4_4

1

НЕ 4.4. Дистанційні методи досліджень

1.Дистанційні методи досліджень.

2.Розвиток дистанційного зондування в Україні.

3.Використання матеріалів аерокосмічної зйомки для цілей сільського господарства.

1. Дистанційні методи досліджень

Становлення такого сучасного засобу досліджень, як дистанційні методи, має довготривалу історію, в якій можна відокремити чотири періоди.

1.До середини ХІХ століття (дофотографічний період). Під час експедицій здійснювалося геометричне вивчення окремих ділянок місцевості за перспективними рисованими зображеннями.

2.Середина ХІХ – перша чверть ХХ століття. В гірських районах виконується наземна (фототеодолітна) зйомка. Почато експериментальне фотографування з повітряних куль і літаків.

3.Середина ХХ століття. Виробнича зйомка з літаків (аерофотозйомка) великих регіонів із метою їх топографічного вивчення.

4.Друга половина ХХ століття. Глобальні аерокосмічні дослідження Землі та планет на основі досягнень космонавтики з використанням знімків, отриманих у світловому, інфрачервоному і радіохвильовому діапазонах спектра.

При використанні дистанційних методів досліджень, серед яких нині провідне місце займають аерокосмічні, об’єкт вивчається на відстані, що досягає декількох тисяч кілометрів. Транслятором інформації про об’єкт є ультрафіолетове, інфрачервоне, радіохвильове випромінювання, котрі характеризуються такими показниками, як напрямок, інтенсивність, спектральний склад, поляризація. Характеристики випромінювання залежать від просторового положення, властивостей і стану об’єкта дослідження, тому ними можна опосередковано вивчати об’єкт. У цьому полягає сутність дистанційних досліджень.

У дистанційних методах використовують відносно невелику частку електромагнітного спектра – від оптичних до радіохвиль довжиною від 0.3 мкм до 3 м. Випромінювання, які йдуть від об’єкта, включають електромагнітні хвилі різних довжин, при цьому кожна з них несе про нього певну інформацію. Одночасна реєстрація випромінювання в декількох спектральних зонах дає найбільш різноманітну і комплексну характеристику земної поверхні.

Сучасні дистанційні методи ґрунтуються на реєстрації як власного, так і відбитого об’єктами випромінювання. Для об’єктів суши найбільше значення має відбите сонячне випромінювання, яке звичайно характеризується його яскравістю. Середнє значення коефіцієнта інтегральної яскравості складає 0,15 (літом).

Більшість природних об’єктів по-різному відбивають променевий потік у різних напрямках. Кутова нерівномірність розподілення яскравості залежить від будови поверхні відбиття об’єкта – від її зрізаності, наявності нерівностей, які створюють тіні, й від напрямку освітлення.

Додаткову інформацію про об’єкти можна отримати, реєструючи їх власне випромінювання. Для реєстрації інфрачервоного теплового випромінювання здебільшого використовують дві області спектра: 3-5 і 8-12 мкм. За величиною інтенсивності теплової енергії випромінювання можна достатньо точно дистанційно визначити радіаційну температуру об’єктів. Але навіть

увипадку спостереження не абсолютних температур, а тільки температурних контрастів можливе виявлення і оцінка властивостей об’єктів за температурними аномаліями. У такий спосіб удається відокремити вулкани, гідротермальні об’єкти, поклади нафти і газу, населені пункти. Великий вплив на температурні контрасти чинить зволоженість поверхні у зв’язку з її охолодженням при випарюванні. В ранкові часи на полях добре розпізнаються за своєю температурою холодні зволожені ділянки.

Нагріті об’єкти земної поверхні випромінюють енергію не тільки в інфрачервоному, але й в радіодіапазоні. Радіотеплове випромінювання, наприклад, відкриває можливість дистанційної реєстрації нафтової плівки на поверхні моря. Перепад рівнів радіовипромінювання сухого

2

ґрунту і в стані повної вологоємності дозволяє визначити зміст вологи поверхневого шару ґрунту товщиною 1-2 дм.

В аерокосмічних дослідженнях, окрім природного випромінювання, використовується і штучне. Найбільше застосування отримало радіовипромінювання сантиметрового діапазону, яке без перешкод досягає земної поверхні незалежно від метеорологічних умов. Вельми цінна властивість радіовипромінювання – його проникна здатність. Глибина проникнення збільшується пропорційно довжині хвилі випромінювання. Наприклад, короткі радіохвилі розсіваються рослинністю, а довгі проходять через неї. Відбиття радіохвиль від водних шарів сильно збільшується, що використовується для пошуку лінз ґрунтових вод. При цьому вдається досягати глибин у десятки метрів.

