Спутниковые снимки

Первые снимки из космоса были сделаны во время полета суборбитальной ракеты Фау-2, запущенной США 24 октября 1946 года.

Спутниковый снимок Форталезы .

Спутниковые изображения (также изображения наблюдения Земли , космические фотографии или просто спутниковые фотографии ) — это изображения Земли, полученные с помощью спутников для получения изображений, которыми управляют правительства и предприятия по всему миру. Компании, занимающиеся спутниковой съемкой, продают изображения, лицензируя их правительствам и предприятиям, таким как Apple Maps и Google Maps .

История

Дополнительная информация: Первые изображения Земли из космоса.

На первом грубом изображении, сделанном спутником Explorer 6, видна освещенная солнцем область центральной части Тихого океана и ее облачный покров. Фотография была сделана, когда спутник находился на высоте около 17 000 миль (27 000 км) над поверхностью Земли 14 августа 1959 года. В это время спутник пересекал Мексику .

Первые снимки из космоса были сделаны во время суборбитальных полетов . Запущенный США полет Фау-2 24 октября 1946 года делал одно изображение каждые 1,5 секунды. Эти фотографии с апогеем в 65 миль (105 км) были в пять раз выше предыдущего рекорда — 13,7 миль (22 км), установленного миссией на воздушном шаре «Эксплорер II» в 1935 году. Первые спутниковые (орбитальные) фотографии Земли были сделаны 14 августа 1959 года американским кораблем «Эксплорер» 6 . Первые спутниковые фотографии Луны могли быть сделаны 6 октября 1959 года советским спутником « Луна-3» , выполнявшим миссию по фотографированию обратной стороны Луны. Фотография «Голубой мрамор» была сделана из космоса в 1972 году и стала очень популярной в средствах массовой информации и среди общественности. Также в 1972 году Соединенные Штаты запустили программу Landsat , крупнейшую программу по получению изображений Земли из космоса. В 1977 году первая спутниковая фотография в реальном времени была получена американской спутниковой системой KH-11 . Последний спутник Landsat, Landsat 9 , был запущен 27 сентября 2021 года.

Первое телевизионное изображение Земли из космоса, переданное метеоспутником «ТИРОС-1» в 1960 году.

Все спутниковые изображения, созданные НАСА, публикуются Обсерваторией Земли НАСА и находятся в свободном доступе для общественности. В нескольких других странах есть программы спутниковой съемки, а совместные европейские усилия запустили спутники ERS и Envisat, оснащенные различными датчиками. Есть также частные компании, которые предоставляют коммерческие спутниковые снимки. В начале 21 века спутниковые изображения стали широко доступны, когда несколько компаний и организаций предложили доступное и простое в использовании программное обеспечение с доступом к базам данных спутниковых изображений.

Приложения для спутниковых изображений

Спутниковые изображения имеют множество применений в самых разных областях.

• Погода : они помогают метеорологам прогнозировать закономерности, отслеживать штормы и понимать изменение климата.
• Океанография . Измеряя температуру моря и контролируя экосистемы, спутниковые изображения позволяют получить представление о состоянии наших океанов и глобальном климате.
• Сельское хозяйство и рыболовство . Спутниковые данные помогают определять местонахождение популяций рыб, оценивать состояние сельскохозяйственных культур и оптимизировать использование ресурсов для процветающей сельскохозяйственной и рыбной промышленности.
• Биоразнообразие . В усилиях по сохранению используются спутниковые технологии для картирования мест обитания, мониторинга изменений экосистем и защиты исчезающих видов.
• Лесное хозяйство : спутниковые данные расширяют возможности устойчивого лесного хозяйства, отслеживая вырубку лесов, оценивая риски пожаров и эффективно управляя ресурсами.
• Ландшафт : анализ моделей землепользования с помощью спутниковых изображений поддерживает городское планирование и способствует инициативам устойчивого развития.

