Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт недропользования

Кафедра маркшейдерского дела и геодезии

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

Дистанционное зондирование и фотограмметрия

«Ресурс-Ф первые отечественные спутники ДЗЗ»

Выполнил студент ИГ-13-1 Е.С. Ёлшина

Нормоконтроль В.П. Ступин

Иркутск 2017 г.



Содержание

дистанционный зондирование земля аэрофотосъемка

• Введение
• 1. История развития дистанционного зондирования Земли
• 1.1 Первый период развития дистанционного зондирования: конец XVIII - начало XX вв. (Зарождение аэрофотосъемки)
• 1.2 Второй период развития дистанционного зондирования: 1920-е- 1940-е гг.(Применение аэрофотосъемки в гражданских целях)
• 1.3 Третий период развития: конец 1940-х- 1980-е гг. (Становление методов аэрокосмических исследований)
• 1.4 Четвертый период развития дистанционного зондирования: начало 1990-х гг.-до настоящего времени.(Данные дистанционного зондирования как основной компонент географических информационных систем)
• 2. Обзор серии советских космических аппаратов
• 2.1 Космические аппараты серии Ресурс-Ф1
• 2.2 Космические аппараты серии Ресурс-Ф1М
• 2.3 Космические аппараты серии Ресурс-Ф2
• 2.4 Космические аппараты серии Ресурс-Ф3
• Заключение
• Список использованных источников


Введение

Дистанционным зондированием Земли (ДЗЗ) называют получение информации о поверхности Земли и объектах на ней, атмосфере, океане, верхнем слое земной коры бесконтактными методами, при которых регистрирующий прибор удален от объекта исследований на значительное расстояние. [3]

Дистанционное зондирование работает прежде всего путем обнаружения энергии, отраженной или испускаемой Землей в виде электромагнитного (ЭМ) излучения. Различные длины волн поглощаются и рассеиваются по разному при прохождении атмосферы, и при взаимодействии с поверхностью объекта, их обнаружение и интерпретация является сущностью дистанционного зондирования.

Данные полученные на этапе дистанционного зондирования не являются окончательным продуктом, им необходима дальнейшая обработка, дешифрование, анализ, и только после этого они могут быть использованы конечным потребителем, поэтому ДЗЗ почти всегда воспринимается как значительная, но все же, составная часть информационной системы.



1. История развития дистанционного зондирования Земли

1.1 Первый период развития дистанционного зондирования: конец XVIII - начало XX вв. (Зарождение аэрофотосъемки)

Прежде чем приступить к описанию первых успехов в использовании воздушной фотосъемки, необходимо отметить еще одно событие, которые произошло уже после полета Надара, но при этом также оказало значительное влияние на становление ДЗЗ. Речь идет об изысканиях инженер-майора Корпуса инженеров французской армии Э. Лосседа, который развил идеи заложенные Иоганном Генрихом Ламбертом (1759 г.) и Ботаном-Бопрэ (1791 г.) и в 1859 г. разработал способ «развертывания» фотоснимка, полученного с воздушного шара, в план. Он назвал этот способ метрофотографией, а в 1867 году термин приобрел свое текущее название «фотограмметрия» (так называется научно-техническая дисциплина, изучающая теорию и разрабатывающая практические способы определения формы, размеров и положения объектов по их фотографическим и другим изображениям).

Фактически, при помощи изобретения Лосседа, был преодолен один из фатальных недостатков изображений того времени - отсутствие перспективы, что послужило началом развития воздушной фоторазведки.

В России того времени тема аэрофоторазведки также считалась очень перспективной. Началось все с создания специальной комиссии при Главном инженерном управлении российского Военного министерства (1869 г.) под руководством Эдуарда Ивановича Тотлебена. В последующее десятилетие лет были созданы Русское общество воздухоплавания (1870) и VII воздухоплавательный отдел в Императорском русском техническом обществе (1880 г., инициатор Дмитрий Иванович Менделеев). А уже в 1884- 1885 гг. с разрешения императора Александра III при Военном ведомстве России создается кадровая военная команда воздухоплавателей. Последняя примечательна тем, что возглавил ее Александр Матвеевич Кованько -- военный инженер и пилот, в будущем первый начальник Воздухоплавательной офицерской школы. Именно с именем Александра Матвеевича связаны первые воздушные снимки (1886 г.) полученные в России, речь идет об изображениях Санкт-Петербурга сделанных обыкновенным фотоаппаратом с простым моментальным затвором. [4]

На аэростате под управлением А.М. Кованько, в том же году были сделаны снимки по маршруту Санкт-Петербург--Кронштадт, но в данном случае в роли фотографа выступал граф Л. Н. Зверинцев, а для получения изображений использовалась первая в мире фотокамера, предназначенная специально для воздушной съемки, конструкции Вячеслава Измайловича Срезневского.

Следующим техническим свершением можно считать аппарат-панарамограф конструкции Ричарда Юльевича Тиле разработанный им в 1898 г, который на тот момент являлся самым совершенный в мире многокамерный фотоаппаратом, предназначенным для воздушной съемки.

Если анализировать альтернативные способы получения воздушной фотографии того времени, то можно отметить съемки с воздушных змеев, птиц и ракет. Так уже в 1882 г. английский метеоролог Э. Д. Арчибаль получил удачные снимки с воздушного змея. С именем Юлиуса Густава Нойброннера связаны достижения в голубиной фотосъемке (1903 г.), а первые успешные опыты получения изображения с ракет принадлежат Альфреду Нобелю (1897 г.).

Первый опыт воздушной разведки в боевых условиях датирован 1904-1905 г. (Русско-японская война). Опыт во многом сомнительный, так как качество снимков полученных с неуправляемых аэростатов оставляло желать лучшего, однако тогда же стало понятно - за воздушной фотографией будущее, осталось лишь найти подходящий носитель.

Тут важно вспомнить, что 1900 г. стал годом триумфа братьев Райт, в воздух поднялся их первый в мире самолет. А уже три года спустя пришло время первого управляемого полёта человека на аппарате тяжелее воздуха с двигателем. Также Уилбер Райт считается первым человеком сделавшим фотографию с борта самолета (1909 г.).

