Europejski program globalnego monitoringu środowiska i bezpieczeństwa Copernicus

Transkrypt

1 Europejski program globalnego monitoringu środowiska i bezpieczeństwa Copernicus Analiza udziału Polski w programie i wykorzystanie jego efektów przez polskie instytucje Opracowanie: Beata Mikołajek-Zielińska Departament Strategii Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego 1

2 2

3 Spis treści: 1. Główne założenia programu Copernicus 2. Program Copernicus a obserwacje satelitarne 3. Funkcjonowanie obserwacji satelitarnych 4. Przykłady obecnych zastosowań obserwacji satelitarnej w sektorze publicznym na świecie 5. Wykorzystanie zobrazowań satelitarnych w Polsce 6. Kierunki rozwoju satelitarnej obserwacji Ziemi i jej zastosowanie w Polsce 6.1. Zwiększenie liczby satelitów skrócenie czasu rewizyty nad danym obszarem 6.2. Wzrost liczby i znaczenia satelitów pracujących w technologii radarowej (mikrofalowej) 6.3. Polepszanie rozdzielczości przestrzennej przy utrzymaniu znacznego pola widzenia satelity 6.4. Konstelacje satelitów 6.5. Technologie hiperspektralne 6.6. Rozwój małych satelitów potencjalny przełom na rynku obserwacji satelitarnej 6.7. Bezpośredni odbiór obrazów z satelity 6.8. Obserwacja Ziemi z orbity geostacjonarnej 6.9. Wzbogacanie oferty dostępnych produktów Upowszechnianie dostępu do danych geoinformacyjnych Upowszechnienie i popularyzacja produktów obserwacji satelitarnej 7. Perspektywy rozwoju do 2020 roku 8. Obserwacja satelitarna na świecie i Polsce prognoza stanu sektora na rok Obszary zainteresowania w programie Copernicus 9.1. Monitorowanie powierzchni Ziemi 9.2. Monitorowanie mórz i oceanów 9.3. Monitorowanie atmosfery 9.4. Wsparcie dla zarządzania kryzysowego 9.5. Usługi dla zapewnienia bezpieczeństwa 9.6. Monitorowanie zmian klimatu 10. Interesariusze programu w Polsce Potrzeby i obszary zainteresowań polskich interesariuszy programu Copernicus 11. Zastosowania wyników obserwacji Ziemi w Polsce Zastosowania geośrodowiskowe Wykonanie i aktualizacja map terenu technikami satelitarnymi Zastosowanie map satelitarnych w Polsce Monitoring pokrycia i użytkowania terenu Zastosowanie wyników monitoringu pokrycia i użytkowania terenu w Polsce Wybrane satelity teledetekcyjne stosowane w Polsce do celów monitoringu pokrycia i użytkowania terenu Monitoring i prognozowanie hydrologiczne Zastosowanie wyników monitoringu i prognozowania hydrologicznego w Polsce Monitoring i prognozy meteorologiczne Zastosowanie wyników monitoringu i prognoz meteorologicznych w Polsce Monitoring zanieczyszczeń i rozprzestrzeniania skażeń w atmosferze Monitoring zanieczyszczeń gleb i szkód górniczych Zastosowanie wyników monitoringu zanieczyszczeń gleb i szkód górniczych w Polsce Monitoring i prognozowanie w ekosystemach morskich 3

4 Zastosowanie wyników monitoringu i prognozowania w ekosystemach morskich w Polsce Zastosowania specjalne Zastosowanie dla potrzeb zarządzania kryzysowego Zastosowanie wyników monitoringu dla potrzeb zarządzania kryzysowego w Polsce Aplikacje konsumenckie oparte na powszechnym dostępie do zobrazowań satelitarnych Zastosowanie aplikacji konsumenckich w Polsce Badania naukowe 12. Uczestnictwo polskich instytucji w głównych projektach realizowanych w ramach programu GMES/Copernicus w 7. Programie Ramowym UE Projekt Geoland2 - monitorowanie powierzchni Ziemi Projekt MyOcean - monitorowanie mórz i oceanów Projekt MACC - monitorowanie atmosfery Projekt SAFER - wsparcie zarządzania kryzysowego Projekt G-MOSAIC - zapewnienie bezpieczenstwa 13. Zastosowanie programu Copernicus w biznesie - prognozy na przyszłość 14. Bibliografia 4

5 1. Główne założenia programu Copernicus Copernicus to nowa, funkcjonująca od 2013 roku, nazwa programu GMES. Akronim GMES pochodzi od angielskich słów Global Monitoring for Environment and Security, oznaczających Globalny Monitoring Środowiska i Bezpieczeństwa. Jest to inicjatywa, podjęta w końcu lat 90. przez Unię Europejską, realizowana we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną. Jej głównym zadaniem jest opracowanie metod monitorowania stanu środowiska z pułapu satelitarnego, lotniczego i naziemnego. Dane zgromadzone za pomocą satelitów oraz pomiarów naziemnych przetwarzane są w celu świadczenia usług informacyjnych, pozwalających na skuteczniejsze zarządzanie środowiskiem oraz poprawę bezpieczeństwa obywateli Unii Europejskiej. Program ten umożliwia szybsze i sprawniejsze reagowanie w razie wystąpienia katastrof naturalnych, efektywniejsze korzystanie z zasobów naturalnych, lepszy monitoring jakości i czystości wód, powietrza itd. Program Copernicus składa się z trzech komponentów: kosmicznego to infrastruktura kosmiczna pozwalająca na pozyskanie danych z pułapu satelitarnego, naziemnego to infrastruktura służąca do pomiarów naziemnych (urządzenia, instrumenty), usługowego to infrastruktura dostarczania danych (ustanowiona zgodnie z dyrektywą INSPIRE). Pierwotnie wyodrębniono pięć głównych obszarów usług: - usługi dotyczące obszarów morskich, - usługi dotyczące obszarów badań atmosfery, - usługi dotyczące obszarów lądowych, - usługi dotyczące obszarów sytuacji kryzysowych, - usługi dotyczące bezpieczeństwa. W najbliższym czasie do obszarów tych dołączony zostanie jeszcze jeden zakres: monitorowanie zmian klimatu. Program Copernicus umożliwia wykorzystanie synergii z systemami nawigacji satelitarnej GALILEO i EGNOS w celu dostarczenia użytkownikom zintegrowanych informacji. Copernicus jest również europejskim wkładem w stworzenie Globalnego Systemu Obserwacji Ziemi (GEOSS), koordynowanego przez międzynarodową Grupę ds. Obserwacji Ziemi (GEO). Usługi w zakresie programu Copernicus, jako że są finansowane są ze środków publicznych na poziomie europejskim, są otwarte i dostępne, w takim stopniu, w jakim nie jest to sprzeczne z interesami UE i państw członkowskich w zakresie bezpieczeństwa. Głównymi użytkownikami usług proponowanych przez program są władze i instytucje publiczne odpowiedzialne za środowisko i bezpieczeństwo. Jednak dostęp do usług w zakresie programu Copernicus nie jest ograniczony tylko do wymienionych użytkowników. Informacje i dane dostarczane przez program są dostępne dla każdego obywatela w systemie on-line. Usługi niższego szczebla (tzw. downstream services) odpowiadające usługom realizowanym poza zakresem zarządzania programu i bez unijnych środków publicznych, są opracowywane przez podmioty publiczne lub prywatne i mają na celu zaspokojenie określonych potrzeb (np. specyficznej grupy użytkowników, lub dla danego miejsca). Usługi te dostarczają dodatkowych informacji poprzez integrację danych dostarczonych w ramach programu 5

