Пространственное Разрешение Спутниковых Снимков

Пространственное Разрешение Спутникового Снимка: Что Это Такое?

Простыми словами, пространственное разрешение космического снимка – это размер одного пикселя, т.е. наименьшей точки, которую способен различить спутниковый сенсор. Однако, человека, незнакомого с данной темой, такое упрощение может запутать. Дело в том, что сенсор спутника дистанционного зондирования Земли воспринимает изображение через эллиптическое мгновенное поле зрения (IFOV) ^{Alvaro Valenzuela, Karin Reinke, Simon Jones. A new metric for the assessment of spatial resolution in satellite imagers, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. Volume 114, 2022, ISSN 1569-8432. https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.103051.}, которое затем обрабатывается в квадратный пиксель. К примеру, если пространственное разрешение спутниковых снимков составляет 30 м, объекты размером менее 30 м различить на них невозможно. Чтобы заметить хоть какие-либо детали, необходимо рассматривать что-то гораздо больше 30 м.

В зависимости от расстояния до исследуемого объекта и технических возможностей оборудования, дистанционное зондирование может осуществляться с низким, средним и высоким пространственным разрешением. Например, снимки, полученные невысоко летающими дронами, имеют исключительно высокое разрешение. Однако и спутники, распложенные гораздо дальше от Земли, также способны выполнять космические снимки поверхности планеты с высоким разрешением.

Технология спутникового дистанционного зондирования постоянно развивается, поэтому классификация пространственного разрешения ДЗЗ на низкое, среднее и высокое всего лишь ориентировочна. В 1980-х годах показатель 60 метров на пиксель на спутнике NASA Landsat был относительно высоким, а сегодня эта цифра уже считается чрезвычайно низкой.

Рассмотрим несколько примеров. Сравните эти три спутниковых снимка Джангоха – района в Ташкенте (Узбекистан) и вы поймете, в чем разница. На снимке высокого пространственного разрешения (0,4 м/пиксель) со спутника Kompsat-3A отчетливо видны здания, дороги и даже автомобили, но в большинстве случаев за такой уровень детализации приходится платить. Объекты на снимках низкого (30 м/пиксель) и среднего (10 м/пиксель) разрешения гораздо более размыты, зато эти данные дистанционного зондирования бесплатны.

Разница очевидна. Снимок 0,4 м/пиксель более детализирован, однако для проведения точного пространственного анализа необходимость детализации возникает далеко не всегда. Рассмотрим особенности космических снимков с различных спутников, их практические преимущества и ограничения в использовании.

Среднее И Низкое Пространственное Разрешение ДЗЗ

В настоящее время пользователям доступно множество космических снимков дистанционного зондирования данной категории, в основном со спутников Sentinel и Landsat. Эти данные, полученные на протяжении 50 лет в различных спектральных диапазонах, являются бесплатными и используются в различных контекстах.

Какие же недостатки имеют спутниковые снимки с низким и средним пространственным разрешением? Существенный минус таких изображений только один – отсутствие деталей. Рассмотрим преимущества и недостатки этой категории подробнее.

Большая Коллекция Бесплатных Снимков

Получить доступ к космическим снимкам низкого и среднего пространственного разрешения сейчас легко – онлайн-ресурсов для этого много. Веб-сервис спутниковых данных EOSDA LandViewer предоставляет доступ к восьми бесплатным наборам данных наблюдения Земли. Эти коллекции получены со спутников Sentinel 2, Landsat 8 OLI и TIRS, Landsat ETM+ и MODIS. Различные источники данных ДЗЗ позволяют просматривать, анализировать и загружать свежие спутниковые снимки со следующими характеристиками:

• пространственное разрешение от 10 до 500 м/пиксель;
• временное разрешение (периодичность пролетов) от 2 до 16 дней;
• спектральное разрешение от 4 до 12 диапазонов с возможностью создания их индивидуальных комбинаций.

Данные По Многим Спектральным Диапазонам

Спутниковые снимки низкого и среднего пространственного разрешения содержат важную информацию. Даже несмотря на очевидное отсутствие деталей, многочисленные спектральные диапазоны и их комбинации позволяют извлечь обширные данные. Такие спутниковые снимки предоставляют важную информацию о многих объектах и их свойствах, которые невозможно было бы получить иначе.

