Для чего используются космические снимки
Зачем нужны спутниковые фотографии и как наблюдать за изменениями на Земле из космоса
Лесные пожары, таяние ледников, перемещения беженцев и миграция птиц — спутниковые наблюдения дают массу полезной информации для политиков и бизнеса. Тайга.инфо объясняет, кто, как и зачем следит за Землей из космоса.
Зачем нужны спутниковые наблюдения?
Чтобы узнавать о природных бедствиях, отслеживать состояние полей, следить за вырубкой лесов и уровнем воды. Полученные из космоса данные нужны для картирования городской застройки и планирования объектов инфраструктуры. Космические наблюдения позволяют контролировать эффективность работы заводов и портов, оценивать транспортную доступность районов. Спутниковые снимки используют разведывательные службы разных стран, а еще они нужны журналистам, чтобы следить за перемещением беженцев.
Как можно следить за планетой из космоса?
Космические агентства запускают спутники со специальной аппаратурой. Камеры многих спутников позволяют делать снимки с разрешением меньше 30 сантиметров — лиц разглядеть не получится, но увидеть одежду людей уже можно. Недавно два школьника из Подмосковья проанализировали снимки, полученные со спутников разных стран, и нашли новый остров у архипелага Новая Земля.
Частная компания Planet Labs запустила больше 100 маленьких космических аппаратов на орбиту. Доступ к снимкам может получить кто угодно за абонентскую плату.
Космонавты и астронавты на борту МКС тоже смотрят за тем, что происходит на планете. Кроме фотоаппаратов с большими длиннофокусными объективами в их распоряжении есть научая аппаратура, например, ультрафиолетовые камеры, спектрометры, видеокамеры и многое другое.
В программу пребывания на МКС у космонавтов входят различные эксперименты по наблюдению за Землей. Например, для эксперимента по изучению физических процессов в околоземном космическом пространстве «Всплеск» космонавтом нужно смонтировать научную аппаратуру внутри станции и вне ее во время выхода в открытый космос. Этот эксперимент помогает понять природу сейсмомагнитных явлений и позволяет продвинуться в разработке методов прогноза землетрясений. А эксперимент «Молния-Гамма» позволяет получать новую информацию для обеспечения безопасности полетов в грозовой атмосфере.
Какие еще эксперименты проводят космонавты?
Фото- и видеосъемки космонавтов нужны, например, в эксперименте «Сейнер» для поиска и освоения промыслово-продуктивных районов Мирового океана. Эксперимент «Экон-М» проводится, чтобы получать информацию для оценки экологических последствий техногенной деятельности человека на территории России и других стран.
Благодаря эксперименту «Сейсмопрогноз» можно отрабатывать методы мониторинга предвестников землетрясений, чрезвычайных ситуаций и техногенных катастроф. За мониторинг лесных экосистем отвечает эксперимент «Дубрава» — с его помощью можно определять воздействия на лесной покров природных и техногенных факторов.
Эксперимент «Сценарий» нужен для определения скорости и момента схода ледников, оценки развития наводнений, загрязнений на водной поверхности (например, разлива нефти). Кроме того, благодаря «Сценарию» космонавты могут смотреть за перемещениями животных и птиц и по ним определять места возникновения природных катастроф.
Как передают данные наблюдений за планетой с МКС на Землю?
Результаты, полученные во время исследований, космонавты отправляют на Землю на жестких дисках, компакт-дисках, видеокассетах мини-DV, «флэшках» или даже дискетах.
Если нужно оперативно доставить до Земли информацию, то она сначала накапливается в памяти модуля контроля и сбора данных, оттуда передается в блок сервера полезной нагрузки, а затем в радиотехническую систему передачи информация для получения на Земле. Кажется, что это сложно и долго, но получается все равно быстрее, чем передавать данные непосредственно транспортировкой на Землю.
Какую технику используют космонавты при наблюдениях?
