Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) - получение информации о поверхности Земли и объектах на ней, атмосфере, океане, верхнем слое земной коры бесконтактными методами, при которых регистрирующий прибор удален от объекта исследований на значительное расстояние. Общей физической основой дистанционного зондирования является функциональная зависимость между зарегистрированными параметрами собственного или отраженного излучения объекта и его биогеофизическими характеристиками и пространственным положением.

В современном облике дистанционного зондирования выделяются два взаимосвязанных направления - естественно-научное (дистанционные исследования) и инженерно-техническое (дистанционные методы), что нашло отражение в широко распространенных англоязычных терминах remote sensing и remote sensing techniques. Понимание сущности дистанционного зондирования неоднозначно. Аэрокосмическая школа Московского университета им. М.В.Ломоносова в качестве предмета дистанционного зондирования как научной дисциплины рассматривает пространственно-временные свойства и отношения природных и социально-экономических объектов, проявляющиеся прямо или косвенно в собственном или отраженном излучении, дистанционно регистрируемом из космоса или с воздуха в виде двумерного изображения - снимка. Эта существенная часть дистанционного зондирования названа аэрокосмическим зондированием (АКЗ) , что подчеркивает его преемственность с традиционными аэрометодами. Метод аэрокосмического зондирования основан на использовании снимков, которые, как свидетельствует практика, представляют наибольшие возможности для комплексного изучения земной поверхности.

Во всех странах действенным стимулом развития аэрокосмического зондирования служат запросы военных ведомств. С внедрением космических методов и современных цифровых технологий аэрокосмическое зондирование приобретает все более важное экономическое значение и становится обязательным элементом высшего образования в природоведческих вузах, превращается в мощное средство изучения Земли от локальных исследований отдельных компонентов до глобального изучения планеты в целом. Поэтому при изложении различных аспектов аэрокосмического зондирования целесообразно рассматривать его как метод исследований, результативно применяемый во всех науках о Земле, и, прежде всего в географии.

История и современное состояние аэрокосмического зондирования

Дистанционные методы применяются в исследованиях Земли очень давно. Вначале использовались рисованные снимки , которые фиксировали пространственное расположение изучаемых объектов. С изобретением фотографии возникла наземная фототеодолитная съемка, при которой по перспективным фотоснимкам составляли карты горных районов. Развитие авиации обеспечило получение аэрофотоснимков с изображением местности сверху, в плане. Это вооружило науки о Земле мощным средством исследований — аэрометодами.

История развития аэрокосмических методов свидетельствует о том, что новые достижения науки и техники сразу же используются для совершенствования технологий получения снимков. Так произошло в середине XX в., когда такие новшества, как компьютеры, космические аппараты, радиоэлектронные съемочные системы, совершили революционные преобразования в традиционных аэрофотометодах - зародилось аэрокосмическое зондирование. Космические снимки предоставили геоинформацию для решения проблем регионального и глобального уровней.

В настоящее время отчетливо проявляются следующие тенденции поступательного развития аэрокосмического зондирования.

  • Космические снимки, оперативно размещаемые в Интернете, становятся наиболее востребованной видеоинформацией о местности как для специалистов-профессионалов, так и для широких слоев населения.
  • Разрешение и метрические свойства космических снимков открытого доступа быстро повышаются. Получают распространение орбитальные снимки сверхвысокого разрешения - метрового и даже дециметрового, которые успешно конкурируют с аэроснимками.
  • Аналоговые фотографические снимки и традиционные технологии их обработки утрачивают свое прежнее монопольное значение. Основным обрабатывающим прибором стал компьютер, оснащенный специализированным программным обеспечением и периферией.
  • Развитие всепогодной радиолокации превращает ее в прогрессивный метод получения метрически точной пространственной геоинформации, который начинает эффективно комплексироваться с оптическими технологиями аэрокосмического зондирования.
  • Быстро формируется рынок разнообразной продукции аэрокосмического зондирования Земли. Неуклонно увеличивается число коммерческих космических аппаратов, функционирующих на орбитах, особенно зарубежных. Наибольшее применение находят снимки, получаемые ресурсными спутниковыми системами Landsat (США), SPOT (Франция), IRS (Индия), картографическими спутниками ALOS (Япония), Cartosat (Индия), спутниками сверхвысокого разрешения Ikonos, QiuckBird, GeoEye (США), в том числе радиолокационными TerraSAR-X и TanDEM-X (Германия), выполняющими тандемную интерферометрическую съемку. Успешно эксплуатируется система спутников космического мониторинга RapidEye (Германия).

Принципиальная технологическая схема дистанционных исследований Земли

Рис. 1

На рис.1 в обобщенном виде представлена принципиальная схема выполнения аэрокосмических исследований. Она включает основные технологические этапы: получение снимка объекта исследования и дальнейшую работу со снимками - их дешифрирование и фотограмметрическую обработку, а также конечную цель исследований - составленную по снимкам карту, геоинформационную систему, разработанный прогноз. Поскольку получить необходимые характеристики изучаемого объекта только по снимкам без каких-либо натурных определений, без обращения к «земной правде» в большинстве случаев невозможно, необходимо их эталонирование. Важным элементом исследований по снимкам является также оценка достоверности и точности полученных результатов. Для этого приходится привлекать другую информацию и обрабатывать ее иными методами, что требует дополнительных затрат.

Снимок - основное понятие аэрокосмического зондирования

Аэрокосмические снимки — основной результат аэрокосмических съемок, для выполнения которых используют разнообразные авиационные и космические носители (рис. 2). Аэрокосмические съемки делят на пассивные , которые предусматривают регистрацию отраженного солнечного или собственного излучения Земли, и активные , при которых выполняют регистрацию отраженного искусственного излучения.

Рис. 2

Аэрокосмический снимок — это двумерное изображение реальных объектов, которое получено по определенным геометрическим и радиометрическим (фотометрическим) законам путем дистанционной регистрации яркости объектов и предназначено для исследования видимых и скрытых объектов, явлений и процессов окружающего мира, а также для определения их пространственного положения.

Диапазон масштабов современных аэрокосмических снимков огромен: он может меняться от 1:1000 до 1:100 000 000, т. е. в сто тысяч раз. При этом наиболее распространенные масштабы аэрофотоснимков лежат в пределах 1:10 000—1:50 000, а космических — 1:200 000—1:10 000 000. Все аэрокосмические снимки принято делить на аналоговые (обычно фотографические) и цифровые (электронные). Изображение цифровых снимков образовано из отдельных одинаковых элементов — пикселов (от англ. picture element — рixel ); яркость каждого пиксела характеризуется одним числом.

Аэрокосмические снимки как информационные модели местности характеризуются рядом свойств, среди которых выделяют изобразительные, радиометрические (фотометрические) и геометрические. Изобразительные свойства характеризуют способность снимков воспроизводить мелкие детали, цвета и тоновые градации объектов, радиометрические свидетельствуют о точности количественной регистрации снимком яркостей объектов, геометрические характеризуют возможность определения по снимкам размеров, длин и площадей объектов и их взаимного положения.

Важными показателями снимка служат охват и пространственное разрешение . Обычно для исследований требуются снимки большого охвата и высокого разрешения. Однако удовлетворить эти противоречивые требования в одном снимке не удается. Обычно чем больше охват получаемых снимков, тем ниже их разрешение. Поэтому приходится идти на компромиссные решения либо выполнять одновременно съемку несколькими системами с различными параметрами.

Технологии получения и основные типы аэрокосмических снимков

Аэрокосмическую съемку ведут в окнах прозрачности атмосферы (рис.3), используя излучение в разных спектральных диапазонах - световом (видимом, ближнем и среднем инфракрасном), тепловом инфракрасном и радиодиапазоне.

Рис. 3

В каждом из них применяют разные технологии получения изображения и в зависимости от этого выделяются несколько типов снимков (рис.4).

Рис.4

Снимки в световом диапазоне делятся на фотографические и сканерные, которые в свою очередь подразделяются на полученные оптико-механическим сканированием (ОМ-сканерные) и оптико-электронным с использованием линейных приемников излучения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС-сканерные). На таких снимках отображаются оптические характеристики объектов - их яркость, спектральная яркость. Применяя многозональный принцип съемки, получают в этом диапазоне многозональные снимки , а при большом числе съемочных зон - гиперспектральные , использование которых основано на спектральной отражательной способности объектов съемки, их спектральной яркости .

Проводя съемку с использованием приемников теплового излучения - тепловую съемку , - получают тепловые инфракрасные снимки. Съемку в радиодиапазоне ведут, применяя как пассивные, так и активные методы, и в зависимости от этого снимки делятся на микроволновые радиометрические, получаемые при регистрации собственного излучения исследуемых объектов, и радиолокационные снимки, получаемые при регистрации отраженного радиоизлучения, посылаемого с носителя - радиолокационной съемке .