Возможность управляемых полетов открыла перед дистанционным зондированием новые горизонты. По указу императора Николая II в 1910 г. создается воздушный флот России, и уже спустя год получены первые положительные результаты (съемка В. Гельгаром укреплений на берегу Босфора).

Но особенное развитие аэрофотосъемка получила во время Первой мировой войны 1914 - 1918 гг, например, многие отмечают ее важную роль при подготовке Брусиловского прорыва. Необходимо отметить, что в России центральным органом, занимавшимся воздушным фотографированием, тогда стал Аэрофототопографический парк, в котором работали В.И.Срезневский и В.Ф. Потте (создатель первого полуавтоматического фотоаппарата для плановой съемки, 1913 г.). Для руководства фотометрическими частями учредили специальный Аэрофотограмметрический отдел, при котором имелась школа офицеров.

Важность аэрофоторазведки понимали и на западе. В период Первой мировой, все стороны конфликта использовали воздушны фотографии для получения информации о противнике. Имеются свидетельства, что под конец войны вся линия фронта фотографировалась минимум дважды в день. [2]

Под конец описываемого периода в 1919 году С. О. Хоффманом были сделаны первые воздушные снимки в инфракрасном диапазоне. [7]

1.2 Второй период развития дистанционного зондирования: 1920-е- 1940-е гг.(Применение аэрофотосъемки в гражданских целях)

По окончанию Первой мировой войны, аэрофотосъемка начинает все больше использоваться в гражданских целях, в частности в народном хозяйстве. В это же время происходит формирование отраслевых институтов и становление аэрофотосъемки как научной дисциплины.

Год 1921 примечателен тем, что именно тогда геологическая служба США стала использовать аэросъемку для учета лесных ресурсов путем дешифрирования полученных материалов, несколько позже был начат учет водных ресурсов, и различного вида работы по географическим и геоботаническим исследованиям.

Стоит отметить различный подход к дистанционному зондированию в этом периоде в североамериканских и европейских государствах. Можно сказать, что размер страны определял основные задачи стоящие перед аэрофотосъемкой. Для неисследованных территорий Канады и США первичное значение имела скорость получения данных, даже с учетом потери качества информации (мелкомасштабная аэросъемка, многокамерные фотоаппараты, упрощенные методы обработки аэроснимков). Для европейских стран же был характерен подход, в котором аэросъемка преследовала преимущественно цели уточнения существующих топографических карт, приведения их в современное состояние (крупномасштабная съемка).

В Советском союзе сложилась двойственная картина, страна имела огромную территорию, весьма различную по степени хозяйственного освоения, поэтому в ДЗЗ применялись оба вышеперечисленных подхода. Однако со временем акцент сместился на масштабную аэрофотосъемку малоисследованных территорий северной и азиатской части СССР, это произошло по причине переноса из центра промышленных мощностей и нарастающих потребностей в оценке природных ресурсов страны.

С этим периодом связано создание общества «Добролет» под руководством Михаила Дмитриевича Бонч-Бруевича (1925 г.), которое получив в свое распоряжение необходимые летательные аппараты провело первые экспериментальные работы по аэрофотосъемке и созданию фотопланов в масштабах 1:2000 - 1:25000 (г. Можайск и Тверь). За последующие 4 года обществом были заснято около 120 000 км² в разных масштабах, причем география съемок весьма обширна (Казань, Чебоксары, Узбекская СССР, Украина и др.). Воздушные фотографии используются в географических изысканиях, сельском и лесном хозяйстве, железнодорожных работах. [2]

Развитие дистанционного зондирования приводит к появлению первых специализированных кафедр и отраслевых институтов. Появление курсов по фотограмметрии датировано еще 1920 г. (Николай Михайлович Алексапольский), а в 1925 организуется первая кафедра фотограмметрии в Московском межевом институте. [15]

В 1929 г. был организован Научно-исследовательский институт аэросъемки (в дальнейшем Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии, ЦНИИГАиК) под руководством Александра Евгеньевича Ферсмана и налажен выпуск советской фотограмметрической аппаратуры. [2]

Так, в 30-х годах двадцатого века были созданы многообъективный аэрофотоаппарат Ф.В. Дробышева (1932 г.) и первая модель топографического стереометра (1933 г.), первый широкоугольный аэрофотообъектив «Лиар-5» за авторством М.М. Русинова (1933 г.), который положил начало серии широкоугольных и сверхширокоугольных объективов

«Руссар», щелевой аэрофотоаппарат В.С. Семенова (1936 г.) [15]

До 1936 г. аэрофотосъемка применялась в СССР не столько для сплошного картографирования страны, сколько по заявкам отдельных организаций.

Однако формирование специализированных государственных предприятий созданных для аэросъемочных работ в отдельных отраслях хозяйства (Сельхозаэросъемка, Трест лесной авиации, сеть аэрофотогеодезических трестов и др.) позволило перейти к сплошному покрытию территорий оплачиваемому из государственного бюджета. Результат - лавинообразное увеличение объема аэросъемочных работ, за период 1925 - 1938 гг. он увеличился почти в 80 раз. [2]

Стоит отметить, что в это время (1936 г.) на западе капитаном Альбертом У. Стивенсом были получены первые снимки отражающие фактическую кривизну Земли и границу стратосферы. Съемка велась с высоты 22 км.

В 1939 году разразилась Вторая мировая война, в которой аэрофоторазведка стала играть одну их ведущих ролей, обеспечивая армии противоборствующих сторон необходимыми материалами о противнике.

1.3 Третий период развития: конец 1940-х- 1980-е гг. (Становление методов аэрокосмических исследований)

Данный период один из наиболее значимых в истории дистанционного зондирования. Именно в эти годы начинается космическое зондирование Земли, стартуют программы наиболее известных группировок спутников, активно развивается научно-исследовательская база.

