Спутниковые изображения (также изображения наблюдения Земли , космические фотографии или просто спутниковые фотографии ) — это изображения Земли, полученные с помощью спутников для получения изображений , которыми управляют правительства и предприятия по всему миру. Компании, занимающиеся спутниковой съемкой, продают изображения, лицензируя их правительствам и предприятиям, таким как Apple Maps и Google Maps .
Первые снимки из космоса были сделаны во время суборбитальных полетов . Запущенный США полет Фау-2 24 октября 1946 года делал одно изображение каждые 1,5 секунды. С апогеем в 65 миль (105 км) эти фотографии были в пять раз выше предыдущего рекорда, 13,7 миль (22 км), сделанного миссией на воздушном шаре Explorer II в 1935 году. [1] Первые спутниковые (орбитальные) фотографии Земля была открыта 14 августа 1959 года американским кораблем «Эксплорер 6» . [2] [3] Первые спутниковые фотографии Луны могли быть сделаны 6 октября 1959 года советским спутником « Луна-3 » во время миссии по фотографированию обратной стороны Луны. Фотография «Голубой мрамор» 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 снимки в реальном времени были получены американской спутниковой системой KH-11 . Последний спутник Landsat, Landsat 9 , был запущен 27 сентября 2021 года. [4]
Все спутниковые изображения, созданные НАСА , публикуются Обсерваторией Земли НАСА и находятся в свободном доступе для общественности. В нескольких других странах есть программы спутниковой съемки, а совместные европейские усилия запустили спутники ERS и Envisat , оснащенные различными датчиками. Есть также частные компании, которые предоставляют коммерческие спутниковые снимки. В начале XXI века спутниковые изображения стали широко доступны, когда несколько компаний и организаций предложили доступное и простое в использовании программное обеспечение с доступом к базам данных спутниковых изображений.
Спутниковые изображения имеют множество применений в метеорологии , океанографии , рыболовстве , сельском хозяйстве , сохранении биоразнообразия , лесном хозяйстве , ландшафте , геологии , картографии , региональном планировании , образовании , разведке и военном деле. Менее распространенные применения включают поиск аномалий — критикуемый метод исследования, включающий поиск на спутниковых изображениях необъяснимых явлений. [5] Изображения могут быть в видимых цветах и в других спектрах . Существуют также карты высот , обычно составленные по радиолокационным изображениям. Интерпретация изображений и анализ спутниковых снимков проводится с использованием специализированного программного обеспечения дистанционного зондирования Земли .
При обсуждении спутниковых изображений в дистанционном зондировании существует пять типов разрешения: пространственное, спектральное, временное, радиометрическое и геометрическое. Кэмпбелл (2002) [6] определяет их следующим образом:
Разрешение спутниковых изображений варьируется в зависимости от используемого инструмента и высоты орбиты спутника. Например, архив Landsat предлагает повторные изображения планеты с разрешением 30 метров, но большая их часть не была обработана на основе необработанных данных. Средний период возврата Landsat 7 составляет 16 дней. Для многих небольших территорий могут быть доступны изображения с разрешением до 41 см. [7]
Спутниковые снимки иногда дополняются аэрофотосъемкой , которая имеет более высокое разрешение, но стоит дороже за квадратный метр. Спутниковые изображения можно комбинировать с векторными или растровыми данными в ГИС при условии, что изображения были пространственно исправлены и правильно согласованы с другими наборами данных.
Спутниковые снимки поверхности Земли имеют достаточную общественную полезность, поэтому во многих странах существуют программы спутниковых снимков. Соединенные Штаты лидировали в предоставлении этих данных в свободный доступ для научного использования. Ниже перечислены некоторые из наиболее популярных программ, за которыми недавно последовала группа Sentinel Европейского Союза.
Программа CORONA представляла собой серию американских стратегических разведывательных спутников, произведенных и эксплуатируемых Управлением науки и технологий Центрального разведывательного управления (ЦРУ) при существенной поддержке ВВС США . Тип изображения — панорама на мокрую пленку, для съемки стереографических изображений использовались две камеры (AFT и FWD).
Landsat — старейшая программа непрерывного спутникового наблюдения Земли. Оптические изображения Landsat собираются с разрешением 30 м с начала 1980-х годов. Начиная с Landsat 5 , также собирались тепловые инфракрасные изображения (с более грубым пространственным разрешением, чем оптические данные). Спутники Landsat 7 , Landsat 8 и Landsat 9 в настоящее время находятся на орбите.
С 2000 года MODIS почти ежедневно собирает спутниковые изображения Земли в 36 спектральных диапазонах. MODIS находится на борту спутников НАСА Terra и Aqua.
В настоящее время ЕКА разрабатывает группировку спутников Sentinel . В настоящее время запланировано 7 миссий, каждая для своего применения. Sentinel-1 (SAR-изображение), Sentinel-2 (декаметровое оптическое изображение земной поверхности) и Sentinel-3 (гектометровое оптическое и тепловизионное изображение суши и воды) уже запущены.
ASTER — это инструмент визуализации на борту «Терры», флагманского спутника системы наблюдения Земли НАСА (EOS), запущенного в декабре 1999 года. ASTER — это совместная работа НАСА, Министерства экономики, торговли и промышленности Японии (METI) и Japan Space Systems (Japan Space Systems). J-космические системы). Данные ASTER используются для создания подробных карт температуры, отражательной способности и высоты поверхности земли. Скоординированная система спутников EOS, включая Terra, является основным компонентом Управления научных миссий НАСА и Отдела наук о Земле. Целью НАСА по наукам о Земле является развитие научного понимания Земли как интегрированной системы, ее реакции на изменения, а также лучшее прогнозирование изменчивости и тенденций климата, погоды и стихийных бедствий. [8]
Геостационарный метеорологический спутник Meteosat -2 начал работу по предоставлению изображений 16 августа 1981 года. Eumetsat управляет спутниками Meteosat с 1987 года.
