Способ определения времени проведения спутниковой съемки при дистанционном зондировании

 

Изобретение относится к метеорологии и может быть применено при определении времени проведения спутниковой съемки при дистанционном зондировании. Способ заключается в предварительном планировании и коррекции моментов времени и районов проведения спутниковых съемок на основе учета краткосрочных прогнозов полей облачности в пределах возможной полосы обзора спутниковой аппаратуры и фактического положения облачности в период менее, чем за 6 часов до момента съемки. Технический результат: увеличение количества пригодных для практического использования спутниковых снимков, полученных при отсутствии облачности над заданными районами.

Изобретение относится к метеорологии, а точнее к способам дистанционного определения состояния морской поверхности и ледового покрова, земной поверхности и параметров безоблачной атмосферы по результатам анализа спутниковых снимков высокого и среднего пространственного разрешения, получаемых в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, и наиболее эффективно может быть использовано для мониторинга ледовой обстановки, границ разливов рек, лесных пожаров, состояния растительного покрова и сельскохозяйственных культур, а также для экологического картирования и съемки районов разрушений, возникающих вследствие причин метеорологического, природного или антропогенного происхождения.

Известен способ определения времени проведения спутниковой съемки при дистанционном зондировании, заключающийся в регистрации планируемых периодов проведения спутниковой съемки параметров безоблачной атмосферы, по результатам которой судят о загрязнении атмосферного воздуха ([1]. П.П.Волкотруб и И.М.Егоров Способ выявления зон загрязнения атмосферного воздуха. Патент РФ № 2018156, МПК G 01 W 1/00, 1994 г.).

Недостатком известного способа является редкость получения результатов спутниковой съемки, пригодных для практического использования, например анализа загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха в заданном районе. Причиной этого является облачность, которая во многих случаях спутниковой съемки полностью “экранирует” интересующий район и не позволяет регистрировать состояние приземного слоя атмосферного воздуха.

Согласно известным оценкам, проведение съемок со спутников без учета облачной обстановки в районе съемки, в среднем (за год), позволяет получать только примерно 17% снимков высокого пространственного разрешения, пригодных к практическому использованию ([2]. Будовый В.Д., Трудовой А.Ю. Зависимость эффективности измерений с ИСЗ “Ресурс-01” от учета облачности. - Труды НПО “Планета”, вып.43. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1996, с.16).

Известен способ определения времени проведения спутниковой съемки при дистанционном зондировании, заключающийся в регистрации планируемых периодов проведения спутниковой съемки параметров земной поверхности в заданных районах, разработке прогноза моментов времени пролета спутника над заданными районами, разработке вероятностной модели распределения облачности над заданными районами в сезоны пролета над ними спутника и выборе последовательности моментов времени и режимов включения аппаратуры для реализации спутниковой съемки с учетом вероятностной модели распределения облачности над заданными районами и данными сети наземных метеорологических станций, поступающими во время пролета спутника над заданной территорией ([3]. Аэрокосмические методы в охране природы и в лесном хозяйстве./Под ред. В.И.Сухих и С.Г.Синицына. М.: Лесная промышленность. 1979, с.56-57).

Недостатком известного способа является невозможность его реализации в районах, где отсутствует высокая плотность наземных метеорологических станций, а также редкость получения результатов спутниковой съемки в таких районах, поскольку вероятностная модель распределения облачности по сезонам не обладает высокой оправдываемостью.

Из известных, наиболее близким по технической сущности является способ определения времени проведения спутниковой съемки при дистанционном зондировании, заключающийся в регистрации планируемых периодов проведения спутниковой съемки параметров безоблачной атмосферы, морской и земной поверхности в заданных районах, разработке прогноза моментов времени пролета спутника над заданными районами, разработке прогноза отсутствия облачности над заданными районами в моменты пролета над ними спутника и выборе последовательности моментов времени и режимов включения аппаратуры для реализации спутниковой съемки с учетом прогноза отсутствия облачности над заданными районами ([4]. Будовый В.Д. Методика учета облачной обстановки при планировании применения космических средств исследования природных ресурсов Земли. - Труды НПО “Планета”, вып.43. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1996, с.19-21).

Недостатком известного способа является невысокая результативность дистанционного зондирования, обусловленная сравнительно большим процентом ситуаций, когда над заданными районами присутствует облачность, “экранирующая” районы съемок и делающая невозможным практическое использование получаемых снимков. Согласно проведенным расчетам, по этому способу удается получать примерно 32% снимков высокого разрешения, пригодных к практическому использованию [2].

