Получение космических снимков по сети Интернет- первый Интернет-семинар Межуниверситетского аэрокосмического центра

Книжников Ю.Ф., Тутубалина О.В., Чалова Е.Р., Балдина Е.А.

По материалам доклада, представленного на Всероссийском учебно-практическом семинаре "ГИС и Интернет", Российская академия государственной службы при Президенте РФ, Москва, 5-7 декабря 2000 г.

Обновлено в декабре 2001 г.

Содержание:

Введение

Обзор наиболее популярных типов снимков и их адреса в Интернете:

1. Геостационарные спутники: глобальный охват, высокое временное, но очень низкое пространственное разрешение, распространяются бесплатно

2. Спутники NOAA на полярной орбите: широкий пространственный охват, высокое временное и низкое пространственное разрешение, снимки распространяются бесплатно

3. Новые спутники SeaStar и Terra на полярных орбитах (сканеры SeaWIFS, MODIS, MISR): среднее и низкое пространственное разрешение, средний охват, высокое спектральное разрешение, распространяются бесплатно

4. Снимки со спутников Ресурс (МСУ-СК, МСУ-Э) среднее и высокое пространственное разрешение, широкий и средний охват, низкая и средняя стоимость

5. Landsat TM и ETM+ - Тематический Картограф Ландсат: высокое пространственное разрешение, средний пространственный охват , относительно высокая периодичность, высокая стоимость. Библиотеки ETM+

6. SPOT: небольшой охват, высокое пространственное разрешение, высокая стоимость. Работа с просмотровыми изображениями (quicklooks)

7. Съемочные системы высокого пространственного разрешения, высокая и низкая стоимость.Снимки ASTER.
Заключение

Введение

Межуниверситетский научно-методический центр по аэрокосмическим методам географических исследований и картографирования в апреле 2000 г. выступил с предложением возобновить работу в новом качестве - как Межуниверситетский аэрокосмический Интернет-центр.

Межуниверситетский аэрокосмический центр создан в 1978 г. при географическом факультете МГУ с целью оказания научно-методической помощи университетам страны в постановке на современном уровне университетских курсов по дистанционным методам исследований и координации их деятельности. За 22 года деятельности, центр, функционирующий на базе лаборатории аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики, провел 8 школ-семинаров преподавателей университетов, подготовил серию учебных пособий и методических атласов космических снимков.

В современных условиях меняется форма работы Центра: вместо школ-семинаров преподавателей вузов решено проводить Интернет-семинары по вопросам обеспечения космическими снимками, освещения новых видов космической информации, освоения новых компьютерных методов обработки снимков, использования геоинформационных технологий, применения спутникового позиционирования. В отличие от предыдущих лет, теперь в работе Центра могут участвовать не только преподаватели университетов, но и аспиранты, магистранты, студенты, занимающиеся исследованиями в области аэрокосмического зондирования.

Инициатива была поддержана многими университетами и другими учебными заведениями, как активно контактировавшими с Центром ранее, так и новыми из России, стран СНГ и Прибалтики. В работе Интернет-семинара приняли участие 34 организации. Среди участников - профессора, преподаватели и аспиранты университетов, а также сотрудники различных учебных и научных учреждений от Магадана и Владивостока до Харькова и Вильнюса, так или иначе связанных с использованием материалов дистанционного зондирования в своей работе.

Назад

Обзор наиболее популярных типов снимков и их адреса в Интернете

В настоящее время в сети Интернет имеется большой объем информации по космическим съемкам Земли. Прежде всего, это каталоги, позволяющие бесплатно получить информацию о наличии снимков определенного типа на данную территорию, оценить качество по данным в каталоге и уменьшенному просмотровому изображению (quicklook).

1.1. GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) - съемочный инструмент имеет пять спектральных диапазонов, в основном используемых для метеорологических задач (0.52 - 0.72 мкм, 3.78 - 4.03 мкм, 6.47 - 7.02 мкм, 10.2 - 11.2 мкм, 11.5 - 12.5 мкм), пространственное разрешение 1 км в видимом и 4 км в тепловых диапазонах. Данные GOES архивируются на Интернете во множестве каталогов. Обновление данных происходит каждые 15 минут, что необходимо для прослеживания динамичных атмосферных процессов.

http://www.goes.noaa.gov - здесь публикуются данные, получаемые американскими спутниками GOES на атлантический, сухопутный американский и тихоокеанский сектора. Здесь данные архивируются за период последних трех недель. Более старые данные GOES (с 1992 г.) архивируются по адресу:
http://lwf.ncdc.noaa.gov/servlets/GoesBrowser

