a sú široko používané. Zároveň autor zatiaľ nemal informácie o prostriedkoch, ktoré môžu vyriešiť problémy s veľmi presným určovaním dráh kozmických lodí s nízkou obežnou dráhou.
Iniciatívny experiment vykonaný pred niekoľkými mesiacmi ukázal, že máme prototypy takýchto prostriedkov a dajú sa použiť na vytvorenie štandardných odvetvovo špecifických spôsobov vysoko presnej balistickej a navigačnej podpory kozmických lodí s nízkou obežnou dráhou.
V dôsledku experimentu sa potvrdila možnosť použitia existujúcich prototypov na vysoko presné stanovenie obežnej dráhy kozmických lodí LEO na úrovni niekoľkých centimetrov.
Na experiment bol zvolený lietajúci domáci ERS „Resurs-P“ č. 1 (takmer kruhová slnečná synchrónna dráha s priemernou nadmorskou výškou 475 km), vybavený kombinovaným navigačným prijímačom GLONASS / GPS. Na potvrdenie výsledku sa spracovanie údajov zopakovalo pre geodetické vesmírne plavidlá systému GRACE (spoločný projekt NASA a DLR, 2002-2016, nadmorská výška 500 km, sklon 90), na ktorých palubu boli nainštalované prijímače GPS. Vlastnosti experimentu sú nasledujúce:
* na posúdenie schopností systému GLONASS na určovanie obežnej dráhy kozmickej lode Resurs-P (celkový pohľad je zobrazený na obr. 1) boli použité iba merania GLONASS (4 sady palubných navigačných prijímačov vyvinutých spoločnosťou JSC RIRV);
* na získanie obežnej dráhy kozmickej lode systému GRACE (celkový pohľad je zobrazený na obr. 2) boli použité iba merania GPS (merania sú voľne dostupné);
* Vysoko presné efemeridy a opravy palubných hodín navigačných satelitov systémov GLONASS a GPS, ktoré boli získané na IAC KVNO TsNIIMash na základe spracovateľských meraní staníc globálnej siete IGS (údaje sú voľne k dispozícii k dispozícii), boli použité ako pomocné informácie. Odhad presnosti týchto údajov IGS je znázornený na obr. 3 a je asi 2,5 cm Poloha globálnej siete staníc GLONASS / GPS služby IGS je znázornená na obr. 4;
* prototyp hardvérového a softvérového komplexu, ktorý poskytuje veľmi presné stanovenie obežnej dráhy kozmických lodí s nízkou obežnou dráhou (iniciatívny vývoj JSC „GEO-MCC“). Vzorka tiež poskytuje dekódovanie meraní palubných prijímačov kozmickej lode Resurs-P pomocou vysoko presných informácií o efemeridovom čase a so zreteľom na zvláštnosti činnosti relácie palubných prijímačov. Prototyp bol testovaný podľa meraní kozmickej lode systému GRACE.
Ryža. 1. Celkový pohľad na vesmírnu loď Resurs-P.
Ryža. 2. Celkový pohľad na vesmírnu loď systému GRACE.
Ryža. 3. Hodnotenie presnosti efemeridy IAC KVNO TsNIIMash službou IGS. Presnosť informácií o pomocných efemeridách navigačnej kozmickej lode GLONASS (označenie - IAC, tmavomodré bodky na grafe) je 2,5 cm.
Ryža. 4. Poloha globálnej siete staníc GLONASS/GPS medzinárodnej služby IGS (zdroj - http://igscb.jpl.nasa.gov/network/iglos.html).
V dôsledku experimentu sa dosiahol bezprecedentný výsledok pre domácu balistickú a navigačnú podporu kozmických lodí s nízkou obežnou dráhou:
* S prihliadnutím na pomocné informácie a skutočné merania palubných navigačných prijímačov kozmickej lode Resurs-P bola vysoko presná obežná dráha tejto kozmickej lode s presnosťou 8-10 cm získaná iba z meraní GLONASS (pozri obr. 5) .
* S cieľom potvrdiť výsledok počas experimentu boli podobné výpočty vykonané pre geodetické vesmírne plavidlá systému GRACE, avšak s použitím meraní GPS (pozri obr. 6). Orbitálna presnosť týchto kozmických lodí bola získaná na úrovni 3 až 5 cm, čo sa úplne zhoduje s výsledkami popredných analytických centier služby IGS.
Ryža. 5. Presnosť dráhy kozmickej lode Resurs-P získaná z meraní GLONASS iba s použitím pomocných informácií, odhadovaná z meraní štyroch sád palubných navigačných prijímačov.
Ryža. 6. Presnosť obežnej dráhy kozmickej lode GRACE-B získaná z meraní GPS iba s použitím pomocných informácií.
Systém ANNKA prvého stupňa
Na základe výsledkov experimentu objektívne nasledujú tieto závery:
V Rusku existuje značný počet nevyriešených problémov domáceho vývoja pri riešení problémov s veľmi presným určovaním dráh kozmických lodí LEO na konkurenčnej úrovni so zahraničnými strediskami na spracovanie informácií. Na základe týchto základov si vybudovanie stáleho priemyselného balistického centra na riešenie takýchto problémov nevyžaduje veľké výdavky. Toto stredisko bude schopné poskytovať všetkým zainteresovaným organizáciám, ktoré vyžadujú viazanie súradníc informácií zo satelitov diaľkového prieskumu, služby pre vysoko presné určovanie obežných dráh akýchkoľvek satelitov s diaľkovým prieskumom zeme vybavených satelitným navigačným zariadením GLONASS a / alebo GLONASS / GPS. V budúcnosti je možné využiť aj merania čínskeho systému BeiDou a európskeho systému Galileo.
Prvýkrát sa ukazuje, že merania systému GLONASS pri riešení problémov s vysokou presnosťou môžu poskytnúť presnosť riešenia prakticky o nič horšiu ako merania GPS. Konečná presnosť závisí predovšetkým od presnosti informácií o pomocných efemeridách a presnosti znalostí o pohybovom modeli kozmickej lode s nízkou obežnou dráhou.
Prezentácia výsledkov domácich systémov diaľkového snímania s vysokou presnosťou odkazovania na súradnice dramaticky zvýši jeho dôležitosť a konkurencieschopnosť (s prihliadnutím na rast a trhovú cenu) na svetovom trhu s výsledkami diaľkového prieskumu Zeme.
Na vytvorenie prvej etapy systému asistovanej navigácie pre kozmické lode LEO (kódové označenie - systém ANNKA) v Ruskej federácii sú teda k dispozícii (alebo sa budujú) všetky komponenty:
* existuje vlastný základný špeciálny softvér, ktorý umožňuje nezávisle od operátorov GLONASS a GPS prijímať vysoko presné informácie o efemeridovom čase;
* existuje prototyp špeciálneho softvéru, na základe ktorého je možné v čo najkratšom čase vytvoriť štandardný hardvérový a softvérový komplex na určovanie dráh kozmických lodí LEO s presnosťou na centimetre;
* existujú domáce vzorky palubných navigačných prijímačov, ktoré umožňujú riešenie problému s takou presnosťou;
* Roscosmos vytvára vlastnú globálnu sieť prijímacích staníc navigačného signálu GNSS.
Architektúra systému ANNKA na implementáciu prvého stupňa (režim a posteriori) je znázornená na obr. 7.
Funkcie systému sú nasledujúce:
* príjem meraní z globálnej siete do centra spracovania informácií systému ANNKA;
* tvorba vysoko presných efemeridov pre navigačné satelity systémov GLONASS a GPS (v budúcnosti - pre systémy BeiDou a Galileo) v centre ANNKA;
* získanie meraní palubného satelitného navigačného zariadenia inštalovaného na palube satelitu ERS s nízkou obežnou dráhou a jeho prenos do centra ANNKA;
* výpočet vysoko presnej obežnej dráhy kozmickej lode s diaľkovým prieskumom v strede ANNKY;
* prenos vysoko presnej obežnej dráhy kozmickej lode s diaľkovým prieskumom do centra spracovania údajov pozemného špeciálneho komplexu systému diaľkového snímania.
