Старые спутниковые снимки

Аннотация

Статья подчеркивает важность использования старых спутниковых снимков как средства исторического и научного исследования, а также для принятия разумных решений в области геополитики и экологии. В статье также описываются различные методы, используемые для обработки и интерпретации спутниковых снимков, такие как анализ многолетней изменчивости, сравнение спутниковых снимков разных лет и интерпретация данных при помощи геоинформационных систем. Читатель может узнать о том, какие инструменты и технологии используются для обработки и интерпретации спутниковых снимков, и как можно использовать эту информацию для разных целей, включая научные исследования, планирование городской застройки, оценку последствий природных катастроф и многое другое. В целом, статья может быть полезна для людей, работающих в области науки, геополитики, экологии, географии, и тех, кто просто интересуется историей и развитием нашей планеты.

История создания старых спутниковых снимков

Первый в истории снимок из космоса был сделан 24.10.1946г, а первый спутник под соответствующим названием "Спутник-1" отправился в космос 04.10.1957г. Первые фотографии Земли были сделаны при помощи ракеты Фау-2. Это первые в мире баллистические ракеты дальнего действия, которые производились в Германии во времена Второй мировой войны. Однако после поражения, они были конфискованы и более 100 экземпляров в разобранном виде были отправлены в США, где их начали переоборудовать, устанавливая приборы для изучения атмосферы.

Рис.1. Фотография планеты, сделанная ракетой Фау-2. 24.10.1946г

 

На ракету, запуск которой состоялся в октябре 1946г, была установлена черно-белая 35-миллиметровая кинокамера. Ракета поднялась на высоту примерно 105 километров и делала снимок раз в полторы секунды. 

В период с 1946 по 1950 год из космоса было получено более тысячи изображений Земли, некоторые из которых были сделаны на высоте более 160 км. За все время США запустили 63 ракеты Фау-2 в исследовательских целях. А в газетах и журналах первые фотографии нашей планеты описывали так: «Как Земля будет выглядеть для посетителей с другой планеты, прибывающих на космическом корабле».

Рис.2. Первая космическая панорама Земли, сделанная при помощи фотографий с Фау-2. 26.07.1948г

История создания старых уже спутниковых снимков начинается в 1950-х годах, когда США и СССР начали создавать первые искусственные спутники Земли. Один из первых спутников, запущенных в космос, был спутник СССР "Спутник-1", который был запущен в 1957 году. Этот спутник использовал радиолокационное оборудование, с помощью которого можно было измерить высоту и расстояние до поверхности Земли.

Рис.3. Изображение спутника «Спутник - 1»

Следующий шаг в создании спутниковых снимков был сделан в 1960 году, когда был запущен первый спутник, оснащенный фотокамерой - спутник "CORONA", публичное название было «Discoverer». КА имели кодовые названия KH - KeyHole Он должен был вести разведку прежде всего над СССР и Китаем. Фотокамера была разработана специально для съемки Земли с космоса и имела высокое разрешение, позволяющее видеть объекты размером около 12 метров. Поздние миссии значительно превосходили их по этому параметру, снизив его до всего лишь 1,5м. Один запуск был выполнен с разрешающей способностью до 0,30м, но ограниченное поле обзора было признано неэффективным. Однако первые фотографии, полученные с помощью этой камеры, были неудачными, и только через несколько лет удалось получить качественные спутниковые снимки.

Рис.4. Изображение советской "лунной" ракеты Н-1 полученной аппаратом КН-8 19.09.1968г

Последний запуск спутника по программе «Corona» был осуществлён 25.05.1972г.

Проект был приостановлен в связи с обнаружением советской подводной лодки, ждущей в районе приводнения капсул с фотоплёнкой в Тихом океане.

Наиболее удачным периодом съёмок были 1966—1971 года, когда были осуществлены 32 удачных запуска с возвращением пригодной фотоплёнки.

Рис.5. Схема, показывающая процесс отделения спускаемого аппарата от спутника, вход в атмосферу и подхватывание парашютируемой капсулы специальным самолетом

В 1972 году была запущена первая спутниковая система Landsat, предназначенная для мониторинга Земли и сбора данных об окружающей среде. Система Landsat использовала специальную мультиспектральную камеру, которая могла регистрировать различные спектральные характеристики объектов на Земле. Это позволило улучшить качество спутниковых снимков и расширить их спектр применения.

Рис. 6. Изображение спутника Landsat 1

В последующие годы были запущены другие спутниковые системы, такие как спутниковая система NOAA для мониторинга погоды и спутниковая система Terra, которая использовалась для изучения климата и окружающей среды.

