Файл: Лекция 6.doc

Фонд космических съемок
Организация многоуровневого электронного архива космических снимков с использованием моделей массового обслуживания
Сетевые конструкции
Национальный сегмент Республики Беларусь

1. Фонд космических съемок

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) - это получение информации о земной поверхности (включая расположенные на ней объекты) авиационными и космическими средствами без непосредственного контакта с ней, путем регистрации приходящего от нее электромагнитного излучения.

Данные дистанционного зондирования Земли (ДДЗ) - эффективный инструмент, позволяющий детально и оперативно исследовать состояние окружающей среды, использовать природные ресурсы и получать объективную картину мира.

Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные — использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия.

Доступ к данным дистанционного зондирования регулируется политикой «открытого неба» (Open Sky Policy), в соответствии с которой каждому потребителю гарантируется свободный доступ ко всем имеющимся данным. Основным международным консультативным органом, созданным в 1984 году для обмена информацией, координации и обсуждения политики в области ДЗЗ, служит Комитет по спутникам дистанционного зондирования Земли CEOS (Committee on Earth Observation Satellites).

Данные ДЗЗ, полученные с космического аппарата (КА), характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы. Поэтому на КА используется многоканальное оборудование пассивного и активного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в различных диапазонах.

Аппаратура ДЗЗ первых КА, запущенных в 1960-70-х гг. была трассового типа — проекция области измерений на поверхность Земли представляла собой линию. Позднее появилась и широко распространилась аппаратура ДЗЗ панорамного типа — сканеры, проекция области измерений на поверхность Земли которых представляет собой полосу.

Космические аппараты дистанционного зондирования Земли используются для изучения природных ресурсов Земли и решения задач метеорологии. КА для исследования природных ресурсов оснащаются в основном оптической или радиолокационной аппаратурой. Преимущества последней заключаются в том, что она позволяет наблюдать поверхность Земли в любое время суток, независимо от состояния атмосферы.

Сама возможность идентификации и классификации объектов по информации ДЗЗ основывается на том, что объекты разных типов - горные породы, почвы, вода, растительность и т.д. - по разному отражают и поглощают электромагнитное излучение в том или ином диапазоне длин волн.

Методика тематического анализа данных ДЗЗ заключается в определении спектральных диапазонов, чувствительных к изменениям спектральных свойств целевых объектов и выборе зависимостей, связывающих значения дистанционно измеренных яркостей с искомыми параметрами среды (состав, влажность, структура почв при мониторинге почв, типы растительности, уровни вегетации, проективное покрытие при мониторинге фитоценозов, содержание фитопланктона, минеральных взвешенных веществ, органического вещества при мониторинге водной среды и т.п.). Достоверность количественных результатов анализа определяется тем, известны или нет на момент измерений точные значения коэффициентов зависимостей между параметрами среды и спектральными характеристиками целевых объектов. Наиболее часто встречающийся способ повышения достоверности - проведение одновременно с космической съемкой тестовых измерений на репрезентативных участках.

4. Национальный сегмент Республики Беларусь

4.1. Наземный сегмент

В составе наземного сегмента Белорусской космической системы дистанционного зондирования Земли объединяются на информационном уровне имеющиеся в настоящее время в республике средства приема, хранения и обработки спутниковой информации.

Наземный сегмент БКСДЗ предназначен для решения следующих задач:

- управление белорусским космическим аппаратом (БКА) по однопунктной схеме управления с использованием командно-измерительного пункта (КИП), находящегося в пгт. Плещеницы;

- анализ технического состояния бортовых систем БКА на основе телеметрической информации, поступающей по радиоканалу телекомандной системы в S - диапазоне и по радиоканалу целевой информации;

- прием, уточнение и согласование заявки от потребителей на предоставление данных дистанционного зондирования (ДДЗ);

- планирование и выдача полетных заданий в БКА на проведение съемки определенных участков поверхности Земли согласно поступившим заявкам от потребителей ДДЗ;

- прием данных дистанционного зондирования с космических аппаратов: NOAA, Terra, Монитор-Э, Метеор-М №1, БКА, Канопус-В №1 и других перспективных КА;

- хранение ДДЗ;

- первичная, предварительная и тематическая обработка принятых ДДЗ;

- выдача обработанных ДДЗ потребителям согласно их заявкам.

В состав наземного сегмента БКСДЗ входят Белорусский наземный комплекс управления (БНКУ) и Белорусский наземный комплекс приёма обработки и распространения (БНКПОР) космической информации.

Белорусский наземный комплекс управления в составе центра управления полётом (ЦУП) и командно-измерительного пункта (КИП) разработан ФГУП "НПП ВНИИЭМ" Федерального космического агентства России.

