Дистанционни методи в геодезията. Концепция за дистанционно наблюдение

За това какво представлява дистанционното наблюдение на Земята (ДЗЗ) и какво практическо приложение има с Евгений Лупян, доктор на техническите науки, заместник-директор на Института за космически изследвания на Руската академия на науките.

Свършиха ли дните на шпионските сателити?

— Евгений Аркадиевич, колко апарата има в момента в космоса, които наблюдават повърхността на Земята? И колко от тях са руснаци?

— Общо в орбита летят около 400 сателита, които се занимават специално с дистанционно наблюдение. Предвижда се до 2020 г. те да бъдат 1200-1300. За съжаление сред тях има много малко руски устройства: само 9 броя. Съгласете се, това не е много добра ситуация. Имаше време, когато страната ни заемаше една от челните позиции в тази област, но след това я отказа. Сега се опитваме да го възстановим.

Дистанционното наблюдение на Земята е много перспективна област, тъй като възможностите на системите за наблюдение на планетата от космоса непрекъснато нарастват. Преди няколко години имаше революция в тази област. Американската компания PlanetLab пусна цял рояк малки устройства в космоса: повече от 200 сателита! Те правят снимки с резолюция около 3-4 метра, докато за един ден реално покриват цялата повърхност на планетата. За сравнение: за извършване на такова проучване с нашите устройства от серията Canopus (в момента има 6 от тях в орбита) ще са необходими няколко месеца.

Канопус-V на МАКС-2013. Снимка: Commons.wikimedia.org / Виталий В. Кузмин

Преди няколко години се случи друго важно събитие, което повлия на развитието на дистанционното наблюдение на Земята. Тогава американските и европейските космически агенции отвориха свободен достъп до значителни количества от своите данни, които имат резолюция, по-лоша от 10 метра. Това значително разшири възможностите за създаване на нови методи и технологии за работа с данни. На първо място, за непрекъснат мониторинг на различни обекти и явления. Преди това решаването на такива проблеми като правило беше нерентабилно поради високите разходи за получаване на данни.

- Като че ли вече е трудно да се скрие нещо на повърхността на Земята. Свърши ли безвъзвратно времето на шпионските сателити?

- Не със сигурност по този начин. Задачите на такива сателити, разбира се, остават. Подобряват се и технически. Но се появиха напълно нови области, в които стана възможно използването на данни от дистанционно наблюдение.

80% от прогнозите за времето са от космоса

— На каква височина летят спътниците за дистанционно наблюдение?

— Така наречените нискоорбитални обикновено се намират на орбити с височини от 400 до 800 км. Един оборот около Земята им отнема около 90 минути.

Има геостационарни спътници, които летят на височина 36 хил. км. По-точно те не летят, а висят в една точка през цялото време. Тяхната разделителна способност не е много висока: за най-добрите устройства може да бъде 500 метра. Но те позволяват да се правят наблюдения на всеки 10 минути, а в някои случаи - на 2 минути. Това е много важно, когато наблюдаваме бързо развиващи се процеси. Например зад вулканичните изригвания и движението на изхвърлените от тях облаци пепел.

— Пускат ли се сателити за наблюдение на вулкани? Толкова ли е важно?

— За хората, живеещи в Москва, емисиите на пепел от вулканите вероятно изглеждат като нещо незначително. Но това е точно докато не трябва да си купят самолетен билет, за да летят някъде другаде на Земята. Позволете ми да ви напомня, че през 2010 г., поради изригване на вулкан в Исландия, европейското въздушно пространство беше затворено за въздушен транспорт за няколко дни.

Дистанционното наблюдение на Земята има огромен брой приложения. Това е наблюдение и прогнозиране на природни бедствия: не само вулканични изригвания, но и пожари, наводнения, урагани и т.н. Това са прогнози за времето: 80% от информацията, използвана за тези цели, се получава от космоса.

Това е например селското стопанство. С помощта на сателити те оценяват състоянието на културите, характеристиките на почвата (влажност, ерозия) и анализират как трябва да се обработват културите, за да се постигнат максимални добиви в дадено поле (така наречените задачи за прецизно земеделие). Сателитите помагат да се разбере как определени земеделски култури се развиват с течение на времето в различни региони на Земята. Например пшеница. Като разгледаме поредица от сателитни изображения и ги сравним с наблюдения от предишни години, можем, наред с други неща, да получим ранна оценка на реколтата през определена година.

Да вземем горското стопанство. Невъзможно е да си го представим без сателитен мониторинг. Вероятно не си струва да ни напомняте какво означава гората за страната ни. Съвременните сателитни методи позволяват да се картографират горите, да се наблюдават пожари, да се откриват бързо и да се оптимизират усилията за гасене. През 2005 г. е създадена система, която решава подобни проблеми в цялата страна. И оттогава непрекъснато работи.

И ще ви спаси от инфаркт

„Чувал съм, че сателитите дори проследяват стада риби в океана. Това е вярно?

- Те не го проследяват директно. Там се използва следната схема. Известно е, че рибите се хранят с планктон. От спътника можете ясно да видите къде има планктон, какъв цвят има и други характеристики. И въз основа на тези данни можем да гадаем дали рибата ще дойде в този район. Съответно уведомлението може да бъде изпратено до риболовните кораби.

Технологиите за дистанционно наблюдение на Земята вече са достигнали точката, в която могат да измерват енергийните загуби в жилищните сгради. На детайлно ниво! А това отваря нови възможности за енергийните и комуналните компании. Използвайки получената информация, те могат да променят изолационната конструкция на сградите.

Съвсем наскоро нашите колеги от Изследователския център за екологична безопасност на Руската академия на науките получиха много интересни факти за Санкт Петербург. Там бяха направени измервания на топлинни емисии в различни зони. След това те взеха различни сценарии за изменение на климата и получиха прогноза за увеличаване на смъртността от сърдечно-съдови заболявания в определени градски райони. Ето пример за това как дистанционното наблюдение на Земята може да предостави информация за планиране на медицински грижи. Навременните мерки ще помогнат за спасяването на живота на конкретни хора.

— Ще бъдат ли преместени от райони, където е твърде топло, в по-хладни?

— Има по-малко радикални мерки. Там можете да засадите дървета, да боядисате покривите на къщите със специална отразяваща боя. Или просто бяло.

— Ние сме много зад Съединените щати и Китай по отношение на броя на спътниците за дистанционно наблюдение. Вие сами казахте, че имаме само 9. Но по някакъв начин имаме ли приоритет в тази област?

- Ние имаме. Както вече казах, много чуждестранни компании вече отвориха достъп до своите данни и направиха информацията безплатна. А в Русия има много добра школа по програмиране и обработка на данни. Създадохме алгоритми, които получават определени характеристики от тези публично достъпни данни, анализират ги и позволяват да бъдат използвани за решаване на различни проблеми.

Много бързо в страната се развиват нови технологии, благодарение на които е възможно да се работи ефективно с изключително големи потоци от данни от различни системи за дистанционно наблюдение. Има напредък в създаването на центрове, които осигуряват разпределена работа с архиви на тези данни. Например, такъв център за колективно ползване е създаден в нашия Институт за космически изследвания на Руската академия на науките. От неговите възможности се възползват около 80 научни организации, разположени в различни градове на нашата (и не само) страна.

