Восемь спектральных каналов WorldView2: расширенные возможности для более глубокого анализа и интерпретации изображений

0

Редакция журнала «ГЕОМАТИКА» задала несколько вопросов об особенностях космического аппарата WorldView2 и уникальных возможностях его мультиспектральной аппаратуры Андреа Берсану, региональному директору по продажам (EMEA/Россия) компании DigitalGlobe (США), являющейся разработчиком и оператором спутника.

Редакция: Андреа, нам известно, что спутник WorldView1 работает только в панхроматическом режиме. Почему компания DigitalGlobe решила добавить мультиспектральный режим на спутнике WorldView2?

bersanА. Берсан: WorldView2 – это первый коммерческий аппарат с восьмиканальным мультиспектральным режимом (MS) съемки высокого разрешения. В нем также предусмотрен панхроматический режим (Pan). Восьмика нальный спектрометр включает традиционные спектральные каналы в диапазонах: красный, зеленый, синий и ближний инфракрасный1 (NIR1), а также четыре допол нительных спектральных канала в диапазонах: фиолетовый (или прибрежный – coastal), желтый, «крайний красный» (rededge), ближний инфракрасный2 (NIR2). Спектральные каналы КА WorldView2 могут обеспечить более высокую точность при детальном анализе состояния растительности, выделение объектов, анализе береговой линии и прибрежной акватории. Сочетание традиционных и новых диапазонов, а также высокое разрешение съемки, которое обеспечивает WorldView2, позволят повысить точность анализа данных. Каждый КА компании DigitalGlobe обладает уникальным набором технических характеристик, которые соответствуют различным требованиям рынка ДЗЗ.

Р.: Почему были добавлены четыре дополнительных спектральных канала? В чем заключается уникальность данной системы, если сравнивать ее с большинством существующих спутниковых систем дистанционного зондирования Земли?

А.Б.: Традиционные коммерческие системы ДЗЗ имеют четыре мультиспектральных и один панхроматический канал. КА WorldView2 имеет четыре дополнительных – фиолетовый, желтый, «крайний красный» и ближний инфракрасный2, в дополнение к традиционным спектральным зонам: синей, зеленой, красной и ближней инфракрасной1. Следует иметь в виду, что на спутнике WorldView2 панхроматический канал не распространяется на ближний инфракрасный диапазон. Вследствие этого визуально панхроматические снимки будут восприниматься как снимки на чернобелой фотопленке. Высокое разрешение съемки, которое обеспечивает КА WorldView 2, и восемь спектральных каналов позволят повысить точность и качество выделения объектов.

Р.: Спасибо. Не могли бы Вы рассказать об особенностях использования результатов съемки в фиолетовом, желтом, «крайнем красном» и ближнем инфракрасном2 спектральных каналах? В каких сферах они найдут применение?

А.Б.: Фиолетовый спектральный канал в сочетании с синим позволяет определять глубину водоемов до 13,5 м. Его применение возможно при съемке дна и береговой зоны, выявлении отмелей, оценки состояния водоемов, исследовании флоры водоемов. Этот спектральный канал подвержен влиянию атмосферы и может быть использован для коррекции влияния атмосферы на результаты съемки в остальных спектральных каналах.

Желтый (585625 нм) – используется для определения характеристик «желтизны» объектов, имеет важное значе ние для оценки состояния растительности. Этот канал так же может быть использован при коррекции цветов в синте зе «натуральные цвета», привычном для восприятия глаза. «Крайний красный» (705745 нм) – используется при анализе состояния растительности. Отражает содержание хлорофилла a и b.

Ближний инфракрасный2 (8601040 нм) частично перекрывается с каналом NIR1. Поэтому он может использоваться для решения тех же задач, что и традиционный ближний инфракрасный канал – картографирование и анализ состояния растительного покрова, оценка биомассы и продуктивности. Основное его преимущество над каналом NIR1 заключается в том, что он менее подвержен влиянию атмосферы.

Р.: Какие сочетания спектральных диапазонов наиболее эффективны для контроля за окружающей средой и сельскохозяйственными угодьями?

А.Б.: В течение десятилетий картографирование и анализ состояния растительности были основными направлениями использования спутниковых систем ДЗЗ. Метод оценки состояния растительного покрова путем расчета вегетационного индекса NDVI, уже ставший традиционным при проведении таких работ, считается достаточно успешным. В последнее время появляется все больше экспери ментальных работ, указывающих на то, что добавление спектральной зоны в области ближнего инфракрасного «склона» спектральной кривой растительности, так называемый «крайний красный», позволяет существенно улучшить точность оценки состояния растительности, и выявлять нарушения даже на ранних стадиях их появления. В основном все подобные работы сейчас выполняются только по снимкам с гиперспектральных съемочных систем. КА WorldView2 – единственный коммерческий мультиспектральный спутник, который обеспечит доступ к данным со сверхвысоким пространственным разрешением, и будет иметь спектральный канал в диапазоне «крайний красный». Расчет индекса NDVI – традиционный способ оценки состояния растительности. Использование индекса опирается на то, что хлорофилл в клетках растений сильно поглощает энергию в синей и красной областях спектра, и отражает в зеленой. Другая характерная особенность здоровой растительности – высокие значения коэффициентов отражения в ближней инфракрасной области спектра. Эти спектральные зоны – красная и ближняя инфракрасная – и используются при расчете индекса. Помимо них может использоваться и зеленая спектральная зона. Сочетание спектральных каналов зеленого, желтого, красного, двух ближних инфракрасных и «крайнего красного» позволяет лучше разделять типы и состояние растительности, определять искусственные сооружения, оголенную почву и водные поверхности и т. п. Кроме того, такой набор спектральных зон позволяет использовать методики для расчета положения точки rededge. Положение точки rededge, так называемой red edge position, меняется в зависимости от содержания хлорофилла, биомассы, влаги, возраста растительности, состояния растения. Использование комбинации спектральных каналов NIR2, красного и «крайнего красного» позволило добиться определенных успехов при картографировании растительности: высокая степень детализации позволяет определить не только виды растений, но и их типы, а также возраст деревьев и их состояние.

