Использование специализированных картографических проекций при планировании съемки площадных объектов из космоса

В общем случае объекты наблюдения характеризуются сложной конфигурацией. Это могут быть линейно-протяженные или площадные объекты: зоны экологического мониторинга значительных по площади регионов, границы и линии соприкосновения государств в условиях постоянно возникающих вооруженных конфликтов, протяженные инженерные и технологические объекты, территории стихийных бедствий и техногенных аварий. В качестве исходной информации для планирования космической съемки используются параметры орбитального построения КА, параметры съёмочной аппаратуры, требования к качеству получаемой информации, а также сведения о районах наблюдения. При этом практически не исследованы вопросы эффективного описания исходных данных для задания объектов наблюдения [1,2].
К геометрическим параметрам объекта планирования относятся его ширина, протяженность и угол ориентации. Длинная сторона или протяженность объекта определяет продолжительность включения съёмочной аппаратуры для сканерных систем, ширина объекта - количество маршрутов или включений. Ориентация объекта с учетом наклонения орбиты определяет направление сканирования относительно подспутниковой трассы.
Для определения граничных размеров полигона находится минимальная ограничивающая рамка, которая полностью содержит полигон. Для объектов наблюдения ограничивающую рамку следует выбирать исходя из правила достижения минимального количества включений съемочной аппаратуры космического аппарата за счет увеличения продолжительности съемки на маршруте.
При вычислениях ограничивающей рамки важное значение имеет вопрос о картографической проекции, применяемой для представления исходных данных, поскольку для больших площадей и протяженных объектов необходимо учитывать неизбежные искажения углов и размеров.
В данной работе для расчетов граничных рамок объектов и для уменьшения искажений предлагается использовать косую цилиндрическую проекцию Меркатора в версии Хотина, в которой параметры проекции задаются центром системы координат каждого объекта и его азимутом относительно меридиана.
Получение параметров проекции для каждого объекта складывается из следующих этапов:
1. Определяется центр полигона в географических координатах.
2. Вычисляется азимут преобладающего направления объекта в любой равноугольной проекции.
3. Задаются параметры косой цилиндрической проекции с началом системы координат в центре полигона и азимутом объекта.
4. Вычисляются координаты граничных рамок каждого объекта.
5. Вычисляются геометрические параметры объекта.
6. Координаты вершин каждой граничной рамки полигона пересчитываются в исходную проекцию.
Косая цилиндрическая проекция позволяет сохранить масштаб вдоль главного направления объекта, что важно для расчетов граничных рамок и дальнейшего проектирования маршрутов при формировании полного покрытия площади. Кроме того, в отличие от зональных проекций, косая проекция позволяет избежать переходов между зонами для протяженных с запада на восток объектов и упростить вычисления за счет исключения операции подбора зоны.
Полученные в результате расчетов граничные рамки объектов рекомендуется разбить на маршруты (полигоны с шириной, равной полосе захвата) с необходимым межмаршрутным перекрытием. Данную операцию также следуют выполнять в локальной косой цилиндрической проекции Меркатора для каждого объекта во избежание переналожений и разрывов. Продолжительность включения на каждом маршруте и их длину следует ограничивать размерами исходного полигона. Для данных вычислений можно применять оверлейные операции из функционала ГИС приложений с учетом упреждения.
В работе обобщены характеристики объектов наблюдения, для использования в системах планирования съемки современных систем ДЗЗ с программным сканированием. Показано, что определение геометрических размеров объекта зависит от применяемой проекции в которой представлены исходные данные. Для получения точных результатов и сокращения расчетов предлагается применять локальную косую цилиндрическую проекцию со своими параметрами для каждого объекта. Предложена методика расчета параметров проекции и основные соотношения для вычислений. Результаты работы можно использовать для проектирования съемки в современных режимах наблюдения высокодетальной аппаратурой, на больших площадях, для продолжительных маршрутных включений, а также для планирования работы группировки КА