Кроме специальной аппаратуры, космонавты используют и привычные нам устройства — например, фотоаппараты и ноутбуки. Порой на фотоаппараты Nikon или видеокамеры Sony приходится ставить особые фильтры, о которых написано в инструкции по проведению опыта. Там же есть указания, каким из ноутбуков Lenovo нужно пользоваться и какой картой памяти. Для личных целей космонавты и астронавты чаще пользуются планшетами.
Космоснимки: что это такое и как их использовать
В чем плюсы использования космических снимков? Какие есть популярные проекты, и с помощью каких инструментов можно самому сделать карту с космоснимками? На эти вопросы замредактора Теплицы Наталье Барановой ответил научный сотрудник Сколковского института науки и технологий, генеральный директор стартапа Geoalert Георгий Потапов и руководитель отдела тематической обработки данных дистанционного зондирования компании «Совзонд» Сергей Мышляков. Специалисты рассказали о том, насколько это направление популярно и какой приносит эффект.
Что такое космоснимки?
Космоснимки представляют собой наиболее реалистичное изображение местности по сравнению с картами. Сейчас, по словам гендиректора стартапа Geoalert Георгия Потапова, разрешение аэрофотосъемки на картографических сервисах в Интернете – несколько сантиметров, что позволяет рассмотреть детали, которых не увидите на картах.
Основа космоснимков – дистанционное зондирование Земли. Это наблюдение поверхности Земли наземными, авиационными и космическими средствами, оснащенными различными видами съемочной аппаратуры.
В чем их плюсы?
Во-первых, по мнению руководителя отдела тематической обработки данных дистанционного зондирования компании «Совзонд«Сергея Мышлякова, космические снимки выступают в качестве основы для топографического и тематического картографирования. Современные планы и карты, в том числе такие ресурсы, как GoogleMaps, YandexMaps, Open Street Maps, создаются именно на основе данных космической съемки.
Во-вторых, космические снимки – надежная основа для мониторинга процессов и явлений, которые находят отображение на картах. «По снимкам оперативно обновляются карты, составляются прогнозы погоды, выявляются очаги чрезвычайных ситуаций, решаются земельные споры, прогнозируется урожайность. Сфера применения данных космического дистанционного зондирования Земли огромна», – подчеркнул специалист.
К плюсам космосников Сергей Мышляков отнес актуальность данных, оперативность получения информации, большой единовременный пространственный охват, сопоставимость.
Также эксперты относят к плюсам важное свойство космоснимков – мультиспектральность, которая позволяет дешифрировать (выделять) разные объекты, не столь различимые или вовсе не видные в оптическом диапазоне.
На современных космических платформах установлена аппаратура, позволяющая вести наблюдения в видимом, инфракрасном, микроволновом, радиолокационном диапазонах, каждый из которых пригоден для решения широкого круга прикладных задач.
Например, в ближних инфракрасных каналах лучше различимы типы и состояние растительности, а в средних инфракрасных каналах можно, к примеру, детектировать лесные пожары.
Слева на изображении: раскрашенный гиперспектральный снимок. А справа поиск по картинкам считает эти изображения похожими на снимок слева.
Космоснимки популярны?
Космоснимки не были и не должны быть популярнее, то есть чаще просматриваться, чем карты. Так считает Георгий Потапов. «Популярнее они были разве что в 2005 году, когда Google опубликовал первое высокодетальное покрытие на крупные города мира. С тех пор так называемые «спутниковые карты» стали must have на картографических сервисах интернет-порталов», – говорит Потапов.
По словам Потапова, оцифровку снимков с целью создания карт может освоить любой начинающий фотограф, используя краудсорсинговые сервисы в Интернете. Однако дешифрированием по спектральным характеристикам обычно занимаются специалисты в своих тематических областях, таких как геология, природопользование, лесное хозяйство и другие.