Systém je možné vytvoriť v čo najkratšom čase, dokonca aj v rámci existujúcich opatrení federálneho cieľového programu na údržbu, vývoj a používanie systému GLONASS.
Ryža. 7. Architektúra systému ANNKA v prvom stupni (režim a posteriori), ktorý zaisťuje stanovenie obežných dráh kozmických lodí LEO na úrovni 3-5 cm.
Ďalší vývoj
Ďalší vývoj systému ANNKA v smere implementácie režimu vysoko presného určovania a predikcie obežnej dráhy kozmických lodí s nízkou obežnou dráhou v reálnom čase na palube môže radikálne zmeniť celú ideológiu balistickej a navigačnej podpory takýchto satelitov a úplne opustiť používanie meraní pozemných prostriedkov komplexu príkazov a meraní. Je ťažké povedať, v akej výške, ale prevádzkové náklady na balistickú a navigačnú podporu sa výrazne znížia, pričom sa zohľadní platba za prácu pozemného majetku a personálu.
V USA NASA vytvorila takýto systém pred viac ako 10 rokmi na základe komunikačného satelitného systému na ovládanie vesmírnych lodí TDRSS a globálneho vysoko presného navigačného systému GDGPS, ktorý bol vytvorený skôr. Systém dostal názov TASS. Poskytuje pomocné informácie všetkým vedeckým vesmírnym plavidlám a satelitom diaľkového prieskumu na nízkych obežných dráhach s cieľom riešiť úlohy určovania palubnej obežnej dráhy v reálnom čase na úrovni 10-30 cm.
Architektúra systému ANNKA v druhom stupni, ktorý poskytuje riešenie problémov s určovaním palubnej obežnej dráhy s presnosťou 10-30 cm v reálnom čase, je znázornená na obr. osem:
Funkcie systému ANNKA v druhej fáze sú nasledujúce:
* príjem meraní zo staníc na príjem navigačných signálov GNSS globálnej siete v reálnom čase do centra spracovania údajov ANNKA;
* tvorba vysoko presných efemeridov pre navigačné satelity systémov GLONASS a GPS (v budúcnosti - pre systémy BeiDou a Galileo) v centre ANNKA v reálnom čase;
* záložkovanie vysoko presných efemeridov na SC-relé komunikačných systémov (neustále, v reálnom čase);
* prenos vysoko presných efemeríd (pomocné informácie) pomocou opakovačov satelitov pre kozmické lode ERS s nízkou obežnou dráhou;
* získanie vysoko presnej polohy kozmickej lode na diaľkové snímanie na palube pomocou špeciálneho satelitného navigačného zariadenia schopného spracovať prijaté navigačné signály GNSS spolu s asistenčnými informáciami;
* prenos cieľových informácií s vysokou presnosťou odkazovania na centrum spracovania údajov špeciálneho pozemného komplexu diaľkového snímania.
Ryža. 8. Architektúra systému ANNKA v druhom stupni (režim v reálnom čase), ktorý poskytuje stanovenie dráh kozmických lodí LEO na úrovni 10-30 cm v reálnom čase na palube.
Analýza existujúcich schopností, experimentálne výsledky ukazujú, že Ruská federácia má dobré základy pre vytvorenie vysoko presného asistovaného navigačného systému pre kozmické lode s nízkou obežnou dráhou, ktorý výrazne zníži náklady na ovládanie týchto vozidiel a zníži zaostávanie za vedúcim priestorom. právomoci v oblasti vysoko presnej navigácie kozmických lodí pri riešení naliehavých vedeckých a aplikovaných problémov. Aby bolo možné urobiť potrebný krok vo vývoji riadiacej technológie LEO SC, je potrebné iba urobiť vhodné rozhodnutie.
Systém ANNKA prvého stupňa je možné vytvoriť čo najskôr s minimálnymi nákladmi.
Na pokračovanie do druhej etapy bude potrebné vykonať súbor opatrení, ktoré by mali byť stanovené v rámci štátnych alebo federálnych cielených programov:
* vytvorenie špeciálneho komunikačného satelitného systému na zaistenie nepretržitej kontroly kozmických lodí v blízkosti Zeme, či už na geostacionárnej obežnej dráhe, alebo na naklonených geosynchrónnych dráhach;
* modernizácia hardvérového a softvérového komplexu na tvorbu pomocných efemérnych informácií v reálnom čase;
* dokončenie vytvorenia ruskej globálnej siete prijímacích staníc navigačného signálu GNSS;
* vývoj a organizácia výroby palubných navigačných prijímačov schopných spracovávať navigačné signály GNSS spolu s asistenčnými informáciami v reálnom čase.
Realizácia týchto opatrení je seriózna, ale celkom uskutočniteľná práca. Môžu to vykonávať podniky URSC s prihliadnutím na už plánované činnosti v rámci federálneho vesmírneho programu a v rámci federálneho cieľového programu pre údržbu, vývoj a používanie systému GLONASS, pričom sa zohľadní zodpovedajúce úpravy. Odhad nákladov na jeho vznik a ekonomický efekt je nevyhnutnou fázou, ktorú je potrebné vykonať s prihliadnutím na plánované projekty na vytvorenie vesmírnych systémov komplexov na diaľkové snímanie Zeme, satelitných komunikačných systémov, vesmírnych systémov a vedeckých komplexov. Existuje absolútna dôvera, že sa tieto náklady vyplatia.
Na záver autor vyjadruje svoju úprimnú vďaku popredným odborníkom v oblasti domácej satelitnej navigácie Arkady Tyulyakov, Vladimir Mitrikas, Dmitrij Fedorov, Ivan Skakun za zorganizovanie experimentu a poskytnutie materiálov pre tento článok, medzinárodnú službu IGS a jej vedúcich - Ursovi Hugentoblemu a Ruth Nilanovej - za príležitosť naplno využiť merania globálnej siete staníc na príjem navigačných signálov, ako aj všetkým, ktorí pomáhali a nezasahovali.
vedúce postavenie USA ako svetového lídra vo vývoji a používaní systémov diaľkového prieskumu Zeme (ERS). Hlavné úsilie štátnej regulácie priemyslu diaľkového pozorovania v USA je zamerané na podporu rozvoja trhu
mechanizmy.
Základným dokumentom v tejto oblasti je smernica o vesmírnej politike používania komerčných systémov diaľkového prieskumu, schválená prezidentom USA
Marca 1994, ktorý načrtol základy politiky USA v oblasti prístupu zahraničných zákazníkov k zdrojom amerických systémov diaľkového snímania Zeme.
Cieľom novej politiky je ďalej posilniť vedúce postavenie v
svet amerických spoločností a pokrýva nasledujúce oblasti činnosti:
− licencovanie činnosti a fungovania systému diaľkového prieskumu zeme;
− s využitím zdrojov systému diaľkového prieskumu v záujme obrany, spravodajstva a
iné americké vládne oddelenia;
− prístup zahraničných zákazníkov (vládnych a komerčných) k zdrojom ERS, export technológií a materiálov ERS;
− medzivládna spolupráca v oblasti vojenských a komerčných vesmírnych snímok.
Hlavným cieľom politiky je posilnenie a ochrana národnej bezpečnosti USA a záujmov krajiny na medzinárodnej scéne posilnením vedúceho postavenia v
oblasti CS ERS a rozvoj národného priemyslu. Cieľom politiky je stimulovať hospodársky rast, chrániť životné prostredie a posilňovať
vedecká a technologická dokonalosť.
Nová smernica má vplyv aj na komercializáciu snímacích systémov.
