Дистанционное зондирование земли

18. Геометрическая коррекции космических снимков.

На геометрические свойства космических снимков оказывает влияние целый ряд факторов. Для фотоснимков центральной проекции таковыми являются возможные углы наклона и кривизны Земли. Для космических сканерных снимков перечень факторов, определяющих геометрию изображения, значительно больше, и к ним относятся влияние кривизны Земли, ее собственное вращение, время формирования строки, законы проецирования во время съемки, способ визуализации и т. д.

Компенсация искажений, обусловленных перечисленными факторами, составляет суть геометрических коррекций. В результате выполнения геометрических коррекций космические снимки могут становиться идентичными карте той или иной проекции (разумеется с определенной точностью, иногда приближающейся к требуемой точности составления карт основ).

Наиболее просто подобная задача решается для космических фотоснимков с помощью фотограмметрических приборов. Космические фотоснимки, исправленные за влияние углов наклона и приведенные к определенному масштабу, могут в пределах заданной точности совпадать с картами.

Геометрические коррекции космических сканерных снимков могут выполняться на трех этапах: в процессе самой съемки, в процессе визуализации информации и в процессе специальной предварительной обработки информации на ЭВМ. На двух последних этапах в основном используются только цифровые методы.

В настоящее время основной объем геометрических коррекций космических сканерных снимков выполняется на третьем этапе.

Современные разработки программного обеспечения в основном создаются на основе подобных быстрых алгоритмов. При этом актуальными становятся задачи в изыскании рациональных путей обмена информацией между ВЗУ и оперативной памятью, установлении границ, в пределах которых для данного снимка геометрические коррекции можно не проводить, в выборе вариантов ориентации изображения при его вводе в ЭВМ [80] и т. д.

19. Процедура дешифрирования, дешифровочные признаки

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 пикселей 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 пиксели многозонального снимка группируются на основе сравнения их яркостей в каждой спектральной зоне с эталонными значениями. При кластеризации же все пиксели разделяют на группы- кластеры по какому-либо формальному признаку, не прибегая к обучающим данным. Затем кластеры, полученные в результате автоматической 58 группировки пикселей, дешифровщик относит к тем или иным объектам. Достоверность компьютерного дешифрирования формально характеризуется отношением числа правильно классифицируемых пикселей к их общему числу. Вычислительные алгоритмы, основанные на спектральных признаках отдельных пикселей, 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. Процедура дешифрирования Дешифрирование определяют как процесс изучения снимков с целью идентификации объектов и оценки их значимости. Дешифрирование является сложной задачей, для решения которой необходимо выполнить ряд работ по классификации и подсчету количества объектов, измерению их параметров и определению границ. Первым этапом дешифрирования является классификация объектов, в ходе которой оператор относит различные объекты на снимке к определенным классам или кластерам. Процедура классификации также состоит из нескольких этапов, первым из которых является выделение пространственных объектов. Затем на этапе распознавания устанавливается тождество между отдельными объектами и соответствующими классами. Для выполнения этого шага необходимы дополнительные знания об изучаемой территории. Наконец, на заключительном этапе, который называется идентификацией, каждый объект на снимке приписывается с некоторой степенью вероятности к одному из определенных классов. Следующий этап дешифрирования -- подсчет количества объектов на снимке -- во многом зависит от того, насколько точно была проведена их классификация. Третий этап состоит в определении геометрических характеристик объекта: длины, площади, объема и высоты. К этому этапу относится и денситометрия -- измерение яркостных характеристик объекта. Последний этап заключается в определении контуров однородных по своим свойствам объектов или пространственных областей, которые при этом закрашиваются определенным цветом или штриховкой. Эту задачу проще выполнять при наличии у объектов четких границ и гораздо сложнее там, где свойства объектов изменяются плавно, например, на границе водоема и песчаных почв. Для успешного дешифрирования очень важно понимать, от каких параметров зависит представление объекта на снимке.

