На главную страницу
Разделы Поиск Карта Доступ к платным услугам Для контакта Russian English Закрыть меню Рыбный атлас Мониторинг Академия Эксперт Офис Торговая система Информация Интернет-ресурсы Услуги комплекса Развлечения Участники комплекса

InterNevod Banners Network

СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ОТРАСЛЕВЫХ ЗАДАЧАХ КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ФЛОТОМ: СОСТОЯНИЕ И БЛИЖАЙШИЕ ПЕСПЕКТИВЫ.

А.А.Романов, ВНИРО, Москва

Введение.

В последние годы бурное развитие морского судоходства, а также промышленных предприятий на берегах рек, нефтеперевозки в океане, разработка нефтегазовых месторождений на шельфах, сильно изменили экологическую обстановку во многих прибрежных районах традиционного рыболовства. Следствием этого стал тот факт, что промысел постоянно перемещался в открытый океан. Кроме того, из-за ледяного покрова северных морей, Россия является типичной континентальной державой, поэтому прибрежный лов развит, в основном, только на Дальнем Востоке.

Экономическая эффективность рыбодобывающего флота напрямую зависит от качества информационного обеспечения прогнозирования обстановки в районе промысла. Это особенно актуально для России, поскольку основные порты базирования флота находятся на значительном удалении от промрайонов Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Большое расстояние до мест лова требует максимально точного определения сроков выхода флотилий с мест базирования и точного целеуказания района промысла. Это возможно только при наличии объективной и оперативной информации о состоянии рыбного промысла в месте предполагаемого лова, причем желательно иметь краткосрочный заблаговременный прогноз промысловой ситуации.

Использование искусственных спутников Земли (ИСЗ) как для получения оперативной информации о состоянии водной среды в предполагаемом районе промысла, так и для решения вопросов организации связи, а также обеспечения безопасности мореплавания с возможностью определения координат одиночного судна с точностью в несколько сот метров, позволяет по - новому организовать стратегию проведения рыбодобывающих операций.

Поскольку большинство промысловых районов отличается исключительно активной изменчивостью океанологических условий, именно применение авиакосмических методов и средств в поиске продуктивных участков является особо перспективным и обнадеживающим.

Вместе с тем, только космические данные не могут заменить весь объем традиционных наблюдений, так как информация, используемая в промысловой океанографии, в основном усваивается комплексно. Таким образом, космические данные должны рассматриваться как один из видов новой информации, существенно повышающий качество информационного обеспечения рыбопромыслового прогнозирования, усваиваемый вместе с традиционными видами прогностической информации. Отсюда возникает проблема согласования методов сбора, обработки и усвоения космической океанологической информации с традиционно используемыми океанографическими методами прогнозирования состояния промысловой обстановки.

Исследуемые океанологические процессы проявляются через характерные признаки (тепловые контрасты вод, цветность, показатели радиационного баланса, структурные элементы полей гидрофизических характеристик, а также визуальные явления в виде пены, скоплений животных, планктона, птиц и т.п.), которые могут идентифицироваться средствами космических наблюдений за поверхностью океана. Чаще всего в качестве элементов режима, представляющих наибольший интерес для промысловой океанографии, выступают гидрологические фронты (градиентные зоны), области подъема глубинных вод на поверхность (апвеллинги), вихревые образования различных масштабов, периферии течений и зоны контакта разнонаправленных потоков, аномалии температурного поля и временного хода температуры в районе, участки повышенных концентраций планктона, формирование ледового покрова, траектории дрейфа льдов, пути атмосферных циклонов, районы штормов и др.

Самостоятельное и очень важное значение имеет вопрос точности географической привязки выявленных элементов к координатам на морской поверхности. Данная проблема напрямую связывает использование информации навигационных спутников Navstar/Glonass совместно с океанографической космической информацией.

Наряду с обнаружением перечисленных выше структур, особую ценность представляет мониторинг изменений и перемещений выявленных элементов как во времени, так и в пространстве (трансформация формы, размеров, траектории перемещений, обострение и размывание градиентов, увеличение и ослабление концентраций измеряемых характеристик).