По своята функционалност нашият център е ако не един от първите три, то със сигурност един от първите пет подобни центъра в света. Разбира се, чисто хардуерно ни е трудно да се конкурираме с Google и Amazon. Преди всичко поради несравнимостта на финансовите ресурси, които отделят на своите центрове за развитие. Но това ни принуждава да търсим нови подходи и решения. И ние ги намираме.

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА НА ФЕДЕРАЛНАТА ДЪРЖАВНА БЮДЖЕТНА ОБРАЗОВАТЕЛНА ИНСТИТУЦИЯ ЗА ВИСШЕ ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ „ВОРОНЕЖКИ ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ“

ДИСТАНЦИОННО

СОНДИРАНЕ НА ЗЕМЯТА ПО ВРЕМЕ НА ГЕОЛОГ

ИЗСЛЕДВАНИЯ

Учебник за ВУЗ

Съставител: А. И. Трегуб, О. В. Жаворонкин

Издателски и печатарски център на Воронежския държавен университет

Рецензент: кандидат на геоложките и минералогическите науки, доцент от катедрата по минерални ресурси и използване на недрата Ю. Н. Стрик

Учебникът е изготвен в Катедрата по обща геология и геодинамика на Геологическия факултет на Воронежкия държавен университет.

Препоръчва се за редовни и задочни студенти от Геологическия факултет на Воронежския държавен университет при изучаване на курсовете: „Дистанционно изследване на Земята“, „Аерокосмически изследвания на литосферата“, „Аерокосмически методи“.

За направление: 020300 – Геология

ВЪВЕДЕНИЕ

Дистанционно наблюдение на Земята (ERS) е изследването на нашата планета с помощта на въздушни и космически кораби, които са оборудвани с различни сензори (сензори), които позволяват да се получи информация за естеството на земната повърхност, състоянието на нейните въздушни и водни черупки и нейните геофизични полета. Материалите за дистанционно наблюдение се използват в голямо разнообразие от сектори на националната икономика. Те също са от голямо значение в геоложките изследвания.

История на развитието на методите за дистанционно наблюдение

(MDZ) обикновено започват през 1783 г., с първото изстрелване на балона на братя Монголфие, което бележи началото на аеровизуалните наблюдения на земната повърхност. През 1855 г. първите снимки от балон, направени от височина около 300 м, са използвани за съставянето на точен план на град Париж. За геоложки цели фотографирането на Алпите от високи върхове е използвано за първи път от френския геолог Еме Сивилие (1858–1882).

Начало на използването на въздушна фотография в Русия датира

1866 г., когато лейтенант А. М. Ковалко снима Санкт Петербург и Кронщат от балон на височини от 600 до 1000 метра. Систематичните проучвания в Русия за съставяне на топографски карти и изследване на природните ресурси започват през 1925 г., с раждането на гражданската авиация. За тези цели през 1929г

V В Ленинград е основан Институтът за въздушна фотография. Инициатор на създаването му и първи директор е академик Александър Евгениевич Ферсман. От 1938 г. използването на аерофотоматериали става задължително при провежданетогеоложки проучвания. През четиридесетте години към Геоложкия комитет е създадена Аерофотогеоложка експедиция, преобразувана през 1949 г. във Всесъюзния аерогеоложки тръст (VAGT), който по-късно е реорганизиран

V изследвания и производствогеоложка асоциация "Аерогеология" (сега Федерално държавно унитарно предприятие "Аерогеология"). По същото време се формира Лабораторията по аерометоди „LAEM“ (сега „Научноизследователски институт по космо-аерогеологични методи“ - Държавно унитарно предприятие „VNIIKAM“). В резултат на тяхната дейност до 1957 г. е извършено дребномащабно проучване на цялата територия на СССР и е съставена Държавна геоложка карта в мащаб 1: 1 000 000. През шейсетте и седемдесетте години

въвеждане на нови видове регионални изследвания: групово геоложко проучване (ГГС) и аерофотогеоложко картиране (АФГК); появиха се спектрозонални, термични и радарни изследвания. Развитието на въздушните методи предопредели прехода на дистанционното наблюдение на Земята на ново качествено ниво - изучаване на Земята от космоса.

Развитие на космонавтикатазапочва с разработването на балистични ракети, които се използват по-специално за фотографиране на земната повърхност от големи (около 200 км) височини. Първите изображения са направени на 24 октомври 1946 г. с помощта на ракета V-2 (немска ракета Fau-2), изстреляна от полигона White Sands (САЩ) в суборбитална траектория. Земната повърхност е заснета с 35 mm филмова камера на черно-бял фотолентен филм от около 120 km височина. До края на петдесетте години фотографията на земната повърхност се извършваше главно за военни цели от различни страни с помощта на балистични ракети.

Изстрелян е първият в света изкуствен спътник на Земята (AES) - PS-1 (Най-простият спътник - 1). За изстрелване в орбита е използвана балистичната ракета Р-7 (Спутник). Масата на сателита е 83,6 кг, диаметърът му е 0,58 м, а орбиталният му период е 96,7 минути. Перигей – 228 км, апогей – 947 км. Сателитът имаше формата на топка, беше оборудван с две антени и радиопредавател - маяк. Той прави 1440 обиколки около Земята, а на 4 януари 1958 г. навлиза в плътните слоеве на атмосферата и престава да съществува. По време на полета му е получена нова информация за структурата на горните слоеве на атмосферата.

Първият опит за изстрелване на спътника Vangard-1 с помощта на ракета Jpiter-C в САЩ на 6 декември 1957 г. завърши с инцидент. При втория опит (1 февруари 1958 г.) същата ракета извежда в орбита спътника Explorer-1. Сателитът беше с форма на пура и тежеше 13 кг. На борда е имало оборудване за регистриране на микрометеорити и нива на радиация. С негова помощ са открити радиационните пояси на Земята. Сателитът направи 58 хиляди обиколки около Земята и изгоря в атмосферата на 31 март 1970 г. Орбиталните му параметри: апогей – 2548 км, перигей 356 км. Работи в активен режим до 23 май 1958 г. На 7 август 1959 г. в САЩ е изстрелян "Експлорър 6", който предава първото телевизионно изображение на Земята от космоса. Първият сателит за наблюдение на времето (Tiros-1) е изстрелян в САЩ на 1 април 1960 г. Сателит с подобен

На 26 ноември 1965 г. Франция изстреля своя спътник Астерикс 1. На 11 февруари 1970 г. Япония извежда в орбита сателита Osumi. На 24 април същата година Китай става космическа сила (сателит Dongfanghong). Англия изстреля първия си сателит Просперо на 28 октомври 1971 г., а Индия изстреля първия си сателит Рохини на 18 юли 1980 г.