Дистанційні методи характеризуються тим, що між випромінюваним об’єктом і реєструючим приладом завжди знаходиться атмосфера, яка, подібно до фільтра вибірково перепускає хвилі різної довжини. В атмосфері є декілька так званих вікон прозорості. Важливіші з них розташовуються у видимому, тепловому інфрачервоному і радіохвильовому діапазоні спектра. Таким чином, атмосфера дозволяє здійснювати дистанційні дослідження тільки в порівняно вузьких зонах спектра електромагнітних хвиль, які відповідають вікнам прозорості. Постійна хмарність над деякими районами земної кулі різко обмежує можливість застосування методів, які ґрунтуються на реєстрації випромінювання в оптичному діапазоні. Тому більш перспективне використання хвиль радіодіапазону, які без перешкод проходять через хмари.

Основним джерелом інформації в аерокосмічних методах є знімок – двовимірне зображення об’єктів, отримане в результаті дистанційної реєстрації їх власного або відбитого випромінювання і призначене для вимірювань і дешифрування. Знімки отримують у результаті знімань із літаків і космічних апаратів. Відрізняють пасивне і активне знімання. При пасивному зніманні знімки отримують шляхом реєстрації природного випромінювання, при активному – штучного, яким опромінюється місцевість, що підлягає зніманню.

УСША розроблена автоматизована аерокосмічна система вивчення природних ресурсів

іконтролю навколишнього середовища. Система включає ракетно-космічний і літаковий комплекс збору інформації і наземний комплекс прийому, обробки, збереження, розповсюдження і використання інформації. Після міжгалузевої автоматизованої обробки (географічна прив’язка, геометрична і радіаційна корекція і т. ін.) інформація передається споживачам для подальшого практичного використання. Найважливішими показниками системи, які визначають її можливості, є розрізнення знімків, просторовий огляд періодичність зйомки й оперативність доставки інформації.

2. Розвиток дистанційного зондування Землі в Україні

Дистанційне зондування Землі з космосу – одна з найсучасніших інформаційних технологій. На момент проголошення незалежності Україна мала досить сприятливі передумови для подальшого розвитку як орбітального його сегмента (створення ракетних носіїв і космічних апаратів для знімання), так і наземної інфраструктури (центрів керування, приймання, архівації, обробки, розповсюдження та використання космічних даних).

З метою збереження та розвитку космічного потенціалу молодої країни в лютому 1992 року було створено Національне космічне агентство України, на яке серед інших завдань покладалися і питання дистанційного зондування Землі.

Неабиякий досвід використання даних космічного знімання на той час вже мали такі відомства та установи: НАН України, геологічна та гідрологічна служби, Нафтогазпром, Мінсільгосп, Держкомлісгосп, Держкомводгосп, Держкомзем, ГУГК, ВТС та ін.

Підприємства цих відомств отримували дані космічного знімання безпосередньо з Москви. У зв’язку з відсутністю в Україні організації, яка б займалася питаннями надання космічної інформації зацікавленим міністерствам, відомствам, підприємствам, організаціям та установам, відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України № 306 від 1.11.1991 р. про основні завдання Укргеодезкартографії, наказом її начальника від 9.09. 1992 р. було створено Науково-

3

дослідний і виробничий центр “ Природа” ( наразі це ДНВЦ “ Природа”). Упродовж 1993-94 рр. Центр провів велику роботу, щоб отримати з Росії матеріали космічних знімань території України за попередні роки, у т.ч. з космічних апаратів МК-4, КАТЕ-200, КФА-1000, КФА-3000. Сьогодні ці матеріали є важливою складовою архіву даних ДЗЗ у ДНВЦ “ Природа” і широко використовуються для вивчення динаміки змін природного середовища протягом останніх 30 років.

У1993 році в Центрі склали програму розвитку дистанційного зондування Землі в системі Укргеодезкартографії. Вона містила такі розділи:

1. Огляд світового досвіду та особливості сучасного періоду дистанційного зондування

Землі.

2. Стан дистанційного зондування в Україні.

3. Основні завдання програми розвитку дистанційного зондування в Укргеодезкартогра-

фії.

3.1. Інформаційне забезпечення. 3.2. Технічне забезпечення. 3.3. Обробка даних ДЗЗ.

3.4. Науково-методичне забезпечення ДЗЗ. 3.5. Прикладне використання ДЗЗ.

4. План основних завдань програми розвитку ДЗЗ в 1993-1995 роках. Аналіз стану з ДЗЗ в Україні на той час дозволяє зробити такі висновки:

- матеріали дистанційного зондування з космосу в Україні використовувалося з 70-х років минулого століття. Це дозволило створити власні методики такого використання й отримати ряд важливих практичних результатів;

- досить високим в Україні є потенціал приладобудування в галузі ДЗЗ. Прилади та апаратура, що створювалися в КБ “ Південне” та інших підприємствах, встановлювалися майже на всіх природоресурсних штучних супутниках колишнього СРСР;

- Україна не мала можливості приймати безпосередньо із супутників дані ДЗЗ і розповсюджувати їх на замовлення зацікавленим організаціям;

- низькою залишалася технологія аналізу зображень. Лише декілька організацій мали змогу виконувати автоматизовану обробку на далеких від сучасного рівня засобах;

- в Україні в цілому була відсутня координація робіт, тобто єдина державна політика з питань ДЗЗ.

