Стан та перспективи розвитку дистанційних методів зондовування землі в Україні

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Відокремлений структурний підрозділ

«Інститут інноваційної освіти Київського національного університету будівництва і архітектури»

КУРСОВА РОБОТА

з навчальної дисципліни: «ГІС в кадастрових системах»

на тему: «Стан та перспективи розвитку дистанційних методів зондовування землі в Україні»

Виконала роботу: студентка

Руденко Тетяна Сергіївна

Київ 2020

Зміст

Вступ

1. Дистанційне зондування Землі

1.1 Методи дистанційного зондування Землі

1.2 Способи одержання інформації при дистанційному зондуванні

2. Стан дистанційного зондування в Україні

3. Перспективи розвитку дистанційних методів зондування Землі в Україні

Висновок

Список використаних джерел

Вступ

Дана курсова робота розкриває тему актуальності досліджень стану та перспективи розвитку дистанційних методів зондування землі в Україні. Актуальність теми полягає в тому, що в наш час космічні технології знімання земної поверхні дозволяють суттєво підвищити ефективність досліджень у різних галузях геології, геодезії, геоекології тощо. З цього ми можемо зрозуміти, що дистанційне зондування Землі (ДЗЗ) -- спостереження поверхні Землі авіаційними і космічними засобами, спорядженими різноманітними видами знімальної апаратури. У світі нараховується понад два десятки космічних апаратів дистанційного зондування Землі, а в безпосередній реалізації програм супутникових спостережень беруть участь 25 країн. Космічні апарати дистанційного зондування можуть використовуватись для цивільних завдань і для здійснення розвідки.

Мета курсової роботи полягає у вивченні методів дистанційного зондування Землі, розкритті суті та поняття теми дослідження.

Для здійснення зазначеної мети служать наступні завдання:

· вивчення літератури, що відповідає темі курсової роботи;

· формулювання основних понять, що стосуються теми дослідження;

· розробка презентації, що допоможе краще засвоїти вивчені матеріали.

Предмет дослідження курсової роботи -- дистанційне зондування Землі, його стан, методи та перспективи розвитку. Методологічною основою для дослідження послужили наукові відомості NASA Goddard Institute for Space Studies (Інститут космічних досліджень НАСА імені Годдарда) та NASA Earth Observatory (американські космічні дослідження географічної оболонки засобами дистанційного супутникового зондування) також література визначних людей в області дистанційного зондування.

1. Дистанційне зондування Землі

космічний знімальний апаратура земний

Дистанційне зондування землі (від лат. distantia -- відстань) -- спостереження за станом різноманітних складових земного середовища з космосу з використанням властивостей електромагнітних хвиль, які випромінюються, відбиваються або розсіюються зондованими об'єктами, з метою раціонального використання природ, ресурсів, удосконалення землекористування, охорони навкол. природ, середовища тощо. Методи ДЗЗ широко використовуються для запобігання стихійного лиха, здійснення контролю за дотриманням угод щодо обмеження озброєнь тощо. Водночас ДЗЗ породжує низку складних міжнародно-правових проблем, серед яких -- неконтрольоване розповсюдження даних ДЗЗ, що може завдати шкоди обороні, економіці та ін. життєво важливим інтересам держав. Ці міжнар.-правові проблеми з поч. 70-х pp. стали предметом дискусій в юрид. підкомітеті Комітету ООН з дослідження косм. простору в мир. цілях. Для врегулювання цих проблем З.ХІІ 1986 ГА ООН своєю резолюцією ухвалила 15 принципів, що стосуються Д. з. 3. з косм. простору. Ці принципи виходять з того, що Д. з. 3. має здійснюватися в інтересах усіх країн незалежно від рівня їх екон., соціального чи н.-т. розвитку. Таке зондування має базуватися на вимогах Договору про принципи діяльності держав по дослідженню і використанню космічного простору, включаючи Місяць та інші небесні тіла 1966. Д. з. 3. повинно сприяти міжнар. співробітництву та заохоченню держав у цій діяльності. Підкреслено загальнолюд. орієнтири, на які повинна спиратися ця діяльність, зокрема зазначено необхідність широкої доступності інформації Д. з. 3. для будь-якої д-ви. Д. з. 3. має також сприяти охороні природ, земного середовища, захисту людства від стих. лиха. Д-ви, які експлуатують супутники дистанц. зондування, несуть міжнар. відповідальність за свою діяльність. Будь-який спір, пов'язаний із застосуванням принципів Д. з. 3., вирішується за допомогою встановлених процедур мирного врегулювання міжнародних спорів. [1]

Дані ДЗЗ з успіхом використовуються для:

· прогнозу погоди і моніторингу небезпечних природних явищ;

· прогнозу і контролю розвитку повеней та паводків, оцінки завданого ними збитку;

· оцінки збитків від лісових пожеж і їхніх наслідків;

· контролю стану гідротехнічних споруд на каскадах водоймищ;

· природоохоронного моніторингу;

· спостереження за льодовою обстановкою в районах морських шляхів й в акваторіях видобутку нафти на шельфі;

· моніторингу розливів нафти і руху нафтової плями;

· реального місцезнаходження морських суден у тій чи іншій акваторії;

· відстеження динаміки і стану вирубки лісу;

· прогнозу врожайності сільськогосподарських культур;

· відновлення топографічних карт, що відображають реальний стан територій;

· дотримання ліцензійних угод при освоєнні родовищ корисних копалин;

· контролю несанкціонованого будівництва;

Історія розвидку методів ДЗЗ бере свій початок у середені дев'ятнацятого сторіччя. У 1855 році Гаспар Турнашон (Надар) -відомий французький фотограф, журналіст, військовий офіцер - запропонував ідею фотографіування землі з повітряної кулі для потреб картографування та спостереження за територією, а 23 жовтня 1958 року здійснив її, зробивши з повітняної кулі з висоти 80 метрів фотографії селища Petit-Bicetre в передмісті Парижу.