6 Copernicus z danymi np. społeczno-gospodarczymi. W zależności od modelu biznesowego jaki stosuje usługodawca, mogą być one obciążone opłatami. 2. Program Copernicus a obserwacje satelitarne Zobrazowania Ziemi wykonywane z przestrzeni kosmicznej dostarczają szerokiej gamy informacji, niemożliwej lub trudnej do uzyskania w podobnej formie za pomocą systemów naziemnych. Zobrazowania te znajdują szybko rosnącą liczbę zastosowań od geodezji, kartografii, oceanografii, leśnictwa czy marynistyki po badania zmian klimatycznych, próby reagowania z wyprzedzeniem na zagrażające katastrofy naturalne oraz ocenę i efektywniejsze zwalczanie ich skutków. Współczesne satelity obserwacyjne Ziemi dostarczają wielu różnorodnych produktów, z których tylko część ma charakter obrazowy. Te produkty, popularnie nazywane zdjęciami, można charakteryzować według kilku kryteriów. Najważniejsze z nich to rozdzielczość przestrzenna czyli wielkość najmniejszego obiektu odwzorowanego na zobrazowaniu, oraz rozdzielczość spektralna czyli szerokość kanałów widma elektromagnetycznego, w których wykonywane są zobrazowania. Zobrazowania wykonywane przez satelity mają różną rozdzielczość przestrzenną oraz spektralną. Rozdzielczość przestrzenna zawiera się w przedziale od 1000 m do nieco mniej niż 1 m w systemach cywilnych, natomiast rozdzielczość spektralna obejmuje jeden kanał (zobrazowania monochromatyczne - czarno-białe), albo kilka lub kilkadziesiąt kanałów (zobrazowania wielospektralne, służące m.in. do tworzenia zobrazowań kolorowych). Coraz intensywniej rozwijane w ostatnich latach technologie hiperspektralne wykorzystują nawet do kilkuset kanałów spektrum dla uzyskiwania szczegółowych informacji o właściwościach obserwowanych obiektów. W obecnym stanie zaawansowania technologicznego im wyższa rozdzielczość zobrazowań satelitarnych, tym mniejszy obszar objęty jednym zobrazowaniem i większy koszt jego pozyskania. Stąd w obserwacjach Ziemi prowadzonych dla całego globu, lub poszczególnych kontynentów (np. misje meteorologiczne) stosuje się zobrazowania o małej rozdzielczości, natomiast w wypadku obserwacji na poziomie krajów, czy regionów rozdzielczość zobrazowań musi być wielokrotnie większa. Im większa ma być dokładność zdjęcia (rozdzielczość), tym mniejszy może być sfotografowany obszar. W wypadku zdjęć wysokiej rozdzielczości - ze względu na ograniczoną liczbę zobrazowań, które może wykonać satelita, oraz niewielką liczbę satelitów oferujących tego typu produkt aktualizacja zobrazowań dużych obszarów może być wykonywana rzadziej niż w wypadku zastosowania satelitów pracujących w niższej rozdzielczości. Zasada małej częstotliwości aktualizacji zazwyczaj nie stosuje się do zadań mających wysoki priorytet, takich jak reagowanie na klęski żywiołowe czy operacje militarne. Pod koniec pierwszej dekady obecnego stulecia na orbitach okołoziemskich krążyło 128 cywilnych satelitów teledetekcyjnych, spośród których 47 stanowiły wielozadaniowe satelity obserwacji terenów lądowych. Satelity te dostarczają regularnie ogólnie dostępnych, standardowych i powtarzalnych danych o bogatym zakresie tematycznym. Oprócz satelitów przeznaczonych do obrazowania powierzchni lądów na orbitach znajdowały się 63 satelity meteorologiczne, 9 oceanograficznych, 5 geofizycznych, 3 geodezyjne i 1 glacjologiczny. Do roku 2015 zaplanowano wprowadzenie kolejnych 85 satelitów, spośród których 33 to wielofunkcyjne satelity obserwacji obszarów lądowych. Część z nich będzie rejestrowała dane w wąskich zakresach widma, niejednokrotnie o bardzo wysokiej rozdzielczości przestrzennej. Zdjęcia z nowych misji satelitarnych umożliwią pozyskanie różnorodnych danych tematycznych, przy czym należy zaznaczyć, że możliwości ich wykorzystania nie są jeszcze w pełni rozpoznane. 6

7 Biorąc pod uwagę sposób rejestracji powierzchni Ziemi, satelity teledetekcyjne można podzielić na dwie duże grupy: pasywne i aktywne. Pierwsze z nich rejestrują szeroki zakres widma odbitego od powierzchni obiektów znajdujących się na ziemi, podczas gdy satelity aktywne "oświetlają" powierzchnię Ziemi promieniowaniem mikrofalowym, a następnie rejestrują odbite od obiektów promieniowanie. Grupa satelitów pasywnych jest znacznie liczniejsza, aczkolwiek satelity aktywne zaczynają odgrywać coraz większą rolę z uwagi na niezależność wykonywania zdjęć od warunków oświetleniowych i atmosferycznych. Zdjęcia satelitarne i dane pozyskiwane przez radiometry nieobrazowe charakteryzowane są za pomocą czterech głównych kryteriów rozdzielczości: przestrzennej, spektralnej, radiometrycznej i czasowej. Pierwsze kryterium odnosi się do wielkości najmniejszego obiektu na powierzchni Ziemi, który może zostać zobrazowany na zdjęciu. Rozdzielczość spektralna określa liczbę zakresów widma, w których dokonywane są obrazowania powierzchni Ziemi, natomiast rozdzielczość radiometryczna decyduje o liczbie tonów odwzorowania na zdjęciu. Z kolei częstość obrazowania tego samego obszaru powierzchni Ziemi nazywana jest rozdzielczością czasową. Wśród satelitów pasywnych rejestrujących promieniowanie optyczne można wyróżnić: satelity wykonujące zdjęcia o dużej rozdzielczości przestrzennej. Należą do nich: francuskie SPOT4 i SPOT5, indyjskie IRS 1C, IRS 1D, IRS P5, IRS P6, amerykański RapidEye i chiński Formosat-2. Wykonują one zdjęcia w widmie widzialnym i podczerwonym o rozdzielczości przestrzennej 5-20 m; satelity wykonujące zdjęcia o bardzo dużej rozdzielczości przestrzennej. Należą do nich: Ikonos-2, QuickBird-2, GeoEye-1, Kompsat-2, Cartosat-2, WorldView-1, EROS-A, EROS-B. Wykonywane przez nie zdjęcia mają rozdzielczość przestrzenną od 1 m do nawet 40 cm; satelity wielofunkcyjne, zwane też hybrydowymi, na pokładzie których zostało zainstalowanych wiele różnych instrumentów pracujących w widmie optycznym, a także mikrofalowym. Należą do nich: amerykański Terra-ASTER i japoński Alos; satelity aktywne, wykonujące zdjęcia w widmie mikrofalowym (radarowym). Są to: europejski ERS-2, kanadyjski Radarsat-1, włoskie SkyMed-1, SkyMed-2, SkyMed-3 i niemiecki TerraSAR-X oraz wspomniany już Alos. Zdjęcia satelitarne wykonywane są zazwyczaj w kilku zakresach widma. Najczęściej są to cztery zakresy obejmujące widmo widzialne i bliską podczerwień. Niektóre z wymienionych satelitów rejestrują widmo w liczbie kanałów dochodzącej nawet do ponad 30. Istnieją też satelity specjalne, rejestrujące widmo w kilkuset pasmach, a także tzw. satelity hiperspektralne. Natomiast niektóre z satelitów wysokorozdzielczych rejestrują tylko jedno pasmo widma, obejmujące zazwyczaj część widma widzialnego i część bliskiej podczerwieni. Istotnym kryterium charakteryzującym zdjęcia wykonywane przez satelity jest rozdzielczość czasowa. Na początku ery teledetekcji satelitarnej wynosiła ona 18 dni, co oznacza, że satelita pojawiał się nad tym samym obszarem co 18 dni. Dziś rozdzielczość czasowa zdjęć w wielu wypadkach wynosi od jednego do kilku dni. Warto również wspomnieć, że część satelitów wysokorozdzielczych wykonuje zdjęcia w pokryciu stereoskopowym, co umożliwia ich przestrzenną obserwację, znacznie ułatwiającą proces interpretacji. Mimo znacznej liczby satelitów krążących aktualnie po orbitach okołoziemskich, w dalszym ciągu umieszczane są nowe, kolejnych generacji. Trzeba tu wspomnieć przede wszystkim 7