Реалізація завдань згаданої програми дозволила визначитися з оптимальними параметрами різних методів ДЗЗ для цілей тематичного картографування, створити першу чергу комплексу обробки космічної інформації, науково-методично обґрунтувати комплексне використання дистанційних та геодезичних даних у геодинамічних дослідженнях гірничодобувних регіонів.

Разом із тим відсутність можливості оперативно отримувати та використовувати знімки

звисоким розрізненням (вище 10 м) не сприяла зацікавленості з боку Укргеодезкартографії в розвитку ДЗЗ із космосу впродовж 1995-2005 років. А саме знімки з таким розрізненням потрібні для виконання більшості завдань, покладених на топографо-геодезичну та картографічну службу.

У1993 році НКАУ разом із представниками ракетно-космічної галузі, Академії наук, Міноборони розробили першу Державну космічну програму, що була затверджена Постановою Кабінету Міністрів України № 373-07 від 25.05.1993 р. Щоб зберегти наявний потенціал, передбачалося, по-перше, брати участь у міждержавних космічних програмах. По-друге, виходячи з потреб України, створити свою наземну інфраструктуру для приймання інформації з орбітальних установок, забезпечити функціонування супутникової системи моніторингу навколишнього природного середовища, що уможливила б спостереження за екологічною ситуацією на території України з космосу.

Узв’язку із запуском першого українського супутника дистанційного зондування Землі “ Січ-1” у наземній інфраструктурі передбачалося створення центру обробки, архівації та розповсюдження даних. Було прийнято рішення покласти ці завдання на ДНВЦ “ Природа”. В Центр

4

почали надходити зображення з цього космічного апарата згідно із замовленнями користувачів. Тут формувалися зведені заявки на виконання зйомок, здійснювалася попередня та міжгалузева обробка. Істотно зросли вимоги до програмно-технічних засобів, оперативності надання даних. У цей час обсяги робіт на замовлення НКАУ та вклад НКАУ в модернізацію програмнотехнічного комплексу Центру почали істотно переважати. Саме тому на початку 1996 року було прийнято спільну постанову НКАУ та Укргеодезкартографії, згідно з якою ДНВЦ “ Природа” став підприємством НКАУ та функціонально підпорядковувався Укргеодезкартографії.

Весною 1996 року потужний сніговий покрив загрожував великою повінню. У зв’язку з цим Кабінет Міністрів України 21.02.1996 року прийняв постанову № 233 “ Про невідкладні комплексні заходи щодо безаварійного пропуску льодоходу, повені і дощових паводків у весняний період 1996 року”. На НКАУ було покладено завдання забезпечити Держкомгідромет України космічними даними в період максимальної повені. Але, враховуючи складність погодних умов і загрозу важких наслідків повені, керівництво НКАУ поставило інше завдання: максимально використати інформаційні можливості даних із КА “ Січ-1”, інших супутників для оцінки динаміки танення снігового покриву та перебігу весняної повені.

Космічна інформація надходила з КА “ Січ-1” і ΝОАА, а також використовувалися дані з КА Ресурс-01, отримані від НВО “ Планета” ( м. Москва) за міждержавною угодою з Росією. Крім того, були придбані радіолокаційні знімки з КА ЕRS-1 Європейського космічного агентства (ЕSА) та багатозональні сканерні знімки з КА SРОТ-2 французької фірмі “Spot Image”.

Інформацію з КА “ Січ-1” ( із сенсорів МСУ-М та МСУ-С) приймали в центрі прийому (м. Євпаторія), а попередню її обробку через РБО (радіолокаційна станція бокового огляду) проводили в Центрі радіофізичних досліджень Землі (м. Харків).

Уся отримана інформація передавалася в ДНВЦ “ Природа”, де виконувалась її фільтрація, архівація та постачання споживачам, а також тематична обробка знімків, яка полягала у виробленні методики картографування гідрологічних явищ (снігового покриву, повеней тощо) та у практичному вирішенні питань оцінки стану гідрологічних об’єктів.

Аналіз усієї сукупності робіт дав змогу зробити такі висновки:

1.Уперше в Україні було налагоджено щоденне отримання космічної інформації з КА

“Січ-1” та NОАА, яка передавалась Гідрометцентру України і використовувалася там для синоптичних прогнозів.

2.Проведено оцінку інформаційних можливостей даних космічного знімання Землі з різних носіїв для вивчення динаміки танення снігового покриву та оцінки перебігу весняної повені. Відпрацьовано технологічну схему використання космічних даних для таких робіт.

3.Отримані результати свідчать, що дані космічного знімання є важливим інформаційним джерелом, використання яких разом із наземними даними різних відомств забезпечує необхідну оперативність і достатню повноту оцінки динаміки танення снігу, льодоходу, перебігу весняної повені та її наслідків.

4.Найбільш інформативними для розв’язання цих завдань є знімки середньої та високої роздільної здатності. У зв’язку з цим необхідно передбачати встановлення на майбутніх космічних супутниках України апаратури, що дозволяє отримувати саме такі знімки.