24 квітня 1909 році під час демонстраційного польоту Вілбера Райта асситируючий йому оператор зняв з борту літака короткий фільм.

За досить короткий час аерофотознімання стає дуже поширеним способом отримання інформації про місцевість. Під час Першої світової війни майже усі сторони застосовують його для розвідки та спостереження за супротивником. А через короткий термін часу повітряне знімання стане важливим елементом отримання інформації не тільки для військових, а і для цивільних задач.

А майже зразу після закінчення Другої світової війни бере початок нова історія - історія дистанційного зондування землі з космосу.

24 жовтня 1946 року камерою, встановленою на борту ракети V-2, з висоти 65 миль було отримано перший космічний знімок землі.

14 серпня 1959 року американським супутником Explorer-6 було зроблено перший супутниковий знімок землі.

Справжня ера дистанційного зондування землі із космосу почалась з виведенням на орбіту 23.07.72 року американського супутника ДЗЗ Landsat-1. Landsat-1 був обладнаний камерами для отримання фотографічного зображення землі в видимому та ближньому інфрачервоному диапазоні з просторовою здатністю 75 м та чотирьх-канальним сканером для радіометричного знімання з просторовою здатністю 60 метрів.

18 жовтня 2001 року на орбіту було виведено перший комерційний супутник QuickBird американської компанії DigitalGlobe з просторовою роздільною здатністю 0.6 метри, дані якого на комерційних засадах стали доступними усім зацікавленим.

1.1 Методи дистанційного зондування Землі

Значним досягненням на шляху вдосконалення методики і підвищення якості досліджень стало застосування аерофотометодів, заснованих на використанні матеріалів аерофотозйомки для одержання різноманітної інформації. Останнє забезпечується головним чином в результаті якісного і кількісного дешифрування планових аерофотознімків. Застосування аерофотоматеріалів при геологічній чи геодезичній зйомці, пошуках корисних копалин і різного типу інженерно-геодезичних вишукуваннях призвело до покращення якості складання карт в бік суттєвого збільшення їх детальності, точності і достовірності.

Дані аерофотозйомки в гірничі справі і геології застосовують для складання планів кар'єрів, підготовки комплексної програми рекультивації, при геологічному картуванні, дослідженнях зони прибережного шельфу, інженерно-геологічних дослідженнях тощо. [2]

Система глобального позиціювання грунтується на розгалуженій мережі супутників. Ті супутники, які потрапляють у зону видимості, передають дані на приймач за допомогою радіосигналу, що транслюється на дві частоти. Одна з них вважається цивільною і має індекс L1 (1575.42 МГц), інша ж використовується в основному військовими і маркується як L2 (1227.60 МГц). За даними, що передаються за допомогою L1, можна отримати точність позиціювання до 3-х метрів, використовуючи безкоштовну Європейську диференціальну поправку EGNOS, або до 15-30 см при застосовунні апаратної поправки eDif. Однією з найбільш передових технологій є RTK (кінематика в реальному часі) - спосіб, що забезпечує сантиметрову точність координат у реальному часі до 5-8 см. Якщо ж разом із «цивільною» L1 використовувати ще і «військову» L2, то похибка визначення координат знижується до декількох міліметрів.

Технологія GPS дозволяє збільшити ефективність виконання технологічних операцій за рахунок точного керування агрегатом, що виключає потребу в маркері й інших способах орієнтації, крім того реалізація основних положень інтегрованої системи керованого землеробства, зокрема, моніторингу стану грунту, внесення добрив, обробітку грунту, посіву, догляду за рослинами, не можлива без систем GPS, ГЛОНАСС.

Методи зондування можуть бути пасивні, тобто ті, що використовують природне відбите або вторинне теплове випромінювання об'єктів на поверхні Землі, обумовлене сонячною активністю, та активні - які використовують спеціально спровоковане випромінювання об'єктів, ініційоване штучним джерелом направленої дії. Дані ДЗЗ, отримані з космічного апарату (КА), характеризуються великою мірою залежності від прозорості атмосфери. Тому на КА застосовують багатоканальне устаткування пасивного й активного типів, яке реєструє електромагнітне випромінювання у різних діапазонах. [3]

Аерокосмічні методи дозволять розв'язувати різноманітні задачі (інвентаризація територіальних систем, оцінка їх стану і можливостей використання, дослідження динаміки (моніторинг), прогнозування тощо). Аерокосмічні знімки є незамінними при районуванні території.

Аерокосмічне зондування ґрунтується на двох групах знімків: аерознімків, що отримуються з літаків, гелікоптерів, безпілотних літальних апаратів, дельтапланів тощо (Мал. 1) та космознімків з супутників (космічних апаратів, КА) (Мал. 2)

Засіб дистанційного зондування землі технічний - пристрій для реєстрування електромагнітного випромінювання від об'єктів зондування

Уявлення про відмінності космічних і аерознімань зародилося тоді, коли з'явилися перші доступні знімки з космосу. Аерофотознімки і космічні знімки представляли собою два занадто різних продукти і використовувалися, за рідким винятком, для розв'язку абсолютно різних задач. Аерофотознімання, яке планомірно здійснювалось на науково-методичній базі аерогеодезичними підприємствами (АГП) а також іншими організаціями, підвідомчими ГУГК, Міністерству геології, Міністерству нафтової промисловості, а після становлення незалежної української держави - підприємствами Укргеодезкартографії, було інструментом створення й оновлення топографічних карт, дослідження й інвентаризації земельного і лісового фонду тощо. Фотоплани, які створювались на основі трансформованих аерофотознімків з високою точністю, використовувалися для топогеодезичних, вишукувальних, проектних робіт, які вимагали детального дослідження місцевості і точного визначення відстаней і площ.

