Спутниковые снимки (также снимки наблюдения за Землей , космическая фотография или просто спутниковое фото ) — это изображения Земли, собранные с помощью спутников, эксплуатируемых правительствами и компаниями по всему миру. Компании, занимающиеся спутниковыми снимками, продают изображения, лицензируя их правительствам и компаниям, таким как Apple Maps и Google Maps .
Первые снимки из космоса были сделаны во время суборбитальных полетов . Запущенный США полет V-2 24 октября 1946 года делал один снимок каждые 1,5 секунды. С апогеем 65 миль (105 км) эти фотографии были сделаны в пять раз выше предыдущего рекорда, 13,7 миль (22 км) миссии воздушного шара Explorer II в 1935 году. [1] Первые спутниковые (орбитальные) фотографии Земли были сделаны 14 августа 1959 года американским Explorer 6. [ 2] [3] Первые спутниковые фотографии Луны , возможно, были сделаны 6 октября 1959 года советским спутником Луна 3 во время миссии по фотографированию обратной стороны Луны. Фотография Blue Marble была сделана из космоса в 1972 году и стала очень популярной в средствах массовой информации и среди общественности. Также в 1972 году Соединенные Штаты запустили программу Landsat , крупнейшую программу по получению изображений Земли из космоса. В 1977 году первые спутниковые изображения в реальном времени были получены спутниковой системой США KH-11 . Последний спутник Landsat, Landsat 9 , был запущен 27 сентября 2021 года. [4]
Все спутниковые снимки, сделанные NASA, публикуются NASA Earth Observatory и находятся в свободном доступе для общественности. В нескольких других странах есть программы спутниковой съемки, а совместные европейские усилия запустили спутники ERS и Envisat с различными датчиками. Существуют также частные компании, которые предоставляют коммерческие спутниковые снимки. В начале 21-го века спутниковые снимки стали широко доступны, когда доступное, простое в использовании программное обеспечение с доступом к базам данных спутниковых снимков было предложено несколькими компаниями и организациями.
Спутниковые снимки имеют многочисленные применения в самых разных областях.
Менее распространенное применение включает в себя поиск аномалий — критикуемую методику исследования, включающую поиск необъяснимых явлений на спутниковых снимках. [5]
Спектр спутниковых изображений разнообразен, включая видимый свет, ближний инфракрасный свет, инфракрасный свет и радар и многие другие. Этот широкий диапазон световых частот может предоставить исследователям большие объемы полезной и богатой информации. В дополнение к спутниковым приложениям, упомянутым выше , эти данные могут служить мощными образовательными инструментами, продвигать научные исследования и способствовать более глубокому пониманию нашей окружающей среды. Это показывает, что спутниковые изображения предоставляют богатую информацию и могут способствовать глобальному развитию.
При обсуждении спутниковых снимков в дистанционном зондировании выделяют пять типов разрешения : пространственное, спектральное, временное, радиометрическое и геометрическое. Кэмпбелл (2002) [6] определяет их следующим образом:
Разрешение спутниковых снимков варьируется в зависимости от используемого инструмента и высоты орбиты спутника. Например, архив Landsat предлагает повторные снимки с разрешением 30 метров для планеты, но большая их часть не была обработана из необработанных данных. Landsat 7 имеет средний период возврата 16 дней. Для многих небольших территорий могут быть доступны изображения с разрешением до 41 см. [7]
Спутниковые снимки иногда дополняются аэрофотоснимками , которые имеют более высокое разрешение, но стоят дороже за квадратный метр. Спутниковые снимки можно комбинировать с векторными или растровыми данными в ГИС при условии, что снимки были пространственно исправлены, чтобы они были правильно выровнены с другими наборами данных.
Спутниковые снимки поверхности Земли имеют достаточную общественную ценность, поэтому многие страны поддерживают программы спутниковых снимков. Соединенные Штаты стали лидерами в предоставлении этих данных в свободном доступе для научного использования. Некоторые из наиболее популярных программ перечислены ниже, а недавно за ними последовала спутниковая группировка Sentinel Европейского Союза .
Программа CORONA представляла собой серию американских стратегических разведывательных спутников, созданных и эксплуатируемых Управлением по науке и технологиям Центрального разведывательного управления (ЦРУ) при существенной помощи со стороны ВВС США . Тип изображения — панорамная мокрая пленка , и для получения стереографических изображений использовались две камеры (AFT и FWD).
Landsat — старейшая программа непрерывной спутниковой съемки Земли. Оптические снимки Landsat собираются с разрешением 30 м с начала 1980-х годов. Начиная с Landsat 5 , также собираются тепловые инфракрасные снимки (с более грубым пространственным разрешением, чем оптические данные). Спутники Landsat 7 , Landsat 8 и Landsat 9 в настоящее время находятся на орбите.
MODIS собирает почти ежедневные спутниковые снимки Земли в 36 спектральных диапазонах с 2000 года. MODIS находится на борту спутников NASA Terra и Aqua.