Сегодня спутниковые снимки широко используются в различных областях, таких как география, экология, сельское хозяйство, лесное хозяйство, геология, археология и многие другие. Кроме того, старые спутниковые снимки, полученные десятилетия назад, также могут быть использованы для исследования изменений в окружающей среде и климате Земли, а также для исследования истории использования земель.

До 2000 года было запущено множество спутников различных государств с разными характеристиками:

1. Landsat - серия американских спутников среднего разрешения (30 метров), запущенных с 1972 года. Они создавали многоспектральные изображения в видимом и инфракрасном спектре, которые использовались для картирования, изучения лесов, сельского хозяйства и геологии.
2. SPOT (Satellite Pour l'Observation de la Terre) - серия французских спутников, запущенных в 1986 году. Они имели высокое разрешение (до 2,5 метров) и использовались для создания изображений городов, транспортных сетей и других объектов с высокой детализацией.
3. NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) - американский спутник, запущенный в 1972 году. Он использовался для получения информации об облачности, океанских течений и других метеорологических данных. Разрешение снимков составляло от 1,1 км до 4 км.
4. Космос - советский спутник, запущенный в 1985 году. Он использовался для создания панорамных изображений Земли и имел разрешение до 500 метров.
5. ИСЗ "Электрон" - российский спутник, запущенный в 1994 году. Он использовался для создания панорамных изображений и имел разрешение до 1 км.
6. Landsat-7 - улучшенная версия американского спутника Landsat, запущенная в 1999 году. Разрешение снимков составляло 15 метров.
7. IRS (Indian Remote Sensing) - серия индийских спутников, запущенных начиная с 1988 года. Они имели разрешение от 5,8 до 70 метров и использовались для картирования, сельского хозяйства и других приложений.
8. Ресурс-Ф - серия советских (российских) космических аппаратов ДЗЗ. Использовались в целях народного хозяйства и природопользования с 1973 года. С их помощью были стерты «белые пятна» на картах Памира и Тянь-Шаня, дополнены и уточнены карты Чукотки, Новой Земли, Курильских островов, пустынь Средней Азии, приполярных районов Антарктиды. С помощью сенсора MK-4, собирались мультиспектральные данные с разрешением 6–8 метров.
9. Спутники KeyHole — общее название для серий американских военных спутников видовой разведки программы “Corona”. Космические аппараты этой серии имели военное назначение, основной целью была детальная оптическая разведка территории СССР, Китая и других стран потенциальных противников США. Всего в период с 1959 было разработано и запущено 13+ типов спутников КeyHole.

Технология создания старых спутниковых снимков

Технология создания старых спутниковых снимков зависела от конкретного типа спутника и периода, в котором они были сделаны. Однако, в общем, процесс создания спутниковых снимков проходил следующим образом:

1. Съемка: спутники использовали камеры для съемки земной поверхности. Снимки могли быть сделаны в разных диапазонах (видимый, инфракрасный, радиоволновый) и имели разное разрешение. Первые снимки были сделаны на пленку
2. Доставка: космические разведчики первого поколения проводили фотосъёмку, а потом выпускали контейнеры с отснятой фотоплёнкой, которые спускались на землю. Капсулы подбирались в воздухе во время спуска на парашюте. Более поздние космические аппараты оснащались фототелевизионными системами и передавали изображения с помощью зашифрованных радиосигналов.
3. Проявление фотографии: в процессе проявления химическими реагентами пленка обрабатывалась для фиксации и воспроизведения изображений, запечатленных на ней фотокамерой.
4. Сканирование или увеличение: после полученные негативы могли быть либо сканированы, чтобы получить цифровую версию снимка, либо использованы для создания увеличенных печатей/отпечатков.
5. Обработка: если снимки сканировались, они могли подвергаться дальнейшей цифровой обработке для улучшения качества, коррекции цветов, уточнения деталей и так далее. Программное обеспечение для обработки изображений позволяло значительно улучшить исходные снимки.
6. Хранение: снимки сохранялись в капсулах с пленкой, на магнитных носителях или в электронном виде на серверах.

Технология создания спутниковых снимков существенно изменилась со временем, и современные спутники используют более совершенные камеры и методы передачи данных. Однако, старые спутниковые снимки до сих пор имеют большое значение в научных и исторических исследованиях.