Na nekomerčnom základe sa podľa expertov technológie diaľkového prieskumu zeme nielenže nevyvinú, ale aj odhodia Spojené štáty (ako každá iná krajina) ďaleko od popredných pozícií vo svete. Podľa americkej vlády materiály pre vesmírne snímky
vládne útvary sú pre svoje potreby požadované výrobkami diaľkových prieskumných systémov získavanými na komerčnom základe. V tomto prípade jeden z
hlavnými cieľmi je odbremeniť Národnú spravodajskú komunitu od veľkého počtu žiadostí o tieto produkty od rôznych amerických oddelení. Druhou, ale nemenej dôležitou úlohou novej vládnej politiky v oblasti vesmíru, je komercializácia systémov diaľkového snímania s cieľom ďalej posilniť vedúce postavenie sveta.
ustanovenia amerických spoločností - prevádzkovateľov systémov snímania vesmíru. Smernica určuje postup udeľovania licencií na činnosti systému diaľkového pozorovania v
záujmy ministerstva obrany, spravodajských a iných oddelení, napríklad ministerstva zahraničia atď. A tiež stanovuje určité obmedzenia pre zahraničných zákazníkov výrobkov
systémy diaľkového prieskumu zeme a vývoz technológií a materiálu pre ne a definuje základ pre medzivládnu spoluprácu v oblasti vojenských a obchodných typov
Opatrenia prijaté americkou vládou posilňujú a chránia národnú bezpečnosť a vytvárajú pre krajinu vhodné prostredie na medzinárodnej scéne posilňovaním vedúceho postavenia Ameriky v oblasti
Diaľkové snímanie a rozvoj vlastného priemyslu. Za týmto účelom vláda krajiny
Obrovské právomoci boli udelené americkému Národnému úradu pre správu kartografie a zobrazovacích informácií - NIMA, ktorý je štrukturálnym útvarom spravodajskej komunity USA. NIMA je funkčne zodpovedná za zber a distribúciu informácií o druhoch prijatých medzi vesmírnymi systémami diaľkového snímania
vládne rezorty a zahraniční spotrebitelia, prijímajúci a distribuujúci
ktorý je vyrobený iba so súhlasom ministerstva zahraničných vecí USA. Ministerstvo obchodu a NASA sú poverené koordináciou žiadostí o produkty diaľkového prieskumu zeme v komerčnom sektore naprieč oblasťami. To umožňuje použitie informácií o rovnakých druhoch rôznymi oddeleniami, ktoré sa zaujímajú o rovnaké oblasti prieskumu.
Civilné potreby v oblasti diaľkového prieskumu zeme určujú ministerstvá obchodu,
Vnútorné záležitosti a vesmírna agentúra NASA. Vyčleňujú tiež primerané finančné prostriedky na realizáciu projektov v tejto oblasti. Pomoc pri implementácii
programy diaľkového snímania civilnej vlády poskytuje NIMA. Toto
organizácia je taktiež lídrom v príprave akčných plánov na implementáciu novej vesmírnej politiky, pri ktorých rozvoji okrem NIMA pôsobia ministri obrany, obchodu, ministerstvo zahraničných vecí a riaditeľ centrálnej rozviedky (súbežne a riaditeľ CIA).
Geoinovačná agentúra "Innoter"
Je charakteristické, že tieto otázky sú riešené zákonom, formou diskusie a prijímania zákonov. Berie sa do úvahy, že také vládne prostriedky diaľkového prieskumu zeme, ako napríklad Landsat,
Terra, Aqua a ďalší sa budú používať na riešenie obranných a prieskumných úloh, keď sa pre operátora stane nerentabilným získavať informácie pomocou komerčných systémov diaľkového prieskumu. NIMA vytvára všetky potrebné podmienky na to, aby americký priemysel získal konkurenčnú výhodu nad ostatnými
krajín. Vláda USA zaručuje podporu pre rozvoj trhu so systémami diaľkového prieskumu zeme a taktiež si vyhradzuje právo obmedziť predaj generických produktov na určité
krajín v záujme pozorovania vedúcej úlohy USA v oblasti vesmírnych zdrojov diaľkového snímania Zeme. Smernica stanovuje, že CIA a ministerstvo obrany musia sledovať svoje vlastné
metódy a spôsoby stav vývoja diaľkového snímania v iných krajinách tak, aby americký priemysel nestratil svoje vedúce postavenie vo svete na trhoch s diaľkovým prieskumom.
Americká vláda nezakazuje svojmu MO nákup akýchkoľvek materiálov
od komerčných firiem. Priama výhoda je jasná: nie je potrebné vypúšťať nový ani presmerovávať existujúci satelit diaľkového prieskumu na vojenský priestor, ktorý vás zaujíma. A účinnosť sa stáva najvyššou. Práve to s potešením robí ministerstvo obrany USA,
čím sa rozvíjajú obchodné štruktúry zapojené do vývoja a
pomocou systémov diaľkového snímania.
Hlavné myšlienky novej vesmírnej politiky:
− je zákonne stanovené, že zdroje americkej kozmickej lode na diaľkový prieskum zeme budú
v maximálnej miere použiť na riešenie obrany, prieskumu
úloh, zaistenia vnútornej a medzinárodnej bezpečnosti a v záujme
civilní užívatelia;
− vládne systémy diaľkového snímania (napríklad Landsat, Terra, Aqua) budú
zamerané na úlohy, ktoré operátori CS nedokážu efektívne vyriešiť
Diaľkový prieskum zeme vzhľadom na ekonomické faktory, záujmy zabezpečenia národnej
bezpečnostné alebo iné dôvody;
− nadviazanie a rozvoj dlhodobej spolupráce medzi
vládne agentúry a americký letecký a kozmický priemysel, ktoré poskytujú operačný mechanizmus pre licenčné činnosti v oblasti prevádzky operátorov systémov diaľkového snímania a vývozu technológií a materiálov pre diaľkový prieskum zeme;
− vytváranie podmienok, ktoré poskytnú priemyslu USA konkurenčnú výhodu v poskytovaní služieb diaľkového prieskumu zahraničia
vládnych a komerčných zákazníkov.
Geoinovačná agentúra "Innoter"
Nová politika diaľkového prieskumu Zeme je prvým krokom Bushovej administratívy k revízii americkej vesmírnej politiky. Je zrejmé, že prijatie dokumentu prebehlo s aktívnymi
lobistické letecké spoločnosti, ktoré nové pravidlá hry prijali s uspokojením. Predchádzajúca politika definovaná smernicou PDD-23 prispela k vzniku a rozvoju komerčných médií vo vysokom rozlíšení. Nový dokument zaručuje štátnu podporu pre rozvoj trhu s diaľkovým prieskumom zeme a
taktiež ustanovuje, že priemysel bude vyvíjať nové komerčné projekty s prihliadnutím na potreby konkrétnych výrobkov identifikovaných občianskou spoločnosťou
a rezorty obrany.
Ďalším dôležitým aspektom je, že štát sa stáva „medzinárodným presadzovateľom“
Obchodné informácie ERS. V štruktúre predaja typových informácií komerčných operátorov prevládali predtým obranní a iní vládni zákazníci.
Rozsah nákupov bol však relatívne nízky a vesmírny trh
Materiály ERS sa vyvíjali pomaly. V posledných rokoch, keď sa objavila vesmírna loď s diaľkovým snímaním s vysokým rozlíšením (0,5-1 m), sa situácia začala meniť. Komerčné systémy s vysokým a stredným rozlíšením sú v súčasnosti považované za zásadný doplnok
vojenské vesmírne systémy, čo umožňuje zvýšiť efektivitu plnenia objednávok
a výkonnosť integrovaného systému ako celku na vymedzenie funkcií a rozšírenie okruhu používateľov konkrétnych informácií.
Za posledných 5-7 rokov sa zobrazovanie druhov pomocou komerčných vesmírnych lodí stalo dôležitým zdrojom aktuálnych a vysokokvalitných informácií o druhoch v dôsledku
z niekoľkých dôvodov:
− zdroje systémov vojenského sledovania sú obmedzené v dôsledku rozšírenia rozsahu úloh a počtu spotrebiteľov, v dôsledku čoho sa znížila účinnosť riešenia úloh prieskumnej streľby;
− komerčná druhová produkcia stredného a nízkeho rozlíšenia sa stala prístupnejšou,
na základe zavedenia zásad priameho vysielania a rastu ponuky služieb na medzinárodnom trhu;
− trh so snímkami s vysokým rozlíšením (do 1 m a lepšie) sa výrazne rozrástol a zvýšil sa počet prevádzkovateľov komerčných kamerových systémov, čo viedlo k zvýšeniu konkurencie a zníženiu nákladov na služby;
− obchodné špecifické výrobky nemajú pečiatku utajenia, preto podliehajú rozsiahlemu rozdeleniu medzi nižšie úrovne riadenia ozbrojených síl, velenie spojeneckých síl, ostatné oddelenia (ministerstvo zahraničných vecí, ministerstvo pre mimoriadne situácie, pohraničná služba) a
dokonca aj médiá.