В настоящее время ЕКА разрабатывает созвездие спутников Sentinel . В настоящее время запланировано 7 миссий, каждая для разных приложений. Sentinel-1 (SAR-съемка), Sentinel-2 (декаметровая оптическая съемка земных поверхностей) и Sentinel-3 (гектометровая оптическая и тепловая съемка земных и водных поверхностей) уже запущены.
ASTER — это инструмент для получения изображений на борту Terra, флагманского спутника Системы наблюдения за Землей (EOS) NASA, запущенного в декабре 1999 года. ASTER — это совместный проект NASA, Министерства экономики, торговли и промышленности Японии (METI) и Japan Space Systems (J-spacesystems). Данные ASTER используются для создания подробных карт температуры поверхности земли, отражательной способности и высоты. Координированная система спутников EOS, включая Terra, является основным компонентом Управления научных миссий NASA и Отдела наук о Земле. Целью NASA Earth Science является разработка научного понимания Земли как интегрированной системы, ее реакции на изменения и лучшее прогнозирование изменчивости и тенденций в климате, погоде и стихийных бедствиях. [8]
Геостационарный метеорологический спутник Meteosat -2 начал работу для передачи изображений 16 августа 1981 года. Eumetsat эксплуатирует Meteosat с 1987 года.
Серия спутников Himawari представляет собой значительный шаг вперед в метеорологических наблюдениях и мониторинге окружающей среды. Благодаря передовым технологиям получения изображений и частым обновлениям данных Himawari-8 и Himawari-9 стали незаменимыми инструментами для прогнозирования погоды, управления стихийными бедствиями и исследования климата, принося пользу не только Японии, но и всему Азиатско-Тихоокеанскому региону.
Несколько спутников строятся и обслуживаются частными компаниями, как указано ниже.
Спутник GeoEye-1 компании GeoEye был запущен 6 сентября 2008 года. [9] Спутник GeoEye-1 имеет систему получения изображений с высоким разрешением и способен собирать изображения с разрешением на местности 0,41 метра (16 дюймов) в панхроматическом или черно-белом режиме. Он собирает многоспектральные или цветные изображения с разрешением 1,65 метра или около 64 дюймов.
Спутник WorldView-2 компании Maxar предоставляет коммерческие спутниковые снимки с высоким разрешением и пространственным разрешением 0,46 м (только панхроматические). [10] Разрешение 0,46 метра панхроматических изображений WorldView-2 позволяет спутнику различать объекты на земле, находящиеся на расстоянии не менее 46 см друг от друга. Аналогично спутник QuickBird компании Maxar предоставляет панхроматические изображения с разрешением 0,6 метра (в надире ).
Спутник WorldView-3 компании Maxar обеспечивает получение коммерческих спутниковых снимков высокого разрешения с пространственным разрешением 0,31 м. WVIII также оснащен коротковолновым инфракрасным датчиком и атмосферным датчиком. [11]
Созвездие Pléiades состоит из двух спутников оптической съемки Земли с очень высоким разрешением (50 сантиметров панорама и 2,1 метра спектр) . Pléiades-HR 1A и Pléiades-HR 1B обеспечивают покрытие поверхности Земли с циклом повторения 26 дней. Разработанная как двойная гражданско-военная система, Pléiades будет удовлетворять требованиям к космическим снимкам европейской обороны, а также гражданским и коммерческим потребностям. Pléiades Neo[12] — это передовая оптическая группировка с четырьмя идентичными спутниками с разрешением 30 см и быстрой реакцией.
Три спутника SPOT на орбите (Spot 5, 6, 7) предоставляют изображения с очень высоким разрешением – 1,5 м для панхроматического канала, 6 м для мультиспектрального (R,G,B,NIR). Spot Image также распространяет данные с несколькими разрешениями с других оптических спутников, в частности с Formosat-2 ( Тайвань ) и Kompsat-2 ( Южная Корея ), а также с радиолокационных спутников (TerraSar-X, ERS, Envisat, Radarsat). Spot Image также является эксклюзивным дистрибьютором данных со спутников высокого разрешения Pleiades с разрешением 0,50 метра или около 20 дюймов. Запуски состоялись в 2011 и 2012 годах соответственно. Компания также предлагает инфраструктуру для приема и обработки, а также дополнительные опции.
Planet Labs управляет тремя созвездиями спутниковой съемки: RapidEye , Dove и SkySat .
В 2015 году Planet приобрела BlackBridge и ее созвездие из пяти спутников RapidEye, запущенных в августе 2008 года. [13] Созвездие RapidEye содержит идентичные мультиспектральные датчики, которые одинаково откалиброваны. Таким образом, изображение с одного спутника будет эквивалентно изображению с любого из четырех других, что позволит собирать большой объем изображений (4 миллиона км2 в день) и ежедневно посещать область. Каждый из них движется по одной и той же орбитальной плоскости на высоте 630 км и предоставляет изображения с размером пикселя 5 метров. Спутниковые изображения RapidEye особенно подходят для сельскохозяйственных, экологических, картографических и чрезвычайных ситуаций. Компания не только предлагает свои изображения, но и консультирует своих клиентов для создания услуг и решений на основе анализа этих изображений. Созвездие RapidEye было выведено из эксплуатации Planet в апреле 2020 года.