Основным двигателем прогресса дистанционного зондирования 40-х годов оставалась военная отрасль. Так уже в 1945 г.был получен первый фотоснимок земной поверхности из космоса. Сделан он был при помощи фотоаппарата, установленного на баллистической ракете Fau-2 (США, полигон White Sands). [7]

Начавшаяся Холодная война подстегивала стороны в создании все новых способов наблюдения за вероятным противником. В 1954 году начинаются полеты американских самолетов-разведчиков Локхид U-2, оснащенных высокоинформативными аэрофотоаппаратами.

Стоит отметить, что в период 50 - 60-х годов большинство снимков были панхроматическими (черно-белыми) и оценка их велась при помощи визуальных методов. Тем важнее выглядит достижения Колвела (1956 г.) который уже в это время предложил использовать цветную инфракрасную технологию (CIR) в фотографии для контроля заболеваемости растений (на таких фотографиях больная растительность выглядит более тусклой).

Фактически заложив основу для анализа изображений по спектральным характеристикам. [11]

В октябре 1957 г. в СССР был запущен «Спутник-1» -- первый в мире искусственный спутник Земли предоставивший информацию о верхних слоях атмосферы, США включились в космическую гонку годом позже.

В 1959 г. на первой сессии конгресса США был представлен доклад, содержащий описание основных черт космической системы и вариантов спутников, предназначенных для осуществления дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) как в гражданских, так и в военных целях. С этого времени берет отсчет период развития средств дистанционного наблюдения за Землей с использованием космических летательных аппаратов.

В том же году начинается программа Corona (Военные спутники США), а в 1960 г. в ее рамках были получены первые успешные фотографии из космоса (с помощью камер с пленочными канистрами, которые сбрасывались на Землю в капсулах, а затем ловились в воздушном пространстве самолетами).

В Советском союзе также понимали необходимость глобального систематического наблюдения за основными военными объектами противника. Для реализации это задачи в 1959 г. был сформирован Научный вычислительно-обрабатывающий центр (НВОЦ) особого назначения (ОСНАЗ) и ряд других организации. [14]

Целенаправленные гражданские разработки в исследовании Земли начались в 1959 с запуском спутников Explorer VII, разработанных для измерения количества тепла, испускаемого и отраженного Землей.

Метеорологический спутник TIROS 1 (Телевизионный и Инфракрасный Спутник Наблюдения, США) был запущен в 1960 г. и передал обратно первое спутниковое изображение облачных покровов Земли. Передача велась по радиоканалу, т.е. практически аналогично тому, как осуществляется передача информации с современных спутников.

В марте 1961 г., был запущен космический аппарат «Восток» (Спутник-9), на котором был установлен аэрофотоаппарат АФА-39, именно с его помощью были получены первые снимки из космоса в Советском союзе.

Следует отметить, что на этом этапе (1961 г.) начальник ГУ Геодезии и Картографии при Совете Министров СССР И.А. Кутузов выступил с предложением об использовании материалов космической фотосъемки для решения народно-хозяйственных задач. Было принято решение о создании в центре управления для обеспечения работ народно-хозяйственного назначения. Материалы космической фотосъемки получили широкое применение в самых различных областях народного хозяйства с целью составления и обновления топографических карт; разведки полезных ископаемых (прежде всего нефти и газа); таксации лесов; оценки состояния сельскохозяйственных культур и прогноза урожая; в экологических, географических и других исследованиях. [14]

12 апреля 1961 г. Ю. А. Гагарин стал первым человеком, совершившим космический полет. Вскоре после полета Ю. А. Гагарина в августе 1961 г., с борта корабля «Восток-2» летчик-космонавт СССР Г. С. Титов впервые выполнил «ручное» фотографирование Земли из космоса [7].

С небольшим отставанием от Советского Союза, достигает успеха программа пилотируемых полетов США Mercury (1961 - 1963 гг.), в рамках которой также были получены снимки Земли. [13]

В 1962 г. состоялся первый успешный запуск космического аппарата ДЗЗ

«Зенит» (военная разведка, СССР). На его борту была установлена аппаратура трех видов: фотографическая, фототелевизионная и радиотехническая.

В 1964 г. США вывели на орбиту первый спутник Nimbus (метеорологические спутники). В Советском союзе первый оперативный метеорологический спутник (Метеор) был запущен только в июне 1966 г.

Продолжались разработки аппаратов военного назначения. В 1964 г. принят на вооружение комплекс «Зенит-2» (СССР), а в 1965 г. благодаря усовершенствованию его оптической системы был разработан и принят на вооружение комплекс детального фотонаблюдения «Зенит-4» [14].

США продолжает свою программу пилотируемых космических полетов запуском Gemini (1965--1966 гг.), которая обеспечивает систематический сбор данных дистанционного зондирования во время всего проекта. [16] А следующая за ней программа Apollo оснащается еще более мощной техникой для ДЗЗ. Так Apollo 9, запущенный в 1968, получил первое многоспектральное изображений с помощью своей камеры с четырьмя линзами делающей фотографии, которые впоследствии подлежали оцифровке. [2]

В июне 1970 г. летчики-космонавты СССР А. Г. Николаев и В. И. Севастьянов на космическом корабле «Союз-9» выполняют съемки Кавказа, Средней Азии, Каспийского моря, и других объектов. В период их полета впервые проведены эксперименты с целью отработки методики дешифрирования космических снимков. По снимкам с «Союз-9» были составлены космические фотокарты масштаба 1:1 000 000 проведено обновление основных элементов общегеографических карт Прикаспия.

Начиналось время орбитальных станций. Станция «Салют-1» (1971) была оснащена различной аппаратурой для фотографирования Земли, и уже первые разномасштабные съемки проведенные с нее, позволили сделать вывод о целесообразности использования для космических исследований Земли комплекса съемочных материалов с различными параметрами (масштаб, пространственное разрешение и др.), уточнить значение эффекта оптической генерализации для дешифрирования природных объектов различных размеров и спектральных характеристик. [7]

Выявленная перспективность использования пилотируемых космических аппаратов в дистанционном зондировании послужила причиной того, что все последующие космические корабли и орбитальные станций СССР несли на себе аппаратуру для производства съемок, как в экспериментальных, так и в прикладных целях [1].

