Гиперспектральный сканер для прибрежной зоны океана
Датчик наблюдения на Международной космической станции
Гиперспектральный сканер прибрежной зоны океана (HICO) на Международной космической станции.

Гиперспектральный датчик изображений для прибрежной зоны океана ( HICO ) был гиперспектральным датчиком наблюдения за Землей, который работал на Международной космической станции (МКС) с 2009 по 2014 год. HICO собирал гиперспектральные спутниковые снимки поверхности Земли с МКС. [1] [2] [3]

HICO была первопроходческой или экспериментальной миссией по гиперспектральной съемке океанов, особенно оптически сложных прибрежных вод. [4] Набор данных, собранный HICO, служит примером набора данных для будущих гиперспектральных спутниковых миссий, таких как PACE .

HICO был установлен непосредственно на МКС, а не на отдельной беспилотной спутниковой платформе (т. е. в отличие от датчика MODIS, установленного на спутниках Aqua и Terra, и от SeaWiFS, установленного на спутнике OrbView-2, он же Seastar). Таким образом, HICO было поручено собирать изображения определенных регионов синхронно с дневной орбитальной траекторией МКС. Кроме того, его запись данных может содержать некоторые пробелы во времени для оперативных задач на борту МКС, таких как выходы в открытый космос и стыковка.

История

HICO был разработан Управлением военно-морских исследований США . Датчик был запущен 10 сентября 2009 года из Космического центра Танегасима в Японии в качестве полезной нагрузки для МКС на ракете H-2B -304 (включая транспортный корабль HTV-1 ). Он был установлен 24 сентября 2009 года на японском экспериментальном модуле Exposed Facility лаборатории Кибо (японский комплекс Кибо) МКС двумя инженерами Экспедиции-20 , астронавтом ЕКА Фрэнком Де Винне и астронавтом НАСА Николь Стотт. HICO был установлен одновременно с RAIDS/Remote Atmospheric and Ionospheric Detection System: вместе эти две системы называются «HICO and RAIDS Experiment Payload (HREP или HREP-RAAIDS)». [5] HICO собрал более 10 000 изображений за время своей эксплуатации. [3] Финансовая поддержка поступила от Управления военно-морских исследований США , Министерства обороны США, а позднее — от Программы Международной космической станции .

Летом 2013 года данные HICO стали общедоступными [6] и остаются в свободном доступе по сей день.

HICO прекратила сбор данных в сентябре 2014 года, когда радиация от солнечной вспышки повредила ее компьютер. Попытки перезагрузить компьютер не увенчались успехом. [7] Последняя дата получения изображения и официальное окончание работы — 13 сентября 2014 года.

После окончания срока службы HICO и RAIDS Experiment Payload (HREP) были удалены с МКС 3 августа 2018 года на космической капсуле SpaceX CRS-15 Dragon после ее миссии по пополнению запасов в июле-августе 2018 года. Секция багажника Dragon сгорела во время возвращения в атмосферу, утилизировав инструмент HICO и другое содержимое. Полет, в ходе которого была выгружена HICO, был четвертым в истории грузовым полетом туда и обратно с повторно использованной капсулой Dragon. [8]

Технические характеристики и данные продуктов

Гиперспектральные изображения (справа) используют больше спектральных диапазонов или больше цветов света, предоставляя больше информации для определения различных типов местности.
Гиперспектральные спутниковые датчики (справа) обнаруживают свет, излучаемый поверхностью Земли, во всем спектре видимого света, а не в нескольких определенных «диапазонах», как RGB или мультиспектральные датчики (слева и посередине).