А вот Сергей Мышляков уверен, что п роекты, связанные с использованием космических снимков, чрезвычайно популярны. Это произошло благодаря появлению в открытом доступе большого количества регулярно обновляющихся космических снимков.
Отдельно Сергей выделил направление интеллектуального анализа данных (data science). «Обработка космических снимков является одним из наиболее явных приложений data science в части добывания полезной информации из огромного массива данных (data mining). Для этих целей широко используются технологии машинного обучения (machine learning)», – объяснил специалист.
Проекты с космоснимками
В Openstreetmap есть несколько инструментов картирования, в том числе очень удобный онлайн-редактор карт, который позволяет добавить внешний сервис, как подложку для оцифровки.
Openstreetmap ID (openstreetmap.org): С помощью картографических online редакторов можно подключать снимки с внешних источников для картирования.
Карта пожаров (fires.ru) – кластеры «термоточек» и статистика по регионам России.
Geoalert City (geoalert.io) анализ городской застройки по спутниковым подложкам.
Еще можно выделить такие проекты, в которых используются космоснимки:
Эффект от космоснимков, по мнению Сергея Мышлякова:
Инструменты для создания карт с космоснимками
Благодаря встроенным инструментам этих сервисов карты может создавать любой желающий.
Для чего используются космические снимки
Рынок геоданных планомерно смещается от поставки сырых сведений со спутника к предоставлению уже готовой аналитики. Движется в этом направлении и Госкорпорация «Роскосмос». В рамках нацпроекта «Цифровая экономика» Роскосмосом и его предприятиями (компанией «Российские космические системы» и его «дочкой» «Терра Тех») реализуется проект «Цифровая Земля — Сервисы». О том, какие возможности он открывает перед государственными структурами, бизнесом и обычными людьми, в материале портала национальныепроекты.рф.
2021 год объявлен в России Годом науки и технологий. Благодаря его мероприятиям можно узнать больше о научных достижениях нашей страны и сделать работу ученого более привлекательной для молодежи, к чему стремится и нацпроект «Наука и университеты». Июль в графике Года посвящен связанности территорий и освоению пространства.
Экосистема «Цифровой Земли»
Благодаря проекту космические снимки всей территории России становятся общедоступными, появляются инновационные цифровые сервисы обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Часть программных модулей «Цифровой Земли» уже сегодня работает в экспериментальном режиме. В их числе и специализированные отраслевые информационно-аналитические сервисы, которые апробированы в 8 регионах России.
Всего на сегодняшний день в системе «Цифровая Земля — Сервисы» доступно 28 типовых стандартизированных продуктов по 7 ключевым направлениям: лесное и сельское хозяйство, недропользование, землепользование, строительство, экология и чрезвычайные ситуации. Вводить в эксплуатацию инфраструктуру «Цифровой Земли» будут поэтапно в течение ближайших нескольких лет. Со временем проект объединит все создаваемые отдельно системы и комплексы.
Современный подход к хранению и анализу космических снимков
Новые информационно-аналитические системы Роскосмоса радикально отличаются от всего, что делалось ранее. Традиционно оператор космических систем ДЗЗ поставлял государству и коммерческим компаниям космические снимки, картографические продукты и другие подобные материалы. Но все эти данные обрабатывались в значительной степени вручную. Хотя с годами автоматизация росла, принципиально подход не изменялся.
«Сегодня же объемы данных достигают таких масштабов, что обрабатывать их без автоматизации попросту невозможно»
Среди потребителей данных ДЗЗ во всем мире спрос на цифровизацию и облачные решения вырос, и система поставки космической информации нуждалась в модернизации. Решить эту задачу взялись в «Терра Тех». Компания была создана в 2017 году с целью коммерциализации данных космической съемки и оказанию услуг в области обработки данных ДЗЗ. Новый коммерческий оператор услуг изначально стал ориентироваться на облачное хранение данных, потоковую обработку информации со спутников, а также использование сверхточных нейронных сетей.
