Tālizpēte ir informācijas iegūšana par objektu vai parādību bez fiziska kontakta ar pētāmo objektu pretēji lauka pētījumiem. Šodienas izpratnē tālizpēte saistās ar aviācijas sensoru tehnoloģiju pielietošanu, lai noteiktu un klasificētu objektus uz Zemes virsmas, atmosfērā un okeānos, izmantojot no satelīta, lidaparāta emitēto, un tad no objekta atstaroto un uzkrāto elektromagnētisko starojumu vai arī izkliedēto Saules gaismu.[1]

Zemes virsmas tālizpēte (angliski – remote sensing of the Earth) ir lietišķās zinātnes virziens, kas ļauj apmierināt plašas cilvēces praktiskās vajadzības visā pasaulē. Kā piemērus var minēt veģetācijas (mežu, pļavu un ganību, lauksaimniecības kultūru) bioloģiskā stāvokļa novērtēšanu; meža ugunsgrēku, plūdu, rūpniecisku avāriju konstatēšanu, to apjoma un ietekmētās teritorijas robežu noteikšanu; apkārtējās vides piesārņojuma noteikšanu; teritoriālo plānošanu, ieskaitot pilsētplānošanu; ģeoloģiju, ieskaitot derīgo izrakteņu atradņu meklēšanu; arheoloģiju; militāro izlūkošanu u.c. jomas. Rietumeiropas valstīs tālizpēte, starp citu, tiek izmantota, lai kontrolētu zemnieku saimniecību deklarāciju par lauksaimniecības zemes izmantošanu atbilstību patiesībai un līdz ar to lauksaimniecībai domāto Eiropas Savienības tiešmaksājumu pamatotību. Minētie tālizpētes praktiskie pielietojumi pakāpeniski kļūst pieejami arī Latvijā.

Modernā Zemes virsmas tālizpēte galvenokārt tiek veikta dažādos elektromagnētiskā starojuma diapazonos – redzamajā gaismā, infrasarkanajos staros, radioviļņos. Specifiskos pētījumos tiek izmantots arī gamma staru diapazons, tomēr to turpmāk neaplūkosim. Izmantojamie instrumenti parasti ir uzstādīti uz Zemes mākslīgajiem pavadoņiem (satelītiem), lidmašīnām vai bezpilota lidaparātiem. Tālizpēte kā zinātnes nozare pēta datu apstrādes metodes, ar kurām no instrumenta iegūtā attēla var iegūt derīgo informāciju.

Sistemātiska lielu teritoriju un pat visas Zemes virsmas novērošana kļuva iespējama, tikai pateicoties Zemes mākslīgajiem pavadoņiem. Viens no pirmajiem, bet joprojām globāli nozīmīgajiem civilas nozīmes tālizpētes instrumentu piemēriem ir ASV multispektrālo satelītu sērija „Landsat” ar telpisko izšķirtspēju 15 – 30 m robežās, no kuriem „Landsat-1” palaida 1972. gadā, bet „Landsat-8” – 2013. gadā. Vēlāk tika palaisti arī civilas nozīmes pavadoņi ar ievērojami lielāku telpisko izšķirtspēju, kā Francijas sērija „Spot” (jaunākajiem pavadoņiem „Spot-6” un „Spot-7” ir 1,5 m vai 6 m izšķirtspēja atkarībā no darbības režīma), „WorldView-3” (multispektrālie attēli ar 1,24 m izšķirtspēju), „RapidEye” (5 m izšķirtspēja) u.c.

Daudz lielāka telpiskā izšķirtspēja, bet daudz mazāka teritorijas aptvere ir uz lidmašīnām un bezpilota lidaparātiem uzstādītajiem instrumentiem. Uz šiem lidaparātiem nereti uzstāda LIDAR iekārtas jeb lidarus, kas raida uz Zemi ļoti īsus, viens otram sekojošus lāzera impulsus (visbiežāk – tuvajā infrasarkanajā diapazonā) un uztver atstarotos signālus, kartējot Zemes virsmu un uz tās esošos objektus (koku lapotni, ēkas u.c.) ar dažu desmitu centimetru izšķirtspēju. Turklāt, uz lidmašīnām uzstāda arī hiperspektrālos sensorus, kuru spektrālā izšķirtspēja optiskajā diapazonā ir ar lieluma kārtu daži nanometri, un spektra joslu kopskaits – vairāki simti; šādus novērojumus jau var uzskatīt par zemas dispersijas spektroskopiju, un tie var dot ievērojami precīzāku informāciju par novērojumu objekta īpašībām.

Sintezētās apertūras radarus (SAR) parasti uzstāda uz Zemes mākslīgajiem pavadoņiem. Radars raida īsus radioviļņu impulsus un uztver atstarotos impulsus. SAR procesors interferometriski apstrādā viens otram sekojošos atstarotos impulsus, kas uztverti dažādos pavadoņa orbītas punktos, matemātiski sintezējot ļoti liela ģeometriskā izmēra (pavadoņa kustības virzienā) antenu un tā iegūstot augstu telpisko izšķirtspēju.

