«Атмосферная коррекция спутниковых изображений земной поверхности. Состояние, проблемы, перспективы».

Состояние дел в области атмосферной коррекции спутниковых изображений.
Разработкам этих программно-информационных средств в России (включая СССР) и за рубежом уже более 30 лет. Последовательно и успешно они разрабатываются в США, Франции, затем в Японии, Китае. К числу основополагающих зарубежных работ можно отнести статьи L. McMillin, D. Crosby, P. Deschamps, G. Maul, E. McClain, W. Pichel, C. Walton, J. Price, F. Becker, Z.L. Li, C. Ottle, J. Sobrino, C. Coll, Z. Wan. Создание средств атмосферной коррекции за рубежом (прежде всего, в NASA и ESA) ведется по двум направлениям. Одни разрабатываются как средства свободного доступа, другие как коммерческие продукты. К первым, например, относятся, MOD14, SMAC и др.
Существуют и коммерческие программные средства атмосферной коррекции, такие как, ATCOR, ACORN, FLAASH, ATREM и др. Они используют в своей основе такие модели переноса излучения как, например, MODTRAN, 6S и т.п. К сожалению, их закрытость (перечисленные программные средства распространяются без исходных кодов) не позволяют расширение функциональных возможностей программ, добавление к ним новых блоков, поддержки других форматов данных и новых теоретических и информационных разработок в области атмосферной коррекции.
Что касается открытых программных средств, то они осуществляют атмосферную коррекцию приближенно и, как правило, разрабатываются для конкретных спутниковых систем (или приборов, формирующих изображения земной поверхности).
В отечественной литературе физические и математические основы, а также методы применения спутников (прежде всего отечественных) для дистанционного зондирования окружающей среды из космоса изложены в известных монографиях и статьях К.Я. Кондратьева, Г.И. Марчука, М.С. Малкевича, Ю.М. Тимофеева, В.В. Козодерова, О.И. Смоктия, О.М. Покровского, Т.А. Сушкевич, А.Б. Успенского, А.И. Чавро и многих других ученых. Однако по известным причинам и в известные годы эта работа практически была прекращена и вновь они стали развиваться уже в конце прошлого столетия и, в основном, ориентируясь на зарубежные спутниковые данные.
Наиболее существенные результаты в этом направлении и, прежде всего, в ИК-диапазоне длин волн достигнуты в ИОА СО РАН.
Проблемы.
Доступ к широкому спектру данных мониторинга окружающей среды (атмосферы, земной поверхности, включающей сушу, океаны, водостоки) из космоса дистанционными средствами в оптическом и радиодиапазоне длин волн организовать несложно, если использовать Интернет и соответствующие информационные ресурсы. Нет формальных препятствий для организации прямой связи со спутниковыми приборами-зондировщиками. Для этого достаточно иметь средства на приобретение отечественных или зарубежных наземных станций приема спутниковой информации, программного обеспечения и иметь коллективы квалифицированных специалистов в области информационных технологий, геонинформационных систем и соответствующих предметных областей. Такие центры на региональном, ведомственном и Федеральном уровне созданы, действуют. Поставляется ими информация в ограниченной области приложений (наиболее известные из них – мониторинг лесных пожаров, контроль паводковой ситуации, создание карт и оценка биоресурсов и т.д.), но не всегда она используется в масштабах России или даже в отдельных ее областях. Одна из причин этого в том, что в ряде случаев к этой информации не высок уровень доверия.
Один из основных путей повышения достоверности зондирования в оптическом диапазоне длин волн состояния или характеристик земной поверхности (суши, водных акваторий) состоит в атмосферной коррекции ее аэрокосмических изображений. Это достигается, если известно оптическое состояние атмосферы в момент съемки или близкий к нему момент. Информацию о составе и состоянии атмосферы можно получать от наземных, авиационных или спутниковых источников. Последние представляют особый интерес, так как они могут быть получены практически для любых географических координат. В тоже время необходимо знать уровень их достоверности.
Решению этой проблеме посвящены последние разработки в ИОА СО РАН. Там же показано, что не всегда спутниковая информация об атмосфере удовлетворяет той степени точности, которая приводит к положительному эффекту при атмосферной коррекции.
Одна из текущих проблем состоит в том, чтобы вывести разработку в ИОА СО РАН программно-информационных средств атмосферной коррекции спутниковых данных приборов MODIS и NOAA на уровень ОКР и обеспечить этими средствами все центры приема и обработки спутниковых изображений земной поверхности.
Перспективы.
Ближайшие перспективы развития средств атмосферной коррекции в России связываем с расширением области этих средств на видимый и УФ диапазоны длин волн, расширением их на область изображений, формируемых практически любыми зарубежными и отечественными спутниковыми группировками ДЗЗ. Важное направление совершенствования программно-информационных средств атмосферной коррекции связываем с включением отечественных программных средств решения уравнения переноса с тем, чтобы иметь возможность их дополнять, изменять, улучшать и т.п. В настоящее время использование зарубежных программных комплексов (например, таких как LOWTRAN, MODTRAN, DISORT, HITRAN и др.), как правило, не позволяет это осуществить.
Наконец, необходимо создать эффективные средства контроля качества оптико-метеорологических спутниковых данных о состоянии атмосферы и создать аппаратурные средства валидации алгоритмов тематической обработки спутниковых данных и, в том числе, средств атмосферной коррекции.