«Коперникус» — мониторинг Земли для каждого
Многолетняя работа Европейского союза по созданию системы мониторинга Земли, использующей максимально возможное количество данных космических, наземных, воздушных и морских измерительных систем вылилась в глобальную международную программу «Коперникус». Программа координируется и управляется Европейской комиссией в сотрудничестве с Европейским космическим агентством (ЕКА).
Главная отличительная особенность «Коперникуса» в том, что все получаемые в результате данные, космические снимки и построенные на их основе информационные продукты, находятся в открытом доступе для всех категорий пользователей: европейских граждан и международного сообщества в целом, органов государственной власти, ученых, представителей малого и крупного бизнеса и многих других.
Программа основана на современных методах и технологиях зондирования Земли, которые используются для получения информации в областях охраны окружающей среды и безопасности на глобальном уровне. Другими словами, программа объединяет всю информацию, чтобы обеспечить полное представление о «здоровье» Земли.
Благодаря открытому доступу к большинству создаваемых данных и информационных продуктов (результатов прогнозирования, картографических материалов и пр.), «Коперникус» способствует разработке новых инновационных приложений и сервисов.
На протяжении шести лет, с 2014 по 2020 годы последовательно увеличивалась группировка из шести спутников «Sentinel» (Дозорный) программы «Коперникус» на околоземных орбитах. Сегодня они позволяют вести наблюдения за окружающей средой, погодой, климатом Земли, отслеживать и своевременно прогнозировать крупные стихийные (а в некоторых случаях и техногенные) бедствия и катастрофы по всему миру. Полученная информация должна помочь смягчить, а по возможности и предотвратить разрушительные последствия самых различных катаклизмов на нашей планете.
Рисунок 1 ‒ Сервисы Программы «Коперникус»
Первый из серии спутников Sentinel-1A был выведен на орбиту 3 апреля 2014 года. Именно с его появления над Землей началась программа достижения пяти миссий под общим названием Sentinel. Каждая из них включает группу из двух взаимодополняющих по назначению спутников.
Sentinel 1 посвящена выполнению радиолокационного зондирования земной поверхности, предоставляя данные независимо от облачного покрова и времени суток.
Рисунок 2 ‒ Спутник Sentinel-1A в полете над Землей.
Основной задачей спутников Sentinel-2 стала съемка поверхности Земли в мультиспектральном режиме с высоким пространственным разрешением. Данные, полученные в результате съемки, используются для мониторинга отдельных участков поверхности земли, в том числе оценки состояния растительности, почвы, вод водоемов, обстановки в отдельных прибрежных районах.
Задачей Sentinel-3 является определение рельефа поверхности мирового океана, наблюдения за изменениями температуры суши и моря, цвета океана и земли с высокой степенью точности. Первый спутник Sentinel-3 был запущен 16 января 2016 года с аэродрома Плесецк.
Sentinel-4. Основная задача – проведение глобального мониторинга атмосферы Земли, ее состава. Будет запущен в 2023 году.
Спутники миссии Sentinel-5 также будут вести мониторинг состава атмосферы планеты. Предшественник Sentinel-5, получивший название Sentinel-5 Precursor уже выполняет сбор данных о составе атмосферы для анализа качества воздуха и изменений климата. Его данные помогают, в частности, оценить степень загрязнения Земли.
Рисунок 3 ‒ Степень загрязненности Земли. Снимки со спутника Copernicus Sentinel 5P
Sentinel-6 – космический аппарат, позволяющий получать информацию об уровне Мирового океана.
Данные со спутников семейства Sentinel могут быть использованы совместно с данными с российских космических аппаратов, в частности – со спутников «Ресурс-П» и «Канопус-В».
Тематические сервисы «Коперникус» предназначены для мониторинга и прогнозирования подсистем Земли, они вносят непосредственный вклад в наблюдения за изменением климата и способствуют решению вопросов управления чрезвычайными ситуациями (например, в случае стихийных бедствий, технологических аварий или гуманитарных кризисов) и вопросов безопасности (например, осуществлять наблюдение на море, пограничный контроль).
Тематические сервисы «Коперникус» охватывают шесть основных областей:
-
Сервис мониторинга атмосферы (Copernicus Atmosphere Monitoring Service). Сервис генерирует поток информации о составе атмосферы, описывает текущую ситуацию, прогнозирует ситуацию на несколько дней вперед и последовательно анализирует ретроспективные записи данных за последние годы.
-
Сервис мониторинга морской среды (Copernicus Marine Environment Monitoring Service). Служба мониторинга морской среды программы «Коперникус» предоставляет регулярную и систематическую справочную информацию о физическом и биогеохимическом состоянии, изменчивости и динамике океана и морских экосистем мирового океана и европейских региональных морей.
-
Сервис мониторинга земной поверхности (Copernicus Land Monitoring Service). Это географическая информация о земном покрове и его изменениях, землепользовании, состоянии растительности, водном цикле и переменных энергии земной поверхности для широкого круга пользователей в Европе и мире.