Менее распространенные виды использования включают поиск аномалий — критикуемый метод исследования, включающий поиск на спутниковых изображениях необъяснимых явлений.

Спектр . спутниковых изображений разнообразен, включая видимый свет, ближний инфракрасный свет, инфракрасный свет и радар и многие другие Этот широкий диапазон световых частот может предоставить исследователям большие объемы полезной и богатой информации. Помимо упомянутых выше спутниковых приложений, эти данные могут служить мощным образовательным инструментом, способствовать развитию научных исследований и способствовать более глубокому пониманию нашей окружающей среды. Это показывает, что спутниковые снимки предоставляют богатую информацию и могут способствовать глобальному развитию.

Характеристики данных

При обсуждении спутниковых изображений в дистанционном зондировании существует пять типов разрешения : пространственное, спектральное, временное, радиометрическое и геометрическое. Кэмпбелл (2002) определяет их следующим образом:

• Пространственное разрешение определяется как размер пикселя изображения, представляющий размер площади поверхности (т. е. м ² датчиков ) измеряется на земле и определяется мгновенным полем зрения (IFOV).
• Спектральное разрешение определяется размером интервала длин волн (т. е. размером дискретных сегментов электромагнитного спектра) и количеством интервалов, которые измеряет датчик.
• Временное разрешение определяется количеством времени (например, дней), которое проходит между периодами сбора изображений для данного местоположения на поверхности.
• Радиометрическое разрешение определяется как способность системы формирования изображений записывать многие уровни яркости (например, контрастности ) и эффективную разрядность датчика (количество уровней шкалы серого) и обычно выражается как 8-битное (0–255). , 11 бит (0–2047), 12 бит (0–4095) или 16 бит (0–65 535).
• Геометрическое разрешение относится к способности спутникового датчика эффективно отображать часть поверхности Земли в одном пикселе и обычно выражается в терминах расстояния до образца земли (GSD). GSD — это термин, обозначающий общие источники оптического и системного шума, который полезен для сравнения того, насколько хорошо один датчик может «видеть» объект на земле в пределах одного пикселя. Например, GSD Landsat составляет ≈30 м, что означает, что наименьшая единица измерения, отображаемая в одном пикселе изображения, составляет ≈30 x 30 м. Последний коммерческий спутник (GeoEye 1) имеет GSD 0,41 м. Это сравнимо с разрешением 0,3 м, полученным некоторыми ранними военными спутниками -разведчиками, такими как Corona .

Разрешение спутниковых изображений варьируется в зависимости от используемого инструмента и высоты орбиты спутника. Например, архив Landsat предлагает повторные изображения планеты с разрешением 30 метров, но большая их часть не была обработана на основе необработанных данных. Средний период возврата Landsat 7 составляет 16 дней. Для многих небольших территорий могут быть доступны изображения с разрешением до 41 см.

Спутниковые снимки иногда дополняются аэрофотосъемкой , которая имеет более высокое разрешение, но стоит дороже за квадратный метр. Спутниковые изображения можно комбинировать с векторными или растровыми данными в ГИС при условии, что изображения были пространственно исправлены и правильно согласованы с другими наборами данных.

Спутники для визуализации

Дополнительная информация: Спутники наблюдения Земли.

Общественное достояние

Спутниковые снимки поверхности Земли имеют достаточную общественную полезность, поэтому во многих странах существуют программы спутниковых снимков. Соединенные Штаты лидировали в предоставлении этих данных в свободный доступ для научного использования. Ниже перечислены некоторые из наиболее популярных программ, за которыми недавно последовала группа Sentinel Европейского Союза .

КОРОНА

Программа CORONA представляла собой серию американских стратегических разведывательных спутников, произведенных и эксплуатируемых Центрального разведывательного управления (ЦРУ) Управлением науки и технологий при существенной поддержке ВВС США . Тип изображения — на мокрую пленку панорама , для съемки стереографических изображений использовались две камеры (AFT и FWD).

