Введение 3
Глава 1. Исследования планеты Марс 5
1.1 История изучения четвертой планеты Солнечной Системы 5
1.2 Исследование Марса межпланетной станцией Mars Express европейского космического
агентства 7
1.3 Исследование Марса межпланетной станцией Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) 10
1.4 Mars Trek NASA 13
Глава 2. Обзор марсианского рельефа 16
2.1 Кратеры ударного происхождения 21
2.2 Кратеры карстового происхождения 23
2.3 Кратеры вулканического происхождения 25
Глава 3. Трёхмерные методы изучения марсианских объектов по орбитальным снимкам высокого разрешения 27
3.1 База данных «PILOT» 27
3.2 Подбор и обработка орбитальных снимков 29
3.3 Программное обеспечение Agisoft PhotoScan 31
3.4 Построение трёхмерной модели в Agisoft PhotoScan 32
Заключение 36
Список используемой литературы 38
Приложения
На сегодняшний день наиболее перспективным небесным телом с точки зрения колонизации является Марс. На протяжении последних трёх десятилетий международная программа исследования Марса принесла новые знания о геологической истории планеты. На будущее уже запланировано несколько межпланетных миссий разных стран. Вследствие этого, изучение поверхности Марса становится актуальной задачей.
Для зондирования поверхности Марса были запущены автоматические космические аппараты, одним из которых является марсианский разведывательный спутник «Mars Reconnaissance Orbiter» (MRO). Он сыграл ключевую роль при создании современной карты Марса, выполненной компанией Google совместно с НАСА (National Aeronautics and Space Administration). Спутник оснащён масштабной камерой для получения снимков высокого пространственного разрешения [1]. Эти изображения находятся в открытом доступе для пользователей, которые можно применить для решения фотограмметрических задач. А именно, для построения трёхмерной модели избранного участка поверхности планеты. Такая идея возникала после прочтения статьи «Experience of modeling relief of impact lunar crater Aitken based on high-resolution orbital images», что в переводе означает «Опыт моделирования рельефа ударного лунного кратера Эйткен на основе орбитальных снимков высокого разрешения». Авторы этой работы использовали изображения, которые были получены метрическими и панорамными камерами. В публикации показано, что подробное исследование элементов рельефа планеты с помощью 3D-моделирования может способствовать изучению состояния вещества ударных кратеров на Луне. Модели кратера Эйткен были созданы в программном обеспечении «Agisoft Photoscan», которое было разработано для аэрофотосъёмки земной поверхности [2]. Таким образом, в рамках данной работы будет выполнен эксперимент, связанный с попыткой применить «Agisoft Photoscan» к орбитальной съёмке Марса. Для того чтобы получить правдоподобную модель участка местности, необходимо тщательно отобрать снимки среди огромного количества данных. Построенные 3D модели марсианских объектов могут быть использованы для будущих миссий на Марс.
Цель работы: исследование избранных участков поверхности Марса с помощью снимков высокого разрешения.
Поставленная цель требует решения следующих задач:
• Изучить характеристики марсианского рельефа, в особенности кратеры.
• Выполнить условную классификацию кратеров по их происхождению.
• Найти существующие планетарные системы данных, которые обеспечивают доступ к большому архиву космических снимков NASA.
• Подобрать снимки высокого разрешения выбранных участков поверхности Марса и форматировать для работы с используемым программным обеспечением.
• Построить трёхмерные модели на основе цифровых изображений определенных областей.
В ходе выполненной выпускной квалификационной работы был сделан обзор некоторых уникальных марсианских объектов: вулкана Олимп; кратеров в форме «песочных-часов» со следами таяния ледника и системы взаимосвязанных каньонов «Долина Маринер». Чтобы получить более подробное представление об эволюции планеты, было выполнено исследование того, как образовывались определенные кратеры на поверхности Марса. На основе этого, было принято решение об условной классификации марсианских кратеров по их происхождению. Таким образом, выделено и описано три основных типа кратеров: ударного, карстового и вулканического происхождения.
Для того чтобы исследовать несколько избранных марсианских объектов на основе данных орбитальной съёмки, были изучены характеристики космических аппаратов миссии «Марс Экспресс» и миссии «Марс - разведчик», и освоена поисковая база данных «PILOT», которая содержит в себе снимки, полученные этими приборами. Поскольку при изучении одиночных снимков, бывает трудно различить детали рельефа определенной местности, была выполнена попытка построения трёхмерных моделей в программном обеспечении Agisoft PhotoScan с помощью орбитальных изображений. Изначально, для этого были использованы, снимки стереокамеры высокого разрешения (HRSC) миссии «Марс Экспресс». Опытным путём выявлено, что по изображениям этой миссии не удалось построить реальную модель юго-западной части кальдеры вулкана Олимп. Это может быть связано с тем, что из-за вытянутой орбиты космического аппарата снимки имеют большой угол наклона. В связи с этим, было выбрана миссия «Марс-разведчик», которая оснащена контекстной камерой (CTX). На основе орбитальных данных этого прибора были успешно построены трёхмерные модели двух объектов:
• Юго-западная часть кальдеры вулкана Олимп
Безымянный южный кратер, который находится возле кратера Арима
Построенные трёхмерные модели марсианских кратеров показали, что программное обеспечение Agisoft PhotoScan, предназначенное для аэрофотосъёмки, может обрабатывать орбитальные данные космического аппарата «Марс-разведчик».