Geoinovačná agentúra "Innoter"
31. augusta 2006 americký prezident George W. Bush schválil koncepciu americkej národnej vesmírnej politiky, ktorá predstavuje
základné princípy, ciele, zámery a smery činnosti amerického vojensko-politického vedenia, federálnych ministerstiev a rezortov, ako aj obchodných štruktúr na využitie vesmíru vo vnútroštátnych záujmoch. Tento dokument nahradil rovnomennú prezidentskú smernicu z roku 1996.
Uvoľnenie „národnej vesmírnej politiky“ bolo dôsledkom zvýšeného významu vesmírnych systémov pri zaisťovaní národnej bezpečnosti USA a
aj potrebu uviesť implementovanú vesmírnu politiku do súladu s novými podmienkami situácie.
Realizácia vesmírnych programov bola vyhlásená za prioritnú oblasť činnosti. Americké vojensko-politické vedenie zároveň bude
dodržujte niekoľko základných zásad uvedených nižšie:
− všetky krajiny majú právo slobodného využívania vesmíru na mierové účely, čo USA umožňuje vykonávať vojenské a spravodajské činnosti vo vnútroštátnych záujmoch;
− akékoľvek tvrdenia sa zamietajú akákoľvek krajina na výhradné použitie vesmíru, nebeských telies alebo ich častí, ako aj obmedzenie práv USA na tieto činnosti;
− Biely dom sa snaží spolupracovať s VPR iných štátov v rámci
mierové využitie vesmíru s cieľom rozšíriť príležitosti a dosiahnuť lepšie výsledky v prieskume vesmíru;
− Americké vesmírne lode musia voľne pracovať vo vesmíre.
Spojené štáty budú preto považovať akýkoľvek zásah do fungovania svojho ústavného súdu za porušenie ich práv;
− CS, vrátane pozemných a vesmírnych komponentov, ako aj komunikačné linky podporujúce ich prevádzku, sa považujú za životne dôležité pre národné záujmy krajiny.
V. V tejto súvislosti Spojené štáty:
− brániť svoje práva na slobodné využívanie vesmíru;
− odrádzať alebo odrádzať ostatné krajiny od konania alebo rozvoja prostriedkov na porušovanie týchto práv;
Metóda diaľkového snímania Zeme
Diaľkový prieskum zeme je príjem od každého bezkontaktného kontaktu
metódy informácií o zemskom povrchu, objektoch na ňom alebo v jeho hĺbkach.
Na údaje diaľkového snímania sa tradične vzťahujú iba tieto metódy.
ktoré vám umožňujú získať z vesmíru alebo zo vzduchu obraz zeme
povrchy v akejkoľvek časti elektromagnetického spektra (t. j
elektromagnetické vlny (EMW).
Výhody metódy diaľkového snímania Zeme sú
nasledujúci:
relevantnosť údajov v čase prieskumu (väčšina kartografických
materiály sú beznádejne zastarané);
vysoká účinnosť získavania údajov;
vysoká presnosť spracovania údajov vďaka použitiu technológií GPS;
vysoký informačný obsah (používanie multispektrálneho, infračerveného a
Radarové zobrazovanie vám umožňuje vidieť detaily, ktoré nie sú pri bežných fotografiách viditeľné
obrázky);
ekonomická realizovateľnosť (náklady na získanie informácií
pomocou údajov diaľkového snímania výrazne nižších ako práca v teréne);
schopnosť získať trojrozmerný model terénu (matica terénu) pre
pomocou stereofónneho režimu alebo metód lidového zvuku a
v dôsledku toho schopnosť vykonávať trojrozmerné modelovanie webu
zemský povrch (systémy virtuálnej reality).
Typy zvuku podľa zdroja signálu:
Druhy zvukov v mieste umiestnenia zariadenia:
Vesmírna fotografia (fotografická alebo optoelektronická):
panchromatické (častejšie v jednej široko viditeľnej časti spektra) - najjednoduchšie
príklad čiernobielej fotografie;
farba (snímanie vo viacerých, častejšie skutočných farbách na jednom médiu);
viaczónové (simultánna, ale oddelená fixácia obrazu v rôznych
oblasti spektra);
radar (radar);
Letecké fotografovanie (fotografické alebo optoelektronické):
Rovnaké typy údajov diaľkového snímania ako vo vesmírnych snímkach;
Lidar (laser).
Schopnosť detekovať a merať konkrétny jav, objekt alebo proces
je určené rozlíšením snímača.
Druhy povolení: Charakteristika senzorov zariadení diaľkového snímania
Stručná charakteristika vesmírnych lodí na získavanie údajov
diaľkový prieskum Zeme na komerčné využitie Letecký fotografický komplex integrovaný s prijímačom GPS Príklady leteckých fotografií s rôznym optickým rozlíšením
0,6 m
2 m
6 m Letecký snímok v optickom a tepelnom (infračervenom) spektre
Vľavo - farebná letecká fotografia
tankové farmy, vpravo - noc
tepelný obraz toho istého
územie. Okrem toho jasné
rozlišujúce prázdne (svetlo
hrnčeky)
a
plnené
kontajnery, tepelný obraz
zisťuje netesnosti
od
nádrž
(3)
a
potrubie (1,2). Senzor
CAD,
Streľba
Stred
ekologický
a
technogénne monitorovanie, g.
Trekhgorny. Radarový satelitný obraz
Radarové snímky umožňujú detekciu ropy a ropných produktov na vodnej hladine od
s hrúbkou filmu 50 mikrónov. Ďalšou aplikáciou radarových snímok je vyhodnotenie
vlhkosť pôd.
10.
Radarový satelitný obrazRadarová interferometria zisťuje deformácie z obežnej dráhy blízko Zeme
zemský povrch v zlomkoch centimetra. Tento obrázok ukazuje deformácie
vyplývajúce z niekoľkomesačného vývoja ropného poľa Belridge v roku
Kalifornia. Farebná škála zobrazuje zvislé posuny od 0 (čierno -modrá) do -
58 mm (červeno-hnedá). Spracovanie vykonala spoločnosť Atlantis Scientific na základe obrázkov ERS1
11.
Pozemný komplex na príjem a spracovanie údajov diaľkového snímania
(NKPOD) je určený na príjem údajov diaľkového prieskumu z
kozmické lode, ich spracovanie a skladovanie.
Konfigurácia NKPOD obsahuje:
anténny komplex;
prijímací komplex;
komplex synchronizácie, registrácie a štruktúry
zotavenie;
komplex softvéru.
Aby bol zaistený maximálny polomer
preskúmanie
anténa
komplexné
mal by
byť nainštalované tak, aby bol horizont
otvorené z rohov kóty 2 stupne. a vyššie v
ľubovoľný azimutálny smer.
Pre vysokokvalitný príjem je to nevyhnutné
je
neprítomnosť
rádiové rušenie
v
rozsah od 8,0 do 8,4 GHz (vysielací
rádiové relé, troposférické a
iné komunikačné linky).
12.