Центр управления полётом осуществляет управление полетом и контроль состояния Белорусского космического аппарата, т. е. решение следующих задач:

- планирования работы бортовых и наземных средств в интересах эффективного применения БКА;

- определение параметров орбиты на основе обработки информации с навигационных систем БКА и результатов измерений текущих навигационных параметров, получаемых от КИП;

- расчет и формирование навигационно-баллистической информации, целеуказаний для наведения антенных устройств КИП и наземных станций приема;

- формирование программно-командной информации для управления работой БКА и передачу её на КИП;

- прием и обработку телеметрической (контрольной) информации;

- анализ и отображение технического состояния БКА.

Командно-измерительный пункт обеспечивает решение следующих задач:

- прием из ЦУП информации для управления БКА и КИП;

- вхождение в связь с БКА;

- выдачу на борт БКА командной и командно-программной информации, прием квитанций о ее прохождении;

- прием с БКА телеметрической информации, предварительную обработку, хранение, передачу в ЦУП;

- проведение траекторных измерений, предварительную обработку полученной траекторной информации и передачу ее в ЦУП;

- проведение сверки бортовой и наземной шкал времени и передачу ее результатов в ЦУП;

- проведение функционального контроля, формирование обобщенной информации о состоянии аппаратуры КИП и передачу ее в ЦУП.

Белорусский наземный комплекс приёма обработки и распространения космической информации реализован на основе следующих комплексов и технологических систем:

– комплекса приема данных;

– комплекса планирования и управления БКСДЗ;

– комплекса тематической обработки данных ДЗЗ;

– банка данных цифровой информации о местности (БДЦИМ) с архивом;

– корпоративной сети БКСДЗ.

Комплекс приема данных включает три станции, которые обеспечивают прием и регистрацию информационных потоков, поступающих от NOAA, Terra, Монитор-Э, Метеор-М №1, БКА, Канопус-В №1 и других перспективных КА.

Прием потоков информации с КА NOAA обеспечивает аппаратно-программный комплекс «СКАНЭКС» с антенной системой, имеющей зеркало диаметром 1 м – разработчик российская фирма «СКАНЭКС», с КА NOAA и Terra – комплекс приёма, регистрации и обработки информации с антенной системой, имеющей зеркало диаметром 3,7 м (КПРОИ) – разработчик ОАО "НИИ точных приборов", г. Москва.

С космических аппаратов Монитор-Э, Метеор-М №1, БКА, Канопус-В №1 приём потоков информации обеспечивает Белорусско-российский высокоинформативный приёмный комплекс (БРВПК) – разработчик ОАО "Российские космические системы", г. Москва.

Поступающие от приёмных комплексов данные ДЗЗ в режиме реального времени записываются на жесткие диски системой приема и регистрации.

После приема первичная информация по каналам локальной вычислительной сети поступает в систему первичной обработки, разработанную ОАО «Пеленг», для формирования обзорного файла (preview), и далее в банк данных цифровой информации о местности (БДЦИМ).

Комплекс планирования и управления БКСДЗ обеспечивает выполнение заявок белорусских и зарубежных потребителей на данные дистанционного зондирования Земли, а также планирование целевого функционирования КА и управление составными частями БКСДЗ.

Комплекс планирования и управления БКСДЗ предназначен для выполнения следующих задач:

– сбора, предварительной обработки заявок и обеспечения выдачи данных ДЗЗ и результатов обработки потребителям;

– проверки выполнимости заявок и анализа хода выполнения заявок в подразделениях БКСДЗ;

– формирования прогноза облачности в районе предполагаемой съемки;

– планирования работы целевой аппаратуры (ЦА) и радиолинии целевой информации (РЛЦИ) космического аппарата, формирования планов работы пунктов приема информации;

– приема информации о состоянии КА, ее обработки и анализа для планирования целевого функционирования КА;

– планирования работы комплекса приёма данных по приему информации со спутников низкого разрешения;

– выдачи в комплекс приема данных планов работы и получения отчетов о выполнении;

– выдачи в комплекс тематической обработки задания на тематическую обработку и получения отчетов о выполнении;

– сбора ежедневных сведений о фактическом состоянии технических и программных средств и ежемесячных планов технического обслуживания оборудования.

