Сверхвысоким пространственным разрешением считается диапазон размера пикселя на местности от 0,3 м до 1 м. Эпоха сверхвысокого пространственного разрешения началась в 1999 году с запуска космического аппарата Ikonos (компания GeoEye), который позволял делать изображения с разрешением 1 м. Это был неоспоримый прорыв в отрасли, и другим компаниям не оставалось ничего, кроме как начать разрабатывать космические аппараты с такими же возможностями или лучше.
Не прошло и полных двух лет, когда компания DigitalGlobe (ныне Maxar Technologies) запустила спутник QuickBird с пространственным разрешением 0,61 м. За счёт ожесточенной конкуренции на рынке дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) сейчас мы имеем возможность пользоваться данными с разрешением 0,31 м, которые предоставляет спутник WorldView-3. До ввода в эксплуатацию WorldView-3 для обновления топографических карт масштаба 1:5000 использовались данные аэрофотосъемки. Но чтобы провести аэрофотосъемку, необходимо получить разрешение на полёты от Генштаба Вооружённых сил РФ и ФСБ РФ, на что могут уйти месяцы. Для приобретения же данных со спутника достаточно обратиться в компанию «Иннотер». Космическая съёмка с разрешением 0,31 м практически в 3 раза дешевле, чем данные с тем же разрешением, полученные посредством аэрофотосъемки. Данные, полученные со спутника, также легче подвергаются обработке и анализу за счёт большого размера сцены, отсутствия искривления полёта, наличия RPC-коэффициентов и т. д.
Рис. 1 Снимок со спутника WorldView-3. Барселона, Испания
Сегодня не стоит обделять вниманием китайский сегмент рынка ДЗЗ. За последние годы КНР стала бесспорным лидером по развитию космонавтики в целом и количеству успешных запусков спутников ДЗЗ. Ряд аппаратов сверхвысокого разрешения постоянно пополняется и уже составляет конкуренцию космических аппаратов недружественных стран, а в скором времени материалы космической съемки китайских спутников могут и вовсе вытеснить с рынка западные съемочные системы.
Космический аппарат TripleSAT 1-4
Китайская группировка космических аппаратов была выведена на орбиту компанией 21АТ в 2015-м (1–3 спутники) и 2019-м (4-й спутник) годах. Они были разработаны в Великобритании компанией Surrey Satellite Technology Ltd. Их отличительной особенностью является то, что они находятся на одной орбите на расстоянии 4 секунд друг от друга и могут отснять одну и ту же территорию с небольшой разницей во времени. Кроме того, эта группировка может сделать сразу 4 залёта в разные стороны вдоль одной линии с небольшими углами отклонения. Спутник имеет на борту камеру, которая позволяет снимать с разрешением 0,8 м в панхроматическом канале и 3,6 м — в мультиспектральном (RGB+Nir). Другая их отличительная особенность — низкая стоимость при высоком качестве съёмки. После первичной обработки данные TripleSAT позволяют добиться точности не менее 5 м на местности, и это при стоимости 6 долл./кв. км. Наличие 4-х активных спутников позволяет отснять территорию в несколько тысяч километров шириной не более чем за 14 дней.
Рис. 2 Снимок со спутника TripleSAT. Амстердам, Нидерланды
Космический аппарат SuperView-1
SuperView-1 — орбитальная группировка китайских спутников ДЗЗ со сверхвысоким пространственным разрешением 0,5 м — работают в интересах гражданских потребителей. Оператором спутников и поставщиком полученных данных является китайская компания Beijing Space View Technology Co., Ltd. Первые два спутника группировки были запущены в 2016 году, вторые два — в 2018-м, а остальные 12 будут запущены до 2022 года. На бортах установлены мультиспектральные камеры, работающие в пяти диапазонах (Pan, RGB, Nir). За три года эксплуатации спутники хорошо себя показали по скорости получения и обновления данных, а также по качеству производимых снимков. Имея пространственное разрешение 0,5 м, после первичной обработки оператор предлагает точность на местности до 3 м.