Пилотираните полети в космоса започват на 12 април 1961 г. от Юрий Алексеевич Гагарин на кораба "Восток", а на 6 август с.гГерман Степанович Титов За първи път снима Земята от пилотирания космически кораб "Восток". В руската космонавтика спътниците от серията Космос бяха от голямо значение. Първото изстрелване на тази серия спътници се състоя на 16 март 1962 г., а до 2007 г. вече бяха изстреляни 2400 спътника за различни цели. Приблизително на всеки три години 250 сателита от серията Космос бяха изстрелвани в орбита. Значителна част от тях бяха оборудвани с оборудване за извършване на ресурсни проучвания. С тяхна помощ са получени висококачествени космически снимки за цялата територия на СССР. Съвременната констелация от руски сателити включва повече от 110 апарата за различни цели. Икономически ефект само от използването на сателити от серията"Ресурс-0" възлиза на около 1,2 милиарда рубли. годишно, а сателитите от серията Meteor и Electro - 10 милиарда рубли. през годината.

В момента, в допълнение към Русия и Съединените щати, Франция, Германия, Европейският съюз, Индия, Китай, Япония, Израел и други страни имат свои собствени сателитни системи.

1. ТЕХНИЧЕСКИ СРЕДСТВА И ТЕХНОЛОГИИ ЗА Аерокосмически изображения

Технологиите за въздушна фотография предхождат технологиите за космически изображения в развитието на дистанционното наблюдение на Земята. В началните етапи от развитието на дистанционното наблюдение на Земята от космоса много технологични техники за провеждане на въздушна фотография бяха прехвърлени към нея, но с развитието на космическите изследвания се появиха нови инструменти, както и нови технологии. В този случай от изключително значение беше формирането и бързото развитие на компютърни технологии, насочени към обработка на данни от дистанционно наблюдение.

1.1. Въздушна фотография

Въздушното заснемане на земната повърхност може да се извършва в зависимост от поставените задачи със самолети и хеликоптери, балони и дори мотоделтапланери, както и безпилотни летателни апарати. Има фотографска, топлинна, радарна и мултиспектрална въздушна фотография. Фотографското заснемане (аерофотозаснемане) за целите на геоложкото картиране е най-важното, не само защото е с най-голяма информационна наситеност, но и защото при извършването му е натрупано значително количество аерофотоматериали от различен мащаб и в различни региони. . Следователно при извършване на геоложки проучвания може да е по-целесъобразно от икономическа гледна точка да се използват вече налични във фонда въздушни фотографски материали, отколкото да се поръча изработката на нови въздушни снимки.

Въздушното заснемане на района се използва за различни цели, най-важните от които са съставяне и коригиране на топографски карти и геоложки изследвания. Въздушното заснемане може да бъде точково, маршрутно и площно. Точкова фотография се извършва при изучаване на точкови обекти. Проучването на маршрута се извършва по дадена линия (брегова ивица, по речно корито и др.). Местното заснемане се извършва в рамките на определени зони, които обикновено се определят от рамките на топографски таблетки. Важно изискване за снимане е изискването зоните на съседни изображения да се припокриват. По линията на трасето - надлъжно застъпване, трябва да бъде най-малко 60%, а между трасета (напречно застъпване) - най-малко 30%. Определената височина на полета също трябва да се поддържа. Спазването на тези параметри е необходимо за получаване на стерео ефект (триизмерно изображение на зоната).

Въздушната фотография може да бъде планирана и перспективна. Планираната въздушна фотография, предназначена за решаване на топографски проблеми, се характеризира с повишени изисквания за максимални отклонения на равнината на изображението от хоризонталната равнина. Перспективните снимки, комбинирани с планови снимки, са много полезни при изучаване на геоложкия строеж на високопланински райони със стръмни склонове.

За въздушна фотография на територията на Русия най-често се използват самолетите Ан-2, Ан-28 FC, Ан-30, Ту-134 SH.

Повече от 60 години (рекорд в Книгата на Гинес!) основният самолет беше (и все още е) Ан-2 (неговата модификация за въздушна фотография Ан-2F). Той е много надежден,

технически параметри, отговарящи на условията за извършване на въздушна фотография: възможност за използване на неасфалтирани летища с дължина на пистата не повече от 200 m за излитане и 120 m за кацане; максимална височина на полета 5200 m (с обслужващ таван 4500 m); икономичен бутален двигател с мощност 1000 к.с. С.; скорост на полета, варираща от 150 до 250 km/h обхват на полета (990 km), достатъчна за извършване на геодезия на големи площи; голям обем на фюзелажа, позволяващ свободно разполагане на оборудване и тричленен екипаж (включително оператора).

От 1974 г. се използва специализираният самолет Ан-30. Силовата му установка се състои от два турбовитлови двигателя с мощност от 2820 к.с. с. и допълнителен реактивен двигател с мощност 500 к.с. с. Крейсерската скорост на самолета е 435 км/ч, максималната височина на полета е 8300 м. Обсегът е 1240 км, разбегът при излитане по бетонирана писта е 720 м, средният разход на гориво е 855 кг/час. Максималното тегло при излитане на самолета е 23 т. Теглото на фотографското оборудване е 650 кг. Екипажът (включително оператора) се състои от 7 души. Въздушните снимки се извършват в мащаби от 1: 3000 до 1: 200 000. В момента на разположение на ВВС (ВВС) остават не повече от 10 превозни средства от този тип. Подобни характеристики имат и самолетите Ан-28 FC.

Селскостопанският самолет Ту-134 CX е разработен през 1984 г. Самолетът е оборудван с радар за странично сканиране (RLS). Специалният навигационен комплекс "Маяк" и системата за автоматично управление поддържат зададен курс и правят снимки на района по зададена програма. Пет бордови камери позволяват снимане в радиочестотен, видим и инфрачервен диапазон. В кабината има 9 работни места със специално оборудване, пултове за управление и фотолаборатория (за обработка на фотоматериали по време на полет). В едно пътуване (4,5 часа) може да се снима площ от 100 × 100 km (10 000 km² е приблизителната площ на два топографски таблета в мащаб 1: 200 000).

Въздушното заснемане се извършва с помощта на специални широки

карбонови камери, които са монтирани в люка на фюзелажа на самолета. Жиросистемите се използват за фиксиране на камерата в хоризонтална равнина. Филмът се поставя в специални касети с капацитет 30 или 60 м. Ширината на филма в зависимост от параметрите на камерата е 18 см или 30 см.

Оборудването включва и реле за време (часовников механизъм), което осигурява дадена експозиция на снимане и режим на превъртане на филма назад. В момента най-често се използват камери с обективи от серията "Уран": с фокусно разстояние 250 мм, ъгъл на видимост 54º, размер на рамката 180 × 180 мм ("Уран-9"), както и с фокусно разстояние от 750 мм и размер на рамката 300 х 300 мм ("Уран-16").

През последните години цифровите заснемащи системи все повече се използват за въздушна фотография. . Като цяло цифровите ка-

мерките са по-надеждни при работа, значително намаляват продължителността на технологичния процес, цифровите изображения са без „зърнистост“. Те осигуряват възможност за получаване на панхроматични, цветни и спектрозонални изображения във видимия и близкия инфрачервен диапазон. Интервалът на снимане е по-малък от една секунда, което позволява заснемане в голям мащаб с надлъжно припокриване до 80–90%. Сред общите свойства на цифровите въздушни камери на различни системи трябва да се посочи използването на матрични или линейни приемници на радиация; синтезиран кадър (за широкоформатни камери) – резултантният кадър на системата се формира от набор от подкадри, съответни матрици или линейни приемници; Поддръжка на GPS/INS – пространствените и ъглови координати на координатните системи на въздушни камери (елементи на външна ориентация) се определят с помощта на инерционни навигационни инструменти и системи за сателитно геопозициониране GPS или GLONASS.