Целью настоящей работы являлось проведение анализа существующих и перспективных средств космического мониторинга Мирового океана, оценка их пригодности для решения актуальных отраслевых задач и разработка концептуальных положений для формирования возможного облика комплекса технических средств приема, обработки и распространения получаемых данных.

В соответствии с "Отраслевыми техническими требованиями к космической информации", разработанными во ВНИРО - Главцентре "Океан" еще в 1989 г., можно выделить несколько условно независимых классов задач, решаемых в интересах рыбохозяйственной отрасли космическими системами:

  1. Мониторинг динамики вод Мирового океана и рыбопромысловых районов;
  2. Метеоусловия в районах промысла;
  3. Определение характеристик биопродуктивности океана по цвету вод;
  4. Построение карт и анализ изменчивости ледовой обстановки;
  5. Определение местонахождения рыболовных судов в промысловых районах Мирового океана и особенно в исключительной экономической зоне России.
  6. Передача данных с информационно - измерительных систем судового и автономного базирования в региональные и глобальные базы данных.

Отметим, что уже имеются примеры использования информации высокого пространственного разрешения, получаемых РСА японского спутника JERS-1, для наблюдения за отдельными судами, стоящими у пирса . К сожалению, аналогичная информация, получаемая отечественными средствами, например с помощью станции "Алмаз", в ближайшее время едва ли будет доступна широкому потребителю.

Кроме того, в ряде работ представлен первый опыт использования данных спутника ERS-1 для определения характеристик моря . Отмечается, что эксперимент по обнаружению нефтяного загрязнения в Норвегии показал выявление при идеальных условиях на поверхности столь тонкой пленки нефти , как размер молекулы. Данные от радарного альтиметра были использованы для расчета влияния на океан климатического цикла Эль Ниньо. Так в конце 1991 г. данные ERS показали зарождение Эль Ниньо у берегов Чили. Приводится пример наблюдения внутренних волн, выходящих из Гибралтара.

Определение местоположения рыболовных судов в промысловых районах Мирового океана стало особенно актуальным со времени установления 200 мильных экономических зон в целях контроля вылова установленных квот. Данные о расположении судов в пределах промысловых районов шельфовых вод необходимы в первую очередь тем подразделениям, которые осуществляют надзор за соблюдением правил рыболовства в экономических зонах России. Прежде всего это относится к районам шельфа Дальнего Востока, Баренцева и Каспийского морей. Сведения же о скоплении промысловых судов, ведущих лов в открытом океане, представляют интерес для промысловых разведок, рыбопромысловых объединений и предприятий, научно - исследовательских подразделений, изучающих биологические ресурсы открытых вод Мирового океана. Именно этим и определяется размещение двух отраслевых региональных центров спутникового мониторинга в г.г. Мурманск и Ю.-Сахалинск.

Сегодня местонахождение рыболовных судов в промысловых районах Мирового океана определяется сообщением координат (не всегда достоверных) капитанами судов с помощью судовой радиосвязи, что иногда приводит к искажениям истинного состояния расстановки флота.

Сказанное выше и обусловливает необходимость разработки методов и средств, позволяющих фиксировать местонахождение флота практически в любой момент времени без привлечения для этих целей экипажей судов. Использование космической информации в решении этих задач в настоящее время не имеет альтернативы. Наиболее перспективны для этих целей космические навигационные системы "Навстар" (США) и "Глонасс" (Россия), способные передавать информацию о координатах объектов на поверхности моря через геостационарные спутники связи Инмарсат . Кроме того, отдельный интерес для этих целей представляет использование системы "Аргос", входящей с состав космической метеорологической системы NOAA (США) . Данная система также имеет возможность совмещения с навигационным приемником GPS, а в качестве системы связи использует стандартный радиоканал спутника NOAA.