Несколько спутников строятся и обслуживаются частными компаниями.
Спутник GeoEye-1 компании GeoEye был запущен 6 сентября 2008 года. [9] Спутник GeoEye-1 оснащен системой получения изображений высокого разрешения и способен собирать изображения с наземным разрешением 0,41 метра (16 дюймов) в панхроматическом или черно-белом режиме. . Он собирает мультиспектральные или цветные изображения с разрешением 1,65 метра или около 64 дюймов.
Спутник Maxar WorldView-2 обеспечивает получение коммерческих спутниковых изображений высокого разрешения с пространственным разрешением 0,46 м (только панхроматическое). [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 Maxar QuickBird обеспечивает панхроматические изображения с разрешением 0,6 метра (в надире ).
Спутник Maxar WorldView-3 обеспечивает получение коммерческих спутниковых изображений высокого разрешения с пространственным разрешением 0,31 м. WVIII также оснащен коротковолновым инфракрасным датчиком и атмосферным датчиком [11].
Созвездие Плеяды состоит из двух оптических спутников очень высокого разрешения (панорамирование 50 сантиметров и спектральное расстояние 2,1 метра) . Pléiades-HR 1A и Pléiades-HR 1B обеспечивают покрытие поверхности Земли с повторяющимся циклом в 26 дней. Разработанный как двойная гражданская/военная система, «Плеяды» будут отвечать требованиям европейской обороны к космическим изображениям, а также гражданским и коммерческим потребностям. Плеяды Нео[ 12 ] - это современное оптическое созвездие, состоящее из четырех идентичных спутников с разрешением 30 см и быстрой реактивностью.
Три спутника SPOT на орбите (Spot 5, 6, 7) обеспечивают изображения очень высокого разрешения – 1,5 м для панхроматического канала, 6 м для мультиспектрального (R,G,B,NIR). Spot Image также распространяет данные мультиразрешения 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 произошли в 2011 и 2012 годах соответственно. Компания также предлагает инфраструктуру для приема и обработки, а также дополнительные возможности.
В 2015 году Planet приобрела BlackBridge и ее группировку из пяти спутников RapidEye , запущенную в августе 2008 года. [13] Группировка 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 км 2 в день) и ежедневно посещать тот или иной район. Каждый из них движется по одной и той же орбитальной плоскости на высоте 630 км и передает изображения размером пикселя 5 метров. Спутниковые изображения RapidEye особенно подходят для применения в сельском хозяйстве, окружающей среде, картографии и борьбе со стихийными бедствиями. Компания не только предлагает свои изображения, но и консультирует своих клиентов по созданию услуг и решений на основе анализа этих изображений. Созвездие RapidEye было снято с производства Planet в апреле 2020 года.
Спутники наблюдения за ресурсами Земли , более известные как спутники «EROS», представляют собой легкие спутники с низкой околоземной орбитой и высоким разрешением, предназначенные для быстрого маневрирования между объектами съемки. На рынке коммерческих спутников высокого разрешения EROS является самым маленьким спутником очень высокого разрешения; он очень маневренный и, таким образом, обеспечивает очень высокую производительность. Спутники развернуты на круговой солнечно-синхронной околополярной орбите на высоте 510 км (± 40 км). Приложения спутниковых изображений EROS предназначены в первую очередь для целей разведки, национальной безопасности и 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 - спутник высокого разрешения с панхроматическим разрешением 1,9–1,2 м, запущен 5 декабря 2000 года.
EROS B - второе поколение спутников очень высокого разрешения с панхроматическим разрешением 70 см, было запущено 25 апреля 2006 года.
GaoJing-1 / SuperView-1 (01, 02, 03, 04) — коммерческая группировка китайских спутников дистанционного зондирования Земли, контролируемая компанией China Siwei Surveying and Mapping Technology Co. Ltd. Четыре спутника работают на высоте 530 км и имеют фазированное 90° друг от друга на одной и той же орбите, что обеспечивает панхроматическое разрешение 0,5 м и мультиспектральное разрешение 2 м на полосе обзора 12 км. [14] [15]
Поскольку общая площадь суши на Земле очень велика и разрешение относительно высокое, спутниковые базы данных огромны, а обработка изображений (создание полезных изображений из необработанных данных) занимает много времени. [ нужна цитация ] Часто требуется предварительная обработка, такая как удаление полос изображения . В зависимости от используемого датчика погодные условия могут влиять на качество изображения: например, трудно получить изображения для областей с частым облачным покровом, таких как вершины гор. По этим причинам общедоступные наборы данных спутниковых изображений обычно обрабатываются третьими сторонами для визуального или научного коммерческого использования.
Компании, занимающиеся коммерческими спутниками, не размещают свои изображения в открытом доступе и не продают их; вместо этого необходимо получить лицензию на использование их изображений. Таким образом, снижается возможность легального создания производных произведений на основе коммерческих спутниковых изображений.
Проблемы конфиденциальности высказывались некоторыми, кто не хотел, чтобы их собственность была показана сверху. Карты Google отвечают на такие опасения в своих часто задаваемых вопросах следующим заявлением: «Мы понимаем вашу озабоченность конфиденциальностью... Изображения, которые отображает Карты Google, ничем не отличаются от тех, которые может увидеть любой, кто пролетает или проезжает мимо определенного географического места. " [16]