Pozemný komplex na príjem a spracovanie údajov diaľkového prieskumu (NKPOD)NKPOD poskytuje:
Tvorba aplikácií pre plánovanie prieskumu zemského povrchu a recepcie
údaje;
rozbaľovanie informácií s triedením podľa trás a prideľovaním polí
video informácie a servisné informácie;
obnova riadkovej štruktúry obrazových informácií, dekódovanie,
rádiometrická korekcia, filtrovanie, dynamická transformácia
rozsah, vytvorenie prehľadného obrazu a ďalšie operácie
digitálne primárne spracovanie;
analýza kvality obrázkov získaných pomocou expertných a
softvérové metódy;
katalogizácia a archivácia informácií;
geometrická korekcia a georeferencia obrázkov pomocou údajov
o parametroch uhlového a lineárneho pohybu kozmických lodí (SC) a / alebo
body pozemnej kontroly;
licencovaný prístup k údajom prijatým z mnohých zahraničných satelitov ERS.
Anténa a prijímací komplexný riadiaci softvér
vykonáva nasledujúce hlavné funkcie:
automatická kontrola fungovania hardvérovej časti NKPOD;
výpočet plánu komunikačných relácií, to znamená prechodu satelitu viditeľnou zónou
NKPOD;
automatická aktivácia NKPOD a príjem dát v súlade s
rozvrh;
výpočet satelitnej trajektórie a riadenie komplexu antény pre
satelitné sledovanie;
formátovanie prijatého informačného toku a jeho zaznamenanie na pevný disk
disk;
indikácia aktuálneho stavu systému a informačného toku;
automatická údržba pracovných denníkov.
13.
Hlavné oblasti použitia satelitných systémov na celom svete
polohovanie pre geoinformačnú podporu podnikov
sektor ropy a zemného plynu:
rozvoj geodetických referenčných sietí všetkých úrovní od globálnej po
geodetické práce, ako aj vykonávanie nivelačných prác za účelom geodetiky
zabezpečenie činnosti podnikov;
zabezpečenie ťažby nerastov (povrchová ťažba, vŕtanie
práca atď.);
geodetická podpora stavby, kladenie potrubí,
káble, nadjazdy, vedenia na prenos energií a iné inžinierske a aplikované práce;
zememeračské práce;
záchranné a preventívne práce (geodetická podpora pre
katastrofy a katastrofy);
environmentálne štúdie: mriežka úniku ropy, hodnotenie
oblasti úniku ropy a určenie smeru ich pohybu;
snímanie a mapovanie všetkých typov - topografické, špeciálne,
tematické;
integrácia s GIS;
aplikácia v dispečerských službách;
navigácia všetkých typov - vzduch, more, pevnina.
14.
Zariadenie a aplikácia satelitných systémov na celom sveteumiestnenie v ropnom a plynárenskom priemysle
Existujúce SGPS: GPS, GLONASS, Beidou, Galileo, IRNSS
Hlavné prvky satelitného navigačného systému:
15.
GLONASSSystém je založený na 24 satelitoch (a 2 pohotovostnom režime), ktoré sa presúvajú
povrch Zeme v troch orbitálnych rovinách so sklonom orbitálu
lietadlá 64,8 ° a výšku 19 100 km
hmotnosť - 1415 kg,
zaručené
termín
aktívny
existencia - 7 rokov,
funkcie - 2 signály pre civilistov
spotrebitelia,
na
porovnanie
s
spoločníci
predchádzajúca generácia („Glonass“)
presnosť polohovania
predmety zvýšené 2,5 -krát,
napájací zdroj - 1400 W,
začiatok letových skúšok - 10. december
Rok 2003.
domáci palubný digitálny počítač založený na
mikroprocesor s príkazovým systémom VAX
11/750
hmotnosť - 935 kg,
zaručené
termín
aktívny
existencia - 10 rokov,
nové navigačné signály vo formáte
Systémy kompatibilné s formátom CDMA
GPS / Galileo / kompas
pridaním signálu CDMA do rozsahu
L3, presnosť definícií navigácie v
Formát GLONASS sa zdvojnásobí
v porovnaní so satelitmi „Glonass-M“.
úplne ruský aparát, chýba
dovezené spotrebiče.
16.
Presnosť GLONASSPodľa údajov SDKM z 22. júla 2011 chyby navigácie
Definície GLONASS v zemepisnej dĺžke a šírke boli 4,46-7,38 m v
s použitím priemerne 7-8 kozmických lodí (v závislosti od prijímacieho bodu). Zároveň
Chyby GPS boli pri priemernom použití 6-11 2,00-8,76 m
KA (v závislosti od prijímacieho bodu).
Keď sa oba navigačné systémy používajú spoločne, chyby
sú 2,37-4,65 m pri priemernom použití 14-19 vesmírnych lodí (v
v závislosti od bodu príjmu).
Zloženie skupiny KNS GLONASS k 13.10.2011:
Celkom OG GLONASS
28 kozmických lodí
Používajú sa na určený účel
21 kozmická loď
Vo fáze vstupu do systému
2 kozmická loď
Dočasne stiahnuté do
údržba
4 CA
Orbitálna rezerva
1 kozmická loď
Vo fáze odhlásenia
-
17.
Zariadenie na príjem signálov GLONASSObrazovka Navigátora Glospace s
zobrazujúci plán moskovských ulíc v roku
perspektívna projekcia a indikácia
poloha pozorovateľa
NAP "GROT-M" (NIIKP, 2003)
jedna z prvých vzoriek
18.
GPSSystém je založený na 24 satelitoch (a 6 pohotovostných), ktoré sa presúvajú
povrch Zeme s frekvenciou 2 otáčky za deň v 6 kruhovom orbitáli
trajektórie (4 satelity v každom), približne 20 180 km vysoké so sklonom
orbitálne roviny 55 °
GPS satelit na obežnej dráhe
19.
Zariadenie na príjem signálu GPS20.
Typy zariadení na príjem signálu SGPSnavigátor (presný čas; orientácia na svetové strany; výška nad úrovňou
moria; smer k bodu so súradnicami určenými užívateľom; prúd
rýchlosť, prejdená vzdialenosť, priemerná rýchlosť; aktuálna poloha zapnutá
elektronická mapa oblasti; aktuálna poloha vzhľadom na trasu);
tracker (GPS / GLONASS + GSM, prenáša údaje o polohe a pohybe,
nezobrazuje mapu na klientskom zariadení - iba na serveri);
záznamník (sledovač bez modulu GSM, zaznamenáva údaje o pohybe).
navigátor
sledovač
drevorubač
Satelit ERS "Resurs-P"
Diaľkové snímanie Zeme (ERS) je pozorovanie povrchu letectva a kozmických lodí vybavených rôznymi druhmi zobrazovacích zariadení. Pracovný rozsah vlnových dĺžok prijatých zobrazovacím zariadením sa pohybuje od zlomkov mikrometra (viditeľné optické žiarenie) po metre (rádiové vlny). Metódy snímania môžu byť pasívne, to znamená využívať prirodzené odrazené alebo sekundárne tepelné žiarenie predmetov na zemskom povrchu, spôsobené slnečnou aktivitou, a aktívne, pomocou stimulovaného žiarenia predmetov iniciovaného umelým zdrojom smerového pôsobenia. Údaje ERS získané z (SC) sa vyznačujú vysokým stupňom závislosti od priehľadnosti atmosféry. Kozmická loď preto používa viackanálové zariadenie pasívnych a aktívnych typov, ktoré registrujú elektromagnetické žiarenie v rôznych rozsahoch.
Zariadenie ERS prvého vesmírneho plavidla vypusteného v 60. a 70. rokoch minulého storočia. bola stopového typu - priemet meranej oblasti na zemský povrch bola priamka. Neskôr sa objavilo a rozšírilo panoramatické zariadenie ERS - skenery, projekcia meranej oblasti na zemský povrch je pás.
Kozmické lode na diaľkové snímanie Zeme sa používajú na štúdium prírodných zdrojov Zeme a na riešenie meteorologických problémov. Vesmírne lode na štúdium prírodných zdrojov sú vybavené hlavne optickým alebo radarovým zariadením. Jeho výhody spočívajú v tom, že umožňuje pozorovanie zemského povrchu kedykoľvek počas dňa bez ohľadu na stav atmosféry.
všeobecný prehľad
Diaľkový prieskum je metóda získavania informácií o objekte alebo jave bez priameho fyzického kontaktu s týmto objektom. Diaľkový prieskum zeme je podsekciou geografie. V modernom zmysle sa tento výraz týka predovšetkým technológií prenášaných vzduchom alebo vesmírom na účely detekcie, klasifikácie a analýzy predmetov na zemskom povrchu, ako aj atmosféry a oceánu, pomocou šírených signálov (napríklad elektromagnetického žiarenia). Delia sa na aktívny (signál najskôr vysiela lietadlo alebo vesmírny satelit) a pasívny diaľkový prieskum (zaznamenáva sa iba signál z iných zdrojov, napríklad slnečné svetlo).