В соответствии с решением Совета Европейского Экономического Сообщества (ЕЭС), принятым в июне 1993 г., до 1 января 1996 г. рыболовные суда сообщества должны быть оборудованы системой непрерывного мониторинга за положением судов, использующей спутниковую связь для передачи данных и основанной либо на наземных - либо на космических средствах слежения .

Основными требованиями к создаваемой Национальной системе мониторинга являются следующие:

  • каждое рыболовное судно, включенное в систему, должно быть оборудовано прибором, позволяющим систематически и независимо измерять координаты, скорость и курс судна,
  • данные, собираемые на региональных Центрах, должны обрабатываться совместно с традиционными судовыми донесениями.
  • страны - участники соглашения должны иметь возможность обмениваться данными по стандартизованным форматам.

Следует сразу отметить, что отечественных аналогов предполагаемая система не имеет. Из эксплуатируемых в настоящее время зарубежных систем по крайней мере три могут быть использованы для решения сформулированных выше задач: Аргос (Франция/США), EutelTracs и INMARSAT - С.

Приведем краткие характеристики перечисленных систем:

ARGOS
Французско-американская система, коммерчески эксплуатируемая французской фирмой CLS/Argos по соглашению между Францией и США на спутниках NOAA с апреля 1986 г. В настоящее время к соглашению подключилась Япония и с конца 90 годов система Argos будет устанавливаться на японских спутниках семейства ADEOS/2, предназначенных для изучения океана.
На сегодняшний день система эксплуатируется более чем на 1500 рыболовных судов ЕЭС, Новой Зеландии, Перу, США. Отличительной особенностью системы является возможность независимого от судоводителя определения координат судна с передачей данных в региональный центр без использования каналов связи через спутники метеорологического наблюдения NOAA. Допускает совмещение с приемником сигналов навигационной системы GPS, существенно повышающей точность определения положения судна. Недостатком системы является однонаправленная передача данных ( судно - берег). В перспективе предполагается переход на двустороннюю связь. Максимальное количество обслуживаемых судов по всему земному шару - более 20000. Точность определения координат - 300 м, при совместном использовании с системой GPS - до 15 м.

EutelTracs
Комбинированная система определения координат и связи на основе спутников связи EutelSat. Как спутниковая служба двусторонней связи и автоматизированного определения положения подвижного объекта была учреждена в Европе в январе 1991 г.
Система основана на централизованной сетевой архитектуре, использующей две независимые спутниковые системы для передачи данных и определения координат подвижных объектов на Земле. Предлагаемые услуги ограничены зонами обслуживания спутников EutelSat. Центральная станция содержит две различных приемо - передающих антенны ( 9 м для канала связи и 2.7 м для определения положения). Потоки измерения координат и передачи данных в этой системе разделены. Может поддерживать связь с несколькими сотнями узловых станций, каждая их которых может обеспечить связь с несколькими тысячами мобильных терминалов, с общим объемом по земному шару 45 000. Точность определения координат не лучше 150 м.

INMARSAT - С
Данная система разрабатывалась, как спутниковая система связи, поэтому не имеет независимого канала определения местоположения. Тем не менее в настоящее время рядом фирм выпускается совмещенный со связным GPS приемник, что позволяет использовать данную систему для указанных выше целей.
Следует также отметить, что в качестве независимых систем определения координат могут быть использованы традиционные судовые навигационные системы, такие как DECCA, GPS, LORAN-C и т.д., допускающие комбинирование как с системой ARGOS, так и с системой EutelTracs. Сравнительные характеристики перечисленных систем приведены в табл. 1.
Если оценивать стоимость и эффективность системы только по решению рассматриваемой задачи, то наименьшие затраты потребуются на систему, основанную на подходе ARGOS. Следует также отметить, что в пользу такого выбора свидетельствует ряд уникальных дополнительных возможностей, принципиально отсутствующих в других рассмотренных системах и позволяющих без существенных дополнительных затрат организовать региональный океанографический спутниковый мониторинг состояния промысловых районов. Так, используя единый комплекс технических средств приема информации системы "Аргос", за счет дополнительной обработки информации от спутника NOAA, можно получать карты распределения ТПО, при приеме данных спутника SeaStar - первичную биопродуктивность, информация от спутников двойного назначения "ЭКО" - для метеорологического мониторинга повышенного пространственного разрешения.

