Прикладные аспекты использования данных космического мониторинга
и аэросъемки на базе сверхлегких летательных аппаратов

Традиционные подходы к обработке данных аэрокосмического дистанционного зондирования (ДЗ) природно-техногенной сферы основаны на использовании пространственных распределений градаций яркости наблюдаемых объектов на многоспектральных изображениях. В частности, применительно к важной задаче оценки состояния растительных экосистем, широкое распространение получили эмпирические технологии, в основе которых лежит понятие вегетационных индексов NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Анализ показывает, что наиболее эффективными подобные методы оказываются при совместном использовании данных ДЗ и наземных измерений состояния растительного покрова на заранее выбранных, тестовых участках. Поэтому, информативность таких методов напрямую связана с необходимостью большой предварительной работы по наземным обследованиям выбранной территории, что во многих случаях спряжено со значительными трудностями или практически неосуществимо.
Свободной от указанных ограничений альтернативой NDVI и другим эмпирическим идеологиям является разрабатываемая авторами технология количественной оценки состояния лесных, сельскохозяйственных, болотных и других природных экосистем, основанная на использовании данных ДЗ, представляемых для каждого элемента обрабатываемого изображения в рассматриваемом спектральном канале в абсолютных энергетических единицах. Основным инструментарием технологии являются адекватные расчетно-теоретические методы решения прямых и обратных задач переноса излучения в системе «подстилающая поверхность - реальная атмосфера - приемник излучения» и использование достоверных априорных данных об оптических свойствах типичных растительных представителей на выбранной территории. В рамках технологии реализуются имеющие важное прикладное значение новые возможности оценки состояния наблюдаемых природных объектов, в частности, по восстановлению объема биомассы и других параметров растительного покрова. В работе приводятся примеры восстановления таких параметров по данным радиометра среднего разрешения MODIS космического аппарата Terra, полученные по территории Тверской области в разные сезоны при разных условиях освещенности и состояния атмосферы.
Важнейшим элементом разрабатываемой технологии является валидация получаемых результатов. Наряду с использованием для этих целей традиционных методов наземных обследований, в работе рассмотрена и практически реализована новая концепция системы локального мониторинга (СЛМ) на базе ультра-легких летательных аппаратов, оснащаемых многофункциональным бортовым программно-аппаратным комплексом (БПАК). Особенностью разработанного БПАК является его унификация, которая в рамках единых бортовых систем управления, визуализации и записи получаемых данных, позволяет эффективно использовать различную аппаратуру ДЗ (стандартные или специально разрабатываемые пассивные цифровые камеры видимого, инфракрасного и СВЧ диапазонов). В состав БПАК входит также система спутникового позиционирования, которая позволяет в реальном масштабе времени осуществлять высокоточную географическую привязку получаемых изображений. Таким образом, разработанная СЛМ обеспечивает возможность дистанционного картографирования обследуемой территории с максимально высоким пространственным, а при необходимости спектральным и радиометрическим разрешением. В условиях реальных ограничений на получение данных космического ДЗ (по условиям прохождения трассы космического аппарата через заданную территорию, условиям облачности и т.п.) разработанная СЛМ приобретает и самостоятельное значение как экономически эффективное средство оперативного и независимого контроля состояния нефтегазопроводов, других протяженных геотехнических сооружений на фоне различных типов и состояний природных экосистем. Кроме того, СЛМ может использоваться как альтернативное тяжелым авианосителям (самолетам или вертолетам) средство испытания перспективной спутниковой аппаратуры при проведении комплексных подспутниковых экспериментов. В работе приводятся примеры испытаний СЛМ при мониторинге различных объектов природно-техногенной сферы.
Работы проводятся в рамках проектов РФФИ №05-05-08004_офи, №05-05-64199, №05-07-90176.