Гиперспектральный обратный воображение для прибрежного океана

Гиперспектральным изображением для прибрежного океана ( HICO ) был гиперспектральный датчик наблюдения за землей, который работал на международной космической станции (ISS) с 2009 по 2014 год. HICO собрал гиперспектральные спутниковые изображения поверхности Земли с МКС. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
HICO представлял собой миссию Pathfinder или подтверждение концепции для гиперспектральной визуализации океанов, особенно для оптически сложных прибрежных вод. [ 4 ] Набор данных, собранной HICO, служит примером набора данных для будущих гиперспектральных спутниковых миссий, таких как PACE .
HICO был установлен непосредственно на МКС, а не на отдельной беспилотной спутниковой платформе (то есть в отличие от датчика MODIS, установленного на спутниках Aqua и Terra, и от Seawifs, установленных на сателлите Orbview-2, ака Seastar). Таким образом, HICO было поручено собирать изображения определенных регионов в синхронизации с дневным путем орбиты МКС. Кроме того, его запись данных может содержать некоторые пробелы вовремя для эксплуатационных задач на борту МКС, таких как космические прогулки и стыковка.
История
[ редактировать ]США HICO был разработан Управлением военно -морских исследований . Датчик был запущен 10 сентября 2009 года из космического центра Tanegashima в Японии в качестве полезной нагрузки для МКС на ракете H-2B -304 (включая HTV-1 транспортное средство ). Он был установлен 24 сентября 2009 года на японском экспериментальном модуле открытого объекта лаборатории Kibo (японский комплекс Kibo) Два инженера Expedition-20 , астронавт ESA Фрэнк де Винн и астронавт НАСА Николь Стотт. HICO был установлен одновременно с помощью RAID/удаленной атмосферной и ионосферной системы обнаружения: вместе эти две системы называются «HICO и RAID-полевой нагрузкой (HREP или HREP-RAIDS)». [ 5 ] HICO собрал более 10 000 изображений в течение своего срока службы. [ 3 ] США Финансовая поддержка пришла из Управления военно -морских исследований , Министерства обороны США, а затем из Международной программы космических станций .
Летом 2013 г. данные HICO стали общедоступными [ 6 ] и оставаться свободно доступным сегодня.
HICO перестал собирать данные в сентябре 2014 года, когда излучение от солнечной вспышки повредило его компьютер. Попытки перезагрузить компьютер были безуспешными. [ 7 ] Последняя дата изображения и официальный конец операций был 13 сентября 2014 года.
После окончания своей жизни, HICO и RAID-эксперимента по эксперименту (HREP) была удалена из МКС 3 августа 2018 года на SpaceX CRS-15 космической капсуле Dragon после его миссии по восстановлению в июле-августе 2018 года. Секция ствола дракона сгорела во время повторного входа, утилизируя инструмент HICO и другое содержимое. Полет, который разгрузил HICO, был четвертым в истории грузовым рейсом в истории обратной поездки с повторно используемой капсулой дракона. [ 8 ]
Технические характеристики и продукты данных
[ редактировать ]

Спектральное покрытие и разрешение
[ редактировать ]HICO использует 128 спектральных полос от приблизительно от 353 нм до 1080 нм длины волн при спектральном разрешении 5,7 нм (полосы центров 5,7 нм друг от друга). [ 3 ] Данные с длиной волны менее 400 нм и более 900 нм не рекомендуются для анализа; Данные 400-900 нм имеют более высокое качество. На длинах волн от 400 до 745 нм применяется фильтр сглаживания 10 нм, а к длинам волн от 746 до 900 нм применяется фильтр 20 нм. [ 9 ]
Пространственное покрытие и разрешение
[ редактировать ]Пиксели HICO составляют приблизительно 90 метров в пространственном разрешении. Каждая полная сцена охватывает примерно 42 на 192 км прямоугольника (варьируясь с высотой и углом). Высокоразвитые области земли не покрыты. МКС совершает около шестнадцати 90-минутных орбит в день, а местоположение пути для движений орбиты на запад, когда земля вращается. Орбита МКС отслеживает по одной и той же области на земле примерно каждые три дня, включая ночные проходы. [ 10 ] Тем не менее, HICO Imaging была ограничена для того, чтобы собирать только одну сцену на орбиту, что привело к примерно семи -восьми дневным сценам в день, часто пространственно разбросаны по всему миру.