Космічні знімки були дрібномасштабними, захоплювали одним кадром цілі регіони (що неможливо було виконати за допомогою аерознімання), найчастіше були багатозональними (що на той момент було незвичним, хоча й принципово можливим, для аерознімання).

Хоча принципових відмінностей між ними немає, космічні знімки більше відповідають розмірності геооб'єктів й поширеним масштабам досліджень. Проте, якщо вести мову про просторове розрізнення, як ключовий фактор, що визначає масштаб створюваних карт і планів, то перевага безумовно буде за аерофотозніками. Сучасні камери і фотограмметричні сканери дозволяють одержувати зображення з розрізненням до 5 см (при зйомці з висоти 1000 м). А розрізненність в 15-20 см є абсолютно звичною для сучасних аерознімальних систем (Vexcel UltrCam, Leica ADS, DiMAC, 3-DAS-1). Цифрові моделі рельєфу (ЦМР), що отримуються при фотограмметричній обробці даних аерозйомки, також є більш точними. [2]

Засіб дистанційного зондування землі оптичний - технічний засіб дистанційного зондування землі, який працює в ультрафіолетовому, видимому або інфрачервоному діапазонах електромагнітного спектра

Засіб дистанційного зондування землі радіочастотний - технічний засіб ДЗЗ, який працює в радіодіапазоні.

Засіб дистанційного зондування землі видовий (іконічний) - технічний засіб ДЗЗ, вихідні сигнали якого після перетворення є елементами зображення об'єкта зондування. До видових (іконічних) засобів дистанційного зондування відносять фотографічні, оптичні, оптико-електронні, телевізійні, інфрачервоні та лазерні системи, а також радіолокаційні станції, що формують зображення частини простору, яка спостерігається.

До матеріалів дистанційного зондування відносяться будь-які дані, отримані за допомогою сенсорів, сканерів, оптичних пристороїв, радарів та фотоапаратів установлених на супутниках, літаках і т. ін. Спектр даних, як і сфери їх використання, можуть бути надзвичайно широкими. Серед них можуть бути: моніторинг умов навколишнього середовища та забруднювачів, стан сільськогосподарських угідь, розвідка корисних копалин, топографічне дешифрування та уточнення існуючих топографічних карт, дешифрування затоплених та підтоплених земель. На даний час можна отримати практично будь-яку інформацію відносно різних природних або антропогенних об'єктів та процесів. Сучасні супутники надають можливість отримувати дані з детальністю місцевості до 1 метра в термін від 24 до 48 годин. Така оперативнісь та якість знімків робить їх незамінними при виникненні кризових явищ та при необхідності швидкого реагування та попередньої оцінки результатів такого явища.

При використанні знімків, отриманих в оптичному діапазоні спектру, наявність хмар значно зменшує територію, доступну класифікації. Проблеми такого роду можуть бути вирішені при використанні радарних знімків, висока інформативність яких не залежить від погодних умов. Для класифікації знімку можна використовувати керовану чи некеровану класифікацію.

На малюнку 3 ми можемо спостерігати засіб реєстрації сигналу:

У 2001 році сталася подія, яка знаменує собою новий етап розвитку космічних засобів дистанційного зондування (ДЗ), комерційні системи наблизилися до «півметрового рубежу» просторової здатності. Цьому сприяв запуск 18 жовтня 2001 року космічного апарату (КА) QuickBird-2. Максимальна протяжність одного маршруту - 10 кадрів, що при розмірі одного кадру 16,5Ч16,5 км складає 165 км. Максимальна площа земної поверхні, яку можна зняти за один цикл площадкової зйомки, 2Ч2 кадри.

Із запуском 22 жовтня 2001 року експериментального супутника TES (Test Evaluation Satellite) Індія також стала космічною державою, що створила супутник зі знімальною апаратурою метрового дозволу. КА TES створений за завданням Міністерства оборони Індії.

1.2 Способи одержання інформації при дистанційному зондуванні

Сучасні знімальні системи - це комплекс технічних засобів для отримання інформації про об'єкт дослідження у вигляді зображень об'єкта або в іншій формі, яка або дає змогу переходити до зображення, або дає інформацію в певних точках поверхні.

ДЗЗ сьогодні - це величезне розмаїття методів отримання зображень практично у всіх діапазонах довжин хвиль електромагнітного спектра від ультрафіолетового до далекого інфрачервоного і радіодіапазону, найрізноманітніша оглядовість зображень - від знімків з метеорологічних геостаціонарних супутників, що охоплюють практично цілу півкулю, до детальних зйомок ділянок у декілька сотень квадратних метрів.