Сегодня в геосервисах «Цифровой Земли» происходит автоматическое преобразование информации с космических аппаратов в аналитический отчет о состоянии и развитии объектов, территорий и природных ресурсов. Он удобен и понятен для представителей профильных министерств и ведомств, коммерческих предприятий. В результате время получения нужной аналитики сократилось в несколько раз. При этом качество данных улучшилось. Кроме технологий искусственного интеллекта «Терра Тех» активно развивает и другое направление применения геоданных.
В ближайшее время этот проект планируется перевести на отечественные шлемы виртуальной реальности «Роскосмос XR».
Мониторинг состояния окружающей среды из космоса
Когда вопросы, связанные с экологией и изменением климата, стали приоритетными для правительства, предприятия Роскосмоса включились в разработку перспективных систем для реализации госполитики в этой области.
«Терра Тех» активно развивает применение данных со спутников радиолокационного наблюдения. В отличие от классических оптических спутников, эти аппараты получают данные в радиодиапазоне и могут использоваться в любое время суток и любую погоду. В России, где климатические и погодные условия не позволяют полагаться только на оптику, данные с таких аппаратов становятся всё более востребованы.
«В первую очередь это актуально для проектов, связанных с Арктикой»
Рост активности человека и изменение климата требуют особенно внимательного изучения протекающих там процессов. Сейчас для реализации российских арктических проектов используются зарубежные группировки радиолокационных аппаратов, поэтому один из приоритетов Роскосмоса — создание отечественных аналогов. Другая важная сфера, где космическая съемка может сослужить хорошую службу, — учет выбросов парниковых газов.
Сегодня ни в России, ни в мире нет единой принятой методологии, которая позволяла бы оценивать влияние на экологию как отдельных предприятий и домохозяйств, так и целых государств. Оценки углеродного баланса страны по разным методикам могут значительно отличаться. Причиной этого может быть, например, перевод земель из одного типа использования в другой или зарастание сельскохозяйственных земель.
Как космические снимки помогают людям
Для коммерческих заказчиков «Терра Тех» разрабатывает системы для работы с геоданными и осуществляет сервисное сопровождение проектов. Например, сегодня банки начали активно знакомиться с космическими технологиями, открывая для себя потенциал спутниковой съемки. Проблемные активы, залоги, тарифные ставки и скоринг, страховые случаи, недобросовестное использование заемных средств, инвестиционный потенциал — всё это можно оценить с помощью средств дистанционного зондирования.
По такой схеме «Терра Тех» реализовала, например, проект по комплексному космическому мониторингу и геопространственному анализу имущественных активов «Промсвязьбанка». Разработанный облачный геоинформационный сервис используют для мониторинга строящихся собственных и залоговых объектов и земельных участков.
Пользу космических данных открывают и граждане. В этом году «Терра Тех» обновил облачный магазин космических снимков — TerraCloud. Цепочка формирования заказа на архивные данные полностью автоматизирована и отлажена. Все архивы доступны клиенту для заказа в одном окне. Оплатить снимки можно картой онлайн. Сроки поставки данных для российских покупателей теперь сократились до нескольких часов, для зарубежных — составляют в среднем 1-3 дня.
Другой очень популярный сервис — Докажи.рф. Он позволяет заручиться помощью экспертов «Терра Тех» для подготовки квалифицированных заключений по космической съемке об интересующем объекте местности. Чаще всего такие отчёты используются клиентами в качестве доказательств при разрешении судебных споров об имуществе.
«В целом, интерес к возможностям космической съемки в мире и среди российских потребителей растёт»
И простые граждане, и сотрудники предприятий все лучше представляют возможности систем ДЗЗ и понимают, как применить космическую информацию. Геоданные становятся неотъемлемой частью систем управления и планирования как на уровне предприятий, так и на государственном уровне. И эффект от их внедрения сложно переоценить.