Радарна (радарна) въздушна фотография извършва се с помощта

на радарни системи за странично гледане (RLSSO), инсталирани на борда на самолета. От източника на микровълново лъчение сигналът се насочва към земната повърхност, отразява се от нея и се връща към приемната антена. С помощта на специални програми записът на отразените сигнали се преобразува във фотографско изображение на земната повърхност.

1.2. Космическа фотография

През последните години космическата фотография на земната повърхност се превърна в самостоятелен клон на дистанционното изследване на Земята. Системите за наблюдение на космоса включват няколко важни елемента: превозни средства за доставяне на необходимото оборудване на ниска околоземна орбита, космически платформи - носители

оборудване за наблюдение, сензори (сензори), съоръжения за предаване на информация и наземни центрове за получаване, обработка на тази информация и доставянето й на потребителя.

Необходими са основните средства за доставка -

Най-разпространеното оборудване за ниски околоземни орбити са ракети от различни класове. В СССР най-ранните от тях бяха тристепенни леки ракети "Восток". С тяхна помощ са извършени пилотирани полети, изстреляни са изкуствени спътници на Земята (AES) от серията Космос и са изстреляни лунни станции. В допълнение, много ракети-носители, които са изведени от експлоатация, се използват широко в този клас, по-специално ракетата "Зенит", която също е предназначена като елемент от горната степен на системата "Енергия-Буран".

Успешно се използва тристепенната ракета от среден клас "Союз" с товароподемност около 7 тона, както и създадената на нейна база четиристепенна ракета "Молния" за изстрелване на спътниците "Прогноз" и "Молния".

Създадена преди почти половин век, многостепенната ракета от тежък клас „Протон“ с полезен товароподемност над 20 тона се използва и сега се използва за различни цели: за изследване на Луната, планети от Слънчевата система, за изстрелване на пилотирани хора. станции „Салют“, „Мир“ в околоземна орбита, в геостационарни орбити на спътници „Хоризонт“, „Дъга“, „Екран“ и др.

IN Май 1987 г. във връзка с разработването на програмата за създаване на космически кораб за многократна употреба "Енергия-Буран" беше въведен

V експлоатация на двустепенна свръхтежка ракета от клас "Енергия" със стартова маса над 2000 тона и полезен товар около 200 тона. В допълнение към използването на тази ракета за изстрелване на космически кораби за многократна употреба в ниска околоземна орбита, тя може да се използва и за доставка на други товари. Това отличава системата "Енергия-Буран" от аналогичната по предназначение американска космическа совалка.

Най-често използваните чуждестранни ракети са ракетите от серията Delta (САЩ) и Arian (Франция).

В допълнение към изкуствените спътници, орбиталните станции (Салют-4, 5, 6, Мир), както и пилотираните космически кораби от серията Союз, бяха използвани за изследване на ресурсите в Русия.

IN В Съединените щати проектът Space Shuttle изигра важна роля в космическите изследвания. Първоначално проектът е разработен във военни центрове

Дистанционно наблюдение на Земята (ERS)- получаване на информация за земната повърхност и обектите върху нея, атмосферата, океана, горния слой на земната кора с помощта на безконтактни методи, при които записващото устройство се отдалечава от обекта на изследване на значително разстояние. Общата физическа основа на дистанционното наблюдение е функционалната връзка между записаните параметри на собствената или отразената радиация на обекта и неговите биогеофизични характеристики и пространствено положение.

В съвременния облик на дистанционното наблюдение се разграничават две взаимосвързани направления - естествена наука (дистанционно наблюдение) и инженерство (дистанционни методи), което е отразено в широко използвани англоезични термини дистанционно наблюдениеИ техники за дистанционно наблюдение.Разбирането на същността на дистанционното наблюдение е двусмислено. Аерокосмическо училище на Московския университет. М. В. Ломоносов, като предмет на дистанционното наблюдение като научна дисциплина, разглежда пространствено-времевите свойства и взаимоотношения на природни и социално-икономически обекти, проявяващи се пряко или косвено в тяхното собствено или отразено излъчване, дистанционно регистрирано от космоса или от въздуха в формата на двуизмерно изображение - моментна снимка. Тази съществена част от дистанционното наблюдение се нарича аерокосмическо сондиране (ASS), което подчертава неговата приемственост с традиционните въздушни методи. Методът за аерокосмическо сондиране се основава на използването на изображения, които, както показва практиката, предоставят най-големи възможности за цялостно изследване на земната повърхност.

Във всички страни исканията от военните ведомства служат като ефективен стимул за развитието на аерокосмическото наблюдение. С навлизането на космическите методи и съвременните дигитални технологии аерокосмическото наблюдение придобива все по-голямо икономическо значение и се превръща в задължителен елемент от висшето образование в природонаучните университети, превръщайки се в мощно средство за изучаване на Земята от локални изследвания на отделни компоненти до глобални изследване на планетата като цяло. Ето защо, когато се представят различни аспекти на аерокосмическото сондиране, е препоръчително да се разглежда като изследователски метод, който се използва ефективно във всички науки за земята и преди всичко в географията.

История и текущо състояние на аерокосмическото наблюдение

Техниките за дистанционно наблюдение се използват в изследванията на Земята от много дълго време. Първоначално използван ръчно рисувани картини, който записва пространственото разположение на изследваните обекти. С изобретяването на фотографията възниква наземната фототеодолитна фотография, при която се изготвят карти на планински райони с помощта на снимки в перспектива. Осигурено е развитието на авиацията снимки от въздухас изображение на района отгоре, в план. Това предостави на науките за Земята мощен изследователски инструмент - въздушни методи.

Историята на развитието на аерокосмическите методи показва, че новите постижения в науката и технологиите незабавно се използват за подобряване на технологиите за получаване на изображения. Това се случи в средата на 20-ти век, когато такива иновации като компютри, космически кораби и електронни системи за изображения направиха революционни промени в традиционните методи за въздушна фотография - роди се аерокосмическото наблюдение. Сателитните изображения предоставиха геоинформация за решаване на проблеми на регионално и глобално ниво.

Понастоящем ясно се виждат следните тенденции в прогресивното развитие на аерокосмическото наблюдение.