5.Для оперативного отримування інформації із зарубіжних супутників (Ресурс-01, SРОТ, ЕRS тощо) бажано забезпечити безпосередній прийом інформації з них.

6.Тематична обробка космічних знімків потребує відповідних технічних засобів та програмного забезпечення.

7.Необхідне придбання і встановлення потужних робочих станцій міжгалузевої і тематичної обробки, а також обладнання та програмне забезпечення для приймання інформації середньої та високої роздільної здатності для друку у формі карт та інших зображень великих форматів результатів аналізу знімків, створення комунікаційних мереж для прийому-передачі знімків.

З 1996 року правове регулювання робіт з ДЗЗ на державному рівні здійснюється законами України “ Про космічну діяльність” та “ Про Загальнодержавну (Національну) космічну програму на 1998-2002 роки”. В останній питанням розвитку ДЗЗ з космосу надавалося особливого значення. Програма передбачала виконання ряду цільових проектів. Так, проект “ Січ” був

5

спрямований на створення орбітального сегмента. На виконання проекту в 1999 році було запущено супутник “ Океан-О”, який дозволив приймати дані ДЗЗ із розрізненням до 50 м. Проект “ Зондування” забезпечив науково-методичний супровід виконання робіт із напряму ДЗЗ. Проект “ Моніторинг” спрямовувався на розробку програмно-технічних комплексів та автоматизованих робочих місць для міжгалузевої і тематичної обробки даних ДЗЗ.

У 1998-2001 роках після відповідних указів Президента України (№ 1190/98 “ Про заходи щодо підвищення ефективності космічної діяльності”; № 1191/98 “ Про державну підтримку космічної діяльності”; № 73/2001 “ Про заходи щодо використання космічних технологій для інноваційного розвитку економіки держави”) та з урахуванням Концепції структурної перебудови та інноваційного розвитку космічної галузі було створено ракетно-космічну галузь України. У цей же період в основному сформувалася сучасна організаційна структура дистанційного зондування. Вона складається з організацій і підприємств різних відомств та облдержадміністрацій. Структури Ради національної безпеки та оборони України розв’язують проблеми, пов’язані з питаннями екологічної, техногенної та продовольчої безпеки держави (Інститут проблем національної безпеки), а підрозділи Міністерства оборони використовують дані ДЗЗ для вирішення питань оборони держави та забезпечення виконання миротворчих операцій.

Підприємства НКАУ забезпечують:

- розробку космічних апаратів ДЗЗ та засобів їх виведення на орбіту (КБ “ Південне”, ВО “ Південмаш”), керування КА на орбіті, планування зйомок та приймання космічних знімків, їх первісну обробку і тематичне використання (Національний центр управління і випробувань космічних засобів у м. Євпаторії та його підрозділ – Центр приймання спеціальної інформації та контролю навігаційного поля м. Дунаївці);

-формування узагальненої заявки користувачів на знімання, міжгалузеву обробку, архівацію, розповсюдження даних і тематичне використання ДЗЗ (ДНВЦ “ Природа”);

-створення інформаційно-аналітичної системи кризового моніторингу (НДПІ “ Союз”, м.

Харків);

-нормативне забезпечення, розв’язання регіональних проблем (ДП “ Дніпрокосмос”). Підрозділи НАН та НКАУ забезпечують формування стратегії й розробку Державних

космічних програм (Інститут технічної механіки, Інститут космічних досліджень). Крім того, організації НАН України забезпечують:

-створення науково-методичних засад ДЗЗ, розробку та виконання науково-прикладних програм використання даних космічного знімання, міжнародне науково-технічне співробітництво, теоретичне обґрунтування вимог до бортової апаратури та нових технологій ДЗЗ (Центр аерокосмічних досліджень Землі ІГН);

-розробку та вдосконалення методів супутникової океанології (Морський гідрофізичний інститут м. Севастополь) і радіолокаційних методів ДЗЗ (Центр радіофізичного зондування Землі, м. Харків).

Організації Міністерства з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи забезпечують використання даних ДЗЗ у супутниковій метеорології (Державна гідрометеорологічна служба, Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут, Укргідрометцентр).

Організації Міністерства охорони навколишнього природного середовища України використовують дані ДЗЗ у регіональних геологічних дослідженнях при пошуку корисних копалин, для геоекологічного картографування, в інженерно-геологічних вишукуваннях (УкрДГРІ, ДонецькДРГП, ПівнічгеологіяДРГП, ПричорноморДРГП та ін.), при створенні та оновленні топографічних карт і планів та картографічної основи для генеральних планів (НДІГК, Київгеоінформатика та ін.), розв’язанні екологічних проблем, створенні геоінформаційних систем (УкрДГРІ).