1.2. METEOSAT - европейский геостационарный спутник. На погодном сервере Ноттингемского Университета Великобритания: http://www.nottingham.ac.uk/meteosat/ представлены новые и архивные изображения METEOSAT, получаемые университетской станцией приема. Новейшие снимки находятся на этом сервере по адресу:
http://www.nottingham.ac.uk/meteosat/graphif.shtml/shtml

1.3. GMS - японский геостационарный спутник, данные по спектральным диапазонам в глобальном (полушарие) или региональном масштабе архивируются за последние несколько дней по адресу:
ftp://rsd.gsfc.nasa.gov/pub/Weather/GMS-5/gif/mapped/

Назад

Спутники NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration, США) оборудованы сканером AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) с 4-5 широкими спектральными диапазонами, снимающим в видимом, ближнем и дальнем (тепловом) ИК диапазонах, разрешение около 1.1 х 1.1 - 1.1 х 4 км в зависимости от диапазона и угла съемки. AVHRR обеспечивает глобальный сбор данных по всем каналам, полоса съемки имеет ширину 2400 км, спутник облетает Землю 14 раз в сутки. Основной источник необработанных данных AVHRR - интерактивный спутниковый архив NOAA - http://www.saa.noaa.gov. Архив позволяет вводить временные и пространственные критерии, тип съемочной аппаратуры (AVHRR - только один из доступных типов снимков в этом архиве, он, в свою очередь, подразделяется на данные от каждого отдельного спутника, идентифицируемого номером, например, NOAA 9, NOAA 14). Для осуществления заказа необходимо зарегистрироваться в качестве пользователя. Помимо глобального архива NOAA, данные AVHRR архивируются и распространяются региональными станциями приема, например, на территории России действует сеть региональных станций приема, в основном на базе антенн СКАНОР и СканЭкс. Географию их размещения можно посмотреть по адресу: http://www.scanex.ru/rus/stations/scanex.htm. Есть станция приема на базе ИКИ РАН, образцы снимков и производных карт приведены по адресу:
http://sputnik.infospace.ru/noaa/rus_win/noaa.htm

Обширные и актуальные данные AVHRR (c 1981 по настоящее время) с разрешением 8 км доступны для получения по Интернет протоколу передачи файлов (ftp) Goddard Space Flight Centre в США. Они организованы по континентам и по годам, например: ftp://daac.gsfc.nasa.gov/data/avhrr/continent/europe/yearly/
ftp://daac.gsfc.nasa.gov/data/avhrr/continent/asia/yearly/ и т.д.

Назад

SeaWIFS (американский спутник SeaStar) - это сканер низкого пространственного разрешения (1100 м) с 8 спектральными зонами в диапазоне 0.402-0.885 мкм. Его данные можно получать бесплатно (для исследовательских и образовательных целей) с задержкой около двух недель с момента съемки, став авторизованным пользователем NASA (что бесплатно и требует только посылки краткого научного проекта), детали приведены по адресу:
http://seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS/LICENSE/checklist.html.
Информация о спутнике и архиве находится по адресу:
http://seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS/BACKGROUND/.
О том как бесплатно получить данные:
http://seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS/ANNOUNCEMENTS/getting_data.html

Сканер MODIS (американский спутник Terra) имеет пространственное разрешение от 250 до 1000 м в 36 спектральных каналах и его данные бесплатны. Фактически MODIS является следующим поколением сканеров AVHRR, усовершенствованным по всем направлениям. Начат локальный прием данных MODIS в Москве станцией ЕОСкан:
http://www.scanex.ru/rus/stations/eoscan.htm
Образцы снимков: http://www.scanex.ru/rus/gallery/gallery.htm
Сбор глобального каталога начат по адресу:
http://modis-250m.nascom.nasa.gov/getdata/browsenew/index.asp
Данные доступны и через универсальный каталог EOS Data Gateway:
http://edcimswww.cr.usgs.gov/pub/imswelcome/

Интересен также сканер MISR (Multiangle Imaging SpectroRadiometer) на спутнике Terra, обеспечивающий съемку под девятью углами одновременно, и таким образом весьма полно описывающий отражательные характеристики объектов земной поверхности. Описание инструмента приведено по адресу http://www-misr.jpl.nasa.gov/, а первые снимки приведены по адресу http://eosweb.larc.nasa.gov
Поиск и заказ данных осуществляется через EOS Data Gateway.