Более того, в Советском Союзе началось создание системы космических исследований. Это произошло после того, как было принято Постановление Совета Министров СССР «О развертывании работ по исследованию природных ресурсов Земли с помощью средств космической техники» (1972 г). При этом предусматривалось создание космических аппаратов с радиотелевизионным комплексом наблюдения, а также спутников фотографической съемки, на основе существовавших к тому времени аналогов. Как и в случае использования аэрофотосъемки, основное внимание уделялось географическим и геологическим исследованиям. Космические методы удачно дополнили традиционные наземные и аэрометоды. Их совместное использование обеспечило географические исследования одновременно на локальном, региональном и глобальном уровнях. [5]

Год 1972 является выдающимся в истории дистанционного зондирования Земли, Национальным управлением по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (NASA) был запущен Landsat 1, первоначально названный Спутником наблюдения за ресурсами Земли. Именно он положил начало первому непрерывному архиву данных наблюдений Земли для научных исследований, который все еще пополняется в настоящее время.

Cнимки Landsat 1 (четырех спектральных диапазонов и размером пикселя 80 м.) открыли для ученых большие возможности изучения обширных территорий. Они обладали мелкомасштабностью, что позволяло создавать соответствующие карты за короткий период времени и отражали обширную географическую информацию о строении Земли.

Первая специальная аппаратура для многозональной съемки на космическом корабле Советского союза была установлена в 1973 году (Союз-12). Летчики- космонавты СССР В. Г. Лазарев и О. Г. Макаров выполнили значительный объем съемок в шести и девяти зонах спектра электромагнитных волн. Этим полетом была доказана эффективность космического многозонального зондирования в целях картографирования, геологических исследований, изучения растительности, почв, морских мелководий, дешифрирования природных образований по их спектральной отражательной способности. В результате дешифрирования многозональных снимков с «Союза-12» впервые осуществлено экспериментальное комплексное картографирование, обнаружены нефтегазоносные структуры, неизвестные ранее разломы земной коры, пустынные территории с неглубоко залегающими пресными грунтовыми водами [7].

В том же году происходит знаковое событие в технологии обработки данных ДЗЗ. Речь идет об использовании Джоном Роузом в своей работе нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI). Путем ряда экспериментов, было установлено, что зеленая растительность обладает большой отражательной способностью в ближней инфракрасной области спектра и хорошо поглощает излучение в красном диапазоне. В то же время, отражательная способность почв и водоемов в этих диапазонах остается практически одинаковой. Простая формула, выраженная в операции деления каналов, совершила прорыв в определении растительного покрова на космических снимках. [6]

Национальное управление океанических и атмосферных исследований США, запускает в 1974 году спутник NOAA-4 (метеорологический), примечательный тем, что он нес на борту радиометр очень высокого разрешения (VHRR). Кроме того информация с этого спутника была доступна всем желающим, если они имели возможность для ее приема. Хотя, очевидно, что компьютерные мощности для обработки данных у рядовых пользователей на тот момент отсутствовали. [9]

Материалы съемок с космических станций продолжали давать ощутимые результаты. Салют-3 (1974-1975 гг.) - в одном из районов страны определены 67 нефтегазоносных структур, в том числе подводных, ряд пересечений крупных разломов, перспективных для постановки разведочных работ на ценные полезные ископаемые [7].

Салют-4 (1974-1977) - многозональная и разномасштабная съемка покрыла около 4,5 млн кв. км юга нашей страны, создан ряд региональных фотокарт, охватывающих Северный Прикаспий, Кыргызстан, Таджикистан, Крымский полуостров, Калмыкию.

С середины 70-х годов начинается Советская космическая программа спутников «Ресурс», которая создавалась как общегосударственная, постоянно действующая система для изучения природных ресурсов и контроля окружающей среды, обеспечивавшая получение геоинформации двух видов -- базовой (фотографической, Ресурс-Ф) и оперативной (передаваемой по радиоканалам, Ресурс-О). Спутники Ресурс-Ф (функционировала четверть века, более 100 спутников) были рассчитаны на детальную фотосъемку местности с высоты 200 -- 300 км, и возвращали информацию на землю в спускаемом аппарате. Напротив, спутники оперативного наблюдения Ресурс-О, не отличались поначалу высокой детализацией, так как их съемочная система была оптико-электронной, работая в течение нескольких лет на орбитах высотой 600 -- 900 км они регулярно передавали видеоинформацию по радиоканалам на наземные пункты приема. Заслуга аппаратов серии Ресурс - детальные снимки всей территории России и отдельных районов на различных континентах, включая Антарктиду. [10]

На космических кораблях выполнялись, в том числе и целевые полеты именно с задачей произведения многозональной съемки земной поверхности. Например, корабль Союз-22 (1976) доставил на Землю несколько тысяч изображений суши и водной поверхности в шести спектральных диапазонах. Для съемки использовался аппарат МКФ-6, разработанный совместно специалистами СССР и ГДР и изготовленный фирмой «Карл Цейсc Йена» [7].

Запущенный в США LAGEOS 1 (1976 г.) использовался учеными для точного отслеживания движения поверхности Земли, данные полученные с него внесли большой вклад в понимание процессов землетрясений и другой геологической деятельности. [155]

Возвращаясь к теме метеорологических спутников отметим запуск в 1978 г. TIROS-N (NOAA, США). Спутник содержал усовершенствованный радиометр очень высокого разрешения (AVHRR), который помимо наблюдений за погодными явлениями Земли использовался также для мониторинга состояния объектов на земной поверхности [10]

Год 1978 в целом выдался весьма удачным для запуска космических проектов. Подтверждением тому, спутник NASA HCMM, который использовался для измерения температуры земли из космоса, помогая в исследованиях климатических изменений, спутник Seasat, как наверное понятно из его названия, предназначался для мониторинга океанов, и, конечно же, спутник Nimbus-7 со Спектрометром Полного Картирования Озонового Слоя (TOMS) на борту, который помог подтвердить существование Антарктической озоновой дыры. Более того данные с TOMS легли в научную основу Монреальского протокола (1989) и других договоров о запрещении производств использующих озоноразрушающие химические вещества. На том же Nimbus -7 был также установлен сканер CZCS, данные с которого широко используются для изучения связей между биологией океанов и климата Земли. [15]

