Ракурс
English info@racurs.ru

О программе

Области применения

Технологические схемы

Подробные спецификации

Примеры

 НОВОСТИ  О КОМПАНИИ  ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ  ДАННЫЕ ДЗЗ  УСЛУГИ  ОБУЧЕНИЕ  ПОДДЕРЖКА  БИБЛИОТЕКА  КОНТАКТЫ  ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 
 ЦФС PHOTOMOD  PHOTOMOD GeoMosaic  PHOTOMOD UAS  PHOTOMOD Radar  PHOTOMOD Conveyor  PHOTOMOD Lite  Панорама  Стереомониторы  Цены 

Области применения данных с космических РСА на примере обработки данных РАДАРСАТ

РАДАРСАТ - это первая канадская космическая радиолокационная система. Спутник РАДАРСАТ-1 был запущен в 1995 году, следующий спутник РАДАРСАТ-2 планируется запустить в 2008 году. На этих спутниках устанавливаются радиолокаторы бокового обзора с синтезированной апертурой антенны (РСА), позволяющие получать изображения земной поверхности независимо от погодных условий и освещенности.

Часть примеров использования данных Радарсат предоставлена Канадским центром дистанционного зондирования

Сельское хозяйство

Спутниковые радиолокационные изображения, полученные на повторяющихся витках по одному и тому же участку местности представляют собой ценный источник информации о текущем состоянии и динамике созревания урожая и состояния почв. В настоящее время ученые исследуют возможность получения верифицированных данных для сельского хозяйства и проверяют, какого рода информация о состоянии сельскохозяйственных культур, динамике их развития и потенциальном урожае может быть получена с использованием гиперспектральных, мультиспектральных сканеров и радиолокаторов.

Получение информации о состоянии сельскохозяйственных культур в провинции Манитоба, Канада.

Спутниковая оптическая съёмка, в принципе, может обеспечить необходимую информацию для мониторинга состояния сельскохозяйственных культур. Однако сегодняшнее состояние космической группировки спутников ДЗЗ не позволяет получать свободные от облачного покрова снимки в течение всего сезона роста растительности.

Научные эксперименты многократно демонстрировали, что выдерживание необходимого интервала времени между съёмками чрезвычайно важно для успешного картирования сельскохозяйственных культур. Таким образом, невозможность получения оптических снимков на всех ключевых этапах созревания урожая делает эти данные непригодными для полноценного оперативного наблюдения за созреванием урожая. Благодаря тому, что микроволновое излучение способно проникать через облака, съёмки РСА представляются более надёжным источником получения информации. Кроме того, микроволновое излучение чувствительно к структуре сельскохозяйственных культур (размерам и геометрии листьев, стеблей и плодов) и уровню содержания влаги в растительности. В результате, радиолокационные изображения могут стать наиболее важным компонентом для систем мониторинга сельскохозяйственных культур.

Исследования Канадского центра дистанционного зондирования CCRS, проведённые с использованием съёмок по району Carman, Manitoba (Canada), совершенно отчётливо продемонстрировали, что по снимкам РСА РАДАРСАТ можно получить точную информацию о типах сельскохозяйственных культур. Одним из основных вопросов исследования было определение влияния периодичности съёмок на качество результатов дешифрирования снимков. Как оказалось, наилучшие результаты в распознавании сельскохозяйственных культур были достигнуты при обработке изображений, полученных в течение периода развития семян. Наибольшие проблемы возникли при распознавании таких зерновых культур как пшеница, ячмень и овес, поскольку по структуре эти злаки мало отличаются друг от друга. Как и предполагалось, для успешного распознавания типов сельскохозяйственных культур требуются наибольшие углы визирования, такие, которые обеспечиваются радиолокатором РАДАРСАТ в режиме съемки Fine Beam Modes.

Как известно, при переходе растительности из одной стадии развития в другую, её структура и влажность изменяются. Эти изменения отображаются виде различий в итенсивности обратного рассеяния радиолокационного сигнала и должны приниматься во внимание при прогнозировании урожая. В процессе исследований была получена корреляция между между интенсивностью отражённого сигнала РСА и характеристиками развития растений, такими, как Leaf Area Index (LAI) и высотой растений. Основываясь на этих результатах, съёмки с РСА РАДАРСАТ-1 могут обеспечить некоторую информацию о степени созревания урожая в пределах области изменчивости его параметров.