Методы получения информации по снимкам: дешифрирование и фотограмметрические измерения

Необходимая для исследований информация (предметно-содержательная и геометрическая) извлекается из снимков двумя основными методами, это дешифрирование и фотограмметрические измерения

Дешифрирование, которое должно дать ответ на основной вопрос - что изображено на снимке, позволяет получать предметную, тематическую (в основном качественную) информацию об изучаемом объекте или процессе, его связях с окружающими объектами. В визуальном дешифрировании обычно выделяют чтение снимков и их интерпретацию (толкование). Умение читать снимки базируется на знании дешифровочных признаков объектов и изобразительных свойств снимков. Глубина же интерпретационного дешифрирования существенно зависит от уровня подготовки исполнителя. Чем лучше знает дешифровщик предмет своего исследования, тем полнее и достовернее информация, извлекаемая из снимка.

Фотограмметрическая обработка (измерения) призвана дать ответ на вопрос - где находится изучаемый объект и каковы его геометрические характеристики : размер, форма. Для этого выполняется трансформирование снимков, их изображение приводится в определенную картографическую проекцию. Это позволяет определять по снимкам положение объектов и их изменение во времени.

Современные компьютерные технологии получения информации по снимкам позволяют решать следующие группы задач:

  • визуализация цифровых снимков;
  • геометрические и яркостные преобразования снимков, включая их коррекцию;
  • конструирование новых производных изображений по первичным снимкам;
  • определение количественных характеристик объектов;
  • компьютерное дешифрирование снимков (классификация).

Для выполнения компьютерного дешифрирования применяют наиболее распространенный подход, основанный на спектральных признаках, в качестве которых служит набор спектральных яркостей, зарегистрированных многозональным снимком. Формальная задача компьютерного дешифрирования снимков сводится к классификации — последовательной «сортировке» всех пикселов цифрового снимка на несколько групп. Для этого предложены алгоритмы классификации двух видов — с обучением и без обучения, или кластеризации (от англ. cluster — скопление, группа). При классификации с обучением пикселы многозонального снимка группируются на основе сравнения их яркостей в каждой спектральной зоне с эталонными значениями. При кластеризации же все пикселы разделяют на группы-кластеры по какому-либо формальному признаку, не прибегая к обучающим данным. Затем кластеры, полученные в результате автоматической группировки пикселов, дешифровщик относит к тем или иным объектам. Достоверность компьютерного дешифрирования формально характеризуется отношением числа правильно классифицируемых пикселов к их общему числу.

Вычислительные алгоритмы, основанные на спектральных признаках отдельных пикселов, обеспечивают надежное решение только самых простых классификационных задач; они рационально включаются в качестве элементов в сложный процесс визуального дешифрирования, которое пока остается основным методом извлечения природной и социально-экономической информации из аэрокосмических снимков.

Применение аэрокосмического зондирования в картографировании и исследованиях Земли

Аэрокосмические снимки применяются во всех направлениях изучения Земли, но интенсивность их использования и результативность применения в разных областях исследований различны. Они чрезвычайно важны в исследованиях литосферы, показывая раздробленность геологического фундамента линейными разломами и кольцевыми структурами и облегчая поиски месторождений полезных ископаемых; в исследованиях атмосферы, где снимки дали основу метеорологических прогнозов; благодаря снимкам из космоса открыта вихревая структура океана, зафиксировано состояние растительного покрова Земли на рубеже веков и его изменения в последние десятилетия. Пока космические снимки значительно меньше применяются при социально-экономических исследованиях. Различаются и типы задач, решаемых по снимкам в разных предметных областях. Так, решение инвентаризационных задач реализуется при изучении природных ресурсов, например при картографировании почв, растительности, поскольку снимки наиболее полно отображают сложную пространственную структуру почвенно-растительного покрова. Оценочные задачи, оперативная оценка состояния экосистем выполняются в рамках исследований биопродуктивности океанов, ледового покрова морей, контроля за пожароопасной ситуацией в лесах. Прогностические задачи, использование снимков для моделирования и прогнозирования наиболее развито в метеорологии, где их анализ является основой прогнозов погоды, в гидрологии — для прогноза талого стока рек, паводков и наводнений. Начинаются исследования по прогнозированию сейсмической активности, землетрясений на основе анализа состояния литосферы и верхней атмосферы.

При работе со снимками используются все виды их обработки, но наиболее широко развито дешифрирование снимков, прежде всего визуальное, которое теперь подкрепляется возможностями компьютерных улучшающих преобразований и классификации изучаемых объектов по снимкам. Большое развитие получило создание по снимкам различных производных изображений на основе спектральных индексов. С выполнением гиперспектральной съемки стали создаваться десятки видов таких индексных изображений. Разработка методов интерферометрической обработки материалов радиолокационной съемк и открыла возможность высокоточных определений смещений земной поверхности. Переход к цифровым методам съемки, развитие цифровой стереоскопической съемки и создание цифровых фотограмметрических систем расширили возможности фотограмметрической обработки космических снимков, используемой главным образом для создания и обновления топографических карт.

Хотя одно из основных достоинств космических снимков заключается в совместном отображении всех компонентов земной оболочки, обеспечивающем комплексность исследований, тем не менее применение снимков в различных областях изучения Земли шло пока разрозненно, так как везде требовалась углубленная разработка собственных методик. Идея комплексных исследований наиболее полно реализована при выполнении в нашей стране программы комплексной картографической инвентаризации природных ресурсов, когда по снимкам создавались серии взаимоувязанных и взаимосогласованных карт. Осознание на рубеже веков экологических проблем, нависших над человечеством, и парадигма изучения Земли как системы вновь активизировали комплексные межотраслевые исследования.

Анализ применения снимков в разных направлениях исследований четко показывает, что при всем многообразии решаемых задач магистральный путь практического использования аэрокосмических снимков лежит через карту, которая имеет самостоятельное значение и, кроме того, служит базовой основой ГИС.

Рекомендуемая литература

1. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В . Аэрокосмические методы географических исследований - М.:Изд.Центр Академия. 2004. 336 с.

3. Краснопевцев Б.В. Фотограмметрия. - М.:МИИГАиК, 2008. - 160 с.

2. Лабутина И.А. Дешифрирование аэрокосмических снимков. - М.:Аспект Пресс. 2004. -184 с.

4. Смирнов Л.Е. Аэрокосмические методы географических исследований. - СПб.:Изд-во С-Петербургского ун-та, 2005. - 348 с.

5. Рис. Г.У. Основы дистанционного зондирования. -М.: Техносфера, 2006, 336 с.

6. Jensen J.R. Remote sensing of the environment: an Earth resource perspective. — Prentice Hall, 2000. — 544 p.

Атласы аэрокосмических снимков:

8. Дешифрирование многозональных аэрокосмических снимков. Методика и результаты. — М.: Наука; Берлин: Академи-Ферлаг. — Т. 1. — 1982. — 84 с.;

9. Дешифрирование многозональных аэрокосмических снимков. Система «Фрагмент». Методика и результаты. — М.: Наука; Берлин: Академи-Ферлаг. Т. 2. — 1988. — 124 с.

10. Космические методы геоэкологии. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. — 104 с.

Лекция 4. Дистанционные методы исследования

Считается, что дистанционные методы применялись в географии еще в дофотографический период. Это связывалось, к примеру, с изучением местности по рисованным перспективным изо­бражениям, издавна известным в картографии. Еще Леонардо да Винчи (1500 ᴦ.) поставил вопрос о возможностях определœения размеров и положения предметов по их двум рисован­ным изображениям. Позднее ряд ученых, и в их числе М. В. Ломоносов (1764 ᴦ.) и Ботан-Бопре (1791 ᴦ.), занимались практической реализацией этой идеи. При этом только появле­ние фотографии открыло ранее невиданные перспективы в дистанционном зондировании Земли и ее изучении на базе фотографических изображений.

Со времени изобретения фотографии французами Л. Ж. М. Дагером и Ж. Н. Ньепсом (1839 ᴦ.) и англичанином У. Г. Ф. Толботом (1840-1841 гᴦ.), а чуть позднее методики получения цветных изображений французом Л. Дюко дю Ороном (1868-1869 гᴦ.) фотография почти сразу же стала использоваться для получения наземных фотографических снимков мест­ности с целью ее изучения. Методами наземной фототеодолитной съемки созданы карты Альп и Скалистых гор (Р. Гюбль, В. Девиль и др.). В то же время ставились опыты по фотографиро­ванию земной поверхности с воздушных шаров - ʼʼс высоты птичьего полетаʼʼ (Ф. Надар - 1856 ᴦ., А. М. Кованько и В. Н. Срезневский - 1886 ᴦ.), а также с воздушных змеев и привязанных аэростатов (Р. Ю. Тиле - 1898 ᴦ., С. А. Ульянин – 1905 ᴦ.).