8 o konstelacji satelitów Pléiades 1 i Pléiades 2. Satelity te mają dostarczać zdjęć o rozdzielczości 20 cm, wykonywanych w jednym zakresie widma i o rozdzielczości 2 m, rejestrowanych w kilku pasmach widma. Będą to zdjęcia stereoskopowe o czasie rewizyty wynoszącym 1 dzień w skali całej Ziemi. Odrębną grupę stanowią satelity przeznaczone do badań mórz i oceanów. Tworzą ją obecnie takie satelity jak: amerykańskie SeaWiFS, Seastars, AURA oraz francusko-amerykański Jason. W badaniach oceanograficznych wykorzystuje się też powszechnie dane zbierane przez większość satelitów meteorologicznych, w tym przez satelity krążące po orbicie geostacjonarnej, np. Meteosat, MSG, GOES, jak i po orbitach niższych, prawie biegunowych, np. NOAA, Meteor itp. Wielu danych charakteryzujących morza i oceany dostarczają także satelity mikrofalowe, których radiometry są przestawione z trybu obrazowego, stosowanego przy obrazowaniu powierzchni lądowych, na tryb umożliwiający rejestrację charakterystyk stanu powierzchni wód. Również ta grupa satelitów zostanie w najbliższym czasie uzupełniona o nowsze satelity, niekiedy o wąsko dedykowanych celach. Spośród innych rodzajów satelitów dostarczających danych do obserwacji Ziemi wymienia się satelity przeznaczone do badań atmosfery, jej składu, zanieczyszczeń, gazów śladowych, pary wodnej, ozonu itp. Są to satelity: NOAA, AURA, Cloudsat, Calipso czy OCO. Specyficzną grupę tworzą satelity geofizyczne. Umieszczane są na nich urządzenia zwane radiometrami nieobrazowymi. Dane pozyskiwane za pomocą tych urządzeń wymagają skomplikowanych procedur przetwarzania w celu uzyskania pożądanych informacji. Do tej grupy można zaliczyć satelity, takie jak: Grace, IceSat, CryoSat, GOCE. Inną grupę stanowią satelity takie jak SMOS, których zadaniem jest zbieraniem danych o wilgotności gruntów i zasoleniu mórz i oceanów, oraz pierwszy satelita specjalny do badań geologicznych EnMAP. Program Europejskiej Agencji Kosmicznej na najbliższe lata obejmuje skonstruowanie i umieszczenie na orbicie nowej generacji satelitów Sentinel. Ich celem będzie zapewnienie operacyjnego funkcjonowania projektów objętych inicjatywą Copernicus. Planuje się wykorzystanie pięciu satelitów: Sentinel-1 z urządzeniem radarowym w paśmie C do ciągłego monitorowania lądów i oceanów (umieszczony na orbicie w 2013 roku); Sentinel-2 z wysokorozdzielczym skanerem (10-60 m) do szczegółowego monitorowania powierzchni Ziemi (przewidywane wystrzelenie w 2014 roku); Sentinel-3 z instrumentami do monitorowania temperatury i barwy lądów i oceanów oraz topografii powierzchni mórz ; Sentinel-4 z instrumentami do monitorowania atmosfery (następca Meteosata, MTG); Sentinel-5 z instrumentami do monitorowania lądów i atmosfery (następca systemu okołobiegunowego EPS). Zdecydowana większość zdjęć satelitarnych, w tym niemal wszystkie wykonywane przez satelity obrazowe, jest udostępniana na zasadach komercyjnych. Zajmują się tym wyspecjalizowane firmy. Koszt zdjęć, zwykle wysoki, zależy od ich rozdzielczości przestrzennej, obszaru objętego jednym zdjęciem, rodzaju zdjęcia itd. Jedynie zdjęcia wykonywane przez satelity z serii NOAA są, jak dotąd, udostępniane bezpłatnie, ale wymagane jest posiadanie stacji odbiorczej. Dane z satelitów oceanograficznych czy geofizycznych są udostępniane w większości bezpłatnie, ale tylko w ramach zatwierdzonych przez właściciela satelity, np. przez Europejską Agencję Kosmiczną czy NASA, programów 8

9 badawczych. Dużym ograniczeniem w wykorzystywaniu zdjęć satelitarnych jest ich udostępnianie przez dystrybutora tylko do wcześniej określonego celu, co oznacza, że raz zakupione zdjęcia nie mogą być wykorzystywane do innych zadań, bez uiszczenia dodatkowej opłaty. W ramach inicjatywy Copernicus zakłada się wykorzystywanie danych z wielu typów satelitów, będących pod zarządem różnych organizacji: Europejskiej Agencji Kosmicznej, Europejskiej Organizacji Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych EUMETSAT, organizacji krajowych lub konsorcjów międzynarodowych. Przyjmuje się, że każda z tych organizacji jest odpowiedzialna za funkcjonowanie swoich stacji naziemnych i wstępne przetwarzanie danych satelitarnych. W ramach programu Copernicus zostanie ponadto zorganizowany system skoordynowanego dostępu do danych (CDS), który ma zapewnić harmonijne wykorzystanie danych satelitarnych pochodzących z różnych misji. W tym celu został utworzony portal GMES Space Component Data Access, który umożliwi sprawny dostęp do wieloźródłowych danych satelitarnych. 3. Funkcjonowanie obserwacji satelitarnych Satelitarne obserwacje Ziemi są jednym z najlepszych przykładów praktycznego wykorzystania przestrzeni kosmicznej i technik satelitarnych. Spojrzenie na ziemię z kosmosu daje wiele możliwości. Codzienna prognoza pogody powstaje na podstawie informacji dostarczanych nam przez różne satelity. Z przestrzeni kosmicznej możemy równie łatwo obserwować wielkie pożary lasów czy powodzie, jak i pojedyncze budynki, zaglądać w oka cyklonów i tworzyć mapy, przewidywać sztormy czy śledzić ruchy wojsk. Obserwacja satelitarna to metoda zdalnego zbierania informacji, która w niektórych zastosowaniach zastępuje, a w wielu innych uzupełnia obserwacje i pomiary lotnicze i naziemne. Polega ona na zdalnym zbieraniu informacji poprzez pasywną obserwację albo poprzez oświetlenie interesującego obszaru i pomiar promieniowania odbitego. W obserwacji satelitarnej najczęściej wykorzystuje się systemy pracujące w paśmie optycznym i mikrofalowym. Ze względu na swoją specyfikę, badania naziemne, lotnicze i satelitarne dostarczają produktów o nieco innych właściwościach i są dla siebie wzajemnie komplementarne. Metody lotnicze oferują co prawda większą elastyczność związaną ze stosunkową łatwością zamówienia komercyjnego zobrazowania ad hoc, okazują się jednak bezsilne, gdy poszukiwana informacja środowiskowa dotyczy większego obszaru lub szerszego pasa terenu. Zobrazowania satelitarne, wykonywane z dużo większej wysokości, umożliwiają sfotografowanie znacznie większego obszaru w jednym momencie. Podczas gdy amerykański satelita Landsat jest w stanie zobrazować pas terenu o szerokości 185 km, wykonane z pułapu lotniczego zdjęcie może objąć swoim zasięgiem pas szerokości maksymalnie kilkunastu kilometrów. Dodatkowo, zebrane w ten sposób informacje pozwalają na porównywanie wyników jednoczesnego pomiaru z różnych miejsc. Podstawowym ograniczeniem związanym z wykorzystywaniem satelitów jest fakt, iż dla instrumentów optycznych (w przeciwieństwie do radarowych) obecność chmur uniemożliwia uzyskanie użytecznych obrazów. Satelita jest w stanie wykonać zobrazowania wszędzie tam, gdzie misja jakiegokolwiek pojazdu lotniczego byłaby utrudniona lub wręcz niemożliwa tak ze względów technicznych, jak i politycznych, np. w odległych obszarach, nad terytorium innych państw czy w pasach przygranicznych. Ponadto, co ważne dla służb państwowych, elastyczność wykorzystania satelitów pozwala na coraz szybsze pozyskanie w danym momencie potrzebnych informacji. Istnieje także szereg aplikacji, w których zobrazowania satelitarne to jedyne możliwe do zastosowania narzędzie, jak np. w meteorologii, gdzie wykonuje się 9