Опубликовано на портале «Национальные проекты.рф», 20 июля 2021
Для чего используются космические снимки
Для чего используются космоснимки?
Космические снимки широко используются в самых разных областях человеческой деятельности — исследование природных ресурсов, мониторинг стихийных бедствий и оценка их последствий, изучение влияния антропогенного воздействия на окружающую среду, строительные и проектно-изыскательские работы, городской и земельный кадастр, планирование и управление развитием территорий, градостроительство, геология и освоение недр, промышленность, сельское и лесное хозяйства, туризм и т.д. Современные геоинформационные технологии и создание карт различных масштабов также немыслимы без использования космических снимков.
Какая съемка лучше: космическая или авиационная?
Спутниковые изображения и аэрофотоснимки – сравните достоинства и недостатки:
Оптические спутниковые изображения
Аэрофотоснимки (на пленке)
Цена возрастает пропорционально увеличению площади
С увеличением площади цена растет в меньшей степени.
Данные фиксируются в цифровом виде, поэтому не нужно обрабатывать пленку.
Данные обычно записываются на пленку. Требуется сканирование и коррекция за направление полета.
Облачность является большой проблемой. Период повторного посещения от 3 дней и более.
Самолет может летать ниже облаков или повторить полет на следующий день.
Минимальная площадь заказа составляет всего 64 кв. км.
Аэрофотосъемка нерентабельна для небольших площадей
Никакого согласования для проведения космической съемки не требуется.
Процедура планирования и согласования проведения аэрофотосъемки сложна и занимает много времени
В настоящее время самым лучшим считается пространственное разрешение 50 см.
Можно получать изображения с разрешением до нескольких сантиметров в зависимости от высоты полета.
Одновременно получают изображения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.
Пленочные камеры обычно получают раздельно цветные и инфракрасные изображения.
Одна сцена покрывает площадь городской застройки 10х10 км или 16х16 км (IK и QB).
На снимках масштаба 1:40 000 с размером пиксела 1 м используемая площадь одного кадра равна 3.6 км х 6.4 км.
Составление мозаики занимает меньше времени.
Составление мозаики занимает больше времени.
Из-за распространенности околополярных спутниковых орбит более предпочтительным является направление получения изображений с Севера на Юг, чем с Востока на Запад.
Направление получения изображений не имеет значения
Средний срок поставки изображения после заказа составляет 7 дней. Для некоторых облачных/дождливых районов срок может увеличиваться до месяца.
Срок поставки изображения зависит только от доступности самолета и от летной погоды.
Быстрота и удобство обработки цифровых данных в камеральных условиях.
Трудоемкость и вследствие этого большие затраты при обработке результатов аэрофотосъемки в камеральных условиях
Возможность покрытия одним снимком больших площадей без необходимости последующей «сшивки» отдельных фрагментов.
Необходимость сшивки небольших фрагментов в единый массив
Снимки с каких спутников в настоящее время можно приобрести?
Снимки со спутников «РЕСУРС-ДК1», Доступны снимки как со спутников, находящихся на орбите, так и архивные.
Как выбрать снимок?
Самым лучшим вариантом решения является обращение к нашим специалистам, которые вместе с Вами проанализируют Ваш запрос и дадут необходимые рекомендации. Вы можете обратиться по телефону +7 (495) 925-04-19, 229-43-89, по электронной почте ntsomz@ntsomz.ru или заполнить специальную заявку.
Какие объекты я могу увидеть на космическом снимке?
В зависимости от пространственного разрешения на снимках можно различать объекты, сопоставимые с величиной единичного элемента разрешения (пиксела). В настоящее время самым лучшим считается пространственное разрешение 50 см.
Что значит «панхроматические» или «мультиспектральные» изображения?
Панхроматические изображения занимают практически весь видимый диапазон электромагнитного спектра (450-900 нм) и поэтому являются черно-белыми.
