14. Оптико-электронные космические системы наблюдения. Лидары. Системы спутникового позиционирования: gps, глонасс, galileo.

Важным фактором повышения эффективности ГИС и добавления элемента времени в геоизображения является использование оперативной информации из оптико-электронных космических систем наблюдения. Спутниковые данные позволяют в режиме реального времени в течение месяцев и даже многих лет вести наблюдения за состоянием земной поверхности.

Используемый в дистанционном зондировании Земли участок спектра электромагнитных волн делится на несколько диапазонов: оптический, тепловой и радиоволновой. В оптическом диапазоне регистрируется отраженное солнечное излучение, в тепловом – излучение самих объектов, в радиоволновом – отраженное от объектов излучение активного сенсора (радиолокатор бокового обзора или с синтезированной апертурой антенны). Съемка земной поверхности (касается оптического и теплового диапазонов) может осуществляться как в широких участках спектра (панхроматическая съемка), так и в многочисленных узких спектральных зонах (мульти- и гиперспектральная съемка). Панхроматические изображения имеют, обычно, более высокое пространственное разрешение, а многоспектральные содержат уникальную информацию о спектральной отражательной или излучательной способности наблюдаемых объектов. Для извлечения нужной информации из данных дистанционного зондирования (ДДЗ) требуются специальные средства обработки и анализа изображений. Полным инструментарием по интерпретации изображений для ГИС обладает программный комплекс ERDAS IMAGINE, представляющий уникальные возможности по коррекции и анализу данных космической и аэросъемки.

Использование космоснимков не только полезно при уточнении векторных карт, но и удобно для их последующего совместного использования с цифровой картой в качестве основы тематических материалов (например, градостроительные планы или геологические схемы и т.д.). В таком сочетании создается наиболее реалистичный визуальный образ пространства, дающий достоверную информацию о точности и актуальности пространственных данных.

В настоящее время для сбора данных о топографии местности все шире используются бортовые лазерные сканеры – лидары. Лидары устанавливаются на летательных аппаратах и обеспечивают прямое измерение профиля земной поверхности с высокой точностью. Сканер вырабатывает высокочастотный лазерный импульс и принимает отраженный от земли сигнал с задержкой и интенсивностью, параметры которых зависят от высоты и качества отражающей поверхности. Далее сигнал обрабатывается с учетом данных бортового GPS-приемника внутренними подсистемами сканера.

Данные LIDAR отображаются в ГИС в виде наборов точек, гридов или изолиний. Например, для представления данных лидара о высоте лучше подходит формат грид, в котором картируемая область делится на ячейки, и каждой ячейке присваивается значение высоты поверхности над уровнем моря. Набор данных в виде грида обеспечивает более равномерное и непрерывное отображений поверхности и предоставляет лучшие возможности для анализа, управления и отображения геоданных.

Автоматизированная компьютерная обработка разнородной пространственной географической информации с использованием ГИС-технологий вызвала необходимость получения высокоточных координат. В настоящее время в мире функционируют три основные системы спутникового позиционирования с разной степенью навигационного покрытия и уровнем сервиса предоставляемых навигационных услуг – GPS (США), ГЛОНАСС (Россия), Galileo (Европейский Союз). Рассмотрим основные принципы организации систем спутникового позиционирования.

GPS — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84. Позволяет в любом месте Земли (исключая приполярные области), почти при любой погоде, а также в околоземном космическом пространстве определять местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США, при этом в настоящее время доступна для использования для гражданских целей — нужен только навигатор или другой аппарат (например, смартфон) с GPS-приёмником.

Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения моментов времени приёма синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной потребителя.

Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) — российская спутниковая система навигации, разработка которой началась в СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации. Дополнительно система транслирует гражданские сигналы, доступные в любой точке земного шара, предоставляя навигационные услуги российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка космических аппаратов ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

Галилео — совместный проект спутниковой системы навигации Европейского союза и Европейского космического агентства, является частью транспортного проекта Трансъевропейские сети. Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач. Помимо стран Европейского Союза, в проекте участвуют: Китай, Израиль, Южная Корея, Украина.

В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система «Галилео» не контролируется национальными военными ведомствами, однако в 2008 году парламент ЕС принял резолюцию «Значение космоса для безопасности Европы», согласно которой допускается использование спутниковых сигналов для военных операций, проводимых в рамках европейской политики безопасности. Разработку системы осуществляет Европейское космическое агентство.