На сайте Geoconnexion.com опубликована статья зарубежных экспертов Кумара Навалара (Kumar Navulur), Фабио Пацифичи (Fabio Pacifici) и Билла Бо (Bill Baugh) о возможностях и ожиданиях на рынке оптического коммерческого дистанционного зондирования в период вступления геопространственной отрасли в четвертую эпоху. Публикуем первую часть статьи.

За последнее десятилетие был достигнут значительный прогресс в разработке и запуске спутников наблюдения за Землей с камерами, проводящими съемку в оптической, инфракрасной, микроволновой областях спектра. Коммерческие оптические снимки с очень высоким пространственным разрешением появились более 10 лет - с запуском спутников IKONOS и QuickBird, что привело к увеличению интереса к спутниковым данным для картографирования и создания сервисных приложений на основе точного определения местоположения. С тех пор, было получено уже очень большое количество данных, в том числе изображений с новых и более сложных платформ, таких как WorldView-1, WorldView-2, GeoEye-1, а в самое последнее время и с Pleiades-1A и Pleiades-1B. 

В настоящее время объем данных со спутников сверхвысокого пространственного разрешения составляет более, чем 1,8 млрд. кв. км. в год, что соответствует более чем 12 площадям поверхности суши Земли. И эта цифра может увеличиться до более чем 2,4 млрд кв. км в год (в 16 раз больше площади поверхности суши Земли) в самом ближайшем будущем. 

Несмотря на огромные объемы накопленных данных, коммерческие операторы спутниковой съемки отмечают, что их снимки не отвечает реальным потребностям всех клиентов. Пользователям во многих областях требуется информация или информационные услуги, целенаправленные, краткие, надежные, недорогие, своевременные, в формах и форматах, удобных для деятельности пользователя. 

Коммерческая отрасль ДЗЗ находится на грани информационной революции: уже созданы новые спутники, которые предлагают лучшее пространственное разрешение, повышенную точность и быстрый доступ к изображениям и информации. В дальнейшем, с учетом технологических усовершенствования в скорости обработки, облачных вычислений, механизмов доставки и методов извлечения информации, эти тенденции сделают снимки и производную информацию более экономичной и доступной. 

Эволюцию геопространственной отрасли можно проиллюстрировать четырьмя эпохами, каждая из которых характеризуется своим новаторским акцентом, а именно разрешением, точностью и качеством, скоростью и аналитикой.

Со временем стандарт качества технологий в «однометровом разрешении» изменился, и сегодня уже составляет 0,5 метра. Точность и качество стали главенствующими понятиями как для правительства, так и для коммерческих структур, ориентированных на создание карт для городского планирования, развития инфраструктуры, создания навигационных систем с голосовым сопровождением. Скорость стала одним из важнейших аспектов за счет растущего числа пользователей, которые хотели бы иметь возможность получать и использовать снимки по требованию, для быстрого доступа к данным, необходимых для аварийного планирования и реагирования, оценки риска и мониторинга. Во время четвертой эпохи, мы ожидаем развития аналитики: геопространственная отрасль вполне может обеспечить мониторинг территории, интересующей пользователя, анализ и обнаружение изменений и активный мониторинг «горячих точек и событий», таких как стихийные бедствия, социальные волнения или антропогенные катастрофы. 

1. Разрешение

Проектирование и запуск более сложных космических спутников обеспечило получение данных с более высоким пространственным, спектральным и временным разрешением. 

Камеры с несколькими спектральными каналами позволяют различить объекты, которые визуально схожи. Временной компонент, интегрированный со спектральным и пространственным, дает критически важную информацию, например, о динамике растительности. Наконец, новые спутники имеют высокопроизводительные системы управления камерой, которые способны осуществлять быстрое перенацеливание, позволяя собирать коллекцию из десятков изображений одной цели, деланных под разными углами. 