Тем временем в СССР продолжаются программы по дистанционному зондированию Земли на станциях «Салют-6» (1977-1982) и «Салют-7» (1982-1991), они становятся планомерными и составляются по заказам многих отраслевых организаций. В выполнении поставленных задач используются стационарные аппараты КАТЭ-140 (на них впервые выполнена конвергентная съемка - фотографирование заданной территории с разных точек орбиты), МКФ-6 и переносная фотоаппаратура. [7]

C 1985 г. начинается использование спутников «Ресурс-01» (на основе «Метеор-3»). На этих спутниках размещались сканеры МСУ-СК, МСУ-Э, МСУ-С и радиолокатор "Траверс", позволявших получать снимки географических и геологических объектов более высокого качества. Для расширения круга решаемых задач, улучшения характеристик и увеличения объема получаемой информации был разработан и в 1987 г. запущен космический аппарат «Ресурс-Ф2», позволивший проводить плановое многозональное фотографирование поверхности Земли в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. [5]

В конце 80-х годов другие страны также стали ощущать потребность в собственных спутниках дистанционного зондирования, что в конечном итоге, привело к быстрому увеличению доступности данных. В 1986 г. запущен SPOT-1, первый из серии французских многоспектральных спутников, разработанный Национальным центром космических исследований (CNES) в сотрудничестве с Бельгией и Швецией. Индия запустила свой первый спутник под названием IRS (1988 г.). В 1990-х запусками отметились Китай/Бразилия (CBERS) и Япония (ADEOS).

Эти события подтолкнули дальнейшее развитие методов обработки данных, специального программного обеспечения, а стремительные открытия в мире компьютерных технологий позволили обычным пользователям применять методы обработки изображений. [10]

1.4 Четвертый период развития дистанционного зондирования: начало 1990-х гг.-до настоящего времени.(Данные дистанционного зондирования как основной компонент географических информационных систем)

Данный период развития характерен в первую очередь тем, что дистанционное зондирование становится неотъемлемым компонентом географических информационных систем, основным поставщиком пространственной информации для них.

Развитие компьютерных технологий в 90-х годах, сильно упростило оцифровку данных ДЗЗ, а глобальное развитие ГИС систем и персональных принимающих станций позволило любому пользователю принимать и обрабатывать пространственные данные, что стало огромным шагом в научно-техническом прогрессе и развитии дистанционного зондирования в целом.

Географических информационные системы (ГИС) позволяют преобазовывать снимки в электронные карты, с нанесением на них не только географической, но и статистической, тематической и др. информации, а также применять к ним разнообразные аналитические операции. ГИС способны выявлять скрытые тенденции и взаимосвязи, которые трудно или невозможно выявить при обработке космоснимков «не вооруженным глазом». В едином комплексе дистанционное зондирование и географические информационные системы, образовали очень эффективный метод для проведения пространственного анализа поверхности Земли. [5]

Появление географических информационных систем относят к началу 60-х годов XX в. Именно тогда появились предпосылки и условия для информатизации и компьютеризации сфер деятельности, связанных с моделированием географического пространства и решением пространственных задач. Их разработка связана с исследованиями, проведенными университетами, академическими учреждениями, оборонными ведомствами и картографическими службами. Наиболее ярким примером примером того времени было создание в 1963-- 1971 гг.

Канадской ГИС (CGIS) под руководством Р.Томлинсона, которая создавалась для анализа данных инвентаризации земель Канады в области рационализации землепользования. [9]

В рассматриваемом нами периоде становления ДЗЗ как раз и произошел основной прорыв развития ГИС, за счет насыщения рынка соответствующими программными средствами, в особенности, предназначенными для персональных компьютеров, что резко увеличило область применения ГИС-технологий, и потребовало существенных наборов цифровых геоданных.

Для понимания того какими новыми геоданными обладало научное сообщество в 90-х годах, обратимся к истории запусков этого времени.

В 1991 году был запушен UARS (США), который предназначался для изучения химического состава и физических явлений в атмосфере земли. Данные UARS были использованы для создания глобальных карт озоноразрушающих химических производств и позволили лучше понять процессы, связанные с разрушением озонового слоя.

Старт проекта TOPEX / Poseidon (США, Франция) в 1992 г. позволил установить детальные взаимосвязи между океаном и климатом на планете. Именно данные TOPEX показали повышение уровня моря.

В том же 1992 на орбиту была выведена лаборатория для фундаментальных и прикладных исследований атмосферы (спутник ATLAS, США). С помощью этого спутника было произведено 14 экспериментов по изучению химического состава верхних слоев атмосферы и солнечной радиации, их влияния на озоновый слой Земли.

Запуски шаттлов в 1994 году, позволили провести исследования поверхности земли в разрезе экологических, геологических и других наук, благодаря установленной на них космической радиолокационной лаборатории. Именно результаты этих стартов, легли в основу новых исследований Великой китайской стены и геологической истории Нила.

Датчик SeaWiFS установленный на спутнике OrbView-2 (США, 1997) использовался для выделения океанических «горячих точек» биологической активности, глобальных измерений биомассы планктона и для оценки скорости океанического поглощения углерода. Данные полученные OrbView-2 позволили лучше понять цикл углерода и процессы формирования глобальных климатических и экологических изменений.

Также в 1997 году был запущен совместный проект США и Японии - TRMM, который был связан с измерениями количества тропических осадков и роли водного цикла в существующих климатических системах. Спутник был оснащен пятью приборами, среди которых первый запущенный в космос радар осадков.

В 1999 году состоялся запуск Landsat-7 (США), который продолжил непрерывный архив данных собираемых этой серией спутников. Отметим этот запуск по той причине, что свое продолжение он получит только спустя 14 лет.

