Дистанционное зондирование земли: данные, системы, методы

Пример: создание локальных гравитационных карт высокого разрешения

Можно построить детальные гравитационные карты, используя спутниковую гравиметрию и детальный рельеф (30м и точнее) или космические снимки (10м). Здесь и далее подразумевается вертикальная компонента гравитационного поля.

Что интересно, многие отечественные геофизики не понимают, как это возможно (преобразование Фурье явно «прошло» мимо них), хотя методики построения глобальных гравитационных моделей (доступны только в оригинале, то есть, на английском языке) WGM2012, Sandwell & Smith Gravity, GGM plus 2013 общедоступны. Впрочем, совсем не обязательно их читать целиком, поскольку основой служит простой и легко проверяемый факт. Посмотрим вот эти графики корреляции (в некоторых источниках используется термин когерентность, хотя сами вычисления аналогичны) между гравитационным полем и рельефом:

[ Coherence between Gravity and Bathymetry Grids)

Ключевым моментом является линейная связь спектральных компонент гравитационного поля и рельефа — для каждой длины волны (характерного размера неоднородностей) отношение спектральных компонент постоянно. Однако, поскольку это отношение является функцией длины волны, линейная связь между непосредственно гравикой и рельефом отсутствует! Замечу, что характер этой связи известен (да, в общем, и очевиден — амплитуда компонент должна быстро уменьшаться, чтобы энергия поля была конечной) и по нему можно вычислять геологическую плотность через индекс фрактальности, но это, как говорится, совсем другой разговор, ограничусь просто ссылкой на статью и программный код:

В каждом случае, перед вычислениями необходимо строить коррелограмму, как описано выше, и проверять наличие высокой корреляции между спектральными компонентами. При отсутствии такой корреляции исходные данные некорректны и качества результатов окажется непредсказуемым. Причинами отсутствия корреляции могут быть ошибки позиционирования данных друг относительно друга (существенное смещение координат) или плохое качество снимка (заметные облака или невидимая глазом облачная дымка), а также некорректность используемой в качестве основы гравики на выбранной территории (например, качество модели гравики GGM plus 2013 хорошее на территории Индонезии и плохое в Южной Америке).

Применение ДЗЗ в археологии

С запуском американцами первого спутника программы Landsat в 1972 г началась новая эпоха ДЗЗ для археологии . На сегодняшний день продукты ДЗЗ из космоса, доступные для широкого потребителя, позволяют:

Экономить, так как не требуются дорогостоящие наземные изыскания или аэросъёмка (на сегодняшний день накоплены огромные архивы данных ДЗЗ, стоимость доступа к которым относительно низкая)
Изучать труднодоступные территории (для спутника всё равно, снимать промышленный центр или удалённые районы Амазонки)
Получать снимки обширных районов (широкие полосы захвата спутников позволяют в короткий срок отснять тысячи квадратных километров)
Получать снимки Земли вне зависимости от погоды при использовании спутников, оснащённых радаром с синтезированной апертурой (РСА)
Получать высокодетальные снимки, сопоставимые по характеристикам с аэросъёмкой
Выявлять скрытые феномены в ландшафте с помощью спектрального анализа, 3d-моделирования и свойств некоторых диапазонов ЭМ-волн проникать под покров листвы и почвы

Конечно, спутниковое ДЗЗ — это не панацея. Оно должно интегрироваться в геоинформационные системы (ГИС) совместно с другими методами исследований, включая воздушные и наземные. Так, при поиске археологических объектов, спрятанных под густым покровом леса особенно эффективно проявил себя лидар — лазерный сканер, являющийся активным инструментом ДЗЗ, работающий в видимом и БИК-диапазонах, и устанавливаемый на самолёт или дрон. РСА-спутники, которые также являются активными инструментами ДЗЗ, могут с помощью микроволн зондировать подстилающую поверхность в густом тропическом лесу . С помощью лидара археологи обнаружили легендарный «Белый город» (La Ciudad Blanca) в густом лесу на юго-востоке Гондураса . Недавно были открыты десятки тысяч построек майя в джунглях Гватемалы — это тоже результат применения этого устройства . Недостатки лазерного сканирования заключены в большой стоимости его применения, малой площади покрытия и зависимости от погодных условий. Оно подходит только для работ детального масштаба, когда район поиска максимально сужен.

В книге «Remote Sensing in Archaeology» (Wiseman; El-Baz, 2007) хорошо описано комплексное применение различных данных ДЗЗ и ГИС при исследовании Петенского бассейна Гватемалы — района цивилизации майа, большая часть которого покрыта густыми лесами . Почитайте статью «Проверяя наши способности», где вы можете узнать, как конкретно мы использует ДЗЗ для поиска Пайтити.

