Разработка методов и подходов работы с данными КА «Арктика М»

В феврале 2021 г. выведен на орбиту первый спутник из серии «Арктика-М», предназначенных для исследования арктического климата и окружающей среды. Спутники этой серии располагаются на высокоэллиптических орбитах (наклонение 63°, апогей 40 000 км). Наблюдение северных полярных регионов производится каждые 15 мин на рабочих участках (~6,5 ч на виток, съёмка на высотах 27 000–40 000–27 000 км). Период обращения 12 ч.

На космическом аппарате (КА) для целей мониторинга установлена аппаратура МСУ ГС-ВЭ с тремя видимыми и семью ИК-каналами со средним разрешением в подспутниковой точке 1 и 4 км соответственно.

Совместным сотрудничеством специалистами НИЦ «Планета» и ИКИ РАН организована автоматическая оперативная обработка поступающих в Центры приёма НИЦ «Планета» данных и их поступление в Объединённую систему работы с данными центров НИЦ «Планета». На сегодняшний день система представляет собой распределённую, модульную веб-ГИС, совмещённую со сверхбольшими архивами данных ДЗЗ прямого доступа, обеспечивающую онлайн-сервисы данных для ЦКП «ИКИ-Мониторинг» и большого количества прикладных информационных систем.

 Рисунок 1 — Схема потоков данных со путника «Арктика-М»

Схема потоков данных, от Центра приёма до формирования формата хранения, принятого в ЦКП «ИКИ-Мониторинг», достаточно стандартная и представлена на рисунке 1.

Данные после первичной обработки до уровня L15 (включают собственно данные, калибровочные таблицы, данные о позиционировании спутника и аналитическую схему для географической привязки каждого элемента изображения) хранятся в так называемой проекции «виртуального спутника», учитывающей изменения разрешения между сеансами. Оптимальная результирующая проекция для хранения и представления данных на веб-ресурсах — полярная стереографическая.
В работе со спутниковой информацией для географической привязки и преобразований используется связка программных пакетов GDAL/PROJ (поддерживается и развивается мировым сообществом для работы с геоданными). Проекция «виртуального спутника» крайне близка к ближней перспективной проекции Near-Sided Perspective (nsper), поддерживаемой Proj (пакет для работы с картографической информацией). Однако хороший результат привязки с исходной точностью достигается только в подспутниковой точке, из-за текущей реализации работы в пакете с этой проекцией только на сфероиде. Геометрически привязка данных в L15 организована на эллипсоиде.

Для сохранения точности географической привязки данных используется подход перепроецирования на основе указания набора контрольных точек исходного изображения с точными координатами (GCP – ground control point) вплоть до указания координат для каждой точки. В связке пакетов GDAL/PROJ есть ограничение на максимальное количество используемых точек GCP на изображение, поэтому реализована схема с фрагментацией исходных данных и перепроецированием каждого фрагмента по GCP в результирующую полярную стереографическую проекцию.

Данные в архивы Системы заносятся калиброванными, для видимых каналов это коэффициент спектральной яркости, для ИК — эквивалентная температура чёрного тела.
Состав инструментов обработки данных непосредственно в интерфейсе Системы позволяет решать существенный спектр задач по подготовке статических и динамических отчётных материалов, в том числе на регулярной автоматической основе, а также осуществлять интеграцию с действующими специализированными информационными системами. Пример совмещения данных различных систем ДЗЗ на рисунке 2.

 

Рисунок 2 —- Динамический композит по данным группировок «Электро-Л» и «Арктика-М», канал 0,6 мкм, 28.09.2021, 11:00:00 UTC