ЛИДЕР В СФЕРЕ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА
RU EN

Высокоточная цифровая 3D-модель рельефа Земли становится реальностью

26 Января 2012
Данные ДЗЗ

Спустя год после начала эксплуатации германский спутник дистанционного зондирования Земли TanDEM-X совместно со своим спутником-близнецом TerraSAR-X впервые осуществили съемку всей поверхности суши Земли с помощью установленных на них высокотехнологичных радиолокационных систем с синтезированием апертуры. На основе полученных данных ведется построение первой в мире трехмерной высокоточной цифровой модели рельефа Земли (DEM — Digital Elevation Model), в которой будут использованы данные из одного источника.



Управление обоими радиолокационными спутниками осуществляет германский аэрокосмический центр DLR (Deutsches Zentrum f?r Luft- und Raumfahrt). В его ведении также находятся вопросы научного использования TanDEM-X и построения цифровой модели рельефа. Финансирование деятельности DLR осуществляет министерство экономики и технологии Германии (Bundesministerium fur Wirtschaft und Technologie) в формате государственно-частного партнерства с компанией Astrium, разработавшей спутники TanDEM-X и TerraSAR-X. Коммерческий доступ к данным космической съемки, выполненной с помощью этих спутников, обеспечивает подразделение Astrium Services GEO-Information Division.

Спутники TanDEM-X и TerraSAR-X, находясь на орбите высотой 514 км, совершают полет в паре на удалении всего несколько сот метров друг от друга и ведут последовательную, полоса за полосой, съемку земной поверхности в синхронном режиме с горизонтальным разрешением до 12 м и вертикальным — до 2 м. Максимальное разрешение, которое способны обеспечить радиолокационные системы спутников — 1 м. Космические радиолокационные снимки высокого разрешения передаются на три наземные станции — в городах Кируна (Швеция) и Инувик (Канада), а также на станции О’Хиггинс (Антарктика). Скорость передачи данных — до 300 Мбит/с. Менеджер по проектам наземного сегмента TanDEM-X центра DLR Манфред Цинк (Manfred Zink) отметил, что «работа спутников превзошла все ожидания, и за все время функционирования аппаратов не было отмечено ни одной неплановой приостановки их совместного использования. Все механизмы обеспечения безопасности полета функционировали исправно и надежно». В течение 2011 года расстояние между спутниками было постепенно сокращено до минимально допустимой величины в 150 м.

«В след за запуском TanDEM-X 21 июля 2010 года последовали шесть месяцев орбитальных испытаний и тестирования, в течение которых мы тщательно изучили работу спутника на орбите и выполнили необходимую калибровку аппаратуры», — вспоминает Манфред Цинк. В этот период было осуществлено формирование орбитального тандема, включающего спутники TanDEM-X и TerraSAR-X, запущенный в 2007 году. Совместное использование этих двух спутников для сбора данных в интересах создания высокоточной цифровой модели рельефа началось 14 декабря 2010 года.

Радиолокационные системы аппаратов ведут съемку земной поверхности в интерферометрическом режиме с двух разных пространственных положений под углом 30-40 градусов относительно направления в надир, чем достигается «глубина зрительного восприятия» по аналогии с тем как реализовано бинокулярное зрение у людей. «Подготовка данных для высокоточного моделирования угла места требует точнейшей синхронизации работы спутников», — поясняет Герхард Кригер (Gerhard Krieger), системный инженер проекта TanDEM-X. Разница в длине кабелей радиолокационных систем и расстояние между спутниками должны быть с высокой точностью учтены при калибровке. «Различие в один миллиметр может вылиться в почти метровую ошибку определения угла места», — отметил Герхард Кригер.

Полосы отснятой спутниками земной поверхности в виде снимков размером 30 х 50 км (широкополосный режим съемки высокого разрешения — StripMap) после обработки преобразуются в цифровую модель рельефа. Благодаря высокоточной калибровке, «базовые данные», объединяемые в конце обработки для формирования 3D-карты, уже имеют очень высокое качество. К середине 2013 года спутники TanDEM-X and TerraSAR-X выполнят несколько полных циклов съемки суши Земли, общая площадь которой составляет порядка 150 млн кв. км и для картографирования которой потребуется не менее 8,6 терабайт данных космической съемки. Основная задача работы — создать исключительно высокоточную, глобальную и однородную 3D-модель рельефа местности, которая будет востребована как в коммерческих, так и в научных целях.

Первоначально планировалось выполнить два полных цикла съемки земной суши. Некоторые районы, например, большая часть территории Австралии, были отсняты тандемом спутников с достаточным качеством уже в ходе первого цикла съемки. «Степень точности зависит от того, насколько хорошо земная поверхность отражает зондирующие радиолокационные импульсные сигналы, излучаемые и затем принимаемые спутниками», — поясняет Манфред Цинк. Например, Сахара — наиболее проблемный регион для съемки, так как сигнал в буквальном смысле слова «тонет» в песке. Для участков Земли с плотной растительностью, например джунглями, требуется проведение дополнительной съемка и тщательный подбор расстояния между спутниками. «У нас останется несколько белых пятен на карте, но мы, безусловно, постараемся их максимально устранить», — отметил Манфред Цинк, говоря о планах на ближайшие месяцы.

«Мы хотим лучше понять Землю как систему и использовать полученные данные, например, для климатических исследований и изучения транспортных потоков», — говорит Ирена Хайнсек (Irena Hajnsek), научный координатор проекта TanDEM-X. В 2011 году она дала «зеленый свет» 166 прикладным исследованиям, представленным на рассмотрение в DLR. «Большинство из них поступило из США и Германии. Возможности TanDEM-X будут использованы для решения различных вопросов в области землепользования, сельского хозяйства, гидрологии, геологии и гляциологии», — отметила Ирена Хайнсек.

Тандем спутников может стать источником данных о высоте снежного покрова или изменениях ледового покрова в полярных регионах. Также космические данные могут быть использованы для составления географических карт территорий, расположенных в местах повышенной вулканической активности. С помощью тандема спутников могут также производиться измерения скорости движения морских и наземных транспортных средств, оценка изменений окружающей среды. Большое значение работа, выполняемая двумя спутниками, имеет и для сельскохозяйственной деятельности. «Основываясь на высоте и структуре растительности — например, рапса — можно делать выводы о качестве и характеристиках биомассы», — считает Ирена Хайнсек.

Завершение формирования полной трехмерной высокоточной цифровой модели рельефа Земли планируется завершить к 2014 году.


Перевод: ИТЦ "СКАНЭКС"

Источник: сайт DLR (http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-2451/year-2012/);
BBC (http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-16578176)

Спутники TanDEM-X и TerraSAR-X, находясь на орбите высотой 514 км, совершают полет в паре на удалении всего несколько сот метров друг от друга и ведут последовательную, полоса за полосой, съемку земной поверхности. Источник: DLR

Первая мозаика на Исландию. Данные TanDEM-X. Источник: DLR

Все новости

Подпишитесь на рассылку. 
Раз в неделю мы будем присылать только свежие и актуальные новости.

Наверх