Pasívne senzory diaľkového snímania zaznamenávajú signál vysielaný alebo odrážaný predmetom alebo priľahlým územím. Odrazené slnečné svetlo je najčastejšie používaným zdrojom žiarenia, detegované pasívnymi senzormi. Príkladmi pasívneho diaľkového snímania sú digitálna a filmová fotografia, infračervené zariadenia, zariadenia spojené s nabíjaním a rádiometre.
Aktívne zariadenia zas vysielajú signál na skenovanie objektu a priestoru, po ktorom je senzor schopný detegovať a merať žiarenie odrazené alebo generované spätným rozptylom snímacím cieľom. Príkladmi aktívnych senzorov diaľkového snímania sú radar a lidar, ktoré merajú časové oneskorenie medzi vysielaním a registráciou vráteného signálu, čím sa určuje poloha, rýchlosť a smer objektu.
Diaľkové snímanie poskytuje možnosť získať údaje o nebezpečných, ťažko dostupných a rýchlo sa pohybujúcich objektoch a tiež umožňuje pozorovanie na veľkých plochách terénu. Medzi príklady aplikácií diaľkového snímania patrí monitorovanie odlesňovania (napríklad v povodí Amazonky), stav ľadovcov v Arktíde a Antarktíde a veľa sa meria hĺbka oceánu. Diaľkové snímanie tiež nahrádza drahé a relatívne pomalé metódy zberu informácií z povrchu Zeme, pričom súčasne zaručuje nezasahovanie človeka do prírodných procesov na pozorovaných územiach alebo objektoch.
Pomocou kozmických lodí na obežnej dráhe majú vedci schopnosť zbierať a prenášať údaje v rôznych rozsahoch elektromagnetického spektra, ktoré v kombinácii s väčšími leteckými a pozemnými meraniami a analýzami poskytujú potrebné dátové spektrum na monitorovanie súčasných javov a trendov. ako je El Niño a ďalšie. prírodné javy, krátkodobé aj dlhodobé. Diaľkový prieskum zeme má tiež aplikovanú hodnotu v oblasti geovied (napríklad manažment prírody), poľnohospodárstva (využívanie a zachovanie prírodných zdrojov), národnej bezpečnosti (monitorovanie hraničných oblastí).
Techniky získavania údajov
Hlavným cieľom multispektrálnych štúdií a analýzy získaných údajov sú objekty a územia, ktoré emitujú energiu, čo im umožňuje ich rozlíšenie na pozadí životného prostredia. Prehľad satelitných systémov diaľkového snímania nájdete v prehľadnej tabuľke.
Vo všeobecnosti je najlepší čas na získanie údajov pomocou metód diaľkového snímania letný čas (najmä v týchto mesiacoch je uhol slnka nad horizontom najväčší a deň je najdlhší). Výnimkou z tohto pravidla je získavanie údajov pomocou aktívnych senzorov (napríklad Radar, Lidar), ako aj tepelných údajov v rozsahu dlhých vlnových dĺžok. Pri termovízii, v ktorej senzory merajú tepelnú energiu, je lepšie využiť časový interval, kedy je rozdiel v teplote zeme a teploty vzduchu najväčší. Najlepšie časy pre tieto metódy sú teda v chladnejších mesiacoch, ako aj niekoľko hodín pred svitaním v každom ročnom období.
Okrem toho je potrebné zvážiť niekoľko ďalších aspektov. Pomocou radaru je napríklad nemožné získať obraz holého povrchu Zeme s hustou snehovou pokrývkou; to isté sa dá povedať o lidare. Tieto aktívne senzory sú však necitlivé na svetlo (alebo jeho nedostatok), čo z neho robí vynikajúcu voľbu napríklad pre aplikácie vo vysokých zemepisných šírkach. Radar aj lidar sú navyše schopné (v závislosti od použitých vlnových dĺžok) zobrazovať povrch pod lesným baldachýnom, čo ich robí užitočnými vo vysoko zarastených oblastiach. Na druhej strane, metódy získavania spektrálnych údajov (stereofónne aj multispektrálne metódy) sú použiteľné hlavne za slnečných dní; údaje zozbierané za zhoršených svetelných podmienok majú spravidla nízky pomer signálu k šumu, čo sťažuje spracovanie a interpretáciu. Navyše, zatiaľ čo stereo snímky sú schopné zobrazovať a identifikovať vegetáciu a ekosystémy, nie je možné pri tejto metóde (ako pri multispektrálnom snímaní) preniknúť pod korunu stromov a získať snímky zemského povrchu.
Aplikácie diaľkového prieskumu zeme
Diaľkové snímanie sa najčastejšie používa v poľnohospodárstve, geodézii, mapovaní, monitorovaní povrchu Zeme a oceánu, ako aj vrstiev atmosféry.
poľnohospodárstvo
Pomocou satelitov je možné cyklicky s určitosťou získať snímky jednotlivých polí, regiónov a okresov. Používatelia môžu získať cenné informácie o stave pôdy vrátane identifikácie plodín, definície oblasti plodín a stavu plodín. Satelitné údaje sa používajú na presnú kontrolu a monitorovanie poľnohospodárskej výkonnosti na rôznych úrovniach. Tieto údaje je možné použiť na optimalizáciu poľnohospodárstva a priestorovo orientovaný manažment technických operácií. Obrázky môžu pomôcť určiť polohu plodín a rozsah vyčerpania pôdy a potom ich možno použiť na vypracovanie a implementáciu plánu úpravy na optimalizáciu miestneho používania poľnohospodárskych chemikálií. Hlavné poľnohospodárske aplikácie diaľkového snímania sú tieto:
- vegetácia:
- klasifikácia druhu plodiny
- hodnotenie stavu plodín (monitorovanie plodín, hodnotenie škôd)
- hodnotenie výťažku
- pôda
- zobrazenie charakteristík pôdy
- zobrazenie typu pôdy
- erózia pôdy
- vhlkosť pôdy
- ukážka praxe obrábania pôdy
Monitoring lesného porastu
Diaľkový prieskum zeme sa používa aj na monitorovanie lesných porastov a identifikácie druhov. Takto získané mapy môžu pokrývať veľkú plochu a súčasne zobrazovať podrobné merania a charakteristiky oblasti (typ stromu, výška, hustota). Pomocou údajov diaľkového snímania je možné identifikovať a vymedziť rôzne druhy lesov, ktoré by bolo ťažké dosiahnuť pomocou tradičných metód na povrchu zeme. Údaje sú k dispozícii v rôznych mierkach a rozlíšeniach, aby vyhovovali miestnym alebo regionálnym požiadavkám. Požiadavky na detail zobrazenia terénu závisia od rozsahu štúdie. Na zobrazenie zmien v lesnom poraste (textúra, hustota listov) použite:
- multispektrálne snímky: na presnú identifikáciu druhov sú potrebné údaje s vysokým rozlíšením
- Na získanie informácií o sezónnych zmenách rôzneho druhu sa používa viacnásobné obrázky toho istého územia
- stereofotky - na diferenciáciu druhov, hodnotenie hustoty a výšky stromov. Stereo fotografie poskytujú jedinečný pohľad na lesné porasty, ktoré sú dostupné iba pomocou technológie diaľkového snímania
- Radary sú vo vlhkých trópoch široko používané kvôli svojej schopnosti získavať obrázky za všetkých poveternostných podmienok
- Lidars vám umožňuje získať trojrozmernú štruktúru lesa, detekovať zmeny vo výške zemského povrchu a predmetov na ňom. Údaje spoločnosti Lidar pomáhajú odhadnúť výšky stromov, korunné oblasti a počet stromov na jednotku plochy.