Съёмки с радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА), могут дать информацию о типе сельскохозяйственных культур и о текущем состоянии растительности. Однако, при использовании датчиков, подобных РСА РАДАРСАТ-1 (С-НН) и ERS-2 (С-VV), требуются множество разнесённых по времени съёмок. Следующая генерация РСА (РАДАРСАТ-2 и Envisat ASAR) позволит получать изображения с различными видами поляризации сигнала. Эти радиолокационные системы позволят значительно увеличить объем получаемой информации за одну съёмку и станут более совершенным инструментом мониторинга сельскохозяйственных культур.

Лесное хозяйство

Объединяя данные с различных спутников, гиперспектральные снимки и снимки, сделанные с различной поляризацией сигнала, а также данные ГИС, ученые работают над изучением лесов, их здоровья, процессов биогенеза, прироста биомассы, регенерации; а также осуществляют мониторинг пожаров и изучают влияние насекомых на развитие и возникновение болезней лесов.

Управление лесными ресурсами в провинции Альберта, Канада.

Это изображение с РСА РАДАРСАТ было получено по району Whitecourt (провинция Альберта, Канада) 5 марта 1996 года. Whitecourt - регион, где активно заготавливается и транспортируется лес, находится в предгорье Скалистых гор на западе от Эдмонтона. Темные области изображения (А) довольно четко оттеняют нетронутые бореальные лесные массивы, которые в этом регионе представлены преимущественно елями, соснами и немного осинами.

В центре изображения находится долина с крутыми склонами. Топография равнины выделяется радиолокатором путем подсвечивания одного из её уклонов и образованием тени от другого. По направлению к левой верхней части снимка находится объект с множеством исходящих из него линий (В). Это насосная станция, а линии - это газовые трубопроводы, тянущиеся во многих направлениях. На снимке можно увидеть пересекающиеся дороги (D), хотя иногда бывает довольно трудно отличить их от трубопроводов.

(интерпретация Frank Ahern, Канадского центра дистанционного зондирования)

Геология

В настоящее время ученые уделяют много внимания разработке различной спутниковой техники для применения ее в картографии. Основными задачами в этой области являются описание и управление обвалами, разработка территориальных карт и карт минеральных ресурсов. РСА высокого разрешения, поляриметрические РСА позволяют получать стереометрические и интерферометрические пары, которые успешно применяются в геологических исследованиях при помощи уже известных технологий.

Геологические карты острова Bathurst, Канада

Этот снимок острова Bathurst в Канаде был получен при помощи радиолокатора РАДАРСАТ 21 марта 1996 года. Самая примечательная характеристика на этом изображении - это поразительное проявление на них геологических объектов. Темное пятно в центре снимка (А) это бухта Bracebridge, которая граничит с Северным Ледовитым океаном на западе рассматриваемой области. Из этой бухты на восток простилается широкая долина, которая называется Проход Полярного Медведя.

Геологию острова Bathurst характеризуют примечательные извилины ущелий. Верхние несколько километров многоуровневых скал деформированы в серию впадин, которые четко видны на снимке РАДАРСАТ.

Светлые тона на этом изображении (С) представляют собой залежи известняка, а темные тона (В) - наносы камней. Границы между этими двумя средами точно и легко определяются по снимку.

(интерпретация Paul Budkewitsch, MIR Teledetection)

Гидрология

В настоящее время ученые могут получать полную информацию для гидрологических исследований путем объединения данных дистанционного зондирования и подспутниковых измерений и информации о влажности и размерах снежных областей. Эти сведения позволяют решать множество задач, связанных с определением возможностей почвы, предсказанием сезонных осадков и возможных наводнений, регулированием расходования водных ресурсов и др.

Карта распределения снега в Оттаве, Канада.