Назад

Серия представлена двумя спутниками: Ресурс-О1-3 (выведен на орбиту в октябре 1994 г.) и Ресурс-О1-4 (июль 1998 г.). Основной объем передаваемой информации обоих ИСЗ составляют данные сканирующих радиометров МСУ-Э ("высокого разрешения") и МСУ-СК ("среднего разрешения"). МСУ-Э обеспечивает полосу обзора 45-60 км с разрешением 30-45 м в трех спектральных диапазонах (0.5-0.6, 0.6-0.7 и 0.8-0.9 мкм), а МСУ-СК - 600-710 км с разрешением 150-250 м в пяти диапазонах видимого и ближнего ИК и тепловом диапазонах (0.5-0.6, 0.6-0.7, 0.7-0.8, 0.8-1.0, 10.40-12.6, 3.5-4.1 мкм).

Информация о данных со спутников Ресурс-О (МСУ-Э, МСУ-СК) и данных аналогичных сканеров на российско-украинском спутнике Океан хранится и распространяется по адресу:
http://sputnik.infospace.ru/welcomer.htm. Сервер "СПУТНИК" создан и поддерживается отделом разработки наземных микропроцеcсорных информационных комплексов НИЦ "ПЛАНЕТА" и лабораторией информационной поддержки космического мониторинга ИКИ РАН. В последнее время объемы съемки со спутников Ресурс-О и Океан весьма ограничены.

Большой архив снимков со спутников Ресурс-О, накопленный Инженерно-технологическим центром СканЭкс, расположен по адресу http://www.scanex.ru/rus/data/catalog.htm (снимки, принятые сетью локальных станций СканЭр, с лета 1996 г.). На этом русскоязычном сервере помимо каталога снимков приведены их характеристики, цены и скидки для образовательных учреждений. Можно посмотреть карты покрытия МСУ-Е (высокое разрешение) http://www.scanex.ru/rus/data/MSUEcoverage.htm и МСУ-СК (среднее разрешение): http://www.scanex.ru/rus/data/MSUSKcoverage.htm в архиве СканЭкс.

На этом же сервере имеется каталог снимков российско-германской системы МOMS со станции "МИР".

Назад

5. Landsat TM и ETM+ - Тематический Картограф Ландсат: высокое пространственное разрешение, средний пространственный охват, относительно высокая периодичность, высокая стоимость. Библиотеки ETM+

Сканеры MSS (Multispectral Scanner) и TM (Thematic Mapper) на американских спутниках Landsat до недавнего времени обеспечивали единственный и наиболее популярный массив многолетних цифровых космических съемок. Спутники Landsat работают на полярных солнечно-синхронных орбитах, частота повторной съемки на экваторе 16-18 дней (в зависимости от спутника). Данные MSS (пространственное разрешение 80 м, 4 широких спектральных зоны в диапазоне 0.5 - 1.1 мкм) доступны с 1972 г., данные TM (пространственное разрешение 30 м в видимом, ближнем и средних инфракрасных зонах, 120 м в тепловом диапазоне, семь спектральных зон в диапазоне 0.45 - 12 мкм) - с 1982 г. Полоса обзора для обоих сканеров - около 185 км.

Посмотреть снимки со спутников Landsat можно в каталоге Global Land Information System американского EROS Data Center Геологической Съемки США: http://edcwww.cr.usgs.gov/webglis, а также в более новой версии этого каталога http://earthexplorer.usgs.gov, имеющей расширенные функции, но предъявляющей более высокие требования к компьютеру.

Бесплатные образцы снимков полного разрешения Landsat TM имеются в архиве NASA Observatorium: http://observe.ivv.nasa.gov/nasa/education/tools/stepby/archive.html

Новые снимки cо спутника Landsat 7 сканером ETM+ (Enhanced Thematic Mapper) характеризуются улучшенным по сравнению с ТМ пространственным разрешением, и более низкой ценой (от $ 475 за исходный снимок). У сканера ETM+ добавился панхроматический канал с разрешением 15 м, а разрешение теплового канала улучшилось до 60 м. Практически вся обитаемая суша покрыта малооблачными снимками 2 и более раз. Наилучший каталог для просмотра этих снимков принадлежит Геологической Съемке США: http://earthexplorer.usgs.gov

Примечательно, что нет ограничений на вторичное распространение данных ETM+ (т.е. купив их однажды, можно передавать или продавать их по своему усмотрению). В результате появился ряд кооперативных библиотек, предлагающих архивные данные ETM+ по сниженной или номинальной цене. Прежде всего, следует отметить библиотеку Ландсат 7 в некоммерческом партнерстве "Прозрачный мир":

http://www.transparentworld.ru/landsat/tw_club.htm Имеется более ста снимков на территорию России. Природоохранные организации могут получить их, заплатив около 5 долларов США за копирование каждого снимка, прочие некоммерческие участники должны внести в библиотеку один снимок (или денежный эквивалент), и далее могут получать снимки платя по 25 долларов за копирование каждого.