Monitorovanie povrchu
Monitorovanie povrchu je jednou z najdôležitejších a typických aplikácií pre diaľkový prieskum zeme. Získané údaje sa používajú na určenie fyzického stavu zemského povrchu, napríklad lesov, pasienkov, povrchov vozoviek atď., Vrátane výsledkov ľudských činností, ako je krajina v priemyselných a obytných oblastiach, stav poľnohospodárskych oblastí , atď. Na začiatku by mal byť vytvorený klasifikačný systém krajinnej pokrývky, ktorý zvyčajne zahŕňa úrovne a triedy krajiny. Úrovne a známky by sa mali vypracovať s prihliadnutím na účel použitia (na národnej, regionálnej alebo miestnej úrovni), priestorové a spektrálne rozlíšenie údajov diaľkového prieskumu, požiadavku užívateľa atď.
Detekcia zmien v stave zemského povrchu je potrebná na aktualizáciu máp krajinnej pokrývky a racionalizáciu využívania prírodných zdrojov. Zmeny sa zvyčajne vyskytujú pri porovnávaní viacerých obrázkov obsahujúcich viac vrstiev údajov a v niektorých prípadoch pri porovnávaní starých máp a aktualizovaných snímok diaľkového prieskumu.
- sezónne zmeny: poľnohospodárska pôda a listnaté lesy sa sezónne menia
- ročné zmeny: zmeny povrchu krajiny alebo oblasti využívania pôdy, ako napríklad odlesňovanie alebo rozrastanie miest
Informácie o povrchu krajiny a zmenách vegetačného krytu sú priamo nevyhnutné pre stanovenie a implementáciu politík ochrany životného prostredia a môžu byť použité v spojení s inými údajmi na vykonávanie komplexných výpočtov (napríklad na stanovenie rizík erózie).
Geodézia
Zhromažďovanie údajov z leteckého prieskumu bolo prvýkrát použité na detekciu ponoriek a získanie gravitačných údajov použitých na zostavenie vojenských máp. Tieto údaje predstavujú úrovne okamžitých porúch gravitačného poľa Zeme, ktoré je možné použiť na stanovenie zmien v rozložení hmotností Zeme, ktoré zase môžu byť potrebné pre rôzne geologické štúdie.
Akustické a takmer akustické aplikácie
- Sonar: pasívny sonar, zaznamenáva zvukové vlny vychádzajúce z iných predmetov (loď, veľryba atď.); aktívny sonar, vysiela impulzy zvukových vĺn a registruje odrazený signál. Slúži na detekciu, lokalizáciu a meranie parametrov podvodných objektov a terénu.
- Seizmografy sú špeciálne meracie zariadenie, ktoré slúži na detekciu a záznam všetkých typov seizmických vĺn. Pomocou seizmogramov nasnímaných na rôznych miestach určitého územia je možné určiť epicentrum zemetrasenia a zmerať jeho amplitúdu (potom, čo k nemu došlo) porovnaním relatívnych intenzít a presného času oscilácií.
- Ultrazvuk: Ultrazvukové snímače, ktoré vysielajú vysokofrekvenčné impulzy a zaznamenávajú odrazený signál. Slúži na detekciu vodných vĺn a stanovenie hladiny vody.
Pri koordinácii série rozsiahlych pozorovaní väčšina snímacích systémov závisí od nasledujúcich faktorov: umiestnenie plošiny a orientácia senzorov. Vysoko kvalitné prístroje v dnešnej dobe často používajú informácie o polohe zo satelitných navigačných systémov. Otáčanie a orientáciu často určujú elektronické kompasy s presnosťou asi jeden až dva stupne. Kompasy môžu merať nielen azimut (tj. Stupňovú odchýlku od magnetického severu), ale aj nadmorskú výšku (hodnota odchýlky od hladiny mora), pretože smer magnetického poľa voči Zemi závisí od zemepisnej šírky, na ktorej je pozorovanie prebieha Na presnejšiu orientáciu je potrebné použiť inerciálnu navigáciu s periodickými korekciami rôznymi metódami vrátane navigácie podľa hviezd alebo známych orientačných bodov.
Prehľad hlavných nástrojov diaľkového snímania
- Radary sa používajú hlavne v systémoch riadenia letovej prevádzky, systémoch včasného varovania, monitorovaní lesných porastov, poľnohospodárstve a na získavanie rozsiahlych meteorologických údajov. Dopplerovský radar používajú orgány činné v trestnom konaní na monitorovanie rýchlosti vozidiel, ako aj na získavanie meteorologických údajov o rýchlosti a smere vetra, polohe a intenzite zrážok. Medzi ďalšie typy získaných informácií patria údaje o ionizovanom plyne v ionosfére. Interferometrický radar s umelou apertúrou sa používa na získanie presných digitálnych výškových modelov veľkých oblastí terénu.
- Satelitné laserové a radarové výškomery poskytujú širokú škálu údajov. Tieto zariadenia merajú kolísanie hladiny morskej vody spôsobené gravitáciou a zobrazujú topografiu morského dna s rozlíšením rádovo jednej míle. Meraním výšky a vlnovej dĺžky morských vĺn výškomermi môžete zistiť rýchlosť a smer vetra, ako aj rýchlosť a smer povrchových oceánskych prúdov.
- Ultrazvukové (akustické) a radarové snímače sa používajú na meranie hladiny mora, odlivu a prietoku a určovanie smeru vĺn v pobrežných morských oblastiach.
- Technológia LIDAR (Light Detection and Ranging) je dobre známa svojimi aplikáciami vo vojenskej oblasti, najmä v laserovej navigácii projektilov. LIDAR sa používa aj na detekciu a meranie koncentrácie rôznych chemikálií v atmosfére, zatiaľ čo palubný lietadlo LIDAR je možné použiť na meranie výšky predmetov a javov na zemi s väčšou presnosťou, ako je možné dosiahnuť pomocou radarovej technológie. Diaľkové snímanie vegetácie je tiež jednou z hlavných aplikácií systému LIDAR.
- Rádiometre a fotometre sú najbežnejšími používanými prístrojmi. Zachytávajú odrazené a emitované žiarenie v širokom frekvenčnom rozsahu. Najbežnejšie sú viditeľné a infračervené senzory, nasledované mikrovlnami, senzormi gama žiarenia a menej často ultrafialovými senzormi. Tieto prístroje je možné použiť aj na detekciu emisného spektra rôznych chemikálií, ktoré poskytujú údaje o ich koncentrácii v atmosfére.
- Stereo snímky z leteckej fotografie sa často používajú na skúmanie vegetácie na povrchu Zeme, ako aj na vytváranie topografických máp pri vývoji potenciálnych trás analýzou terénnych snímok v kombinácii s modelovaním environmentálnych vlastností získavaných pozemnými metódami.
- Multispektrálne platformy, ako napríklad Landsat, sa aktívne používajú od 70. rokov minulého storočia. Tieto prístroje boli použité na generovanie tematických máp zobrazením viacerých vlnových dĺžok elektromagnetického spektra (viacspektrálne) a zvyčajne sa používajú na satelitoch na pozorovanie Zeme. Medzi príklady takýchto misií patrí program Landsat alebo satelit IKONOS. Mapy krajinnej pokrývky a využitie krajiny vytvorené tematickým mapovaním je možné použiť na prieskum nerastov, detekciu a monitorovanie využívania krajiny, odlesňovanie a štúdium zdravia rastlín a plodín vrátane rozsiahlych oblastí poľnohospodárskej pôdy alebo lesov. Satelitné snímky Landsat používajú regulátory na monitorovanie parametrov kvality vody vrátane hĺbky Secchi, hustoty chlorofylu a celkového fosforu. Meteorologické satelity sa používajú v meteorológii a klimatológii.