Опыты использования снимков, полученных с воздушных шаров, дали небольшие резуль­таты, но уже первые самолетные съемки совершили революцию. Регулярно аэросъемки в нашей стране выполняются с 30-х гᴦ., и к настоящему времени накоплен полувековой фонд снимков, полностью покрывающих страну, для многих районов с многократным перекрытием, что особенно важно для изучения динамики географических объектов. Основной заказчик и по­требитель этой информации – Главное управление геодезии и картографии, его аэрогеодези­ческие предприятия, использующие аэрофотосъемку для топографического картографиро­вания страны. Кроме него, следует назвать ведомства, ответственные за исследования ре­сурсов страны, в системе которых созданы специальные подразделœения ʼʼАэрогеологияʼʼ, ʼʼЛеспроектʼʼ, ʼʼСельхозаэросъемкаʼʼ. Через эти подразделœения аэросъемочная информация становится доступной географу-исследователю.

При использовании аэроснимков довольно быстро возникла крайне важно сть в получе­нии всœе более мелкомасштабных изображений, что, естественно, ограничивалось техниче­скими возможностями. Попытки в конце 50-х - начале 60-х гᴦ. монтировать крупномас­штабные снимки и генерализовать их до мелкомасштабных не принœесли желаемых резуль­татов. По этой причине для получения соответствующих снимков было важно увеличение потолка подъема самолетов, и уже к концу 50-х гᴦ. американские самолеты ʼʼU-2ʼʼ стали получать снимки с высоты до 20 км. Это тот же порядок высот, что и при использовании воздушных шаров. А вот появление баллистических ракет и их использование для фотографирования Земли сразу на порядок подняло данный потолок.

Уже в 1945 ᴦ. баллистическая ракета ʼʼV-2ʼʼ, запущенная с полигона Уайт-Сэндс в штате Нью-Мексико, позволила получить фотографии из космоса с высоты в 120 км. Последовавшая за этим серия запусков ракет типа ʼʼVikingʼʼ и ʼʼAerobeeʼʼ позволила фото­графировать Землю с высоты 100-150 км, а, к примеру, в 1954 ᴦ. ракета достигла высоты в 250 км. На этой же высоте в начале 70-х гᴦ. производилась съемка территории Австралии и Аргентины с английской баллистической ракеты ʼʼSkylarkʼʼ.

Несмотря на несовершенство методики получения снимков при фотографировании с баллистических ракет, они широко применялись в 60-70-е гᴦ. и используются до настоящего времени, главным образом благодаря их относительной дешевизне при изучении незначительных по площади территорий. Известно применение данных снимков для изуче­ния растительности, типов использования земель, в т.ч. сельскохозяйственного, для нужд гидрометеорологии и геологии и при комплексных исследованиях природной среды.

Новая эра в дистанционном зондировании Земли открылась со времени запуска первых искусственных спутников Земли в 1957 ᴦ. в СССР и в следующем году в США, хотя, собст­венно, первые запуски не преследовали цель изучения Земли космическими средствами. Первые полеты на пилотируемых космических кораблях бывшего СССР и США - ʼʼВосток-1ʼʼ (космо­навт - Ю. А. Гагарин, 1961 ᴦ.) и ʼʼMercury МА-4ʼʼ (астронавт Д. Гленн, 1962 ᴦ.) также не ставили таких задач. Но уже со времени второго пилотируемого полета Г. С. Титова произво­дилась съемка Земли. С американского корабля ʼʼMercury МА-4ʼʼ также были получены пер­вые фотографические снимки. В качестве съемочной аппаратуры использовались ручные фотокамеры.

В случае если в результате первых полетов получались десятки снимков, то уже к серединœе 60-х гᴦ. с кораблей ʼʼGeminiʼʼ было получено более 1000 фотографий, причем большая их часть на цветной пленке и с высоким разрешением на местности - до 50 м. При этом район съемки ограни­чивался приэкваториальными поясами Земли.

Существенный прогресс в получении фотографических снимков внесли полеты ʼʼApolloʼʼ, и прежде всœего с точки зрения оптимизации выбора фотографических материалов, отработки ме­тодики ориентации камер по отношению к Земле и др.
Размещено на реф.рф
С космических кораблей данной серии впервые (8-12 марта 1969 ᴦ.) произведено фотографирование в разных спектральных ин­тервалах, что положило начало многозональной фотографии. Первое фотографирование син­хронно осуществлялось четырьмя камерами на разных пленках и с разными светофильтрами.

Программа полетов космических кораблей ʼʼСоюзʼʼ вначале мало внимания уделяла фото­графированию Земли, но с конца 1969 ᴦ. была сильно расширена. Охват территории не огра­ничивался приэкваториальными районами, но всœе-таки был не очень широким. Представляет интерес проведение подспутниковых экспериментов по синхронизации космических съемок с самолетными и экспедиционными. Многозональные фотографии были получены в 1973 ᴦ. при фотографировании девятиобъективной камерой. С корабля ʼʼСоюз-7ʼʼ (1969 ᴦ.) проведено спектрографирование земной поверхности, т. е. получение и регистрация спектральных отражатель­ных характеристик объектов.

Подобные подспутниковые эксперименты позволили дать объективную оценку информа­тивности различных видов космической съемки, заложить основы космических методов гео­графических исследований, установить оптимальное соотношение космической, аэро- и наземной съемок при проведении конкретных исследований. Вместе с тем подспутниковые эксперименты приобрели большое научное значение, расширяя наши представления о пере­даточной функции атмосферы, закономерностях генерализации изображений с уменьшени­ем их масштабов, оптических свойствах географических объектов, пространственной структуре ландшафтов и т. д.

Снимки с высоким разрешением на местности (порядка 10-12 м) получены с орби­тальных станций ʼʼСалютʼʼ и ʼʼSkylabʼʼ, для чего широко использовались спектрозональные съемки и новые съемочные камеры, к примеру МКФ-6, а также приборы для обработки снимков.

При этом при высоком качестве изображения фотографические снимки выполняются не систематически. Лишь в отдельных случаях возможно получение повторных снимков на од­ну и ту же территорию. Из-за эпизодичности съемок и трудностей, связанных с облачно­стью, регулярное покрытие территории таким видом съемки пока не обеспечивается, поэто­му широкое распространение получила телœевизионная съемка. К ее преимуществам по срав­нению с обычной фотографией относится также получение сигналов в форме удобной для их автоматизированной фиксации на Земле, хранения и обработки на ЭВМ. В этом слу­чае не требуется возвращать на Землю кассеты с фотопленкой.

Первая телœевизионная съемка Земли выполнялась с американских метеорологических спутников ʼʼTirosʼʼ с начала 60-х гᴦ. В нашей стране первые телœевизионные съемки Земли осуществлены со спутников ʼʼКосмосʼʼ. Так, работа двух из них (ʼʼКосмос-144ʼʼ и ʼʼКосмос-156ʼʼ) позволила создать метеорологическую систему, впоследствии разросшуюся в специ­альную службу погоды (система ʼʼМетеорʼʼ).

Глобальную телœевизионную съемку Земли осуществили спутники ʼʼESSAʼʼ. Несмотря на ряд трудностей, связанных с искажениями, возникающими за счёт сферичности Земли при охвате больших площадей (до 6 млн. км) и относительно низком разрешении на местно­сти, они нашли широкое применение в географических исследованиях при изучении снеж­ного покрова, влажности почв, атмосферных процессов и др.

Телœевизионные снимки стали получать с ресурсных спутников. Сюда относятся снимки советских спутников, работающих по программе ʼʼМетеор - Природаʼʼ, и американских спутников ʼʼLandsatʼʼ. Снимки, полученные с помощью аппаратуры ʼʼФрагментʼʼ (ʼʼМетеорʼʼ) и многозональной сканирующей системы MSS (ʼʼLandsatʼʼ), характеризуются разрешением на местности около 100м. Важно, что съемка выполняется в четырех диапазонах видимой и ближней инфракрасной части спектра и возможно получение цветных синтезированных сним­ков.

На сканерных снимках хорошего качества, особенно на цветных синтезированных снимках, выделяются в целом те же объекты, что и на фотографических снимках, но при этом обеспечивается регулярная повторяемость съемки и удобство автоматизированной обра­ботки снимков, которые поступают в цифровом виде. По этой причине, при сохранении всœего пере­численного выше широкого круга решаемых по этим снимкам задач, на первое место при ис­пользовании сканерных снимков выступают задачи оперативного контроля состояния природ­ной среды и антропогенных образований, за их изменениями, в т.ч. сезонными.