Рис. 3 Снимок со спутника SuperView-1. Венеция, Италия
Космический аппарат SuperView-NEO (Китай)
В последние годы Китай является несомненным лидером по количеству успешных запусков спутников дистанционного зондирования на орбиту Земли. Запущенный в апреле 2022 года, китайский аппарат SuperView NEO имеет пространственное разрешение 0,3 м и может посоревноваться с лучшими американскими аппаратами дистанционного зондирования. Также стоит учитывать, что группировка NEO состоит из двух спутников, что позволяет производить повторную съемку одной и той же местности с периодичностью в два дня. По сравнению с предыдущими аппаратами (SV-1) у аппаратов SuperView Neo 1-01/02 увеличена апертура оптической системы, а для регистрации изображений используются CMOS-матрицы вместо обычных ПЗС-матриц с временным накоплением. Аппараты обладают высокой маневренностью, что позволяет с одного прохода получить трехмерное изображение объекта в результате последовательной съемки с наклоном вперед, назад и в надир, выполнить площадную съемку путем «сшивания» пяти параллельных полос, вести маршрутную съемку, снимать до 20 различных целей. При таких огромных возможностях спутниковой группировки цена составляет от 20 долл./кв. км, что практически в 2 раза дешевле при заказе съемки с западных аппаратов аналогичного разрешения.
Рисунок 4. Снимок с космического аппарата SuperView NEO-2. Дубай, ОАЭ.
Космический аппарат Jilin-1KF01A/B/C (Китай)
15 января 2020 года был успешно запущен спутник Jilin-1KF01A в Центре запуска спутников Тайюань в Китае. Jilin-1KF01A был новым высокопроизводительным оптическим спутником дистанционного зондирования, независимо созданным компанией. Спутник унаследовал зрелую единую машину и техническую основу спутника Jilin-1. Впервые он использует дизайн большого калибра, большого поля зрения, длинной оси фокусного расстояния, трех трансоптической системы. Спутник может получать изображения в панхроматическом режиме с разрешением 0,75 м, а в мультиспектральном с разрешением 3 м, ширина полосы съемки составляет более 136 км. Это крупнейший в мире субметровый оптический спутник дистанционного зондирования с высоким разрешением и сверхбольшой амплитудой. Спутник имеет широкую, высокоскоростную память, высокоскоростную передачу данных и ряд других преимуществ.
Рисунок 5. Снимок со спутника JL-1KF01A. Клермон-Ферран, Франция.
Еще один аппарат группировки Jilin-1KF01B был запущен 3 июля 2021 года. Jilin-1KF01B унаследовал технологии своего предшественника, Jilin-1KF01A. Ширина полосы съемки аппарата составляет более 150 км, спутник может получать более 2 млн км2 изображений высокого пространственного разрешения. В этой серии спутников используются ряд инновационных технологий, таких как легкая конструкция, высокотехнологичные электронные системы и камера с высоким разрешением, сверхлегкие и недорогие материалы. По этой причине вес спутника составляет всего 40 кг, но пространственное разрешение его изображений составляет 0,5 м.
Рисунок 6. Снимок со спутника Jilin-1KF01B, Китай.
Спутник Jilin-1KF01C был выведен на орбиту 5 мая 2022 года. Jilin-1KF01C – это спутник дистанционного зондирования, разработанный и изготовленный компанией Chang Guang Satellite Technology Co., Ltd., который используется для получения панхроматических и мультиспектральных изображений Земли сверхвысокого пространственного разрешения с большой шириной полосы съемки. KF-01C полностью унаследовал идеологию и схему аппарата KF-01B. Он может отснять до 2 млн км2 в сутки, причем при работе со стандартной высоты 539 км ширина полосы составляет не менее 150 км, а разрешение достигает 0.50 м в панхроматическом диапазоне и 2.00 м в четырех мультиспектральных. Канал передачи информации имеет пропускную способность до 3 Гбит/с.
Рисунок 7. Снимок со спутника Jilin-1KF01C. Болхов, Россия.