Ссылки

SCHOWENGERDT, Robert A. Remote Sensing: Models and Methods for Image Processing. 3rd Edition, 2006. ISBN: 978-0123694072, стр.2
Pigeon photography, Wikipedia, последнее обновление 24.12.2017. Доступно по URL https://en.wikipedia.org/wiki/Pigeon_photography
QUITNEY, Jeff. First Landsat: «Earth Resources Technology Satellite» (ERTS) 1973 NASA. YouTube, 2016. Доступно по URL https://www.youtube.com/watch?v=XiNs7ij8RHk
Landsat Missions: Imaging the Earth Since 1972. U.S. Geological Survey, последнее обновление 25.04.2018. Доступно по URL https://landsat.usgs.gov/landsat-missions-timeline
Air Force Space & Missile Museum Foundation. The Corona Story — A Point In Time. YouTube, 2016. Доступно по URL https://www.youtube.com/watch?v=k3bzHk_6yHM
IKONOS Satellite Imagery: First Commercial Space-based Imaging. GISGeography.com, последнее обновление 21.04.2018. Доступно по URL https://gisgeography.com/ikonos-satellite/
WALKER, Tim. How google earth changed the world. The Independent, 05.09.2012. Доступно по URLhttps://www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/features/how-google-earth-changed-the-world-8107056.html
U.S. topography data from shuttle mission unveiled. NASA NEWS RELEASE, 23.01.2002. Доступно по URL https://spaceflightnow.com/news/n0201/23srtm/
Opening the Landsat Archive/Product Specifications. U.S. Geological Survey, 21.04.2008. Доступно по URL https://landsat.usgs.gov/opening-landsat-archiveproduct-specifications
SENTINEL Program Overview. ESA. Доступно по URL https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions
TROVATELLO, Marco. Open access at the european space agency. ESA, 15.02.2017. Доступно по URL http://open.esa.int/open-access-at-esa/
List of private spaceflight companies, Wikipedia, последнее обновление 11.05.2018. Доступно по URL https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_private_spaceflight_companies
AMOS, Jonathan. Elon Musk’s Falcon Heavy rocket launches successfully. BBC, 07.02.2018. Доступно по URL http://www.bbc.com/news/science-environment-42969020
WISEMAN, James R.; EL-BAZ, Farouk (Eds). Remote Sensing in Archaeology, 2007. ISBN 978-0-387-44455-0
PRESTON, Douglas. Exclusive: Lost City Discovered in the Honduran Rain Forest. National Geographic, 02.03.2015. Доступно по URL https://news.nationalgeographic.com/2015/03/150302-honduras-lost-city-monkey-god-maya-ancient-archaeology/
Sprawling Maya network discovered under Guatemala jungle. BBC, 02.02.2018. Доступно по URL https://www.bbc.com/news/world-latin-america-42916261
Penetrating Tree Cover to See the Forest Floor. NASA Earth Observatory, 25.04.2013. Доступно по URLhttps://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=80982

↑оПХЛЕМЕМХЕ ЮЩПНЙНЯЛХВЕЯЙНЦН ГНМДХПНБЮМХЪ Б ЙЮПРНЦПЮТХПНБЮМХХ Х ХЯЯКЕДНБЮМХЪУ гЕЛКХ

юЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХЕ ЯМХЛЙХ ОПХЛЕМЪЧРЯЪ БН БЯЕУ МЮОПЮБКЕМХЪУ ХГСВЕМХЪ гЕЛКХ, МН ХМРЕМЯХБМНЯРЭ ХУ ХЯОНКЭГНБЮМХЪ Х ПЕГСКЭРЮРХБМНЯРЭ ОПХЛЕМЕМХЪ Б ПЮГМШУ НАКЮЯРЪУ ХЯЯКЕДНБЮМХИ ПЮГКХВМШ. нМХ ВПЕГБШВЮИМН БЮФМШ Б ХЯЯКЕДНБЮМХЪУ КХРНЯТЕПШ, ОНЙЮГШБЮЪ ПЮГДПНАКЕММНЯРЭ ЦЕНКНЦХВЕЯЙНЦН ТСМДЮЛЕМРЮ КХМЕИМШЛХ ПЮГКНЛЮЛХ Х ЙНКЭЖЕБШЛХ ЯРПСЙРСПЮЛХ Х НАКЕЦВЮЪ ОНХЯЙХ ЛЕЯРНПНФДЕМХИ ОНКЕГМШУ ХЯЙНОЮЕЛШУ; Б ХЯЯКЕДНБЮМХЪУ ЮРЛНЯТЕПШ, ЦДЕ ЯМХЛЙХ ДЮКХ НЯМНБС ЛЕРЕНПНКНЦХВЕЯЙХУ ОПНЦМНГНБ; АКЮЦНДЮПЪ ЯМХЛЙЮЛ ХГ ЙНЯЛНЯЮ НРЙПШРЮ БХУПЕБЮЪ ЯРПСЙРСПЮ НЙЕЮМЮ, ГЮТХЙЯХПНБЮМН ЯНЯРНЪМХЕ ПЮЯРХРЕКЭМНЦН ОНЙПНБЮ гЕЛКХ МЮ ПСАЕФЕ БЕЙНБ Х ЕЦН ХГЛЕМЕМХЪ Б ОНЯКЕДМХЕ ДЕЯЪРХКЕРХЪ. оНЙЮ ЙНЯЛХВЕЯЙХЕ ЯМХЛЙХ ГМЮВХРЕКЭМН ЛЕМЭЬЕ ОПХЛЕМЪЧРЯЪ ОПХ ЯНЖХЮКЭМН-ЩЙНМНЛХВЕЯЙХУ ХЯЯКЕДНБЮМХЪУ. пЮГКХВЮЧРЯЪ Х РХОШ ГЮДЮВ, ПЕЬЮЕЛШУ ОН ЯМХЛЙЮЛ Б ПЮГМШУ ОПЕДЛЕРМШУ НАКЮЯРЪУ. рЮЙ, ПЕЬЕМХЕ ХМБЕМРЮПХГЮЖХНММШУ ГЮДЮВ ПЕЮКХГСЕРЯЪ ОПХ ХГСВЕМХХ ОПХПНДМШУ ПЕЯСПЯНБ, МЮОПХЛЕП ОПХ ЙЮПРНЦПЮТХПНБЮМХХ ОНВБ, ПЮЯРХРЕКЭМНЯРХ, ОНЯЙНКЭЙС ЯМХЛЙХ МЮХАНКЕЕ ОНКМН НРНАПЮФЮЧР ЯКНФМСЧ ОПНЯРПЮМЯРБЕММСЧ ЯРПСЙРСПС ОНВБЕММН-ПЮЯРХРЕКЭМНЦН ОНЙПНБЮ. нЖЕМНВМШЕ ГЮДЮВХ, НОЕПЮРХБМЮЪ НЖЕМЙЮ ЯНЯРНЪМХЪ ЩЙНЯХЯРЕЛ БШОНКМЪЧРЯЪ Б ПЮЛЙЮУ ХЯЯКЕДНБЮМХИ АХНОПНДСЙРХБМНЯРХ НЙЕЮМНБ, КЕДНБНЦН ОНЙПНБЮ ЛНПЕИ, ЙНМРПНКЪ ГЮ ОНФЮПННОЮЯМНИ ЯХРСЮЖХЕИ Б КЕЯЮУ. оПНЦМНЯРХВЕЯЙХЕ ГЮДЮВХ, ХЯОНКЭГНБЮМХЕ ЯМХЛЙНБ ДКЪ ЛНДЕКХПНБЮМХЪ Х ОПНЦМНГХПНБЮМХЪ МЮХАНКЕЕ ПЮГБХРН Б ЛЕРЕНПНКНЦХХ, ЦДЕ ХУ ЮМЮКХГ ЪБКЪЕРЯЪ НЯМНБНИ ОПНЦМНГНБ ОНЦНДШ, Б ЦХДПНКНЦХХ — ДКЪ ОПНЦМНГЮ РЮКНЦН ЯРНЙЮ ПЕЙ, ОЮБНДЙНБ Х МЮБНДМЕМХИ. мЮВХМЮЧРЯЪ ХЯЯКЕДНБЮМХЪ ОН ОПНЦМНГХПНБЮМХЧ ЯЕИЯЛХВЕЯЙНИ ЮЙРХБМНЯРХ, ГЕЛКЕРПЪЯЕМХИ МЮ НЯМНБЕ ЮМЮКХГЮ ЯНЯРНЪМХЪ КХРНЯТЕПШ Х БЕПУМЕИ ЮРЛНЯТЕПШ.