Ландсат

Landsat — старейшая программа непрерывного спутникового наблюдения Земли. Оптические изображения Landsat собираются с разрешением 30 м с начала 1980-х годов. Начиная с Landsat 5 , также собирались тепловые инфракрасные изображения (с более грубым пространственным разрешением, чем оптические данные). Спутники Landsat 7 , Landsat 8 и Landsat 9 в настоящее время находятся на орбите.

МОДИС

С 2000 года MODIS почти ежедневно собирает спутниковые снимки Земли в 36 спектральных диапазонах. MODIS находится на борту спутников НАСА Terra и Aqua.

Страж

В настоящее время ЕКА разрабатывает Sentinel группировку спутников . В настоящее время запланировано 7 миссий, каждая для своего применения. Sentinel-1 (SAR-изображение), Sentinel-2 (декаметровое оптическое изображение земной поверхности) и Sentinel-3 (гектометровое оптическое и тепловизионное изображение суши и воды) уже запущены.

АСТЕР

ASTER — это инструмент визуализации на борту «Терры», флагманского спутника системы наблюдения Земли НАСА (EOS), запущенного в декабре 1999 года. ASTER — это совместная работа НАСА, Министерства экономики, торговли и промышленности Японии (METI) и Japan Space Systems (Japan Space Systems ). J-космические системы). Данные ASTER используются для создания подробных карт температуры, отражательной способности и высоты поверхности земли. Скоординированная система спутников EOS, включая Terra, является основным компонентом Управления научных миссий НАСА и Отдела наук о Земле. Целью НАСА по наукам о Земле является развитие научного понимания Земли как интегрированной системы, ее реакции на изменения, а также лучшее прогнозирование изменчивости и тенденций климата, погоды и стихийных бедствий.

• Климатология поверхности суши — исследование параметров поверхности земли, температуры поверхности и т. д. для понимания взаимодействия суши и поверхности, а также потоков энергии и влаги.
• Динамика растительности и экосистемы — исследования распределения растительности и почвы и их изменений для оценки биологической продуктивности, понимания взаимодействия земли и атмосферы и обнаружения изменений экосистемы.
• Мониторинг вулканов — мониторинг извержений и событий-предвестников, таких как выбросы газа, шлейфы извержений, развитие лавовых озер, история извержений и потенциал извержений.
• Мониторинг опасностей — наблюдение за масштабами и последствиями лесных пожаров, наводнений, береговой эрозии , ущерба от землетрясений и ущерба от цунами.
• Гидрология — понимание глобальных энергетических и гидрологических процессов и их связи с глобальными изменениями; включено суммарное испарение растений
• Геология и почвы - подробный состав и геоморфологическое картирование поверхностных почв и коренных пород для изучения процессов на поверхности суши и истории Земли.
• Изменение поверхности и земного покрова – мониторинг опустынивания , обезлесения и урбанизации; предоставление данных менеджерам по охране природы для мониторинга охраняемых территорий, национальных парков и дикой природы

Метеосат

Модель геостационарного спутника Meteosat первого поколения.

Геостационарный метеорологический спутник Meteosat Eumetsat -2 начал работу по предоставлению изображений 16 августа 1981 года. управляет спутниками Meteosat с 1987 года.

• Тепловизор видимого и инфракрасного диапазона Meteosat (МВИРИ) , трехканальный тепловизор: видимый, инфракрасный и водяной пар; Он работает на спутнике Meteosat первого поколения, Meteosat-7 все еще активен.
• 12-канальный вращающийся усовершенствованный формирователь изображений в видимом и инфракрасном диапазоне (SEVIRI) включает в себя каналы, аналогичные тем, которые используются MVIRI, обеспечивая непрерывность климатических данных за три десятилетия; Метеосат второго поколения (MSG).
• Гибкий комбинированный формирователь изображений (FCI) на спутнике Meteosat третьего поколения (MTG) также будет включать аналогичные каналы, а это означает, что все три поколения будут предоставлять климатические данные за более чем 60 лет.