Во многих областях Земли существенная часть ресурсов пресной воды, используемой для повседневного потребления и орошения, постоянно дополняется в результате таяния снега. Для того чтобы эффективно использовать талую воду, агентства по ресурсам должны заранее сделать суммарные подсчеты объема воды, хранящейся в виде снега. Для решения этой задачи основными параметрами являются региональная протяженность снежных масс, водный эквивалент снега, и влажность снега. Традиционные методы исследования снежных масс требуют дорогостоящих и сложных ресурсов. Используемые средства дистанционного зондирования позволяют определить региональную протяженность снега и физические параметры снега, и, таким образом, являются вполне логичной альтернативой стандартным решениям в этой области.
Рисунок 1.
РАДАРСАТ (Standard Beam 7) 12 января 1996
Рисунок 2.
РАДАРСАТ (Standard Beam 6) 19 января 1996
Рисунок 3.
Разница между двумя радиолокационными снимками 12 и 19 января

Эти изображения демонстрируют потенциальные возможности данных РАДАРСАТ для картографирования протяженности влажного снега на исследуемых участках. В данном случае в качестве примера рассматривается распределение снега в долине реки Оттава (Онтарио). Снимки были сделаны 12 января 1996 года в условиях сухого снега (рис.1), 19 января в условиях влажного снега(рис.2). Затем была вычислена разница между данными 12 и 19 января и полученный результат показан на рисунке 3. Белые области на этом изображении обозначают те участки, где уровень влажности снега изменился с 12 по 19 января.

Эта демонстрация возможности определять влажность снега по снимкам с РСА РАДАРСАТ была ограничена двумя снимками, на которых процентное соотношение снежного покрытия практически не изменилось. Однако, получение данных в течение более длинного промежутка времени позволит осуществить наблюдение за уменьшением объёма снежных масс в районе водораздела рек. Протяженность снежных массивов - это ключевой параметр для моделирования процесса таяния снега и прогнозирования направления потоков талой воды. Такие карты снежного покрытия, полученные с помощью снимков со спутника РАДАРСАТ, помогут в предсказании наводнений и в эффективном управлении водными ресурсами.

Картография

Используя данные дистанционного зондирования и данные других источников, ученые разрабатывают методы и инструментальные средства для более успешного картографирования земной поверхности в двумерных и трехмерных картографических и тематических представлениях.

Формирование схемы дорог по стереоснимкам РСА РАДАРСАТ.

Наличие множества типов лучей у РСА РАДАРСАТ обеспечивает возможность формирования целого ряда различных конфигураций стереосъёмки для интересующей области, которые существенно различаются по своим геометрическим и радиометрическим свойствам. Ученые внимательно оценивают геометрические и радиометрические параметры систем РСА, влияющие на качество результатов картографического применения радиолокационных данных. В качестве примера получения местоположения таких планиметрических элементов как дороги, специалисты обработали три стереопары снимков в режимах съемки Fine (F1-F5), Sandard (S1-S7) и Standard (S4-S7). В соответствии с канадскими стандартами карт масштаба 1:50000, дороги были сегментированы на четыре категории: шоссе (четыре и более полос, предназначенные для любых погодных условий), основные дороги (две-три полосы, предназначенные для любых погодных условий), второстепенные дороги и городские улицы (см. рисунок 1). Специалисты использовали исходные данные (карты дорог общей протяжённостью более 900 км) для оценки статистической точности обработки. Из сравнения дорог на топографической карте и выделенных по снимкам РСА РАДАРСАТ они рассчитали величину ошибок пропуска и циклических ошибок с доверительным интервалом 68% и 90% для каждой стереопары F1-F5, S1-S7 и S4-S7.


Орторектифицированное изображение, полученное в режиме съемки Fine РСА РАДАРСАТ, с шоссе (синий цвет), основными дорогами (красный), второстепенными дорогами и городскими улицами (белый).

Исследования водной поверхности

Использование одной частоты излучения РСА и поляриметрических РСА, процедур совмещения нескольких изображений позволяет ученым разрабатывать технологии для успешного развития целого ряда приложений, связанных с изучением морской поверхности. Ученые исследуют характеристики ветров в прибрежной зоне, в том числе при больших скоростях ветра в ураганах; оценивают возможность использования двойной поляризации для обнаружения и классификации судов и изучения океанских волн; проводят обнаружение и мониторинг разливов нефти, мониторинг изменения береговой линии, приливных зон и районов судоходства.