оПХ ПЮАНРЕ ЯН ЯМХЛЙЮЛХ ХЯОНКЭГСЧРЯЪ БЯЕ БХДШ ХУ НАПЮАНРЙХ, МН МЮХАНКЕЕ ЬХПНЙН ПЮГБХРН ДЕЬХТПХПНБЮМХЕ ЯМХЛЙНБ, ОПЕФДЕ БЯЕЦН БХГСЮКЭМНЕ, ЙНРНПНЕ РЕОЕПЭ ОНДЙПЕОКЪЕРЯЪ БНГЛНФМНЯРЪЛХ ЙНЛОЭЧРЕПМШУ СКСВЬЮЧЫХУ ОПЕНАПЮГНБЮМХИ Х ЙКЮЯЯХТХЙЮЖХХ ХГСВЮЕЛШУ НАЗЕЙРНБ ОН ЯМХЛЙЮЛ. аНКЭЬНЕ ПЮГБХРХЕ ОНКСВХКН ЯНГДЮМХЕ ОН ЯМХЛЙЮЛ ПЮГКХВМШУ ОПНХГБНДМШУ ХГНАПЮФЕМХИ МЮ НЯМНБЕ ЯОЕЙРПЮКЭМШУ ХМДЕЙЯНБ. я БШОНКМЕМХЕЛ ЦХОЕПЯОЕЙРПЮКЭМНИ ЯЗЕЛЙХ ЯРЮКХ ЯНГДЮБЮРЭЯЪ ДЕЯЪРЙХ БХДНБ РЮЙХУ ХМДЕЙЯМШУ ХГНАПЮФЕМХИ. пЮГПЮАНРЙЮ ЛЕРНДНБ ХМРЕПТЕПНЛЕРПХВЕЯЙНИ НАПЮАНРЙХ ЛЮРЕПХЮКНБ ПЮДХНКНЙЮЖХНММНИ ЯЗЕЛЙ Х НРЙПШКЮ БНГЛНФМНЯРЭ БШЯНЙНРНВМШУ НОПЕДЕКЕМХИ ЯЛЕЫЕМХИ ГЕЛМНИ ОНБЕПУМНЯРХ. оЕПЕУНД Й ЖХТПНБШЛ ЛЕРНДЮЛ ЯЗЕЛЙХ, ПЮГБХРХЕ ЖХТПНБНИ ЯРЕПЕНЯЙНОХВЕЯЙНИ ЯЗЕЛЙХ Х ЯНГДЮМХЕ ЖХТПНБШУ ТНРНЦПЮЛЛЕРПХВЕЯЙХУ ЯХЯРЕЛ ПЮЯЬХПХКХ БНГЛНФМНЯРХ ТНРНЦПЮЛЛЕРПХВЕЯЙНИ НАПЮАНРЙХ ЙНЯЛХВЕЯЙХУ ЯМХЛЙНБ, ХЯОНКЭГСЕЛНИ ЦКЮБМШЛ НАПЮГНЛ ДКЪ ЯНГДЮМХЪ Х НАМНБКЕМХЪ РНОНЦПЮТХВЕЯЙХУ ЙЮПР.