Організації та установи Міністерства аграрної політики України і Академії аграрних наук забезпечують:

-моніторинг посівів та оцінку врожайності сільськогосподарських культур (Інститут агроекології);

6

- картографування ґрунтів, виявлення деградованих земель, оцінку родючості та ступеня ерозії ґрунтів (Рівненський центр родючості; Інститут ґрунтознавства та агрохімії, м. Харків).

Усистемі НАК “ Нафтогаз України” дані ДЗЗ використовуються для прогнозування розташування родовищ, перспективних на нафту і газ, оцінки геодинамічного ризику на магістральних нафтота газогонах, інвентаризації та паспортизації об’єктів нафтогазового комплексу (УкрНДІгаз, Наука Нафтогаз).

УМіністерстві освіти та науки України дані ДЗЗ використовуються як для виконання прикладних тематичних завдань, так і для забезпечення навчального процесу (Київський націо-

нальний університет ім. Тараса	Шевченка,	Київський національний технічний університет
“ КПІ”, Національний авіаційний	університет,	Київський національний технічний університет

будівництва і архітектури, Національний аграрний університет, Одеський національний університет, Херсонський державний університет, Національний університет “ Львівська політехніка”, Харківський національний аерокосмічний університет).

У розвитку ДЗЗ в Україні є внесок і недержавних організацій. З-поміж них можна виділити ЗАО “ ЕСОММ”, Український центр менеджменту землі і ресурсів (МА УЦМЗР) та НВП “ Екомедсервіс”. У непростих ринкових умовах ці організації знайшли свої ніші, вирішуючи питання забезпечення господарських потреб країни сучасними технологічними і програмними засобами ДЗЗ та розв’язуючи з використанням космічних знімків багато проблем раціонального природокористування й охорони довкілля.

Новий етап у розвитку ДЗЗ в Україні практично збігся з початком нового тисячоліття. У жовтні 2002 року ВР України ухвалила третю Загальнодержавну (Національну) космічну програму України на 2003-2007 роки. Серед основних завдань Програми значиться розділ “ Дистанційне зондування Землі”, а це, зокрема:

-забезпечення інформацією органів державної влади за допомогою супутників;

-участь у виконанні загальнодержавних завдань з моніторингу ресурсів раціонального природокористування, прогнозування техногенних і природних катаклізмів;

-розробка нових апаратних і програмних засобів ДЗЗ, нових інформаційних технологій, наземної інфраструктури з метою виходу українських підприємств на міжнародні ринки космічних послуг;

-розвиток міжнародного співробітництва в галузі ДЗЗ для розв’язання глобальних і національних проблем шляхом обміну супутниковою інформацією, участі в міжнародних програмах досліджень Землі.

Запуск КА “ Січ-2” у 2007 році та “ Січ-2М” (2010 р.) і мікросупутника МС-2-8” забезпечать безперервне отримання інформації та дозволять поліпшити просторово-часові й спектральні характеристики бортової апаратури та розширити сфери науково-прикладного і комерційного використання супутникових даних.

Зараз на орбіті перебуває близько 50-ти КА ДЗЗ. Як показав аналіз зарубіжних матеріалів із ДЗЗ, важливою тенденцією сьогодення є міжнародна співпраця. Висока вартість цих матеріалів потребує тісного міжнародного співробітництва. Координація зусиль та оптимізація шляхів використання ДЗЗ різними країнами, обмін досвідом, створення глобальних банків даних забезпечується Комітетом супутникового спостереження Землі (СЕОS), який є провідним міжнародним центром узгодження програм ДЗЗ та взаємоув’язки цих програм із потребами користувачів дистанційних даних і можливостями всесвітніх інформаційних ресурсів.

У 2003 році на Першому саміті з питань спостереження Землі було поставлене завдання розробити 10-річний План створення глобальної системи спостережень Землі (GЕОSS), а в лютому 2005 року в Брюсселі на Третьому саміті представники урядів 58-ми країн, у т. ч. й України, та 30-ти міжнародних організацій схвалили такий план дій на 2005-20014 роки. GEOSS має забезпечити:

-повний і відкритий обмін результатами спостережень;

-уніфікацію отриманих даних;

-збір і поширення даних на постійній та плановій основі;

-законодавчу підтримку спостережень Землі.

7

На європейському рівні першим кроком вже стало створення Проекту глобального моніторингу в інтересах безпеки та збереження довкілля (GMES). Нині формується український сегмент GMES.

Нині використання інформації ДЗЗ тісно пов’язане з розвитком ГІС. Це і створення баз даних, і розробка програмного забезпечення (як загальних програм, так і призначених для розв’язання конкретних проблем в окремих регіонах). Часто знімки, ортотрансформовані зображення та інші дані ДЗЗ слугують основою банків даних та розробки ГІС або допомагають у виконанні конкретних завдань. Наприклад, на основі даних ДЗЗ Інженерний відділ Міністерства оборони США розробляє ГІС-моделі для аналізу рослинного покриву на різних військових базах, особливостей утворення тіні тощо з метою розробки спеціальних карт.