Дешифровочные признаки

Дешифровочные признаки - свойства объектов, которые прямо или косвенно находят отображение на снимках и обеспечивают распознавание объектов. Использование дешифровочных признаков составляет основу визуального дешифрирования снимков, которое, наряду с измерениями, представляет собой основной метод извлечения информации со снимков. Дешифровочные признаки делят прямые и косвенные. Свойства объектов, находящие непосредственное отображение на снимках, принято называть прямыми дешифровочными признаками. К ним относятся три группы признаков: геометрические (форма, тень, размер), яркостные (фототон, уровень яркости, цвет, спектральный образ), структурные (текстура, структура, рисунок изображения). Размер объекта зависит от масштаба. Как правило, при дешифрировании анализируются относительные размеры объектов на одном и том же снимке. Например, размер частного дома должен быть меньше размера крупного торгового центра. Форма объекта или его контуров является очень четким критерием дешифрирования. Как правило, объекты, созданные человеком (например, дороги, каналы, здания), имеют четкие границы и правильную форму, а форма природных объектов -- лесных массивов, водоемов и пр. -- является очень нерегулярной. Тон объекта характеризует его относительную яркость или цвет. Это один из наиболее важных качественных критериев дешифрирования. Обычно тон объекта определяется как темный, средний или яркий. Структура изображения определяется взаимным расположением объектов на снимке. Как правило, отчетливая и хорошо распознаваемая структура возникает в местах периодически повторяемых тонов и текстур. Так, например, разную структуру образуют упорядоченные дома в городе и деревья в саду. Текстура, или частота изменений тона в определенной области снимка, является качественным параметром и обычно характеризуется как резкая или плавная. Например, сухие песчаники обладают плавной текстурой без выраженных вариаций тона. Наоборот, текстура смешанного леса является очень резкой из-за частых пространственных изменений тона, которые связаны с различием в форме и размерах верхушек деревьев разных пород и вариациями плотности лесного покрова. Тень является одним из наиболее важных критериев дешифрирования, поскольку она дает представление об относительной высоте и профиле объекта. В горных районах тень хорошо подчеркивает топографические особенности рельефа и является полезным критерием при дешифрировании геологических структур.

20. Радиолокационная съемка

Радиолокационная съемка обеспечивает получение изображений земной поверхности и объектов, расположенных на ней, независимо от погодных условий, в дневное и ночное время благодаря принципу активной радиолокации: отправление зондирующих сигналов излучающей антенной и прием отраженных сигналов с последующим преобразованием их в изображения или извлечением информации о разности фаз посланного и отраженного сигнала. Технология радиолокации была разработана еще в 30-х гг. прошлого века для военных целей. Основной задачей радиолокации тогда было обнаружение цели, определение ее местоположения, скорости и направления перемещения. Эта задача многократно успешно решалась в ходе второй мировой войны. Однако сразу после войны, в январе 1946 г. был получен отраженный радиосигнал от Луны, показавший не только военную, но и научную ценность радиолокации. Применение радиолокаторов для изучения поверхности Земли началось еще в 1960-е гг., при размещении их на самолетах для зондирования территорий, находящихся сбоку от направления 25 полета. Они известны под названием радиолокаторов бокового обзора. С их помощью впервые было выполнено картографирование территорий бассейна Амазонки, постоянно скрытых облачностью. Радиолокационная съемка Земли ведется в нескольких участках диапазона длин волн (1 см - 1 м) или частот (40 ГГц- 300 МГц ). Характер изображения местности на радиолокационном снимке зависит от соотношения между длиной волны и размерами неровностей местности: поверхность может быть в разной степени шероховатой или гладкой, что проявляется в интенсивности обратного сигнала и, соответственно, яркости соответствующего участка на снимке. На протяжении нескольких десятилетий исследования Земли по радиолокационным снимкам велись преимущественно на основе учета амплитуды отраженного сигнала, несущего информацию о свойствах поверхности. Наибольшее распространение получило применение радиолокационной информации для целей картографирования, особенно территорий, преимущественно закрытых облачностью. В этой области снимки в радиодиапазоне, как правило, уступают снимкам в видимом диапазоне по качеству изображения, зато существенно превосходят их по возможностям получения данных при любых погодных условиях и периодичности повторения при необходимости. В последнее время все более широкое распространение получает радиолокационная интерферометрия - метод обработки данных радиолокации, основанный на выделении разности фаз сигналов, отраженных разными участками местности. Он позволяет вычислить путь, пройденный радиоволнами до поверхности Земли и, соответственно, получить высокоточную информацию как об абсолютных высотах местности, так и о смещениях поверхности, обусловленных разными факторами. Интерферометрия предполагает совместную обработку не менее двух результатов съемки одного и того же участка земной поверхности, зафиксированных антенной при повторных наблюдениях (двухпроходная интерферометрия), или двумя антеннами, одновременно принимающими сигнал от одной точки под разными углами (однопроходная интерферометрия). Интерферометрические данные наиболее современных спутников Cosmo-Skymed и TerraSAR-X при режимах съемки с пространственным разрешением 1 м пригодны для создания и обновления топографических карт, вплоть до масштаба 1:10 000. 21 июня 2010 г. с космодрома Байконур произведен запуск спутника TanDEM-X, составляющего пару со спутником TerraSAR-X, предназначенного для синхронной радиолокационной съемки поверхности Земли. Целью программы TerraSARX/TanDEM-X является создание в 2013 г. в результате маршрутной съемки глобальной цифровой модели с пространственным разрешением до 3 м при абсолютной точности высотного положения точек 10 м, а относительной - 2 м.