уНРЪ НДМН ХГ НЯМНБМШУ ДНЯРНХМЯРБ ЙНЯЛХВЕЯЙХУ ЯМХЛЙНБ ГЮЙКЧВЮЕРЯЪ Б ЯНБЛЕЯРМНЛ НРНАПЮФЕМХХ БЯЕУ ЙНЛОНМЕМРНБ ГЕЛМНИ НАНКНВЙХ, НАЕЯОЕВХБЮЧЫЕЛ ЙНЛОКЕЙЯМНЯРЭ ХЯЯКЕДНБЮМХИ, РЕЛ МЕ ЛЕМЕЕ ОПХЛЕМЕМХЕ ЯМХЛЙНБ Б ПЮГКХВМШУ НАКЮЯРЪУ ХГСВЕМХЪ гЕЛКХ ЬКН ОНЙЮ ПЮГПНГМЕММН, РЮЙ ЙЮЙ БЕГДЕ РПЕАНБЮКЮЯЭ СЦКСАКЕММЮЪ ПЮГПЮАНРЙЮ ЯНАЯРБЕММШУ ЛЕРНДХЙ. хДЕЪ ЙНЛОКЕЙЯМШУ ХЯЯКЕДНБЮМХИ МЮХАНКЕЕ ОНКМН ПЕЮКХГНБЮМЮ ОПХ БШОНКМЕМХХ Б МЮЬЕИ ЯРПЮМЕ ОПНЦПЮЛЛШ ЙНЛОКЕЙЯМНИ ЙЮПРНЦПЮТХВЕЯЙНИ ХМБЕМРЮПХГЮЖХХ ОПХПНДМШУ ПЕЯСПЯНБ, ЙНЦДЮ ОН ЯМХЛЙЮЛ ЯНГДЮБЮКХЯЭ ЯЕПХХ БГЮХЛНСБЪГЮММШУ Х БГЮХЛНЯНЦКЮЯНБЮММШУ ЙЮПР. нЯНГМЮМХЕ МЮ ПСАЕФЕ БЕЙНБ ЩЙНКНЦХВЕЯЙХУ ОПНАКЕЛ, МЮБХЯЬХУ МЮД ВЕКНБЕВЕЯРБНЛ, Х ОЮПЮДХЦЛЮ ХГСВЕМХЪ гЕЛКХ ЙЮЙ ЯХЯРЕЛШ БМНБЭ ЮЙРХБХГХПНБЮКХ ЙНЛОКЕЙЯМШЕ ЛЕФНРПЮЯКЕБШЕ ХЯЯКЕДНБЮМХЪ.

юМЮКХГ ОПХЛЕМЕМХЪ ЯМХЛЙНБ Б ПЮГМШУ МЮОПЮБКЕМХЪУ ХЯЯКЕДНБЮМХИ ВЕРЙН ОНЙЮГШБЮЕР, ВРН ОПХ БЯЕЛ ЛМНЦННАПЮГХХ ПЕЬЮЕЛШУ ГЮДЮВ ЛЮЦХЯРПЮКЭМШИ ОСРЭ ОПЮЙРХВЕЯЙНЦН ХЯОНКЭГНБЮМХЪ ЮЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХУ ЯМХЛЙНБ КЕФХР ВЕПЕГ ЙЮПРС, ЙНРНПЮЪ ХЛЕЕР ЯЮЛНЯРНЪРЕКЭМНЕ ГМЮВЕМХЕ Х, ЙПНЛЕ РНЦН, ЯКСФХР АЮГНБНИ НЯМНБНИ цхя.

↑пЕЙНЛЕМДСЕЛЮЪ КХРЕПЮРСПЮ

1. йМХФМХЙНБ ч.т., йПЮБЖНБЮ б.х., рСРСАЮКХМЮ н.б. юЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХЕ ЛЕРНДШ ЦЕНЦПЮТХВЕЯЙХУ ХЯЯКЕДНБЮМХИ – л.:хГД.жЕМРП юЙЮДЕЛХЪ. 2004. 336 Я.

3. йПЮЯМНОЕБЖЕБ а.б. тНРНЦПЮЛЛЕРПХЪ. – л.:лххцюХй, 2008. – 160 Я.

2. кЮАСРХМЮ х.ю. дЕЬХТПХПНБЮМХЕ ЮЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХУ ЯМХЛЙНБ. – л.:юЯОЕЙР оПЕЯЯ. 2004. –184 Я.

4. яЛХПМНБ к.е. юЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХЕ ЛЕРНДШ ЦЕНЦПЮТХВЕЯЙХУ ХЯЯКЕДНБЮМХИ. – яоА.:хГД-БН я-оЕРЕПАСПЦЯЙНЦН СМ-РЮ, 2005. – 348 Я.

5. пХЯ. ц.с. нЯМНБШ ДХЯРЮМЖХНММНЦН ГНМДХПНБЮМХЪ. –л.: рЕУМНЯТЕПЮ, 2006, 336 Я.

6. Jensen J.R. Remote sensing of the environment: an Earth resource perspective. — Prentice Hall, 2000. — 544 p.

7. Short N.M. Remote Sensing Tutorial

юРКЮЯШ ЮЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХУ ЯМХЛЙНБ:

8. дЕЬХТПХПНБЮМХЕ ЛМНЦНГНМЮКЭМШУ ЮЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХУ ЯМХЛЙНБ. лЕРНДХЙЮ Х ПЕГСКЭРЮРШ. — л.: мЮСЙЮ; аЕПКХМ: юЙЮДЕЛХ-тЕПКЮЦ. — р. 1. — 1982. — 84 Я.;

9. дЕЬХТПХПНБЮМХЕ ЛМНЦНГНМЮКЭМШУ ЮЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХУ ЯМХЛЙНБ. яХЯРЕЛЮ «тПЮЦЛЕМР». лЕРНДХЙЮ Х ПЕГСКЭРЮРШ. — л.: мЮСЙЮ; аЕПКХМ: юЙЮДЕЛХ-тЕПКЮЦ. р. 2. — 1988. — 124 Я.

10. йНЯЛХВЕЯЙХЕ ЛЕРНДШ ЦЕНЩЙНКНЦХХ. — л.: хГД-БН лНЯЙ. СМ-РЮ, 1998. — 104 Я.

