Старые спутниковые снимки

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.

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 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

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.

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 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

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.

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.