Использование желтого и «крайнего красного» спектральных каналов обеспечивает надежный мониторинг за состоянием окружающей среды. Так, «крайний красный» обеспечивает мониторинг жизнеспособности растений и содержания хлорофилла, а желтый – может служить для определения повышения концентрации CO2, что говорит о снижении содержания хлорофилла в листьях. Сочетание этих спектральных каналов позволяет делать соответствующие выводы о причинах и результатах воздействия на окружающую среду. Например, ухудшение состояния растений в районе прохождения газопровода будет свидетельствовать об утечке газа.

Диапазон «крайний красный» позволяет использовать данные ДЗЗ для решения задач определения незначительных отклонений в состоянии растений, т. е. обеспечивается возможность раннего предупреждения техно генного воздействия различных источников загрязнений.

Например, подземные трубопроводы, по которым перекачивают природный газ, имеются во всех частях земного шара (они проходят по удаленным и труднодоступным регионам). Утечки газа на таких трубопроводах неблагоприятно воздействуют на окружающую растительность. С помощью методов дистанционного зондирования, основанных на использовании этого спектрального канала, специалисты могут идентифицировать растения, испытывающие физическое воздействие, даже в тех районах, где прямое воздействие невозможно увидеть.

Р.: Известно уже, будут ли предоставляться синтезированные изображения в разных сочетаниях спектральных каналов?

А.Б.: Снимки со спутника WorldView2 будут предоставляться в четырехканальном и восьмиканальном вариантах. Поставщики и пользователи смогут получать синтезированные изображения в тех наборах спектральных каналов, которые предусмотрены для конкретного типа снимков.

Р.: Будет ли введена специальная политика цен для изображений со спутника WorldView2?

А.Б.: Мы предполагаем, что цены на различные виды снимков с КА WorldView2 будут объявлены в начале осени 2009 г.

Р.: Какова производительность съемки со спутника WorldView2?

А.Б.: Спутник WorldView2 будет функционировать на высоте 770 км, что позволит проводить съемку до 975 млн км2 в день.

Р.: Андреа, как Вы думаете, какие задачи и проекты будут осуществляться при помощи данных со спутника WorldView2?

А.Б.: Имеется четыре обширных области использования данных ДЗЗ с КА WorldView2: классификации мате риалов и объектов, анализ состояния растительности, признаков, батиметрические исследования и выявление изменений. Эта информация может быть использована для решения всего круга проблем в рамках традиционных приложений данных дистанционного зондирования Земли: городское планирование, анализ растительного покрова, контроль состояния окружающей среды, оценка состояния недвижимого имущества, строящихся объектов и эксплуатируемых элементов инфраструктуры, например, дорог, а также создание и обновление цифровых карт и решение задач обороны и разведки. Высокое пространственное, спектральное и радиометрическое разрешения снимков со спутника WorldView2 повышают степень достоверности многих приложений и расширяют возможности их применения в новых областях.

Повышение уровня точности классификации, в свою очередь, позволяет повысить точность выделения и картографирования объектов. Соответствующий уровень детализации информации, используемой правительством страны в рамках инициативы составления цифровых карт или для картографических порталов, может быть обеспечен за счет использования данных дистанционного зондирования со спутника WorldView2. Эти данные позволяют идентифицировать размеры и тип дорог (бетонные, асфальтовые, грунтовые), условия их прохождения, объекты инфраструктуры и места, представляющие интерес для пешеходов.

Р.: Как компания DigitalGlobe намерена выстроить стратегию предоставления и порядок получения снимков со спутника WorldView2?

А.Б.: Компания DigitalGlobe предусматривает различные варианты предоставления снимков, включая конкретные запросы клиентов, с разным уровнем предоставляемых ус луг, а также выделенные каналы доступа для основных правительственных заказчиков. Особое внимание будет уделе но стратегическим данным по районам, представляющим повышенный интерес, таким как крупные города с пригородами (в разных странах), основные экономические районы, страны, которые вызывают повышенное внимание, а также месторождения природного газа и нефти.

Р.: А что Вы думаете по вопросу включения данных со спутника WorldView2 в сервис ImageConnect? Каким будет формат и пространственное разрешение снимков?

А.Б.: Снимки с КА WorldView2 будут доступны в режиме online на коммерческой основе. Предполагается, что это будет реализовано через 90 дней после успешного запуска спутника. Услуги ImageConnect будут включать предоставление снимков с КА WorldView2 с учетом предъявляемых к ним конкретных требований в рамках существующих норм (стандартов).

Снимки со спутника WorldView2 с разрешением до 50 см также будут доступны для клиентов, не являющихся заказчиками правительства США, в различных форматах и режимах доступа, включая режимы online и offline.