Рассмотрим три радиолокационных изображения одного и того же участка поверхности океана, полученных при разных скоростях ветра и с различными углами наклона луча:

Рисунок 1 Рисунок 2 Рисунок 3
Рисунок 1 получен при низкой скорости ветра (2м/с) и высоком угле наклона (47.3°). Здесь уровень сигнала отражённого от морской поверхности очень низкий, а на снимке доминируют шумы, хотя некоторые элементы морской поверхности все же видны. На рисунке 2 также показано изображение при низкой скорости ветра (5м/с), но с небольшим углом наклона луча (23.9°). В этом случае уровень отражённого от поверхности сигнала гораздо выше и легко различаются такие элементы морской поверхности, как волны. Однородные участки на снимке, вызваны, скорее всего, локальным течением на поверхности океана. Рисунок 3 показывает снимок с большим углом наклона луча (43.8°) и атмосферным фронтом, двигающимся от берега. Скорость ветра меньше к востоку от фронта, где уровень сигнала наполовину определяется шумом. На снимке можно различить как собственные характеристики морской поверхности (волны), так и корабли. К западу от фронта уровень возмущения морской поверхности достаточно высок и на этом участке характеристики поверхности определить уже достаточно сложно. Необходимо заметить, что для того чтобы оптимизировать значение контраста морской поверхности, изображения 1-3 соответствующим образом обрабатывались. Таким образом, можно сделать вывод, что для большого угла наклона луча (снимки 1 и 3) участки суши хорошо различимы и наличествует хороший контраст между земной и морской поверхностью. Этот контраст гораздо меньше для снимков с малым углом наклона луча, а следовательно участки суши труднее различимы на фоне морской поверхности.

Ниже рассматриваются некоторые конкретные возможности применения описанных выше оптимизированных режимов съёмки в интересах океанологии и исследований морской поверхности.

Обнаружение судов

Рисунок 4

На рисунке 4 показан снимок, на котором легко можно идентифицировать корабли, их количество и местоположение. Возможность обнаружения судов в акваториях морей и океанов зависит от уровня возмущенности водной поверхности и метеоусловий: чем меньше уровень возмущения, тем легче процедура распознавания объектов. Для поставленной задачи рекомендованы съемки под высокими углами. Более низкая разрешающая способность снимков снижает точность распознавания судов. Для наибольшей достоверности распознавания наилучшими являются следующие лучи: S4 - S7, W3, F1 - F5 и EH1 - EH6. Режим съемки ScanSAR Narrow является менее подходящим из-за своего низкого разрешения, однако, он может помочь в нахождении оптимального решения при выборе между разрешающей способностью и областью охвата и поэтому рекомендуется для задачи наблюдения за рыболовецкими судами, которые имеют размеры более чем 50 м.

Обнаружение различных пятен на поверхности воды

Рисунок 5

Естественные или искусственные пленки на поверхности океана, так называемые слики, могут быть обнаружены на радиолокационных снимках из-за локального уменьшения шероховатости морской поверхности, вследствие чего слик отображается темным пятном на светлом фоне водной поверхности. Пример такого снимка показан на рисунке. Для того, чтобы легко обнаружить локальное пятно, необходимо иметь разрешение РСА заведомо большее, чем область покрытия пленкой. Для данной задачи рекомендуется съёмка с небольшим углом наклона луча. Оптимальными являются лучи S1-S4 режима CNR. Лучи W1, W2 и режим ScanSAR могут увеличить область охвата, но только за счет ухудшения разрешающей способности. Области пятен могут быть видны на снимках и при большом угле наклона луча и малой ветрености, но в этом случае изображение будет иметь низкое отношение сигнал/шум.