Основне завдання ДЗЗ полягає у встановленні емпіричних або модельних зв'язків між реєстрованим полем ЕМВ, відбитого від об'єкта, і параметрами, що характеризують його стан. Зазначені чинники є основою наступної класифікації способів одержання інформації при ДЗЗ:

- візуальні і візуально-інструментальні - 0,4-1,3 мкм;

- фотографічні і телевізійні - 0,3-1,1 мкм;

- спектрометричні - 0,3-3,0 мкм;

- інфрачервоні (ІЧ);

- радіометричні - 0,03-3,0 мм;

- мікрохвильові (НВЧ) - 0,3-10,0 см;

- радіолокаційні - 10-70 см. [5]

Візуальні аерокосмічні спостереження - пряме спостереження з літальних апаратів за станом атмосфери і земної поверхні, а також наземних об'єктів.

У наш час безпосередні візуальні спостереження широко використовуються в космічних дослідженнях як важливий (а іноді й незамінний) метод наукового пізнання. Візуальні спостереження з борту пілотованої орбітальної станції - найбільш простий і дуже ефективний метод дослідження параметрів атмосфери, поверхні суходолу й океану з космосу у видимому діапазоні. З орбіти штучного супутника Землі око людини може впевнено визначити межі хмарного покриву, типи хмар, межі виносу каламутних річкових вод у море, оглянути рельєф дна на мілководді, визначити характеристики океанічних вихорів і пилових бур діаметром у кілька сотень кілометрів, розрізнити типи планктону тощо. Комплексне сприйняття явищ, за якими здійснюється спостереження, вибіркова здатність людського зору й логічний аналіз результатів спостережень - це ті унікальні властивості методу візуальних спостережень, якими не володіє жоден набір апаратури.

Фотографічні зйомки. Для зйомки земної поверхні з пілотованих космічних кораблів використовуються фотографічні системи таких марок: КАТЭ-140 (Мал. 4), МКФ-6, ФМС й інші.



Телевізійні системи працюють в тому ж спектральному діапазоні (0,4- 0,9 мкм), що і фотографічні камери. Основна відмінність від фотографічних полягає в тому, що замість фотокамери використовується телекамера. Використання декількох телекамер зі світлофільтрами дозволяє одержувати багатозональне зображення. За допомогою телевізійних систем зображення місцевості будується оптичним способом на електронно-променевій трубці, а потім або фотографується, або радіоканалами передається на наземні пункти. Відтворюється зображення в режимі реального часу як безпосередньо на екрані приймача, так і з магнітних цифрових записів. Розрізнення телевізійних знімальних систем невисоке, тому їх використовують для виконання оглядових завдань (дослідження великих територій поверхні або океанів, дослідження хмарності, оцінювання результатів стихійних явищ, повеней, катаклізмів тощо). До недоліків телевізійних систем також відносять великі геометричні і фотометричні викривлення та залежність від погодних умов. [5]

2. Стан дистанційного зондування в Україні

Згідно із визначенням дистанційне зондування Землі (ДЗЗ) - це отримування даних про Землю з космосу, використовуючи властивості електромагнітних хвиль, випромінюваних, відбиваних, поглинених чи розсіюваних об'єктами зондування.

Відповідно, об'єктом діяльності з ДЗЗ є вся поверхня Земної кулі, включно із елементами суходолу, водного середовища, атмосфери, природними явищами та антропогенними факторами і утвореннями.

Національний центр управління та випробувань космічних засобів (НЦУВКЗ) - єдина в Україні структура, яка здійснює весь спектр заходів щодо діяльності у сфері дистанційного зондування Землі, включно з експлуатуванням систем ДЗЗ чи окремих їх елементів, накопичуванням, оброблянням, інтерпретуванням (дешифруванням) та розповсюдження даних ДЗЗ.

Крім того, на Національний центр управління та випробувань космічних засобів (НЦУВКЗ) офіційно покладено функції національного Оператора систем ДЗЗ.

У складі філії НЦУВКЗ - ЦПОСІ та КНП (м. Дунаївці, Хмельницька обл.) діють декілька станцій прийому інформації у діапазонах 1,7 та 8,2 ГГц., станції управління та прийому телеметричної інформації.

24 грудня 2004 року був запущений український супутник ДЗЗ «Сич-1М» («Сiч-1М», «Океан-О1» №9) і мікросупутник МК-1ТС Мікрон (КС-5 МФ-2) у рамках Національної космічної програми України, а найближчим часом планується запустити ще ряд нових супутників СІЧ-2М-О, СІЧ-2М-Р, СІЧ-3-О із розширеними можливостями, що дозволить отримувати знімки поверхні Землі з високою деталізацією і, можливо, меншими витратами для вітчизняних споживачів. Фахівці НЦУВКЗ забезпечували повноцінну експлуатацію усіх вітчизняних супутників ДЗЗ починаючи із першого українського супутника Січ-1, що був запущений у 1994 році.

Зокрема фахівці НЦУВКЗ були задіяні в рамках функціонування Наземного комплексу управління та Наземного інформаційного комплексу.

Мал. 6 Схема роботи КС «Січ-2»

У найближчій перспективі заплановано запуск перспективних вітчизняних супутників ДЗЗ із розрізненістю у 7,8 та 2,5 м. Під вказані космічні системи буде проводитись ґрунтовна технічна модернізація та переоснащення Наземного комплексу управління, Наземного інформаційного комплексу та відповідне навчання персоналу НЦУВКЗ.

Наземний комплекс управління (НКУ) являє собою сукупність наземних територіально рознесених радіотехнічних, оптико-електронних і електронно-обчислювальних засобів, що використовуються для управління одним чи декількома КА конкретної космічної системи.

