Автоматизированная обработка рассекреченных спутниковых снимков KH-9 Hexagon для анализа глобальных изменений высот с 1970-х годов

Наблюдение изменений топографии земной поверхности важно для многих дисциплин наук о Земле. Документирование этих изменений в течение нескольких десятилетий в региональном и глобальном масштабах по-прежнему представляет проблему из‑за ограниченной доступности подходящих спутниковых данных до 2000 года. Рассекреченные аналоговые спутниковые снимки американской разведывательной программы Hexagon (KH-9), охватившей почти все сухопутные поверхности в 1972–1986 гг. с метрическим разрешением, предоставляют уникальную возможность заполнить пробел в наблюдениях. Однако массовая обработка аналоговой съемки остается сложной задачей. Мы разработали автоматизированный рабочий процесс для генерации цифровых моделей рельефа (DEM) и ортофотопланов из отсканированных стереоснимков картографической камеры KH-9. Рабочий процесс включает этап предварительной обработки для коррекции искажений пленки и сканирования и кадрирования отсканированных изображений, а также этап стереовосстановления с использованием открытой программы NASA Ames Stereo Pipeline. Обработка нескольких сотен пар изображений позволила оценить надежные параметры камеры для каждой миссии KH-9, что обеспечило коррекцию смещений по высоте на величины в несколько десятков метров. Полученные DEM были верифицированы по различным эталонным данным высот, включая заснеженные ледники с ограниченной текстурой изображения. Пич-уровневая неопределенность высот оценена в 5 м при уровне доверия 68% и менее 15 м при 95% уровне. Мы оценили неопределенность пространственно усредненных изменений высот и изменений объема как эмпирическим, так и аналитическим подходами и особенно обращаем внимание на крупномасштабные коррелированные смещения, которые могут влиять на оценки изменения объема из таких DEM. Наконец, мы приводим пример исследования долгосрочных изменений высот ледников в Европейских Альпах. Наши результаты демонстрируют пригодность этих исторических снимков для количественного изучения глобальных изменений поверхности за последние 40–50 лет.