Обработка и использование в ГИС данных дистанционного зондирования для картографирования малых тел Солнечной системы (на примере Луны и Фобоса)

Обработка и использование в ГИС данных дистанционного зондирования для картографирования малых тел Солнечной системы (на примере Луны и Фобоса)
Оберст Ю.1,2,3, Карачевцева И.П1., Конопихин А.А.1, Шингарева К.Б.1,
Черепанова Е.В.1, К.Вилнер2, М.Веллиш3

1 Московский государственный университет геодезии и картографии,
2 Немецкий аэрокосмический центр (DLR)
3 Берлинский технический университет
В Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) организована новая Комплексная лаборатория исследования внеземных территорий (КЛИВТ), в которой основными направлениями исследований являются малые тела Солнечной системы. В рамках этих
работ в КЛИВТ разрабатывается технология обработки данных дистанционного зондирования для геоинформационного картографирования небесных тел, причем спутники Земли и Марса (Луна и Фобос) – это приоритетные объекты исследований.
Разработка ГИС небесных тел является непростой задачей, связанной с тем, что в настоящий момент главным источником первичной информации являются данные дистанционного зондирования Солнечной системы, доступ к которым обеспечивается, в основном, через американскую
систему Planetary Data System (PDS), которая представляет собой обширное распределенное хранилище со сложной структурой архивных массивов. Помимо проблем с доступностью первичной информации, связанных с хранением и обработкой в специализированных форматах (*.pds) и
программах (VICAR, ISIS), существуют технологические особенности при передаче данных в ГИС, включая
- доступ к орбитальным поправкам посредством специализированных баз данных (SPICE);
- преобразование из форматов хранения PDS;
- необходимость использования вместо декартовой системы координат в ГИС (от -180º до + 180º) систем координат МАС, связанных с направлением вращения того или иного небесного тела (счет долгот от 0º до 360º, в том числе с положительным счетом на запад);
- необходимость поддержки моделей фигуры различных небесных тел, а также разнообразие используемых проекций и неоднозначность их описания в системе PDS и разных ГИС-программах и др.;
Вместе с тем, несмотря на обозначенные выше проблемы, использование ГИС является перспективным направлением, обеспечивая интеграцию и унификацию всех данных о небесном теле в рамках единой информационной системы, основанной на едином пространственном представлении.
С 2004 года активные наблюдения Фобоса ведутся с европейского космического аппарата «Mars-Express» (КА МЕХ), который производит съемку спутника с расстояний до 100 км, позволяя получать цифровые изображения с разрешением до 10 м/пиксел, в том числе впервые в 3D. В
феврале 2010 года инженеры Европейского космического агентства начали серию тесных сближений КА МЕХ с Фобосом для более детального его изучения. Самый близкий пролет произошел 3 марта 2010 года и составил всего 67 км над поверхностью Фобоса. Одна из задач этой
съемки – получение изображений участков поверхности Фобоса» с высоким разрешением, запланированных для посадки российского КА «Фобос-Грунт» (Зеленый и др, 2010), что позволило бы уточнить характер территории в предполагаемом районе посадки. По результатам этих
съемок выполнено современное моделирование фигуры Фобоса и создана опорная сеть (Willner et al., 2010), а также сформирована глобальная ЦМР с разрешением 100 м/пиксел (Wählisch et al., 2010). На основе этих данных с использованием ГИС-технологий в МИИГАиК создан
глобальный каталог кратеров Фобоса, с использованием которого осуществлено картографирование районов, выбранных в качестве посадочных площадок для миссии «Фобос-Грунт» (Базилевский, Шингарёва, 2010). Для этих территорий выполнена оценка кратерированности с
созданием карт плотности, расчетом шероховатости топографической поверхности, построением высотных профилей в пределах «эллипсов прицеливания» и т.п.
С 2009 года стартовала новая американская миссия для исследования Луны Lunar Reconnaissance Orbiter"s (LRO), с помощью приборов которой получены детальные данные дистанционного зондирования (до 0.5 м), включая измерения высот на основе Lunar Orbiter Laser Altimeter
(LOLA), что позволяет обеспечить качественно новый уровень картографирования спутника Земли с высокой степенью детальности. В МИИГАиК выполнено картографирование места посадки Луна-17 на основе данных LRO. В нашем исследовании использованы ортоизображения и
цифровая модель рельефа (ЦМР) высокого разрешения, которые ранее были получены в DLR по результатам фотограмметрической обработки LRO NAC с пространственным разрешением 0,5 м/пиксель. Эти данные были использованы для ГИС-анализа территории, пройденной Луноходом-1.
На основе интеграции всех типов данных, полученных по результатам обработки материалов дистанционного зондирования, мы создали в ГИС каталог кратеров, который в настоящее время содержит около 45 000 объектов и включает размеры, в том числе глубину, полученную из
ЦМР. Используя эту информацию, мы рассчитали различные параметры места посадки Луна-17 и функционирования Лунохода-1, включая пространственную плотность кратеров, относительные глубины и крутизну их склонов, топографическую шероховатость, вертикальный профиль
траверса лунохода и др. Полученные результаты геоинформационного картографирования по данным LRO позволили оценить возможность их использования для картографо-координатного обеспечения посадочных площадок для подготовки будущих миссий, например, Луна-ГЛОБ и Луна-
РЕСУРС.
















































































Благодарности. Данная работа поддержана Правительством Российской Федерации (грант Министерства высшего образования, научные исследования по теме: «Геодезия, картография и исследование планет и спутников», договор № 11.G34.31.0021 от 30 ноября 2010г.)
Литература:
Базилевский А.Т., Шингарёва Т.В. Выбор и характеристика мест посадки КА Фобос-Грунт // Астрон. вестн. 2010. Т. 44. № 1. С. 41–47.
Зеленый Л. М., Захаров А. В., Полищук Г. М., Мартынов М. Б. Проект экспедиции к Фобосу // Астрон. вестн. 2010. Т. 44. № 1. С. 17-28
Wählisch M., Willner K., Oberst J., Matz K.-D. , Scholten F., Roatsch T., Hoffmann H., Semm S., Neukum G., 2010. A new topographic image atlas of Phobos, Earth and Planetary Science Letters 294, 547–553
Willner K., Oberst J., Hussmann H., Giese B., Hoffmann H., Matz K.-D., Roatsch T., Duxbury T., 2010. Phobos Control Point Network, Rotation, and Shape. Earth Planet. Sci. Lett. 294, 541–546.