Химавари

Серия спутников Himawari представляет собой значительный шаг вперед в области метеорологических наблюдений и мониторинга окружающей среды. Благодаря передовой технологии визуализации и частому обновлению данных «Химавари-8» и «Химавари-9» стали незаменимыми инструментами для прогнозирования погоды, борьбы со стихийными бедствиями и исследования климата, принося пользу не только Японии, но и всему Азиатско-Тихоокеанскому региону.

• Частые обновления: эти спутники могут предоставлять полные изображения Азиатско-Тихоокеанского региона каждые 10 минут и даже чаще (каждые 2,5 минуты) для определенных районов (Япония), гарантируя, что у метеорологов будет актуальная информация для точной погоды. прогнозирование.
• Спектральные полосы :
  • Видимые световые полосы (0,47 мкм, 0,51 мкм, 0,64 мкм): эти полосы используются для дневных наблюдений за облаками, сушей и поверхностью океана. Они предоставляют изображения высокого разрешения, которые имеют решающее значение для отслеживания движения облаков и оценки погодных условий.
  • Ближние инфракрасные диапазоны (0,86 мкм, 1,6 мкм, 2,3 мкм, 6,9 мкм, 7,3 мкм, 8,6 мкм, 9,6 мкм, 11,2 мкм, 13,3 мкм): эти полосы помогают различать различные типы облаков, растительности и особенностей поверхности. Они особенно полезны для обнаружения тумана, льда и снега.
  • Инфракрасные диапазоны (3,9 мкм, 6,2 мкм, 10,4 мкм, 12,4 мкм): Остальные диапазоны охватывают тепловой инфракрасный спектр. Эти полосы имеют решающее значение для измерения температуры верхней границы облаков, температуры поверхности моря и содержания водяного пара в атмосфере. Они позволяют осуществлять непрерывный мониторинг погодных условий.
• Передовая технология визуализации: «Химавари-8» и «Химавари-9» оснащены Advanced Himawari Imager (AHI) , который обеспечивает изображения Земли в высоком разрешении. AHI может захватывать изображения в 16 различных спектральных диапазонах, что позволяет детально наблюдать за погодными условиями, облаками и явлениями окружающей среды.

Частный домен

Несколько спутников строятся и обслуживаются частными компаниями.

ГеоАйе

компании GeoEye Спутник GeoEye-1 был запущен 6 сентября 2008 года. Спутник GeoEye-1 оснащен системой получения изображений высокого разрешения и способен собирать изображения с наземным разрешением 0,41 метра (16 дюймов) в панхроматическом или черно-белом режиме. Он собирает мультиспектральные или цветные изображения с разрешением 1,65 метра или около 64 дюймов.

Снимок WorldView-2 Уэстон-сьюпер-Мэр .

Макс

Спутник Maxar WorldView-2 предоставляет коммерческие спутниковые изображения высокого разрешения с пространственным разрешением 0,46 м (только панхроматические). Разрешение 0,46 метра панхроматических изображений WorldView-2 позволяет спутнику различать объекты на земле, находящиеся на расстоянии не менее 46 см друг от друга. Аналогично, спутник Maxar QuickBird обеспечивает панхроматические изображения с разрешением 0,6 метра (в надире ).

Спутник Maxar WorldView-3 обеспечивает получение коммерческих спутниковых изображений высокого разрешения с пространственным разрешением 0,31 м. WVIII также оснащен коротковолновым инфракрасным датчиком и атмосферным датчиком.

Аэробус Интеллект

Изображение Плеяд Центрального парка в Нью-Йорке .