10 zobrazowania o małej rozdzielczości przestrzennej ( m), za to użytkownicy mają dostęp do informacji aktualizowanej co kilkanaście minut. Satelity dostarczają różnego rodzaju danych obrazów optycznych, radarowych (niezależne od zachmurzenia), a także pozwalają konstruować trójwymiarowe modele terenu. Z analizy danych wydobywa się ogromne bogactwo informacji szczegółowych, od oceny suszy w skali kraju i prognozy wzrostu roślin po ocenę wieloletniej dynamiki rozwoju aglomeracji miejskich czy pomiar osiadania gruntu liczony w milimetrach. Przyjmując najprostsze kryterium ich przeznaczenia, satelity obserwacyjne dzieli się na: wojskowe dostarczające informacji na potrzeby obronności i szeroko pojmowanego bezpieczeństwa; badawcze stosowane dla celów meteorologicznych, naukowych, testowych i edukacyjnych; komercyjne stosowane do generowania produktów i usług przeznaczonych na rynek użytkowników publicznych i niepublicznych. Obecnie granica pomiędzy poszczególnymi kategoriami staje się coraz bardziej płynna i te same satelity mogą dostarczać produktów na potrzeby różnych kategorii użytkowników, jak również ci sami użytkownicy mogą korzystać z satelitów należących do różnych kategorii. Na początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia rząd USA zdecydował o rozluźnieniu ograniczeń prawnych dotyczących udostępniania szeregu technologii kosmicznych sektorowi komercyjnemu, co pozwoliło na szybszy rozwój systemów komercyjnych oferujących obrazy o bardzo wysokiej rozdzielczości (około 1 m). Rozwój tego fragmentu rynku jest wyraźny, choć wolniejszy od początkowych oczekiwań. W ostatnich latach można zaobserwować, zwłaszcza w Europie, rozwój systemów podwójnego zastosowania (tzw. dual-use) te same satelity mogą wykonywać misje dla potrzeb sektora bezpieczeństwa i dla celów cywilnych (publicznych i komercyjnych), dzieląc czas swojej pracy pomiędzy te dwa typy użytkowników. O ilości i wartości informacji geoprzestrzennych, w których wytwarzaniu obserwacje satelitarne mają znaczący udział świadczy fakt, iż takie informacje już w 1999 roku stanowiły 52% wartości całości informacji publicznych w UE. Ocenia się, że nawet 80% decyzji w sektorze publicznym podejmowanych jest w oparciu o dane geoprzestrzenne. Rozwój technologiczny prowadzi do ciągłego zwiększenia możliwości pomiarowych systemów satelitarnych poprzez zwiększanie ich dokładności (rozdzielczości przestrzennej) i bogactwa uzyskiwanych informacji (dzięki poprawie rozdzielczości spektralnej), natomiast wzrost liczby programów dedykowanych obserwacjom Ziemi zwiększa częstotliwość uzyskiwania obrazów tego samego obszaru. Postęp w tych dziedzinach, jak również rozluźnienie ograniczeń politycznych i ciągły spadek cen zobrazowań satelitarnych stanowić będą podstawowe czynniki decydujące o upowszechnianiu stosowania obserwacji satelitarnej i rozwoju nowych jej zastosowań w perspektywie roku Przykłady obecnych zastosowań obserwacji satelitarnej w sektorze publicznym na świecie Dominującymi odbiorcami i użytkownikami obserwacji satelitarnej od początku ery kosmicznej pozostają instytucje publiczne. Jednakże rynek zobrazowań satelitarnych, oceniany na początku stulecia na ok. 1 mld USD, przeszedł w ciągu ostatnich lat ogromną metamorfozę, oferując obecnie coraz dokładniejsze lub wyspecjalizowane dane coraz szerszemu gronu odbiorców począwszy od darmowego programu Google Earth dostępnego 10

11 dla internautów, a skończywszy na światowych giełdach, gdzie pojawiło się niebezpieczeństwo wykorzystywania danych z satelitów do spekulacji cenami produktów rolnych. Przykładem wszechstronnego zastosowania zobrazowań satelitarnych jest sytuacja z 2004 roku. Po uderzeniu tsunami w Boże Narodzenie w wielu ośrodkach na świecie w trybie alarmowym analizowano obrazy satelitarne, co pozwoliło na określenie obszarów najbardziej dotkniętych katastrofą i efektywne koordynowanie działań ratowniczych oraz kierowanie międzynarodowej pomocy humanitarnej do obszarów najbardziej potrzebujących. Informacje te były szczególnie użyteczne w pierwszych dniach, gdy na tym obszarze panował chaos informacyjny, a z wielu miejsc dobiegała tylko złowróżbna cisza. Satelitarna obserwacja Ziemi znalazła zastosowanie w następujących dziedzinach: 1. geodezja i gospodarka przestrzenna: wykonywanie i aktualizacja map, w tym map cyfrowych, wykonywanie cyfrowych modeli terenów, inwentaryzacja majątku samorządów, monitoring aktualnego stanu zagospodarowania terenu, planowanie przestrzenne aglomeracji miejskich, kataster przestrzenny, 2. badania i ochrona środowiska: obserwacje meteorologiczne i prognozowanie pogody, śledzenie zmian zachodzących w środowisku naturalnym, ocena zmian procesów klimatycznych, globalnego ocieplenia i wpływu działalności człowieka, ocena produkcji pierwotnej na obszarach lądowych i w akwenach, ocena stanu zagrożeń i zanieczyszczeń środowiska, szacowanie stanu zdrowotności roślinności, detekcja obszarów zagrożonych i zdegradowanych, monitorowanie zanieczyszczeń na powierzchni morza, m.in. plam ropy, przewidywanie i ocena zniszczeń dokonanych przez kataklizmy przyrodnicze, badania geologiczne, w tym poszukiwanie surowców naturalnych powierzchniowych i podpowierzchniowych, 3. rolnictwo: monitorowanie struktury działek rolnych, system kontroli upraw, szacowanie plonów, szacowanie strat w zbiorach na skutek susz, powodzi, szkodników biologicznych, szacowanie infrastruktury wiejskiej, 4. leśnictwo: wielkoobszarowa inwentaryzacja stanów lasów, tworzenie leśnych baz numerycznych, ocena kondycji lasów, np. stopień zaatakowania przez szkodniki, szacowanie stopnia wysuszenia lasów, wykrywanie nielegalnej wycinki lasów, wyznaczanie granicy leśno-rolnej, 5. sektor bezpieczeństwa: monitorowanie przestrzegania traktatów międzynarodowych, pozyskiwanie informacji strategicznych, rozpoznanie pola walki, ocena działań i inne, ocena zagrożeń (mapy ryzyka) i ostrzeganie przed klęskami żywiołowymi i awariami przemysłowymi, ocena skutków klęsk żywiołowych, 11

