Агро-Орієнтоване Сузір’я Супутників EOS SAT: Огляд

За 65 років, що минули з моменту запуску першого штучного супутника для спостереження за Землею, супутникове дистанційне зондування значно просунулося вперед. Повсюдний доступ до Інтернету, зростання обчислювальної потужності комп’ютерів, а також можливостей зберігання даних і швидкості їхнього опрацювання вплинули на можливості супутників з отримання, опрацювання та передавання зображень. Щодня супутники здійснюють моніторинг мільйонів квадратних кілометрів поверхні планети та генерують десятки терабайт даних для дослідницьких і комерційних потреб клієнтів із різних галузей: гірничодобувної, лісової, військової, метеорологічної, сільськогосподарської тощо.

Глобальний постачальник аналітики супутникових зображень на основі штучного інтелекту EOS Data Analytics планує долучитись до індустрії виробництва супутників, запустивши EOS SAT – супутникове сузір’я, орієнтоване на сільське господарство.

Супутникове Угруповання EOS SAT Для Сільського Господарства: У Чому Його Особливість?

Угруповання складатиметься з семи невеликих супутників (вагою 178 кг), які 50% часу пролітатимуть над освітленою сонцем територією Землі. Обертаючись по низькій сонячно-синхронній орбіті з постійним освітленням, супутники зможуть робити високоякісну зйомку.

Сучасні технології дають змогу оснастити навіть легкий супутник усім необхідним обладнанням для отримання даних високої роздільної здатності. Можливості покриття малих супутникових угруповань збільшуються зі зростанням кількості супутників. За нашими розрахунками, сім супутників – ідеальна кількість для досягнення наших цілей.

Андрій Музиченко

Менеджер проєкту EOS SAT в EOS Data Analytics

Перший супутник (EOS SAT-1), запуск якого заплановано на 2023 рік, має два електрооптичні датчики DragonEye, встановлені на супутниковій шині Dragonfly класу 100 кг.

Розгортання інших шести супутників заплановано на 2023-2025 роки; до 2025 року сузір’я EOS SAT запрацює на повну силу. У наступні роки виробнича група буде оновлювати апаратне забезпечення супутників. Наприклад, вони поліпшать швидкість передачі даних в X-діапазоні, щоб збільшити обсяг даних, що передаються на наземні станції.

Основне призначення сузір’я обумовлює вибір технічних характеристик. EOS SAT призначений для зйомки сільськогосподарських земель і лісових масивів, аналізу отриманих зображень для відстеження росту та розвитку рослин і стану ґрунту, а також співвіднесення цієї інформації з метеорологічними даними та даними про управління посівами/лісами.

Розглянемо основні характеристики та особливості супутникового сузір’я.

Спектральні канали. Супутникові камери оснащені датчиками, які реєструють відбите сонячне випромінювання в певних областях (діапазонах) електромагнітного спектра, кожна з яких відповідає спектральному каналу. Супутники EOS SAT передаватимуть зображення поверхні Землі в наступних спектральних каналах, що застосовуються в сільському господарстві:

• RGB
• 2 канали NIR
• 3 канали RedEdge
• WaterVapor
• Aerosol
• Pan
• SWIR

EOS SAT-1 робитиме знімки в 11 спектральних каналах, за винятком SWIR. Решта шість супутників охоплюватимуть 13 каналів. Таким чином, починаючи з EOS SAT-2, кожен апарат матиме два додаткові канали в SWIR-діапазоні (Cirrus 1.360-1.390 і 1.565-1.655).

Вибір спектральних каналів зумовлений властивостями світла, що проходить крізь нашу атмосферу. Ці 13 каналів чутливі до довжин електромагнітних хвиль, завдяки чому досягається мінімальне викривлення і ослаблення світлових хвиль, відбитих від поверхні Землі. Таким чином, користувачі можуть отримувати знімки, які максимально точно зображують об’єкти, що їх цікавлять.

Спектральні канали дають змогу отримати конкретну інформацію про досліджуваний об’єкт, тому кожен із них має свої сфери застосування. Наприклад, NIR (ближній інфрачервоний) канал використовується для визначення рівня хлорофілу: що здоровіша рослина, то більше в ній хлорофілу, який відбиває більше довжин NIR-хвиль. Крім того, NIR ефективний для спостереження за рослинами і виділення контурів водойм серед навколишніх об’єктів, а також може застосовуватися для визначення вмісту ґрунтової вологи.

Зображення, отримані в діапазоні SWIR (короткохвильового інфрачервоного випромінювання), мають сильний контраст. Тому цей канал можна застосовувати для відокремлення сільськогосподарської продукції вищого ґатунку від продукції нижчого ґатунку та оцінки дозрівання плодів і врожаю.

