Технологии ДЗЗ спутникового центра ДВО РАН

1. Вторая международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли»  Технологии ДЗЗспутникового центра ДВО РАН В.А. Левин, А.И. Алексанин Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, 690041, Владивосток, Радио 5, тел.:(4232)310468

2. Специфика запросов на спутниковое информационное обеспечение научных исследований • Точность данныхс соответствующими процедурами верификации • Разнообразие требуемой информации • Разнообразие запросов на обработку • Организация архивов и сервисов доступа к данным • Массовая обработка и обработка в режиме реального времени (при проведении экспедиционных работ и подспутниковых экспериментов).

3. Точность данных. Первичная обработка • Автоматическая привязка и ее прогноз (метеорологические полярно-орбитальные и геостационарные спутники) • Коррекция исходных данных: фиксация пропусков, проверка телеметрии, построение модели шума (систематические и случайные искажения) и процедуры коррекции шума, коррекция пространственных рассогласований спектральных каналов. • Калибровка данных по технологии NOAA/NESDIS. • Калибровка данных цветности.

4. Точность данных. Первичная обработка.Автоматическая привязка и ее прогноз. Для метеорологических спутников Земли апробирован следующий подход к автоматической привязке изображений в ИК- и видимом спектральных диапазонах. Строится точная модель движения датчика на основе: модели движения спутника (SGP4 для полярно-орбитальных и SDP4 для геостационарных), модели Земли WGS84, модели движения сканера и поправок к ним. Поправки разбиваются на поправки к ориентации датчика и поправки к модели движения. Поправки к модели движения описываются плавно меняющимися функциями. Поправки к углам стабильны в течение суток и более. Если ориентация платформы с датчиками не корректируется с Земли, то точность привязки и прогноза подпиксельная для всего изображения. Подход апробирован на данных спутников: полярно-орбитальных NOAA-12,-15,-17,-18,-19, FY-1D, METOP-A,-B, МЕТЕОР-М №1/МСУ-МР; геостационарных FY-2C,FY-2D, MTSAT-1R (режим HiRID). Режим HRIT передает уже привязанные спутниковым агентством данные и не передает нужную телеметрию. Для некоторых спутников (MTSAT-1R, MTSAT-2) привязка плохая. Восстановить точность 1-2 пикселя удается только для ИК-каналов в 95% случаев. Особенность технологии: надежность расчета реперов и критерий . априорной оценки точности привязки всего изображения.

5. Автоматическая географическая привязка спутниковых изображений • Используемый подход: • Моделирование всех аспектов формирования спутникового изображения: движение ИСЗ по орбите, процесс сканирования радиометром, вращение Земли. • Вычисление поправок к параметрам модели привязки по автоматически рассчитанным реперным точкам (GCPs) на изображении. • Прогноз поправок к параметрам модели привязки при недостаточной конфигурации GCPs. • Устранение технических дефектов: межканальное рассогласование, нестабильность платформы ИСЗ с радиометром, неверный угол раствора сканера и т.п. Сравнение с французским методом (слева) Разработанный метод расчёта реперных точек (GCPs) на спутниковых изображениях работает без фильтрации облачности/льда/шумов и по всем спектральным каналам одновременно.

6. MCVISR FengYun-2 Китай Результаты автоматической привязки спутниковых изображений МСУ-МР Метеор-М Россия HiRID/HRIT MTSAT Япония MVISR FengYun-1 Китай AVHRR NOAA США AVHRR MetOp ЕС

7. Точность данных. Первичная обработка.Калибровка каналов по технологии NOAA/NESDIS. • У многих спутниковых радиометров существует проблема с точностью калибровки. Технология NOAA/NESDIS для ИК-каналов – процедура, основанная на аппроксимации функции Планка с подбором более 10 коэффициентов. Оптимальная подгонка параметров на основе кросс-калибровки задачу не решает. Аккуратная постановка подразумевает решение задачи многокритериальной оптимизации. • Некоторые спутники не поддерживаются соответствующими космическими агентствами и приходится следить за деградацией датчиков непрерывно. • Создан программный комплекс для калибровки ИК-каналов и верификации на основе in situ измерений (в основном это дрейфующие буи).