Космический аппарат Jilin-1GF04A (Китай)
Наряду с группировкой космических аппаратов SuperView NEO, аппараты семейства Jilin также не отстают от современных потребностей покупателей в высокодетальной съемке. Спутник был также запущен в апреле 2022 года и успешно выведен на солнечно-синхронную орбиту. JL-1GF04A позволяет получать изображения с пространственным разрешением 30 см в панхроматическом диапазоне и 1,2 м в мультиспектральном (RGB+NIR). При этом полоса съемки составляет 15 км и является наибольшей среди всех спутников подобного разрешения (13,1 км у WorldView-3 и 12 км у SuperView NEO). JL-1GF04A проигрывает своим конкурентам лишь в периодичности съемки: 5 дней против 2 у SuperView-NEO и 1 у WorldView-3. Однако, в составе всей группировки семейства Jilin-1 обеспечивается ежедневное покрытие территории. При этом данные со спутника остаются довольно бюджетными, цена за 1 кв. км стартует от 22 долларов.
Рисунок 8. Снимок со спутника JL-1GF04A. Эр-Рияд, Саудовская Аравия.
Beijing-3A1 (Китай)
Космический аппарат Beijing-3A1 (BJ3A1) - спутник сверхвысокого пространственного разрешения, принадлежащий компании Twenty First Century Aerospace Technology, запущен 11 июня 2021 года ракетоносителем CZ-2D с космодрома Тай Юань (Китай). Благодаря своей маневренности, стабильности и скорости этот спутник может получать изображения высокого качества с очень высоким пространственным разрешением, 0,5 м в панхроматическом режиме съемки, и с высокой точностью геопривязки изображений, которая в среднем составляет 10 м. Beijing-3A1 использует технологию искусственного интеллекта для планирования собственной траектории полета, что позволяет ему совершать около 100 пролетов в день, чтобы контролировать до 500 интересных мест по всему миру. Данные Beijing-3A идеально подходят для управления сельским хозяйством и ресурсами, экологического мониторинга и городского планирования.
Рисунок 9. Снимок со спутника BJ-3A1. Москва, Россия.
Космический аппарат Kompsat-3A
Китай — не единственная страна в Азии, которая запускает спутники со сверхвысоким разрешением. Другим ярким представителем рынка является Южная Корея. Компания SIIS (Smart Eyes in the Space) владеет тремя спутниками со сверхвысоким разрешением: Kompsat-2, 3, 3А с разрешением 1, 0,5 и 0,4 м соответственно. Данная группировка особенно интересна ценами на свою продукцию. Компания SIIS первая из мировых лидеров снизила цены на архивные данные с разрешением 0,4 м до 8 долл./кв. км, и тем самым установила новый тренд в отрасли. Все спутники группировки имеют возможность снимать в 5-ти диапазонах (Pan, RGB, Nir). Точность позиционирования на местности достаточно высокая — 10 м.
Рис. 10 Снимок со спутника Kompsat-3A. Бухарест, Румыния
Космический аппарат WorldView-3
WorldView-3 — первый гиперспектральный коммерческий спутник сверхвысокого разрешения 0,3 м. Это самый совершенный спутник, пока не имеющий аналогов в мире. WorldView-3 способен проводить съёмку до 680 тыс. кв. км в день, позволяя быстрее получать актуальные данные с самым высоким пространственным разрешением. Кроме того, это единственный спутник, имеющий 30 различных спектральных каналов, в том числе 8 SWIR (коротковолновый инфракрасный), которые позволяют очень сильно повысить точность дистанционного поиска множества полезных ископаемых (ближайший аналог имеет разрешение в 10 раз хуже). Точность геопозиционирования также самая высокая — 1–2 м без использования опорных точек.
Рис. 11 Снимок со спутника WorldView-3. Сочи, Россия
Сверхвысокая съёмка имеет очень широкий спектр применения для разных нужд общества.
Применение данных космической съемки сверхвысокого разрешения
Космическая съёмка сверхвысокого разрешения имеет очень широкий спектр применения для разных областей народного хозяйства.