Мультиспектральные (или спектрозональные) изображения представлены в виде отдельных спектральных каналов (RGB и инфракрасные каналы) или виде синтеза отдельных каналов для получения цветного изображения. Поочередный синтез отдельных каналов позволяет решать многочисленные тематические задачи, а также помогает при дешифрировании снимков.
Что означает «радиометрическое разрешение»?
Радиометрическая разрешающая способность определяется количеством градаций значений цвета, соответствующих переходу от яркости абсолютно «черного» к абсолютно «белому», и выражается в количестве бит на пиксел изображения. Это означает, что в случае радиометрического разрешения 6 бит на пиксел мы имеем всего 64 градации цвета (2(6) = 64); в случае 8 бит на пиксел 256 градаций (2(8) = 256), 11 бит на пиксел 2048 градаций (2(11) = 2048). В настоящее время, как правило, сенсоры, установленные на спутниках ДЗЗ, имеют радиометрическое разрешение не хуже 8 бит на пиксел. Есть сенсоры и с более высоким радиометрическим разрешением (например, 11 бит для WorldView-1, IKONOS, QuickBird, OrbView-3 и 16 бит для EO-1), позволяющим различать больше деталей на очень ярких или очень темных областях снимка.
Как можно узнать, есть ли архивные снимки на интересующую меня область?
Для этого необходимо отправить электронное сообщение по адресу ntsomz@ntsomz.ru или по тел. +7 (495) 925-04-19, 229-43-89 с указанием интересующей Вас области и с каким пространственным разрешением снимки Вас интересуют. Можно прислать координаты интересующего Вас района, фрагмент карты с очерченной областью или просто описать запрашиваемую территорию (например, «в границах Тверской области» или «на город Коломна»).
В каком формате я получу снимок?
Вы получите уже геопривязанные снимки (для высокого разрешения к масштабу 1:100 000) в формате GeoTIFF. По умолчанию снимки поставляются в системе координат WGS-84 и проекции UTM. Возможна поставка снимков в других проекциях и системах координат.
Поставляемый заказчику снимок уже подвергался какой-либо обработке?
Поставляемые снимки уже проходят геометрическую и радиометрическую коррекцию (устраняются помехи, вносимые приемным трактом).
Какую минимальную площадь я могу заказать?
Все зависит от заказываемых снимков.
Что такое сцена и могу ли я заказать сцену произвольной формы?
Сцена — это часть принимаемого со спутника потока данных. Схемы нарезки потока на сцены для разных спутников имеют отличия. Сцену произвольной формы можно заказать, если речь идет о данных высокого разрешения. Ограничения – для протяженных объектов ширина полосы должна быть не уже 5 км, расстояния между вершинами полигона также не должны быть менее 5 км. Количество вершин полигона не должно превышать 50.
Через сколько дней я могу получить архивный снимок?
Максимум через неделю после поступления средств на счет.
Если в архиве нет данных на интересующую меня область, могу ли я заказать новую съемку?
Да, конечно. Практически с любого спутника имеется возможность заказать новую съемку, в том числе стереопары.
С какой периодичностью спутник проходит над одной и той же областью земного шара?
Периодичность прохождения спутника над одной и той же точкой над поверхностью Земли называется периодичностью съемки, она различна у разных спутников.
Во сколько спутник пролетает над Москвой?
Как правило, спутники дистанционного зондирования имеют солнечно-синхронную орбиту и проходят над одной и той же точкой земного шара в одно и то же время независимо от широты. Например, спутники IKONOS и QUICKBIRD пролетают примерно в 10 часов 30 минут над одной и той же точкой – будь то Москва или Красноярск.
Где можно получить подробную информацию о характеристиках спутников?
На нашем сайте, в разделе Космические средства ДЗЗ а также обратившись к нашим специалистам по тел. +7 (495) 925-04-19, 229-43-89.