Радиометрическое разрешение
[ редактировать ]Данные HICO имеют отношение сигнал / шум более 200 к 1 к 1 для длины волн, пробирающихся на воду и предполагая 5% альбедо. Датчик обладал высокой чувствительностью в синих длинах волны и полным покрытием водных длин волн. [ 11 ]
Временное покрытие и разрешение
[ редактировать ]HICO собрал спутниковые образы с 25 сентября 2009 года по 13 сентября 2014 года. [ 12 ] Максимум восьми дневных сцены были собраны в день. В любом конкретном прибрежном регионе, где были изображены сцены, временное разрешение является неоднородным. Например, над Чесапикским заливом на Восточном побережье Соединенных Штатов 101 сцена были собраны в течение всей 5-летней миссии, и в календарном году 2012 года были изображены 16 сцен.
Данные продукты
[ редактировать ]Наборы данных HICO, как и другие наборы гиперспектральных спутников, велики с точки зрения объема данных. Например, одна сцена HICO требует от 120 мб до 700 МБ дискового пространства (в зависимости от формата и сжатия). Данные доступны в Web NASA Ocean Color Web в формате файла HDF (аналогично NETCDF ). [ 9 ]
Подобные датчики
[ редактировать ]- Deutsches Zentrum Fur Luft -und Raumfahrt Германский аэрокосмический центр (DLR) Спектрометр визуализации Земля (DESI), установлен на международной космической станции. Этот датчик наиболее сопоставим с HICO, потому что он как гиперспектральный, так и установлен на МКС. [ 13 ] [ 14 ]
Другие гиперспектральные спутниковые датчики
[ редактировать ](частичный список)
- Гиперион, запущенный на борту космического корабля Земли-1 (EO-1) в 2000 году
- Компактный спектрометр визуализации с высоким разрешением (CHRIS), на PROPA-1 в 2001 году
- Сканирующее спектрометр поглощения изображений для атмосферной хартографии (Sciamachy) на Envisat с 2002 по 2012 год
- Гиперспектральный предшественник прикладной миссии (PRISMA), запущенный в 2019 году итальянским космическим агентством [ 15 ]
- Advanced Hyperspectral Imager (AHSI), встроенный китайский Gaofen-5 спутник [ 16 ] в 2018 году
- Спутник гиперспектральной визуализации (HISISE) выпущен из Индии в 2018 году
- Hyperscout Instruments, запущенные на нанозателлитах [ 17 ]
- (Запланирован) Цветовой инструмент океана (OCI) на на планктоне, аэрозолях, облаках и экосистемах океана (PACE) сателлите
Другие научные инструменты Земли на МКС
[ редактировать ](частичный список)
- ISS-RAPIDSCAT , который работал с 2014 по 2016 год.
- Общее и спектральное датчик солнечного излучения 1 (TSIS-1), который был установлен в 2013 году. [ 18 ]
- Sage III , установлен в 2017 году.
- Датчик визуализации Lightning (LIS), установлен в 2017 году.
- Глобальная экосистемная динамика исследования (GEDI) Lidar, установленная в 2018 году.
- Экосистема космический термический радиометр эксперимент на приборе космической станции (Ecostress), [ 19 ] который был доставлен на МКС на той же миссии, которая разгрузила HICO в 2018 году.
- Орбитальная углеродная обсерватория 3 (OCO-3), установленная в 2019 году.