В этом же году состоялись запуски QuikSCAT (США), который был оснащен скаттерометром SeaWinds и использовался для измерений ветров над поверхностью океанов. И одна из флагманских программ США Terra satellite, которая предназначалась для новых исследований окружающей среды во всей ее совокупности (земля, океаны, воздух, лед). [15]

Также 90-е годы отметились одним интересным фактом в истории развития ДЗЗ. Помимо спутников зондирования в космосе работает целая группировка космических аппаратов входящих в Глобальную навигационную спутниковую систему (ГНСС), которая включает в себя GPS (США), ГЛОНАСС (Россия), Галилео (Европа) и КОМПАСС (Китай). Разумеется изначальное применение этих спутников было с вязано с вопросами позиционирования объектов на Земле, однако вскоре такое отношение было пересмотрено и родилось новое направление в дистанционном зондировании извесное как рефлектометрия ГНСС (GNSS-R). Известный факт, что из-за атмосферной рефракции сигналы GPS распространяются через атмосферу Земли вдоль слегка изогнутой траектории и с небольшой задержкой в скорости, и поначалу это считалось источником ошибки, но благодаря работам ряда ученых теперь используется для определения уровня поверхности океана, скорости и направления ветра над поверхностью океана, влажности почвы, толщины снега и льда. [13]

Помимо правительственных программ появляется также частный коммерческий рынок дистанционного зондирования. Частные компании осуществляют запуски собственных спутников с последующей продажей снимков, а также занимаются предоставлением лицензий на право приема информации со своих космических систем. Создавшийся рынок дал огромный толчок к появлению большого разнообразия предлагаемых космических снимков. Стало возможным заказать снимки на любую интересующую территорию, практически любого пространственного разрешения и в любом требующемся диапазоне. [5]

Формирование инструментов для обработки данных ДЗЗ также шло достаточно быстро ERDAS Imagine (1992 г), ENVI (1994 г.), MapInfo Professional (1995 г.), ArcGIS (1999 г.) - все это известные программные продукты, которые сегодня являются лидерами программного обеспечения ГИС. Перечислены версии продуктов имевших графический интерфейс, что сильно упрощало процесс их использования.

Программные мощности современных компьютеров того времени уже позволяли проводить операции по обработке изображений, а удешевление снимков дистанционного зондирования способствовало вовлеченности в процесс работы с геоданными не только специалистов, но и обычных пользователей.

Появилась потребность в материалах космической съемки со сверхвысоким пространственным разрешением, ранее бывшей прерогативой аэросъемки. Именно такой сегмент ранка начинает наиболее активно осваиваться частными компаниями. В США, Израиле, Франции, Индии начинают выстраиваться эффективные схемы взамодействия государства и частного сектора в этой области.

Разработчиками первых спутников сверхвысокого разрешения были исключительно американские компании, но с 2006 г. запуски подобных аппаратов осуществили: Израиль (EROS-B), Россия («Ресурс-ДК»), Корея (KOMPSAT-2) и Индия (Cartosat-2). Тем не менее, США пока сохраняют технологическое лидерство, о чем свидетельствует вывод на орбиту таких аппаратов, как IKONOS (1999 г.), QuickBird (2001 г.), Geo-Eye-1 (2008 г.), WorldView-1 (2007 г.) и WorldView-2 (2009 г.) с разрешением 0,4-0,5 м.

Важной особенностью 2007-2010 гг. является рост числа запусков КА с радиолокаторами высокого разрешения. Радиолокационные изображения могут быть получены независимо от метеоусловий и освещенности в районе цели и позволяют выполнять заявки на съемку в течение нескольких суток. Кроме того, космические радиолокационные изображения дают возможность создавать цифровые модели рельефа, а специальные технологии интерферометрической съемки - определять незначительные подвижки грунта.

Существовашие на тот момент радиолокационные космические системы RADARSAT-1 (Канада), ERS-2, ENVISAT-1 (оба -- ESA) и ALOS (Япония) обеспечивали разрешение на местности не лучше 8 м, что не отвечало современным требованиям, поэтому знаковым событием стал запуск гражданского спутника TerraSAR-X (Германия, 2007 г.), который обеспечил радарную съемку с разрешением 1 м. В это же время реализуется итальянская программа спутников COSMO-Skymed. [11]



2. Обзор серии советских космических аппаратов

Ресурс-Ф -- серия советских (российских) космических аппаратов ДЗЗ (фотонаблюдения). Используются в целях народного хозяйства. Обеспечивают синхронную крупномасштабную и спектрозональную фотосъемку поверхности Земли в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения. Информация, получаемая с помощью КА, используется в интересах геодезии и картографии, изучения природных ресурсов Земли, контроля за районами сейсмической активности, за водо- и землепользованием, экологическим состоянием окружающей среды, для составления и обновления топографических карт.

Фотоснимки, полученные с помощью «Ресурсов», используются для картографирования земной поверхности в масштабе до 1:200 000 («Ресурс-Ф1») и до 1:50 000 («Ресурс-Ф2»). С их помощью были стерты «белые пятна» на картах Памира и Тянь-Шаня, дополнены и уточнены карты Чукотки, Новой Земли, Курильских островов, пустынь Средней Азии, приполярных районов Антарктиды.[8]

Спутник обеспечивает фотосъемку со значительно более высоким разрешением, чем КА предыдущего поколения («Фрам»).

КА разработан в середине 1970-х годов на базе разведывательных спутников серии «Зенит-4» и конструктивно состоит из спускаемого аппарата (СА), приборного отсека, тормозной двигательной устанящей из трех подсистем -- «Ресурс-О», «Ресурс-Ф» и «Океан-О».

КА типа «Ресурс-Ф» способен выводить на орбиту научную аппаратуру для проведения различных экспериментов в условиях космического пространства. Научная аппаратура может находиться в спускаемом аппарате и в контейнере научной аппаратуры, установленном на поверхности СА. Аппаратура работает в космосе при открытой крышке контейнера. Перед спуском крышка закрывается, и научная аппаратура доставляется на Землю. Установленные снаружи КА приборы не возвращаются на Землю, информация с них может передаваться только по радиотелеметрической системе.