- Spektrálne zobrazovanie vytvára obrázky, v ktorých každý pixel obsahuje úplné spektrálne informácie, pričom zobrazuje úzke spektrálne rozsahy v rámci súvislého spektra. Spektrálne zobrazovacie zariadenia sa používajú na riešenie rôznych problémov vrátane tých, ktoré sa používajú v mineralógii, biológii, vojenských záležitostiach a meraní parametrov životného prostredia.
- Diaľkový prieskum zeme ako súčasť boja proti dezertifikácii umožňuje pozorovanie oblastí, ktoré sú dlhodobo ohrozené, určenie faktorov dezertifikácie, posúdenie hĺbky ich vplyvu a tiež poskytnutie potrebných informácií osobám zodpovedným za rozhodovanie o prijatie vhodných opatrení na ochranu životného prostredia.
Spracovanie dát
Pri diaľkovom snímaní sa spravidla používa digitálne spracovanie údajov, pretože v tomto formáte sa v súčasnosti prijímajú údaje diaľkového snímania. V digitálnom formáte je jednoduchšie spracovávať a uchovávať informácie. Dvojrozmerný obraz v jednom spektrálnom rozsahu môže byť reprezentovaný ako matica (dvojrozmerné pole) čísel Ja (i, j), z ktorých každý predstavuje intenzitu žiarenia prijatého snímačom z prvku zemského povrchu, ktorá zodpovedá jednému pixelu na obrázku.
Obrázok pozostáva z n x m pixelov, každý pixel má súradnice (i, j)- číslo riadka a číslo stĺpca. Číslo Ja (i, j)- celé číslo a nazýva sa úroveň šedej (alebo spektrálny jas) pixelu (i, j)... Ak je obraz získaný v niekoľkých rozsahoch elektromagnetického spektra, potom je reprezentovaný trojrozmernou mriežkou pozostávajúcou z čísel Ja (i, j, k), kde k Je číslo spektrálneho kanála. Z matematického hľadiska nie je ťažké spracovať digitálne údaje získané v tejto forme.
Na správnu reprodukciu obrazu na digitálnych záznamoch dodávaných bodmi prijímania informácií je potrebné poznať formát záznamu (štruktúra údajov), ako aj počet riadkov a stĺpcov. Používajú sa štyri formáty, ktoré zoradia údaje ako:
- postupnosť zón ( Band Sequental, BSQ);
- zóny striedajúce sa pozdĺž čiar ( Band Interleaved by Line, BIL);
- zóny striedajúce sa v pixeloch ( Pás prekladaný Pixel, BIP);
- postupnosť zón s kompresiou informácií do súboru metódou skupinového kódovania (napríklad vo formáte jpg).
V. BSQ-formát každý obraz oblasti je obsiahnutý v samostatnom súbore. Je to výhodné, keď nie je potrebné pracovať so všetkými zónami naraz. Jedna zóna je ľahko čitateľná a vizualizovateľná, obrázky zón je možné načítať v ľubovoľnom poradí.
V. BIL-formát zónové údaje sa zapisujú do jedného súboru riadok po riadku, pričom zóny sa striedajú podľa riadkov: 1. riadok 1. zóny, 1. riadok 2. zóny, ..., 2. riadok 1. zóny, 2. riadok 2. zóna atď. Takýto záznam je vhodný vtedy, keď sú všetky zóny analyzované súčasne.
V. BIP-formát zónové hodnoty spektrálneho jasu každého pixelu sa ukladajú postupne: najskôr hodnoty prvého pixelu v každej zóne, potom hodnoty druhého pixelu v každej zóne atď. Tento formát sa nazýva kombinovaný . Je to výhodné pri vykonávaní spracovania pixelov po pixeloch viaczónového obrazu, napríklad v klasifikačných algoritmoch.
Skupinové kódovanie slúži na zníženie množstva rastrových informácií. Takéto formáty sú vhodné na ukladanie veľkých obrázkov; na prácu s nimi musíte mať k dispozícii prostriedky na rozbalenie údajov.
K obrázkovým súborom sú spravidla sprevádzané nasledujúce dodatočné informácie súvisiace so snímkami:
- popis dátového súboru (formát, počet riadkov a stĺpcov, rozlíšenie atď.);
- štatistické údaje (charakteristiky rozloženia jasu - minimálna, maximálna a priemerná hodnota, rozptyl);
- údaje o projekcii máp.
Ďalšie informácie sú buď v hlavičke súboru s obrázkom, alebo v samostatnom textovom súbore s rovnakým názvom ako súbor s obrázkom.
Podľa stupňa zložitosti sa nasledujúce úrovne spracovania CW poskytované používateľom líšia:
- 1A - Rádiometrická korekcia skreslení spôsobených rozdielmi v citlivosti jednotlivých senzorov.
- 1B - rádiometrická korekcia na úrovni spracovania 1A a geometrická korekcia systematických skreslení snímačov vrátane panoramatických skreslení, skreslení spôsobených rotáciou a zakrivením Zeme, kolísania výšky satelitnej obežnej dráhy.
- 2A ukazuje korekciu obrazu na úrovni 1B a korekciu v súlade s daným geometrickým priemetom bez použitia bodov ovládania zeme. Na geometrickú opravu je to globálny digitálny výškový model ( DEM, DEM) s krokom 1 km na zemi. Použitá geometrická korekcia odstraňuje systematické skreslenia senzorov a premieta obraz do štandardnej projekcie ( UTM WGS-84) pomocou známych parametrov (údaje o satelitných efemeridách, priestorová poloha atď.).
- 2B - korekcia obrazu na úrovni 1B a korekcia v súlade s danou geometrickou projekciou pomocou bodov ovládania zeme;
- 3 - korekcia obrazu na úrovni 2B plus korekcia pomocou terénneho DEM (ortorektifikácia).
- S - korekcia obrazu pomocou referenčného obrázku.
Kvalita údajov získaných z diaľkového snímania závisí od ich priestorového, spektrálneho, rádiometrického a časového rozlíšenia.
Priestorové rozlíšenie
Je charakterizovaná veľkosťou pixelu (na povrchu Zeme) zaznamenaného na rastrovom obrázku - zvyčajne sa pohybuje od 1 do 4000 metrov.
Spektrálne rozlíšenie
Údaje spoločnosti Landsat zahŕňajú sedem pásiem vrátane infračerveného spektra v rozsahu od 0,07 do 2,1 µm. Senzor Hyperion zariadenia Earth Observing-1 je schopný zaregistrovať 220 spektrálnych pásiem od 0,4 do 2,5 µm so spektrálnym rozlíšením 0,1 až 0,11 µm.
Rádiometrické rozlíšenie
Počet úrovní signálu, ktoré môže snímač zaznamenať. Obvykle sa pohybuje od 8 do 14 bitov, čo dáva 256 až 16 384 úrovní. Táto charakteristika závisí aj od úrovne hluku v prístroji.
Dočasné povolenie
Frekvencia letu satelitu nad záujmovým povrchom. Relevantné pri skúmaní série obrázkov, napríklad pri štúdiu dynamiky lesov. Spočiatku bola analýza série vykonaná pre potreby vojenského spravodajstva, najmä na sledovanie zmien v infraštruktúre, pohybov nepriateľa.
Na vytvorenie presných máp na základe údajov diaľkového snímania je potrebná transformácia, ktorá odstráni geometrické skreslenie. Obraz povrchu Zeme so zariadením smerujúcim priamo dole obsahuje neskreslený obraz iba v strede obrázku. Keď sa pohybujete k okrajom, vzdialenosti medzi bodmi na obrázku a zodpovedajúce vzdialenosti na Zemi sa stále viac líšia. Korekcia takýchto skreslení sa vykonáva počas procesu fotogrametrie. Od začiatku 90. rokov bola väčšina komerčných satelitných snímok predaná už opravená.
Okrem toho môže byť potrebná rádiometrická alebo atmosférická korekcia. Rádiometrická korekcia prevádza diskrétne úrovne signálu, napríklad 0 až 255, na ich skutočné fyzické hodnoty. Atmosférická korekcia odstraňuje spektrálne skreslenie spôsobené prítomnosťou atmosféry.