• Космическите снимки, незабавно публикувани в интернет, се превръщат в най-популярната видео информация за района както за професионалните специалисти, така и за широката публика.
• Разделителната способност и метричните свойства на космическите изображения с отворен достъп бързо се подобряват. Широко разпространени стават орбиталните изображения със свръхвисока резолюция - метрови и дори дециметрови, които успешно се конкурират с въздушните снимки.
• Аналоговите фотографски изображения и традиционните технологии за обработката им губят предишната си монополна стойност. Основното устройство за обработка беше компютър, оборудван със специализиран софтуер и периферни устройства.
• Развитието на всесезонния радар го превръща в прогресивен метод за получаване на метрично точна пространствена геоинформация, която започва ефективно да се интегрира с оптичните технологии за аерокосмическо наблюдение.
• Бързо се появява пазар за разнообразие от аерокосмически продукти за наблюдение на Земята. Броят на търговските космически кораби, работещи в орбита, особено чуждестранните, непрекъснато нараства. Най-широко използваните изображения са получени от ресурсни сателитни системи Landsat (САЩ), SPOT (Франция), IRS (Индия), картографски спътници ALOS (Япония), Cartosat (Индия), сателити с ултрависока разделителна способност Ikonos, QiuckBird, GeoEye (САЩ). ), включително включително радар TerraSAR-X и TanDEM-X (Германия), извършващ тандемно интерферометрично проучване. Успешно работи системата за спътници за наблюдение на космоса RapidEye (Германия).

Принципна схема на дистанционното наблюдение на Земята

Ориз. 1

Фигура 1 обобщава основната диаграма на аерокосмическите изследвания. Той включва основните технологични етапи: получаване на изображение на обекта на изследване и по-нататъшна работа с изображенията - тяхното декодиране и фотограметрична обработка, както и крайната цел на изследването - карта, съставена от изображенията, географска информационна система и разработена прогноза. Тъй като в повечето случаи е невъзможно да се получат необходимите характеристики на изучавания обект само от снимки без дефиниции на полето, без да се позовава на „земната истина“, е необходима тяхната стандартизация. Важен елемент от изследването на изображението е и оценката на достоверността и точността на получените резултати. За да направите това, е необходимо да привлечете друга информация и да я обработите с други методи, което изисква допълнителни разходи.

Моментна снимка - основната концепция на аерокосмическото наблюдение

Аерокосмически изображения- основният резултат от аерокосмическите изследвания, за които се използват различни авиационни и космически носители (фиг. 2). Аерокосмическата фотография се разделя на пасивен, които осигуряват регистрация на отразената слънчева или собствената радиация на Земята, и активен, в които се извършва регистриране на отразена изкуствена радиация.

Ориз. 2

Аерокосмическото изображение е двуизмерно изображение на реални обекти, което се получава по определени геометрични и радиометрични (фотометрични) закони чрез дистанционно записване на яркостта на обектите и е предназначено за изучаване на видими и скрити обекти, явления и процеси от околния свят. , както и да се определи тяхното пространствено положение.

Обхватът на мащабите на съвременните аерокосмически изображения е огромен: той може да варира от 1:1000 до 1:100 000 000, т.е. сто хиляди пъти. В същото време най-често срещаните мащаби на въздушните снимки са в диапазона 1: 10 000–1: 50 000, а космическите – 1: 200 000–1: 10 000 000. Всички аерокосмически снимки обикновено се разделят на аналогов(обикновено фотографски) и дигитален(електронен). Изображението на цифровите фотографии се формира от отделни еднакви елементи - пиксели(от английски картинен елемент— пиксел); Яркостта на всеки пиксел се характеризира с едно число.

Аерокосмическите изображения като информационни модели на терена се характеризират с редица свойства, сред които изобразителни, радиометрични (фотометрични) и геометрични. Глобасвойства характеризират способността на снимките да възпроизвеждат фини детайли, цветове и тонални градации на обекти, радиометриченпосочват точността на количественото записване на яркостта на обекта чрез изображение, геометриченхарактеризират възможността за определяне от снимки на размерите, дължините и площите на обектите и техните относителни позиции.

Важни показатели за едно изображение са покритието и пространствената разделителна способност. Обикновено изследванията изискват изображения с голямо покритие и висока разделителна способност. Въпреки това, не е възможно да се удовлетворят тези противоречиви изисквания в едно изображение. Обикновено колкото по-голямо е покритието на получените изображения, толкова по-ниска е тяхната разделителна способност. Следователно трябва да правите компромиси или да снимате едновременно с няколко системи с различни параметри.

Технологии за получаване и основни видове аерокосмически изображения

Аерокосмическата фотография се извършва в прозорци за прозрачност на атмосферата (фиг. 3), като се използва лъчение в различни спектрални диапазони – светлина (видим, близък и среден инфрачервен), топлинен инфрачервен и радиодиапазон.

Ориз. 3

Всеки от тях използва различни технологии за получаване на изображения и в зависимост от това се разграничават няколко вида изображения (фиг. 4).

Фиг.4

Изображенията в светлинния диапазон се делят на фотографски и скенери, които от своя страна се делят на получени чрез оптико-механично сканиране (OM-скенер) и оптико-електронни с помощта на линейни приемници на излъчване, базирани на устройства със зарядна връзка (CCD-скенери). Такива изображения показват оптичните характеристики на обектите - тяхната яркост, спектрална яркост. Прилагайки многоспектралния принцип на снимане, в този диапазон се получават многоспектрални изображения, а с голям брой зони на снимане - хиперспектрални, чието използване се основава на спектралната отразяваща способност на сниманите обекти, тяхната спектрална яркост.

Чрез провеждане на проучвания с помощта на приемници на топлинно излъчване - термични изследвания - се получават топлинни инфрачервени изображения. Фотографията в радиообхвата се извършва както с пасивни, така и с активни методи и в зависимост от това изображенията се разделят на микровълнови радиометрични, получени чрез записване на собственото излъчване на изследваните обекти, и радарни изображения, получени чрез записване на отразено радиоизлъчване, изпратено от превозвача - радарна фотография.

Методи за получаване на информация от изображения: интерпретация и фотограметрични измервания

Информацията, необходима за изследване (предметна и геометрична), се извлича от изображенията чрез два основни метода: декодиране и фотограметрични измервания

Дешифриране, което трябва да отговори на основния въпрос - Каквопоказан на снимката, ви позволява да получите съществена, тематична (предимно качествена) информация за обекта или процеса, който се изучава, неговите връзки с околните обекти. Визуалната интерпретация обикновено включва разчитане на снимки и тяхното тълкуване (тълкуване). Способността за четене на снимки се основава на познаване на дешифрируемите характеристики на обектите и визуалните свойства на снимките. Дълбочината на интерпретативното декодиране значително зависи от нивото на подготовка на изпълнителя. Колкото по-добре дешифраторът познава предмета на своето изследване, толкова по-пълна и надеждна е информацията, извлечена от изображението.

Фотограметрична обработка(измервания) има за цел да отговори на въпроса - Къдетоизследваният обект се намира и какви са неговите геометрични характеристики: размер, форма. За да направите това, изображенията се трансформират и изображението им се пренася в конкретна картна проекция. Това ви позволява да определяте позицията на обектите и техните промени във времето от изображения.

Съвременните компютърни технологии за получаване на информация от изображения позволяват решаването на следните групи проблеми:

• Визуализация на цифрови изображения;
• геометрични и яркостни трансформации на изображения, включително тяхната корекция;
• изграждане на нови производни изображения от първични изображения;
• определяне на количествени характеристики на обекти;
• компютърна интерпретация на изображения (класификация).

