Как и зачем человек смотрит на нашу планету сверху рассказывает Александр Боровлев, старший преподаватель кафедры экологии и геологии Института естественных наук СГУ им. Питирима Сорокина.
В моей семье с уважением относятся к географии. Дома всегда было большое количество географических карт разных масштабов и разных размеров. Поэтому, когда я был ребенком, обожал изучать картографический материал. Условные обозначения, цветовые гаммы рельефа, дороги, здания, реки — процесс знакомства с изображениями поверхности Земли затягивал на долгие часы. Возможно, тогда я, первоклассник, уже понял, чем буду заниматься во взрослой жизни.
Шел 2007 год. Урок информатики. Преподаватель восторженно показывает нам один из первых релизов портала Google Earth. Не самые детальные, но все же космические снимки произвели взрыв в моей голове. На какое-то время я забыл про «Варкрафт» и «Фифу», тратя домашний интернет на изучение спутниковой съемки Земли. Сыктывкар, Москва, Черное море, Зона 51 – это не просто графические карты, это актуальные изображения любой территории на нашей планете, которую ты можешь «посетить», не выходя из дома.
Человека всегда тянуло посмотреть на окружающий его мир сверху. И если наши первобытные предки обустраивали свое жилище на возвышенности, чтобы иметь хороший обзор и заранее заметить любую приближающуюся опасность, то с развитием человечества «взгляд сверху» стал преследовать более глобальные цели. Актуализация карт, оценка экологических процессов, изучение труднодоступных территорий.
Еще в начале XX века ученые ставили на аэростаты фотографическое оборудование для получения снимков земной поверхности. Со временем развивались технологии, высота полетов росла с каждым годом. В 1946 году при помощи 35-миллиметровой камеры была сделана фотография с высоты около 105 км над Землей, камеру установили на ракете ФАУ-2.
А в 1957 году был запущен первый искусственный спутник Земли. Это стало огромным шагом человечества к интенсивному освоению космоса, а также это событие послужило началом космической эры. В том числе — эры дистанционного зондирования Земли.
На сегодняшний день на орбите Земли располагается большое количество искусственных спутников, выполняющих космическую съемку. Технологические решения, а также классификации космоснимков зависят от того, какую задачу решает человек.
Каждый день мы смотрим прогноз погоды. Существенный вклад в его актуальность вносят метеорологические спутники. Они предоставляют сведения о состоянии атмосферы планеты в реальном времени. В этом случае спутник выводится на довольно высокую орбиту: от 900 км и выше, до геостационарной орбиты, достигающей 36 тысяч км (для сравнения – предельная высота пассажирского авиалайнера – 11–12 км). Такая высота обеспечивает широкий обзор и получение данных на большую территорию. Дополнительно аппараты оснащены сенсорами для фиксации температуры поверхности Земли и анализа снегового покрова.
Другая задача. Мы с вами хотим проследить динамику озеленения на небольшой территории крупного города. Здесь уже совершенно иные параметры космической съемки. Высота, с которой производится съемка, варьируется от 200 до 1200 км, а оборудование для дистанционного зондирования оснащено сенсорами, работающими не только в видимом, но и инфракрасном спектре. В таком случае у нас есть возможность провести не просто количественный анализ зеленых насаждений, но и через расчет специальных вегетационных индексов оценить «здоровье» растительности. Такой алгоритм применяется в различных отраслях: например, агропромышленным компаниям важно выявить, насколько активно идет рост посаженных культур. В ходе экологического мониторинга специалисты изучают динамику изменения разных ландшафтов: таяние ледников, зарастание вырубок, урбанизация. И таких кейсов огромное множество.
Современная наука, промышленность и пространственный мониторинг тесно переплетены с данными дистанционного зондирования Земли из космоса. Актуальные снимки состояния атмосферы планеты, фиксация температуры поверхности, анализ количества фитопланктона в Мировом океане, планирование городской среды, выявление очагов лесных пожаров, моделирование затоплений территории, ретроспективный подход – перечислять можно очень долго.
Давайте я задам вопрос: что первое приходит вам в голову при слове «космоснимок»? Уверен, что большинство из вас представили себе фотографию, сделанную с большой высоты, где лес – зеленый, река – темно-синяя – в общем, все признаки того, что это изображение сделано в весенне-летне-осенний период. Однако широкий спектр задач решается с использованием и зимних данных.
В первую очередь, такая космосъемка открыла возможности по фиксации границ распространения снежного покрова и их ежегодного сравнения. Такие данные нужны не только для картографирования, но и в качестве важных метрик при моделировании гидрологических прогнозов в весенний период.
Более того, зимний сезон, особенно в России, кардинально меняет облик местности. И для решения определенных задач подходит использование данных дистанционного зондирования «зимнего» контекста. Например, если анализировать по таким материалам лесные территории северных регионов, начинает доминировать зеленый цвет массивов вечнозеленых хвойных пород – елей и сосен. И в этом случае у нас есть возможность провести количественную оценку леса.
Другой кейс – это классификация территорий – в зимний период гораздо проще дешифрировать, например, поймы рек, болота – они покрываются снегом и отчетливо читается контур территории.
Текст Александра Боровлева и Елизаветы Мелиховой
Иллюстрации подготовлены автором