Вода інтенсивно поглинає світло в цьому діапазоні хвиль, тому на зображеннях об’єктів, освітлених за допомогою SWIR-камер, вона виглядає майже чорною. Таким чином, якщо застосувати відповідний фільтр або джерело світла, можна визначити вміст вологи в пошкоджених плодах, насипах зерна або добре зрошуваних культурах. З іншого боку, SWIR підкреслює випаровування та надмірну сухість сфотографованих об’єктів, завдяки чому можна прогнозувати водний стрес у вирощуваних культур, здійснювати точний полив і визначати засоленість ґрунту, спричинену нестачею води, високою інтенсивністю випаровування та поганим дренажем. Отже, використовуючи SWIR-зйомку, фермери можуть своєчасно вирішувати проблеми, щоб уникнути подальшого пошкодження та втрати врожаю, оцінювати врожайність, перевіряти якість сільськогосподарської продукції та визначати ступінь її дозрівання.

Як правило, супутники надають панхроматичні та мультиспектральні знімки. Панхроматичне зображення використовує один канал, по суті будучи комбінацією трьох видимих каналів – червоного, зеленого та синього. Таке зображення виглядає сірим напівтоновим і не містить жодної інформації про довжину хвилі. На мультиспектральному знімку зображено ту саму область, але він складається з декількох шарів, отриманих у певному діапазоні довжин хвиль.

Цикл повторного прольоту. Супутники проводитимуть зйомку одних і тих самих сільськогосподарських угідь і лісових масивів кожні п’ять-шість днів. Однак за бажанням замовника інтервал між зйомками може бути скорочено до одного дня (завдання на рівні поля). Індивідуальні запити для великих територій (на рівні країни) можуть займати до чотирьох днів залежно від місця розташування області інтересу, довжини орбіти супутника над нею та її розміру. Завдання з виявлення аномалій можуть бути виконані протягом одного дня.

Покриття. Щодня EOS SAT-1 здійснюватиме моніторинг близько 0,8-1 мільйона квадратних кілометрів поверхні Землі, а кожен із решти шести супутників охоплюватиме територію площею близько 1,3-1,4 мільйона квадратних кілометрів. Після виходу на орбіту сім супутників щодня проводитимуть зйомку 8,6-9,4 мільйона квадратних кілометрів. Ми передбачили додатковий потенціал, що дає змогу досягти позначки в 12 мільйонів квадратних кілометрів завдяки збільшенню середньої частоти передавання даних із супутника.

Планується, що до 2025 року угруповання з семи супутників буде охоплювати 100% територій країн з найбільшими площами сільськогосподарських угідь і лісів, що становить 98,5% таких земель у всьому світі.

Крім того, сузір’я супутників EOS SAT здійснюватиме зйомку 100% сільськогосподарських угідь у 20 країнах з найбільшим потенціалом в аграрному секторі, тобто в тих країнах, які лідирують за загальною площею сільськогосподарських і лісових земель. Під час оцінки фахівці EOSDA спиралися на дані досліджень з відкритих джерел і класифікацію світових сільськогосподарських земель, засновану на аналізі даних MODIS.

Цикл роботи з даними, тобто послідовність етапів роботи з ними, становитиме від 16 до 24 годин з можливістю скорочення до 3 годин у рамках пріоритетної постановки завдань. Ці етапи включають формування зображення супутником, отримання даних чотирма наземними станціями на всій планеті, зберігання, підготовку та обробку даних (з використанням методів машинного навчання для аналізу), а також надання інформації кінцевим користувачам.

Панхроматичне зображення можна об’єднати (методом злиття) з мультиспектральним знімком, що має нижчу роздільну здатність, для збільшення просторової роздільної здатності та виділення особливостей поверхні.

Роздільна здатність панхроматичних і мультиспектральних знімків становить 1,4 і 2,8 м відповідно.

Ексклюзивні Супутникові Дані Для Розвитку Сталого Сільського Господарства

Незважаючи на те, що конкуренти також можуть надавати щоденне покриття, аналогічне нашому, наявність власних джерел даних дає свої переваги.

Інші компанії, як правило, співпрацюють з постачальниками супутникових знімків, які не завжди надають дані, зняті в спектральних діапазонах, необхідних для розрахунку вегетаційних індексів. На відміну від них, EOSDA самостійно здійснює повний цикл збору та обробки даних. Ми встановлюємо вимоги до знімків, періодичності їхнього збору та обробки і тому гарантовано отримуємо високоякісні дані з однаковими параметрами на регулярній основі. Це також означає, що необхідні знімки для області, яка цікавить клієнта, будуть включені до списку завдань і оброблені з урахуванням зазначених ним індексів.

Андрій Музиченко

Менеджер проєкту EOS SAT в EOS Data Analytics

Часті повторні прольоти супутника забезпечать постійний потік актуальних даних для розв’язання завдань у галузі сільського господарства, гарантуючи ще більш точну аналітику для прийняття рішень кінцевими користувачами: виробниками продуктів харчування, постачальниками засобів виробництва, страховиками або банками.

Досягнення майже повного покриття сільськогосподарських земель по всьому світу в 2025 році наблизить компанію EOSDA до виконання своєї місії: надання високоякісних знімків і аналітики супутникового моніторингу для підтримки сталого сільського господарства. Зрештою, виробництво здоровішої їжі за скорочення споживання ресурсів і мінімізації шкоди навколишньому середовищу вигідно сільськогосподарським підприємствам, споживачам і всій планеті.