В частности, некоторых Ресурс-Ф, дополнительно устанавливался контейнер научной аппаратуры (КНА) для проведения эксперимента «Бериллий-7». Целью его является регистрация частиц изотопа бериллия 7Be в условиях космического полета. Регистрация осуществляется с помощью стальной фольги (пластины), которая в процессе полета находится за пределами КНА, перпендикулярно к направлению полета. Перед посадкой КА пластина убирается внутрь КНА, который автоматически закрывается крышкой.[12]

В 1977 году началась разработка новой космической системы фотонаблюдения «Ресурс-Ф» для проведения разномасштабных съёмок поверхности Земли в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра электромагнитного излучения с высоким разрешением на местности и высокими геометрическими и фотометрическими характеристиками.

Космический комплекс «Ресурс-Ф1» был предназначен для проведения синхронной многозональной спектрозональной и разномасштабной съёмки земной поверхности в интересах изучения природных ресурсов Земли и охраны окружающей среды, а также наук о Земле и международного сотрудничества. Только в результате создания космического аппарата «Ресурс-Ф1» представилось возможным впервые одновременно получать разноаспектную и комплексную информацию с принципиально новыми свойствами.

Следующим этапом в освоении этого направления явилась разработка космического комплекса «Ресурс-Ф2», предназначенного для проведения разномасштабных многозональных съёмок поверхности Земли в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра электромагнитного излучения с высоким разрешением на местности, высокими геометрическими и фотометрическими характеристиками принципиально новой фотоаппаратурой, которая превосходила по части параметров зарубежные аналоги того времени. Космический аппарат «Ресурс-Ф2» превосходил своего предшественника в части более высокого разрешения на местности (в 2-3 раза) и срока активного существования (более чем в 2 раза), что привело к увеличению кратности покрытия территории полосой обзора до 2-3 раз.[1]

За время эксплуатации космических комплексов «Ресурс-Ф1» (1979-1999 годы), «Ресурс-Ф2» (1987-1995 годы) было проведено несколько модернизаций этих изделий с целью улучшения их характеристик. Всего было осуществлено 63 успешных полёта этих космических аппаратов.*

На сегодняшний день запуски фотографических КА, и в частности спутников Ресурс серии Ф, завершены.

2.1 Космические аппараты серии Ресурс-Ф1

Рисунок 1 Ресурс-Ф1 в музее Самары

Космические аппараты серии «Ресурс-Ф1» использовались с 1979 года по 1993 год. Первый запуск КА «Ресурс Ф1» (17Ф41 № 11) состоялся 5 сентября 1979 г. под названием «Космос-1127». 18.09.1979 -- посадка СА Космоса-1127. Два КА были утрачены в результате аварий РН 18 июня 1987 г.(Ресурс-Ф1 14Ф40 № 105, РН Союз-У ПВБ 77015 ?105) и 27 июля 1988 г (Ресурс-Ф1 14Ф43 № 30, РН Союз-У ПВБ 78039 ?130).

Рисунок 2 Ресурс-Ф1

КА «Ресурс-Ф1» может находиться на орбите до 25 суток. Из них 11 суток аппарат находится в дежурном режиме, то есть с выключенными системой ориентации и некоторыми другими бортовыми системами. Наличие дежурного режима позволяет увеличить срок существования КА на орбите и обеспечивает 2-х кратное покрытие части межвиткового интервала, используемое для повторного фотографирования.

Характеристики:

· Способ доставки информации: в спускаемом аппарате

· Количество циклов доставки информации: 1

· Параметры рабочих орбит:

-- средняя высота съемки: 240 км.

-- наклонение плоскости орбиты -- 82.3, 72.9 градуса

-- высота эллиптической орбиты: минимальная -- 188 км. максимальная -- 287 км.

Срок активного существования -- до 25 суток (из них 19 в режиме съемки)

· Масса КА -- 6300 кг.

· Масса научной аппаратуры -- 800 кг.

· Ракета-носитель -- «Союз»

· Камеры:

КАТЭ-200 -- 3 штуки; КФА-1000 -- 2 штуки.^[1]

Комплекс исследовательской аппаратуры спутника «Ресурс-Ф1» состоит из трех широкоформатных топографических аппаратов КАТЭ-200, которые позволяют получать синхронные снимки поверхности Земли с разрешением до 15…20 м, и двух длиннофокусных широкоформатных аппаратов КФА-1000 для спектрозональной съемки с разрешением до 6…8 м. С помощью звездного фотоаппарата производится фотографирование звезд для координатной привязки осей космического аппарата в пространстве в моменты осуществления съемки земной поверхности.

2.2 Космические аппараты серии Ресурс-Ф1М

Спутники Ресурс-Ф1М использовались с декабря 1997 г. по октябрь 1999 г.

Рисунок 3 Ресурс-Ф1М

Ресурс-Ф1М -- модернизированный Ресурс-Ф1. Основное отличие от Ресурс-Ф1 в установленном фотокомплексе «Природа-6», вместо «Природа-4» (Ресурс-Ф1 (14Ф40, 17Ф41, 14Ф43)). Фотоаппаратура «Природа-6», состоящая из трех аппаратов КФА-1000, одного КАТЭ-200 и блоков управления, находится в сферическом СА спутника «Ресурс-Ф1М» диаметром 2.3 м и объемом 4.7 м³. Аппарат КАТЭ-200 служит для получения снимков высокого разрешения с продольным перекрытием 58 %. Аппараты КФА-1000 фотографируют земную поверхность на спектрозональную пленку по трем маршрутам одновременно под углом 16° (слева и справа) к центральному аппарату с продольными перекрытиями 20 и 60 %. Работа аппаратов не синхронизирована.

Спутник обладает возможностью понижать высоту орбиты до 190 км для получения снимков с более высоким разрешением.

Модернизация предусматривала улучшение тактико-технических и эксплуатационных характеристик, в частности, увеличение в 1,3 раза объема космической информации высокого разрешения за счет расширения суммарной полосы захвата до 205 км, продление срока активного существования до 19 суток и с возможностью использования до 6 суток полета в дежурном режиме доведение суммарного срока функционирования на орбите до 25 суток и улучшение пространственного разрешения до 3,5-5 м благодаря уменьшению высоты околокруговой рабочей орбиты с 275 до 235 км и введения эллиптической рабочей орбиты с минимальной высотой полета 180 км.