8. MTSAT-1R Проблемы: Точность карт ТПО Японского метеорологического агентства : систематическая ошибка~0.5°, случайная ~1.2 °. Современные требования: систематическая ошибка<0.1°, случайная <0.8 °. Кросс-калибровка индивидуальных каналов имеет наилучшее соответствие с каналами спутников NOAA Зависимости разниц радиационных температур NOAA-MTSAT от ТПО и атмосферной массы ТПО NOAA-18 SST и MTSAT-1R, 11.04.2007 • Решение основных проблем: • Перекалиброваны каналы и убраны «паразитные» зависимости. • Найдена и исправлена зависимость от долготы (дефект радиометра). • Проведена верификация на годичной серии изображений, подтвердившая необходимую точность ТПО.

9. Точность данных. Данные цветности океана. Ключевые параметры – спектральные коэффициенты диффузного рассеяния Rrs) Подзадачи, которые следует решать: - лидарное зондирование атмосферы для оценки вертикального распределения коэффициентов ослабления и рассеяния солнечного излечения и решения задачи атмосферной коррекции; - подспутниковые измерения излучения на поверхности моря для расчета Rrs и верификация спутниковых оценок; - вертикальные измерения биооптических характеристик в приповерхностном слое; - выращивание водорослей и измерение их спектральных оптических характеристик в лабораторных условиях; - разработка автоматических средств спутникового мониторинга акваторий Представленные задачи решаются с привлечением оборудования и специалистов трех центров коллективного пользования: ЦКП Спутникового мониторинга ДВО РАН; ЦКП Лазерных методов исследования вещества; ЦКП Мониторинга вредоносного цветения водорослей и биотоксичности акваторий

10. ЦКП «ЛАЗЕРНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД, БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ» ИАПУ ДВО РАН, отдел Оптических методов исследования газов и сонденсиолванных сред Оборудование: трехволновой лидар для зондирования атмосферного аэрозоля; солнечный фотометр SP-01; CO2/H2O газоанализатор Licor Li-840; спекрофлюориметр Varian Cary Eclipse; проточный флюориметр; подводный профилометр SeaBird CTD SBE-19plus с флюоресцентными сенсорами WetLabs и сенсором Licor PAR; термосолинограя SeaBird SBE-45. ТОИ ДВО РАН, Лаборатория лазерной оптики и спектроскопии Оборудованиеt: атмосферные лидары корабельного базирования (одно и трех-волновые); проточный флюориметр; лазерный спектрометр. Морской государственный университет им. Невельского Оборудование : Nd:YAG laser Brilliant, Quantel

11. Спутниковый центр ДВО РАН Четырех-антенный комплекс приема, обработки, поставки и архивирования спутниковой информации в режиме реального времени. Источники данных: NOAA/AVHRR&ATOVS, METOP, FY-1D, AQUA&TERRA/MODIS; FY-2C, MTSAT-1R Прием информации –12 Гбайт/день 1992 2005 2008 2003

12. ЦКП Мониторинга вредоносного цветения водорослей и биотоксичности Институт биологии моря ДВО РАН

13. Разработка регионального алгоритма оценки концентрации хлорофилла-а Сравнение спутниковых и in situ измерений концентрации хлорофилла-а. a,b,c – алгоритмы OC3, GSM и Кардера. d – использование флюоресценции (flh) для расчета регрессионной зависимости для вод CASE II. Маршрут съемки 2008 года. Пересчитанная на основе полученных зависимостей спутниковая карта концентрации хлорофилла-а.

14. Разнообразие требуемой информации при «высокой глубине» обработки Исследователям требуется разнообразие информации при «высокой глубине» обработки данных. Один центр не в состоянии обеспечить основную массу запросов. Предлагаемое решение. Конкретный центр должен специализироваться на конкретном списке задач. Необходимо широкое взаимодействие и координация развития различных центров, обеспечивающих пользователей информацией. Необходимо стремиться к созданию информационной системы, объединяющей данные и процедуры обработки. Основная ориентация системы – удаленные сервисы обработки.