Кадастровые работы.
Кадастровые работы традиционно проводятся с помощью специальных измерительных приборов на местности. И эта методика полностью себя оправдывает, ведь точность результатов крайне высокая. Однако в России есть множество сильно удаленных населенных пунктов, где нет специалистов по кадастру, а работы проводить нужно. Космическая съёмка со сверхвысоким разрешением может удовлетворить потребности в создании кадастровых карт и планов вплоть до масштаба 1:5000. Исходя из требований по точности создания ортофотопланов, съёмка с разрешением 0,3 м соответствует масштабу 1:5000, 0,4 м - 0,5 м — 1:10 000.
Окружающая среда.
Проблема загрязнения окружающей среды становится с годами все острее. Кажется, что на просторах нашей страны можно легко скрыть следы любых преступлений против природы. Так ли это? Наш ответ — нет! Космическая съёмка со сверхвысоким пространственным разрешением позволяет найти даже самые мелкие мусорные полигоны, незаконные свалки и другие проявления загрязнения окружающей среды, а наши передовые технологии дают возможность снизить время на обработку огромных массивов снимков до считанных часов. Министерства экологии многих регионов уже сейчас активно используют космическую съёмку для борьбы с нарушителями природоохранного законодательства.
Природные ресурсы.
Россия богата природными ресурсами, а за богатством надо тщательно следить. Банки для защиты используют ключи шифрования и сверхнадежные сейфы, олигархи берегут состояния в офшорах, а Министерства природных ресурсов защищают богатства Родины с помощью космической съёмки. Незаконная добыча полезных ископаемых — вопрос на сегодня очень острый. Многие люди, желая большей наживы, решают не платить государству налоги и не получать необходимые разрешения. Но органам власти достаточно получить свежий снимок на нужную территорию, и злоумышленники будут пойманы и наказаны по всей строгости закона. По снимкам со сверхвысоким пространственным разрешением можно увидеть, как экскаваторы копают даже относительно небольшие ямы, как бульдозеры вынимают богатства и как самосвалы увозят награбленное. Самое важное в этом вопросе — актуальность данных. Именно для этих целей на орбите работают спутники со сверхвысоким разрешением, такие, как SuperView-1, чтобы получать новые данные как минимум через день.
Геология.
Поиск и разведка новых месторождений полезных ископаемых была и остаётся первостепенной задачей любой компании из добывающей промышленности. Создание гиперспектральных спутников со сверхвысоким разрешением привело к абсолютно новым способам решения данной проблемы. SWIR-каналы в аппаратуре спутника WorldView-3 и передовые технологии компании «Иннотер» позволяют находить даже малые по размеру месторождения полезных ископаемых. Раньше в геологии использовали спутник Landsat, на котором также установлена SWIR-аппаратура, но с разрешением в 10 раз хуже, чем на спутнике WorldView-3. Эта разница неоднократно приводила к ошибкам при поиске месторождений, ведь разница в 10 м на местности может стать роковой при бурении нефтяных и газовых скважин. Возможная погрешность при использовании данных сверхвысокого разрешения сводится к минимуму.
Картография.
Вторая половина 20-го века была эпохой расцвета классической картографии. Тысячи картографов, геодезистов и других специалистов трудились над созданием полного покрытия топографическими картами территории СССР. Однако мы живем в период цифровой революции, и традиционные методы все быстрее уходят в историю. Сейчас для создания топографических карт среднего и крупного масштабов не нужно выезжать бригадами в поля и делать измерения, не нужно тратить колоссальные средства и огромное количество времени. Раньше для создания большого количества карт уходили годы, и это приводило к тому, что во время выпуска тиража карта уже была неактуальной. Космическая съёмка позволила решить эту проблему. Сейчас актуальная информация о местности появляется на регулярной основе, а появление сверхвысокого разрешения облегчило создание топографических карт вплоть до масштаба 1:5000. Сейчас на создание листа карты уходит не больше одной недели, когда раньше на это нужен был как минимум месяц. Моносъёмка даёт полное представление о состоянии местности, а стереосъёмка — о рельефе.