Приложения
[ редактировать ]- Экология фитопланктона в целом, например, какие типы фитопланктона присутствуют в области океана на основе подписи их пигментов и цветов света, которые поглощают эти пигменты. [ 20 ]
- Обнаружение вредных цветов водорослей (HABS), распознавая уникальные длины волн света, излучаемые определенными типами цветения планктона в больших количествах. Например, изображения HICO использовались при обнаружении цветов цианобактерий во внутренних водах (например, озеро Эри [ 21 ] и Пинто -Лейк, Калифорния [ 22 ] и цветение рубца мезодиния в Лонг -Айленд -Саунд. [ 23 ]
- Картирование батиметрии мелких вод. [ 24 ] [ 25 ]
- Фотохимия растворенной материи в прибрежных водах. [ 26 ]
- Мониторинг качества воды , включая такие переменные, как хлорофилл-а и сусплентные частицы. [ 27 ]
- Карты местности, типа растительности и нижнего типа. [ 28 ]
- Характеристика разлива нефти Deepwater Horizon в апреле 2010 года, в том числе сбор изображений из области вокруг участков взрыва и из близлежащих болот, чтобы выявить незагрязненную воду, смеси нефтяной воды и эмульгированные нефтяные нити. [ 29 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Земный наблюдение спутник
- Гиперспектральная визуализация
- Спектроскопия визуализации
- Международная космическая станция
- Кибо (модуль ISS)
- Океанский цвет
- Планктон, аэрозоль, облако, океанская экосистема
- Научные исследования на международной космической станции
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Lucke, Robert L.; Корсон, Майкл; МакГлотлин, Норман Р.; Мясник, Стив Д.; Вуд, Даниэль Л.; Корван, Даниэль Р.; Ли, Ронг Р.; Снайдер, Уилллиам А.; Дэвис, Курт О.; Чен, Дэвидсон Т. (1 марта 2011 г.). «Гиперспектральный воображение для прибрежного океана: описание инструмента и первые изображения». Прикладная оптика . 50 (11). Оптическое общество: 1501–1516. BIBCODE : 2011Apopt..50.1501L . doi : 10.1364/ao.50.001501 . ISSN 0003-6935 . PMID 21478922 .
- ^ "HICO " океана Цвет сентября 25 21 2021сентября
- ^ Jump up to: а беременный в "Обзор миссии. Что такое HICO?" Полем Цвет океана НАСА . 10 сентября 2009 г. Архивировано с оригинала 3 октября 2022 года . Получено 21 сентября 2021 года .
- ^ «Соединение разрыва между теоретическим и практичным» . Международная космическая станция США Национальная лаборатория . 20 октября 2017 года . Получено 21 сентября 2021 года .
- ^ Будзиен, Скотт (2009). «HICO и RAID -эксперимент полезной нагрузки - Система дистанционного атмосферного и ионосферного обнаружения (RAID)» (PDF) . Сервер технических отчетов НАСА (NTRS) . Получено 22 сентября 2021 года .
- ^ " Sensing" изменение в открытых операциях для HICO -инструмента космической станции » . НАСА . 9 июля 2013 года . Получено 22 сентября 2021 года .
- ^ Келли, Нина Магги (23 марта 2015 г.). «Спутники могут быть уязвимы для солнечных штормов» . Igis informatics и ГИС . Сельское хозяйство и природные ресурсы, Калифорнийский университет . Получено 22 сентября 2021 года .
- ^ «SpaceX Cargo Capsule возвращается на Землю от космической станции - Spaceflight Now» . Spaceflight Now - ведущий источник онлайн -космических новостей . 3 августа 2018 года . Получено 22 сентября 2021 года .
- ^ Jump up to: а беременный «Характеристики датчика и данных» . Цвет океана НАСА . 10 сентября 2009 года. Архивировано с оригинала 17 января 2022 года . Получено 22 сентября 2021 года .
- ^ «Учебное пособие по орбите космической станции» . Ворота на астронавт Фотография Земли . Получено 22 сентября 2021 года .
- ^ Дэвис, Кертисс О. (2010). «Гиперспектральный образец для прибрежного океана (HICO): обзор обработки датчиков и данных» (PDF) . Индекс датчиков . Международная координационная группа океана (IOCCG) . Получено 22 сентября 2021 года .
- ^ «Расширенная миссия в прибрежном океане» . НАСА . 30 ноября 2015 года . Получено 22 сентября 2021 года .
- ^ Алонсо, Кевин; Бахманн, Мартин; Берч, Кара; Кармона, Эмилиано; Серра, Даниэле; Де Лос Рейес, Ракель; Дитрих, Даниэле; Хейден, штат Юта; Hölderlin, Andreas; Икес, Джек; Кнодт, уве; Крутц, Дэвид; Лестер, Хит; Мюллер, Руперт; Пагнутти, Мэри; Рейнарц, Питер; Рихтер, Рудольф; Райан, Роберт; Себастьян, ILSE; Tegler, Mirco (15 октября 2019 г.). «Продукты данных, качество и проверка спектрометра визуализации DLR Земля (DESI)» . Датчики . 19 (20). MDPI AG: 4471. BIBCODE : 2019SENSO..19.4471A . doi : 10.3390/s192044471 . ISSN 1424-8220 . PMC 6848940 . PMID 31618940 .