↑оПХМЖХОХЮКЭМЮЪ РЕУМНКНЦХВЕЯЙЮЪ ЯУЕЛЮ ДХЯРЮМЖХНММШУ ХЯЯКЕДНБЮМХИ гЕЛКХ

пХЯ. 1

мЮ ПХЯ.1 Б НАНАЫЕММНЛ БХДЕ ОПЕДЯРЮБКЕМЮ ОПХМЖХОХЮКЭМЮЪ ЯУЕЛЮ БШОНКМЕМХЪ ЮЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХУ ХЯЯКЕДНБЮМХИ. нМЮ БЙКЧВЮЕР НЯМНБМШЕ РЕУМНКНЦХВЕЯЙХЕ ЩРЮОШ: ОНКСВЕМХЕ ЯМХЛЙЮ НАЗЕЙРЮ ХЯЯКЕДНБЮМХЪ Х ДЮКЭМЕИЬСЧ ПЮАНРС ЯН ЯМХЛЙЮЛХ – ХУ ДЕЬХТПХПНБЮМХЕ Х ТНРНЦПЮЛЛЕРПХВЕЯЙСЧ НАПЮАНРЙС, Ю РЮЙФЕ ЙНМЕВМСЧ ЖЕКЭ ХЯЯКЕДНБЮМХИ – ЯНЯРЮБКЕММСЧ ОН ЯМХЛЙЮЛ ЙЮПРС, ЦЕНХМТНПЛЮЖХНММСЧ ЯХЯРЕЛС, ПЮГПЮАНРЮММШИ ОПНЦМНГ. оНЯЙНКЭЙС ОНКСВХРЭ МЕНАУНДХЛШЕ УЮПЮЙРЕПХЯРХЙХ ХГСВЮЕЛНЦН НАЗЕЙРЮ РНКЭЙН ОН ЯМХЛЙЮЛ АЕГ ЙЮЙХУ-КХАН МЮРСПМШУ НОПЕДЕКЕМХИ, АЕГ НАПЮЫЕМХЪ Й «ГЕЛМНИ ОПЮБДЕ» Б АНКЭЬХМЯРБЕ ЯКСВЮЕБ МЕБНГЛНФМН, МЕНАУНДХЛН ХУ ЩРЮКНМХПНБЮМХЕ. бЮФМШЛ ЩКЕЛЕМРНЛ ХЯЯКЕДНБЮМХИ ОН ЯМХЛЙЮЛ ЪБКЪЕРЯЪ РЮЙФЕ НЖЕМЙЮ ДНЯРНБЕПМНЯРХ Х РНВМНЯРХ ОНКСВЕММШУ ПЕГСКЭРЮРНБ. дКЪ ЩРНЦН ОПХУНДХРЯЪ ОПХБКЕЙЮРЭ ДПСЦСЧ ХМТНПЛЮЖХЧ Х НАПЮАЮРШБЮРЭ ЕЕ ХМШЛХ ЛЕРНДЮЛХ, ВРН РПЕАСЕР ДНОНКМХРЕКЭМШУ ГЮРПЮР.

Обратные задачи

Задачи ДЗ — это обратные задачи, т. е. такие, при решении которых вынуждены идти от результата к причине. К ним относятся все задачи обработки и интерпретации данных наблюдений

Теория обратных задач — самостоятельная математическая дисциплина, а ДЗ атмосферы — лишь одно из научно-технических направлений, для которых теория обратных задач является важной. В прикладном аспекте необходимо хорошо понимать, как ЭМИ взаимодействует с исследуемыми атмосферными объектами, формируя сигналы, которые используются для получения информации об атмосфере

В идеальном случае между измеренным параметром сигнала и оцениваемой характеристикой атмосферы существует взаимно однозначное соответствие. Но в реальных ситуациях всегда возникают характерные для обратных задач проблемы.

Рассмотрим простой пример, который относится к пассивному зондированию атмосферы. Предположим, что поглощающий газ в атмосфере характеризуется собственным излучением, зависящим от температуры газа. Это излучение воспринимается датчиком, расположенным на спутнике. Предположим также, что существует связь между длиной волны излучения и температурой, а температура зависит от высоты слоя атмосферы. Тогда знание взаимосвязи между интенсивностью излучения, длиной волны излучения и температурой газа дает способ оценки температуры атмосферного газа как функции длины волны и, следовательно, высоты. На самом деле ситуация намного сложнее по сравнению с описанным идеальным случаем. Излучение на заданной длине волны не исходит из одного слоя на соответствующей высоте, а распределено по толще атмосферы, поэтому нет взаимно однозначного соответствия между длиной волны и высотой, как это предполагалось для идеального случая, что вызывает размытость этой связи. Этот пример является типичным для многих обратных задач, где границы интегрирования зависят от особенностей конкретной задачи. Это уравнение известно, как интегральное уравнение Фредгольма первого рода. Оно характеризуется тем, что границы интеграла фиксированные, появляется только в подынтегральном выражении. Функция называется ядром или функцией ядра уравнения.

Разные задачи ДЗ сводятся к уравнению или к подобным уравнениям. Для решения таких задач необходимо выполнить обратное преобразование, чтобы по результатам измерений g. получить распределение. Такие обратные задачи называются некорректными, или некорректно поставленными задачами. Их решение ассоциировано с преодолением трех следующих трудностей. В принципе решение некорректной задачи может оказаться математически несуществующим, неоднозначным или неустойчивым. Отсутствие решения

С точки зрения ДЗ, опасные метеорологические явления (ОМЯ) можно рассматривать как объемно распределенные объекты, которые занимают определенные пространственные зоны в облачности или в безоблачной атмосфере (ясном небе). Физические признаки внешнего проявления ОМЯ, как правило, описываются параметрами, характеризующими интенсивность ОМЯ и которые в принципе можно измерять, например, параметры скорости ветра, напряженности электрического и магнитного полей, интенсивность осадков. Физические параметры ОМЯ рассмотрены.

Районы атмосферы, в которых параметры, характеризующие интенсивность ОМЯ, превышают некоторый заданный уровень, называются зонами ОМЯ. Процесс обнаружения ОМЯ и отнесение их зон к определенным пространственным координатам в заданное время на основании результатов ДЗ называется локализацией зон ОМЯ.