Сельское хозяйство.
Экстенсивное сельское хозяйство осталось в прошлом. Сейчас, в эпоху активной застройки территорий (особенно в европейской части РФ), стало развиваться направление точного земледелия. Оно характеризуется малыми площадями возделывания и очень интенсивным производством. Это приводит к тому, что разрешения бесплатной космической съёмки становится недостаточно для таких скромных по меркам нашей страны площадей. Мультиспектральная съёмка со сверхвысоким пространственным разрешением позволяет наиболее точно проводить анализ состояния всходов и растений. А для органов государственной власти остаётся важным точно определять, какие сельскохозяйственные земли используются не по назначению и вовремя штрафовать нарушителей. Бюджеты регионов недополучают миллионы рублей из-за этой проблемы, и решить её позволяет постоянный высокоточный мониторинг с использованием космической съёмки сверхвысокого разрешения. Пространственное разрешение играет огромную роль в этом вопросе, ведь если вместо посевов на участке возвели загородный отель размером 10х10 м, то на снимке с разрешением 10 м дом будет лишь одним пикселем, и рассмотреть его никак не получится.
Нефтегазовая отрасль.
Использование космической съёмки стало традиционным решением многих задач в нефтегазовой отрасли — от поиска и разведки нефти до эксплуатации нефтепроводов. Но именно появление съёмки со сверхвысоким пространственным разрешением позволило компаниям начать экономить огромные статьи бюджета и решать точечные задачи. Например, крайне важно проводить мониторинг зон отводов и охранных зон вдоль нефте- и газопроводов. Традиционно это проводили люди на местах. То есть обслуживающая бригада ходила или ездила вдоль нефте- и газопроводов и помечала, где, какой объект стоит незаконно, где нужно срубить молодую поросль и т. д. На это уходили недели, а за это время кто-то мог уже возвести временные строения или врезаться в трубу. Чтобы провести детальный мониторинг на нефте- и газопроводах длинной в сотни километров с помощью космической съёмки со сверхвысоким разрешением, достаточно потратить несколько часов. Передовые технологии компании «Иннотер» по автоматизированному дешифрированию дают возможность определить любой объект в охранной зоне за очень короткий промежуток времени и освободить время на решение других насущных задач.
Энергетика.
Протяженность линий электропередач (ЛЭП) в России уже трудно измерять в километрах, а их обследование требует колоссальных трудозатрат. Сверхвысокая космическая съёмка позволяет определить объекты в зонах отвода, обследовать состояние опор ЛЭП с высокой точностью, определить места просадки проводов и т. д. Главное, она позволяет сэкономить время и деньги.
Лесная отрасль.
Площадь лесов в России — самая большая в мире, и это богатство надо защищать, как и любой другой природный ресурс. Регулярное обследование состояния лесов позволяет избежать природных пожаров, а мониторинг незаконных вырубок с помощью космической съёмки со сверхвысоким разрешением даёт возможность вернуть миллионы в бюджет государства. Пространственное разрешение является важным преимуществом в данной работе, потому что оно позволяет найти вырубки с самыми маленькими площадями и предупредить развитие проблемы.
Вывод.
Приведённые примеры использования космической съёмки со сверхвысоким пространственным разрешением описывают лишь малую часть всех её возможностей. Развитие отрасли ДЗЗ в направлении создания спутников и съёмочной аппаратуры для поставки данных с лучшим пространственным разрешением открывает двери для бюджетного решения дорогостоящих проблем: помощь в принятии управленческих решений в государственном аппарате, приток средств в бюджет со штрафов за нарушения и т. д. Список преимуществ космической съёмки со сверхвысоким пространственным разрешением можно продолжать очень долго, но лучше один раз убедиться в этом лично.
За любыми решениями с использованием данных космической съёмки обращайтесь к лидеру рынка ДЗЗ в России — в компанию «ГЕ Иннотер» по e-mail: innoter@innoter.com или телефону: +7 (495) 245-04-24, а также через чат на сайте