Таблица 1

Система ARGOS ARGOS/GPS EutelTracs InmarsatC/GPS
Точность определения координат 300 м 15 м 150 м 15 м
Емкость буфера связи 256 бит 256 бит не ограничен не ограничен
Режим передачи данных симплекс симплекс дуплекс дуплекс
Совместимость с навигационными системами - GPS - GPS
Стоимость береговых станций $250000 $250000 $1500000 -
Стоимость судового комплекта $1200 $1700 $15000 $15000

Как уже отмечалось ранее, используя специальные методы обработки и анализа результатов измерений спутниковой аппаратурой, можно получить следующий набор физических характеристик морской среды: ТПО, содержание растворенных и взвешенных органических и минеральных веществ, скорость и направление океанских течений, уровень водной поверхности, высоту и направление морского волнения. При этом во многих случаях для получения численного значения какой-нибудь физической величины может потребоваться использование не одного, а нескольких параметров, измеряемых спутниковой системой и, как правило, необходимо дополнительное количество информации, собираемой другими методами ( результаты контактных измерений).

1985 г. дает начало запускам нового поколения спутников, оснащенных аппаратурой для целенаправленного изучения Мирового океана и, соответственно, пригодных для решения отраслевых рыбохозяйственных задач. Различными программами намечается использование свыше 20 новых типов приборов, устанавливаемых на 8 спутниках. Семейство зарубежных спутников, оснащенных аппаратурой для дистанционного зондирования Мирового океана, а также плановые сроки их запуска и эксплуатации представлены в таблице 2 .

Приведем далее основные типы спутниковых датчиков, предназначенных для океанографических применений :

  • Альтиметр - узколучевой микроволновый радар, который измеряет вертикальное расстояние между космическим аппаратом и Землей. Измерения позволяют оценить топографию и взволнованность морской поверхности по отношению к которой рассчитываются океанский геоид, поверхностные течения и средняя высота волн.
  • Цветной сканер - радиометр, измеряющий интенсивность излучения, отраженного океаном в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра электромагнитного излучения в широкой полосе сканирования по ходу полета спутника. Измерения представляют собой изображения распределений цвета океана, из которых оцениваются концентрации хлорофилла и взвесей.

Таблица 2

Примечание: (С) - Канада; (Е) - Европейское Космическое Агентство; (F) - Франция; (I) - Индия; (J) - Япония; без скобок - США;

  • Инфракрасный сканер - Радиометр, измеряющий интенсивность излучения, испускаемого морем в инфракрасном диапазоне в полосе сканирования по направлению полета спутника. Измерения представляют собой изображения распределений температур на морской поверхности.
  • Микроволновый сканер - радиометр, измеряющий интенсивность излучения, испускаемого морем в микроволновом диапазоне. Измерения представляют собой микроволновую яркостную температуру, по которой могут быть оценены: скорость ветра, водяной пар, ТПО, сплоченность льда.
  • Скаттерометр - микроволновый радар, измеряющий взволнованность морской поверхности в сканирующем режиме в любом направлении от спутника. Измерения дают амплитуду коротких поверхностных волн, которые находятся в равновесии с местным ветром и по которым может быть оценена скорость приводного ветра.
  • Радар с синтезированной апертурой (РСА) - микроволновый радар с электронным синтезом размера антенны для достижения высокого пространственного разрешения. Измерения представляют информацию по таким океанографическим свойствам как завихрения, внутренние волны, дождь, границы течений и т.д. Кроме того может быть получена информация по положению и характеру морского льда, а также скорости его дрейфа.