На засоби НКУ покладається розв'язання таких задач:

– Вимірювання параметрів руху КА;

– визначення і прогнозування параметрів орбіт КА, а при необхідності і розрахунок параметрів корекції орбіти;

– контроль технічного стану систем за результатами обробки телеметричної інформації;

– звірення і корекція бортової шкали часу;

– формування і передача на борт управляючих впливів (команд і програм управління), контроль їхнього проходження і виконання, корегування поточних задач і програм у ході польоту КА;

– відновлення працездатності і забезпечення максимального терміну активного існування КА (оптимізація режимів роботи приладів, раціональна витрата енергоресурсів і їхнє поповнення);

– забезпечення стійкого і регулярного зв'язку “Земля-борт” і “борт-Земля”;

– взаємодія в плані управління з наземним інформаційним комплексом;

– моделювання й імітація різних позаштатних ситуацій, що виникають на борту КА, з метою прийняття обґрунтованих рішень по управлінню КА.

У Національному центрі дані ДЗЗ використовуються для вирішення наступних завдань:

· оперативного виявлення теплових аномалій (пожеж);

· прогнозування рівня пожежонебезпечності на території України;

· моніторингу температури підстилаючої поверхні;

· стану повеневої обстановки на території України;

· моніторингу стану снігозалягання та сніготанення;

· оцінки стану снігового покриву та сніготанення;

· прогнозування ймовірності танення снігу на території України;

· моніторингу висоти снігового покриву на території України;

· моніторингу льодового покриву Азовського Моря та Керченської протоки.

Також дані ДЗЗ використовуються для виконання завдань в інтересах безпеки та оборони держави.

Кінцева інформація обробки даних ДЗЗ надається споживачам за запитом.

На сьогодні державними користувачами ДЗЗ є:

· Державна служба України з надзвичайних ситуацій;

· Міністерство екології та природних ресурсів України

· Державне агентство водних ресурсів України;

· Рада національної безпеки і оборони України;

· Український гідрометеорологічний центр;

· cилові відомства.

Система контролю і аналізу космічної обстановки (СКАКО) призначена для збору, обробки і аналізу даних про стан космічної обстановки, підготовки і видачі споживачам даних про космічну обстановку, стан і тенденції її розвитку.

На СКАКО покладено вирішення основних завдань:

- збір інформації по космічним об'єктам та ведення каталогів об'єктів;

- формування каталогів об'єктів, які припиняють існування;

- інформаційно-балістичне забезпечення засобів спостереження за космічними об'єктами;

- формування повідомлень про космічну обстановку та доведення їх до споживачів інформації СКАКО.

У складі СКАКО діють оптичні, радіотехнічні та програмно-апаратні комплекси.

На даний час проводиться модернізація та розробка спеціалізованих вимірювальних засобів, а також робота щодо залучення засобів спостереження астрономічних обсерваторій НАН України (НДІ Миколаївська астрономічна обсерваторі) та університетів України (Одеського національного університету імені І.І. Мечникова, Львівського національного університету імені Івана Франка, Ужгородського національного університету).

Національна система сейсмічних спостережень (НССС) та підвищення безпеки проживання населення у сейсмонебезпечних регіонах (далі - Система) утворена постановою Кабінету Міністрів України від 11.09.1995 № 728 “Про створення національної системи сейсмічних спостережень та підвищення безпеки проживання населення у сейсмонебезпечних регіонах” з метою підвищення безпеки проживання населення та експлуатації виробничих фондів у сейсмонебезпечних регіонах країни, здійснення контролю за дотриманням вимог міжнародних договорів України про обмеження та заборону випробувань ядерної зброї, вивчення сейсмічного і геогідродеформаційного стану території України та суміжних держав, координації діяльності органів виконавчої влади щодо забезпечення захисту населення, об'єктів і територій від впливу землетрусів.

Функціонування Системи спрямоване на вирішення таких завдань:

· Складання прогнозів землетрусів на основі проведення сейсмічних спостережень і аналізу їх результатів;

· Інформаційне забезпечення робіт стосовно сейсмічного районування території України, оцінки потенційної сейсмічної небезпеки, сейсмостійкого будівництва, а також фундаментальних і прикладних досліджень, спрямованих на вирішення проблем прогнозу землетрусів;

· Розробку карт сейсмічного районування території України, нормативних актів щодо захисту населення, об'єктів і територій України від впливу землетрусів, функціонування і розвитку Системи;

· Оперативне забезпечення центральних та місцевих органів виконавчої влади, Ради міністрів Автономної Республіки Крим, території яких розташовані у сейсмонебезпечних районах;

· Інформацією про землетруси та можливі їх наслідки;

· Оперативне визначення місця, часу і параметрів землетрусів, інших геофізичних явищ та ядерних вибухів на іноземних випробувальних полігонах, що відбулися;

· Організацію центрального банку геофізичних даних Системи і забезпечення міжрегіонального та міжнародного обміну геофізичною інформацією. [6]

Також, в Україні дуже розвинутий аграрний сектор, що теж використовує методи димтанційного зондування Землі для перевірки стану посівів, підвищення родючості, осушення територій та інших завдань.

Систему CCWS розроблено інститутом дистанційного зондування академії наук в 1998 році. В рамках CCWS здійснюється моніторинг умов вирощування сільськогосподарських культур, продуктивності, засухи, структури полів та індексу збору врожаю. [8]

У багатьох країнах діють національні системи моніторингу сільського господарства з використанням даних ДЗЗ. Тому, аналізуючи світовий досвід із застосування ДДЗ в сільському господарстві, можна відзначити, що для оперативного моніторингу земель сільськогосподарського призначення найчастіше застосовують два основні методи: - використання даних низької та середньої роздільної здатності для покриття великих територій. Ці дані можуть бути отримані практично для будь-якого регіону, мають низьку вартість та високу періодичність (до декількох знімків на добу).

