ТЕХНОЛОГИИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

EARTH REMOTE SENSING TECHNOLOGIES

Maria Sabirova

master's student, Department of Geodesy and Cadastral Activity, Industrial University of Tyumen,

Russia, Tyumen

Elena Chernykh

scientific adviser, candidate of Sciences in Economics, associate professor, Industrial University of Tyumen,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

В статье описывается значимость использования дистанционного зондирования Земли. При дистанционном зондировании возможно получение снимков разного разрешения, что позволяет применять данные дистанционного зондирования для решения различных задач в разных предметных областях Рассмотрены основные достоинства дистанционного зондирования в области картографирования.  Благодаря усовершенствованным технологиям проведения космической съемки, такие материалы высокого разрешения стали одним из наиболее эффективных источников мониторинга состояния земель.

ABSTRACT

The article describes the importance of using remote sensing of the Earth. With remote sensing, it is possible to obtain images of different resolutions, which makes it possible to use remote sensing data to solve various problems in different subject areas. The main advantages of remote sensing in the field of mapping are considered. Thanks to the improved technologies of space survey, such high-resolution materials have become one of the most effective sources of monitoring the state of the earth.

Ключевые слова: мониторинг, съемочные системы, дистанционное зондирование, космическая съемка, цифровые технологии.

Keywords: monitoring, survey systems, remote sensing, satellite imagery, digital technologies.

Одним из методов получения информации о земле и объектах недвижимости является дистанционное зондирование. Под термином «дистанционное зондирование» понимается неконтактное изучение земной поверхности и объектов, расположенных на ней, воздушного пространства и земных недр. Изучение происходит посредством регистрации с некоторого расстояния отраженного или собственного излучения, и последующего анализа получаемых данных. В зависимости от высоты установки приемника излучения до изучаемого объекта различают наземную, аэро- и космическую съемки. Большое применение получили результаты измерений, представленные в виде изображений, например, фотографические снимки поверхности Земли. Для компьютерной обработки аналоговое изображение с помощью сканеров преобразуется в цифровой вид – так получают растровое изображение. Далее производится фотограмметрическая обработка снимков. Полученные данные используются для создания картографической продукции – цифровых топографических и тематических планов и карт.

Применяемые в земельном кадастре геоинформационные системы позволяют использовать материалы дистанционного зондирования комплексно:

- получение заданных материалов съемок;

- обработка материалов;

- анализ результатов;

- оценка результатов;

- разработка инженерного решения.

Выходная картографическая продукция представляется в виде моделей – цифровых моделей местности, цифровых моделей рельефа, цифровых моделей ситуации. При решении конкретной инженерной задачи по заданию исполнителя выбираются необходимые информационные слои, которые обеспечивают решение данной задачи.

Аэро- и космические съемки являются первым техническим этапом дистанционного зондирования. Замеры излучения производят с некоторого расстояния от изучаемого объекта с помощью разных датчиков или съемочных систем. При получении информации об участке поверхности большой протяженности аэро- и космические методы считаются наиболее эффективными и достоверными. Для изучения относительно небольших по размерам объектов, например, определении объемов земляных работ, деформации зданий и построек, мониторинге ледников, оползней и т.д., осуществляются наземные съемки при помощи цифровых съемочных устройств или лазерных сканеров.

Аэро- и космические съемки Земли делятся на пассивные и активные. При пассивной съемке информацию получают несколькими способами. Первый способ – путем регистрации отраженного от объекта солнечного светового потока. Второй способ рассчитывает измерение радиационного потока, излучаемого самим объектом. При активной съемке поверхность исследуемого объекта облучается с борта аэро- или космического летательного аппарата с помощью искусственного облучателя, а регистрация отраженного излучения воспроизводится с помощью бортовых приемных устройств.

Материалы аэро- и космических съемок имеют ряд преимуществ, с помощью которых они применяются для решения многих задач изучения поверхности Земли. Основные преимущества таких съемок:

- быстрота получения информации об изучаемой территории;

-  достоверность информации;

- экономическая эффективность;

- регулярный мониторинг за изменениями, происходящими на изучаемой территории.

Материалы аэро- и космических съемок могут служить основой для разработки схем районной и градостроительной планировки. Для этих целей могут быть использованы фотосхемы, изготовленные из приведенных к заданному масштабу снимков, и ортофотопланы. На этих материалах отображают: границы всех землепользований, каналы осушительных и оросительных сетей, промышленные предприятия, поселения, энергетические и инженерные сети и сооружения, линии связи и т.д. Для градостроительной планировки успешно применяют современные формы представления информационной модели местности – 3D изображения, позволяющие рассматривать территорию с различных ракурсов.