Спектральный охват и разрешение

HICO использует 128 спектральных полос от длин волн приблизительно от 353 нм до 1080 нм при спектральном разрешении 5,7 нм (центры полос на расстоянии 5,7 нм друг от друга). [3] Данные с длин волн менее 400 нм и более 900 нм не рекомендуются для анализа; данные 400-900 нм имеют более высокое качество. Сглаживающий фильтр 10 нм применяется к длинам волн от 400 до 745 нм, а фильтр 20 нм применяется к длинам волн от 746 до 900 нм. [9]

Пространственный охват и разрешение

Пиксели HICO имеют приблизительно 90 метров в пространственном разрешении. Каждая полная сцена охватывает прямоугольник размером приблизительно 42 на 192 км (изменяясь в зависимости от высоты и угла). Высокоширотные регионы Земли не охватываются. МКС совершает около шестнадцати 90-минутных витков в день, а местоположение траектории орбиты смещается на запад по мере вращения Земли. Орбита МКС прослеживает одну и ту же область на земле примерно каждые три дня, включая ночные пролеты. [10] Однако съемка HICO была ограничена сбором только одной сцены за виток, что приводило к получению примерно семи-восьми дневных сцен в день, часто пространственно разбросанных по всему миру.

Радиометрическое разрешение

Данные HICO имеют отношение сигнал/шум более 200 к 1 для проникающих в воду длин волн и предполагая 5% альбедо. Датчик имел высокую чувствительность в синих длинах волн и полное покрытие проникающих в воду длин волн. [11]

Временной охват и разрешение

HICO собирала спутниковые снимки с 25 сентября 2009 года по 13 сентября 2014 года. [12] В день собиралось максимум восемь дневных сцен. В любом конкретном прибрежном регионе, где снимались сцены, временное разрешение неоднородно. Например, над Чесапикским заливом на восточном побережье США за всю пятилетнюю миссию была собрана 101 сцена, а в течение календарного года 2012 было снято 16 сцен.

Данные продукты

Наборы данных HICO, как и другие гиперспектральные спутниковые наборы данных, имеют большой объем данных. Например, для одной сцены HICO требуется от 120 МБ до 700 МБ дискового пространства (в зависимости от формата и сжатия). Данные доступны на сайте NASA Ocean Color Web в формате HDF (похожем на netCDF ). [9]

Похожие датчики

  • Deutsches Zentrum fur Luft–und Raumfahrt Немецкий аэрокосмический центр (DLR) Earth Sensing Imaging Spectrometer (DESIS), установленный на Международной космической станции. Этот датчик наиболее сопоставим с HICO, поскольку он является гиперспектральным и установлен на МКС. [13] [14]

Другие гиперспектральные спутниковые датчики

(частичный список)

Другие приборы для изучения Земли на МКС

(частичный список)

