7.1.3 Сканерные снимки

Снимки, оперативно передаваемые по радиоканалам, – вна­чале телевизионные, а затем сканерные – получают, как и фото­графические, с начала 60-х гг. XX в. Невысокое разрешение сним­ков, которое обеспечивали первые съемочные системы, измеряе­мое километрами, обусловило применение сканеров вначале лишь па метеорологических спутниках, и только в 70-х годах, когда удалось перейти к разрешению в десятки метров, такие снимки стати получать с ресурсных спутников.

Сканерные снимки с метеорологических спутников. С метеоро­логических спутников ежесуточно получают снимки облачного покрова. Па свободных от облачности участках изображается от­крытая поверхность суши и океанов, а регулярное повторение съемки делает такие снимки ценными для изучения изменчивых явлений. Поэтому снимки с метеоспутников входят в крут мате­риалов космической съемки, используемых в широком спектре географических исследований.

Снимки с отечественных метеоспутников получают с 1967 г, когда начала действовать спутниковая система Метеор Гидроме­теослужбы СССР, включающая 2-3 одновременно рабо­тающих спутника на круговых субполярных орбитах высотой 800-1200 км. Работали более 50 таких спутников: сменилось их третье поколение, спутники которого переведены на солнечно-синхрон­ные орбиты. Со спутников первого поколения получали с помо­щью двух телевизионных камер снимки с охватом 1000 км и разрешением 3-8 км в масштабе 1 : 8 000 000. Современные сканер­ные снимки с полосой охвала 2500 км и разрешением по надирной линии снимка 1-2 км записываются в масштабе 1 : 12000 000. Кроме снимков облачности, со спутников Метеор полу­чают информацию для исследования теплового баланса Земли и решения других залач. В частности, на спутнике Метеор-3 спект­рометр ультрафполетового диапазона обеспечивал еже­дневное глобальное картографирование состояния озонового слоя Земли, что имеет исключительно важное экологическое значе­ние.

По снимкам со спутников Метеор выполняется дешифрирова­ние облачного покрова, разделение его различных типов, состав­ление карт облачности и анализ се распределения, что необходи­мо аля службы погоды. Эти снимки используют также аля изуче­ния снежного покрова и его динамики в целях гидрологическою прогнозирования, для анализа ледовой обстановки в морях. Снимки применялись и для изучения тектонических структур земной по­верхности, причем сильно генерализованное изображение дало возможность выявления глубинных нарушений земной коры. Та­ким образом снимки со спутников Метеор обеспечивали решение довольно широкого круга задач.

Снимки с зарубежных метеоспутников. За рубежом фонд сним­ков с метеоспутников в первые десятилетня космических иссле­дований формировался главным образом за счет спутников США. На экспериментальном этапе в 60-е гг. XX в., при поисках опти­мальной съёмочной системы, со спутников TIROS, LSSA. Nimbus получали снимки с постепенным повышением разрешения от 8 до 1 км и увеличением охвата до 2500 км. Эти спутники решали не только метеорологические залачи. Например, проводился мониторинг биомассы океана на основе анализа его цветовых характеристик и др. В дальнейшем, после завершения про­граммы Nimbus, такие снимки слали получать с океанологических спутников Seastar. а позже – с Terra и Aqua.

Современные метеоспутники США NOAA (по названию гид­рометеорологической службы США National Oceanic and Atmo­spheric Administration) работают с 1970 г. Помимо обеспечения служ­бы погоды по ним строятся карты вегетационного индекса для оценки состояния растительности, ее сезонных изменений, изучения процессов обезлесивания и опустынивания, т.е. для ре­шения задач мониторинга состояния природной среды. Такие гло­бальные карты создаются с 1982 г. в центрах данных NOAA с раз­ным пространственным разрешением и временным осреднением (за 10 дней, по месяцам, годам): они архивируются и доступны для потребителей. По этой информации создана первая глобаль­ная карта земных покровов, отражающая распределение расти­тельности на Земле в 1992-1993 гг.

Снимки со спутников NOAA широко используются во всем мире, их принимают на упрощенных пунктах приема, например на судовых станциях, но при уменьшении разрешения до 4 км. Некоторые из этих станций оснащены системами географической привязки снимков по орбитальным данным и выдают изображе­ния с сеткой географических координат.

В настоящее время в метеорологическую информацию в основном получили с европейских спутников МЕТОР (Meteorology Operational Programme), которые заменили NOAA в качестве международных метеоспутников.

Тем не менее продолжается получение снимков и с нацио­нальных метеоспутников, например, в Китае, где с 1988 г. со спут­ников FY-1 (Feng Yun – ветер и облачность) получа­ют снимки с разрешением 1 км и охватом 3200 км, которые при съемке с 7 витков охватывают всю территорию страны.