- ^ Müller, R.; Avbelj, J.; Carmona, E.; Экардт, А.; Gerasch, B.; Грэм, Л.; Günther, B.; Хайден, U.; Ickes, J.; Керр, Г.; Knodt, U.; Крутц, Д.; Krawczyk, H.; Макарау, А.; Миллер, Р.; Перкинс, Р.; Уолтер И. (3 июня 2016 г.). «Новый гиперспектральный датчик DESI на многоплановой платформе, установленных на МКС» . ISPRS - Международные архивы фотограмметрии, дистанционного зондирования и пространственных информационных наук . XLI-B1. Коперник GmbH: 461–467. doi : 10.5194/isprsarchives-xli-b1-461-2016 . ISSN 2194-9034 .
- ^ Сад, Клаудия; Брешиани, Мариано; Брага, Федерика; Фаббретто, Алиса; Гирарди, Никола; Пепе, Моника; Джанинетто, Марко; Коломбо, Роберто; Cogliati, Серджио; Ghebrehiwot, всегда всегда; Ланен, Марникс; Петерс, Стиф; Шредер, Томас; Concha, Javier A.; Брандо, Витторио Э. (14 августа 2020 г.). «Первая оценка данных Prisma Level 1 для водных приложений» . Датчики . 20 (16). MDPI AG: 4553. BIBCODE : 2020SENSO..20.453G . Doi : 10.3390/s20164553 . HDL : 10281/282791 . ISSN 1424-8220 . PMC 7471993 . PMID 32823847 .
- ^ Лю, Инь-Ниан; - ; Shu Feng 4 ) .
- ^ Esposito, M.; Zuccaro Marchi, A. (12 июля 2019 г.). «Внедорожник первого гиперспектрального изображения для нанозателлитов». В Карафоласе, Никос; Содик, Зоран; Cugny, Bruno (ред.). Международная конференция по космической оптике - ICSO 2018 . Шпин п. 71. doi : 10.1117/12.2535991 . ISBN 9781510630772 .
- ^ «Цис 1» . Космическая страница Гюнтера . Получено 23 сентября 2021 года .
- ^ Хук, Саймон (15 мая 2019 г.). "Инструмент" . Экосозресса . Получено 22 сентября 2021 года .
- ^ Райан, Джон; Дэвис, Кертисс; Тафилларо, Николас; Кудела, Рафаэль; Гао, Бо-Кай (27 января 2014 г.). «Применение гиперспектрального изображения для прибрежных экологических исследований в фитопланктоне в заливе Монтерей, Калифорния, США» . Дистанционное зондирование . 6 (2). MDPI AG: 1007–1025. Bibcode : 2014Rems .... 6.1007r . doi : 10.3390/rs6021007 . ISSN 2072-4292 .
- ^ О'Ши, Райан Э.; Пахлеван, Нима; Смит, Брэндон; Брешиани, Мариано; Эгертон, Тодд; Джардино, Клаудия; Ли, Лин; Мур, Тим; Руис-Верду, Антонио; Руберг, Стив; Симис, Стефан Г.Х.; Stumpf, Ричард; Vaičiūtė, Diana (2021). «Добавление оценки биомассы цианобактерий по гиперспектральным наблюдениям: демонстрации с изображениями HICO и Prisma» . Отдаленное зондирование окружающей среды . 266 Elsevier BV: 112693. Bibcode : 2021rsenv.26612693O . doi : 10.1016/j.rse.2021.112693 . HDL : 1805/31613 . ISSN 0034-4257 .
- ^ Кудела, Рафаэль М.; Palacios, Sherry L.; Austerberry, David C.; Accorsi, Emma K.; Гильдия, Лиана С.; Торрес-Перес, Хуан (2015). «Применение гиперспектрального дистанционного зондирования к цианобактериальным цветам во внутренних водах» . Отдаленное зондирование окружающей среды . 167 Elsevier BV: 196–205. Bibcode : 2015rsenv.167..196k . doi : 10.1016/j.rse.2015.01.025 . ISSN 0034-4257 .