Пространственное разрешение определяет размер пикселя, а значит и размер наименьшего объекта, который может быть обнаружен из космоса. В конце 1990-х мир увидел запуск первого спутника с субметровым разрешением - IKONOS. Он дал старт запуску спутников с более и более высоким разрешением. Компания DigitalGlobe в настоящее время работает с одним из самых лучших по пространственному разрешению коммерческих спутников (0,41 см). 

В ближайшие годы еще несколько коммерческих провайдеров собираются запустить спутники с разрешением 1 м или лучше. Например, планируется, что индийский Cartosat-3 будет получать снимки с пространственным разрешением 25 см. Может показаться, что такое улучшение разрешения не очень значительно, однако это не так. Например, автомобили могут быть обнаружены с некоторой степенью неопределенности (в зависимости от их размера) по снимкам 1 м, в то время как разрешение 50 см позволяет увидеть даже границы между стеклами машины. Боковые зеркала могут быть обнаружены только по снимкам с 30 см разрешением, что открывает новые возможности для автоматизированных методов компьютерного дешифрирования, которое теперь может позволить идентифицировать модель автомобиля. Стоит также отметить, что желтые линии на стоянке четко видны на снимках с разрешением 30 см, в то время как на снимках с метровым разрешением они едва видны. 

Спектральное разрешение – это количество спектральных диапазонов, в которых производится съемка на спутнике. Каждый из спектральных каналов предназначен для конкретных приложений. 

Коммерческие спутники чаще всего имеют четыре канала съемки - 3 в видимом и 1 в ближнем ИК-диапазоне. Спутник WorldView-2 компании DigitalGlobe был разработан с восемью спектральными каналами в ближней инфракрасной области, эти дополнительные каналы имеют гораздо меньшую ширину (от 40 до 50 нм) по сравнению с 100 нм или еще более широкими каналами, типичными для других спутников. Количество каналов также важно для уверенного различения объектов и их свойств на местности. Например, растительность под водой появляется на комбинации каналов в ближней инфракрасной зоне, в то время как структурные особенности можно увидеть, используя каналы из коротковолновой части. 

Радиометрическое разрешение – это количество бит информации, содержащееся в снимке. Радиометрические возможности также значительно увеличились в последние годы, датчики прошли революцию от 8-битных, до 11-битных и 14-битных. Эти возросшие возможности значительно улучшили качество изображений, а затем и возможность извлечения информации из них в автоматическом режиме. 

Временное разрешение - частота, с которой спутник или созвездие спутников может собирать образы области интересов. С увеличением маневренности, обеспечиваемой гироскопами, современные спутники могут получать изображения дальше от надира; повышается эффективность сбора, быстрее происходит съемка точечных целей. 

Созвездие спутников DigitalGlobe дает возможность ежедневно снимать любую точку земного шара и способно собирать более 3 млн кв. км. изображений каждый день. Архив компании охватывает большинство городов и городских районов.

Угловое разрешение определяет маневренность спутниковой системы, а также возможность получения стереоизображений. Спутники, которые могут снимать с большим отклонением от надира, могут быть использованы для измерения высот объектов, создания точных 3D моделей городов, цифровых моделей местности. 

2. Точность позиционирования и качество

Поскольку геолокационные системы становятся неотъемлемой частью жизни, высокая точность и качество необходимымы для того, чтобы снимки и производная информация могли быть использованы в разведке. 

Точность позиционирования снимков неуклонно улучшается: от ошибок до 23 м в начале 2000-х она сократилась до 3 м. Повышенная точность достигается, в первую очередь, из-за более стабильных орбит и инновационных методов постобработки, которые снижают диапазоны ошибок. Есть несколько технологий, позволяющих выполнять эффективную привязку данных к базовой карте. Эта практика называется «второе поколение орто» - новое изображение привязывается к базовой карте, которая, в свою очередь, используется для обслуживания и обновления геопространственных баз данных. 

Точность относится и к относительной точности изображений, собранных за все время. Это важный аспект рассмотрения геопространственных баз данных. Новые платформы, такие как WorldView имеют среднюю точность 4 м - этот показатель уже можно сравнить с точностью аэрофотосъемки.

Источник: http://gisa.ru/