Весьма интересны также:

- Глобальный каталог ESDI: http://gorgonzola.umiacs.umd.edu:8811/glcf/esdi?command=search (1599 снимков TM и ETM+, бесплатное получение по интернету, либо получение по почте за небольшую плату). Каталог поддерживается центром Global Land Сover Facility Мерилендского университета США: http://glcf.umiacs.umd.edu/ ;
- NASA Tropical Rain Forest Information Center http://www.bsrsi.msu.edu/trfic/browser/browser_trfic.html (данные MSS, TM, ETM+, JERS-1 на тропические регионы по цене 25-50 долларов США за снимок).

Многие коммерческие распространители также снизили цены на архивные данные ETM+, например канадская компания RGI (http://www.rgi.bc.ca/, 350 долларов США за снимок).

Назад

Французские спутники и съемочные системы SPOT (Systeme Pour l'Observation de la Terre) начали работать в 1986 г., в 1998 г. был успешно запущен четвертый спутник серии. Многоэлементные сканирующие устройства SPOT HRV работают в многозональном (пространственное разрешение 20 м, спектральные диапазоны 0.50 - 0.59, 0.61 - 0.68, 0.79 - 0.89 мкм) и панхроматическом (разрешение 10 м) режимах. Каталог DALI с возможностью гостевого доступа находится по адресу:
http://www.spotimage.fr/home/proser/whatdali/daligst/welcome.htm

Сами по себе данные SPOT очень дороги (несколько тысяч долларов за снимок 60х60 км), однако для обобщенных исследований можно использовать бесплатные просмотровые изображения (quicklooks), их разрешение составляет первые сотни метров. Для СПОТ 1 - 3 эти изображения содержат все исходные зоны. Приведенная таблица показывает характеристики просмотровых изображений для SPOT и Landsat TM в двух широко известных Интернет-каталогах:

Параметры просмотровых изображений	Интернет каталоги
Параметры просмотровых изображений	Spotimage http://www.spotimage.fr/home/proser/whatdali/daligst/welcome.htm		EROS Data Center http://edcwww.cr.usgs.gov/webglis
	SPOT HRV	SPOT Pan	Landsat MSS	Landsat TM
Размер сцены в пикселах	500х500	404х400	500х500	382х336
Спектральные зоны (номера)	1,2,3	1	1,2,4	3,4,5
Разрешение м	120х120	120х120	458х425	484х506

Для отдельных задач использование таких просмотровых изображений является достаточным. Можно отметить, что цена самих снимков прежде всего определяется пространственным разрешением. Интересно, что снимки Landsat ETM+, которые намного лучше снимков SPOT HRV/ HRVIR спектрально (8 каналов вместо 4), превосходят их по охвату (185 х 170 и 60 х 60 км) и ненамного уступают по детальности (30 и 15 м по ср. с 20 и 10), стоят намного дешевле ($ 475 за сырой снимок по сравнению с $2180).

Назад

7. Съемочные системы высокого пространственного разрешения, высокая и низкая стоимость. Снимки ASTER.

Прежде всего следует отметить ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) - это многозональный сканер высокого разрешения, работающий на борту спутника Terra, запущенного в декабре 1999 г. Всего у инструмента 14 спектральных каналов:

3 канала в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах
разрешение 15 м
1: 0.52 - 0.60 m (направление съемки: надир)
2: 0.63 - 0.69 m (направление съемки: надир)
3: 0.76 - 0.86 m (направление съемки: надир)
3b: 0.76 - 0.86 m (направление 27.6 назад, для стереосъемки)

6 каналов в среднем инфракрасном диапазоне
разрешение 30 м:
4: 1.600 - 1.700 m
5: 2.145 - 2.185 m
6: 2.185 - 2.225 m
7: 2.235 - 2.285 m
8: 2.295 - 2.365 m
9: 2.360 - 2.430 m

5 каналов в тепловом диапазоне
разрешение 90 м:
10: 8.125 - 8.475 m
11: 8.475 - 8.825 m
12: 8.925 - 9.275 m
13: 10.25 - 10.95 m
14: 10.95 - 11.65 m

Пространственный охват снимков: 60 х 60 км. Возможно отклонение оси съемки от надира до +/- 106 км для каналов теплового и среднего инфракрасного диапазона, и до +/- 314 км для видимого и ближнего инфракрасного диапазона. Это позволяет обеспечить глобальный охват снмками как минимум раз в 16 дней во всех 14 каналах и раз в пять дней в трех каналах видимого и ближнего инфракрасного диапазона.