Приложения

  • Экология фитопланктона в целом, например, какие типы фитопланктона присутствуют в регионе океана, на основе характеристик их пигментов и цветов света, которые поглощают эти пигменты. [20]
  • Обнаружение вредоносного цветения водорослей (HAB) путем распознавания уникальных длин волн света, излучаемого определенными типами планктона, цветущего в больших количествах. Например, изображения HICO использовались для обнаружения цветения цианобактерий во внутренних водах (таких как озеро Эри [21] и озеро Пинто, Калифорния [22] и цветения инфузорий Mesodinium rubrum в проливе Лонг-Айленд. [23]
  • Картографирование батиметрии мелководья. [24] [25]
  • Фотохимия растворенных веществ в прибрежных водах. [26]
  • Мониторинг качества воды , включая такие переменные, как хлорофилл-а и взвешенные частицы. [27]
  • Карты рельефа, типа растительности и типа дна. [28]
  • Характеристика разлива нефти Deepwater Horizon в апреле 2010 года, включая сбор изображений с территории вокруг мест взрывов и с близлежащих болот для выявления незагрязненной воды, смесей нефти и воды и эмульгированных нефтяных нитей. [29]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Лак, Роберт Л.; Корсон, Майкл; МакГлотлин, Норман Р.; Бутчер, Стив Д.; Вуд, Дэниел Л.; Корван, Дэниел Р.; Ли, Ронг Р.; Снайдер, Уильям А.; Дэвис, Курт О.; Чен, Дэвидсон Т. (1 марта 2011 г.). «Гиперспектральный тепловизор для прибрежного океана: описание прибора и первые изображения». Прикладная оптика . 50 (11). Оптическое общество: 1501–1516. Bibcode : 2011ApOpt..50.1501L. doi : 10.1364/ao.50.001501. ISSN  0003-6935. PMID  21478922.
  2. ^ "ХИКО". Цвет океана НАСА . 25 сентября 2009 года . Проверено 21 сентября 2021 г.
  3. ^ abc "Обзор миссии. Что такое HICO?". NASA Ocean Color . 10 сентября 2009 г. Архивировано из оригинала 3 октября 2022 г. Получено 21 сентября 2021 г.
  4. ^ «Преодоление разрыва между теорией и практикой». Международная космическая станция, Национальная лаборатория США . 20 октября 2017 г. Получено 21 сентября 2021 г.
  5. ^ Budzien, Scott (2009). "HICO and RAIDS Experiment Payload - Remote Atmospheric and Ionosphere Detection System (RAAIDS)" (PDF) . NASA Technical Reports Server (NTRS) . Получено 22 сентября 2021 г. .
  6. ^ ""Sensing" a Change to Open Operations for Space Station's HICO Instrument". NASA . 9 июля 2013 г. Получено 22 сентября 2021 г.
  7. ^ Келли, Нина Магги (23 марта 2015 г.). «Спутники могут быть уязвимы для солнечных бурь». IGIS Informatics and GIS . Agriculture and Natural Resources, University of California . Получено 22 сентября 2021 г.
  8. ^ "Грузовая капсула SpaceX возвращается на Землю с космической станции – Spaceflight Now". Spaceflight Now – Ведущий источник новостей о космосе в Интернете . 3 августа 2018 г. Получено 22 сентября 2021 г.
  9. ^ ab "Характеристики датчиков и данных". NASA Ocean Color . 10 сентября 2009 г. Архивировано из оригинала 17 января 2022 г. Получено 22 сентября 2021 г.
  10. ^ "Space Station Orbit Tutorial". Gateway to Astronaut Photography of Earth . Получено 22 сентября 2021 г.
  11. ^ Дэвис, Кертисс О. (2010). "Гиперспектральный формирователь изображений для прибрежного океана (HICO): обзор датчиков и обработки данных" (PDF) . Индекс датчиков . Международная координационная группа по цвету океана (IOCCG) . Получено 22 сентября 2021 г. .
  12. ^ "Расширенная миссия по исследованию прибрежной зоны океана". NASA . 30 ноября 2015 г. Получено 22 сентября 2021 г.