Аэрофотосъемка – перспективное развивающееся направление в области картографирования, позволяющее значительно сократить финансовые и временные затраты, получив при этом материалы многоцелевого использования, которые отлично подходят для выполнения комплексных кадастровых работ. Такие кадастровые работы выполняются одновременно в отношении всех расположенных на территории одного или нескольких смежных кварталов, т.е. охватывают довольно большую территорию. При выполнении комплексных кадастровых работ на основе ортофотопланов, полученных с использованием аэрофотосъемки, благодаря полноте и актуализации графической информации значительно сокращаются сроки работ. Кроме того, благодаря визуализации местоположения границ земельных участков, исключается возможность возникновения кадастровых ошибок, а также становится возможным быстрое разрешение земельных споров. Применительно к большим территория, можно сделать наиболее оперативно и с наименьшими затратами, если применять данные дистанционного зондирования и процедуры фотограмметрической обработки данных. Таким образом, можно сказать, что первым достоинством применения технологии дистанционного зондирования в кадастровой деятельности является его экономическая эффективность. Другим достоинством применения снимков является максимальное исключение возможности возникновения ошибок при производстве кадастровых работ на основе ортофотопланов.

Сегодня разработанные предприятиями Роскосмоса технологии и методики использования данных дистанционного зондирования позволяют предложить уникальные решения для обеспечения безопасности, повышения эффективности разведки и добычи природных ресурсов, внедрения новейших практик в сельское хозяйство, предупреждения чрезвычайных ситуаций и устранении их последствий, охраны окружающей среды и контроля над изменением климата. Современные космические технологии на основе данных дистанционного зондирования Земли позволяют получать оперативную и объективную информацию о состоянии и использовании природных ресурсов, территории, инфраструктуры, об экологической обстановке и повышать эффективность государственного управления.

В настоящее время российская орбитальная группировка дистанционного зондирования Земли состоит из космических аппаратов, представленных на рисунке 1.

Рисунок 1. Космические аппараты дистанционного зондирования

Спутники ДЗЗ непрерывно изучают нашу планету, буквально говоря, с разных сторон. Вместе они видят Землю от Арктики до Антарктики, передают данные о потенциальных и уже существующих ЧС, следят за пожарами и ледовой обстановкой, распознают реальное местонахождение морских судов, обновляют навигационные и дорожные карты. Изображения из космоса зачастую спасают сотни жизней, поскольку информация о катаклизмах оперативно передаётся наземным службам.

Прогноз погоды, геологические и гидрологические исследования, помощь в хозяйственной деятельности, планировка территорий — российские спутники нашли своё применение во всех этих областях.

В настоящее время на территории страны существует сеть региональных государственных и негосударственных пунктов приема космической информации. Заказчик, в соответствии с решаемой задачей, из публикаций или по сети «Интернет», выбирает из предлагаемых каталогов или заказывает наиболее приемлемые для него материалы съемок. Потребитель информации практически одновременно с проведением съемки может получать интересующие сведения об объектах (съемка в реальном времени). Космические съемки стандартной обработки выдаются бесплатно местным, региональным и федеральным органам исполнительной власти для обеспечения государственных нужд. Для предоставления коммерческих услуг в сфере дистанционное зондирование Земли три года назад было создано предприятие «Терра Тех», которому поручено развивать сервисы на основе снимков с орбиты в интересах государственных и коммерческих заказчиков. В целях мониторинга кадастровой информации и создания картографической продукции масштабов 1:М- 1:5000-1:10000 могут быть использованы космические съемочные системы высокого разрешения.

Аэро- и космические снимки используются для мониторинга сельскохозяйственных земель. Так, с помощью этих снимков можно отслеживать состояние земель и своевременно вносить необходимые удобрения для повышения качества урожая. Такие мероприятия существенно улучшают экологическую среду. Также космические снимки используются для мониторинга земель лесного фонда, что приносит большую экономическую выгоду для нашей страны, т.к. это обследование огромной территории. В пожароопасный период космическая съемка помогает оперативно осуществить все необходимые мероприятия по предотвращению возгораний. Также такие снимки помогают разработать мероприятия по репродукции лесных территорий, выявляют несанкционированные вырубки лесов.