12 aktualizacja map i monitoring określonych obszarów dla potrzeb służb ratowniczych, policji, straży granicznej i innych, 6. hydrologia: informacje dla katastru wodnego, charakterystyka zanieczyszczeń obszarowych, określenie stanu biologicznego środowiska wodnego, wyznaczanie obszarów narażonych na niebezpieczeństwo powodzi, wyznaczanie stref i obszarów ochronnych. 5. Wykorzystanie zobrazowań satelitarnych w Polsce Satelitarne metody teledetekcyjne rozwijane są na świecie od drugiej połowy lat pięćdziesiątych. Początkowo stosowane były jako typowe narzędzia w rywalizacji zimnej wojny, umożliwiając oponentom politycznym bezinwazyjne wzajemne obserwowanie swoich terytoriów i zasobów. Z czasem obserwacje satelitarne przerodziły się w istotny instrument pozyskiwania danych i informacji środowiskowych oraz przestrzennych. Dziś satelitarne metody teledetekcyjne stosowane są w wielu gałęziach gospodarki, tak na świecie, jak i w Polsce. Bazy danych powstałe dzięki zastosowaniu metod teledetekcyjnych służą aplikacjom w takich dziedzinach jak: meteorologia, oceanografia, geologia, glacjologia, topografia i geodezja, rolnictwo, sozologia czy ochrona środowiska. Zawężając rozważania do skali Polski można powiedzieć, że zobrazowania, które mogą okazać się przydatne do większości zastosowań, muszą mieć rozdzielczość przestrzenną co najmniej m. Jest wiele satelitów wykonujących zobrazowania o takiej rozdzielczości. Obecnie należą do nich amerykańskie satelity Landsat i Terra, francuskie SPOT i hinduskie IRS. W Polsce w największym stopniu wykorzystywano zobrazowania z satelity Landsat. Dzięki bardzo dobrze zorganizowanej sieci dystrybucyjnej były one najłatwiej dostępne, a ponadto pewne ich właściwości techniczne decydowały o ich sporej przydatności (zobrazowania landsatowskie wykonuje się w kilku zakresach spektrum - w tym w środkowej podczerwieni co czyni je bardzo przydatnymi do badań roślinności). Także koszt pozyskania zobrazowań z satelity Landsat był niższy niż innych zdjęć o podobnych parametrach. Zobrazowania o bardzo dużej rozdzielczości są osobną kategorią i wymagają odrębnego omówienia. Istnieje kilka satelitów, które wykonują zobrazowania o rozdzielczości przestrzennej rzędu 1 m, a nawet poniżej. Wśród nich należy wymienić satelitę IKONOS. Zobrazowania z tego satelity są odbierane rutynowo także w Polsce. Choć w teorii nic nie stoi na przeszkodzie, aby powszechnie korzystać ze zobrazowań pochodzących z tego satelity, to istnieje kilka czynników w praktyce ograniczających nieco możliwości ich wykorzystania. W związku ze swoją dużą przestrzenną rozdzielczością, pojedyncza scena zobrazowania obejmuje stosunkowo mały obszar nieco ponad 100 km 2, a więc do uzyskania pokrycia większych obszarów (np. terytorium Polski) należy zestawić ze sobą nawet do kilkuset scen. Te zobrazowania są wciąż jeszcze stosunkowo drogie, choć niewątpliwie należy zauważyć trend stopniowego obniżania ich cen. Ponadto zobrazowania o rozdzielczości 1 m i poniżej to w obecnych warunkach zobrazowania panchromatyczne, nie do końca optymalne z punktu widzenia szeregu zastosowań, np. związanych z monitoringiem środowiska. Należy zdawać sobie sprawę z faktu, ze zobrazowania o dużej i bardzo dużej rozdzielczości wykonywane są głównie w optycznym zakresie widma. Na ich wykonanie istotny wpływ mają więc warunki atmosferyczne, przede wszystkim zachmurzenie. Dlatego nie można zakładać, że zobrazowania takie mogą być wykonane zawsze zgodnie z życzeniem czy zamówieniem użytkownika, a niekorzystna pogoda panująca przez większą część roku w Polsce może stanowić tutaj istotny czynnik ograniczający. 12

13 Największym doświadczeniem w zakresie korzystania z danych satelitarnych w pracach naukowych i aplikacyjnych dysponują Instytut Geodezji i Kartografii oraz Grupa ds. Obserwacji Ziemi w Centrum Badań Kosmicznych PAN. Ponadto zagadnieniami teledetekcji i jej zastosowań, przede wszystkim kartograficznych, zajmuje się szereg zakładów naukowobadawczych, szkół wyższych oraz rosnąca liczba firm komercyjnych. Szczególna rola w tym sektorze przypada będącemu owocem partnerstwa publiczno-prywatnego (kapitału prywatnego i Agencji Mienia Wojskowego) Satelitarnemu Centrum Operacji Regionalnych SCOR S.A. polskiemu operatorowi stacji odbiorczej satelity IKONOS. 6. Kierunki rozwoju satelitarnej obserwacji Ziemi i jej zastosowanie w Polsce O specyfice obserwacji satelitarnej Ziemi na tle pozostałych aplikacji satelitarnych świadczy fakt, iż już w chwili obecnej można z dużym prawdopodobieństwem określić potencjalne możliwości techniczne oferowane przez ten sektor w przyszłości. Biorąc pod uwagę znajdujące się obecnie w fazie planistycznej lub konstrukcyjnej misje satelitarne wraz z umieszczoną na nich aparaturą, da się z dużą dozą pewności przewidywać spektrum właściwości technicznych, jakie systemy te będą oferować. Równocześnie należy wyraźnie podkreślić, iż o stopniu wykorzystania produktów dostarczanych przez satelity obserwacyjne decydować będą w równym stopniu parametry techniczne i szeroko rozumiane czynniki polityczne, ekonomiczne i społeczne, jak również przyjęte rozwiązania organizacyjne i prawne, zwłaszcza w sektorze publicznym Zwiększenie liczby satelitów skrócenie czasu rewizyty nad danym obszarem Cechą charakterystyczną sektora jest znaczny wzrost liczby satelitów służących obserwacji Ziemi. Tendencja ta dotyczy zarówno podmiotów europejskich i amerykańskich, od dawna aktywnych w tej dziedzinie, jak i nowych, o charakterze co najmniej częściowo komercyjnym. Wzrost zaangażowania podmiotów komercyjnych widoczny jest zwłaszcza, choć nie wyłącznie, w wypadku mniejszych gabarytowo i mniej wymagających technologicznie konstrukcji satelitarnych. W skali światowej, na następnych kilkanaście lat planuje się co najmniej 90 misji o takim charakterze. W związku ze zwiększeniem liczby misji pozostaje także różnicowanie samych operatorów satelitarnych, jak również oferowanych przez nich usług. Ten trend skutkować będzie przede wszystkim rozszerzoną ofertą wyboru partnerów i produktów także dla polskiego publicznego i komercyjnego odbiorcy. Bezpośrednim skutkiem zwiększenia liczby satelitów obserwacyjnych Ziemi jest wymierne skracanie się okresu czasu od zamówienia do otrzymania zobrazowania satelitarnego i częstsza aktualizacja danych w wypadku ciągłego monitorowania określonego obszaru. Zjawisko to ma związek zarówno ze zwiększonym zaawansowaniem technologicznym aparatury umieszczonej na satelitach i w stacjach odbiorczych, jak i ze zwiększeniem liczby tych stacji oraz rozwojem ich mobilnych wersji Wzrost liczby i znaczenia satelitów pracujących w technologii radarowej (mikrofalowej) W perspektywie najbliższych lat istotne stanie się zwiększenie udziału satelitów pracujących w technologii radarowej w stosunku do dotychczas przeważających ilościowo satelitów optycznych. Jako przykład można wymienić niemieckie satelity Sar-Lupe, TerraSAR-X czy TanDEM-X. Upowszechnianie się technologii radarowej umożliwiającej pozyskiwanie 13

