Global Forest Watch:
Everyone Has a Story | Accepting New Participants

Как работают космические снимки?

Сегодня нам доступны поразительные изображения Земли из космоса.
Как узнать, что мы на них видим?

Global Forest Watch и другие источники необходимые для Вашего исследования (смотри руководство 7 «Где взять данные») используют изображения Земли из космоса. Поэтому в данном руководстве для участников проекта будет рассказано, как получают космические снимки.

Что такое космическая съемка?

 Как только человек научился летать и увидел Землю сверху, возникло дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — исследование планеты без непосредственного контакта с её поверхностью, то есть на некотором расстоянии, с высоты. Космическая съёмка — это съёмка небесных тел и космических явлений приборами, находящимися за пределами земной атмосферы.

Виды спутников

Спутники используют различные виды датчиков для регистрации электромагнитного излучения, отраженного от Земли. Пассивные датчики не требуют энергии, так как регистрируют излучение, излучаемое Солнцем и отраженное от поверхности Земли. Активные датчики требуют значительного количества энергии, чтобы самим испускать электромагнитное излучение, но они незаменимы, так как могут быть использованы в любое время года и время суток (пассивные датчики не могут быть использованы на неосвещённой стороне Земли), а также могут быть источником излучения, не излучаемого Солнцем (например, радиоволн).

Одной из основных характеристик спутникового снимка является его пространственное разрешение. Оно выражается в размере самых мелких объектов, различимых на изображении. Изображение состоит из отдельных цветных точек – пикселей. Чем меньше метров на местности укладывается в один пиксель, тем выше разрешение и тем более детальное изображение на снимке можно получить.

В зависимости от разрешения существуют три вида спутников.

Спутники высокого разрешения применяются для детального исследования территорий, обнаружения в океане судов, планирования строительства; они необходимы при составлении и уточнении планов населенных пунктов, прогнозе техногенных аварий и природных стихийных бедствий.

снимок высокого разрешения

На космических снимках высокого разрешения можно различить объекты размером в несколько десятков сантиметров. В лесу снимки высокого разрешения позволяют не только видеть кроны отдельных деревьев, но нередко и определить их породу. Во многих случаях только снимки высокого разрешения позволяют обнаружить незаконные рубки, если при них вырубаются только единичные деревья ценных пород.

 

снимок среднего разрешенияСпутники среднего разрешения находят применение при уточнении и обновлении топографических карт, исследованиях лесов и контроле промышленных рубок, прогнозе неблагоприятных и опасных природных явлений (наводнений, лесных пожаров, разливов нефти), решении многих сельскохозяйственных задач (составлении схем полей, прогнозе урожайности культур).

 

Снимок низкого разрешенияСпутники низкого разрешения (несколько километров на пиксель) при съёмке охватывают большие площади поверхности Земли. Такие космические снимки используют при исследованиях атмосферы и облачного слоя, составлении метеокарт, определении температуры поверхности суши и океана, для слежения за ледовым покровом и лесными пожарами.

 

 

Спутники и электромагнитный спектр

В то время как люди могут воспринимать лишь малую часть электромагнитного спектра (видимый свет), спутниковые датчики используют и другие типы электромагнитного излучения, такие как инфракрасный свет, ультрафиолетовое излучение, радиоволны и даже микроволны. Горные породы, почвы, вода, растительность по-разному отражают и поглощают электромагнитное волны. Съёмку земной поверхности в видимом спектре ведут в дневное время и при ясной погоде. Съёмка в спектре радиоволн проводится специальной радиолокационной аппаратурой в любое время суток, независимо от условий освещения и облачности, поэтому она нашла широкое применение в исследованиях полярных областей планеты (наблюдения за ледовой обстановкой арктических морей, поиск полыней, изучение толщины льда).

Specular reflection

Diffuse reflection

Анализ спутниковых снимков

Спутниковые изображения позволяют получить полезную информацию, так как различные поверхности и предметы могут быть идентифицированы по-разному, в зависимости о того, как они реагируют на излучение. Например, гладкие поверхности, такие, как дороги, отражают почти всю энергию, которая приходит на них в одном направлении. Это называется зеркальное отражение. В то же время, шероховатые поверхности, такие как деревья, отражают энергию во всех направлениях. Это называется рассеянное отражение. Использовать различные типы отражения полезно при измерении плотности и количества лесов, а также фиксации изменений лесного покрова.

Кроме того, объекты по-разному отражают электромагнитное излучение с разной длиной волны. Например, инфракрасный свет даёт много информации о характере и состоянии растительного покрова. В инфракрасном спектре сильнее всего различаются различные древесные породы (в том числе, хвойные и лиственные леса), здоровая и повреждённая растительность.

В современных спутниках изображение разделяется на несколько спектральных каналов, каждый из которых передаётся и записывается отдельно. Каждый спектральный канал содержит определенную информацию, например, дальний инфракрасный канал — данные о температуре поверхности Земли. Применяя различные сочетания каналов, и передавая их на финальном изображении разными цветами видимой части спектра, можно получить различные цветовые вариации одного и того же снимка. Хотя цвета на таких изображениях кажутся «неестественными», опытному дешифровщику они могут многое рассказать видимой ни них о земной поверхности. Такие условные цвета часто используются для того, чтобы подчеркнуть различия в растительном покрове, в горных породах, увлажнённости и пр.

Спутник Landsat-7, 2013 год

Спутники серии Landsat

Для отслеживания изменений земного покрова покрова, в том числе глобального мониторинга лесов, используются спутники серии Landsat. Спутники Landsat были разработаны специально для мониторинга поверхности суши и впервые запущены НАСА в 1972 году. Более 40 лет данные, получаемые со спутников Landsat, неоценимы для анализа изменений климата, лесного покрова, водных объектов, а также загрязнений воздуха в течение долгого времени. Изображения Landsat используются во многих областях, включая сельское хозяйство, геологию, лесное хозяйство, региональное планирование, картографирование и исследования глобальных изменений.

Хочешь узнать больше?

Если Вас заинтересовали спутники и изображения Земли из космоса, попробуйте эти ссылки:

Основы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

Интерпретация комбинаций каналов данных Landsat TM и ETM+

Баренц регион: вид из космоса :приведены примеры различных лесов и других природных объектов, а также результат их изменений по воздействием деятельности человека, на снимках со спутников Landsat.