Невысокая результативность этого способа объясняется тем, что в нем в качестве прогноза используют климатические данные об облачности, либо долгосрочные прогнозы (за 6-8 суток до момента съемки) отсутствия облачности над заданными районами, которые сами имеют сравнительно низкую оправдываемость.

Целью изобретения является повышение результативности дистанционного зондирования, т.е. увеличение количества пригодных для практического использования спутниковых снимков, получаемых при отсутствии облачности над заданными районами.

Цель достигается тем, что в способе определения времени проведения спутниковой съемки при дистанционном зондировании, заключающемся в регистрации планируемых периодов проведения спутниковой съемки параметров безоблачной атмосферы, морской и земной поверхности в заданных районах, разработке прогноза моментов времени пролета спутника над заданными районами, разработке прогноза отсутствия облачности над заданными районами в моменты пролета над ними спутника и выборе последовательности моментов времени и режимов включения аппаратуры для реализации спутниковой съемки с учетом прогноза отсутствия облачности над заданными районами, согласно изобретению, для каждого заданного района разрабатывают краткосрочные прогнозы отсутствия облачности на ближайшие 24 часа, с учетом этих прогнозов предварительно распределяют на каких витках и в каких зонах приема спутниковой информации возможно проведение съемок заданных районов в безоблачных условиях, полученную информацию в виде предварительного плана съемок и в виде программы с предварительными указаниями на моменты включений и углы наблюдений аппаратуры высокого разрешения, передают по радиолинии на спутник, а не более чем за 6 часов до каждого периода проведения предварительно запланированной спутниковой съемки, по информации с метеорологических спутников определяют фактическое положение поля облачности над заданными районами и, с учетом фактического положения облачности вносят уточнения в план моментов времени и районов проведения съемки при безоблачных условиях и в программу целеуказаний на моменты включений и углы наблюдений аппаратуры высокого разрешения, а в случае отсутствия существенных расхождений между краткосрочным и фактическим положением облачности на один и тот же момент времени, предварительный план моментов времени и районов проведения съемок не изменяют, причем передачу изменений в программу целеуказаний на каждый виток, на котором возможно проведение запланированных съемок районов с безоблачными условиями, осуществляют в период времени, когда спутник находится в зоне радиовидимости наземного комплекса приема, обработки и распространения спутниковой информации.

Проведенный анализ патентной и научно-технической литературы показал, что на дату подачи заявки не известны технические решения, в которых моменты проведения спутниковой съемки предварительно составляют с учетом прогнозов отсутствия облачности, разрабатываемых на ближайшие 24 часа до момента времени пролета спутника.

Кроме того, не известно применение фактических полей облачности, регистрируемых с метеорологических спутников не более чем за 6 часов до каждого периода проведения предварительно запланированной спутниковой съемки, для уточнения последовательности моментов времени и режимов включения спутниковой аппаратуры. Вследствие этого предложенное техническое решение удовлетворяет критерию “изобретательский уровень”.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения рассмотрим конкретный пример его реализации. При этом для составления краткосрочного прогноза отсутствия облачности над каждым заданным районом в ближайшие 24 часа можно использовать действующую, например в Гидрометцентре России методику краткосрочного регионального прогнозирования ([5]. С.Л.Белоусов, Л.В.Беркович, В.М.Лосев. Развитие гидродинамических методов краткосрочного прогноза погоды. - В кн.: 70 лет Гидрометцентру России. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1999, с.44-58, с.48).

В качестве снимков фактических полей облачности, получаемых с метеорологических (геостационарных и полярно орбитальных) спутников за ближайшие 0,5-4 часа до момента времени пролета спутника над заданными районами, можно использовать снимки, принимаемые в НИЦ “Планета” и в двух региональных центрах приема спутниковой информации, расположенных в городах Новосибирск и Хабаровск.

Способ реализуется следующим образом. Служба основного наземного комплекса приема, обработки и распространения (НКПОР) спутниковой информации (например, в НИЦ “Планета”) осуществляет прием и регистрацию заявок на планируемые периоды и районы проведения спутниковой съемки параметров безоблачной атмосферы, морской и земной поверхности. На каждые сутки в НКПОР разрабатывают прогнозы моментов времени пролета действующих спутников над заданными районами и прогнозы отсутствия облачности над заданными районами в моменты пролета над ними спутника, а последовательность моментов времени и режимов включения аппаратуры для реализации спутниковой съемки осуществляют с учетом прогноза отсутствия облачности над заданными районами.