Первым спутником, нацелœенным на исследование природных ресурсов Земли, стал ʼʼERTSʼʼ, дававший разрешение на местности в 50-100 м. Съемка со спутника ʼʼLandsat-4ʼʼ с помощью аппаратуры ʼʼThematic catographerʼʼ позволила добиться разрешения в 30 м при уве­личении числа спектральных каналов в видимой и ближней инфракрасной области спектра до 6. Еще большее разрешение (до 10 м) у снимков с французского спутника ʼʼSpotʼʼ, здесь обеспе­чивается получение стереопар, а также регулярность повторения съемки. Для изучения при­родных ресурсов используется также многозональная съемка телœевизионными сканирующими системами спутников ʼʼМетеорʼʼ.

С 1972 ᴦ. с введением в эксплуатацию первого ресурсного искусственного спутника Земли (ИСЗ) ʼʼERTS-1ʼʼ, а затем и последующих, обеспечивающих высококачественную регу­лярную съемку земной поверхности с периодичностью 18 суток с большой обзорностью и высо­ким пространственным разрешением, легко доступную потребителям, начался наиболее плодо­творный период применения материалов космической съемки в научных и практических целях во многих странах мира. Были сделаны новые географические открытия, обнаружены место­рождения различных полезных ископаемых и т. д. Во многие науки о Земле прочно вошел данный метод исследований, позволивший существенно расширить возможности традиционных гео­графических исследований и подняться на более высокую ступень познания закономерностей строения и функционирования географической оболочки Земли.

В нашей стране в народнохозяйственных целях введен в эксплуатацию ИСЗ ʼʼРесурс-Фʼʼ, обеспечивающий синхронное многозональное и разномасштабное фотографирование земной поверхности. Черно-белая съемка в трех зонах видимой и ближней ИК областей спектра, а также спектрозональная съемка реализуются в масштабах 1:1000000 и 1:200000 с про­странственным разрешением снимков соответственно 30 и 10 м. Материалы космической съемки, полученные с этого спутника, нашли широкое применение в научных исследованиях и различных отраслях хозяйства. Особенно велико его значение при комплексном и тематическом картографировании земной поверхности. Сегодня применение космических снимков стало нормой картографического производства. Οʜᴎ исполь­зуются при составлении оригинальных и обновлении ранее созданных карт, обеспечивая высо­кую точность передачи конфигурации картографируемых объектов, получение сопоставимых сведений об объектах и явлениях, распространенных на обширных площадях, в один временной период, а также гарантируя необходимую периодичность съемки для современного обновления карт. Материалы космической съемки легли в основу составления нового вида картографи­ческой продукции - фотокарт топографических, общегеографических и тематических различных масштабов. В 1978 ᴦ. была создана первая космофототектоническая карта Арало-Каспийского региона масштаба 1:2500000. За рубежом опубликованы цветные и черно-белые фотокарты и фотоатласы на отдельные государства и материки.

Следует сказать, что объектом телœевизионной съемки служит не только Земля, но и це­лый ряд других планет или космических тел. Можно вспомнить съемки Луны станцией ʼʼЛунаʼʼ, ʼʼSurveyorʼʼ, ʼʼRangerʼʼ, Венеры - ʼʼВенераʼʼ; Марса, Венеры, Меркурия - с аппаратов ʼʼMarinerʼʼ, ʼʼVikingʼʼ; съемки кометы Галлея и др.

Упомянем также о фототелœевизионных снимках, совмещающих достоинства фотографиче­ского метода, и, прежде всœего высокое разрешение на местности, и телœевизионных. Первые фототелœевизионные снимки получены станциями ʼʼЛуна-3ʼʼ и ʼʼЗонд-3ʼʼ для невидимой с Земли стороны Луны, Марса - ʼʼМарс-4ʼʼ и ʼʼМарс-5ʼʼ и др.

В целях популяризации материалов космической съемки в ряде стран выпускают хорошо иллюстрированные альбомы и атласы цветных снимков, полученных с советских и американ­ских космических летательных аппаратов. Среди них опубликованная в СССР монография ʼʼПланета Земля из космосаʼʼ (1987), совместное советско-американское издание ʼʼНаш дом - Земляʼʼ (1988), отечественные альбомы по методике дешифрирования многозональных аэрокос­мических снимков (1982, 1988), вышедший в США атлас Северной Америки (1987), издан­ные в ФРГ альбомы снимков земной поверхности (1981), в Венгрии - национальный фото­атлас и многие другие.

В нашей стране организованы два центра получения, первичной обработки и распростра­нения космической информации - Государственный научный и производственный центр ʼʼПриродаʼʼ (Госцентр ʼʼПриродаʼʼ) для работы с фотографической информацией долговремен­ного использования и Государственный научно-исследовательский центр исследования при­родных ресурсов (ГосНИЦИПР) для работы с оперативной сканерной информацией.

Помимо составления программ съемки и аккумулирования полученных материалов, цен­тры выполняют их первичную обработку - привязку, аннотирование, облегчая их дальнейшее использование. По заказу потребителœей выполняются и более сложные виды обработки, раз­личного рода преобразования снимков. Оперативная информация, предназначенная для авто­матизированной обработки, должна быть получена в виде магнитных лент для удобства ис­пользования при работе на ЭВМ.

Лекция 4. Дистанционные методы исследования - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Лекция 4. Дистанционные методы исследования" 2017, 2018.

Современный мир не перестает удивлять нас новыми открытиями и достижениями. В наши дни человек владеет колоссальными знаниями. Область его интересов и деятельность ограничиваются не только Землей, а выходят и за ее пределы.

Наука и технологии служат человеку в первую очередь для улучшения качества его жизни и становятся теми средствами, с помощью которых можно находить более эффективные способы решения экономических, экологических и социальных проблем.

Сегодня все более активно используются данные о нашей планете, получаемые с искусственных спутников и пилотируемых космических аппаратов. Они называются данными дистанционного (удаленного) зондирования. Этот широко применяемый в наши дни термин - синоним словосочетаний «изображение Земли из космоса» и «космические снимки Земли». К основным достоинствам дистанционного зондирования можно отнести возможность мониторинга (от лат. monitor - тот, кто предупреждает) или регулярных наблюдений за динамикой географических процессов.

Дистанционные методы исследования окружающей среды были известны еще в древнем Риме. В XVIII в. люди научились получать первые снимки-рисунки различных объектов с помощью фотокамеры - камеры-обскуры (от лат. camera - комната и obscura - темная). С развитием фотографии появилась возможность моментально получать детальные и точные снимки. Сначала проводилась фотосъемка местности (с воздушных шаров и воздушных змеев, позднее - с аэростатов и аэропланов). Первый космический снимок Земли был сделан в I960 г.

За последние годы развитие компьютерных технологий и ГИС привели к тому, что данные спутникового мониторинга нашли применение в самых разных областях - от сельского хозяйства до геоэкологии. Это позволило оперативно реагировать на малейшие изменения в окружающей среде и предупреждать опасные явления и процессы.

Одно из известных вам направлений использования космических снимков - метеорология. Изучение - одна из самых сложных научно-практических задач. Возможности дистанционных методов зондирования позволили вести наблюдение за на обширных пространствах в режиме реального времени и отслеживать формирование (определять тип и мощность облачности, получать ее стереоскопическое изображение, измерять температуру и т.д.). Слежение за формированием и передвижением позволило заранее прогнозировать опасные для человека явления природы (ураганы, смерчи, торнадо) и тем самым предупреждать их тяжелые последствия.

Космическая съемка незаменима при составлении метеопрогнозов, прогнозировании опасных атмосферных явлений, при исследовании Земли. Она позволяет определять местоположение локальных источников загрязнения (теплоэлектростанций, целлюлозно-бумажных комбинатов и др.) и вести наблюдение за экологической ситуацией в районах захоронения токсичных отходов.

Важное практическое направление использования космоснимков - учет природных ресурсов. Дистанционное зондирование значительно упростило оценку их запасов, особенно в труднодоступных районах. Так, при изучении стало проще производить подсчет площадей лесов, определять тип лесонасаждений и возраст деревьев, доминирующие породы и объем биомассы. Упростились не только картографирование лесных массивов, но и контроль за их сохранностью, включая контроль за рубками, границами водоохранных зон и т.п.

Спутниковые данные помогают раннему (оперативному) обнаружению пожаров. Известно, что при площади очага пожара менее 5 га его ликвидация осуществляется десантом всего из 4-б человек, то есть относительно легко и быстро.

