SRTM

SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) — это международный научно-исследовательский проект, в рамках которого с борта космического корабля «Спейс шаттл» (STS-99) в феврале 2000 года была проведена радиолокационная съёмка большей части поверхности Земли. Целью миссии являлось создание высокоточной цифровой модели рельефа (ЦМР) глобального охвата, которая стала одним из наиболее востребованных наборов геопространственных данных в мире.

История проекта

Предпосылки и подготовка

До запуска SRTM существовали отдельные цифровые модели рельефа для различных регионов, но их точность, разрешение и единообразие сильно различались. Глобальная карта высот с разрешением 30 метров (1 угловая секунда дуги) была необходима для решения задач в геологии, гидрологии, картографии, планировании инфраструктуры и военных приложениях. Проект был инициирован Национальным агентством геопространственной разведки США (NGA) и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) при участии Итальянского космического агентства (ASI) и Немецкого центра авиации и космонавтики (DLR).

Ход миссии

Миссия SRTM была реализована 11–22 февраля 2000 года на борту космического корабля «Индевор» (полёт STS-99). Основным инструментом служила специально модифицированная радиолокационная система SIR-C (Spaceborne Imaging Radar-C), дополненная двумя антеннами: одной в грузовом отсеке шаттла и второй, вынесенной на 60-метровой выдвижной мачте. Принцип работы основывался на методе интерферометрической радиолокации (InSAR): два радара, разнесённые на известное расстояние, одновременно облучали земную поверхность, а по разности фаз отражённых сигналов вычислялась высота рельефа.

За 11 дней полёта шаттл совершил 176 витков вокруг Земли, охватив съёмкой полосу шириной около 225 км. В результате было получено покрытие территории от 60° северной широты до 56° южной широты, что составило около 80% поверхности суши Земли. Данные не были собраны для полярных регионов и некоторых высокогорных участков.

Обработка и выпуск данных

Первичная обработка сырых радиолокационных данных заняла несколько лет. В 2003 году NASA и NGA выпустили первую версию глобальной ЦМР с разрешением 3 угловые секунды (около 90 метров на экваторе) — SRTM3. Позднее, в 2014 году, была опубликована версия SRTM1 с разрешением 1 угловая секунда (около 30 метров) для территории США. В 2015 году, после снятия ограничений, версия SRTM1 стала доступна для всего мира.

Технические характеристики

Принцип работы

Основой технологии SRTM является интерферометрическая радиолокация с синтезированной апертурой (InSAR). Два радара (C-диапазон и X-диапазон) работали в режиме интерферометра. Один радар, установленный в грузовом отсеке, служил передатчиком и приёмником, а второй, на конце мачты, — только приёмником. Разность фаз между сигналами, принятыми двумя антеннами, пропорциональна высоте точки на поверхности. Для точного определения высоты использовались данные о положении шаттла, полученные с помощью GPS и звёздных датчиков.

Параметры данных

• Разрешение: 1 угловая секунда (SRTM1) — около 30 метров на экваторе; 3 угловые секунды (SRTM3) — около 90 метров.
• Точность по высоте: Абсолютная ошибка не превышает 16 метров (для 90% данных), относительная — 6–10 метров.
• Точность по плановому положению: 20 метров (90% данных).
• Формат данных: GeoTIFF, HGT.
• Система координат: WGS84 (географическая) с высотами относительно геоида EGM96.

Ограничения

• Отсутствие данных для полярных регионов (выше 60° с.ш. и ниже 56° ю.ш.).
• Проблемы с водными поверхностями: Над озёрами, реками и океанами данные не собирались, а в прибрежных зонах возможны артефакты.
• Ошибки в горной местности: В глубоких ущельях и на крутых склонах радиолокационный сигнал может давать ложные отражения (тени, наложения), что приводит к искажениям.
• Влияние растительности: В густых лесах радар фиксирует высоту кроны деревьев, а не поверхности земли, что вносит систематическую ошибку.

Применение

Картография и геодезия

SRTM является основой для создания топографических карт среднего и мелкого масштаба, а также для построения гипсометрических карт. Данные используются для уточнения границ водоразделов, расчёта уклонов и экспозиции склонов.

Гидрология и климатология

ЦМР SRTM применяется для моделирования стока воды, прогнозирования зон затопления при паводках, а также для оценки влияния рельефа на локальные климатические условия (например, распределение осадков в горных районах).

Геология и геоморфология

С помощью SRTM изучаются тектонические структуры, вулканические формы рельефа, эрозионные процессы. Данные позволяют выявлять линеаменты (линейные элементы рельефа, связанные с разломами) и проводить морфометрический анализ.

Планирование и инфраструктура

SRTM используется при проектировании линий электропередач, дорог, трубопроводов, а также для оценки видимости при размещении вышек сотовой связи и радиолокационных станций.

Научные исследования

Данные SRTM востребованы в археологии (для поиска древних поселений по характерным формам рельефа), экологии (для моделирования ареалов видов), а также в гляциологии (для оценки объёмов ледников).

Значение и наследие

Влияние на геоинформатику

SRTM стал первым общедоступным глобальным набором данных о рельефе с единым качеством и разрешением. До его появления исследователи были вынуждены использовать разрозненные карты или данные с разрешением 1 км (например, GTOPO30). SRTM фактически создал стандарт для глобальных ЦМР и стимулировал развитие таких проектов, как ASTER GDEM (2009) и ALOS World 3D (2015).

Свободный доступ

Данные SRTM были выпущены в открытый доступ (лицензия общественного достояния), что сделало их доступными для любого пользователя — от школьников до учёных. Это способствовало демократизации геопространственных данных и развитию множества приложений, от навигационных сервисов до научных исследований.

Сравнение с современными аналогами

Несмотря на появление более точных данных (например, ArcticDEM, TanDEM-X), SRTM остаётся наиболее широко используемой глобальной ЦМР благодаря своей полноте, единообразию и бесплатности. Для многих задач, особенно в развивающихся странах, SRTM по-прежнему является основным источником данных о рельефе.

Интересные факты

• Общий объём собранных радиолокационных данных составил около 12 терабайт.
• Выдвижная мачта длиной 60 метров была самой длинной конструкцией, когда-либо развёрнутой в космосе на тот момент.
• Для калибровки данных на поверхности Земли было установлено 22 специальных отражателя (уголковых отражателя) в разных точках мира.
• В 2003 году данные SRTM были использованы для уточнения границ между Ираком и Кувейтом после войны в Персидском заливе.

Источники

• NASA. Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) — Mission Overview.
• Farr, T. G., et al. (2007). The Shuttle Radar Topography Mission. Reviews of Geophysics, 45(2).
• USGS. EarthExplorer — SRTM Data Documentation.
• Rabus, B., et al. (2003). The Shuttle Radar Topography Mission — a new class of digital elevation models. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 57(4).