Аналіз послідовних серій зображень дає змогу створювати на їх основі синтезовані карти за багатьма параметрами; - використання даних високої роздільної здатності для окремих територій. Висока вартість цих даних, неповне покриття потрібних регіонів та недостатня періодичність не завжди дають можливість використовувати такі дані для оперативного моніторингу, однак вони цілком придатні для картографування земель сільськогосподарського призначення, розпізнавання культур (разом з даними еталонних ділянок) для розв'язання різноманітних прикладних завдань на регіональному та районному рівнях.

Особливого значення методи ДЗЗ набувають також у відносно новій сфері сільського господарства - «точному землеробстві», суть якого полягає в тому, що для отримання максимально якісної та найбільш дешевої продукції з певного поля для всіх рослин сільгоспугіддя створюють однакові умови вирощування та дозрівання, без порушення норм екологічної безпеки. «Точне землеробство» впроваджують шляхом поступового освоєння нових агротехнологій на основі використання сучасних високоефективних й екологічно безпечних технічних та агрохімічних засобів. Першочергове значення для «точного землеробства» має постійний контроль за станом рослинності. Важливою складовою цієї технології є своєчасне виявлення і локалізація ділянок пригніченого стану рослинності в межах одного поля, що може бути спричинене різними факторами: враженням рослин шкідниками, наявністю бур'янів тощо. Для оперативного реагування на такі ситуації необхідне дотримання таких вимог: можливість оперативного отримання даних ДЗЗ та їх обробки; наявність даних високої та надвисокої роздільної здатності для підвищення точності визначення біофізичних параметрів рослинного покриву; наявність мультиспектральних даних, що дають змогу визначити відмінності спектральних характеристик зображення; наявність даних, отриманих з достатньою періодичністю. [9]

Необхідність використання ДЗЗ в Україні обумовлює наступні фактори: перспектива відкриття ринку с/г земель та антикорупційні зусилля України вимагають прискорення процесів, спрямованих на забезпечення прозорості земельних відносин та максимальної точності даних щодо земельної сфери. ДЗЗ дозволить отримувати актуальну інформацію про:

– використання с/г земель

– обсяги посівів с/г культур

– прогноз врожайності

– порушення законодавства з питань

– землекористування та охорони земель і вживати заходів для їх усунення. [10]

3. Перспективи розвитку методів дистанційного зондування Землі

У розвитку ДЗЗ виділяють два взаємопов'язані напрямки - природно-науковий (дистанційні дослідження) та інженерно-технічний (дистанційні методи), що знайшло відображення в широко поширених англомовних термінах remote sensing і remote sensing techniques.

Терміни "віддалений носій" або "дистанційне зондування" позначають аероі космічну зйомки і запозичені з англійської мови: "віддалений" або "дистанційний" - remote, "зйомка з віддалених платформ" - remote sensing5 (RS). Однак цей термін не є загальновизнаним у світі, що й призвело до неоднозначного тлумачення сутності дистанційного зондування в різних країнах. Наприклад, у Болгарії вживається термін "дистанційне зондування Землі"; в Німеччині - "Fernerkundung der Erde" (дистанційна розвідка Землі); в Польщі - "Interpretacja zdiiкж lotnicyzch", "Teledetekcja" (дистанційне виявлення); в Росії - "аэрокосмические методы исследований", "дистанционное зондирование". В Україні найбільш поширеними є словосполучення "дистанційне зондування Землі" (ДЗЗ) і "аерокосмічні дослідження". Проте, як зазначають деякі дослідники, поняття "дистанційні дослідження Землі" або "дистанційне зондування Землі" є більш універсальним, оскільки не наголошує на розмежуванні між атмосферою і космічним простором, не фокусується визначенням конкретики в поняттях аеро- та космічних досліджень, що різняться, головним чином, носіями знімальної апаратури. [4]

Практичне використання навколоземного космосу почалося в ХХму столітті, перша офіційна згадка про космічну діяльність бул в резолюції Генеральної Асамблеї ООН 172 від 20 грудня 1961 р. Освоєння космосу набувало інтенсивності. Незалежна Україна впевнено увійшла до складу космічних держав світу завдяки сформованому науково - технічному та виробничому потенціалу космічної галузі. Для реалізації державної політики у космічній діяльності у лютому 1992 року створено Національне космічне агентство України (НКАУ). Так, вже у 1995 році запрацював на навколоземній орбіті перший український супутник "Січ-1", у 1997 році здійснив політ перший космонавт України Леонід Каденюк, а з 1999 року розпочалися за участі України масштабні міжнародні проекти "Морський старт", "Дніпро" [12].

Сьогодні Україна відома на світовому ринку своєю космічною продукцією: ракетами - носіями "Дніпро", "Циклон", "Зеніт"; космічними апаратами "Січ"; апаратурою стикування "Курс", системами керування для космічних комплексів; унікальними об'єктами наземної інфраструктури. Провідні підприємства галузі підключилися до нових міжнародних проектів: "Наземний старт", "Циклон 4", "Таурус 2", "Вега". Українськими вченими та конструкторами створюються космічні апарати наукового призначення. У липні 2001 року ракетою-носієм "Циклон-3" виведено на навколоземну орбіту супутник "Коронас-Ф", призначений для досліджень активності Сонця. Розробляється перспективний супутник для наукових досліджень "МікроСат". За роки незалежності України у 1991--2010 р.р. з 4-х закордонних космодромів здійснено 118 пусків ракетносіїв українського виробництва та виведено на навколоземні орбіти понад 200 космічних апаратів на замовлення 10-ти країн світу [13].