Природные стихийные бедствия, такие как наводнения, ураганы, землетрясения, торнадо и другие, наносят огромный экономический ущерб и приводят к человеческим жертвам. Поэтому мониторинг чрезвычайных ситуаций очень важен. Использование дистанционных методов зондирования позволяет прогнозировать возникновение чрезвычайных ситуаций, локализировать опасные явления на начальных стадиях развития и значит - уменьшить возможный ущерб.

В настоящее время наземные службы России контролируют 27% площади лесного фонда, 47% - находятся под охраной авиационной лесной службы. Неохраняемая площадь составляет 26%, или около 300 млн га. Над этой площадью контроль осуществляется только при помощи спутниковой съемки. С ее помощью можно выявить вновь возникающие очаги пожара даже под дымовой завесой, а в случае возгорания торфа - даже при отсутствии открытого пламени.

Применение дистанционного зондирования в изучении минеральных ресурсов позволяет исследовать условия залегания горных пород и оценить объемы предполагаемых месторождений. Эффективно использование космических снимков и при поиске нефти, природного газа, угля, решении проблем развития альтернативных источников энергии, таких как геотермальная, энергия солнца и ветра, а также при строительстве и эксплуатации атомных и гидроэлектростанций.

Космические снимки используют для изучения водных и биоресурсов, в частности для определения запасов фитопланктона и рыбного промысла, для исследования ареалов обитания различных видов животных.

Применение космических снимков в сельском хозяйстве позволяет повысить эффективность использования земель, так как они «видят» районы с угнетенной и помогают определить, куда и сколько нужно внести удобрений, где и как часто производить полив, когда можно собирать урожай.

Применение космических снимков для исследования морских акваторий также позволяет решать разнообразные хозяйственные задачи: исследовать ледовую обстановку, осуществлять контроль над рыболовством. Кроме того, они обеспечивают проведение мониторинга температурного режима и солености воды, изучение изменений береговой линии шельфа. Особенно заинтересованы в дистанционном зондировании морских акваторий научно-исследовательские организации и компании, занимающиеся добычей морепродуктов и в шельфовой зоне и обеспечивающие судоходство и навигацию.

Космические снимки позволяют оценить и льда, что вместе с анализом температурных показателей дает возможность прогнозировать скорость таяния снега и предупреждать наводнения. Обнаружение и локализация ледяных , на сибирских реках, например, позволяют избежать резкого подъема уровня воды и связанных с ним бедствий.

Развитие хозяйственной деятельности неразрывно связано с использованием природных ресурсов. Интенсивное их потребление в прошлом веке привело к существенному ухудшению экологической ситуации во многих районах страны. Система спутникового мониторинга помогает своевременно обнаруживать загрязнения водных объектов и почв, воздуха и , мест разрывов нефте- и газопроводов, оценить выбросы загрязняющих веществ промышленными предприятиями и своевременно бороться с проблемами обезлесения и опустынивания.

На сегодняшний день практически не осталось направлений в исследовании Земли, в которых бы не использовались космические снимки. Применение спутникового мониторинга дает возможность управлять территориями, правильно и своевременно принимать решения в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

Напомним, что для дешифрирования космического снимка в первую очередь необходимо определить, какое это явление (объект) изображено на снимке и на какой территории. Затем - найти явление (объект) на карте, определить его географическое положение, качественные и количественные характеристики.

Дистанционные методы

Дистанционного зондирования мйтоды (a. remote sensing, distances methods; н. Fernerkundung; ф. teledetection; и. metodos a distancia ), - общее название методов изучения наземных объектов и космич. тел неконтактным путём на значит. расстоянии (напр., с воздуха или из космоса) разл. приборами в разных областях спектра. Д. м. позволяют оценивать региональные особенности изучаемых объектов, выявляемые на больших расстояниях. Термин получил распространение после запуска в 1957 первого в мире ИСЗ и съёмки обратной стороны Луны сов. автоматич. станцией "Зонд-3" (1959).
Различают активные Д. м., основанные на использовании отражённого объектами излучения после облучения их искусств. источниками, и пассивные, к-рые изучают собств. излучение тел и отражённое ими солнечное. В зависимости от расположения приёмников Д. м. подразделяют на наземные (в т.ч. надводные), воздушные (атмосферные, или аэро-) и космические. По типу носителя аппаратуры Д. м. различают самолётные, вертолётные, аэростатные, ракетные, спутниковые Д. м. (в геол.-геофиз. исследованиях - , аэрогеофизическая съёмка и космическая съёмка). Отбор, сравнение и анализ спектральных характеристик в разных диапазонах электромагн. излучения позволяют распознать объекты и получить информацию об их размере, плотности, хим. составе, физ. свойствах и состоянии. Для поисков радиоактивных руд и источников используется g-диапазон, для установления хим. состава г. п. и почв - ультрафиолетовая часть спектра; световой диапазон наиболее информативен при изучении почв и растит, покрова, ИК - даёт оценки темп-р поверхности тел, радиоволны - информацию о рельефе поверхности, минеральном составе, влажности и глубинных свойствах природных образований и об атмосферных слоях.
По типу приёмника излучения Д. м. подразделяют на визуальные, фотографические, фотоэлектрические, радиометрические и радиолокационные. В визуальном методе (описание, и зарисовки) регистрирующим элементом является глаз наблюдателя. Фотографич. приёмники (0,3-0,9 мкм) обладают эффектом накопления, однако они имеют разл. в разных областях спектра (селективны). Фотоэлектрич. приёмники (энергия излучения преобразуется непосредственно в электрич. сигнал при помощи фотоумножителей, фотоэлементов и др. фотоэлектронных приборов) также селективны, но более чувствительны и менее инерционны. Для абс. энергетич. измерений во всех областях спектра, и особенно в ИК, используют приёмники, преобразующие тепловую энергию в др. виды (чаще всего в электрические), для представления данных в аналоговой или цифровой форме на магнитных и др. носителях информации для их анализа при помощи . Видеоинформация, полученная телевизионными, сканерными (рис.), панорамными камерами, тепловизионными, радиолокационными (бокового и кругового обзора) и др. системами, позволяет изучить пространственное положение объектов, их распространённость, привязать их непосредственно к карте.


Наиболее полные и достоверные сведения об изучаемых объектах даёт многоканальная съёмка - одновременные наблюдения в нескольких диапазонах спектра (напр., в видимом, ИК и радиообласти) или радиолокация в сочетании с методом съёмки более высокого разрешения.
В геологии Д. м. используются для изучения рельефа, строения земной , магнитных и гравитац. полей Земли, разработки теоретич. принципов автоматизир. систем космофотогеол. картирования, поиска и прогнозирования м-ний п. и.; исследования глобальных особенностей геол. объектов и явлений, получения предварит, данных о поверхности Луны, Венеры, Марса и др. Развитие Д. м. связано с улучшением наблюдат. базы (спутники-лаборатории, балонные аэростанции и др.) и техн. аппаратуры (внедрение криогенной техники, снижающей помех), формализацией дешифровочного процесса и созданием на этой основе машинных методов обработки информации, дающих макс. объективность оценок и корреляций. Литература : геологических исследований, Л., 1971; Баррет Э., Куртис Л., Введение в космическое землеведение. Дистанционные методы исследования Земли, пер. с англ., М., 1979; Гонин Г. Б., Космическая фотосъемка для изучения природных ресурсов, Л., 1980; Лаврова Н. П., Стеценко А. Ф., Аэрофотосъемка. Аэрофотосъемочное оборудование, М., 1981; Радиолокационные методы исследования Земли, М., 1980; "Исследование Земли из космоса" (с 1980); Дистанционное зондирование: количественный подход, пер. с англ., М., 1983; Теicholz E., Processing Satellite Data, "Datamation", 1978, v. 24, No 6. К. А. Зыков.


Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984-1991 .