Исторические Данные

Наше сегодняшнее достояние спутниковых изображений среднего и низкого пространственного разрешения является прямым результатом работы проекта Landsat, который стартовал более полувека назад. В программе EOSDA LandViewer пользователи могут просматривать и анализировать спутниковые снимки, датированные 1982 годом и позже, а также получить ценную информацию о том, как изменялись исследуемые объекты с течением времени.

Низкая Степень Детализации

Из-за отсутствия деталей на спутниковых снимках низкого и среднего пространственного разрешения можно различить только обширные объекты, такие как мосты, каналы или уличные кварталы. Даже Колизей – а он намного больше вашего дома – будет выглядеть точкой.

Анализ этих плюсов и минусов позволяет сделать вывод, что таких спутниковых снимков будет достаточно для решения задач, не требующих высокой точности.

Высокое Пространственное Разрешение В Дистанционном Зондировании

Самое большое преимущество высокого разрешения по сравнению с низким – это точная детализация. Кроме того, на таких снимках можно просматривать любую нужную территорию в любое нужное время. Однако, спутниковые изображения высокого качества, как правило, дороже и менее доступны для пользователей. Еще одним недостатком спутниковых снимков данной категории является малая зона охвата. Рассмотрим плюсы и минусы этого вида дистанционного зондирования подробнее.

Высокая Степень Детализации

Высокоточные спутниковые снимки позволяют увидеть мельчайшие детали, такие как отдельные деревья, автомобили, здания и многое другое. На платформе EOSDA LandViewer можно выбрать один из восьми наборов данных со спутников – от 5 метров (SPOT 5) до 40 сантиметров (Kompsat-3A).

Просмотр Любого Места В Любое Время По Запросу

Современные коммерческие спутники сделали возможным дистанционное зондирование конкретного места в указанное время. К таким спутниковым снимкам обращаются, если нужные данные ДЗЗ отсутствуют в базе данных государственных спутников, следующих по разрешенным траекториям.

Спутниковое созвездие EOS SAT, первый спутник которого вышел на орбиту в начале 2023 года, сможет обеспечивать обзор территории по запросу клиента через день. Спутниковая группировка EOS SAT позволит изучать природные и антропогенные факторы, трудно поддающиеся оценке с поверхности Земли, а также даст возможность максимально быстро реагировать на изменения и минимизировать последствия катастроф.

Высокая Стоимость Снимков

Спутники с высоким пространственным разрешением оснащены сложными сенсорами ^{Charles Toth, Grzegorz Jóźków. Remote sensing platforms and sensors: A survey. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Volume 115, 2016, Pages 22-36, ISSN 0924-2716. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2015.10.004.}, необходимыми для получения снимков нужного качества, поэтому такие данные ДЗЗ находятся в высоком ценовом сегменте. В системе реселлинга, например, на платформе EOSDA LandViewer, космические изображения этой категории можно приобрести дешевле. Пользователи EOSDA LandViewer платят только за ту часть спутникового изображения, которая попадает в их область интереса (AOI). По сравнению с приобретением снимка по полной стоимости, такая покупка выгоднее.

Малая Зона Охвата

Как правило, снимки дистанционного зондирования с более высоким пространственным разрешением фиксируют меньшую площадь Земной поверхности. Следовательно, эти спутниковые данные идеально подходят для целенаправленного наблюдения и изучения объектов. Для охвата территории размером с Лондон потребуется четыре таких снимка, например, со спутников Pleiades-1, Kompsat-3 или SuperView-1, тогда как один снимок низкого разрешения c Landsat 8 отобразит зону в двадцать пять раз больше, чем Лондон.

Меньшая Доступность

Получение спутниковых данных иногда становится затруднительным из-за облачного покрова. При дистанционном зондировании с высоким пространственным разрешением, когда спутники часто отклоняются от заданной траектории, этот фактор имеет решающее значение. В результате высокоточных снимков будет гораздо меньше, чем с низким. Кроме того, история дистанционного зондирования высокого разрешения начинается в 2010 году, а по сегодняшним меркам это довольно короткий срок. По этой причине, такие снимки не являются оптимальным вариантом для тщательного исследования динамики разнообразных явлений и процессов.

Таким образом, ограничения на использование этой категории снимков все же существуют, несмотря на то, что они дают гораздо больше информации о видимых объектах на поверхности Земли. Перед выбором пространственного разрешения в дистанционном зондировании необходимо тщательно взвесить все плюсы и минусы каждого варианта.

Какое Пространственное Разрешение Оптимально Для Вас?