Таким образом, характеристики снимков с метеоспутников разных стран сейчас примерно одинаковы, а круг решаемых ими задач расширяется – от собственно метеорологических до конт­роля состояния окружающей среды.

Снимки с высокоорбитальных метеоспутников. Особую часть фонда составляют снимки с геостационарных спутников на уда­ленных орбитах высотой около 36000 км, система которых (4-5 спутников) единовременно обеспечивает полный глобальный охват при многократной повторяемости сьемки в течение суток. В 80-90-х гг. XX в. глобальную съемку для обеспечения службы погоды вели два спутника США GOES (Geostationary Operational Environ­mental Satellite), европейский Meteosat и японский GMS (Geostatio­nary Meteorological Satellite). Параллельно со съемкой геоста­ционары ведут наблюдения за химическим составом и физичес­ким состоянием атмосферы.

Изображения облачности, поступающие в реальном режиме времени, обрабатываются в мировых метеорологических центрах, а составленные по сним­кам оперативные метеокарты ретранслируются потребителям че­рез тот же спутник. Для глобального обзора предусмотрен обмен информацией между метеорологическими службами западного и восточного полушарий.

С 1982 г. на геостационарной орбите ведет съемку индийский спутник InSat. обеспечивающий национальные интересы; с 1994 г. занял свое место на геостационарной орбите российский спутник Электра. С 2001 г. работает китайский геостационарный метеоспут­ник FY-2.

Сканерные снимки с ресурсных спутников. Важнейшую для гео­графических исследований часть фонда сканерных снимков со­ставляют снимки с ресурсных спутников, которые начали полу­чать в 70-х гг. XX в., когда усовершенствованная технология ска­нерной съемки обеспечила разрешение снимков в несколько де­сятков метров.

Снимки с американских ресурсных спутников Landsat. С 1972 г. началось накопление огромного фонда снимков (теперь насчи­тывающего десятки миллионов) со спутников США для исследо­вания природных ресурсов Landsat (первоначальное название ERTS – Earth Resources Technological Satellite) на солнечно-син­хронных орбитах высотой около 900 км (Landsat 1-3) и 700 км (Landsat-4, 5, 7) с повторяемостью съемки через 18 и 16 суток. Состав аппаратуры на спутниках этой серии несколько изменял­ся, характеристики снимков совершенствовались.

До поступления снимков потребителю выполняется их предварительная обработка; предусмотрено несколько ее уровней. При общей обработке для всех снимков проводится предварительная радиометрическая, геометрическая коррекция и привязка по орбитальным данным с точностью до 1 км. Уже к 1983 г. снимками была охвачена вся поверхность Земли, многие районы многократно. По снимкам Landsat составляют фотокарты обширных терри­торий. Уже через несколько месяцев работы спутника удаюсь со­здать фотокарты для США. многих других стран, континентов в целом. Изданы многочисленные атласы и тематические наборы снимков.

Снимки со спутников Landsat представляют самые распростра­ненные в мире материалы космической сьемки и находят приме­нение в разнообразных областях геолого-географических исследо­ваний и хозяйственной деятельности. Широкое развитие получило составление по ним карт «земных покровов» и использования зе­мель, в том числе городских. По ним выполнены эксперименты по определению площадей посевов основных сельскохозяйственных культур и прогнозированию урожайности. Снимки используются во всем спектре направлений тематического картографирования, особенно для территорий развивающихся стран. Именно снимки с этих спутников легли в основу создания программы Google Планета Земля, в которой данные обновляются достаточно оперативно. Так, территория Гомельской области была до недавного времени дана по состоянию на 2006 года, в настоящее время постепенно заменяется на снимки 2009 года.

Однако их кар­тографическая оценка показала, что задачи точного топографи­ческого картографирования по этим снимкам решать не удается.

Снимка с отечественных ресурсных спутников Метеор-Приро­да, Ресурс-О, Метеор-ЗМ. В 1974-1980 гг. в нашей стране начали впервые получать снимки в цифровой форме с экспериментальных ресурсных спутников по про­грамме «Метеор-Природа». Снимки использовались в геологических, гидрологических, гляциологических, лесохозяйственных исследо­ваниях. Оперативность съемки обусловила их применение для изу­чения динамики ледового и снежного покрова, мониторинга на­воднений, лесных пожаров. Однако недостаточное пространствен­ное разрешение не позволило использовать их для оперативных наблюдений за состоянием сельскохозяйственной растительности и прогноза урожайности. Этот пробел ликвидирован с получени­ем с последнего спутника этой серии Метеор-30 снимков скани­руюшей аппаратурой высокого разрешения «Фрагмент» в четырех каналах видимой и ближней инфракрасной части спектра с раз­решением 85 м при охвате 90 км, используемых обычно в масшта­бе 1 :500 000.