Смотреть что такое "Дистанционные методы" в других словарях:

    ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ - получение информации о растении или растительности бесконтактным способом, обычно с помощью самолетов или спутников … Словарь ботанических терминов

    В этой статье отсутствует вступление. Пожалуйста, допишите вводную секцию, кратко раскрывающую тему статьи. В зависимости от точности результатов, которые необходимо получить при проведении мониторинга по тому или иному компоненту, явлению, пр … Википедия

    Дистанционные геохимические поиски - 27. Дистанционные геохимические поиски Геохимические поиски с применением аналитической аппаратуры, располагаемой на различном удалении от ископаемого объекта Источник: ГОСТ 28492 90: Геохимические методы поисков твердых полезных ископаемых.… …

    АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ - обследования в сельском хозяйстве, совокупность методов сбора, обработки и использования материалов аэро и космич. съёмок, а также наземной информации о состоянии с. х. культур, угодий и почв. В основе А. м. лежит съёмка изучаемых объектов на… … Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь

    аэрокосмические методы - обследования в сельском хозяйстве, совокупность методов сбора, обработки и использования материалов аэро и космических съёмок, а также наземной информации о состоянии сельскохозяйственных культур, угодий и почв. В основе А. м. лежит съёмка… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

    Электронные методы и средства разведки совокупность методов и организационных структур для ведения разведывательных действий с помощью радиоэлектронных средств (РЭС) и другой электронной техники … Википедия

    ГОСТ 28492-90: Геохимические методы поисков твердых полезных ископаемых. Термины и определения - Терминология ГОСТ 28492 90: Геохимические методы поисков твердых полезных ископаемых. Термины и определения оригинал документа: 10. Аддитивная геохимическая аномалия Геохимическая аномалия, выделенная по сумме содержаний химических элементов… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

    Ангоб Покрытие из жидкой глины, нанесенное снаружи на керамический сосуд; часто в него добавляют пигмент, который после обжига определяет цвет поверхности сосуда. После просушки ангоб иногда обрабатывают лощением, а украшение сосуда иным способом … Энциклопедия Кольера

    1) раздел клинической медицины, в котором для лечения различных болезней, в первую очередь злокачественных новообразований, используют методы, основанные на биологическом действии ионизирующего излучения; 2) совокупность методов лечения различных … Медицинская энциклопедия

    - (от лат. monitor тот, кто напоминает, предупреждает * a. monitoring; н. Monitoring; ф. monitoring; и. monitoring) комплексная система регламентированных периодич. наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния природной среды c целью… … Геологическая энциклопедия

Книги

  • Дистанционные методы поисков месторождений нефти и газа на морских акваториях , Райкунов Геннадий Геннадьевич. Представлены и проанализированы методы дистанционного зондирования, разработанные в западных государственных и частных компаниях, а также советскими специалистами во второй половине прошлого…

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт экологии и географии

Кафедра географии и картографии

Реферат

Дистанционные методы исследования Земли

Выполнил студент III курса

группы № 02-106

Ялалов Д.

Научный руководитель:

Денмухаметов Р.Р.

Казань - 2013

Введение

1. Дистанционные методы

2. Возникновение космических методов

3. Аэрофотосъемка

3.1. Возникновение аэрофотосъемки

3.2. Использование аэрофотосъемки в народном хозяйстве

4. Дистанционные исследования при поисках полезных ископаемых

5. Методики автоматизации дешифрирования космических материалов

Заключение

Список использованных источников

Введение

Стремительное развитие космонавтики, успехи в изучение околоземного и межпланетного космического пространства, выявилось весьма высокая эффективность использования околоземного космоса и космических технологий в интересах многих наук о Земле: география, гидрология, геохимия, геология, океанология, геодезия, гидрология, землеведение.

Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного прогнозирования погоды и гидрометеорологической обстановки, для навигации на морских путях и авиационных трассах, для высокоточной геодезии, изучения природных ресурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным. В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование космоса и космической техники в различных областях хозяйства значительно возрастет

1. Дистанционные методы

Дистанционные методы - общее название методов изучения наземных объектов и космических тел неконтактным путём на значительном расстоянии (например, с воздуха или из космоса) различными приборами в разных областях спектра (Рис.1). Дистанционные методы позволяют оценивать региональные особенности изучаемых объектов, выявляемые на больших расстояниях. Термин получил распространение после запуска в 1957 первого в мире искусственного спутника Земли и съёмки обратной стороны Луны советской автоматической станцией "Зонд-3" (1959).

Рис. 1. Основные геометрические параметры сканирующей системы: - угол обзора; Х и У - линейные элементы сканирования; dx и dy - элементы изменения мгновенного угла зрения; W - направление движения

Различают активные дистанционные методы, основанные на использовании отражённого объектами излучения после облучения их искусственными источниками, и пассивные , которые изучают собственное излучение тел и отражённое ими солнечное. В зависимости от расположения приёмников дистанционные методы подразделяют на наземные (в том числе надводные), воздушные (атмосферные, или аэро-) и космические. По типу носителя аппаратуры дистанционные методы различают самолётные, вертолётные, аэростатные, ракетные, спутниковые дистанционные методы (вгеолого-геофизических исследованиях - аэрофотосъёмка, аэрогеофизическая съёмка и космическая съёмка). Отбор, сравнение и анализ спектральных характеристик в разных диапазонах электромагнитного излучения позволяют распознать объекты и получить информацию об их размере, плотности, химическом составе, физических свойствах и состоянии. Для поисков радиоактивных руд и источников используется g-диапазон, для установления химического состава горных пород и почв - ультрафиолетовая часть спектра; световой диапазон наиболее информативен при изучении почв и растительного покрова, инфракрасная (ИК) - даёт оценки температур поверхности тел, радиоволны - информацию о рельефе поверхности, минеральном составе, влажности и глубинных свойствах природных образований и об атмосферных слоях.

По типу приёмника излучения дистанционные методы подразделяют на визуальные, фотографические, фотоэлектрические, радиометрические и радиолокационные. В визуальном методе (описание, оценка и зарисовки) регистрирующим элементом является глаз наблюдателя. Фотографические приёмники (0,3-0,9 мкм) обладают эффектом накопления, однако они имеют различную чувствительность в разных областях спектра (селективны). Фотоэлектрические приёмники (энергия излучения преобразуется непосредственно в электрический сигнал при помощи фотоумножителей, фотоэлементов и других фотоэлектронных приборов) также селективны, но более чувствительны и менее инерционны. Для абсолютных энергетических измерений во всех областях спектра, и особенно в ИК, используют приёмники, преобразующие тепловую энергию в другие виды (чаще всего в электрические), для представления данных в аналоговой или цифровой форме на магнитных и других носителях информации для их анализа при помощи ЭВМ. Видеоинформация, полученная телевизионными, сканерными (рис.), панорамными камерами, тепловизионными, радиолокационными (бокового и кругового обзора) и другими системами, позволяет изучить пространственное положение объектов, их распространённость, привязать их непосредственно к карте.

2. Возникновение космических методов

В истории космического фотографирования может быть выделено три этапа. К первому этапу следует отнести фотографирование Земли с высотных, а затем с баллистических ракет, относящееся к 1945--1960 гг. Первые фотография земной поверхности были получены еще в конце XIX в. - начале ХХ в., то есть еще до использования в этих целях авиации. Первые опыты по подъему фотоаппаратов на ракетах начал проводить в 1901--1904 гг. немецкий инженер Альфред Мауль в Дрездене. Первые снимки были получены с высоты 270--800 м, имели размер кадра 40х40 мм. В этом случае фотографирование проводилось при спуске ракеты с фотоаппаратом на парашюте. В 20--30 гг. ХХ в. в ряде стран производились попытки использования ракет для съемки земной поверхности, однако в связи с малыми высотами подъема (10-12 км) они оказались не эффективными.

Съемки Земли с баллистических ракет сыграли важную роль в предыстории изучения природных ресурсов с различных космических летательных аппаратов. С помощью баллистических ракет были получены первые мелкомасштабные изображения Земли с высоты более 90-100 км. Самые первые космические фотографии Земли были сделаны в 1946 г. с помощью баллистической ракеты "Викинг-2" с высоты около 120 км на полигоне Уайт-Сэнд (Нью-Мексико, США). В течение 1946--1958 гг. на этом полигоне производились запуски баллистических ракет в вертикальном направлении и после достижения максимальной высоты (около 400 км) происходило их падение на Землю. На траектории падения осуществлялось получение фотографических изображений земной поверхности в масштабе 1:50 000 - 1:100 000. В 1951--1956 гг. на советских метеорологических ракетах также стала устанавливаться фотоаппаратура. Снимки выполнялись при спуске на парашюте головной части ракеты. В 1957--1959 гг. для съемок в автоматическом режиме использовались геофизические ракеты. В 1959--1960 гг. на высотных стабилизированных в полете оптических станциях были установлены фотографические камеры кругового обзора, с помощью которых были получены фотографии Земли с высоты 100-120 км. Фотографирование производилось в разные стороны, в разное время года, в разные часы дня. Это позволило проследить сезонные изменения космического изображения природных особенностей Земли. Снимки, полученные с баллистических ракет, были весьма несовершенны: были большие расхождения в масштабе изображения, малая площадь, нерегулярность запусков ракет. Но эти работы были необходимы для отработки техники и методики съемок земной поверхности с искусственных спутников Земли и пилотируемых кораблей.