Определение характеристик морской поверхности

Масштабные характеристики морской поверхности могут быть различимы на изображении РСА благодаря наличию поверхностно-активных веществ (Рисунок 2), а также существованию специфических зон сдвига или сходимости морских волн. На снимке можно также зафиксировать характеристики более низкого порядка, такие как внутренние волны (Рисунок 2) или течения. Отображение характеристик морской поверхности на снимках зависит и от скорости ветра. Если скорость ветра очень большая, то большинство эффектов, возникающих на морской поверхности, становятся неразличимыми на снимке из-за возмущенности поверхности. Если координаты объекта или области наблюдения хорошо известны, то для съемки рекомендуется использование лучей S1 - S4. Если целью зондирования является наблюдение за большими областями, то необходим режим с большим углом обзора, и тогда наиболее подходящими являются лучи W1, W2 или режим SCN.

Анализ атмосферных эффектов

Рисунок 6

Изменение скорости ветра на высоте в пределах одного километра обычно происходит на переднем плане атмосферного фронта (Рисунок 3). Оно может быть вызвано влиянием атмосферных потоков, гравитационными волнами, изменениями границ атмосферных слоев или перепадами давления (Рисунок 6). На снимках РСА различные скорости ветра часто отображаются в виде локальных изменений уровня шероховатости морской поверхности. Оптимальной для наблюдения атмосферных эффектов является съёмка в режиме CNR, обеспечивающем широкую область наблюдения. Пригодными также являются луч W1 и режимы SCN и SCW, хотя при очень сильной скорости ветра даже большой угол наклона луча становится эффективен для такого рода наблюдений. Необходимо отметить, что для определения скорости ветра при помощи изображения требуется радиометрическая калибровка снимка.

Наблюдение за океанскими волнами

По вопросу отображения океанских волн на снимках РСА имеется важное замечание. Характеристики их отображения на радиолокационном снимке зависят от отношения наклонной дальности к скорости платформы РСА. Чем больше этот параметр, тем более нелинейной становится зависимость характеристик снимка от характеристик волнения. Этот параметр для РСА ERS-1 приблизительно равен 115 сек, что многими исследователями считается слишком большим, поскольку влечёт за собой ограничение на азимутальный спектр волнения. Однако эта же величина является более низкой для РСА РАДАРСАТ. Для того чтобы сделать этот параметр максимально низким, рекомендуются лучи S1, W1, режимы SCN и SCW, хотя разрешающая способность снимка в режиме SCW является слишком низкой для извлечения полной информации об океанических волнах.

Предположения, сделанные ранее в 1995 году, о влиянии типа луча на наблюдение определённых свойств морской поверхности в основном подтверждены. Более того, спутник РАДАРСАТ предоставляет даже большие возможности для наблюдения морской поверхности, нежели предполагалось ранее.

Использование стереообработки данных РСА

В настоящее время данные с космических РСА обладают целым рядом свойств, позволяющих использовать их в широком диапазоне прикладных задач. В частности, одной из задач является построение ЦМР по большим площадям поверхности, с низкой стоимостью и коротким временем выполнения заказа. ЦМР, полученные обработкой стереоданных РСА имеют собственную нишу на рынке картографических продуктов. Традиционным преимуществом информационных продуктов РСА является возможность их получения независимо от погодных условий, что является критическим условием для некоторых задач. Зачастую, информационные продукты РСА, в том числе и ЦМР, становятся более предпочтительными по сравнению с продуктами других датчиков или оцифрованными бумажными картами с точки зрения их удельной стоимости, времени доставки и точности.

Одной из областей применения продуктов стереообработки данных РСА является телекоммуникационная индустрия. Она имеет высокую потребность в цифровых картах рельефа, имеющих низкую стоимость и приемлемое качество. Карты рельефа необходимы для эффективного размещения передающих станций для различного рода связных сетей. Дополнительным преимуществом стереопродуктов РСА является возможность совмещения ЦМР и получаемых параллельно орторектифицированных (плановых) изображений, что улучшает восприятие трёхмерной информации.

Подписка на новости 129366, г. Москва
ул. Ярославская, д. 13А, офис 15
Tel   (495) 720-51-27 (многоканальный)
Fax   (495) 720-51-28
Последнее обновление: 14.08.2018© Ракурс, 2004-2018