Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Наземная инфраструктура экологического мониторинга

Возможность свободного приема спутниковой информации наземными станциями обеспечивается Всемирной Метеорологической Организацией согласно концепции «Открытого неба».

Изображения со спутников передаются на Землю в реальном масштабе времени в диапазоне 1700 Мгц в режиме HRPT {High Resolu­tion Picture Transmission}.

Наземные станции в зоне видимости спутника принимают изображения земной поверхности с радиометрическим разрешением 10 бит, что обеспечивает передачу 1024 градаций яркости в каждом диапазоне.

На наземных станциях приема спутниковой информации производится: прием, демодуляция, первичная обработка и подготовка спутниковых данных к вводу в персональный компьютер станции.

В зоне приема в среднем находятся 2 спутника серии NOAA, обеспечивая регулярное обновление данных о состоянии ОС

На территории России в последнее деся­тилетие активно развивается сеть станции приема спутниковых данных, образующая наземную инфраструктуру регионального экологического мониторинга.

В оперативном режиме непрерывных на­блюдений работают наземные станции приема данных от спутников NOAA:

· в Москве (Институт космических исследо­ваний РАН, ВНИИГОЧСМЧС).

· в Красноярске (Институт леса СО PAH).

· в Иркутске (Институт солнечно-земной физики СО РАН).

· в Салехарде (Госкомитет по охране ОС Ямало-Ненецкого Автономного Округа),

· во Владивостоке (Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН).

Типовые станции приема сигналов от спутников NOAA состоят из антенной систе­мы с диаметром параболического зеркала 1,8 м и шириной диаграммы направленности 6 градусов. приемника (частота 1700 Мгц) и персональ­ного компьютера уровня PC-486 для первичной обработки принимаемых данных [1].

Программное обеспечение позволяет осуществить полный цикл работ от расчета траекторий спутников и от приема и организации хранения данных до тематической обработки спутниковых данных в пределах нескольких ча­сов после момента приема.

Станции приема данных спутника «Ресурс» имеют зеркало диаметром 1,6 м и приемник на частоту 8176 - 8223 Мгц. Скорость передачи информации составляет 7,68 Мбит/сек. Начальная обработка информации проводится на компьютере типа ''IBM-PC-Pentium", последующая обработка и архивация данных осуществляется на втором компьютере "Pentium" с магнитооптическим диском емкостью 1,3 Гб.

Спутниковая информация, принимаемая и обрабатываемая наземными станциями, служит основой для повседневного оперативного контроля за состоянием ОС. В итоге создается система геоэкологического мониторинга региона (в частности, контроль за сохранением границ водоохранных и санитарных зон при отводе земель и рубке леса в регионах, а также за целе­вым использованием недр и земельных ресурсов).

Телекоммуникационные ресурсы и компьютерная сеть передачи данных в структуре экологического мониторинга

Современному уровню глобальных программ исследования Земли из Космоса должны соответствовать передовые компьютерные инфраструктуры обработки, архивации и обмена спутниковыми данными, развитые телекоммуникационные и информационные системы и хо­рошо структурированные базы данных космиче­ской информации.

В ряде институтов Российской академии наук разрабатывают комплексный проект создания интегрированной распределенной информационной системы данных ДЗ с использованием ресурсов Региональных Центров приема, обработки и обмена спутниковыми данными, обес­печивая тем самым информационную поддержку программ КЭМ [2, 3, 4].

Решение проблемы создания национальных информационных ресурсов по экологическим и природо-ресурсным программам на основе дистанционных методов исследования Земли из Космоса было поддержано в 1998 г. проектом РФФИ 98-07-90209.

В этом проекте объединение Региональных Центров геоэкологического мониторинга целиком основано на Интернет-технологиях и использует, в частности, сеть RSSI – широкий комплекс телекоммуникационных ресурсов, включающий:

· радиорелейную линию со скоростью 2 Мбит/с до телецентра в Останкино,

· спутниковый канал 512 Кбит/с связи [с Вашингтоном, NASA Internet (NI) и с Goddard Space Flight Center (NASA, LISA)];

· выделенную линию с пропускной способно­стью 128 Кбит/с.

Подробное описание Российской Науч­ной Космической Сети Интернет RSSI (Rus­sian Space Science Internet), которая была созда­на в Институте космических исследований РАН в апреле 1993 г при поддержке NASA в рамках Соглашения 1992 г. между США и Российской Федерацией о сотрудничестве в изучении и использовании внешнего космоса для мирных целей, представлено на сервере: [http://www.rssi. ru].

В Москве введена в строй Южная опор­ная сеть с пропускной способностью - 100 Мбит/с, используется оптоволоконный канал 10 Мбит/с для связи с коммерческой телекоммуни­кационной сетью Редком.

RSSI объединяет ведущих участников российских космических научных программ, всего в этой сети - более 50 организации с выделенными каналами и еще 57 - в режиме dial-up links.

Наконец, RSSI обеспечивает возможность оперативного обмена данными с NASA и ESA и выход на информационные ресурсы NASA.