В середине 80-х гг. XX в. осуществлен переход от эксперимен­тальных к эксплуатационным ресурсным спутникам Ресурс-О, так­же обеспечивающим снимки разного разрешения и территори­ального охвата. По детальности эти снимки при­ближаются к снимкам Landsat, уступая им по охвату и числу спектральных каналов. Они стали основными при формирова­нии фонда снимков с ресурсных спутников в нашей стране. С 2001 г. получение снимков, близких по характеристикам к снимкам Ресурс-О, продолжено с ресурсных спутников Метеор-ЗМ.

Сканерные снимки получают не только с ресурсных спутни­ков, ориентированных в основном на изучение суши, но и с оке­анологических спутников, выполняющих съемку в оптическом и радиодиапазоне. Со спутников Океан-О, например, получают сним­ки с разрешением около 2 км при охвате около 2000 км; с разрешением 150 м при охвате 600 км; с разрешением 50 м при охвате 200 км. Сканирующая система исследования цвета вод океана, используемая на спутниках США SeaSiar дает снимки в восьми зонах видимого диапазона с разрешением 1 км при охвате 1500 км. а в режиме глобального покрытия с разреше­нием 4,5 км при охвате 2800 км.

Таким образом, фонд сканерных снимков очень велик, по­стоянно совершенствуется и пополняется. Главные его составляю­щие – снимки с метеорологических спутников, которые в после­дние десятилетия, с использованием многозональной съемки, выполняют роль спутников контроля за состоянием окружающей среды, и снимки с ресурсных спутников, теперь многократно покрывших сл>емками Землю; при растущем качестве изображе­ний они все более полно удовлетворяют решение залач темати­ческого картографирования, исследования природных ресурсов, контроля за хозяйственной деятельностью и экологического мо­ниторинга.

ПЗС-снимки. Снимки, получаемые с помощью многоэлементных линейных приемников излучения на основе приборов с зарядовой связью, характеризующиеся высоким разрешением при оперативной пе­редаче изображений в цифровой форме по радиоканалам, начали поступать с 80-х гг. XX в., и теперь этот метод сьемки стал основ­ным для получения снимков очень высокого разрешения, соста­вив реальную конкуренцию фотографической съемке.

Снимки этого липа из космоса впервые получены в 1980 г. с помощью экспериментальной системы на спутнике Метеор-30, работавшем по программе «Метеор–Природа». С 1988 г. их получают с эксплуатационных спутников Ресурс-О. За рубежом эти снимки получают с французского спутника SPOT, индийского IRS, японского ADEOS, китайско-бразильского CBERS и др.

Регулярное формирова­ние фонда снимков такого типа с высоким разрешением (10 м). превзошедшим на то время разрешение всех остальных видов опе­ративной информации, началось с 1986 г. с запуском французского спутника SPOT. С субполярной солнечно-синхронной орбиты вы­сотой 800 км, обеспечивающей повторяемость сьемки через 26 сут, с помощью сьсмочной системы HRV (High Resolution Visible), где приемником излучения служит линейка ПЗС, включающая 6 тыс. элементов и обеспечивающая полосу охват шириной 60 км/ С помощью системы зер­кал полоса съемки может перемещаться на 400 км в сторону от трассы спутника, что обеспечивает получение стерео-снимков с соседних витков и повторяемость съемки через 1-4 дня. C 1997 г. добавлен инфракрасный канал. По этим снимкам за 2000- 2001 гг. создана глобальная карла зем­ных покровов GLC-2000 (Global Land Cover). Непрерывно продолжается совершенствование таких съёмочных систем.

Снимки со спутников SPOT в течение десятилетия, до середи­ны 90-х гг. XX в., были лучшими по разрешению оперативно по­лучаемыми снимками. Наряду со снимками Landsat они пред­ставляют наиболее широко используемые за рубежом материалы. Вместе с тем значительная дороговизна снимков и их обработки сдерживают применение этих материалов в развивающихся стра­нах, где необходимость в них для решения задач топографическо­го и кручпюмасштабного тематического картографирования осо­бенно велика. Это стимулировало разработку в развивающихся странах собственных космических съемочных систем.

Дальнейшее резвития шло в направлении уменьшения разрешения:

– американский коммерческого спутника Ikonos (1999). Многозональные снимки с этого спутника имеют разрешение разрешение 4 м при охва­те 11 км;

– израильский коммерче­ский спутник EROS (2000), передававший снимки с разрешением 1,8 м, при обработке которых с помощью специальных программ полу­чают изображения с размером пиксела 1 м;

– индийский спутник TES (Test Evaluation Satellite) (2001), также дает снимки с разрешением 1 м;

– американский спутник Quick Bird-2 (2001), с которо­го получают панхроматические снимки с разрешением 0,6 м при охвате 16,5 км и т.д.