- ^ Дирссен, Хайди; Макманус, Джордж Б.; Хлус, Адам; Цю, Даджун; Гао, Бо-Кай; Лин, Сенджи (16 ноября 2015 г.). «Изображение космической станции захватывает цветущий цветет красного прилива при высоком спектральном и пространственном разрешении» . Труды Национальной академии наук . 112 (48): 14783–14787. Bibcode : 2015pnas..11214783d . doi : 10.1073/pnas.15125388112 . ISSN 0027-8424 . PMC 4672822 . PMID 26627232 .
- ^ Гарсия, Родриго А.; Фарнс, Питер Р.К.; McKinna, Lachlan IW (2014). «Обнаружение тенденции и сезонные изменения в батиметрии, полученных из изображений HICO: тематическое исследование Shark Bay, Западная Австралия». Отдаленное зондирование окружающей среды . 147 Elsevier BV: 186–205. BIBCODE : 2014RSENV.147..186G . doi : 10.1016/j.rse.2014.03.010 . HDL : 20.500.11937/24033 . ISSN 0034-4257 .
- ^ Льюис, Дэвид; Гулд, Ричард В.; Вейдеманн, Алан; Лэднер, Шервин; Ли, Чжунпинг (3 июня 2013 г.). «Оценки батиметрии с использованием калиброванных данных HICO». В Hou, Weilin W.; Арноне, Роберт А. (ред.). Океанское зондирование и мониторинг v . Тол. 8724. Шпи. С. 87240n. doi : 10.1117/12.2017864 .
- ^ Цао, клык; Мишра, Дипак Р.; Schalles, John F.; Миллер, Уильям Л. (2018). «Оценка ультрафиолетовой (ультрафиолетовой фотохимии в оптически сложных прибрежных водах с использованием гиперспектрального изображения для прибрежного океана (HICO)» . Устье, прибрежная и шельфская наука . 215 Elsevier BV: 199–206. Bibcode : 2018ecss..215..199c . doi : 10.1016/j.ecss.2018.10.013 . ISSN 0272-7714 .
- ^ Брага, Федерика; Сад, Клаудия; Бассани, христианин; Безумный, Эрика; Кандиани, Габриэле; Strömbeck, Niklas; Адам, Мария; Bresciani, Mariano (2013). «Оценка качества воды в северном Адриатическом море из данных HICO ™». Дистанционные зондирующие буквы . 4 (10). Информация UK Limited: 1028–1037. Bibcode : 2013rsl ..... 4,1028b . Doi : 10.1080/2150704x.2013.830203 . ISSN 2150-704X . S2CID 122545559 .
- ^ Бахманн, Чарльз М.; Николс, С. Рейд.; Монтес, Маркос Дж.; Фусина, Роберт А.; Фрай, Джон С.; Ли, Ронг-Ронг; Серый, Дерез; Корван, Даниэль; Пэрриш, Кристофер; Селларс, Джон; Белый, Стивен А.; Вулард, Джейсон; Ли, Криста; Макконнон, Сесилия; Венде, Джон (2010). «Прибрежная характеристика из гиперспектральных изображений». Визуализация и прикладная оптика Конгресс . Вашингтон, округ Колумбия: OSA. с. OMD2. doi : 10.1364/orse.2010.omd2 . ISBN 978-1-55752-892-6 .
- ^ Лейфер, Ира; Лер, Уильям Дж.; Simecek-beatty, Дебра; Брэдли, Элиза; Кларк, Роджер; Деннисон, Филипп; Ху, Юнксиан; Мэтисон, Скотт; Джонс, Кэтлин Э.; Холт, Бенджамин; Рейф, Молли; Робертс, Дар А.; Свейковский, Ян; Суэйзи, Грегг; Wozencraft, Дженнифер (2012). «Состояние художественного спутникового и воздушного разлива морского масла Дистанционное зондирование: применение к разливу нефти BP Deepwater Horizon» . Отдаленное зондирование окружающей среды . 124 Elsevier BV: 185–209. Bibcode : 2012rsenv.124..185L . doi : 10.1016/j.rse.2012.03.024 . ISSN 0034-4257 .