За извършване на компютърно декодиране се използва най-често срещаният подход, базиран на спектрални характеристики, които са набор от спектрални яркости, записани от мултиспектрално изображение. Формалната задача на декодирането на компютърно изображение се свежда до класификация - последователно "сортиране" на всички пиксели на цифрово изображение в няколко групи. За целта са предложени алгоритми за класификация от два вида - с и без обучение, или клъстеризация (от англ. cluster - клъстер, група). При контролирана класификация пикселите на мултиспектрално изображение се групират въз основа на сравнение на тяхната яркост във всяка спектрална зона с референтни стойности. При групиране всички пиксели се разделят на клъстерни групи според някакъв формален критерий, без да се прибягва до данни за обучение. След това клъстерите, получени в резултат на автоматично групиране на пиксели, се присвояват от дешифратора на определени обекти. Надеждността на компютърното декодиране формално се характеризира със съотношението на броя на правилно класифицираните пиксели към общия им брой.

Изчислителните алгоритми, базирани на спектралните характеристики на отделните пиксели, осигуряват надеждно решение само на най-простите проблеми с класификацията; те са рационално включени като елементи в сложния процес на визуална интерпретация, който все още остава основен метод за извличане на природна и социално-икономическа информация от аерокосмически изображения.

Приложения на аерокосмическото наблюдение при картографиране и изследване на Земята

Аерокосмическите изображения се използват във всички области на изследването на Земята, но интензивността на тяхното използване и ефективността на приложението им в различните области на изследване са различни. Те са изключително важни при изследването на литосферата, като показват фрагментацията на геоложкия фундамент от линейни разломи и пръстеновидни структури и улесняват търсенето на минерални находища; в атмосферните изследвания, където изображенията осигуряват основа за метеорологични прогнози; Благодарение на снимки от космоса беше открита вихровата структура на океана, записани са състоянието на растителната покривка на Земята в началото на века и нейните промени през последните десетилетия. Засега космическите изображения се използват много по-малко в социално-икономическите изследвания. Типовете проблеми, решавани с помощта на изображения в различни предметни области, също се различават. По този начин решаването на проблемите с инвентаризацията се прилага при изучаването на природните ресурси, например при картографиране на почви и растителност, тъй като изображенията най-пълно отразяват сложната пространствена структура на почвената и растителната покривка. Задачи за оценка и бърза оценка на състоянието на екосистемите се извършват като част от изследванията на биопродуктивността на океаните, ледената покривка на морето и наблюдението на ситуацията с опасност от пожар в горите. Прогнозните задачи, използването на изображения за моделиране и прогнозиране са най-развити в метеорологията, където техният анализ е в основата на прогнозите за времето, и в хидрологията - за прогнозиране на оттока на реки, наводнения и наводнения. Изследванията започват да предсказват сеизмична активност и земетресения въз основа на анализ на състоянието на литосферата и горната атмосфера.

При работа с изображения се използват всички видове обработка, но най-широко разработеното е декодирането на изображения, предимно визуално, което сега се поддържа от възможностите за компютърно подобрени трансформации и класификация на изследваните обекти от изображения. Създаването на различни производни изображения на базата на спектрални индекси от снимки получи голямо развитие. С внедряването на хиперспектрални изображения започнаха да се създават десетки типове такива индексни изображения. Разработването на методи за интерферометрична обработка на материали за радарно изследване разкри възможността за високоточно определяне на преместванията на земната повърхност. Преходът към цифрови методи за изследване, развитието на цифровите стереоскопични изследвания и създаването на цифрови фотограметрични системи разшириха възможностите за фотограметрична обработка на космически изображения, използвани главно за създаване и актуализиране на топографски карти.

Въпреки че едно от основните предимства на космическите изображения е съвместното показване на всички компоненти на земната обвивка, което осигурява сложността на изследването, въпреки това използването на изображения в различни области на изучаване на Земята досега е било разпръснато, тъй като задълбочено навсякъде се изискваше разработване на собствени методи. Идеята за цялостно изследване беше най-пълно реализирана по време на изпълнението у нас на програма за цялостна картографска инвентаризация на природните ресурси, когато от изображения бяха създадени поредица от взаимосвързани и взаимно съгласувани карти. Осъзнаването в началото на века на надвисналите над човечеството екологични проблеми и парадигмата за изучаване на Земята като система отново активизира комплексните интердисциплинарни изследвания.

Анализът на използването на изображения в различни области на изследване ясно показва, че при цялото разнообразие от проблеми, които се решават, основният път към практическото използване на аерокосмически изображения лежи през карта, която има самостоятелно значение и освен това служи като основна основа на ГИС.

Препоръчителна литература

1. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В.. Аерокосмически методи за географско изследване - М.: Издателски център Академия. 2004. 336 стр.

3. Краснопевцев Б.В.Фотограметрия. - М.: MIIGAiK, 2008. - 160 с.

2. Лабутина И.А.Интерпретация на аерокосмически изображения. - М .: Аспект Прес. 2004. -184 с.

4. Смирнов Л.Е.Аерокосмически методи на географско изследване. - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския университет, 2005. - 348 с.

5. Фиг. Г.У. Основи на дистанционното наблюдение. -М .: Техносфера, 2006, 336 с.

6. Дженсън Дж.Р.Дистанционно наблюдение на околната среда: перспектива на земните ресурси. — Prentice Hall, 2000. — 544 с.

Атласи на аерокосмически изображения:

8. Интерпретация на мултиспектрални аерокосмически изображения. Методика и резултати. - М.: Наука; Берлин: Akademie-Verlag. - Т. 1. - 1982. - 84 с.;

9. Интерпретация на мултиспектрални аерокосмически изображения. Система "Фрагмент". Методика и резултати. - М.: Наука; Берлин: Akademie-Verlag. Т. 2. - 1988. - 124 с.

10. Космически методи на геоекологията. - М.: Издателство Москва. университет, 1998. - 104 с.

Дистанционно наблюдение на Земята (ERS) - получаване на информация за земната повърхност и обектите върху нея, атмосферата, океана, горния слой на земната кора с помощта на безконтактни методи, при които записващото устройство се отстранява от изследователския обект на значително разстояние. разстояние. Общата физическа основа на дистанционното наблюдение е функционалната връзка между регистрираните параметри на собственото или отразеното лъчение на обекта, неговите биогеофизични характеристики и пространствено положение. Същността на метода е да интерпретира резултатите от измерването на електромагнитно излъчване, което се отразява или излъчва от обект и се записва в някаква точка на пространството, отдалечена от него.

Техниките за дистанционно наблюдение се използват в изследванията на Земята от много дълго време. Отначало са използвани ръчно нарисувани снимки за записване на пространственото местоположение на изследваните обекти. С изобретяването на фотографията възниква наземната фототеодолитна фотография, при която се изготвят карти на планински райони с помощта на снимки в перспектива. Развитието на авиацията направи възможно получаването на въздушни снимки, показващи терена отгоре, в план. Това предостави на науките за Земята мощен изследователски инструмент - въздушни методи.