Следует отметить, что указанные датчики практически в полном объеме представлены на всех современных космических аппаратах, как уже находящихся в эксплуатации, так и планируемых к запуску в ближайшее время. Кроме того, успешная эксплуатация спутников ERS изменила первоначальное намерение французского космического агентства по запуску спутника СПОТ - 4, спроектированного специально для океанических применений. По той же причине уже перенесен на более поздний срок запуск канадского спутника Radarsat. В таблице 3 приведены измеряемые современными спутниками океанологические параметры и точности измерения,

Таблица 3

Измеряемый параметр Диапазон измерения Точность измерения Аппаратура Спутник Примечания
Температура поверхности океана -2...+35 град. 0,5 К (2 сигма) 0,75 К ATSR(ИК) AVHRR(ИК) OCTS ERS-1,2 Radarsat NOAA ADEOS 80% покрытие облачностью
Поле ветра - - - - -
скорость 4-24 м/сек 2 м/с AMI, ALT, R-SCAT NSCAT SeaWinds ERS-1,2 Radarsat ADEOS ADEOS-2 -
Направление 0 - 360 гр. 10 - 360 гр. 20 гр. 16 гр. AMI, ALT, R-SCAT NSCAT SeaWinds ERS-1,2 Radarsat ADEOS ADEOS-2 -
Цвет океана - 0,8..2E-3 R-MOMS MESSR OCTS GLI MERIS Ocean Color OCM SeaWiFS Radarsat MOS-1 ADEOS ADEOS-2 EnviSat EOS IRS SeaStar -
Поле волн - - - - -
высота 1-20 м 0,5 м ALT ERS-1,2 -
направление 0-360 гр 15 гр. AMI(SAR) ERS-1,2 -
длина волн 50-1000 м 20% AMI(SAR) Radarsat -
Ледовые условия - - - - -
сплоченность 0-100% 12% ALT/SAR Radarsat -
Возраст 1 год/много - - - -
Кромка 12,5 км - - - -
Высота над океаном 745-825км 2м - абс 10 см - от ALT ERS-1,2 TOPEX/P -

Особо отметим, что в графе "точность измерения" таблицы 3 приведена абсолютная точность измерений, в тоже время относительная или инструментальная погрешность измерений с помощью рассмотренных датчиков существенно выше, а это при отраслевом использовании существенно важнее. Из данной таблицы видно, что практически все требования, предъявляемые к параметрам океана, определяемым спутниковыми методами, на сегодня выполнены для широкого спектра датчиков. Видно также, что очень большое внимание уделено аппаратуре для измерения цветовых характеристик морских вод. Данный тип аппаратуры представлен на всех спутниках для исследования океана, чего в предыдущие годы не было.

Рассмотрим далее вопросы, связанные с количеством информации, передаваемой со спутников. Именно этот параметр в конечном итоге зачастую определяет стратегию оперативного использования данных дистанционного зондирования. Так на спутниках NOAA, находящихся в эксплуатации сегодня, имеются две радиолинии, обеспечивающие непосредственную передачу данных со скоростями 2400 бит/сек и 665Кбит/сек на частотах 137 Мгц и !,? Ггц соответственно. Подобными радиолиниями предполагается также оснастить спутники SeaStar, а также отечественные метеорологические спутники нового поколения "Метеор - 3" . При этом прием данных от таких спутников возможен на портативные параболические антенны диаметром до 2 м, а обработка данных возможна даже на стандартных персональных компьютерах.

Спутники ERS, Radarsat, MOS, ADEOS оснащены радиолинией диапазона 8 Ггц, обеспечивающей передачу данных со скоростями до 128 Мбит/сек. В этом случае прием возможен только на параболическую антенну диаметром до 12 м и для обработки данных требуются специальные технические средства на базе современных рабочих станций. Очевидно, что затраты на создание подобного центра столь значительны, что это требует тщательного экономического обоснования эффективности использования получаемой информации. Поскольку облик такой приемной станции требует отдельного рассмотрения, ограничимся здесь только возможной структурной схемой регионального центра приема спутниковых данных в диапазоне 1,7 Ггц. Более того, для эпизодического использования часто проще арендовать оптоволоконную линию связи, обеспечивающую передачу данных по стандартным каналам компьютерных сетей (например INTERNET).