-
Сервис мониторинга изменений климата (Copernicus Climate Change Service). Сервис мониторинга изменений климата «Коперникус» поддерживает общество, предоставляя достоверную информацию о климатических изменениях в разные периоды времени по всей земле.
-
Сервис мониторинга безопасности (Copernicus Security Service). Тематический сервис способствует предотвращению кризисов, обеспечивает готовность и быстрое реагирование в трех ключевых областях:
‒ Пограничный контроль;
‒ Морское наблюдение;
‒ Поддержка внешних действий ЕС.
- Сервис управления чрезвычайными ситуациями (Copernicus Emergency Management Service). Он интересен всем специалистам, участвующим в управлении стихийными бедствиями, антропогенными чрезвычайными ситуациями и гуманитарными кризисами, поскольку предоставляет своевременную и точную геопространственную информацию, полученную с помощью спутникового дистанционного зондирования и дополненную доступными на месте или открытыми источниками данных.
Рисунок 4 ‒ Работа сервиса управления чрезвычайными ситуациями (Copernicus Emergency Management Service). Продолжающиеся пожары в районе Чернобыля с 3 по 14 апреля 2020 года
На сегодняшний день данные Программы «Коперникус» все чаще используются и в России. Так, В рамках исследований по разработке и тестированию системы оперативного прогнозирования речных наводнений, базирующейся на комплексном применении наземных и спутниковых данных, использовались материалы съёмки с российских космических аппаратов «Ресурс-П» и «Канопус-В», а также семейства Sentinel и RADARSAT-2. Разработанная система апробирована в ходе весеннего половодья 2014-2018 гг. на участке русла реки Северная Двина от г. Великий Устюг до г. Котлас. Использование данных позволило не только оценить качество моделирования, но и дать дополнительную информацию о ледовой обстановке и уникальные данные о специфических явлениях, вызванных местными условиями.
Рисунок 5 ‒ Вид интерфейса системы оперативного мониторинга и прогнозирования речных наводнений с размещенным снимком Sentinel-2 от 26.04.2018
Важные данные для экологической и социальной оценки дал мониторинг лесного покрова. Материалы многоспектральной съемки с отечественных космических аппаратов использовались совместно с данными Sentinel-2 для анализа воздействия интенсивной хозяйственной деятельности на состояние растительности в особо охраняемой природной территории Юнтоловского заповедника в Санкт-Петербурге. Также выполнена оценка количественных и качественных характеристик лесных ресурсов: кода древесной породы, процента сомкнутости крон полога леса, определения среднего диаметра кроны, определения запаса древесины.
В октябре 2017 года стартовал проект «Внедрение инноваций Программы «Коперникус» для сферы охраны окружающей среды и обеспечения безопасности в регионе Балтийского моря» (№R036, BalticSatApps), реализуемого в рамках Программы трансграничного сотрудничества «Интеррег. Регион Балтийского моря» на период 2014-2020 годов, направленный на повышение использование спутниковых данных, программы «Коперникус» для новых бизнес-идей, повышения эффективности уже существующих компаний, а также на повышение осведомленности о Программе «Коперникус». В консорциум партнеров проекта вошли 11 организаций из 5 стран (Финляндия, Эстония, Польша, Швеция и Россия). Подробнее https://balticsatapps.eu/
Рисунок 6- Определение породного состава леса по космическим данным: исходное изображение (слева) и результат классификации (справа).
Используемые ресурсы:
1) Сервис Программы «Коперникус» //URL: https://www.copernicus.eu/en
2) Зеленцов В.А., Потрясаев С.А., Пиманов И.Ю., Пономаренко М.Р. Использование данных космического радиолокационного зондирования при анализе зон затопления в половодье // Инженерные изыскания. 2018. Том XII. № 7–8. С. 54–60.
3) Зеленцов В.А., Потрясаев С.А., Пиманов И.Ю., Семенов А.Е. Принципы построения и примеры реализации информационной системы принятия управленческих решений обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. №1 (98). С. 6-17
4) Наука и жизнь. «Программа «Коперник»: перед стартом. Статья от 02.04.2014//URL: https://www.nkj.ru/news/24045/
5) На грани уничтожения: Космонавты ESA показали степень загрязненности Земли.// URL: https://www.vladtime.ru/nauka/714656
6) Работа сервиса управления чрезвычайными ситуациями (Copernicus Emergency Management Service). Продолжающиеся пожары в районе Чернобыля с 3 по 14 апреля 2020 года//URL: https://emergency.copernicus.eu/mapping/ems/copernicus-emergency-management-service-monitors-impact-fire-ukraine
7) Учебное пособие в 2-х частях, разработанное в рамках проекта «Внедрение инноваций Программы «Коперникус» для сферы охраны окружающей среды и обеспечения безопасности в регионе Балтийского моря» (№R036, BalticSatApps), реализуемого в рамках Программы трансграничного сотрудничества «Интеррег. Регион Балтийского моря» на период 2014-2020 годов.
Опубликовано 26.12.2020