Концепцията за дистанционно наблюдение се появява през 19 век след изобретяването на фотографията и една от първите области, в които този метод започва да се прилага, е астрономията. Впоследствие дистанционното наблюдение започва да се използва във военната област за събиране на информация за противника и вземане на стратегически решения. По време на Гражданската война в САЩ снимки с дрон са били използвани за наблюдение на движението на войските, доставките, укрепленията и ефектите от артилерийския огън. В резултат на изследвания, финансирани от различни държави, бяха разработени технологии, които направиха възможно създаването на сензори, първо за военни цели, а след това и за гражданска употреба на този метод. След Втората световна война дистанционното наблюдение започва да се използва за наблюдение на околната среда и оценка на развитието на териториите, както и в гражданската картография. През 60-те години на миналия век, с появата на космическите ракети и сателити, дистанционното наблюдение навлиза в космоса.

Новата ера на дистанционното наблюдение включва пилотирани космически полети, разузнавателни, метеорологични и ресурсни спътници.

Възможностите на дистанционното наблюдение във военната област се увеличиха значително след 1960 г. в резултат на изстрелването на разузнавателни спътници в рамките на програмите CORONA, ARGON, LANYARD, чиято цел беше получаване на снимки от ниски орбити. Скоро бяха получени стерео двойки изображения с резолюция 2 метра. Първите сателити работеха в орбита в продължение на седем до осем дни, но следващите поколения на тези устройства бяха в състояние да предоставят данни за няколко месеца.

В резултат на програми за пилотирани полети, започнали в САЩ през 1961 г., човек кацна за първи път на повърхността на Луната (1969 г.). Заслужава да се отбележи програмата Mercury, която създава изображения на Земята, систематичното събиране на данни от дистанционно наблюдение по време на проекта Gemini (1965-1966), програмата Apollo (1968-1975), по време на която е извършено дистанционно наблюдение на земната повърхност ) и кацането на човека на Луната, изстрелването на космическата станция Skylab (1973-1974), която извършва изследвания на земните ресурси, полети на космически кораби за многократна употреба, които започват през 1981 г., както и получаване на многоспектрални изображения с разделителна способност от 100 метра във видимата и близката инфрачервена област, използвайки девет спектрални канала.

В Съветския съюз и по-късно в Русия космическите програми се развиват успоредно с космическите програми на САЩ. Полетът на Юрий Гагарин на 12 април 1961 г., който стана първият полет на човек в космоса, изстрелванията на космическите кораби "Восток" (1961-1963), "Восход" (1964-1965) и "Союз", работа в орбита на космическите станции "Салют" (първи април 19, 1971).

Първият метеорологичен сателит е изстрелян в САЩ на 1 април 1960 г. Използван е за прогнозиране на времето, наблюдение на движението на циклони и други подобни задачи. Първият сред сателитите, използвани за редовно заснемане на големи площи от земната повърхност, беше TIROS-1 (телевизионен и инфрачервен сателит за наблюдение).

Първият специален сателит е изстрелян през 1972 г. Наричаше се ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite) и се използваше основно за селскостопански цели. Понастоящем сателитите от тази серия се наричат ​​Landsat.

Предназначени са за редовно мултиспектрално заснемане на територии със средна разделителна способност. По-късно, през 1978 г., е изстрелян първият сканиращ сателит SEASAT, но той предава данни само за три месеца. Първият френски сателит от серията SPOT, с който беше възможно да се получат стерео двойки изображения, беше изстрелян в орбита през 1985 г. Първият индийски сателит за дистанционно наблюдение, наречен IRS (Indian Remote Sensing), е изстрелян през 1988 г. Япония също изстреля своите сателити JERS MOS в орбита.

От 1975 г. Китай периодично изстрелва свои сателити, но данните, които получават, все още не са публично достъпни. Европейският космически консорциум изстреля своите радарни сателити ERS в орбита през 1991 и 1995 г., а канадският сателит RADARSAT през 1995 г.

Историята на развитието на аерокосмическите методи показва, че новите постижения в науката и технологиите незабавно се използват за подобряване на технологиите за получаване на изображения. Това се случи в средата на 20-ти век, когато такива иновации като компютри, космически кораби и електронни системи за изображения направиха революционни промени в традиционните методи за въздушна фотография - роди се аерокосмическото наблюдение. Сателитните изображения предоставиха геоинформация за решаване на проблеми на регионално и глобално ниво.

Понастоящем ясно се виждат следните тенденции в прогресивното развитие на аерокосмическото наблюдение.

• Космическите снимки, незабавно публикувани в интернет, се превръщат в най-популярната видео информация за района както за професионалните специалисти, така и за широката публика.
• Разделителната способност и метричните свойства на космическите изображения с отворен достъп бързо се подобряват. Широко разпространени стават орбиталните изображения със свръхвисока резолюция - метрови и дори дециметрови, които успешно се конкурират с въздушните снимки.
• Аналоговите фотографски изображения и традиционните технологии за обработката им губят предишната си монополна стойност. Основното устройство за обработка беше компютър, оборудван със специализиран софтуер и периферни устройства.
• Развитието на всесезонния радар го превръща в прогресивен метод за получаване на метрично точна пространствена геоинформация, която започва ефективно да се интегрира с оптичните технологии за аерокосмическо наблюдение.
• Бързо се появява пазар за разнообразие от аерокосмически продукти за наблюдение на Земята. Броят на търговските космически кораби, работещи в орбита, особено чуждестранните, непрекъснато нараства. Най-широко използваните изображения са получени от ресурсни сателитни системи Landsat (САЩ), SPOT (Франция), IRS (Индия), картографски спътници ALOS (Япония), Cartosat (Индия), сателити с ултрависока разделителна способност Ikonos, QiuckBird, GeoEye (САЩ). ), включително включително радар TerraSAR-X и TanDEM-X (Германия), извършващ тандемно интерферометрично проучване. Успешно работи системата за спътници за наблюдение на космоса RapidEye (Германия).

Аерокосмическото изображение е двуизмерно изображение на реални обекти, което се получава по определени геометрични и радиометрични (фотометрични) закони чрез дистанционно записване на яркостта на обектите и е предназначено за изучаване на видими и скрити обекти, явления и процеси от околния свят. , както и да се определи тяхното пространствено положение.

Обхватът на мащабите на съвременните аерокосмически изображения е огромен: той може да варира от 1:1000 до 1:100 000 000, т.е. сто хиляди пъти. В същото време най-често срещаните мащаби на въздушни снимки са в диапазона 1: 10 000 - 1: 50 000, а космическите - 1: 200 000 - 1: 10 000 000. Всички аерокосмически снимки обикновено се разделят на аналогови (обикновено фотографски) и цифров (електронен). Изображението на цифровите фотографии се формира от отделни еднакви елементи – пиксели (от англ. Picture element-пиксел); Яркостта на всеки пиксел се характеризира с едно число.

Аерокосмическите изображения като информационни модели на терена се характеризират с редица свойства, сред които изобразителни, радиометрични (фотометрични) и геометрични. Визуалните свойства характеризират способността на снимките да възпроизвеждат малки детайли, цветове и тонални градации на обекти; радиометричните свойства показват точността на количественото регистриране на яркостта на обектите от снимка; геометричните свойства характеризират способността да се определят от снимките размерите, дължините и площи на обекти и тяхното взаимно разположение.

Най-добрият начин да използвате данни от наблюдение на Земята от сателити е да ги анализирате заедно с информация от други източници.