Pasaulē ir uzkrāta liela pieredze tālizpētes datu apstrādē un dažāda veida derīgās informācijas atšifrēšanā. Tomēr datu apstrādes metodes var būt atkarīgas no ģeogrāfiskā rajona, kuram tās tiek pielietotas, piemēram, meža multispektrālais attēls ir atkarīgs no galvenajām koku sugām (tātad klimata), gadalaika, augsnes mitruma u.c. Tādēļ Latvijas (un visas Ziemeļeiropas) speciālistu dabisks uzdevums, kas pakāpeniski tiek risināts, ir pirmām kārtām adaptēt pasaulē zināmās tālizpētes datu apstrādes metodes Ziemeļeiropas un konkrēti Latvijas ģeogrāfiskajām, klimatiskajām, floras u.c. īpatnībām. Šāda veida pētījumi notiek Ventspils Augstskolā, Latvijas valsts mežzinātnes institūtā „Silava”, Latvijas Lauksaimniecības universitātē, Vides risinājumu institūtā un, iespējams, arī citur.

Tālizpētes datu apstrādes metodes ir pakāpeniski attīstītas vairākus gadu desmitus, tomēr to praktiskā pielietošana joprojām nereti sagādā grūtības. Neskaitāmās potenciālo pielietojumu sfērās tālizpētes dati netiek izmantoti praksē grūti interpretējamu rezultātu dēļ. Derīgu, praktiski izmantojamu rezultātu ieguvei ir optimāli, ja pētījumā tieši sadarbojas tālizpētes speciālisti, kas pārzin visas attēlu apstrādes metožu nianses, un citu dabaszinātņu nozaru speciālisti, kas detalizēti pārzin gala lietojumu nozares.

Ventspils Augstskolas līdzšinējā darbība un nākotnes nodomi tālizpētes jomā attiecas uz Ziemeļeiropas reģiona novērojumu apstrādi un interpretāciju galvenokārt platās optiskā un tuvā infrasarkanā spektra joslās ar multispektrālajiem sensoriem, kā arī ar lidariem un sintezētās apertūras radariem. Paredzēts arī uzsākt pētījumus hiperspektrālo attēlu interpretācijā.

Tālizpētes virziena izveidošanas inicators VeA bija profesors, Dr.hab.phys. Juris Žagars, kurš VeA 2005./2006. mācību gadā izveidoja datorzinātņu maģistra studiju programmu ar specializāciju tālizpētē un attēlu apstrādē. Jau sākotnēji mērķis bija sagatavot jaunos speciālistus, labākos no tiem cenšoties iesaistīt pētījumos VeA. 2014. gada rudenī šīs programmas vadību pārņēma docents Jānis Hofmanis, kurš savulaik pats bija viens no pirmajiem šīs pašas maģistratūras programmas absolventiem, bet doktorantūrā studēja un doktora grādu aizstāvēja Francijā.

Pirmie nelielie pētījumi VeA zinātniskajā institūtā VSRC, tolaik vēl patstāvīgā zinātniskā iestādē, bija saistīti ar mežu ugunsgrēku detektēšanu un to izplatīšanās modelēšanu. Turpmāko pētījumu virzienu izvēli lielā mērā noteikusi iespēja piesaistīt finansējumu galvenokārt dažādos projektu konkursos. Neraugoties uz šādas attīstības zināmā mērā stihisko un haotisko raksturu, tomēr šobrīd ir skaidri iezīmējusies VeA specializācija divos pamatvirzienos: a) mežu stāvokļa optisko, infrasarkano, LIDAR un SAR novērojumu interpretācija (meža inventarizācija, biomasas krājas noteikšana u.c.), b) ar satelītu SAR iegūtu Baltijas jūras virsmas attēlu apstrāde naftas piesārņojuma konstatēšanai un izsekošanai. VeA ir izveidota kompetence nodarboties arī ar cita veida pētījumiem (lauksaimniecības zemes novērojumu interpretācija, ūdens resursu monitorings, pilsētvides monitorings).

Pētījumi šajā jomā galvenokārt tiks veikti satelītattēlu apstrādes un iespējamo pielietojumu jomā. Satelītattēlu uztveršana un apstrāde ir viens no pasaulē visvairāk komercializētajiem lietišķo kosmisko pētījumu apakšnozarēm. Satelītattēlu izmantošana (gan optiskajā un infrasarkanajā diapazonā, gan arī sintezētās apertūras radaru (SAR) attēli) spēj dot ļoti lielu ekonomisko efektu dažādās saimnieciskās dzīves jomās, it īpaši, ja tos kombinē ar citiem datu tipiem – LIDAR datiem, aerofotogrāfijām, lauka novērojumiem utt. Zemes virsmas tālizpētes datu analīzei var būt liela nozīme, piemēram, teritoriālajā plānošanā, dažādu biotopu monitoringā (meža inventarizācijā, meža ugunsgrēku detektēšanā, lauksaimniecības kultūru ražas stāvokļa noteikšanā, augu biomasas produktivitātes noteikšanā), apkārtējās vides stāvokļa monitoringā (naftas produktu u.c. piesārņojuma konstatēšana ūdenstilpēs, plūdu konstatēšana un prognozēšana).

[1] Lillesand, Thomas, Ralph W. Kiefer, and Jonathan Chipman. Remote sensing and image interpretation. John Wiley & Sons, 2014.