Второй этап фотографирования Земли из Космоса охватывает период с 1961 по 1972 г. и носит название экспериментального. 12 апреля 1961 г. первый космонавт СССР (России) Ю. А. Гагарин впервые вел визуальное наблюдение Земли через иллюминаторы корабля "Восток". 6 августа 1961 г. космонавт Г. С. Титов на корабле "Восток-2" выполнял наблюдение и съемку земной поверхности. Съемка производилась через иллюминаторы отдельными сеансами на протяжении всего полета. Уникальную научную ценность имеют исследования, выполненные в этот период на космических пилотируемых кораблях серии "Союз". С борта корабля "Союз-3" проводилось фотографирование дневного и сумеречного горизонта Земли, земной поверхности, а также наблюдение тайфунов, циклонов, лесных пожаров. С борта корабля "Союз-4" и "Союз-5" велись визуальные наблюдения за земной поверхностью, фото- и киносъемка, в том числе районов Каспийского моря. Эксперименты большого хозяйственного значения были выполнены по совместной программе научно-исследовательским судном "Академик Ширшов", спутником "Метеор" и пилотируемым космическим кораблем "Союз-9". Программой исследований в этом случае было предусмотрено наблюдение Земли с использованием оптических приборов, фотографирование геолого-географичеких объектов с целью составления геологических карт и возможных районов залегания полезных ископаемых, наблюдение и фотографирование атмосферных образований с целью составления метеорологических прогнозов. В этот же период была проведена радиолокационная и тепловая съемка Земли и экспериментальное фотографирование в разных зонах видимого солнечного спектра, позднее названного многозональным фотографированием.

3. Аэрофотосъемка

Аэрофотосъемка - это фотографирование земной поверхности с самолета или вертолета. Оно производится вертикально вниз или наклонно к плоскости горизонта. В первом случае получаются плановые снимки, во втором - перспективные. Чтобы иметь изображение обширного района, делается серия аэрофотоснимков, а затем они монтируются вместе. Снимки делаются с перекрытием, чтобы один и тот же участок попал на соседние кадры. Два кадра составляют стереопару. Когда мы рассматриваем их в стереоскоп, изображение выглядит объемным. Аэрофотосъемка производится с использованием светофильтров. Это позволяет видеть особенности природы, которые не заметишь невооруженным глазом. Если произвести съемку в инфракрасных лучах, то можно увидеть не только земную поверхность, но и некоторые черты геологического строения, условия залегания грунтовых вод.

Аэрофотосъемка широко используется для изучения ландшафтов. С ее помощью составляются точные топографические карты без проведения многочисленных трудных съемок местности на поверхности Земли. Она помогает археологам находить следы древних цивилизаций. Открытие в Италии погребенного этрусского города Спины было осуществлено с помощью аэрофотосъемок. Об этом городе упоминали географы прошлых лет, но найти его никак не удавалось, пока в болотистой дельте реки По не стали проводить осушительные работы. Мелиораторы использовали аэрофотоснимки. Некоторые из них привлекли внимание ученых-специалистов. На этих снимках была запечатлена плоская поверхность низины. Так вот, на снимках этой местности просматривались контуры каких-то правильных геометрических фигур. Когда начали раскопки, стало ясно, что здесь процветал некогда богатый портовый город Спина. Аэрофотоснимки позволили по неприметным с земли изменениям растительности, заболоченности увидеть расположение его домов, каналов, улиц.

Большую помощь аэроснимки оказывают геологам, помогая прослеживать простирание горных пород, рассматривать геологические структуры, обнаруживать выходы коренных пород на поверхность.

В наше время в одних и тех же районах аэрофотосъемка многократно проводится в течение долгих лет. Если сравнить полученные снимки, можно определить характер и масштабы изменений природной обстановки. Аэрофотосъемка помогает регистрировать степень воздействия человека на природу. Повторные снимки показывают участки нерационального природопользования, и на основе этих снимков планируются мероприятия по охране природы.

3.1 Возникновение аэрофотосъемки

Возникновение аэрофотосъемки относится к концу XIX в. Первые фотографии земной поверхности были сделаны с воздушных шаров. Хотя они отличались множеством недостатков, сложностью получения и последующей обработки, изображение на них было достаточно четким, что позволяло различить множество деталей, а также получить общую картину исследуемого региона. Дальнейшее развитие и совершенствование фотографии, фотоаппаратов а также воздухоплавания привели к тому, что съемочные устройства стали устанавливать на летающих аппаратах, называемых аэропланами. Во время Первой мировой войны фотографирование с аэропланов производилось с целью воздушной разведки. Фотографировались расположение войск противника, их укрепления, количество техники. Эти данные использовались для разработки оперативных планов ведения боевых действий.

После окончания Первой мировой войны, уже в послереволюционной России, аэрофотосъемку стали использовать для нужд народного хозяйства.

3.2 Использование аэрофотосъемки в народном хозяйстве

В 1924 г. под г. Можайск был создан аэрофотосъемочный полигон, на котором производилось испытание вновь создаваемых аэрофотоаппаратов, аэрофотосъемочных материалов (фотопленки, специальной бумаги, оборудования для проявления и печатания снимков). Эту аппаратуру устанавливали на существовавшие тогда самолеты типа Як, Ил, новый самолет Ан. Эти исследования давали положительные результаты, что и позволило перейти к широкому использованию аэрофотосъемки в народном хозяйстве. Аэрофотографирование производилось с помощью специального фотоаппарата, который устанавливался в днище самолета с приспособлениями, устраняющими вибрацию. Кассета фотоаппарата имела пленку длиной от 35 до 60 м и шириной 18 или 30 см, отдельный снимок имел размеры 18х18 см, реже - 30х30 см. До 50-х гг. ХХ в. изображение на снимках было черно-белым, позже стали получать цветные, а затем спектральные изображения.

Спектральные изображения выполняются с помощью светофильтра в определенной части видимого солнечного спектра. Например, возможно фотографирование в красной, синей, зеленой, желтой части спектра. При этом используется двухслойная эмульсия, покрывающая пленку. Такой способ фотографирования передает ландшафт в необходимых цветах. Так, например, смешанный лес при спектральном фотографировании дает изображение, которое легко можно подразделять по породам, имеющим на снимке разные цвета. После проявления и сушки пленки готовят контактные отпечатки на фотобумаге размером соответственно 18х18 см или 30х30 см. Каждый снимок имеет номер, круглый уровень, по которому можно судить о степени горизонтальности снимка, а также часы, фиксирующие время в момент получения данного снимка.

Фотографирование какой-либо местности осуществляется в полете, при котором самолет совершает перелеты с запада на восток, затем с востока на запад. Аэрофотоаппарат работает в автоматическом режиме и выполняет снимки, располагающиеся по маршруту самолета один за другим, перекрывая друг друга на 60 %. Перекрытие снимков между маршрутами составляет 30 %. В 70-х гг. ХХ в. на базе самолета Ан был сконструирован для этих целей специальный самолет Ан-30. Он снабжен пятью фотоаппаратами, управление которыми осуществляется с помощью счетной машины, а в настоящее время - с помощью компьютера. Кроме того, самолет обеспечен противовибрационным устройством, исключающим боковой снос за счет ветра. Он может выдерживать заданную высоту полета. Первые опыты использования аэрофотосъемки в народном хозяйстве относятся к концу 20-х гг. ХХ в. Снимки были использованы в труднодоступных местах в бассейне реки Мологи. С их помощью производилось изучение, обследование и определение качества и продуктивности (таксация) лесов этой территории. Кроме того, немного позже производилось изучение фарватера Волги. Эта река на некоторых участках часто меняла фарватер, возникали мели, косы, пересыпи, сильно мешающие судоходству до создания водохранилищ.

Аэрофотосъемочные материалы позволили выявить закономерности в образовании и отложении речных наносов. Во время Второй мировой войны аэрофотосъемка также широко использовалась в народном хозяйстве для разведки полезных ископаемых, а также на фронте для выявления перемещения живой силы и техники противника, съемки укреплений, возможных театров военных действий. В послевоенный период аэрофотосъемка также использовалась во многих направлениях.

4. Дистанционные исследования при поисках полез ных ископаемых

Так, для обеспечения разведки месторождений углеводородного сырья, проектирования, строительства и эксплуатации объектов добычи, переработки и транспортировки нефти и газа с использованием аэрокосмической информации производят изучение рельефа, растительности, почв и грунтов, их состояния в разные времена года, в том числе в экстремальных природных условиях, например, при наводнениях, засухах или сильных морозах, анализ наличия и состояния селитебной и транспортной инфраструктуры, изменений компонентов ландшафтов в результате хозяйственного освоения территории, в том числе в результате аварий на нефтяных и газовых промыслах и трубопроводах и т.д.