Спутники Dove компании Planet представляют собой кубсаты весом 4 килограмма (8,8 фунта), размерами 10 на 10 на 30 сантиметров (3,9 дюйма × 3,9 дюйма × 11,8 дюйма) в длину, ширину и высоту [14] , вращаются на орбите на высоте около 400 километров (250 миль) и предоставляют изображения с разрешением 3–5 метров (9,8–16,4 фута) и используются в экологических, гуманитарных и коммерческих целях. [15] [16]
SkySat — это созвездие спутников наблюдения за Землей с субметровым разрешением , которые предоставляют изображения, видео высокой четкости и аналитические услуги. [17] Planet приобрела спутники, купив Terra Bella (ранее Skybox Imaging), компанию из Маунтин-Вью, Калифорния, основанную в 2009 году Дэном Беркенстоком, Джулианом Манном, Джоном Фенвиком и Чинг-Ю Ху [18] у Google в 2017 году. [19]
Спутники SkySat основаны на использовании недорогой автомобильной электроники и быстрых коммерчески доступных процессоров, [20] но масштабированы примерно до размера мини-холодильника . [21] Спутники имеют длину около 80 сантиметров (31 дюйм) по сравнению с примерно 30 сантиметрами (12 дюймами) для 3U CubeSat и весят 100 килограммов (220 фунтов). [21]
Спутники наблюдения за ресурсами Земли , более известные как спутники "EROS", представляют собой легкие, низкоорбитальные спутники с высоким разрешением, предназначенные для быстрого маневрирования между целями съемки. На коммерческом рынке спутников с высоким разрешением EROS является самым маленьким спутником с очень высоким разрешением; он очень маневренный и, таким образом, обеспечивает очень высокую производительность. Спутники размещены на круговой солнечно-синхронной околополярной орбите на высоте 510 км (± 40 км). Приложения для получения изображений со спутников EROS в первую очередь предназначены для разведки, внутренней безопасности и целей национального развития, но также используются в широком спектре гражданских приложений, включая: картографирование, пограничный контроль, планирование инфраструктуры, сельскохозяйственный мониторинг, мониторинг окружающей среды , реагирование на стихийные бедствия, обучение и моделирование и т. д.
EROS A – панхроматический спутник высокого разрешения с разрешением 1,9–1,2 м был запущен 5 декабря 2000 года.
EROS B – второе поколение спутников сверхвысокого разрешения с панхроматическим разрешением 70 см, был запущен 25 апреля 2006 года.
EROS C2 — третье поколение спутников сверхвысокого разрешения с панхроматическим разрешением 30 см, было запущено в 2021 году.
EROS C3 — третье поколение спутников сверхвысокого разрешения с панхроматическим и мультиспектральным разрешением 30 см, было запущено в 2023 году.
GaoJing-1 / SuperView-1 (01, 02, 03, 04) — это коммерческая группировка китайских спутников дистанционного зондирования, контролируемая China Siwei Surveying and Mapping Technology Co. Ltd. Четыре спутника работают на высоте 530 км и сдвинуты на 90° друг относительно друга на одной орбите, обеспечивая панхроматическое разрешение 0,5 м и мультиспектральное разрешение 2 м в полосе обзора 12 км. [22] [23]
Поскольку общая площадь суши на Земле очень велика, а разрешение относительно высокое, базы данных спутниковых изображений огромны, а обработка изображений (создание полезных изображений из необработанных данных) занимает много времени. [ требуется ссылка ] Часто требуется предварительная обработка, например, удаление полос с изображения . В зависимости от используемого датчика погодные условия могут влиять на качество изображения. Например, сложно получить изображения для областей с частым облачным покровом, таких как вершины гор. По этим причинам общедоступные наборы данных спутниковых изображений обычно обрабатываются для визуального или научного коммерческого использования третьими лицами.
Коммерческие спутниковые компании не размещают свои изображения в общественном достоянии и не продают их; вместо этого необходимо приобрести лицензию на использование их изображений. Таким образом, возможность законного создания производных работ из коммерческих спутниковых изображений уменьшается.
Некоторые люди, которые не хотят, чтобы их собственность была видна сверху, высказывают опасения по поводу конфиденциальности . Google Maps отвечает на такие опасения в своем FAQ следующим заявлением: «Мы понимаем ваши опасения по поводу конфиденциальности... Изображения, которые отображает Google Maps, ничем не отличаются от тех, что может увидеть любой, кто пролетает или проезжает мимо определенного географического местоположения». [24]