Плеяды Созвездие состоит из двух оптических спутников для получения изображений Земли с очень высоким разрешением (панорамирование 50 сантиметров и спектральное расстояние 2,1 метра) . Pléiades-HR 1A и Pléiades-HR 1B обеспечивают покрытие поверхности Земли с повторяющимся циклом в 26 дней. Разработанный как двойная гражданская/военная система, Pléiades будет отвечать требованиям европейской обороны к космическим изображениям, а также гражданским и коммерческим потребностям. Плеяды Нео это усовершенствованная оптическая группировка, состоящая из четырех идентичных спутников с разрешением 30 см и быстрой реактивностью.

Точечное изображение

SPOT-изображение Братиславы .

Спутниковый снимок Южного Лусона, сделанный МКС .

Три спутника SPOT на орбите (Spot 5, 6, 7) обеспечивают изображения очень высокого разрешения – 1,5 м для панхроматического канала, 6 м для мультиспектрального (R,G,B,NIR). Spot Image также распространяет данные мультиразрешения с других оптических спутников, в частности с Formosat-2 ( Тайвань ) и Kompsat-2 ( Южная Корея ), а также с радиолокационных спутников (TerraSar-X, ERS, Envisat, Radarsat). Spot Image также является эксклюзивным дистрибьютором данных со спутников высокого разрешения Pleiades с разрешением 0,50 метра или около 20 дюймов. Запуски произошли в 2011 и 2012 годах соответственно. Компания также предлагает инфраструктуру для приема и обработки, а также дополнительные возможности.

Планета Лабс

Planet Labs управляет тремя группировками спутниковых изображений: RapidEye , Dove и SkySat .

В 2015 году Planet приобрела BlackBridge и ее группировку из пяти спутников RapidEye, запущенную в августе 2008 года. Группировка RapidEye содержит идентичные мультиспектральные датчики, которые одинаково откалиброваны. Таким образом, изображение с одного спутника будет эквивалентно изображению с любого из четырех других, что позволит собрать большой объем изображений (4 млн км). ² в день) и ежедневное повторное посещение района. Каждый из них движется по одной и той же орбитальной плоскости на высоте 630 км и передает изображения размером пикселя 5 метров. Спутниковые изображения RapidEye особенно подходят для применения в сельском хозяйстве, окружающей среде, картографии и борьбе со стихийными бедствиями. Компания не только предлагает свои изображения, но и консультирует своих клиентов по созданию услуг и решений на основе анализа этих изображений. Созвездие RapidEye было снято с производства Planet в апреле 2020 года.

Спутники Planet's Dove - это CubeSat , которые весят 4 килограмма (8,8 фунта), имеют размеры 10 на 10 на 30 сантиметров (3,9 дюйма × 3,9 дюйма × 11,8 дюйма) в длину, ширину и высоту. орбиты на высоте около 400 километров (250 миль) и обеспечивают изображения с разрешением 3–5 метров (9,8–16,4 фута) и используются для экологических, гуманитарных и деловых приложений.

с субметровым разрешением SkySat — это группировка спутников наблюдения Земли , которые предоставляют изображения, видео высокой четкости и аналитические услуги. Planet приобрела спутники в результате покупки Terra Bella (ранее Skybox Imaging), компании из Маунтин-Вью, штат Калифорния, основанной в 2009 году Дэном Беркенстоком, Джулианом Манном, Джоном Фенвиком и Чинг-Ю Ху. от Google в 2017 году.

Спутники SkySat основаны на использовании недорогой автомобильной электроники и быстрых коммерчески доступных процессоров. но увеличен примерно до размеров мини-холодильника . Спутники имеют длину примерно 80 сантиметров (31 дюйм) по сравнению с примерно 30 сантиметрами (12 дюймов) у CubeSat 3U и весят 100 килограммов (220 фунтов).