21. Реализации функции геоинформатики

Основным программным обеспечением в Г'ИС «Каспий» служит система Arclnfo. Основной платформой для этой системы, созданной Институтом исследования систем окружающей среды (ESRI. США), считаются UNIX-рабочие станции, хотя есть ее версии для IBM PC и Macintosh. Для рабочих станций система поставляется с интерфейсом, соответствующим либо стандарту Motif, либо Open Look. На IBM PC есть версии как для DOS. так и для Windows.

Arclnfo имеет встроенную СУБД и модуль Database Integrator, позволяющий связывать картографические данные с табличными данными в реляционных СУБД, таких как Oracle. Sybase, Informix, Ingress и др. Кроме того, с помощью специальных средств разработчика возможно подключение и других SQL-серверов. С помощью менеджера пространственных БД ArcStorm обеспечивается одновременный доступ большого числа пользователей по сети к данным в режиме одновременного редактирования данных, в том числе карт. Система блокировок обеспечивает при этом редактирование отдельных объектов (с учетом их связей), а не только целых листов карты.

Arclnfo имеет ряд важных модулей расширения. Так, модуль TIN - полная система моделирования поверхностей. Модуль COGO - система для интегрирования координатной геометрии и ГИС, используемая в основном для геодезических целей. Модуль GRID - набор растровых средств по геообработке в прикладных задачах (например, в гидрогеологии и ана иве ресурсов). Модуль NETWORK предназначен для работы с процессами в сетях (например грубопроводах, каналах связи и др.). Каждый из этих модулей и все они в целом предоставляют мощные средства для решения многих прикладных задач.

22. Выделение зональностей. Реестр результатов дешифрирования

Еще одним методом дешифрирования сложных структур является выделение на снимке зональностей -- участков однородного тона и текстуры изображения. При использовании этого метода оператор обращает внимание на общую структуру изображения, не стараясь распознать отдельные ландшафтные единицы. Сначала на снимке выделяют области, однородные по тону, текстуре и другим признакам, затем эти зоны стараются отнести к одному из возможных классов объектов. Очевидно, что на этом шаге необходимо использовать данные полевых исследований и другую вспомогательную информацию. Если результаты дешифрирования оказываются неудовлетворительными, можно попытаться объединить или разделить выделенные области. Выделение зон -- мощный инструмент дешифрирования, который, однако, следует применять с осторожностью. Выделенные зоны могут не точно соответствовать изучаемым классам объектов. Например, тон и структура одной области могут определяться геологическим строением и

топографией, а схожие характеристики другой области -- растительным покровом.