Отсюда следует, что возможная стратегия мониторинга промысловых районов должна совмещать региональный принцип, когда обеспечивается прием любой доступной в регионе информации в режиме непосредственной передачи со спутников, а также эпизодический заказ дополнительной информации, получаемый по коммуникационным сетям.

Очевидно, что общая координация работы региональных центров, их научно - методическая и техническая поддержка, а также обеспечение пользователей информацией, недоступной в региональных центрах, должна быть возложена на соответствующее подразделение головного научно - исследовательского института отрасли. Кроме того, там где это возможно, необходимо эффективнее использовать автономные пункты приема, размещаемые на научно - исследовательских судах отрасли.

Так, при освещении ограниченных акваторий промысловых районов, автономные пункты приема и обработки космической, гидрологической и метеорологической информации способны решать многие из отраслевых задач независимо от специализированных центров.

В заключение проведем анализ возможностей систем связи в комплексе с проблемами создания наземных региональных центров приема на примере создания наземного центра, способного принимать информацию спутников "Спот", ERS и "Radarsat". Как уже было рассмотрено выше, с перечисленных спутников может поступать максимально возможный поток информации и, следовательно, если каналы связи способны его передать, то менее скоростные потоки тем более могут быть переработаны.

Наземный комплекс должен осуществлять следующие функции:

  • прием, предварительную обработку и хранение информации, получаемой со спутников;
  • получение и обработку космической информации по отдельным районам, с российских и зарубежных КА высокого пространственного разрешения;
  • сбор и систематизацию дополнительной информации, необходимой для глубокой предварительной обработки материалов космической съемки (цифровые модели местности, цифровые топографические карты, ортофотопланы и т.д.);
  • оперативную передачу потребителям космической информации с различной глубиной предварительной обработки и дополнительных данных;
  • формирование каталога материалов съемки, дополнительных и справочных данных, а также обеспечение теледоступа к этому каталогу по коммутируемым телефонным и волоконнооптическим каналам связи;
  • прикладную цифровую обработку первичных данных до уровня, позволяющего получать конечный тематический продукт.

Для выполнения своих функций наземный комплекс связи должен иметь распределенную структуру, функциональные звенья которой расположены в центре региона для обслуживания максимальной площади обзора территории вблизи российских специальных центров приема и обработки космической информации и у потребителей первичных данных, материалов предварительной и тематической обработки.

Наземный центр обеспечивает прием и предварительную обработку информации со всех доступных спутников. Выходная продукция формируется в виде цифровых массивов или изображений на твердом носителе. В соответствии с мировой практикой должно быть обеспечено несколько уровней предварительной обработки цифровой космической видеоинформации.

Уровень "0". Первичные космические данные дополняются информацией о координатах центра масс КА и данными о параметрах внешнего ориентирования.

Уровень "1А". Проводится географическая привязка центра кадра по орбитальным данным и радиометрическая коррекция искажений, вносимых чувствительными элементами приемника (ПЗС). Формируются коэффициенты относительной чувствительности между различными спектральными каналами.

Вид продукции: цифровая информация на стримерных лентах и оптических дисках, изображения на фотоносителе формата А4 для последующей аналоговой обработки (на I и II этапах), черно-белые изображения быстрого просмотра на бумажном носителе, черно-белые и цветные изображения на бумажном носителе форматов А4/А3/А2, цифровая информация, передаваемая по космическим линиям связи.

Уровень "1В.". Дополнительно к обработке уровня 1А проводится геометрическая коррекция изображений на искажения, вносимые съемочной системой и вращением Земли. Вид продукции: тот же, что при обработке на уровне "1А".

Уровень "2А". Дополнительно к обработке уровня "1В" проводятся преобразования в заданную картографическую проекцию с использованием данных об элементах внешнего ориентирования и положения центра масс, а также радиометрическая коррекция для наклонного луча визирования (учет индикатриссы). Вид продукции: тот же, что при обработке на уровне "1А".