ИмиджСат Интернэшнл

Спутники наблюдения за ресурсами Земли , более известные как спутники «EROS», представляют собой легкие спутники с низкой околоземной орбитой и высоким разрешением, предназначенные для быстрого маневрирования между объектами съемки. На рынке коммерческих спутников высокого разрешения EROS является самым маленьким спутником очень высокого разрешения; он очень маневренный и, таким образом, обеспечивает очень высокую производительность. Спутники развернуты на круговой солнечно-синхронной околополярной орбите на высоте 510 км (± 40 км). Приложения спутниковых изображений EROS предназначены в первую очередь для целей разведки, национальной безопасности и национального развития, но также используются в широком спектре гражданских приложений, включая: картографирование, пограничный контроль, планирование инфраструктуры, сельскохозяйственный мониторинг, мониторинг окружающей среды , реагирование на стихийные бедствия, обучение и моделирование и т. д. .

EROS A - спутник высокого разрешения с панхроматическим разрешением 1,9–1,2 м, запущен 5 декабря 2000 года.

EROS B - второе поколение спутников очень высокого разрешения с панхроматическим разрешением 70 см, было запущено 25 апреля 2006 года.

EROS C2 — третье поколение спутников очень высокого разрешения с диаметром 30 см. резолюции панхроматический, выпущен в 2021 году.

EROS C3 — третье поколение спутников очень высокого разрешения с диаметром 30 см. панхроматический и мультиспектральный разрешения, выпущен в 2023 году.

Китай Сивэй

GaoJing-1 / SuperView-1 (01, 02, 03, 04) — коммерческая группировка китайских спутников дистанционного зондирования Земли, контролируемая компанией China Siwei Surveying and Mapping Technology Co. Ltd. Четыре спутника работают на высоте 530 км и имеют фазированное 90° друг от друга на одной и той же орбите, что обеспечивает панхроматическое разрешение 0,5 м и мультиспектральное разрешение 2 м на полосе обзора 12 км.

Недостатки

Составное изображение Земли ночью, поскольку в любой момент времени только половина Земли находится в ночи.

Поскольку общая площадь суши на Земле очень велика и разрешение относительно высокое, спутниковые базы данных огромны, а обработка изображений (создание полезных изображений из необработанных данных) занимает много времени. предварительная обработка, такая как удаление полос изображения Часто требуется . В зависимости от используемого датчика погодные условия могут повлиять на качество изображения. Например, трудно получить изображения для областей с частым облачным покровом, таких как вершины гор. По этим причинам общедоступные наборы данных спутниковых изображений обычно обрабатываются третьими сторонами для визуального или научного коммерческого использования.

Компании, занимающиеся коммерческими спутниками, не размещают свои изображения в открытом доступе и не продают их; вместо этого необходимо получить лицензию на использование их изображений. Таким образом, снижается возможность легального создания производных произведений на основе коммерческих спутниковых изображений.

Проблемы конфиденциальности были подняты некоторыми, кто не хотел, чтобы их собственность была показана сверху. Карты Google отвечают на подобные опасения в своих часто задаваемых вопросах следующим заявлением: «Мы понимаем вашу озабоченность конфиденциальностью... Изображения, которые отображает Карты Google, ничем не отличаются от тех, которые может увидеть любой, кто пролетает или проезжает мимо определенного географического места. "

См. также

• Аэрофотосъемка
• Спутник наблюдения Земли
• Спектрорадиометр среднего разрешения
• Разведывательный спутник
• Дистанционное зондирование
• Миссия по радиолокационной топографии шаттла
• Стрателлит
• Хронология первых изображений Земли из космоса
• Виртуальный глобус
  • НАСА Мировой Ветер
• Метеорологический спутник

Внешние ссылки

• Envisat Meris ЕКА – 300 м – самое детальное изображение всей Земли на сегодняшний день, сделанное Envisat Meris Европейского космического агентства.
• Blue Marble: Next Generation — детальное полноцветное изображение всей Земли.
• World Wind - программное обеспечение для 3D-наблюдения Земли с открытым исходным кодом , разработанное НАСА НАСА JPL. и имеющее доступ к базе данных