Реестр результатов дешифрирования -- это способ собрать воедино всю имеющуюся информацию. Такие реестры выполняют двойную функцию, являясь одновременно:

1. Средством обучения молодых специалистов методам дешифрирования сложных снимков или тематического дешифрирования в новой области.

2. Способом документирования информации и примеров дешифрирования, относящихся к определенной тематической области. По существу, реестр результатов дешифрирования -- это набор справочных материалов, с помощью которых можно быстро и точно идентифицировать объекты на снимках. Обычно реестр состоит из двух частей: набора снимков или стереопар с примечаниями и графического или

словесного описания. Реестры систематизируются так, чтобы в любой момент можно было легко найти нужный снимок, относящийся, например, к определенной дате, территории или объекту. Реестр результатов дешифрирования - это еще и способ систематизации сведений о важнейших характеристиках объекта или явления. В то же время, следует подчеркнуть, что для использования реестров необходимы знания в тематической области. Сведения, содержащиеся в реестре, не могут заменить опыта специалиста, это всего лишь способ систематизации информации, который помогает ускорить процесс обучения дешифрированию. Реестры результатов дешифрирования являются эффективным способом распространения опыта ведущих специалистов. Они помогают развивать практические навыки работы со снимками и позволяют получать четкое представление о самом процессе дешифрирования.

23. Сущность Дистанционного зондирования

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. Суть метода заключается в интерпретации результатов измерения электромагнитного излучения, которое отражается либо излучается объектом и регистрируется в некоторой удаленной от него точке пространства. С помощью дистанционного зондирования изучают физические и химические свойства объектов. К методам дистанционного зондирования относят и фотографическую съемку, существенным ограничением которой является то, что эмульсионный слой фотопленки чувствителен только к излучению в видимой либо близкой к ней части электромагнитного спектра. В современном облике дистанционного зондирования выделяются два взаимосвязанных направления - естественно-научное (дистанционные исследования) и инженерно-техническое (дистанционные методы)

24. Инфракрасная съемка радиационных характеристик морской поверхности

Инфракрасная (или тепловая) съемка фиксирует тепловое излучение поверхности Земли, определяемое как собственной температурой геологической тел, так и отраженным солнечным излучением.

Однако по зарегистрированному тепловому излучению определяется так называемая радиационная температура, которая обычно ниже физической, поскольку она зависит еще и от излучательной способности объекта, и от ослабления излучения в атмосфере. Но даже в случае регистрации не абсолютных, а только температурных (радиационных) контрастов, возможно эффективно выделение объектов и определение их характеристик.

Помимо изучения собственно температур воды, тепловая инфракрасная съемка дает материал для исследования динамических процессов в океане, течений, океанических вихрей.Вызывая шероховатость морской поверхности, волны отображаются на радиолокационных снимках.

25. Космический летательный аппарат

КЛА аппарат, предназначенный для полёта в космос или в космосе, например ракеты-носители (космические ракеты), искусственные спутники Земли (ИСЗ) и др. небесных тел.

Наименование КЛА общее, включает различные виды таких аппаратов, в том числе использующие и нереактивный принцип движения (например, Солнечный парус и др.). Ракеты-носители (космические ракеты) являются средством достижения необходимой скорости для осуществления космического полёта КЛА, которые можно разделить на 2 основные группы: а) околоземные орбитальные КЛА, движущиеся по геоцентрическим орбитам, не выходя за пределы сферы действия Земли (ИСЗ); б) межпланетные КЛА, которые в полёте выходят за пределы сферы действия Земли и входят в сферу действия Солнца, планет или их естественных спутников. При этом различают автоматические КЛА (автоматические ИСЗ, искусственные спутники Луны -- ИСЛ, Марса-- ИСМ, Солнца -- ИСС и т. п., автоматические межпланетные станции -- АМС) и пилотируемые(космические корабли-спутники, обитаемые орбитальные станции, межпланетные космические корабли).Большая часть указанных типов КЛА уже создана; ведётся разработка межпланетных кораблей для полёта и высадки на др. планеты, транспортных космических кораблей многократного использования и др.