Рис. 7. Спутниковый снимок 1965 года

Обработка и анализ старых спутниковых снимков

Методы обработки старых спутниковых снимков зависели от технологических возможностей и методов обработки данных, которые были доступны в момент создания этих снимков. Рассмотрим несколько методов обработки, которые использовались для старых спутниковых снимков:

1. Объединение снимков: для получения общей картины местности в различных районах исследования, старые спутниковые снимки объединяли в единое изображение. Этот метод позволял создавать карты и атласы для различных областей.
2. Калибровка: старые спутниковые снимки имели различную точность, которую можно было улучшить путем калибровки. Этот метод позволял установить соответствие между пикселями на изображении и точками на земной поверхности.
3. Обработка для удаления шумов и искажений: для улучшения качества изображений, полученных со старых спутниковых снимков, использовались методы обработки для удаления шумов и искажений, такие как фильтры.
4. Интерполяция: для заполнения пробелов на старых спутниковых снимках, обусловленных облачностью или другими причинами, использовались методы интерполяции. Они позволяли заполнить пробелы, используя информацию с соседних пикселей.
5. Извлечение информации: старые спутниковые снимки могут использоваться для извлечения информации о различных объектах на земной поверхности, таких как здания, дороги, реки и другие объекты. Для этого использовались методы обнаружения объектов, машинного обучения и другие методы анализа изображений.

Обработка и анализ старых спутниковых снимков были значительно ограничены технологическими возможностями и методами обработки данных в то время, когда они были созданы. Однако, некоторые методы обработки и анализа, которые использовались для старых спутниковых снимков, включали в себя:

1. Ректификация: для устранения ошибок в геометрической точности старых спутниковых снимков использовали метод ректификации. Он позволяет выровнять изображения и установить соответствие между точками на земной поверхности и пикселями на изображении.
2. Улучшение качества изображения: старые спутниковые снимки могут содержать шумы и искажения, что затрудняет их интерпретацию. Для улучшения качества изображения можно использовать фильтры для удаления шумов и других артефактов.
3. Обнаружение объектов: для обнаружения и извлечения информации об объектах, таких как здания, дороги, реки, использовались различные методы обнаружения объектов. Эти методы включали в себя машинное обучение, классификацию, сегментацию и другие методы анализа изображений.
4. Создание карт и моделей: старые спутниковые снимки могли использоваться для создания карт и моделей ландшафта, которые могли быть полезны для изучения природных явлений, изменений в ландшафте и других геопространственных исследований.

Современные методы обработки данных и анализа изображений позволяют получать более точные и детальные результаты, чем это было возможно для старых спутниковых снимков.

Архивы спутниковых снимков

Существует множество архивов, где можно найти старые спутниковые снимки. Некоторые из них предлагают возможность поиска снимков по годам:

• Google Earth: имеется возможность просмотра спутниковых снимков с 1984 года по настоящее время. Для этого нужно выбрать соответствующую опцию в меню слева и затем перемещаться по карте, чтобы увидеть снимки разных лет.
  
  

Рис. 8. Снимок с Google Earth 1985 года

• USGS EarthExplorer: Этот архив предлагает доступ к спутниковым снимкам с 1972 года по настоящее время. Здесь можно выбрать определенный год, чтобы увидеть доступные снимки.
  

  Рис. 9. Список снимков с USGS 1999 года

• LandsatLook Viewer: Этот сервис предоставляет доступ к спутниковым снимкам Landsat с 1972 года. Здесь можно выбрать год и регион, чтобы увидеть доступные снимки.
• NOAA View: Этот архив содержит спутниковые снимки NOAA с 1975 года. Здесь можно выбрать год и область, чтобы увидеть доступные снимки.
• NASA Earthdata Search: Этот архив содержит большое количество спутниковых снимков от различных миссий, включая Landsat, MODIS, ASTER и другие. Здесь можно выбрать год, область и миссию, чтобы найти нужные снимки.
• The European Space Agency (ESA) Sentinel Hub EO Browser: Этот сервис предоставляет доступ к спутниковым снимкам Sentinel с 2014 года. Здесь можно выбрать год, область и тип продукта, чтобы найти нужные снимки.
  
  

Рис. 10. Снимок Венгрии 2015 год

• DigitalGlobe ImageLibrary: Этот архив содержит большое количество спутниковых снимков от компании DigitalGlobe с 2002 года. Здесь можно выбрать год, область и разрешение снимка, чтобы найти нужные снимки.
• NOAA Climate Data Online (CDO): Этот архив содержит данные о климате и окружающей среде, включая спутниковые снимки с 1974 года. Здесь можно выбрать год, тип данных и область, чтобы найти нужные снимки.
• USGS National Map: Этот сервис предоставляет доступ к множеству данных, включая спутниковые снимки с 2003 года. Здесь можно выбрать год, область и тип снимка, чтобы найти нужные снимки.
• Сайт RetroMap: онлайн-архив старых спутниковых снимков, предоставляющий доступ к более чем 500 тысячам изображений Земли, сделанных с помощью спутников с 1950-х по 2000-е годы. На сайте можно найти снимки различных регионов мира, сделанные разными спутниками и в разные годы. Кроме того, на сайте представлена возможность поиска по координатам и датам.
  