Таким образом, в процессе локализации средствами микроволнового ДЗ атмосферы обнаруживают зоны ОМЯ и определяют их местоположение в заданной системе координат. В ряде случаев можно оценить также степень интенсивности ОМЯ.

Локализация опасных для полетов зон бортовыми радиолокационными средствами — это оперативное обнаружение и определение местоположения с помощью метео-навигационных радиолокаторов (МНРЛС) и других боровых устройств, которые могут быть сопряжены с МНРЛС.

Сферы применения ДЗЗ

Сельское хозяйство

Определение вида и состояния растительности, идентификация видов почв.
Контроль сельхозугодий, оперативный мониторинг состояния посевных площадей, анализ вегетации по индексам NDVI.
Прогнозирование урожайности и засухи.

Картография

Создание и обновление топографических и навигационных карт.
Создание цифровой модели рельефа и ортофотопланов.
Тематическое картографирование.
Создание и обновление географической основы и планов местности.

Чрезвычайныеситуации

Оперативный мониторинг чрезвычайных ситуаций:

выявление очагов распространения пожаров и контроль за наводнениями;
моделирование ситуаций для предупреждения и ограничения последствий ЧС.

Ледоваяобстановка

Оценка состояния ледовой обстановки.
Обнаружение крупных ледяных полей, трещин (разломов), стамух, гряд торосов, полыньей, айсбергов и их характеристик, а также деградации и периода начала таяния льда.
Детектирование опасных ледяных образований.

Морскоймониторинг

Мониторинг количества и положения судов в акваториях морских портов, районах высокого судового трафика.
Мониторинг участков акваторий с активным ведением рыболовного промысла на предмет выявления пространственного положения рыболовецких судов (вплоть до крупных маломерных).

Экология и мониторинг водныхресурсов

Контроль загрязнения и деградации окружающей среды.
Выявление незаконных свалок ТБО.
Контроль водоохранных зон и заповедных районов.
Мониторинг механических и биологических загрязнений прибрежных акваторий морей.
Контроль выноса взвешенных веществ из устьев рек, крупных источников загрязнения, зон эвтрофирования водной массы.

Природные ресурсыи лесопользование

Исследование природных ресурсов;
Актуализация картографической информации для проектирования инфраструктуры новых месторождений;
Выявление участков нелегального недропользования с точным определением границ и площадей нарушенных территорий;
Обнаружение несанкционированных вырубок, идентификация поврежденных площадей после воздействия пожаров, ветровалов.

Строительство

Мониторинг состояния объектов строительства и реконструкции, в том числе энергетических комплексов и дорожно-транспортной инфраструктуры на различных стадиях: подготовка строительной площадки; земляные работы, включая прокладку коммуникаций, фундаментные работы; обустройство прилегающих территорий.
Получение данных о наличии строительной техники, о просадке грунта и оползнях в пределах стройплощадок.

↑лЕРНДШ ОНКСВЕМХЪ ХМТНПЛЮЖХХ ОН ЯМХЛЙЮЛ: ДЕЬХТПХПНБЮМХЕ Х ТНРНЦПЮЛЛЕРПХВЕЯЙХЕ ХГЛЕПЕМХЪ

мЕНАУНДХЛЮЪ ДКЪ ХЯЯКЕДНБЮМХИ ХМТНПЛЮЖХЪ (ОПЕДЛЕРМН-ЯНДЕПФЮРЕКЭМЮЪ Х ЦЕНЛЕРПХВЕЯЙЮЪ) ХГБКЕЙЮЕРЯЪ ХГ ЯМХЛЙНБ ДБСЛЪ НЯМНБМШЛХ ЛЕРНДЮЛХ, ЩРН ДЕЬХТПХПНБЮМХЕ Х ТНРНЦПЮЛЛЕРПХВЕЯЙХЕ ХГЛЕПЕМХЪ

дЕЬХТПХПНБЮМХЕ, ЙНРНПНЕ ДНКФМН ДЮРЭ НРБЕР МЮ НЯМНБМНИ БНОПНЯ – ВРН ХГНАПЮФЕМН МЮ ЯМХЛЙЕ, ОНГБНКЪЕР ОНКСВЮРЭ ОПЕДЛЕРМСЧ, РЕЛЮРХВЕЯЙСЧ (Б НЯМНБМНЛ ЙЮВЕЯРБЕММСЧ) ХМТНПЛЮЖХЧ НА ХГСВЮЕЛНЛ НАЗЕЙРЕ ХКХ ОПНЖЕЯЯЕ, ЕЦН ЯБЪГЪУ Я НЙПСФЮЧЫХЛХ НАЗЕЙРЮЛХ. б БХГСЮКЭМНЛ ДЕЬХТПХПНБЮМХХ НАШВМН БШДЕКЪЧР ВРЕМХЕ ЯМХЛЙНБ Х ХУ ХМРЕПОПЕРЮЖХЧ (РНКЙНБЮМХЕ). сЛЕМХЕ ВХРЮРЭ ЯМХЛЙХ АЮГХПСЕРЯЪ МЮ ГМЮМХХ ДЕЬХТПНБНВМШУ ОПХГМЮЙНБ НАЗЕЙРНБ Х ХГНАПЮГХРЕКЭМШУ ЯБНИЯРБ ЯМХЛЙНБ. цКСАХМЮ ФЕ ХМРЕПОПЕРЮЖХНММНЦН ДЕЬХТПХПНБЮМХЪ ЯСЫЕЯРБЕММН ГЮБХЯХР НР СПНБМЪ ОНДЦНРНБЙХ ХЯОНКМХРЕКЪ. вЕЛ КСВЬЕ ГМЮЕР ДЕЬХТПНБЫХЙ ОПЕДЛЕР ЯБНЕЦН ХЯЯКЕДНБЮМХЪ, РЕЛ ОНКМЕЕ Х ДНЯРНБЕПМЕЕ ХМТНПЛЮЖХЪ, ХГБКЕЙЮЕЛЮЪ ХГ ЯМХЛЙЮ.