14 obrazów niezależnie od zachmurzenia ma istotne znaczenie też dla polskiego użytkownika ze względu na warunki pogodowe, które często ograniczają dostępność zobrazowań optycznych. W polskich warunkach zobrazowania wykonane w technologii radarowej mogą okazać się szczególnie przydatne w zarządzaniu kryzysowym, w sektorze obronnym oraz w zastosowaniach związanych z badaniem i ochroną środowiska (np. sytuacje powodziowe, ocena wilgotności gleb, badanie struktury geologicznej, ocena skażenia terenu). Bardzo ważnym zastosowaniem interferencyjnych metod mikrofalowych jest także możliwość budowy cyfrowych modeli terenu (Digital Terrain Model/DTM). Obróbka zobrazowań wykonanych w paśmie mikrofalowym przedstawia sobą nieco większe wyzwanie niż tych wykonanych w paśmie optycznym i wymaga bardziej zaawansowanego oprogramowania dostarczanego aktualnie przez nielicznych dostawców w skali światowej Polepszanie rozdzielczości przestrzennej przy utrzymaniu znacznego pola widzenia satelity Jednym z najważniejszych kierunków rozwoju sektora obserwacji Ziemi jest dążenie do pozyskiwania obrazu w szerokim pasie terenu w możliwie dobrej rozdzielczości przestrzennej Konstelacje satelitów Kolejną różnicę w stosunku do aktualnego stanu sektora stworzy widoczna już obecnie tendencja do planowania misji obserwacyjnych w formule konstelacji, a nie jak dotychczas pojedynczo umieszczanych na orbicie satelitów. Konstelacje takie jak Rapid-Eye, TerraSAR- X, TanDEM-X, CosmoSky-MED Pleiades, Surrey Satellite Technologies Ltd. czy planowane Sentinels zapewnią z jednej strony częstsze pokrycie tego samego terenu, z drugiej lepszą możliwość zapewnienia ciągłości usług w wypadku awarii któregoś z satelitów. Skrócony okres rewizyty ma szczególne znaczenie przy zwalczaniu klęsk żywiołowych, dla potrzeb zapewnienia obrony i bezpieczeństwa oraz przy ciągłym monitoringu określonych obszarów Technologie hiperspektralne Technologie hiperspektralne to kolejny kierunek rozwoju sektora. Oczekuje się, że w roku 2012 dostępne będą zobrazowania z dwóch satelitów o rozdzielczości 30 m, przeznaczone dla zastosowań komercyjnych i naukowych. Zobrazowania hiperpektralne dostarczają bardzo szczegółowych informacji o właściwościach fizyko-chemicznych obserwowanego obiektu i często pozwalają na jego identyfikację. Upowszechnienie technologii hiperspektralnych otworzy szeroką gamę nowych zastosowań zobrazowań satelitarnych, od lokalizacji Paryż z satelity eksperymentalnego EO-1 (Hyperion) i identyfikacji skażeń, przez precyzyjną ocenę stanu roślinności i identyfikację czynników zanieczyszczenia środowiska, (np. zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi, ocena kondycji lasów) po poszukiwanie nowych złóż ropy i gazu. Obecnie zdjęcia hiperspektralne wykorzystuje się m.in. w celach nieinwazyjnej archiwizacji archeologicznej Rozwój małych satelitów potencjalny przełom na rynku obserwacji satelitarnej Rozwój i popularyzacja technologii małych satelitów jest kolejnym trendem na najbliższe lata. Zmniejszenie wielkości satelitów nie musi oznaczać ograniczenia ich zaawansowania technologicznego i możliwości obserwacyjnych, natomiast niewątpliwie zaowocuje znacznym ograniczeniem kosztów produkcji, wynoszenia na orbitę i eksploatacji. Impuls 14

15 ekonomiczny w postaci kilkukrotnego obniżenia kosztów może doprowadzić do powstawania nowych podmiotów, pochodzących spoza tradycyjnego kręgu operatorów satelitarnych (głównie narodowych i międzynarodowych agencji kosmicznych oraz dużych firm bazujących w znacznej mierze na publicznych kontraktach). Firmy te, kierując się typowo rynkową motywacją, mogą w dłuższej perspektywie zrewolucjonizować rynek produktów i usług opartych na obserwacji satelitarnej Bezpośredni odbiór obrazów z satelity W niektórych zastosowaniach obserwacji satelitarnej, zwłaszcza tam, gdzie jest wielu potencjalnych użytkowników równocześnie, gdzie istotny jest czas od wykonania zobrazowania do jego otrzymania i gdzie nie ma potrzeby zaawansowanego przetwarzania zdjęć, bardzo użyteczną może okazać się możliwość bezpośredniego odbierania przez użytkownika obrazów rozsyłanych przez satelitę natychmiast po ich wykonaniu. Użytkownik nie ma wpływu na pracę satelity, unika jednak opóźnienia i konieczności posiadania łącza szerokopasmowego. Takie rozwiązanie okaże się zapewne niezwykle użyteczne podczas operacji wojskowych i klęsk żywiołowych, gdy operator satelity w dalszym ciągu wybierał będzie obszary wymagające obserwacji, natomiast nie będzie potrzeby przekazywania odebranych obrazów do rozproszonych odbiorców. Wydaje się iż te możliwości mogą znaleźć również wiele innych, nowatorskich zastosowań, także skierowanych do masowego odbiorcy. Rozwiązanie to wprowadziła już organizacja Europejska Organizacja Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych EUMETSAT, dzięki czemu odbiorcy zainteresowani pozyskiwaniem obrazów meteorologicznych mogą odbierać je bezpośrednio z satelitów geostacjonarnych przy użyciu zwykłej anteny do odbioru telewizji satelitarnej (zasada transmisji jest zresztą identyczna jak w telewizji satelitarnej satelita nie odbiera żadnych informacji od użytkownika, a jedynie stale rozsyła sygnał, który jest odbierany przez wszystkich zainteresowanych) Obserwacja Ziemi z orbity geostacjonarnej Obecnie wciąż trwają prace nad umieszczaniem satelitów (lub instrumentów) teledetekcyjnych o średniej i wysokiej rozdzielczości na orbicie geostacjonarnej. Zainstalowane na satelicie krążącym po orbicie geostacjonarnej sensory musiałyby odebrać obraz z odległości km, zamiast około 700 km, który to pułap jest wysokością orbity większości dzisiejszych satelitów obserwacyjnych. Umieszczenie satelitów teledetekcyjnych na orbicie geostacjonarnej, choć jest gigantycznym wyzwaniem technologicznym i technicznym, pozwoliłoby kilku (teoretycznie nawet tylko trzem) satelitom na obserwowanie prawie całego obszaru globu (wyjąwszy obszary podbiegunowe) oraz umożliwiłoby uzyskiwanie obrazów w czasie niemal rzeczywistym Wzbogacanie oferty dostępnych produktów Komercyjni operatorzy satelitów obserwacyjnych Ziemi dążą obecnie do jak największego wzbogacenia udostępnianej przez nich oferty produktów. O ile najpopularniejszym dotychczas dostarczanym produktem teledetekcyjnym było zobrazowanie satelitarne i ortofotomapa, to w perspektywie najbliższej przyszłości można oczekiwać, iż katalog oferowanych przez operatorów usług i produktów będzie szerszy i lepiej dostosowany do wymagań i potrzeb bezpośrednich odbiorców. Pozostawienie systemów otwartymi umożliwi klientowi także indywidualne dostosowanie ich do własnych zasobów, zapotrzebowania, czy mechanizmów procesowania. Operatorzy satelitarni lub bezpośrednio współpracujące z nimi 15