Комплекс тематической обработки данных ДЗЗ предназначен для обработки космической информации с космических аппаратов дистанционного зондирования Земли и обеспечивает решение следующих задач:

а) технологических –используемых непосредственно в общем технологическом процессе приема, каталогизации, хранения, обработки данных дистанционного зондирования в БКСДЗ:

– калибровка целевой аппаратуры БКА;

– восстановление и предварительная фотограмметрическая обработка поступающей целевой информации с БКА целью формирования цифровых изображений различных уровней обработки, а также метаданных, сопровождающих получаемые изображения с указанием даты съемки, разрешения, уровня обработки, координат углов съемки и др.;

– оперативное измерение отражающей способности участка земной поверхности, планируемого к съемке (значения альбедо) – служащего для корректировки режима съемки целевой аппаратуры БКА;

– оперативное определение облачности и ее границ, используемых при отборе заявок на съемку и формировании полетного задания;

– многофункциональная обработка цифровых изображений (улучшение качества, фрагментирование, выделение объектов и др.);

– оценка качества целевой информации БКА;

– картографическое обеспечение комплексов БКСДЗ.

б) тематических – видов обработки в интересах ведомств и организаций:

– оперативный мониторинг и выявление тепловых аномалий на территории республики в интересах МЧС и Минлесхоза;

– лесоустроительные (оперативный контроль изменений, вырубок, ветровалов, пожарищ, определение категории пожароопасности лесных массивов);

– кадастровые (земельные, градостроительные);

– определение состояния мелиоративных районов и гидротехнических сооружений;

– долговременной прогноз урожайности зерновых культур.

Комплекс банка данных цифровой информации о местности с архивом (БДЦИМА) предназначен для размещения, каталогизации, учета, анализа, оперативного и долговременного хранения данных цифровой информации о местности (ЦИМ), поиска по пространственно-временным и другим атрибутам метаданных, предоставления данных ЦИМ в специализированные локальные и удаленные информационные системы обработки данных ЦИМ:

– первичные данные Белорусского космического аппарата (БКА);

– маршруты съемки БКА;

– обработанные снимки БКА;

– снимки с зарубежных космических аппаратов;

– цифровые карты;

– данные тематической обработки.

Корпоративная сеть БКСДЗ (КС БКСДЗ) предназначена для организации обмена цифровой информацией между компонентами наземной инфраструктуры БКСДЗ и связи с удаленными пользователями.

4.2. Космический сегмент

Космический сегмент Республики Беларусь

В 2012 году 22 июля с космодрома Байконур российской ракетой «Союз-ФГ» Белорусский космический аппарат (БКА) был выведен на околоземную орбиту.

БКА оснащен панхроматической съемочной системой (ПСС), позволяющей получать снимки с разрешением до 2.1 м и мультиспектральной съемочной системой (МСС) для получения снимков с разрешением 10.5 м в четырех спектральных диапазонах.

Области применения:

1. Мониторинг техногенных и природных чрезвычайных ситуаций, в т. ч. стихийных гидрометеорологических явлений: пожаров, паводков и наводнений.

2. Создание и обновление топографических и навигационных карт масштаба 1:25 000 – 1: 100 000.

3. Контроль за землепользованием и сельскохозяйственным производством.

4. Мониторинг изменений в лесном фонде, выполнение лесоустроительных работ, автоматизированная инвентаризация, контроль лесовосстановительных работ.

5. Мониторинг объектов мелиоративного фонда.

6. Инвентаризация и контроль строительства объектов инфраструктуры, добычи полезных ископаемых.

7. Наблюдение за объектами нефтегазового комплекса.

8. Выявление площадей, перспективных на поиск полезных ископаемых.

9. Контроль природных ресурсов и экологии шельфа (для зарубежных заказчиков).

10. Контроль естественных и возобновляемых природных ресурсов.

11. Экологический контроль окружающей среды.

Основные характеристики БКА

Наименование параметра	Панхроматическая съемочная система	Мультиспектральная съемочная система
Тип орбиты	солнечно-синхронная
Высота орбиты, км	510
Срок активного существования не менее, лет	5
Проекция пиксела при съемке в надир при Н=510 км, м	2.1	10.5
Полоса захвата при Н=510 км, км	Не менее 20
Спектральный диапазон, мкм	(по уровню 0.1) 0.54-0.86	(по уровню 0.5) 0.46-0.84
Количество спектральных каналов	1	4 Синий (0.46-0.52) Зеленый(0.51-0.6) Красный (0.63-0.69) Ближний ИК (0.75-0.84)
Радиометрическое разрешение	8 бит на пиксел
Продукция	1. Панхроматическое изображение с разрешением 2.1-2.5 м. 2. Мультиспектральное изображение с разрешением 10.5-11м. 3. Цветное изображение с разрешением 2.5 м, полученное в результате совмещения мультиспектрального и панхроматического изображений.