Аналіз доповідей на останніх світових конференціях з дистанційного зондування і ГІС та близько 150-ти Web-сайтів світових організацій і агентств з ДЗЗ переконує в існуванні тенденцій до масштабної інтеграції даних ДЗЗ та ГІС-технологій.

Зрештою, така інтеграція має забезпечити формування єдиного геоінформаційного простору України. В Національній інфраструктурі геопросторових даних дані ДЗЗ розглядаються як один із базових наборів. У зв’язку з цим вони мають узгоджуватися з Європейською інфраструктурою геопросторових даних (ІNSPIRE). Такої функціональної сумісності буде досягнуто застосуванням єдиної системи стандартів, форматів та обміном і уніфікацією геоінформаційних сервісів доступу.

Важливою тенденцією в розвитку ДЗЗ є суттєве покращення просторового розрізнення зображень, які находять із космосу. Враховуючи, що 90% користувачів хочуть мати дані з розрізненням понад 3 м, це дозволяє значно розширити коло завдань, які будуть розв’язуватися з використанням таких космічних знімків.

Наведемо основні вимоги до знімків дуже високого розрізнення:

-висока роздільна здатність – не менш як 1м у панхроматичному режимі;

-висока радіометрична здатність – не менше 11 біт на піксел у панхроматичному режи-

мі;

-наявність не менше чотирьох спектральних каналів, у т. ч. одного інфрачервоного;

-роздільна здатність мультиспектральної зйомки – не менше 4 м;

-можливість одержання стереозйомки;

-можливість відновлення картографічного матеріалу масштабу не дрібніше ніж 1:5 000 і створення топокарт масштабу не дрібніше 1:10 000;

-періодичність отримання даних на одну і ту саму ділянку земної поверхні не більше трьох діб;

-можливість здійснення моніторингу певних територій і районів із періодичністю не менше чотирьох разів на рік;

-ширина смуги захоплення повинна становити не менше 8 км;

-можливість отримання “ перспективної” зйомки з відхиленням від надиру до 30° . Сьогодні на орбіті літають кілька супутників, що повністю відповідають названим вимо-

гам. Це КА Quick Вird (0,6 м), IKONOS (1,0 м), Оrbview (1,0 м), “ Ресурс ДК” (1,0 м), ЕROS-В (0,7 м). У цьому році планується запуск КА WordView (0,5 м) та Orbview-5 (0,41 м). Звичайно, поява цих супутників зумовить подальше зниження вартості космічних знімків і вони стануть більш доступними для користувачів.

Важливою тенденцією у використанні інформації ДЗЗ є комерціалізація діяльності фірм: поширення даних зображень, надання послуг з інтерпретації та різних видів обробки інформації, торгівля програмним забезпеченням тощо. В США законодавство, яке дозволяло використовувати інформацію ДЗЗ із комерційною метою, почало розроблятись іще у 80-ті роки минулого століття, а в жовтні 1992 року Конгрес США прийняв Акт про політику в галузі ДЗЗ. В Акті звернено увагу на рішення 1984 року про комерціалізацію системи Landsat і визнано важливість дистанційного зондування Землі з космосу для науки, національної безпеки, економічних і соціальних потреб. Окрім того, Акт дозволив створення приватних космічних систем дис-

8

танційного зондування (при цьому не передбачалося обмежень на просторову роздільну здатність зображень).

Рішення прийняті в 1992 і 1994-му роках вплинули на активність приватного сектора й розвиток комерційних відносин у сфері інформації та ДЗЗ. Наразі у світі працюють такі органі-

зації, як GeoEye, SPOT Image, Digital Globe, RADARSAT International, Image Sat International,

СканЄкс, Совзонд, відділи NASA та багато інших, які займаються збором космічної інформації та даних ДЗЗ, їх розповсюдженням на передбачених міжнародним законодавством умовах.

Сучасний ринок матеріалів і послуг ДЗЗ у світі становить близько 3 млрд доларів. З комерціалізацією цієї сфери тісно пов’язана інша тенденція, яку умовно можна назвати демократизацією доступу до даних ДЗЗ.

В інформатиці побутує вираз “ суперкомп’ютерна ментальність”. Він характеризує той етап її розвитку, коли комп’ютери були великими обчислювальними машинами і всі рішення щодо використання машинного часу приймалися фахівцем обчислювальних центрів. Але з’явилися персональні комп’ютери, що дало змогу використовувати їх різними фахівцями безпосередньо на своєму робочому місці.

Сьогодні технологія ДЗЗ в основному ще перебуває на стадії суперкомп’ютерів. Процес отримання космічних зображень та прийняття рішень на основі їх аналізу рознесені в просторі та часі, що унеможливлює прийняття оперативних рішень. Поява мобільних станцій приймання і потужних персональних комп’ютерів, зниження цін на них і програмні засоби обробки даних ДЗЗ означають, що кожен громадянин матиме змогу одержувати за доступну ціну космічні зображення потрібної детальності.

