Оценка качества карты береговых линий GSHHG как основы для автономной оптической космической навигации

Автономная оптическая навигация космических аппаратов по известным ориентирам на поверхности может резервировать измерения с помощью навигационных систем ГЛОНАСС/GPS на орбитах вокруг Земли и заменять их на орбитах вокруг других тел Солнечной системы. Для навигационных задач ошибка в координатах ориентиров не должна превышать 10-100 м в зависимости от разрешения навигационной камеры. При наблюдении Земли из космоса наиболее надежно распознается береговая линия, которая широко используется при полетной геометрической калибровке космических съемочных систем и географической привязке их данных. Общедоступны карты береговой линии GSHHG (Global Self-consistent, Hierarchical, High-resolution Geography Database), которые предоставляются с разной детальностью, соответствующей масштабам от 1 :250000 до 1:120000000. Однако использование GSHHG для навигационных целей невозможно без решения двух принципиальных вопросов, а именно: определения точности положения береговой линии на карте и изменчивости положения береговой линии, обусловленной природными и антропогенными факторами.
Исследования проводились на примере береговой линии Европы и северной Африки между параллелями 30 и 60 град с.ш. Для оценки точности изображения береговой линии использовались карты наиболее детального уровня. В качестве истинного современного положения береговой линии было принято изображение берегов на снимках, полученных съемочной системой OLI/Landsat-8 в 2013-2015 гг., обеспеченных высокой точностью пространственной привязки ~12 м (1σ). Для покрытия всей исследуемой территории потребовалось более 300 снимков Landsat. В результате были выявлено, что 9% береговой линии отклоняются от положения, принятого за истинное, не более, чем на 100 м; в интервал отклонений 100-200 м попадает 24% береговой линии, а в интервал 200-500 м – 6%. Непригодной для навигации по разным причинам признано 60% обследованной береговой линии, причем половина этого количества приходится на мелкие (менее 10 кв. км) острова. Следует отметить, что большая часть далеко отстоящей от истинного положения береговой линии карты GSHHG, правильно отображает ее очертания, что свидетельствует об ошибках в привязке исходных материалов к единой системе координат при создании карты. Выявлена зубчатость береговой линии, заметная на многих прямолинейных участках, как следствие создания векторных слоев путем привязки вершин линий к регулярной градусной сетке.
По результатам классификации береговой линии по степени изменчивости выявлено, что изменчивыми являются около 8% обследованной линии, условно-изменчивой – 28%, неизменчивой – 64%. При этом важно подчеркнуть, что изменчивость оценивалась только на основе литературных данных, а для нескольких ключевых участков также путем сопоставления разновременных снимков Landsat, полученных с интервалом 10-15 лет. Отчетливо выявляются лишь изменения, связанные с деятельностью человека по развитию портов и постройке берегоукрепительных сооружений, доля которых крайне мала относительно общей протяженности обследованной береговой линии. Снимки Landsat оказались малопригодными для выявления и оценки краткосрочных изменений, в первую очередь, приливно-отливных, т.к. съемка выполняется в одно и тоже время суток.
Результаты работы представлены в виде карты наиболее детального уровня, на которой выделены классы несоответствия изображения береговой линии GSHHG современному положению береговой линии. Дополнительно на среднем масштабном уровне представлена изменчивость береговой линии по 3 классам.