18 жовтня 2001 року на орбіту було виведено перший комерційний супутник QuickBird американської компанії DigitalGlobe з просторовою роздільною здатністю 0,6 метри, дані якого на комерційних засадах стали доступними усім зацікавленим.

У листопаді 2008 р. Український науково-дослідний інститут прогнозування й випробування техніки і технологій ім. Л. Погорілого був призначений наказом Міністерства агрополітики України відповідальним виконавцем з одержання доступу до системи моніторингу стану сільськогосподарських культур за допомогою європейської системи дистанційних методів зондування MARS та разом з Інститутом захисту й безпеки громадян (Іспра, Італія) підписав Угоду про використання згаданої системи в Україні. Планувалося використати 3 млн євро на купівлю системи супутникового прогнозування врожайності MARS, а також обладнання для шести лабораторій [14].

До 2020 р. Європа, в тому числі і Україна має запустити не менше 10 космічних апаратів ДЗЗ з різним просторовим дозволом і наданням даних для різних служб. Попри важливість виконання цього завдання існує брак його бюджетного забезпечення. Так, загальна вартість робіт "Здійснення дистанційного зондування Землі з космосу" у 2013 р. становила 18100 тис. грн., а фактично було профінансовано 4103,97 тис. грн. У 2014 р. програмою передбачено фінансування у розмірі 92500 тис. грн., фактично профінансовано -- 0,0 грн.

Можливості сучасної космічної індустрії призвели до сталих тенденцій постійного технічного та технологічного удосконалення космічних засобів, зростання обсягів ринку послуг та кількості користувачів і, як наслідок, поширення товарообігу світової космічної індустрії. На жаль, в архівах накопичується усе більше знімків поверхні Землі, що дешифровані частково, або залишаються з зовсім некорисною інформацією. Немає такої методики та апаратури, за допомогою яких можна було б ці космічні скарби прочитати цілком. Відзначимо, що вчені центру аерокосмічних досліджень Землі активно удосконалюють системи і технологію фіксації інформації, але менше уваги приділяють опрацюванню вже отриманої. Тому на сучасному етапі існує необхідність в переорієнтовуванні діяльності вчених з не просто фотографування, а кожну зйомку націлювати на вирішення конкретного завдання, при цьому методами інтелектуального аналізу даних із застосуванням методів нейронних мереж та штучного інтелекту для тематичної обробки та класифікації даних.

При оцінці екологічної інформативності космічних знімків необхідно враховувати, що вони можуть дати об'єктивне уявлення про екологічні умови великих територій за станом на єдиний момент часу. Тобто жоден з традиційних засобів вивчення і просторового відбивання екологічних умов не може дати таких відомостей. Особливістю ДЗЗ, що підвищують екологічну інформативність космічних знімків, є можливість отримання повторних знімків однієї і тієї ж території через задані проміжки часу, що дозволяє об'єктивно простежити минулі зміни екологічних умов, їх динаміку і встановити основні її тенденції. У подальшому це дасть можливість прогнозування майбутніх змін природного середовища. На основі аналізу екологічної інформативності окремих космічних знімків і їх якості можна говорити про те, що найбільш повне уявлення про зміну екологічних умов можна отримати, використовуючи лише різноманітну і різночасову космічну інформацію.

Відзначимо, що до основних напрямів використання даних ДЗЗ, як правило, відносять [13]: будівництво; транспорт та комунікації; муніципальне господарство; метеорологія та кліматологія; моніторинг надзвичайних ситуацій; національна безпека та оборона, геологорозвідка; землекористування; картографування та кадастр; екологічний моніторинг; сільське господарство; лісогосподарство; океанографія, моніторинг водних ресурсів та спостереження узбережжя; моніторинг грунтового покриву тощо. У найближчій перспективі необхідно розвивати наукові дослідження щодо використання аерокосмічних матеріалів при вивченні складу і властивостей грунтів на основі дистанційного зондування, вивчення динамічних властивостей грунтів і охорона їх родючості. З використанням спектрофотометрів, радіометрів та іншої апаратури можливе автоматичне складання теплових карт місцевості, карт вмісту гумусу, вологості грунтів.

Вагоме значення аерокосмічних методів є в складанні і корегуванні за космічними матеріалами дрібно і середньомасштабних грунтових карт; у встановленні ареалів сезонно та вторинно засолених грунтів, при контролі за функціонуванням зрошувальних і осушуваних систем за матеріалами повторних космічних зйомок, при вивченні стану і змін якості грунтів і площ ріллі під впливом меліорації, при виявленні характеру зволоження і темпів чергових поливів і промивки. Найважливішим джерелом інформації, за яким роблять висновки про родючість грунтів, є карти гумусності. Визначити кількість гумусу в грунтах можна за координатами кольору на знімках. За космічними знімками можна оцінювати зону розвитку процесів дефляції грунтів, ступінь розвитку цього несприятливого для господарства явища. [11]

Аерокосмічні методи використовуються також для складання нових і корегування існуючих грунтових карт 12]. На теперішній час у грунтовій картографії наступив новий період, пов'язаний, з одного боку, з можливістю широкого і планомірного використання космічної інформації і, з іншого -- з виявленням і показом на грунтових картах структури грунтового покриву.