У недалекому майбутньому інтерпретація космічних знімків і просторовий аналіз на їх основі (за аналогією з комп’ютерною грамотністю) стане досить поширеним явищем. Цьому значною мірою сприятимуть реалізація різних освітніх програм ДЗЗ у багатьох навчальних закладах України, а також поява в Інтернеті сайтів earth.google, kosmosnimki, scanex та інших, адже кожен бажаючий матиме змогу ознайомитися із зображеннями будь-якої території земної кулі.

Аналіз тенденцій розвитку ДЗЗ свідчить, що і в Україні, і в інших країнах світу нормати- вно-правове регулювання ДЗЗ недосконале. Тому негайно потрібно:

-вивчити особливості правового регулювання сфери ДЗЗ у провідних країнах;

-визначитися з обмеженнями у використанні даних ДЗЗ, пов’язаних із державною таєм-

ницею;

-оптимізувати процес використання даних ДЗЗ у прийнятті управлінських рішень, в адміністративних і кримінальних заходах;

-врегулювати питання функціонування ринку матеріалів і послуг ДЗЗ.

Отже, дистанційне зондування Землі залишається надзвичайно важливим інструментом збору цінної інформації про різні сфери діяльності людства та про нашу планету. Основні напрямки розвитку ДЗЗ визначаються першочерговими проблемами і пріоритетами сучасного технологічного розвитку. Тому матеріали ДЗЗ знаходять сьогодні широке застосування у сферах дослідження екологічної ситуації, природних ресурсів та стану територій світу, з одного боку, а з іншого – у створенні інформаційних та автоматизованих систем управління природокористуванням. Велику роль у справі ефективного розв’язання проблем відіграє міжнародне співробітництво, взаємний обмін досвідом і технологіями між країнами та організаціями на засадах комерційної діяльності або допомоги. Постійний розвиток технологій і засобів ДЗЗ, а отже, й підвищення ефективності використання їх при виконанні конкретних завдань дають підстави для оптимістичних прогнозів щодо майбутнього розвитку методів ДЗЗ.

3. Використання матеріалів аерокосмічної зйомки для цілей сільського господарства

Можливість періодичного отримання матеріалів аерокосмічних зйомок дозволяє використовувати їх для розв’язання оперативних задач. До них належать:

- визначення складу і розмірів посівних площ сільськогосподарських культур;

9

-прогноз і оцінка врожайності сільськогосподарських культур;

-визначення фенологічного стану сільськогосподарських культур;

-виявлення захворювань рослин і пошкодження їх шкідниками;

-встановлення строків сільськогосподарських робіт;

-контроль за проведенням меліоративних і агротехнічних заходів;

-контроль за станом пасовищ і динамікою їх продуктивності;

-розв’язання задач інвентаризації земель;

-вивчення географії сільського господарства і т. ін.

Визначення складу і розмірів посівних площ – одна з перших задач, яка розв’язувалася на основі обробки матеріалів космічних зйомок. Уже початковий аналіз оперативної інформації показав велику перспективність робіт у цьому напрямку. На ряді полігонів США, Франції, Італії, Росії й інших країн були розроблені методи автоматизованої обробки матеріалів космічних зйомок для дешифрування складу і стану сільськогосподарських культур. Виявляється зв’язок між фітометричними параметрами посівів і характером їх багатозональних зображень. Розроблені методики дозволяють оперативно отримувати для великих площ відомості про посівні площі основних продовольчих культур – пшениці, кукурудзи, сої, рису з високою точністю

(90%).

Оцінка й визначення врожайності та валових зборів сільськогосподарських культур – найбільш важливий аспект застосування дистанційних методів. Існує декілька різних методик оцінки прогнозної врожайності на великих площах, в основному за сканованими знімками зі супутника “ Ландсат”. Прогноз врожайності ґрунтується на залежності спектральних характеристик посівів культур від їх стану (об’єму біомаси). Розроблені моделі – “ сільськогосподарська культура – погода” ( стан культури) дає змогу визначити врожайність із точністю до кількох відсотків.

Зараз розроблені методики глобального моніторингу для основних сільськогосподарських культур, завдяки якому забезпечується отримання оперативних даних про розміри посівних площ, прогнозної врожайності й валових зборів.

Виявлення захворювань рослин і пошкодження їх шкідниками слід розглядати як важливу оперативну задачу, оскільки внаслідок пошкодження рослин знижується врожайність сільськогосподарських культур. Були досягнуті позитивні результати, але вони стосуються використання багатозональної зйомки з літаків, до того ж достатньо великомасштабної. Сучасне розрізнення космічних знімків також дозволяє розв’язувати ці задачі.

Можливість дешифрування за космічними знімками елементів систем агротехнічних і меліоративних заходів відкриває перспективи контролю за строками проведення сільськогосподарських робіт, здійсненням зональної агротехніки, заходів із попередження водної й вітрової ерозії, контролю за меліоративним станом земель. Дистанційні методи забезпечили отримання оперативних даних для великих районів.