Уровень "2В". Дополнительно к исходным данным уровня 2А. привлекаются 20-30 опорных точек с известными координатами и производится преобразование изображений в заданную картографическую проекцию и принятую систему координат. Вид продукции: тот же, что при обработке на уровне "1А".

Уровень "3А". производится точная геометрическая коррекция с использованием данных уровня "2В" и цифровой модели местности (ЦМР). Вид продукции: тот же, что при обработке на уровне "1А".

Уровень "3В". Для изображений, обработанных до уровня "3А", проводится радиометрическая коррекция с использованием ЦМР. Вид продукции: тот же, что при обработке на уровне "1А".

Уровень "4". Создаются композитные изображения из разновременных изображений одного или различных объектов (датчиков). Вид продукции: тот же, что при обработке на уровне "1А".

Уровень "5". Создается продукция по специальным требованиям заказчика.

Трудоемкость получения выходной продукции для каждого уровня обработки существенно различна. Относительное число заявок на каждый вид обработки будет определяться сравнительным качеством технологий обработки космической информации в наземном комплексе системы и у потребителей информации, ценовой политикой Федерального центра.

Очевидно, что доля каждого вида обработки должна быть принята во внимание при определении требуемой производительности вычислительных средств, которые должны быть предложены для оснащения наземного комплекса.

Наиболее ответственным вопросом является выбор центрального вычислительного устройства для предварительной обработки информации и управления устройствами ввода -вывода. Увеличение объемов обрабатываемой информации ожидается за счет увеличения источников космической информации, развития национального рынка ДЗЗ и вовлечения в процесс обработки архивной цифровой видеоинформации. По опыту фирмы "Спот Имадж" при активной работе с потребителями рост спроса на первичные материалы спутниковой съемки достигнет 30% в год.

Самая массовая из трудоемких операций - обработка на уровне 2А. Этому виду обработки подвергается около 10% от всей поступающей в комплекс информации. Для этого уровня наиболее трудоемкая операция - геометрическая коррекция, требующая для каждого элемента изображения проведения двух интерполяций - по координатам и по коду яркости. Радиометрическая коррекция в варианте поэлементной обработки, принятом в мировой практике, сводится фактически к табличному преобразованию каждого кода яркости, так, что вычислительными затратами в сравнении с геометрической коррекцией здесь можно пренебречь.

Применяя современные методики поэлементной обработки, получим 101 операцию с плавающей запятой на элемент изображения, а в случае повышения точности преобразования до 0,5 пиксела потребуется около 400 операций на элемент. Требуемая ежесуточная производительность вычислительных средств для этой операции составит 4,3 Mflops. Принимая для наземного центра коэффициент использования вычислительной техники 0,3, получим, что на первом этапе для этой операции должна быть использована вычислительная машина с производительностью 12,9 MFlops.

Если для остальных операций зарезервировать такую же производительность, то для наземного центра должна быть использована вычислительная машина, имеющая скорость вычислений приблизительно 25 Mflops. На наш взгляд, вычислительное ядро наземного центра следует строить с использованием рабочих станций. Они лучше, чем персональные ЭВМ сбалансированы по своей внутренней структуре, имеют развитую быстродействующую периферию, используют операционную систему, допускающую многопользовательский режим работы и прямую адресацию к большому объему оперативной памяти, позволяет использовать дисковые системы большой емкости.

Требуемое быстродействие имеет рабочая станция средней производительности, например, Sparc Station 10 мод.51 фирмы Sun Microsystems. Резервы повышения скорости вычислений заложены в создание сети однотипных ЭВМ, использование более мощного процессора, применение многопроцессорного варианта станции, увеличение тактовой частоты общей шины.

Архивацию информации, учитывая ее ограниченный объем на первом этапе можно осуществлять на оптических компакт - дисках однократной записи CD-RОМ емкостью 540 Мбайт каждый. В дальнейшем для архивации информации может быть использована система записи-чтения больших оптических дисков диаметром 12" и емкостью 10 Гбайт каждый.