Характеристики:

· Масса КА -- 5920 кг.

· Масса спецаппаратуры -- 435 кг

Средняя высота околокруговой орбиты -- 237 ?270 км.

· Камеры:

КАТЭ-200 -- 1 штуки; КФА-1000 -- 3 штуки.

· Разрешение на местности с высоты 250 км:

-- при детальной съемке (КФА-1000) -- 7-10 м (ч/б плёнка), 10-11м (спектрозональная плёнка) -- при обзорной съемке (КАТЭ-200) -- 31-33 м (ч/б плёнка) Время существования 25 суток 9в том числе 11 сут. дрейфа). ^[2]

2.3 Космические аппараты серии Ресурс-Ф2

Рисунок 4 Ресурс-Ф2

Принят в штатную эксплуатацию в 1988 г.

26.12.1987 со стартовой площадки Плесецк 16/2, с помощью РН Союз-У ПВБ L15000-547, запущен первый спутник серии Ресурс-Ф2 -- Ресурс-Ф2 17Ф42 № 1 (Космос-1906) 1987-108A

В отличие от «Ресурса-Ф1» использует солнечные батареи, что позволило увеличить время работы спутника на орбите до 30 суток. Увеличенное время активного полета «Ресурса-Ф2» позволяет осуществлять двух-трехкратное покрытие всей поверхности Земли без использования дежурного режима.

Имеет на борту камеру МК-4 (1 шт) с пространственным разрешением 6,0 -- 11,0 м. (на ч/б плёнке) и 7,5 -- 14,0 м. (на спектрозональной).



2.4 Космические аппараты серии Ресурс-Ф3

Рисунок 5 Ресурс-Ф3

Научная аппаратура находится в спускаемом аппарате и работает в космосе при открытой крышке. Перед спуском крышка закрывается, и научная аппаратура доставляется на Землю. Установленные снаружи КА приборы не возвращаются на Землю, информация с них может передаваться только по радиотелеметрической системе.

С начала 90-х годов находится в штатной эксплуатации

Имеет на борту 2 камеры КФА-3000 с пространственным разрешением порядка 2-3 м. Фотоаппаратура КА этой серии работает в оптическом диапазоне и обеспечивает получение разномасштабной информации на негативных фотопленках с пространственным разрешением от 2 до 30 м с рабочих высот околокруговых орбит от 220 до 275 км. Используемые типы фотосистем и фотопленок позволили проводить многозональную и интегральную фотосъемку на черно-белые, спектрозональные и цветные пленки и получать выдерживающие (в зависимости от типа пленки, условий съемки и т. д.) увеличение 15 крат и более. [7]



Заключение

В данном курсовом проекте отражены ключевые даты становления дистанционного зондирования Земли, из которых становится понятно, что отрасль продолжает свое поступательное развитие, связанное с тем, что спектр решаемых при помощи ДЗЗ вопросов очень широк.

Дистанционное зондирование уже давно превратилось из сугубо наблюдательной дисциплины в полноценного поставщика информации практически для всех сфер человеческой деятельности, а если воспринимать его, как подсистему более глобальных информационных ресурсов, то и в основной механизм принятия управленческих решений.

Безусловно, не все возможности систем зондирования находятся в свободном доступе, алгоритмы и методы классификации, применяемые в ДЗЗ порой требуют больших процессорных мощностей, а итоговый результат не всегда очевиден без экспертного понимания вопроса. Однако все эти проблемы постепенно преодолеваются новыми достижениями науки.

В решении прикладных задач, почти всегда существующий социальный запрос, на легко анализируемые пространственные данные. Получение такой информации, напротив, не всегда очевидно, что ставит вопрос о формировании путей ее создания.



Список использованных источников

1. Бобриш И., «Геопространственная разведка в интересах людей», журнал GEOMATICS, № 3, 2014 г., с. 16-20 2.

2. Виноградов Н.В., Аэрофотосъемка, журнал «Наука и жизнь», №2, 1941 г.

3. Воробьева Алиса Андреевна, учебно-методическое пособие «Дистанционное зондирование земли», НИУ ИТМО, 2012, с. 9.

4. Глушков В.В., рецензия «Аэрофоторазведка как предтеча аэрофототопографии», журнал «Природа», № 11, 2012 г., с. 84-87.

5. Горяйнов Максим Сергеевич, Автореферат диссертации «История развития дистанционного зондирования как основного компонента географических информационных систем», 2006.

6. Дворкин Б.А., «Каталогизация пространственных данных для облачных вычислений», журнал GEOMATICS, № 2, 2012 г., с. 12-15.

7. Замшин В.М., журнал GEOMATICS, № 3, 2014 г., с. 67-78.

8. Зиновьев В.Г., Полетаев А.М., Присяжнюк С.П., «Проблемы стандартизации в области дистанционного зондирования Земли», журнал «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Выпуск 4, том 1, 2007, с. 133-137.

9. Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Тикунов В.С. и др., учебник «Геоинформатика», ИЦ Академия, 2005, с. 496.

10. Книжников Ю. Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В., «Аэрокосмические методы географических исследований», ИЦ «Академия», 2011, с. 416.

11. Лавров В.В., «Космические съемочные системы сверхвысокого разрешения», журнал «Пространственные данные», № 2, 2010, с. 18-23.

12. Прокопьев В.Ю., Кусь О.Н., Оссовский А.В., «Малые космические аппараты стандарта CubeSat. современные средства выведения», Вестник науки Сибири, № 2, 2014, с. 71-80.

13. Сутурина Е.Н. «Дистанционное зондирование Земли». Иркутск, ИГУ, 2013г., 165 с.

14. Чандра А.М., Гош С.К. «Дистанционное зондирование и географические информационные системы». Техносфера, 2010 г., 460 с.

15. Шовенгердт Р.A. «Дистанционное зондирование. Методы и модели и методы обработки изображений». Москва, 2013г., 560 с.

...