  

Рис. 11. Пример с сайта, Спутниковый снимок Ленинграда 17.07.1966г

В настоящее время существует несколько других способов, помимо первого, чтобы получить старые спутниковые снимки. Например, обратиться к специализированным компаниям таким, как ООО «ГЕО Иннотер», которые занимаются продажей старых спутниковых снимков. Наша компания может предоставить доступ к более широкому выбору снимков, чем бесплатные архивы, и может предложить услуги по обработке и анализу данных. Третий способ - обратиться к государственным агентствам и научным организациям. ООО «ГЕО Иннотер» имеет свои архивы старых спутниковых снимков.

Рис. 13. Покрытие территории Ирана спутниковыми снимками КА «Ресурс-Ф» с установленным на борту сенсором КФА-1000.

Ограничения и проблемы использования старых спутниковых снимков

Ограничения и проблемы использования старых спутниковых снимков связаны с:

1. Ограниченное пространственное разрешение: Старые космические снимки имеют низкое пространственное разрешение, что означает, что они не могут предоставить детальную информацию о малых объектах на поверхности Земли. Это может затруднить исследования, которые требуют высокой степени детализации.
2. Ограниченное спектральное разрешение: Старые спутниковые снимки могут иметь ограниченное спектральное разрешение, что означает, что они не могут предоставить полную информацию о различных типах поверхности Земли. Некоторые приложения, такие как определение типа почвы или оценка состояния растительности, могут быть затруднены из-за этого.
3. Ограниченная доступность: Некоторые спутниковые снимки могут быть недоступны для использования из-за технических проблем, таких как потеря данных, повреждение оборудования или просто отсутствие копий. Кроме того, доступ к некоторым спутниковым снимкам может быть ограничен из-за политических или юридических причин.
4. Невозможность получения актуальных данных: снимки не могут предоставить актуальную информацию о состоянии поверхности Земли в настоящее время. Это может ограничить их использование для некоторых приложений, таких как наблюдение за естественными катастрофами или экологическими изменениями

Применение старых спутниковых снимков в наши дни

Старые космические снимки находят применение в различных областях ДЗЗ.

Изучение изменений в использовании земли: снимки могут использоваться для анализа изменений в использовании земли на протяжении многих лет. Это может помочь в изучении влияния человеческой деятельности на окружающую среду, такие как расширение городов, вырубка лесов и изменения в землепользовании.

Археология и история: Старые космические снимки могут использоваться для археологических исследований исторических мест. Они могут помочь в выявлении археологических объектов, таких как крепости, могилы и древние города.

Рис. 12. Следы планировки сгоревшего города Куня – Ургенч 1968 год

Изучение климатических изменений: старые спутниковые снимки могут использоваться для анализа изменений климата на протяжении многих лет. Это может помочь в понимании глобальных климатических трендов и изменений в погоде.

Картографирование: архивные снимки со спутников могут использоваться для создания карт и моделей местности. Это может быть полезно для различных областей, таких как геология, геологические исследования, охрана окружающей среды и градостроительство.

Разведка: старые спутниковые снимки могут использоваться для разведки военных объектов и мест расположения армейских баз, а также для обнаружения изменений в местности, которые могут указывать на возможные военные действия.

Суды: с применением архивных снимков восстанавливается объективная картина местности на определенную дату.

Стоит отметить, что использование старых спутниковых снимков имеет свои ограничения и проблемы, такие как низкое пространственное разрешение и ограниченная доступность снимков.

Заключение

Старые спутниковые снимки имеют значительный потенциал для использования в современных задачах дистанционного зондирования Земли. Они могут предоставить ценную информацию о состоянии природной среды, изменениях климата, топографии и многом другом. Кроме того, они могут использоваться для сравнения и анализа изменений в течение длительного времени. Однако, использование старых спутниковых снимков также имеет свои ограничения и проблемы, такие как низкое пространственное разрешение и ограниченная доступность архивов. Важно помнить, что для получения максимальной пользы от этих снимков необходимо правильно выбирать их для конкретной задачи, проводить необходимую обработку и анализ данных и учитывать возможные ограничения. Несмотря на все сложности, старые спутниковые снимки остаются ценным ресурсом для научных и прикладных задач в области ДЗЗ и могут дополнить современные данные, повышая точность и полноту исследований.