Что такое дистанционное зондирование?

Оглавление

1. Определение дистанционного зондирования
2. Системы и методы дистанционного зондирования и мониторинга планеты
   1. Активные инструменты для мониторинга и зондирования
   2. Пассивные методы космического мониторинга и ДЗЗ
3. Сферы применения и объекты ДЗЗ
4. Где брать данные ДЗЗ?
5. Какую еще информацию о планете дает ДЗЗ?

Развитие космических технологий и аэронавтики открыли новые возможности для изучения поверхности и структуры Земли. Геология, геодезия и экология, вулканология и сейсмология, сельское и лесное хозяйство, градостроение и социальная экономика, гражданская оборона и военное дело – решать задачи из всех этих отраслей теперь стало намного проще благодаря дистанционному зондированию Земли с полноценной обработкой и дешифровкой данных, полученных со спутников, самолетов или беспилотников.

Определение дистанционного зондирования

Из официального определения следует, что ДЗЗ – это мониторинг поверхности нашей планеты с помощью оптических, радарных и иных опто-измерительных приборов на значительном удалении от объекта изучения, т.е. с орбитальных спутников, самолетов, аэростатов и беспилотных летательных аппаратов. Для сбора данных используют и наземное оборудование для корректировки позиционирования снимков и проведения некоторых измерений, включая сейсмическую активность, климатические факторы и т.п.

Собранную с помощью космического мониторинга информацию необходимо грамотно обработать и систематизировать, а в некоторых случаях и скорректировать. Современные программы для пространственной аналитики, дешифровки и визуализации собранного массива данных позволяют получить удобный пользовательский интерфейс для работы с базами ДЗЗ. В результате такой обработки информации пользователь получает графическое двух- или трехмерное изображение интересующего участка Земли с визуализированной на ней аналитической и исследовательской информацией.

Дистанционное зондирование с грамотной обработкой полученных данных необходимо не только картографам и ученым, изучающим геологию и экологию Земли. Такая технология мониторинга оказалась крайне полезной и с более практичных точек зрения: градостроение, развитие инфраструктуры, лесное и сельское хозяйство, предупреждение чрезвычайных ситуаций и ликвидация их последствий, связь и транспортные системы, военно-тактические задачи и многие другие отрасли промышленности и хозяйствования.

Системы и методы дистанционного зондирования и мониторинга планеты

Классификация методов ДЗЗ базируется на типе источника ключевого для космического мониторинга поверхности Земли сигнала. Это могут быть как активные, так и пассивные системы. Если в первом случае аппарат сам активно излучает сигнал и получает его отражение от объекта, то во втором – оборудование пассивно регистрирует отраженный солнечный свет, электромагнитное или гравитационное поле Земли и т.п.

Активные инструменты для мониторинга и зондирования

Космические и беспилотные приборы для активного дистанционного изучения нашей планеты имеют собственный источник сигнала, который сканирует поверхность и в отраженном виде возвращается в аппарат, где и проходит обработку с накоплением полученных данных. Большинство таких приборов для ДЗЗ используют микроволновой диапазон, поскольку на электромагнитные волны крайне низкой частоты практически не влияют погодные условия. Среди используемых для зондирования Земли активными дистанционными системами инструментов наиболее распространены следующие шесть.

• Радары – классическая система обнаружения и сканирования удаленных объектов, а также определения расстояния до них, основанная на излучении электромагнитной волны, ее отражении от интересующей поверхности и регистрации на приборе.
• Лидары – по своему принципу работы похожи на радары, за исключением вида сигнала. В лидарах используется луч света.
• Альтиметры – измеряют высоту с помощью лазера.
• Дальномеры – передают сигнал между собой для определения расстояния.
• Эхолоты – изучают климат и погоду с помощью излучаемых импульсов. Эхолоты также могут быть и пассивного типа.
• Рефлектометры или скаттерометры – излучают микроволны и регистрируют их рассеивание для дистанционного зондирования морей и других рельефных особенностей Земли.

Пассивные методы космического мониторинга и ДЗЗ

Изучение планеты с помощью приборов и датчиков, которые не оборудованы собственными источниками сканирующего сигнала, возможно только при наличии достаточного количества солнечного света. Для ДЗЗ такими методами также используют естественное электромагнитное и гравитационное поле.

Для пассивного сбора информации применяют мультиспектральные датчики ДЗЗ, которые позволяют изучать отраженное от Земли излучение далеко за пределы спектра видимого света, а также магнитную сферу и другие планетарные источники энергии. Для этого используют:

• спектрометры;
• радиометры, в т.ч. и гиперспектральные;
• спектрорадиометры;
• радиометрические сканеры;
• эхолоты;
• акселерометры.

Дистанционное космическое зондирование и спутниковый мониторинг пассивными методами широко используется практически во всех отраслях – от аграрного сектора и экологии, до военного дела и стратегического государственного планирования.

Сферы применения и объекты ДЗЗ

• Метеорология – изучение погодных явлений и изменений климата.
• Экология – анализ распространения в атмосфере газов, аэрозолей, твердых частиц, дыма и т.п. В экологическую сферу применения ДЗЗ входит и получение данных о состоянии лесных и водных ресурсов.
• Океанография – с помощью дистанционных систем сканирования океанографы изучают течения и их изменения, волнение поверхности морей и океанов, движение льдов, миграцию морской фауны и т.п.
• Геология – высотометрия, движение литосферных плит, активность вулканов, анализ сейсмической опасности и прочие задачи также решаются с помощью спутникового зондирования в связке с системами наземных датчиков.
• Геодезия – картографы используют методы ДЗЗ для составления актуальных карт и кадастра земельных ресурсов.

Полученные результаты ДЗЗ анализируются в разрезе интересующей проблематики, которая может затрагивать практически все отрасли хозяйствования, промышленного производства и государственного управления. Анализ вероятности стихийных бедствий и оценка возможного ущерба от природных катаклизмов или техногенных катастроф, военно-тактические задачи и навигация на суше, в воздухе и на воде, градостроительное и инфраструктурное проектирование, помощь в работе аграриев и лесоохранных ведомств – все эти сферы охватывает космическое зондирование поверхности Земли.

Где брать данные ДЗЗ?

Информация, полученная в ходе космического мониторинга Земли, доступна как в открытых, так и специализированных базах организаций, эксплуатирующих орбитальные спутники. Такой работой занимаются частные и государственные компании, участвующие в глобальном рынке космических услуг: Роскосмос и другие европейские, американские и азиатские владельцы соответствующих спутниковых систем для ДЗЗ.

Какую еще информацию о планете дает ДЗЗ?

Полученная в результате космического дистанционного мониторинга Земли информация интересна как сама по себе для ученых, так и в качестве вводных данных для дальнейшей их визуализации и трехмерного моделирования:

• рельефа суши и океанов, включая океанического дна (батиметрия);
• гравитационного поля и его неоднородности;
• магнитной сферы Земли;
• зеленых насаждений и природных лесов;
• загрязнения атмосферы и гидросферы.

Наличие дополнительных программных комплексов для пространственной аналитики и повышения разрешения результатов ДЗЗ позволяют детально изучить определенную местность, будь то административный или эколого-природный район, в интересующем разрезе исследований.