Заснемането на припокриващи се изображения от няколко последователни орбитални точки (стерео фотография) ви позволява да получите по-точен изглед на триизмерни обекти и да подобрите съотношението сигнал/шум.

Използването на мултиспектрални изображения се основава на уникалните тонални характеристики на различни обекти. Комбинирането на данни за яркост от изображения в различни спектрални диапазони ви позволява точно да идентифицирате определени пространствени структури. Измерването с използване на голям брой (повече от 10) тесни зони на изследване се нарича хиперспектрално. С хиперспектралната фотография се увеличава възможността за идентифициране на обекти, характеризиращи се с наличието на абсорбционни ленти, което е типично, например, за замърсяване. Мултиспектралните и хиперспектралните изследвания позволяват по-ефективното използване на разликите в спектралната яркост на сниманите обекти, за да се интерпретират.

Този тип изображения могат да включват и радарни изображения, получени както чрез запис на отразени радиовълни с различна дължина, така и с различна поляризация.

Мултивремевото проучване е планирано проучване на предварително определени дати, което позволява сравнителен анализ на изображения на тези обекти, чиито характеристики се променят с течение на времето.

Многостепенно проучване - изследването с различни нива на извадка се използва за получаване на по-подробна информация за района на изследване.

Обикновено целият процес на събиране на данни е разделен на три нива: космически изображения, въздушни изображения и наземни изследвания.

Изображенията, получени чрез метода на снимане с много поляризации, се използват за очертаване на граници между обекти въз основа на разликите в поляризационните свойства на отразената радиация. Например, отразената радиация от водна повърхност обикновено е по-силно поляризирана от отразената радиация от растителността.

Комбинираният метод включва използването на мултитемпорални, многоспектрални и многополяризационни изследвания.

Технологии за дистанционно наблюдение на Земята (ERS) от космосае незаменим инструмент за изучаване и постоянно наблюдение на нашата планета, като помага за ефективното използване и управление на нейните ресурси. Съвременните технологии за дистанционно наблюдение се използват в почти всички сфери на нашия живот.

Днес технологиите и методите за използване на данни от дистанционно наблюдение, разработени от предприятията на Роскосмос, позволяват да се предложат уникални решения за осигуряване на безопасност, повишаване на ефективността на проучването и производството на природни ресурси, въвеждане на най-новите практики в селското стопанство, предотвратяване на извънредни ситуации и премахване на последствията от тях , защита на околната среда и контролиране на изменението на климата.

Изображенията, предавани от сателити за дистанционно наблюдение, се използват в много индустрии - селско стопанство, геоложки и хидроложки изследвания, горско стопанство, опазване на околната среда, планиране на територията, образование, разузнаване и военни цели. Космическите системи за дистанционно наблюдение позволяват получаването на необходимите данни от големи райони (включително труднодостъпни и опасни) за кратко време.

През 2013 г. Роскосмос се присъедини към дейностите на Международната харта за космоса и големи катастрофи. За осигуряване на участието му в дейностите на Международната харта е създаден специализиран център на Роскосмос за взаимодействие с Хартата и Министерството на извънредните ситуации на Русия.

Главната организация на Държавната корпорация Роскосмос за организиране на приемането, обработката и разпространението на информация от дистанционното наблюдение на Земята е Научният център за оперативен мониторинг на Земята (НЦ ОМЗ) на холдинга Руски космически системи (част от Държавната корпорация Роскосмос). NC OMZ изпълнява функциите на наземен комплекс за планиране, получаване, обработка и разпространение на космическа информация от руски космически кораби за дистанционно наблюдение.

Области на приложение на данните от дистанционното наблюдение на Земята

• Актуализиране на топографски карти
• Актуализиране на навигационни, пътни и други специални карти
• Прогноза и контрол на развитието на наводненията, оценка на щетите
• Мониторинг на селското стопанство
• Управление на хидротехническите съоръжения на каскади от резервоари
• Реално местоположение на морските кораби
• Проследяване на динамиката и състоянието на сечите
• Мониторинг на околната среда
• Оценка на щетите от горски пожар
• Спазване на лицензионните споразумения по време на разработването на минерални находища
• Мониторинг на нефтени разливи и движение на нефтени петна
• Мониторинг на лед
• Контрол на неразрешеното строителство
• Прогнози за времето и мониторинг на природни бедствия
• Мониторинг на извънредни ситуации, свързани с природни и техногенни въздействия
• Планиране на действия при извънредни ситуации в райони на природни и причинени от човека бедствия
• Мониторинг на екосистеми и антропогенни обекти (разрастване на градове, промишлени зони, транспортни магистрали, пресъхващи водоеми и др.)
• Мониторинг на изграждането на съоръженията на пътнотранспортната инфраструктура

Нормативни документи, определящи процедурата за получаване и използване на геопространствена информация

• « Концепция за развитие на руската космическа система за дистанционно изследване на Земята за периода до 2025 г»
• Постановление на правителството на Руската федерация № 370 от 10 юни 2005 г., изменено на 28 февруари 2015 г. № 182 „ За одобряване на Правилника за планиране на космически изследвания, приемане, обработка и разпространение на данни от дистанционно наблюдение на Земята с висока линейна разделителна способност от космически кораби от типа "Ресурс-ДК"»
• Постановление на правителството на Руската федерация № 326 от 28 май 2007 г. „ За реда за получаване, използване и предоставяне на геопространствена информация»
• Заповед на президента на Руската федерация № Pr-619GS от 13 април 2007 г. и заповед на правителството на Руската федерация № SI-IP-1951 от 24 април 2007 г. " За разработването и прилагането на комплекс от мерки за създаване в Руската федерация на система от федерални, регионални и други оператори на услуги, предоставяни с помощта на данни от дистанционно наблюдение от космоса»
• Планът за изпълнение на тези инструкции, одобрен от ръководителя на Роскосмос на 11 май 2007 г. За изпълнението на комплекс от мерки за създаване в Руската федерация на система от федерални, регионални и други оператори на услуги, предоставяни с помощта на данни от дистанционно наблюдение от космоса»
• Държавна програма на Руската федерация " Руската космическа дейност за 2013 - 2020 г» одобрено с постановление на правителството на Руската федерация от 15 април 2014 г. № 306
• Основи на държавната политика на Руската федерация в областта на космическата дейност за периода до 2030 г. и след това, одобрени от президента на Руската федерация от 19 април 2013 г. № Pr-906
• Федерален закон от 27 юли 2006 г. N 149-FZ „За информацията, информационните технологии и защитата на информацията» с изменения и допълнения от: 27 юли 2010 г., 6 април, 21 юли 2011 г., 28 юли 2012 г., 5 април, 7 юни, 2 юли, 28 декември 2013 г., 5 май 2014 г.

За задоволяване на държавните нужди на федералните, регионалните и местните изпълнителни органи се предоставят безплатно материали от сателитни изображения от първо ниво на стандартна обработка (космически изображения, които са претърпели радиометрична и геометрична корекция). При необходимост посочените органи да получат материали от сателитни изображения с по-високи нива на стандартна обработка, се начислява такса за техните производствени услуги в съответствие с утвърдения ценоразпис.