тНРНЦПЮЛЛЕРПХВЕЯЙЮЪ НАПЮАНРЙЮ (ХГЛЕПЕМХЪ) ОПХГБЮМЮ ДЮРЭ НРБЕР МЮ БНОПНЯ – ЦДЕ МЮУНДХРЯЪ ХГСВЮЕЛШИ НАЗЕЙР Х ЙЮЙНБШ ЕЦН ЦЕНЛЕРПХВЕЯЙХЕ УЮПЮЙРЕПХЯРХЙХ: ПЮГЛЕП, ТНПЛЮ. дКЪ ЩРНЦН БШОНКМЪЕРЯЪ РПЮМЯТНПЛХПНБЮМХЕ ЯМХЛЙНБ, ХУ ХГНАПЮФЕМХЕ ОПХБНДХРЯЪ Б НОПЕДЕКЕММСЧ ЙЮПРНЦПЮТХВЕЯЙСЧ ОПНЕЙЖХЧ. щРН ОНГБНКЪЕР НОПЕДЕКЪРЭ ОН ЯМХЛЙЮЛ ОНКНФЕМХЕ НАЗЕЙРНБ Х ХУ ХГЛЕМЕМХЕ БН БПЕЛЕМХ.

яНБПЕЛЕММШЕ ЙНЛОЭЧРЕПМШЕ РЕУМНКНЦХХ ОНКСВЕМХЪ ХМТНПЛЮЖХХ ОН ЯМХЛЙЮЛ ОНГБНКЪЧР ПЕЬЮРЭ ЯКЕДСЧЫХЕ ЦПСООШ ГЮДЮВ:

БХГСЮКХГЮЖХЪ ЖХТПНБШУ ЯМХЛЙНБ;
ЦЕНЛЕРПХВЕЯЙХЕ Х ЪПЙНЯРМШЕ ОПЕНАПЮГНБЮМХЪ ЯМХЛЙНБ, БЙКЧВЮЪ ХУ ЙНППЕЙЖХЧ;
ЙНМЯРПСХПНБЮМХЕ МНБШУ ОПНХГБНДМШУ ХГНАПЮФЕМХИ ОН ОЕПБХВМШЛ ЯМХЛЙЮЛ;
НОПЕДЕКЕМХЕ ЙНКХВЕЯРБЕММШУ УЮПЮЙРЕПХЯРХЙ НАЗЕЙРНБ;
ЙНЛОЭЧРЕПМНЕ ДЕЬХТПХПНБЮМХЕ ЯМХЛЙНБ (ЙКЮЯЯХТХЙЮЖХЪ).

дКЪ БШОНКМЕМХЪ ЙНЛОЭЧРЕПМНЦН ДЕЬХТПХПНБЮМХЪ ОПХЛЕМЪЧР МЮХАНКЕЕ ПЮЯОПНЯРПЮМЕММШИ ОНДУНД, НЯМНБЮММШИ МЮ ЯОЕЙРПЮКЭМШУ ОПХГМЮЙЮУ, Б ЙЮВЕЯРБЕ ЙНРНПШУ ЯКСФХР МЮАНП ЯОЕЙРПЮКЭМШУ ЪПЙНЯРЕИ, ГЮПЕЦХЯРПХПНБЮММШУ ЛМНЦНГНМЮКЭМШЛ ЯМХЛЙНЛ. тНПЛЮКЭМЮЪ ГЮДЮВЮ ЙНЛОЭЧРЕПМНЦН ДЕЬХТПХПНБЮМХЪ ЯМХЛЙНБ ЯБНДХРЯЪ Й ЙКЮЯЯХТХЙЮЖХХ — ОНЯКЕДНБЮРЕКЭМНИ «ЯНПРХПНБЙЕ» БЯЕУ ОХЙЯЕКНБ ЖХТПНБНЦН ЯМХЛЙЮ МЮ МЕЯЙНКЭЙН ЦПСОО. дКЪ ЩРНЦН ОПЕДКНФЕМШ ЮКЦНПХРЛШ ЙКЮЯЯХТХЙЮЖХХ ДБСУ БХДНБ — Я НАСВЕМХЕЛ Х АЕГ НАСВЕМХЪ, ХКХ ЙКЮЯРЕПХГЮЖХХ (НР ЮМЦК. cluster — ЯЙНОКЕМХЕ, ЦПСООЮ). оПХ ЙКЮЯЯХТХЙЮЖХХ Я НАСВЕМХЕЛ ОХЙЯЕКШ ЛМНЦНГНМЮКЭМНЦН ЯМХЛЙЮ ЦПСООХПСЧРЯЪ МЮ НЯМНБЕ ЯПЮБМЕМХЪ ХУ ЪПЙНЯРЕИ Б ЙЮФДНИ ЯОЕЙРПЮКЭМНИ ГНМЕ Я ЩРЮКНММШЛХ ГМЮВЕМХЪЛХ. оПХ ЙКЮЯРЕПХГЮЖХХ ФЕ БЯЕ ОХЙЯЕКШ ПЮГДЕКЪЧР МЮ ЦПСООШ-ЙКЮЯРЕПШ ОН ЙЮЙНЛС-КХАН ТНПЛЮКЭМНЛС ОПХГМЮЙС, МЕ ОПХАЕЦЮЪ Й НАСВЮЧЫХЛ ДЮММШЛ. гЮРЕЛ ЙКЮЯРЕПШ, ОНКСВЕММШЕ Б ПЕГСКЭРЮРЕ ЮБРНЛЮРХВЕЯЙНИ ЦПСООХПНБЙХ ОХЙЯЕКНБ, ДЕЬХТПНБЫХЙ НРМНЯХР Й РЕЛ ХКХ ХМШЛ НАЗЕЙРЮЛ. дНЯРНБЕПМНЯРЭ ЙНЛОЭЧРЕПМНЦН ДЕЬХТПХПНБЮМХЪ ТНПЛЮКЭМН УЮПЮЙРЕПХГСЕРЯЪ НРМНЬЕМХЕЛ ВХЯКЮ ОПЮБХКЭМН ЙКЮЯЯХТХЖХПСЕЛШУ ОХЙЯЕКНБ Й ХУ НАЫЕЛС ВХЯКС.