Контроль за проведенням поливу на зрошувальних землях – одна з оперативних задач, яка може бути розв’язана шляхом застосування багатозональної зйомки. Особливо ефективне використання в цьому випадку знімків у ближній інфрачервоній зоні, на яких добре відображується різний ступінь зволоженості. За дрібномасштабними знімками, як показав досвід, можливе виділення без проведення наземних досліджень трьох ступенів зволоженості ґрунту на окремих полях: сухий, зволожений, сильно зволожений. Різниця в оптичної щільності зображення полів із сухим і сильно зволоженим після поливу ґрунтом достатньо велика. Визначення ступеня зволоженості ґрунту піддається автоматизованій обробці.

Виконання сканерної зйомки вельми перспективне для вивчення динаміки стану і продуктивності пасовищ. Аероспектрометрирування і аналіз багатозональних космічних знімків дозволяє складати оглядові карти сезонної врожайності рослинності пасовищ із похибкою ± 0,5 ц/га в інтервалі 0-30 ц/га. Створення регіональних карт рослинності пасовищ із використанням аерокосмічних методів здійснюється для різних районів. Оперативні дані про стан природних кормових угідь можуть бути використані для правильної організації випасу худоби.

10

Застосування дистанційних методів для цілей інвентаризації земель практикується дуже давно. З початку впровадження аерофотозйомки в народне господарство одним із головних напрямків її використання було сільське господарство. На її основі створюються плановокартографічні матеріали (плани землекористувань сільськогосподарських підприємств масштабів 1:5 000 – 1:25 000) для обліку земельного фонду країни. На планах показуються категорії земельних угідь відповідно до класифікації, прийнятої для Державного земельного кадастру. Періодично здійснюється оновлення планів і підрахунок площ земельних угідь. Плани землекористувань в основному створюються методами польового і камерального візуального дешифрування. Фотоплани, як правило, виготовляються із фотознімків масштабів 1:17 000 – 1:35 000. Досвід роботи з космічними знімками показав, що вони теж можуть використовуватися при створенні інвентаризаційних карт земельних угідь, але середніх і дрібних масштабів. Для розв’язання задач інвентаризації використовуються в першу чергу фотографічні і сканерні знімки з достатньо великим розрізненням. В сучасний час використання цифрових камер для проведення космічних зйомок із великим розрізненням (1 м) надає широкі можливості для проведення інвентаризаційних робіт.

Типологічне вивчення сільськогосподарського виробництва за космічними знімками ґрунтується на аналізі взаємозв’язку, сенсу і логіки інтерпретації фізіономічних ознак його територіальної організації.

Строката мозаїка полів, територіальні структури земельних угідь, добре виражені на космічних знімках, несуть в собі інформацію про особливості сільського господарства. Подібно до того, як морфологія рельєфу свідчить про його генезис і динаміку, зовнішній вигляд сільськогосподарського ландшафту виражає особливості самого сільськогосподарського виробництва.

Зовнішній вигляд сільськогосподарського ландшафту формується під впливом цілого ряду факторів – природних, економічних, соціальних. Природні фактори (рельєф, ґрунти, умови зволоження, термічні умови) впливають на сільськогосподарську організацію території й визначають форму, розміри і взаємне розташування ділянок земельних угідь, нарізування полів сівозмін, склад і розміщення на них сільськогосподарських культур. Не менш суттєвий вплив чинять соціально-економічні й історичні фактори, визначаючи системи ведення господарства, способи впливу на природне середовище (агротехнічні і меліоративні), виробничий напрям сільського господарства. Космічні знімки дозволили вперше побачити територіальну структуру сільськогосподарських ландшафтів великих територій. Тільки завдяки взаємозв’язку між організацією території і типом сільського господарства ми отримуємо можливість за космічними знімками вивчати систему ведення господарства, регіональні особливості сільськогосподарського виробництва.

Одним з елементів економіко-географічного вивчення сільського господарства є дослідження, класифікація і картографування форм землеробства, котрі склалися, як способів землеробського використання земель.

Принципові основи географічної класифікації форм землеробства розроблені А. Ракітніковим. Як основу такої класифікації він пропонував дві групи ознак: 1) склад вирощувальних рослин (при постійній культурі і в різних типах сівозмін); 2) головні способи впливу на середовище вирощування рослин.

Дані про склад посівних площ за групами культур, які відіграють різну роль у сівозмінах, долі чистих парів, фактичному застосуванні органічних і мінеральних добрів, інших особливостях агротехніки і меліорації, дозволяють визначити форми землеробства та їх територіальні сполучення. В різних географічних ландшафтах склад культур, напрями і види впливу на середовище вирощування рослин неоднакові, тому особливо важливим є об’єктивний аналіз місцевих особливостей землеробства, спрямований на виявлення і встановлення належності різних форм землеробства до визначених природних типів земель і економічних умов.

Детальний територіальний аналіз форм землеробства, як правило, базується на вивченні великомасштабних картографічних матеріалів землеустрою, даних польових обстежень основних господарств, зборі масових статистичних матеріалів у розрізі окремих сільськогосподарсь-