16 podmioty będą oferować poprawki radiometryczne i geometryczne w zależności od zamówień klientów, mapy cyfrowe, cyfrowe modele terenu, etc Upowszechnianie dostępu do danych geoinformacyjnych Inicjatywy współpracy międzynarodowej, takie jak GEOSS i Copernicus, służą koordynacji programów obserwacyjnych w skali globalnej. Ich realizacja (podobnie jak europejski program INSPIRE) wpływa na upowszechnianie standardów zapisu i przechowywania zobrazowań oraz przetworzonej informacji geoprzestrzennej. W efekcie rozwijają się coraz bogatsze bazy danych, kompilowane w szczególności z materiałów archiwalnych. Ponadto, zgodnie z planami i założeniami programów międzynarodowych, bazy zobrazowań satelitarnych stopniowo przeradzają się w globalnie zintegrowane bazy danych oferujące gotowy produkt - informację geoprzestrzenną. W założeniu łatwe w obsłudze bazy mają oferować informacje przestrzenne i środowiskowe w atrakcyjnej cenowo ofercie, zwłaszcza dla użytkownika publicznego. W skali światowej już w chwili obecnej istnieje szereg inicjatyw i programów, których celem jest integracja danych pochodzących z satelitarnej obserwacji Ziemi, systemów in situ, jak również informacji dostarczanych przez międzynarodowe, regionalne i narodowe systemy pochodne. Wybrane globalne systemy współpracy w sektorze satelitarnej obserwacji Ziemi: World Weather Watch (WWW WMO) Global Observing System (operacyjny system 10 tysięcy stacji naziemnych wspierany przez 5 satelitów geostacjonarnych, dostarczający co 3 godziny informacji o parametrach meteorologicznych tj. ciśnienie atmosferyczne, siła i kierunek wiatru, temperatura i wilgotność powietrza), Global Terrestrial Observing System, Global Climate Observing System, Global Ocean Observing System, Integrated Global Observing Strategy (IGOS), Committee on Earth Observations (CEO), International Charter Space and Major Disasters (porozumienie kilkunastu światowych agencji kosmicznych i operatorów satelitarnych, oferujące zunifikowany system pozyskiwania i dostarczania danych dla podmiotów dotkniętych katastrofami naturalnymi oraz wywołanymi przez człowieka Upowszechnienie i popularyzacja produktów obserwacji satelitarnej W związku z pojawieniem się nowych aplikacji w rodzaju Google Earth wykorzystujących zastrzeżone do tej pory dla ograniczonej ilościowo i jakościowo grupy użytkowników zobrazowania satelitarne, już obecnie zaobserwować można pewną zmianę podejścia związaną z wykorzystaniem tego narzędzia. Aplikacje softwareowe typu Google Earth powodują przełamanie tzw. bariery papieru i sprawiają, iż zobrazowania satelitarne stają się dostępne dla szerokich kręgów społecznych i zawodowych, a jedynym warunkiem jest posiadanie komputera i łącza internetowego. Według przewidywań, ułatwiony dostęp do produktów obserwacji satelitarnej zwłaszcza wśród młodych użytkowników, ma ogromny potencjał katalizujący rozwój nowych aplikacji powstających na ich bazie. 16

17 7. Perspektywy rozwoju do 2020 roku Rozwój sektora satelitarnej obserwacji Ziemi, jak i związanych z nią technik teledetekcyjnych w perspektywie roku 2020 zależeć będzie od zapotrzebowania na produkty i usługi sektora publicznego oraz od rozwoju rynku komercyjnego w tej dziedzinie. W sektorze publicznym znaczący wpływ będzie miała sytuacja geopolityczna, a w konsekwencji skala i charakter potrzeb sektora obronnego i bezpieczeństwa. Z drugiej strony wzrost jakości i dostępności informacji geoprzestrzennej spowoduje coraz powszechniejsze ich wykorzystywanie do świadomego podejmowania różnego rodzaju decyzji, a to z kolei napędzać będzie zapotrzebowanie na coraz nowsze i możliwie często aktualizowane informacje. Istotne znaczenie będzie mieć także powodzenie obecnie podejmowanych inicjatyw i projektów międzynarodowych, służących nie tylko koordynacji programów obserwacyjnych, ale i upowszechnianiu możliwie najłatwiejszego dostępu do bogactwa ciągle gromadzonych geoinformacji. Wzrost ich użyteczności i dostępności decydować też będzie o ich wykorzystaniu przez rynek komercyjny. Szybki rozwój społeczeństwa informacyjnego i coraz większa ilość informacji konieczna dla codziennego funkcjonowania biznesu każe oczekiwać wzrastającego zapotrzebowania na geoinformacje. Kluczowe podmioty sektora komercyjnego (m.in. korporacje międzynarodowe) dla swoich strategicznych i operacyjnych decyzji wymagać będą bowiem, podobnie jak podmioty sektora publicznego, możliwie najlepszej i zaktualizowanej wiedzy o otaczających warunkach. Ponadto pierwsze doświadczenia z serwisami w rodzaju Google Earth wskazują, iż może nastąpić gwałtowny wzrost rynku w sektorze klientów indywidualnych, gdzie dane satelitarne mogą być podstawą dla wielu innowacyjnych produktów, zwłaszcza wykorzystywanych w połączeniu z coraz szerzej stosowanymi systemami nawigacji satelitarnej, poczynając od asystowania turystom, a kończąc na grach w wirtualnej rzeczywistości. Można oczekiwać, iż niektóre tendencje technologiczne zarysowane wyżej, w 2020 roku osiągną już zdecydowaną dojrzałość. Stanie się tak zapewne zwłaszcza w zakresie polepszania rozdzielczości przestrzennej i pola widzenia satelity, upowszechniania obserwacji radarowych oraz skracania czasu rewizyty przez wykorzystywanie konstelacji małych satelitów. Ponadto prawdopodobnie szerzej dostępne będą technologie hiperspektralne. W efekcie obserwacje satelitarne pozwolą na ciągły monitoring wybranych obszarów i będą dostarczać wielkoobszarowych, wysokorozdzielczych danych, w powszechnie akceptowalnym formacie, szybko i po atrakcyjnej cenie, a dostęp do nich będzie możliwy w przyjaznej dla użytkownika formie. Interesujące perspektywy mogą się także otworzyć dzięki rozwojowi systemów sztucznej inteligencji, których wykorzystanie do przetwarzania obrazów satelitarnych może pozwolić na automatyczne wytwarzanie ogromnej ilości zaawansowanych informacji geoprzestrzennych. Może to doprowadzić do zmian jakościowych sektora, czyniąc z obserwacji satelitarnej jedno z kluczowych narzędzi budowania cyfrowego świata opisującego rzeczywistość. Tego rodzaju bogate środowisko geoinformacyjne, oparte na stale aktualizowanej informacji o świecie rzeczywistym, wraz z rozpowszechnieniem się informacji o położeniu, uzyskiwanej dzięki nawigacji satelitarnej i powszechnej dostępności łączności szerokopasmowej, może stać się jednym z fundamentów umożliwiających funkcjonowanie zaawansowanego społeczeństwa informacyjnego. Podobnie jak w wypadku łączności satelitarnej, rozwój technik obserwacji satelitarnej ma przed sobą również poważne wyzwania wynikające z konkurencji systemów ziemskich nie tyle nawet ze strony tradycyjnej obserwacji lotniczej, co samolotów bezzałogowych 17