Глобальная компьютерная сеть Интернет обеспечивает сетевой обмен ДЦЗ Земли и удаленный доступ внешних пользователей к экспериментальным данным и электронным каталогам зарубежных космических программ. Открытый доступ к пространственно распреде­ленным данным долговременных природо-ресурсных и экологических исследований Земли из космоса реализуется на основе Web-технологий.

В настоящее время внешние пользовате­ли через Интернет взаимодействуют с информационной системой наблюдения Земли из космоса EOSDIS, разработанной в США (NASA).

Поисковый сервер EOSDIS базируется на международном стандарте Протокола интероперабельности каталогов (Catalogue Interoperability Protocol- CIP) и позволяет вести поиск одновременно в нескольких каталогах, оперируя с ДДЗ. В дополнение к этому, EOSDIS включает серверы, обслуживание словаря данных и путеводитель по метаданным.

Информационная система EOSDIS сводит воедино производителей и потребителей спутниковых данных и также обеспечивает вход в другие информационные системы ДЗ в Европе (Information on Earth Observation -INFEO) в Японии (CGER).

Подчеркнем, что любые новые информационные системы по наблюдению Земли связаны с системой EOSDIS.

Современные спутниковые методы позволяют получать не только изображение Земли. Используя приборы, чувствительные к полосам поглощения атмосферных газов, удается измерять концентрацию, в том числе для газов, вызывающих парниковый эффект, вредных газов природного и антропогенного происхождения, несмотря на их относительно малое количество. Спутник "Метеор-3" с установленным на нем прибором TOMS позволял за сутки оценить состояние всего озонового слоя Земли. Спутник NOAA кроме получения изображений поверхности дает возможность исследовать озоновый слой и даже изучать вертикальные профили атмосферы (давление, температура, влажность на разных высотах в сотнях точек в полосе обзора).

Дистанционные методы делят на активные и пассивные. При использовании активных методов на спутник устанавливают собственный источник энергии, которая посылается на Землю (лазер, радиолокационный передатчик); аппаратура спутника регистрирует отраженный сигнал. Радиолокация позволяет "видеть" Землю сквозь облака. Чаще используются пассивные методы, когда регистрируется отраженная поверхностью энергия Солнца либо тепловое излучение Земли.

При регистрации теплового излучения со спутников используется интервал длин волн 10–14 мкм, в котором поглощение в атмосфере невелико. При температуре земной поверхности (облаков), равной минус 50° С, максимум излучения согласно (1.1) приходится на 12 мкм, при 50° С - на 9 мкм.

Установленная на спутнике аппаратура в видимом и ближнем ИК диапазоне регистрирует солнечную энергию, отраженную и рассеянную поверхностью Земли. Отражательная способность А - это отношение количества (плотности потока) отраженной и рассеянной вверх радиации I0 к плотности потока падающей прямой радиации Солнца Ic: A=Io/Ic. Обычно говорят об общей отражательной способности для широкой области видимого и ближнего инфракрасного спектра и выражают А в %. Можно определять А и для отдельных участков спектра. Величина А для различных типов поверхности и различных участков спектра - это ключ к распознаванию деталей на спутниковых изображениях Земли.

Для идеально матовой поверхности зависимость интенсивности радиации, рассеянной под углом a к нормали к поверхности, в точности подчиняется закону Ламберта. Такую поверхность имеют, например, облака. Для других типов поверхности закон Ламберта выполняется приближенно.

Значение А зависит от свойств (в том числе от влажности) отражающей поверхности (трава, лес, почва и т. п.), от спектра падающей радиации - прямой и рассеянной, от угла ее падения z, рельефа и т. п. Так, зеленая растительность, образующая хорошо поглощающий слой, имеет низкое А - около 5 % в видимой части спектра и большее А в ближней ИК области. У оголенных почв отражательная способность очень различна: у подзола - всего 7 %, у сухого песка в красной части спектра - до 37 % (и заметно меньше у влажного песка). И у растений, и у почвы А обычно растет с увеличением z (при низком Солнце). В зимнем хвойном лесу снег, лежащий между деревьями, увеличивает A при малом z и не влияет на А при косых солнечных лучах.

Особый интерес представляет отражательная способность растительного покрова, которая определяется пигментами листа, в особенности, хлорофиллом (рис. 1.5). В синей и красной области видимого диапазона отражательная способность листа низкая из-за наличия полос поглощения с центрами при l1 = 0,45 и l2 = 0,65 мкм. Поглощение между полосами, т. е. в зеленой области, незначительное, минимум поглощения, т. е. максимум отражательной способности лежит приблизительно при 0,54 мкм. Из-за этого нормальная, здоровая листва воспринимается глазом как зеленая. Когда растение находится в состоянии стресса и образование хлорофилла уменьшается, происходит уменьшение поглощения энергии в полосах l1 и l2, отражательная способность повышается, особенно это заметно глазом в красной области. Поэтому растение кажется желтоватым.

Рис. 1.5. Отражательная способность листа растения

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:683

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.