К сожалению, «универсального» варианта не существует. Определиться с затратами на спутниковые снимки помогут ответы на следующие вопросы:

• Какие ресурсы необходимы для реализации вашего проекта?
• Насколько точным должно быть визуальное представление спутниковых данных?
• В каких спектральных диапазонах необходимо получить спутниковые снимки?

Несмотря на то, что низкое и высокое пространственное разрешение спутниковых снимков применяется для съемки одних и тех же областей, дистанционное зондирование в каждом случае проводится с определенной целью. Следовательно, разные отрасли могут использовать преимущества каждого типа спутниковых снимков по-разному.

Использование Снимков Высокого Пространственного Разрешения

Спутниковые снимки 1-5 метров на пиксель или даже менее 1 метра на пиксель (сверхвысокое пространственное разрешение) применяются в областях, требующих максимальной детализации относительно небольших участков, а именно:

• обнаружение вредителей или болезней сельскохозяйственных культур в точном земледелии;
• выявление эрозионных процессов в почве;
• определение границ поля и картирование полей;
• наблюдение за животными и управление животноводством;
• отслеживание обезлесения и управление лесным хозяйством;
• обнаружение региональных аномалий и смягчение их последствий;
• 3D моделирование городов.

Использование Снимков Среднего Пространственного Разрешения

Спутниковые снимки 5-30 метров на пиксель подходят для решения задач, когда необходимо охватить обширные территории и не требуется предельной точности. Примеры применения дистанционного зондирования этого типа следующие:

• мониторинг состояния и развития сельскохозяйственных культур;
• мониторинг содержания влаги и питательных веществ;
• мониторинг плотности растительного покрова;
• обнаружение вредителей и болезней растений;
• оценка снижения биоразнообразия лесов;
• выявление природных аномалий в больших масштабах;
• мониторинг водных объектов;
• анализ расширения городов.

Использование Снимков Низкого Пространственного Разрешения

Несмотря на недостаточную точность, дистанционное зондирование 30-250 метров на пиксель охватывает большую территорию и собирает дополнительную информацию за счет сэмплирования (выборки) спектральных уровней, которые в более точном дистанционном зондировании пропускаются. Области применения космических снимков данной категории включают:

• моделирование развития сельскохозяйственных культур;
• прогнозирование урожайности;
• картирование тенденций;
• обнаружение крупномасштабных аномалий;
• мониторинг изменений инфраструктуры в больших масштабах.

В результате правильный выбор подходящего варианта для каждой задачи способствует более эффективному и доступному ее выполнению.

Пространственное Разрешение Спутников EOS SAT

В январе 2023 года Компания EOSDA осуществила запуск первого спутника собственного созвездия EOS SAT на солнечно-синхронную орбиту. Спутники группировки EOS SAT будут выполнять съемку высокого пространственного разрешения и предоставлять важную информацию об исследуемом объекте в течение 24 часов. Получение этих спутниковых данных завершит полный цикл оказания услуг для сельскохозяйственного сектора.

Технология дистанционного зондирования спутниками EOS SAT предусматривает следующие режимы съемки:

• Панхроматические снимки – 1,4 м/пиксель. Панхроматические снимки объединяют красный, зеленый и синий каналы в один диапазон. Сгенерированные изображения детально отображают объект съемки, несмотря на отсутствие информации о длине волны (цвета).
• Мультиспектральные снимки – 2,8 м/пиксель. Мультиспектральная съёмка EOS SAT включает 13 спектральных диапазонов. Эта комбинация позволяет количественно оценить и проанализировать пространственные закономерности, а также глубже понять многие факторы сельскохозяйственного производства. В частности, использование диапазонов RGB и NIR позволяет определить степень влажности почвы, вегетационные индексы, погодные риски и т. д. Диапазон SWIR применяется при картировании границ полей, анализе землепользования и растительного покрова, классификации сельскохозяйственных культур, мониторинге состояния посевов, прогнозировании урожайности и других целей.

Спутниковые изображения EOS SAT – это идеальное сочетание возможностей применения дистанционного зондирования Земли в агробизнесе и доступной цены. Уникальный набор диапазонов позволит спутникам EOS SAT решать такие сельскохозяйственные задачи, которые не под силу ни одному другому спутнику. Своевременные и высококачественные спутниковые данные станут более доступными для фермеров, которые в результате смогут принимать более эффективные решения. В конечном итоге запуск спутниковой группировки EOS SAT будет способствовать развитию более устойчивого сельского хозяйства в будущем.