Система информационного обмена в случаях, требующих высокой оперативности, должна использовать космические линии связи. При выборе базового связного КА следует использовать следующие критерии:

  • диапазон частот, применяемых в линии связи соответствует перспективным требованиям Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ);
  • стоимость аренды канала должна быть минимальной;
  • энергетические и частотные параметры канала позволяют минимизировать оборудование наземной станции.

По этим критериям предпочтительными могут быть КА "Горизонт", "Экспресс", "Купон", имеющие стволы приема передачи информации в диапазоне 14/11 Ггц и свободные ресурсы, которые могут быть переданы в аренду. Приемо-передающая связная станция в наземном центре должна иметь диаметр антенны 2-3 м. Она может иметь полудуплексный канал с пропускной способностью на передачу примерно 1 Мбит/с и прием 9,6 Кбит/с. В этом случае наземная станция потребителя будет иметь антенну диаметром 1,5-2 м и реализовать возможность приема потока информации 1 Мбит/с и передачу потока 9,6 Кбит/с.

Несколько избыточные вычислительные возможности комплекса могут быть использованы для составления и ведения территориальных прикладных кадастров на базе ГИС, а также ввода в ЭВМ и обработки материалов аэросъемки. Для обеспечения возможности выполнения последней задачи комплекс должен быть дооснащен сканером для оцифровки негативов.

Для создания территориальной инфраструктуры оперативного распространения информации, полученной региональным центром, может быть развита сеть вторичных абонентских пунктов.

В качестве основного канала вторичной сети распространения цифровых данных по территории может быть предложена локальная пакетная радиосеть Multi Link.

Эта сеть позволяет объединить в единую информационную систему до 50-ти абонентов, оснащенных специальным оборудованием, состоящим из: персонального компьютера семейства IBM; радиостанции; блока сопряжения персонального компьютера с радиостанцией; специального программного обеспечения.

Пакетной радиосетью поддерживается протокол множественного доступа в канал с проверкой несущей и обнаружением столкновений CCSMA/CD и расширенный протокол Х.25 на уровне звена передачи данных. Программное обеспечение предоставляет варианты выбора скорости передачи, глубины окна и размеров кадров, используемых при информационном обмене. Точная настройка процедур управления в сочетании с реализацией последовательных решающих правил обнаружения несущей сводит к минимуму вероятность столкновения в канале. Использование методов нелинейного кодирования гарантирует защиту от утечки информации и несанкционированного доступа в сеть. Адресное пространство позволяет обслужить практически любое количество различных пользователей.

Тип радиостанции зависит от требуемой дальности связи и скорости передачи информации. Максимальная скорость передачи информации, достигнутая в действующих образцах, составляет 115,2 Кбит/с (стык RS-232). При необходимости может быть рассмотрена возможность повышения скорости передачи через наземные радиоканалы и использование космических каналов цифровой связи.

И, наконец, рассмотрим вопросы, связанные с использованием уже существующих технических средств. Так, АО "СИНКО" серийно производит автоматизированные комплексы приема космической информации от метеорологических ИСЗ на базе IBM PC/AT. Достоинство таких комплексов заключается в том, что уже сегодня, не дожидаясь развертывания региональных отраслевых центров, может быть начата работа по оснащению судовых бортовых комплексов для совместного использования с традиционными потоками информации.

Выводы. Проведенный анализ состояния современных технологий показывает, что мировая практика имеет практически все необходимое для организации работ по отраслевому космическому мониторингу на качественно новом, чем в недалеком прошлом, уровне.

Объединение усилий нескольких заинтересованных ведомств в рамках региональных центров, там где это возможно, для организации пунктов непосредственного приема информации с раздельной тематической обработкой по отраслевому принципу, позволит получить новое качество использования космической информации конечными потребителями.

Только интеграция интересов конечного потребителя, как главного звена информационной технологической цепочки, с производителями техники для космического и наземного сегмента, позволит обеспечить эффективное решение конкретных задач пользователя.

© InterNevod
Designed by WebSkate
Powered by Norma-Press
Основные функциональные модули проекта Торговая система Рыбная баннерная система БД предприятий рыбной отрасли
  Flash-презентация