  13. ^ Алонсо, Кевин; Бахманн, Мартин; Берч, Кара; Кармона, Эмилиано; Серра, Даниэле; де лос Рейес, Ракель; Дитрих, Даниэле; Хайден, Ута; Гельдерлин, Андреас; Икес, Джек; Кнодт, Уве; Крутц, Дэвид; Лестер, Хит; Мюллер, Руперт; Пагнутти, Мэри; Рейнарц, Питер; Рихтер, Рудольф; Райан, Роберт; Себастьян, Ильзе; Теглер, Мирко (15 октября 2019 г.). «Продукты данных, качество и проверка спектрометра DLR Earth Sensing Imaging Spectrometer (DESIS)». Датчики . 19 (20). MDPI AG: 4471. Bibcode : 2019Senso..19.4471A. doi : 10.3390/s19204471 . ISSN  1424-8220. PMC 6848940. PMID 31618940  . 
  14. ^ Мюллер, Р.; Авбель, Дж.; Кармона, Э.; Эккардт, А.; Гераш, Б.; Грэм, Л.; Гюнтер, Б.; Хайден, У.; Икес, Дж.; Керр, Г.; Кнодт, У.; Крутц, Д.; Кравчик, Х.; Макарау, А.; Миллер, Р.; Перкинс, Р.; Вальтер, И. (3 июня 2016 г.). «Новый гиперспектральный сенсорный дизайн на многофункциональной платформе Muses, установленной на Iss». ISPRS — Международный архив фотограмметрии, дистанционного зондирования и наук о пространственной информации . XLI-B1. Copernicus GmbH: 461–467. doi : 10.5194/isprsarchives-xli-b1-461-2016 . ISSN  2194-9034.
  15. ^ Джардино, Клаудия; Брешиани, Мариано; Брага, Федерика; Фаббретто, Алиса; Жирарди, Никола; Пепе, Моника; Джанинетто, Марко; Коломбо, Роберто; Кольяти, Серджио; Гебрехивот, Семхар; Лаанен, Марникс; Питерс, Стив; Шредер, Томас; Конча, Хавьер А.; Брандо, Витторио Э. (14 августа 2020 г.). «Первая оценка данных PRISMA уровня 1 для водопользования». Датчики . 20 (16). MDPI AG: 4553. Бибкод : 2020Senso..20.4553G. дои : 10.3390/s20164553 . hdl : 10281/282791 . ISSN  1424-8220. PMC 7471993. PMID  32823847 . 
  16. ^ Лю, Инь-Нянь; Чжан, Цзин; Чжан, Ин; Сунь, Вэй-Вэй; Цзяо, Лей-Лэй; Сунь, Де-Синь; Ху, Сяо-Нин; Йе, Сян; Ли, Юн-Дуань; Лю, Шу-Фэн; Цао, Кай-Цинь; Чай, Мэн-Ян; Чжоу, Вэй-И-Нуо (2019). «Усовершенствованный гиперспектральный формирователь изображений: на борту китайского спутника GaoFen-5». Журнал IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 7 (4). Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 23–32. Бибкод : 2019IGRSM...7d..23L. doi : 10.1109/mgrs.2019.2927687. ISSN  2168-6831. S2CID  209457158.
  17. ^ Эспозито, М.; Зуккаро Марчи, А. (12 июля 2019 г.). «Демонстрация на орбите первого гиперспектрального формирователя изображений для наноспутников». В Karafolas, Никос; Содник, Зоран; Кугни, Бруно (ред.). Международная конференция по космической оптике — ICSO 2018. SPIE. стр. 71. doi : 10.1117/12.2535991 . ISBN 9781510630772.
  18. ^ "TSIS 1". Gunter's Space Page . Получено 23 сентября 2021 г.
  19. ↑ Хук, Саймон (15 мая 2019 г.). «Инструмент». ECOSTRESS . Получено 22 сентября 2021 г. .
  20. ^ Райан, Джон; Дэвис, Кертисс; Туфилларо, Николас; Кудела, Рафаэль; Гао, Бо-Кай (27 января 2014 г.). «Применение гиперспектрального устройства формирования изображений для прибрежного океана в исследованиях экологии фитопланктона в заливе Монтерей, Калифорния, США». Дистанционное зондирование . 6 (2). MDPI AG: 1007–1025. Bibcode : 2014RemS....6.1007R. doi : 10.3390/rs6021007 . ISSN  2072-4292.
  21. ^ O'Shea, Ryan E.; Pahlevan, Nima; Smith, Brandon; Bresciani, Mariano; Egerton, Todd; Giardino, Claudia; Li, Lin; Moore, Tim; Ruiz-Verdu, Antonio; Ruberg, Steve; Simis, Stefan GH; Stumpf, Richard; Vaičiūtė, Diana (2021). "Advancing cyanobacteria biomass estimate from hyperspectral observations: Demonstrations with HICO and PRISMA imagery". Дистанционное зондирование окружающей среды . 266. Elsevier BV: 112693. Bibcode : 2021RSEnv.26612693O. doi : 10.1016/j.rse.2021.112693 . hdl : 1805/31613 . ISSN  0034-4257.