бШВХЯКХРЕКЭМШЕ ЮКЦНПХРЛШ, НЯМНБЮММШЕ МЮ ЯОЕЙРПЮКЭМШУ ОПХГМЮЙЮУ НРДЕКЭМШУ ОХЙЯЕКНБ, НАЕЯОЕВХБЮЧР МЮДЕФМНЕ ПЕЬЕМХЕ РНКЭЙН ЯЮЛШУ ОПНЯРШУ ЙКЮЯЯХТХЙЮЖХНММШУ ГЮДЮВ; НМХ ПЮЖХНМЮКЭМН БЙКЧВЮЧРЯЪ Б ЙЮВЕЯРБЕ ЩКЕЛЕМРНБ Б ЯКНФМШИ ОПНЖЕЯЯ БХГСЮКЭМНЦН ДЕЬХТПХПНБЮМХЪ, ЙНРНПНЕ ОНЙЮ НЯРЮЕРЯЪ НЯМНБМШЛ ЛЕРНДНЛ ХГБКЕВЕМХЪ ОПХПНДМНИ Х ЯНЖХЮКЭМН-ЩЙНМНЛХВЕЯЙНИ ХМТНПЛЮЖХХ ХГ ЮЩПНЙНЯЛХВЕЯЙХУ ЯМХЛЙНБ.

Из истории

В космических программах 1960– 70-х гг. прошлого столетия все большее место стали занимать съемки земной поверхности. В гражданской терминологии это получило название дистанционного зондирования Земли. Возможность ведения фотографической и радиотехнической разведки имела огромное значение для силовых структур и, в первую очередь, для Министерства обороны СССР. Для этой цели предполагалось использование пилотируемых и непилотируемых орбитальных станций. Противостояние США и СССР было в самом разгаре, в том числе в космосе. В нашей стране в ОКБ-52 (ныне “НПО машиностроения») под руководством Владимира Николаевича Челомея по программе “Алмаз» разрабатывалась серия орбитальных пилотируемых станций, именуемых в печати “Салют».

Станция оснащалась телескопом-фотоаппаратом и длиннофокусными фотокамерами (телескоп-фотоаппарат “Агат-1″). Для скоростной передачи информации со станции на пункты приема была необходима линия связи. Задача создания такой линии была поручена НИИ-129 (ныне ОАО МНИРТИ). Собственно, фототелевизионную систему, которая называлась “Печора», разрабатывал ленинградский НИИ-380 (ныне ОАО НИИТ). Этот институт имел огромный опыт по созданию аналогичных систем для авиации. Первой космической системой был проект “Енисей». Она позволила с помощью космического аппарата “Луна-3″ рассмотреть в октябре 1959 г. обратную сторону Луны.

Для наблюдения наземных объектов была создана система “Байкал», способная работать в автоматическом режиме. Четкость изображения в этой системе составляла 1500 строк. “Печора» была более совершенной системой и по четкости достигала 18 000 строк.

Наземная часть телевизионной системы, создаваемая НИИ-129, состояла из приемного телевизионного регистрирующего комплекса высокой разрешающей способности ПТРК, который, в свою очередь, состоял из двух частей: приемной части радиолинии ПЧРЛ с антенной П-100 и аппаратуры телевизионного регистрирующего комплекса ТРК ПА-200. Эта работа проводилась совместно с НИИ-380.

Бортовая аппаратура включала бортовой передатчик сантиметрового диапазона (шифр “Бирюза») и бортовую антенну. Максимальная скорость по линии “космос–Земля» составляла 360 Мбит/с.

На долю автора этих строк и его лаборатории в НИИ-129 выпала разработка бортового передатчика. Задача оказалась непростой. Заданная скорость передачи не обеспечивалась существующей элементной базой. Возникли трудности с поддержанием необходимой стабильности частоты. С другой стороны, проблема была увлекательной благодаря своей неординарности. И решение было найдено. Тщательный анализ подтвердил правильность очередного варианта, и даже, более того, появлялась возможность создания одного резервного канала передачи. Последующие испытания лабораторного макета не оставили места для сомнений.

К концу 1976 г. все работы были закончены. Приемный комплекс был готов к приему информации. Наш первый опыт работы с высокоскоростной линией связи состоялся в феврале 1977 г. Информация передавалась со станции “Салют-5″, которая была запущена 22 июня 1976 г.

В один из этих дней на подмосковный ПТРК была сброшена информация об объектах, заснятых в разных точках земного шара. Эта информация с помощью специального оборудования НИИ-380 была преобразована в фотоснимки. По случаю удачного проведения испытаний на ПТРК нашими заказчиками было организовано совещание основных исполнителей программы непосредственно на пункте приема. Ряд фотографий показали присутствующим. Все были поражены их высоким качеством. На борту корабля четко читались нанесенные цифры. В 1978 г. по ряду политических причин работы по программе “Алмаз» были прекращены. Но идеи, заложенные в работах по “Алмазу», нашли свое продолжение в других космических системах. И это относится также к работам по дистанционному зондированию Земли и радио- и фотооптической разведке.