18 i platform stratosferycznych. Wydaje się jednak, iż przy wszystkich zaletach tych rozwiązań, związanych z dyspozycyjnością i elastycznością operacji, mniejszymi wyzwaniami technologicznymi i mniejszymi kosztami budowy, systemy satelitarne pozostaną komplementarne, oferując informacje wielkoobszarowe, coraz tańsze i zbierane nad całą powierzchnią Ziemi bez konieczności naruszania przestrzeni powietrznej nad obserwowanym obszarem. 8. Obserwacja satelitarna na świecie i Polsce prognoza stanu sektora na rok Główni użytkownicy: administracja centralna i samorządowa, wojsko i sektor bezpieczeństwa, służby państwowe w zakresie zarządzania kryzysowego, pozarządowe organizacje niosące pomoc, przedsiębiorstwa komercyjne rozwijające niestandardowe aplikacje przy wsparciu produktów obserwacji satelitarnej Ziemi, przeciętny europejski obywatel - niezależnie od profilu działalności czy zainteresowań posiadacz przenośnego terminala wielofunkcyjnego, instytucje naukowo-badawcze. 2. Główne produkty: zobrazowanie o rozdzielczości rzędu kilkunastu centymetrów dostępne w razie potrzeby w czasie rzeczywistym, normalnie w czasie kilku dni, wykonywane na zamówienie, dostępne za pomocą znajdującego się w powszechnym użytku przenośnego terminala, po niskiej cenie, ze źródeł tak publicznych, jak i komercyjnych, obszerne, przystępnie skatalogowane archiwa i bazy danych obejmujące nie tylko nieprzetworzone zdjęcia, ale i całe systemy informacji geoprzestrzennej dostępne tak dla użytkownika instytucjonalnego, jak i indywidualnego, oparte na regularnie aktualizowanych obrazach o rozdzielczości kilku metrów, w wielu wypadkach udostępniane w cenie biletu komunikacji miejskiej lub bezpłatnie. 3. Usługi: powszechne i tanie usługi dla masowego odbiorcy, gdzie produkty obserwacji Ziemi są narzędziem wspierającym inne rodzaje informacji geoprzestrzennej oraz inne rodzaje aplikacji satelitarnych, usługi skoordynowane w skali europejskiej i światowej dzięki istnieniu transnarodowych programów integracji danych i informacji. 4. Zagrożenia: narażenie na celową i przypadkową dezinformację związaną ze zwiększeniem dostępności zdjęć satelitarnych dla szerokich, niewykwalifikowanych w ich analizie i interpretacji grup społecznych i zawodowych, zagrożenia typu politycznego ze względu na dywersyfikację źródeł dostępu do produktów obserwacji Ziemi i zwiększonej roli dostawców prywatnych, duża i stale zwiększająca się zależność indywidualna od dostępu do aktualnych danych. 18

19 9. Obszary zainteresowania w programie Copernicus Głównym celem programu Copernicus jest dostarczanie aktualnej informacji dla obywateli i decydentów w pięciu obszarach: 9.1. Monitorowanie powierzchni Ziemi Usługi oferowane w ramach GMES Service Element Land obejmują dostarczanie informacji o użytkowaniu ziemi i zachodzących w nim zmianach, stanie drzewostanów, stanie pokrywy glebowej, jakości wód, rozwoju roślin uprawnych, rozwoju urbanizacji i różnych wskaźnikach środowiskowych. Projekty realizowane w ramach programu Copernicus służą budowaniu systemów szybkiego operacyjnego dostarczania informacji w ramach tzw. Fast Track Services. Obejmują one też element związany z bezpieczeństwem żywnościowym na obszarze sub-saharyjskiej Afryki, tzw. program Global Monitoring for Food Security (GMFS). Ten obszar obsługiwany jest przez serwis Geoland2. Główne założenia serwisu to: 1. Zakres tematyczny: wykorzystanie terenu i zmian pokrycia terenu, przepuszczalność gleb, jakość i dostępność wody - koncentracja na identyfikacji i zarządzaniu składnikami odżywczymi oraz wielkości pestycydów w obiegu wody, planowanie przestrzenne, gospodarka leśna, bilans węgla, globalne zagrożenia plonów rolnych. 2. Potencjał operacyjny: geoportal: GeoExpert portal: regionalne i globalne obserwacje, szacowanie dzienne, sezonowe i roczne. 3. Produkty i usługi: serwisy dostarczające mapy lądów oferują informacje o pokryciu, użytkowaniu i zmianach pokrycia terenu, jak też biofizyczne parametry jako wkład do bardziej zaawansowanych produktów, serwisy dostarczające informacje oferują konkretne dane na potrzeby europejskiej polityki dotyczącej ochrony środowiska i międzynarodowych umów dotyczących zmian klimatu, bezpieczeństwa żywnościowego i zrównoważonego rozwoju w Afryce, Urban Atlas - zawiera 19 klas tematycznych wraz z minimalną rozdzielczością terenową 0.25 ha dla klas miejskich i 1 ha dla pozostałych, pokrycie terenu CORINE (Corine Land Cover - CLC) - jedyna zharmonizowana europejska baza danych pokrycia terenu - oferuje 44 klasy tematyczne; przyczynia się do powstania i prezentacji 5 wysokorozdzielczych warstw (nieprzepuszczalne obszary, lasy, łąki, małe zbiorniki wodne, tereny podmokłe). 4. Podstawowe zmienne klimatyczne: przepływ rzeki, zużycie wody, ilość wód podziemnych, poziom i właściwości jezior, pokrycie śnieżne, pokrywa śnieżna i ekwiwalent wodny śniegu, objętość oraz zasięg lodowców i czasz lodowcowych, wieczna zmarzlina i grunt okresowo zamarzający, 19

20 albedo, pokrycie terenu (w tym typ wegetacyjny), Leaf Area Index (LAI), biomasa, zaburzenia pożarowe, wilgotność gleby (powierzchniowo i strefa korzeniowa). 5. Metodologia: teledetekcja, pomiary in situ. 6. Użytkownicy: administracje miast, instytucje zajmujące się planowaniem przestrzennym, instytucje europejskie (np. DG-REGIO, DG-ENV, EEA), badacze zmian klimatu, Światowy Program Żywnościowy, Organizacja ONZ ds. Wyżywienia i Rolnictwa, narodowe agencje leśne/rolnicze, regionalne jednostki wodne, narodowe i regionalne agencje ochrony środowiska, właściciele i zarządzający lasami, organizacje pozarządowe itd Monitorowanie mórz i oceanów Usługi oferowane w zakresie monitorowania mórz i oceanów obejmują dostarczanie informacji o stanie i dynamice wód morskich, strefach przybrzeżnych oraz pokrywie lodowej. W ich ramach dokonywane są analizy i symulacje służące zapewnieniu bezpieczeństwa transportu morskiego, eksploatacji zasobów mórz, zmniejszeniu zagrożeń środowiskowych takich jak zanieczyszczenia olejem lub nadmiernym rozwojem glonów. Usługi te są również elementem składowym badania zmienności klimatu i prognozowania pogody. Ten obszar obsługiwany jest przez serwis MyOcean. Główne założenia serwisu to: 1. Zakres tematyczny: bezpieczeństwo morskie, zanieczyszczenia i jakość wód, zarządzanie zasobami morskimi, zmiany klimatu, prognozy sezonowe, działalność przybrzeżna, badanie pokrywy lodowej morza, monitorowanie/wykrywanie wycieków ropy naftowej. 2. Potencjał operacyjny: Portal MyOcean jest głównym źródłem dostępu do produktów i serwisów MyOcean; wszystkie produkty są dostępne w wersji elektronicznej; dostęp będzie możliwy przez serwery OPeNDAP, FTP i SFTP, nowy serwis europejski, powstały na podstawie minionych inwestycji na badania i rozwój, rozwój systemów, międzynarodowej współpracy. 3. Produkty i usługi: Serwis V0 (obecny - pozwala na swobodny dostęp do regionalnego, europejskiego i światowego katalogu produktów, który został stworzony dzięki poprzednim projektom, takim jak MERSEA, MARCOAST, POLARVIEW, ECOOP, GLOBCOLOR), V1 Service (w pełni zintegrowany system oferuje dostęp do jednej bazy i bezpośredni dostęp do wszystkich produktów; serwis zawiera funkcjonalności dyrektywy INSPIRE: odnajdywanie, wizualizację, ściąganie, inne narzędzia oraz 24/7 sekcję pomocy), obejmuje 7 obszarów geograficznych: Morze Śródziemne, Morze Czarne, Północno- Zachodni Szelf, obszar IBI-ROOS (the Iberia-Biscay Ireland Regional Maritime Area), Morze Bałtyckie, Morze Arktyczne, Wszechocean (ocean światowy). 20