Информационно-навигационное обеспечение экспедиции «Арктический плавучий университет 2013» по данным ДЗЗ

Различные виды хозяйственной и научно-исследовательской деятельности в акватории арктических морей определяются ледовыми условиями. Сезонные и межгодовые изменения площади распространения льда в арктических морях ограничивают свободу мореплавания, создают трудности при производстве изысканий и работ на шельфе. Система мониторинга морских льдов на арктических территориях, используемая Центром космического мониторинга Арктики Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова, обеспечивает сбор, обработку и компиляцию данных из возможно большего числа источников информации. В состав июльской экспедиции «Арктический плавучий университет-2013» был включен специалист Центра для обеспечения приема и интерпретации информации по ледовой обстановке, сбора и формирования прогнозной метеоинформации. Геоинформационная поддержка экспедиции в течение всего рейса осуществлялась с использованием двухстороннего обмена данными с научно-исследовательским судном.
Основным устройством для определения точного местоположения НИС «Профессор Молчанов» в рамках проводимого исследования является комбинированный ГЛОНАСС/ NavStar терминал-трекер FORT-300GL, снабженный внешней чувствительной навигационной антенной и способный принимать сигналы двух основных навигационных спутниковых систем одновременно.
В качестве основного канала доступа к сети Интернет использовался комплект оборудования VSAT, в качестве резервного – спутниковый телефон Iridium Xtreme 9575.
При разработке системы мониторинга ледовой обстановки в акватории арктических морей Центр космического мониторинга Арктики осуществил и продолжает осуществлять сбор и обработку данных с общедоступных источников, выполняет заказы на прием радарных и оптических спутниковых снимков с зарубежных КА.
ДЗЗ при помощи спутниковых радиолокационных систем является одним из основных методов наблюдений морских льдов в региональном масштабе. Информация о морских льдах формируется в виде архивов растровых, графических и векторных цифровых ледовых карт-схем. Их назначением является точное отображение пространственного распределения и характеристик ледяного покрова на морях, а именно зон различной общей сплоченности, частной сплоченности возрастных стадий льда, форм ледяных полей, каналов, разводий и других явлений и образований. При составлении ледовых карт спутниковые изображения интерпретируются специалистом ЦКМА.
Для формирования карты-схемы проводилась конвертация данных в формат ArcGIS, в которой создавались тематические слои. Визуализация концентрации льда осуществлялась в растровом формате; цветовая шкала позволяет оценить концентрацию ледяных полей и границу распространения льда. Векторным вариантом визуализации данных является схема распространения льда. Векторизация данных проводится в полуавтоматическом режиме, последующая классификация сегментов – оператором.
Движение ледяных полей в открытом морском пространстве обусловлено направлением и силой ветра. При помощи специальных утилит производилось сложение ортогональных векторов скорости ветра: для каждой точки сетки наблюдения фиксируется направление и скорость воздушного потока.
Обработка и визуализация данных MyOcean производилась аналогично NOAA. Толщина льда визуализируется в растровом формате с указанием минимальных и максимальных значений, создается shp-файл с границей распространения ледяных полей.
Ежедневный прием со спутников Terra и Aqua, с периодичностью два раза в сутки. Наиболее информативное изображение используется как базовое, на его основе формируется схема ледовой обстановки. Информация по ледовой обстановке передается на борт НИС ежедневно.
Дешифрирование морских льдов по спутниковым радиолокационным изображениям включает процессы обнаружения, распознавания и интерпретации параметров льдов. Для обнаружения и распознавания используются такие признаки, как величина обратного рассеяния и текстура, а также структура, размер и форма объектов. Основным прямым дешифровочным признаком является яркость радиолокационного изображения, которая определяется коэффициентом обратного рассеяния воды и морских льдов. На основе различий коэффициентов обратного рассеяния могут быть определены основные виды льдов. Зависимость удельной эффективной площади рассеяния и тона изображения от вида льда, его форм и шероховатости поверхности делает возможным определение ряда параметров морских льдов, тем не менее, различные виды льдов могут изображаться одинаковым тоном и текстурой. На типичных радиолокационных изображениях многие виды льдов показываются одинаково при различных поляризациях и углах зондирования.
После проведения обработки радарный снимок используется для создания карт-схем ледовой обстановки.
Для осуществления доступа к информации по мониторингу ледовой обстановки использовалась публикация необходимых тематических материалов на геопортале (http://geoportal.narfu.ru) c помощью программного обеспечения ScanEx Web Geomixer. После обработки данных ДЗЗ интересующего района были сформированы соответствующие тематические слои, содержащие оперативные данные на указанную дату. Часть информации, как прошедшей тематическую обработку, так и необработанной, поступала на борт через специализированный FTP-сервер ЦКМА. После окончательной обработки специалистом Центра на борту судна данные распечатывались на бумажный носитель и предоставлялись капитану рейса на мостик для использования судоводителем и руководителю экспедиционного отряда.