Ефективним може бути використання матеріалів дистанційного знімання також при перевірці додержання чинного законодавства відносно земель державної власності, земель запасу і резервного фонду, стану грунтового покриву і виконання заходів його раціонального використання. Визначена можливість застосувати ДЗЗ і ГІС технології в експлуатації машинно-тракторного парку шляхом оптимізації складу агрегату для конкретних польових умов господарства, оцінених просторово-геометричною конфігурацією по супутникових зображеннях. З вищеозначеного сформуємо чинники ефективності застосування даних дистанційного зондування:

-- дослідженню може бути піддана будь-яка точка земної кулі, включаючи важкодоступні і небезпечні регіони;

-- не вимагається надання наземного персоналу, організації польових робіт, експедицій, виділення додаткових ресурсів і т.д.;

-- оперативність отримання даних і ефективна можливість організації контролю над станом регіону;

-- масштабність досліджень, адже площа, що покривається одним знімком, може досягати десятків тисяч квадратних кілометрів.

Наявність різночасових знімків одного регіону дозволяє досліджувати динаміку явища; -- повна вартість робіт на 2--3 порядки нижче, ніж при традиційних методах дослідження.

Висновок

Національні інтереси будь-якої країни зачіпають фундаментальні дослідження, пов'язані з розвитком суспільства. Одним із стратегічних джерел інформації держави є використання інформаційних систем, і насамперед це пов'язано з впровадженням сучасних технологій на основі космічних систем ДЗЗ.

Сьогодні в космосі працюють десятки апаратів різних типів, що виконують збір даних різними дистанційними методами. Серед них значну роль відіграють комерційні апарати, знімки яких доступні для використання не тільки урядовим та військовим структурам, а й широкому колу користувачів в усьому світі.

Дані, отримані шляхом дистанційного зондування землі з космосу та повітряного знімання, знаходять досить широке застосування в різних сферах діяльності. За останні роки в геометричні прогресії збільшився обсяг накопичених даних ДЗЗ, які включають космічну зйомку в різних спектральних діапазонах, аерофотозйомку з пілотних і безпілот них літальних апаратів. Ці джерела створюють великий обсяг даних, які потребують методів інтелектуального аналізу даних із застосуванням методів нейронних мереж та штучного інтелекту для тематичної обробки та класифікації даних. Аналіз цих даних становить основу інформаційної бази для прийняття управлінських рішень, а управління інформаційними потоками є вагомою задачею для подальшого розвитку ДЗЗ.

Перевагами дистанційних методів можна вважати оперативність; незалежність від погодних умов, добового чи сезонного періоду; можливість дослідження великих територій, включаючи важкодоступні місця; можливість проведення комплексного моніторингу, що охоплює різні характеристики досліджуваних об'єктів; відображення динаміки протікання процесів; картографування потенційно небезпечних ділянок. Подальше дослідження теми потребує динамічності розвитку галузі дистанційного зон дування, постійного удосконалення відповідних технологій та розширення ринку продукції ДДЗ. А також аналізу способів покращання споживчих характеристик ДЗЗ, впровадження досвіду й технологій світових сервісів комерційних супутникових зображень та формування платіжоспроможного національного ринку України, видових космічних даних.

Список використаних джерел

1. Дистанційне зондування Землі // Юридична енциклопедія: [у 6 т.] / ред. кол. Ю. С. Шемшученко (відп. ред.) [та ін.] -- К.: Українська енциклопедія ім. М. П. Бажана, 1998. -- Т. 2: Д -- Й. -- 744 с. -- ISBN 966-7492-00-8.

2. Стаття Віталія Сербія (молодший науковий співробітник УкрНДПІВТ ім. Л. Погрілого «Дистанційне зондування землі».

3. Книжников Ю. Ф. Аэрокосмические методы географических исследований / Ю. Ф. Книжников, В. И. Кравцова, О. В. Тотубалина. - М.: Издательский центр "Академия", 2004. - 336 с.

4. Зацерковний В. І. Дистанційне зондування Землі. Фізичні основи: навч. посіб. / В. І. Зацерковний. - Ніжин: НДУ ім. М. Гоголя, 2018. - 380 с. ISBN 978-617-527-174-2

5. Моніторинг сільськогосподарських угідь із застосуванням систем дистанційного зондування земель / Данкевич В.Є., Данкевич Є.М. // Економіка АПК. - 2019. - № 8 - С. 27

6. Мышляков С.Г. Системы космического мониторинга сельскохозяйственных земель Европейского союза, США, Китая / С. Г. Мышляков // Геоматика. - 2012. - №2. - С. 87-90.

7. Солом'янчук Л. Ю. Аналіз використання даних дистанційного зондування землі в сільському господарстві / Л. Ю. Солом'янчук // Інженерна геодезія. - 2017. - Вип. 64. - С. 99-105.

8. Дистанційне зондування землі. Пілотний проект в Україні

9. О. В. Анисенко, ст. викладач кафедри управління земельними ресурсами, Чорноморський національний університет ім. Петра Могили «Розвиток дистанційного зондування Землі в Україні»

10. Національне космічне агентство. Україна і космос / Національне космічне агентство України, 2010, Вид-во: "Спейс-Інформ". Дизайн. 16 с.

11. Космічна діяльність України: результати та перспективи. -- К., 2002, 49 с. 3.

12. Кравчук В.І., Сердюченко Н.М., Ковтуненко О.В. та ін. Основи методології моніторингу агроресурсів та прогнозування врожайності сільськогосподарських культур за проектом MARS // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Зб. наук. праць.

Размещено на Allbest.ru

...