В 2021 году компания «ТЕРРА ТЕХ» (дочерняя компания холдинга «Российские космические системы») представила разработки в рамках „Цифровой Земли“ подсистемы искусственного интеллекта, которые помогают с использованием нейронных сетей обрабатывать снимки с российских спутников. В автоматическом и автоматизированном режиме нейросети определяют свалки, нарушенные земли, проводят оценку лесных массивов, идентифицируют здания и строения. Эти нейросети с каждым днем дообучаются, совершенствуется точность их предсказания благодаря непрерывному потоку поступающих в систему данных. При гигантском объеме ежедневно приходящих с орбиты данных будущее геоинформатики и современных ГИС-систем для госорганов и бизнеса немыслимо без применения ИИ-технологий.

Основным принципом реализации проекта «Цифровая Земля» является перенос всех технологий в облачную инфраструктуру и предоставление данных, услуг и сервисов дистанционного зондирования Земли из космоса непосредственно в облаке. Это сделано для того, чтобы пользователь производил всю обработку «тяжелых» и сложных космических данных непосредственно в облаке без необходимости задействования собственных вычислительных ресурсов большой мощности. Все операции по обработке космических снимков проходят в удаленных центрах обработки данных, а пользователь видит сразу результат в виде информационно-аналитических отчетов по территории, объектам и ресурсам. При этом посредством новых технологии возможна организация передачи отчетов в уже действующие информационные системы пользователей. Новые технологии автоматической потоковой обработки космической информации значительно сократить время обработки данных дистанционного зондирования Земли, а значит повысит эффективность их применения по целевому назначению, упростит и снизит стоимость эксплуатации наземной инфраструктуры. Автоматическая потоковая обработка данных космической съемки предполагает применение строгих математических моделей и алгоритмов обработки, а также максимально эффективное использование вычислительных ресурсов.

Представленный проект создан в рамках мероприятий национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации» в интересах руководителей и специалистов государственных структур и коммерческих компаний сфер лесного и сельского хозяйства, недропользования и землепользования, строительства, экологии и чрезвычайных ситуаций.

Нужно отметить большой потенциал применения технологий искусственного интеллекта при работе с данными дистанционного зондирования Земли не только в части автоматического распознавания объектов на снимках, но и для повышения качества получаемых изображений Земли из космоса, компенсации различного рода искажений, связанных с атмосферой, погодными условиями, а также составления расписаний космической съемки и интеллектуального управлениями спутниковыми группировками.

В данной статье были рассмотрены технологии и особенности дистанционного зондирования Земли, с помощью которых осуществляется сбор информации о земной поверхности, проводится мониторинг земель. В настоящее время дистанционное зондирование является основным методом изучения поверхности Земли. При обследовании больших территорий, труднодоступных районов и опасных для человека зон дистанционное изучение с воздушных летательных аппаратов является безальтернативным методом. Высокая объективность, надежность результатов дистанционного зондирования, их документальность, т.к. снимок территории является отображением реальной информации в настоящий момент времени, позволяет считать дистанционное зондирование современным и перспективным методом сбора различной информации и проведения мониторинга земель. С помощью дистанционного зондирования территории отслеживаются разрушения инфраструктуры, наводнения, городские застройки, природные пожары и вулканическую активность; обнаруживаются места незаконной добычи полезных ископаемых, размещения свалок и другое. Таким образом, данные дистанционного зондирования позволяют решить комплекс задач в разных областях - сельском и лесном хозяйстве, географии, геологии, археологии, метеорологии и климатологии, исследовании морской среды, оценки состояния и использования водных и земельных ресурсов.

Список литературы:

1. Дистанционное зондирование земли : учеб. пособие [Электронный ресурс]/ Е. Н. Сутырина. – Иркутск : Изд-во ИГУ, 2013. – 165 с. – (дата обращения 10.10.2021).
2. Инженерная геодезия и геоинформатика: Учебник для вузов / Под ред. С.И. Матвеева.— М.: Академический Проект; Фонд «Мир», 2012. - 484 с- Текст : непосредственный .
3. Роскосмос: [сайт]. - URL : https://www.roscosmos.ru (дата обращения 10.10.2021). – Текст : электронный.
4. Сборник информационных материалов (научно-практический журнал) Дистанционное зондирование Земли из космоса в России. Выпуск №2, 2020 г. Текст: электронный.
5. Энциклопедия кадастрового инженера. Учебное пособие / Под общ. ред. М.И. Петрушиной, А.Г. Овчинниковой. – М..: Кадастр недвижимости, 2015 – 704с. - Текст : непосредственный.