Cнимки ASTER на настоящий момент бесплатны. Поиск и заказ данных осуществляется через EOS Data Gateway:
http://edcimswww.cr.usgs.gov/pub/imswelcome/

Возможно получение снимков через Интернет, по протоколу FTP (как правило, данные готовы для перекачки через несколько часов, иногда в течение 1-2 дней). Большой объем снимков (около 120 Мб для полного снимка уровня 1В) и ограниченное время доступа (3 дня с момента заказа, 24 часа с момента первого доступа) требует высокоскоростного подсоединения, желательно программное обеспечения с возможностью "докачки" при прерывании. Возможно и получение CD-ROM по почте из США (USGS). Снимки поступают в формате HDF.

Более полная информация о съемочной системе приведена по адресу: http://asterweb.jpl.nasa.gov/

Дорогие коммерческие снимки характеризуются прежде всего высоким пространственным разрешением (Ikonos и др., 1-4 м). При относительно низкой цене за квадратный километр (от $20-30) минимальная сумма заказа составляет несколько тысяч долларов. Каталог снимков со спутника Ikonos и некоторых других находится по адресу: http://www.spaceimaging.com

Некоторые фотографические снимки высокого разрешения (2-10 м) 30-40-летней давности (например, снимки американских миссий CORONA, LANYARD, ARGON 1961-1972 гг., среди которых сотни тысяч снимков на территорию России) можно приобрести по низкой цене, они общедоступны через серверы Геологической съемки США : http://edcwww.cr.usgs.gov/webglis и http://earthexplorer.usgs.gov

Российские фотоснимки высокого разрешения продает СП "Совинформспутник": http://www.sovinformsputnik.ru/

Интересны и другие бесплатные данные, например, цифровая модель рельефа на весь мир GTOPO30: http://edcwww.cr.usgs.gov/landdaac/gtopo30/gtopo30.html.

Таким образом, существует потенциал для использования самых различных видов аэрокосмических данных в университетском обучении и научных исследованиях, даже при ограниченных финансовых возможностях.

Приведенный обзор охватывает некоторые из наиболее интересных в этом смысле аэрокосмических ресурсов, главным образом англоязычных (которые наиболее развиты, но для нас менее доступны). Документ не претендует на полноту как в связи с огромным количеством различных каталогов снимков, представленных на Интернете, так и с их динамичным развитием. Основное внимание было уделено ресурсам, представляющим исходные снимки, а не производные продукты, предлагающим глобальный охват и дающим возможность бесплатного использования снимков или их уменьшенных версий. Не включены на данный момент и радиолокационные снимки, требующие более специализированной обработки.

Назад

Заключение

Первый Интернет-семинар "Получение космических снимков по сети Интернет" проведен с 20 по 29 сентября 2000 г. В первый день семинара всем участникам был разослан методический материал - обзор аэрокосмических снимков различного разрешения и стоимости, доступных для просмотра и частично получения через Интернет, перечень материалов для использования в учебном процессе, имеющихся в Центре, а также образцы снимков, предоставленные совместно с ИТЦ СканЭкс на специальном сайте. Дальнейшее время было отведено для вопросов и обсуждения аэрокосмических ресурсов, доступных на Интернете, а также имеющегося у участников опыта по их использованию. Снимки учебного набора были предоставлены по адресу http://www.scanex.ru/rus/lakm/educ_images.htm

Отклики с вопросами и пожеланиями вызвали необходимость значительной дополнительной работы и расширения методического материала. Содержание этих откликов, а также активность участников показали очень разный уровень подготовленности наших стажеров в предлагаемых для обсуждения вопросах. Кроме этого, проявился ряд деталей, которые необходимо учесть в дальнейшей работе, а именно: большой территориальный разброс университетов-участников, разные технические возможности по получению снимков, различие интересов, связанных с конкретными задачами. Опыт проведения Интернет-семинара показывает, что длительность его проведения должна быть не менее трех недель, с учетом широкой географии участников, разного времени их подключения и сбоев в локальных сетях. Для организации дальнейших тематических Интернет-семинаров необходимо предварительное совместное обсуждение программы участниками из университетов России (в течение 2-3 месяцев по электронной почте) для выяснения требуемого уровня и необходимости привлечения соответствующих экспертов. Тем не менее, первый опыт Интернет-семинара в целом удался, хотя, конечно, удалось сделать далеко не все возможное. Эту форму работы мы будем совершенствовать. В частности, уже сейчас с помощью наших стажеров хотим определить тему следующего Интернет-семинара, проведение которого планируется в будущем году.