Космический гидрологический мониторинг

Космический гидрологический мониторинг

Статья Российского фонда фундаментальных исследований. Автор: доктор физико-математических наук Е.П. Анисимова. Оригинал материалов расположен на http://www.rfbr.ru

Во всем мире исследования Земли из космоса приобретают всеобъемлющий характер. Наиболее информативным методом для решения задач дистанционного исследования поверхности Земли из космоса является использование и тематический анализ изображений, полученных приборными комплексами различных частотных диапазонов, установленных на космических аппаратах. Целый ряд спутников, оснащенных приборами дистанционного зондирования (радиолокаторами, скаттерометрами, радиометрами и оптической техникой), выведены на орбиту специально для получения разносторонней геофизической информации, необходимой для оценки состояния окружающей среды и для природо-ресурсных исследований.

Изображения со спутников передаются на Землю в реальном масштабе времени в диапазоне 1700 МГц в режиме HRPT (High Resolution Picture Transmission). Возможность свободного приема спутниковой информации наземными станциями обеспечивается Всемирной Метеорологической Организацией согласно концепции "Открытого неба". Спутниковая информация, принимаемая и обрабатываемая наземными станциями, служит основой для повседневного оперативного контроля за состоянием окружающей среды. С их помощью создается система геоэкологического мониторинга региона, в частности, можно осуществить контроль за сохранением границ водоохранных и санитарных зон при отводе земель и рубке леса в регионах, а также за целевым использованием земельных ресурсов. Глобальная компьютерная сеть Интернет обеспечивает сетевой обмен данными дистанционного зондирования Земли и удаленный доступ внешних пользователей к экспериментальным данным и электронным каталогам зарубежных космических программ. Открытый доступ к пространственно распределенным данным долговременных природо-ресурсных и экологических исследований Земли из космоса реализуется на основе Web-технологий.

На сегодня в системах обработки данных стали стандартом рабочие станции и персональные компьютеры с высокоскоростными процессорами и накопителями большой емкости, что предъявляет соответствующие требования к процедурам обработки данных. В настоящее время разработано множество пакетов прикладных программ различного уровня для обработки данных и изображений, начиная от распространяемых бесплатно и кончая дорогими высокопрофессиональными.

При создании электронного архива данных дистанционного зондирования важно уже на этапе проектирования архива обеспечить его адекватную структуризацию, необходимую для эффективного извлечения наборов данных из архива. Структуризация электронного архива производится исходя из представлений о составе типовых запросов пользователей архивных данных. Опыт эксплуатации архивов космической информации показывает, что типовые запросы пользователей включают в качестве приоритетных атрибутов заказа уровни представления данных, название проекта, в рамках которого получены данные, и название прибора (сенсора), показания которого включены в архив. Поэтому при создании архива данных дистанционного зондирования необходимо разделить его на сегменты (разделы), соответствующие различным уровням представления (обработки) данных, а в каждом из таких разделов выделить подразделы, которые содержат наборы данных, относящиеся к конкретному проекту и научному прибору (сенсору).

Современной тенденцией развития программ исследования Земли из космоса является создание в ряде стран электронных библиотек космической информации. Эти национальные информационные системы используют потоки спутниковых данных для решения разнообразных задач дистанционного зондирования, определяемых как научным сообществом, так и конкретными отраслями производственной деятельности. Например, в США для информационной поддержки своей национальной системы наблюдения Земли из космоса (EOS) NASA создало EOSDIS - разветвленную инфраструктуру сбора, архивирования и распространения спутниковых данных потребителям. Система EOSDIS сосредоточила огромные массивы геопространственных данных, получаемых со спутников. Это создает серьезные проблемы при организации хранения и доступа к спутниковым данным, поскольку стандартные пакеты программ баз данных не могут их эффективно перерабатывать. Например, каждый кадр прибора ТМ спутника Ландсат в шести спектральных каналах (разрешение 30 м) и одном тепловом (разрешение 120 м) покрывает площадь 170 х 185 квадратных километров. В результате объем такого кадра спутника Ландсат достигает 400 Мбайт. Ежедневные объемы необработанных спутниковых данных ДДЗ, поступающие в систему EOSDIS, оцениваются в 480-490 Гбайт. Объем обработанных данных в системе EOSDIS достигает 1600 Гбайт в сутки.