Причем предварительную оценку состояния облачности на ближайшие сутки над заданными районами осуществляют по численным краткосрочным прогнозам (в виде последовательности карт ожидаемого через каждый час или 3 часа положения полей облачности), которые разрабатывают на ближайшие 24 часа, например по гидродинамической модели Гидрометцентра России [5].

С учетом этих прогнозов, а также приоритетности решаемых задач в НКПОР предварительно распределяют на каких витках и в каких зонах приема спутниковой информации возможно проведение съемок заданных районов в безоблачных условиях. Эту информацию в виде предварительного плана съемок, составляемого на каждые сутки, представляют в региональные НКПОР (г. Новосибирск и Хабаровск) и, в виде программы с предварительными целеуказаниями на моменты времени и режимы включения (углы наблюдения) аппаратуры высокого разрешения передают по радиолинии на спутник.

В период менее чем за 6 часов до момента реализации предварительного плана спутниковой съемки по текущим снимкам, получаемым с метеорологических (геостационарных и/или полярно орбитальных) спутников, определяют фактическое положение полей облачности над заданными районами и их соответствие ранее разработанному краткосрочному прогнозу на этот же момент времени. С учетом этого фактического положения облачности вносят уточнения в план моментов времени и районов проведения съемок при безоблачных условиях и в программу целеуказаний на моменты включений и углы наблюдений аппаратуры высокого разрешения. В случае отсутствия существенных расхождений между краткосрочным прогнозом и фактическим положением облачности на один и тот же момент времени, предварительный план моментов времени и районов проведения съемок не изменяют.

Передачу изменений в программу целеуказаний на каждый ближайший виток, на котором возможно проведение запланированных съемок районов с безоблачными условиями, осуществляют в период времени, когда спутник находится в зоне радиовидимости НКПОР. В этот же период времени в НКПОР осуществляют и прием информации, как в режиме непосредственной передачи, так и записанной на борту спутника в предшествовавшие моменты съемки заданных районов.

Отметим, что ширина районов съемок на поверхности Земли, например у многозонального оптико-электронного сканирующего устройства высокого (десятки метров) разрешения (МСУ-Э) составляет около 100 км, а перераспределение углов наблюдения осуществляют посредством смещения оптической оси прибора в пределах ±30° с шагом 2° ([6]. Дистанционное зондирование Земли. Справочные материалы. Космическая система “Метеор-3М” №1, вып. 1. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 2001, с.21).

Как показали оценки, реализация предложенного способа позволит существенно (примерно в два раза по сравнению с прототипом) повысить результативность дистанционного зондирования, т.е. частоту съемок заданных районов, когда над ними наблюдаются безоблачные условия. При этом значительно улучшится спутниковое информационное обеспечение по районам с чрезвычайными ситуациями, повысится эффективность целевого применения космических аппаратов и оперативность решения срочно возникающих практических задач.

Формула изобретения

Способ определения времени проведения спутниковой съемки при дистанционном зондировании, заключающийся в регистрации планируемых периодов проведения спутниковой съемки параметров безоблачной атмосферы, морской и земной поверхности в заданных районах, разработке прогноза моментов времени пролета спутника над заданными районами, разработке прогноза отсутствия облачности над заданными районами в моменты пролета над ними спутника и выборе последовательности моментов времени и режимов включения аппаратуры для реализации спутниковой съемки с учетом прогноза отсутствия облачности над заданными районами, отличающийся тем, что для каждого заданного района разрабатывают краткосрочные прогнозы отсутствия облачности на ближайшие 24 ч, с учетом этих прогнозов предварительно распределяют, на каких витках и в каких зонах приема спутниковой информации возможно проведение съемок заданных районов в безоблачных условиях, полученную информацию в виде предварительного плана съемок и в виде программы с предварительными указаниями на моменты включений и углы наблюдений аппаратуры высокого разрешения передают по радиолинии на спутник, а не более чем за 6 ч до каждого периода проведения предварительно запланированной спутниковой съемки по информации с метеорологических спутников определяют фактическое положение поля облачности над заданными районами и, с учетом фактического положения облачности, вносят уточнения в план моментов времени и районов проведения съемки при безоблачных условиях и в программу целеуказаний на моменты включений и углы наблюдений аппаратуры высокого разрешения, а в случае отсутствия существенных расхождений между краткосрочным и фактическим положением облачности на один и тот же момент времени, предварительный план моментов времени и районов проведения съемок не изменяют, причем передачу изменений в программу целеуказаний на каждый виток, на котором возможно проведение запланированных съемок районов с безоблачными условиями, осуществляют в период времени, когда спутник находится в зоне радиовидимости наземного комплекса приема, обработки и распространения спутниковой информации.