При необходимости применяют цифрирование, фотограмметрическую и фотометрическую обработку изображений, их геометрическую коррекцию, масштабирование, квантование, контрастирование и фильтрацию, синтезирование цветных изображений, в том числе с использованием различных фильтров и т.д.

Подбор аэрокосмических материалов и дешифрирование изображений производятся с учетом времени суток и сезона проведения съемки, влияния метеорологических и иных факторов на параметры изображения, маскирующего действия облачности, аэрозольного загрязнения.

Для того, чтобы расширить возможности анализа аэрокосмической информации, используются не только прямые дешифровочные признаки, априорно известные или выявляемые в процессе целенаправленного исследования аэрокосмических изображений, но и косвенные признаки, широко используемые при визуальном дешифрировании. Они, прежде всего, основаны на индикационных свойствах рельефа, растительности, поверхностных вод, почв и грунтов.

Различные результаты наблюдаются при съемке одних и тех же объектов в разных зонах спектра. Например, съемки в инфракрасном и радиотепловом диапазонах лучше фиксируют температуру и влажность земной поверхности, наличие на водной поверхности нефтяной пленки, но точность результатов такой съемки может быть перечеркнута сильным влиянием физической неоднородности поверхности суши или волнения на водной поверхности.

5. Методики автоматизации дешифрирования космических материалов

Специфика использования материалов космических съемок связана с целевым подходом к дешифрированию дистанционных материалов, которые содержат информацию о многих территориально связанных параметрах (географических, сельскохозяйственных, геологических, техногенных и т.п.) природной среды. В основу компьютерного визуального дешифрирования положены измерения четырехмерных (две пространственных координаты, яркостная и временная) и пятимерных (дополнительно, цветное изображение при многозональной съемке) распределений радиационных потоков, отражаемых элементами и объектами местности. Тематическая обработка изображения включает в себя логические и арифметические операции, классификации, фильтрацию и/или линеаментный анализ и серию других методических приемов. Сюда же следует отнести визуальное дешифрирование изображения на экране компьютера, которое осуществляется с помощью стереоэффекта, а также и всего арсенала средств компьютерной обработки и преобразования изображений. Широкие возможности для исследователя открывают автоматические классификации многозональных изображений (с предварительным обучением на эталонах или с задаваемыми параметрами). Классификации основаны на том, что различные природные объекты имеют в разных диапазонах электромагнитного спектра отличающиеся друг от друга яркости. Анализ яркостей объектов в разных зонах (СОХ - спектральные оптические характеристики) позволяет идентифицировать и оконтурить представительные виды ландшафта, структурно-вещественные (производственные и социальные) комплексы и конкретные геологические и техногенные тела. Технология обновления по космическим снимкам цифровых топографических карт на основе визуального дешифрирования должна обеспечивать следующую совокупность функций:

1) экспорт/импорт цифровой картографической информации и цифровых изображений местности;

2) дешифрирование космических фотоснимков с соблюдением оптимальных условий их обработки:

Подготовка исходных материалов для идентификации элементов местности на увеличенных позитивах (на пленке);

Оценка разрешения снимков до и после первичной обработки;

Определение прямых и косвенных дешифровочных признаков, а также использование фотообразов типовых элементов местности и справочных материалов;

4) оцифровку космических снимков и результатов дешифрирования;

5) трансформирование (ортотрансформирование) цифровых космических снимков;

6) подготовку статистических и иных характеристик информационных признаков элементов местности;

7) редактирование элементов содержания цифровой карты по результатам дешифрирования снимков;

8) формирование обновленной цифровой топографической карты;

9) оформление цифровой топографической или тематической карты для пользователя совместно со снимком - создание композитной цифровой фототопографической карты.

При автоматическом и интерактивном дешифрировании дополнительно возможно моделирование полей сигналов на входе приемной аппаратуры аэрокосмических систем мониторинга окружающей среды; фильтрация изображения и операции распознавания образов.

Но совместное наблюдение на экране слоя, получение которого возможно различными методами, векторной цифровой карты и растрового снимка создают новые, ранее не использованные, возможности для автоматизированного дешифрирования и обновления карт.

Координаты контура площадного или линейного элемента местности на цифровой карте могут служить "песмейкером" - указателем для снятия данных с пикселов растрового изображения местности с последующим вычислением осреднённых характеристик окрестной области, задаваемых размеров, и оконтуриванием площади или нанесением соответствующей кривой в новом слое. При нестыковке параметров растра в очередном пикселе изображения возможен переход на следующий соответствующий тому же элементу на карте и с последующей интерактивной ликвидацией разрывов. Возможен алгоритм прерывного получения статистических характеристик осреднённых окрестностей пикселов (точек отрезков между экстремумами или на сплайнах) с учетом допустимого изменения характеристик растротона, а не всего массива равноотстоящих пробных областей вдоль кривой.

Использование данных карты о рельефе местности позволяет значительно усилить автоматизацию алгоритмов дешифрирования, особенно для гидрологических и геологических массивов информации по прямым признакам, используя тот же приём сопоставления, на базе геологических и гравитационных отношений.

Заключение

Применение аэрокосмических технологий в дистанционном зондировании является одним из наиболее перспективных путей развития этого направления. Конечно, как и любые методы исследования аэрокосмическое зондирование имеет свои достоинства и недостатки.

Одним из основных недостатков этого метода является его относительная дороговизна и на сегодняшний день недостаточная четкость получаемых данных.

Выше перечисленные недостатки являются устранимыми и малозначимыми на фоне тех возможностей, которые открываются благодаря аэрокосмическим технологиям. Это возможность наблюдать обширные территории на протяжении длительного времени, получение динамической картинки, рассмотрение влияние различных факторов на территорию и их взаимосвязь между собой. Это открывает возможность системного изучения Земли и ее отдельных районов.

аэрофотосъемка земная дистанционные космические

Список использованных источников

1. С.В. Гарбук, В.Е. Гершензон «Космические системы дистанционного зондирования Земли», «Скан-Экс», Москва 1997г., 296 стр.

2. Виноградов Б. В. Космические методы изучения природной среды. М., 1976.

3. Методики автоматизации дешифрирования космических материалов - http://hronoinfotropos.narod.ru/articles/dzeprognos.htm

4. Дистанционные методы изучения земной поверхности-http://ib.komisc.ru

5. Аэрокосмические методы. Фотосъемки - http://referatplus.ru/geografi

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    дипломная работа , добавлен 15.02.2017

    Дешифрирование - анализ материалов аэро- и космических съемок с целью извлечения из них информации о поверхности Земли. Получение информации путем непосредственных наблюдений (контактный способ), недостатки способа. Классификация дешифрирования.

    презентация , добавлен 19.02.2011

    Геология как наука, объекты исследований и ее научные направления. Геологические процессы, формирующие рельеф земной поверхности. Месторождение полезных ископаемых, классификация их по применению в народном хозяйстве. Руды черных и легированных металлов.

    контрольная работа , добавлен 20.01.2011

    Гидрогеологические исследования при поисках, разведке и разработке месторождений твердых полезных ископаемых: задачи и геотехнологические методы. Сущность и применение подземного выщелачивания металлов, выплавки серы, скважинной гидродобычи рыхлых руд.

    реферат , добавлен 07.02.2012

    Вещественный состав Земной коры: главные типы химических соединений, пространственное распределение минеральных видов. Распространенность металлов в земной коре. Геологические процессы, минералообразование, возникновение месторождений полезных ископаемых.

    презентация , добавлен 19.10.2014

    Аэросъемка и космическая съемка - получение изображений земной поверхности с летательных аппаратов. Схема получения первичной информации. Влияние атмосферы на электромагнитное излучение при съемках. Оптические свойства объектов земной поверхности.

    презентация , добавлен 19.02.2011

    Влияние добычи полезных ископаемых на природу. Современные способы добычи полезных ископаемых: поиск и разработка месторождений. Охрана природы при разработке полезных ископаемых. Обработка поверхности отвалов после прекращения открытой выработки.

    реферат , добавлен 10.09.2014

    Этапы разработка пластов полезных ископаемых. Определение ожидаемых величин сдвижений и деформаций земной поверхности в направлении вкрест простирания пласта. Вывод о характере мульды сдвижения и необходимости применения конструктивных мероприятий.

    практическая работа , добавлен 20.12.2015

    Поисковые работы как процесс прогнозирования, выявления и перспективной оценки новых месторождений полезных ископаемых, заслуживающих разведки. Поля и аномалии как современная основа поисков полезных ископаемых. Проблема изучения полей и аномалий.

    презентация , добавлен 19.12.2013

    Метод геологических блоков и параллельных разрезов подсчета запасов ископаемых. Преимущества и недостатки рассматриваемых методов. Применение различных методов по оценке эксплуатационных запасов подземных вод. Определение расхода подземного потока.