15. СВКНИИ ИВиС ИКИР ВЦ ИТиГ ИМГиГ ИАПУ, ТИГ, ТОИ, ДВГИ Программа «Спутниковый мониторинг Дальнего Востока для проведения фундаментальных научных исследований Дальневосточного отделения РАН» Ведущая организация первого этапа Программы Институт автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН , Владивосток Организации - участники: • Тихоокеанский институт географии (ТИГ) ДВО РАН, Владивосток • Тихоокеанский океанологический институт (ТОИ) ДВО РАН, Владивосток • Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт (СВКНИИ) ДВО РАН, Магадан • Вычислительный центр (ВЦ) ДВО РАН, Хабаровск • Институт вулканологии и сейсмологии (ИВиС) ДВО РАН, Петропавловск - Камчатский • Институт морской геологии и геофизики (ИМГиГ) ДВО РАН, Южно-Сахалинск • Института космофизических исследований и распространения радиоволн (ИКИР) ДВО РАН , Петропавловск - Камчатский • Дальневосточный геологический институт (ДВГИ) ДВО РАН, Владивосток • Институт тектоники и геофизики (ИТиГ) ДВО РАН, Хабаровск • Институт геологии и природопользования (ИГиП) ДВО РАН , Благовещенск • Институт комплексного анализа региональных проблем (ИКАРП) ДВО РАН , Биробиджан • Институт водных и экологических проблем (ИВЭП) ДВО РАН, Хабаровск • Институт биологических проблем Севера (ИБПС) ДВО РАН, Магадан

16. Взаимодействие институтов ДВО РАН 16

17. Организация архивов и сервисов доступа к данным, доступ в режиме реального времени. Массовая обработка • Это задачи организации информационной системы • В Спутниковом центре ДВО РАН принято: • Мониторинг объекта в режиме реального времени (0.5 часа для атмосферы, 3 часа для океана). • Архив тематических продуктов только оперативный (последние несколько месяцев). Долговременный архив только под конкретную задачу. • Возможность заказа технологии обработки данных • Интеграция в региональные и глобальные информационные системы • Возможность включения алгоритмов и вычислительных ресурсов сторонних исследователей без установки специализированного ПО .

18. Информационные потоки Спутникового центра Информационные ресурсы Емкость каналов связи – более 200 Мб/сек RAID-массив на 80Тбайт Доступ к вычислительным ресурсам в 18 Тфлопс Сплошной линией обозначены потоки данных большого объёма, пунктиром – потоки метаданных и прочие виды взаимодействия Центр Приём данных Архив данных Стандартная продукция Распределённая система обработки Каталог пользователя Генерация метаданных Информационная система (метаданные) FTP Web UI Формирование задач для РСО и чтение их статуса Web UI Система заказов на обработку SOAP Формирование заказов и чтение их статуса Web UI Чтение информации из базы метаданных SOAP Глобальные системы Внешние интерфейсы

19. Сценарии обработки для спутников серии NOAA, геостационарного спутника MTSAT-1R и спутников TERRА и AQUA (радиометр MODIS). MTSAT GEOPROC Траектории тайфунов MetOffice/ 1DVAR Профили T W AAPP RTTOV NOAA TERMOS Температурные карты,ДОТК,... AQUA SeaDAS Хлорофил, прозрачность.

20. Опыт интеграции каталогов в EoPortal ЦКП База метаданных Web-интерфейс JDBC SSE Toolbox SSE Test Portal SOAP Скрипты Каталоги данных являются базовым способом интеграции в SSE. Порталом поддерживается ряд профилей, наиболее устоявшимся и простым является EOLI-XML Запросы: EOLI Search – поиск записей, соответствующих критериям EOLI Present – получение полной информации о записи На базе существующей базы метаданных NOAA был создан EOLI-совместимыйкаталог. Произведена регистрация Центра и каталога на отладочном сервере SSE Test Portal (доступ к поиску закрыт на время отладки): http://services-test.eoportal.org/portal/user/ GetCompanyInfo.do?companyId=8B802B82

21. Способы поставки данных через SSE • Запросы RFQ/Order, HMA-интерфейсы – используется корзина заказа на портале • Векторную информацию, описав её по правилам языка GML, можно выдавать прямо на карту в Портале Панель заказа на данные. Через нее можно заказывать и сервисы обработки (управлять обработкой Спутникового центра). Апробировано на заказах обработки данных пакетом SeaDAS.

22. Благодарим за внимание!