  22. ^ Кудела, Рафаэль М.; Паласиос, Шерри Л.; Остерберри, Дэвид К.; Аккорси, Эмма К.; Гилд, Лиана С.; Торрес-Перес, Хуан (2015). «Применение гиперспектрального дистанционного зондирования для изучения цветения цианобактерий во внутренних водах». Дистанционное зондирование окружающей среды . 167. Elsevier BV: 196–205. Bibcode : 2015RSEnv.167..196K. doi : 10.1016/j.rse.2015.01.025 . ISSN  0034-4257.
  23. ^ Dierssen, Heidi; McManus, George B.; Chlus, Adam; Qiu, Dajun; Gao, Bo-Cai; Lin, Senjie (16 ноября 2015 г.). «На снимке космической станции запечатлено цветение инфузорий красного прилива с высоким спектральным и пространственным разрешением». Труды Национальной академии наук . 112 (48): 14783–14787. Bibcode : 2015PNAS..11214783D. doi : 10.1073/pnas.1512538112 . ISSN  0027-8424. PMC 4672822. PMID 26627232  . 
  24. ^ Гарсия, Родриго А.; Фирнс, Питер Р.К.С.; МакКинна, Лаклан И.В. (2014). «Обнаружение тренда и сезонных изменений в батиметрии, полученных с помощью изображений HICO: пример залива Шарк, Западная Австралия». Дистанционное зондирование окружающей среды . 147. Elsevier BV: 186–205. Bibcode : 2014RSEnv.147..186G. doi : 10.1016/j.rse.2014.03.010. hdl : 20.500.11937/24033 . ISSN  0034-4257.
  25. ^ Льюис, Дэвид; Гулд, Ричард В.; Вайдеманн, Алан; Ладнер, Шервин; Ли, Чжунпин (3 июня 2013 г.). «Оценки батиметрии с использованием косвенно калиброванных данных HICO». В Хоу, Вейлин В.; Арноне, Роберт А. (ред.). Ocean Sensing and Monitoring V. Vol. 8724. SPIE. pp. 87240N. doi :10.1117/12.2017864.
  26. ^ Cao, Fang; Mishra, Deepak R.; Schalles, John F.; Miller, William L. (2018). «Оценка фотохимии на основе ультрафиолета (УФ) в оптически сложных прибрежных водах с использованием гиперспектрального сканера изображений для прибрежного океана (HICO)». Estuarine, Coastal and Shelf Science . 215. Elsevier BV: 199–206. Bibcode : 2018ECSS..215..199C. doi : 10.1016/j.ecss.2018.10.013 . ISSN  0272-7714.
  27. ^ Брага, Федерика; Джардино, Клаудия; Бассани, Кристиана; Матта, Эрика; Кандиани, Габриэле; Стрёмбек, Никлас; Адамо, Мария; Брешиани, Мариано (2013). «Оценка качества воды в северной части Адриатического моря по данным HICO™». Письма о дистанционном зондировании . 4 (10). Информа UK Limited: 1028–1037. Бибкод : 2013RSL.....4.1028B. дои : 10.1080/2150704x.2013.830203. ISSN  2150-704X. S2CID  122545559.
  28. ^ Бахманн, Чарльз М.; Николс, К. Рейд.; Монтес, Маркос Дж.; Фузина, Роберт А.; Фрай, Джон К.; Ли, Ронг-Ронг; Грей, Дерик; Корван, Дэниел; Пэрриш, Кристофер; Селларс, Джон; Уайт, Стивен А.; Вулард, Джейсон; Ли, Криста; Макконнон, Сесилия; Венде, Джон (2010). "Coastal Characterization from Hyperspectral Imagery". Конгресс по визуализации и прикладной оптике . Вашингтон, округ Колумбия: OSA. стр. OMD2. doi :10.1364/orse.2010.omd2. ISBN 978-1-55752-892-6.
  29. ^ Лейфер, Айра; Лер, Уильям Дж.; Симечек-Битти, Дебра; Брэдли, Элиза; Кларк, Роджер; Деннисон, Филипп; Ху, Юнсян; Матесон, Скотт; Джонс, Кэтлин Э.; Холт, Бенджамин; Рейф, Молли; Робертс, Дар А.; Швейковский, Ян; Суэйзи, Грегг; Возенкрафт, Дженнифер (2012). «Современное спутниковое и воздушное дистанционное зондирование морских нефтяных разливов: применение к нефтяному разливу BP Deepwater Horizon». Дистанционное зондирование окружающей среды . 124. Elsevier BV: 185–209. Bibcode : 2012RSEnv.124..185L. doi : 10.1016/j.rse.2012.03.024. ISSN  0034-4257.
  • Доступ к данным HICO через веб-сайт NASA Ocean Color
  • Гиперспектральные данные для наземных и прибрежных систем, обучение NASA ARSET, включая использование данных HICO
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Гиперспектральный_Имиджер_для_прибрежного_океана&oldid=1242584596"