Как обнаружить пожары и наводнения: томские ученые рассказывают о возможностях мониторинга Земли из космоса
С помощью космических снимков и их правильной расшифровки ученые Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН (ИОА СО РАН) могут оперативно обнаружить лесные пожары, наводнения, пыльные бури и сделать прогноз погоды.
Под космомониторингом понимается глобальное изучение состава и состояния атмосферы и земной поверхности с использованием спутниковых данных. На орбитах вокруг Земли летают сотни спутников, на которых размещены пассивные и активные (в их состав входят источники подсветки объектов наблюдения) приборы-зондировщики, в том числе работающие в оптическом диапазоне длин волн. Полученные с их помощью данные применяются для решения широкого круга задач: прогноз погоды, оценка состава и состояния растительности в интересах сельского хозяйства, определение состава воды, ее солености, загрязненности и так далее.
Анализ спутниковых данных осуществляется автоматически с помощью специального программного обеспечения, посмотреть на которое можно по ссылке: https://www.iao.ru/ru/activity/space. Оно создается по различным тематическим направлениям в зависимости от выбора объекта наблюдения. Каждый программный продукт проходит этап верификации: сравнение результатов интерпретации спутниковых данных и подспутниковых измерений наземными или бортовыми средствами. Качество этих программ обусловлено уровнем квалификации специалистов в объектных областях исследований. Например, в разработке средств обработки спутниковых изображений для анализа состояния и состава лесных массивов обязательно должны принимать участие биологи.
Подход к созданию и совершенствованию алгоритмов обработки спутниковых данных сибирских ученых отличается от зарубежного тем, что при формировании изображения учитывается многократное рассеяние света, отражение от соседних участков поверхности и другие оптические эффекты. Выполняется комплексная задача: по спутниковым измерениям создается модель атмосферы, формулируется задача теории переноса излучения и выделяется фоновое излучение. В результате работы алгоритмов получаются изображения земной поверхности, не искаженные атмосферой.
«Спутниковая информация необходима для создания и совершенствования математических моделей атмосферы, использующихся для прогнозирования погоды. По данным о температуре земной поверхности можно определить очаги лесных пожаров. Наш институт на протяжении десятка лет активно взаимодействовал с Авиационной базой охраны лесов Томской области. В настоящее время мы обновляем наше программное обеспечение, чтобы получать информацию с большего количества спутников для раннего обнаружения лесных пожаров и наводнений», — отметил старший научный сотрудник лаборатории распространения оптических сигналов ИОА СО РАН Михаил Тарасенков.
Создание программно-информационных средств атмосферной коррекции космических изображений дает еще один важный результат: мониторинг состояния сельскохозяйственных культур, занимающих обширные территории. Каждому фрагменту земной поверхности соответствуют определенные значения коэффициента отражения, в зависимости от длины световой волны. Чтобы узнать в каком состоянии находится растительность, нужно сравнить значения коэффициентов отражения в красном и инфракрасном диапазонах длин волн. Если на спутниковых изображениях мы наблюдаем низкий уровень отражения в красном диапазоне и очень высокий в инфракрасном, — значит, растительность на этом участке живая. Если наоборот, высокий коэффициент отражения в красном цвете и низкий в инфракрасном, то растительность находится не в лучшем состоянии.
Специальное программное обеспечение для коррекции изображений земной поверхности, получаемых со спутниковых систем дистанционного зондирования, создается в Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения РАН с 2017 года по заказу Российского космического агентства. В 2020 году ученые разработали программные средства атмосферной коррекции в видимом и ближнем ИК-диапазонах для произвольных оптико-геометрических ситуаций и видов подстилающих поверхностей. С использованием созданных в Институте алгоритмов осуществляется тематическая обработка изображений, получаемых со спутников Ресурс-П и Метеор-М (Россия), и Terra и Aqua (США).
Напоминаем, что в рамках Года науки и технологий июнь посвящен теме «Новые производственные технологии и материалы».