Полёт КЛА делится на следующие участки: выведения -- КЛА сообщается необходимая космическая скорость в заданном направлении; орбитальный, на котором движение КЛА происходит в основном по инерции, по законам небесной механики; участок посадки. В ряде случаев КЛА снабжаются ракетными двигателями, позволяющими на орбитальном участке изменять (корректировать) траекторию движения или тормозить КЛА при посадке. Для современных КЛА, использующих химические ракетные двигатели, протяжённость участков полёта с работающими двигателями (выведение, коррекция, торможение)значительно меньше, чем участков орбитального полёта.

26. Геодезическая привязка космических снимков

Традиционный подход к решению этой задачи основан на измерении параметров орбиты и углов ориентации спутника и использовании этих данных для коррекции изображений. Неточность определения углов тангажа и крена спутника вызывают после нормализации изображения смещение диска Земли соответственно в направлении полюсов и вдоль экватора; погрешность оценки угла рысканья приводит к повороту изображения, а ошибка в измерении высоты - к изменению масштаба. В работе рассматривается задача уточнения геодезической привязки изображений от геостационарных спутников путем совместного использования информации о контурных точках диска Земли и электронных карт. Геодезическая привязка по контурным точкам диска Земли основана на том, что изображения от геостационарных спутников содержат земной диск, который контрастно отображается на фоне космоса, и при отсутствии искажающих факторов должен располагаться в строго определенной позиции, иметь форму эллипса с известными размерами и ориентацией полуосей. Путем сравнения реально наблюдаемого диска Земли с эталонным эллипсом решается задача уточнения его положения и размеров. Привязка по электронным картам (ЭК) основана на том, что для выбранных фрагментов береговых линий снимка создаются одноименные фрагменты электронных карт, которые выступают в качестве опорной координатной основы. Путем отождествления одноименных фрагментов снимка и карты решается задача уточнения геодезической привязки объектов наблюдаемой сцены.

Для повышения точности, надежности и скорости решения поставленной задачи представляется целесообразным последовательное использование этих технологий: на первом этапе на основе контурных точек диска Земли уточняется положение его центра и размеров; на втором - с использованием ЭК выполняется окончательная геодезическая привязка объектов сцены.

27. Спутники, используемые для космического мониторинга Приаралья

Эффективная система мониторинга должна содержать космический сегмент, включающий космические аппараты на круговых солнечно-синхронных орбитах, оснащенные приборами активного и пассивного зондирования различного пространственного разрешения в максимально широком диапазоне электромагнитного спектра. В первую очередь для регулярной съемки территории Казахстана целесообразно использовать такие общедоступные космические системы, как NOAA (разрешение 1100 м) и EOS AM TERRA (разрешение 250 м). Из систем высокого разрешения наиболее доступны данные КА «Метеор-3М» (раз- решение 37 м) и индийских спутников IRS 1С/1D (разрешение PAN 5,6 м). Именно эти космические системы образуют костяк космического сегмента СКМ ЧС РК. Поскольку территория Казахстана часто закрыта сильным облачным покровом, препятствующим проведению регулярных космических съемок в микроволновом диапазоне, необходимо использовать данные активного зондирования, в частности, канадского спутника RADARSAT-1. На этом спутнике установлен радар, позволяющий получать качественные изображения земной поверхности независимо от наличия облачного покрова и времени суток с разрешением от 8 до 100 м. Радарные снимки особенно эффективны при картировании ледовой обстановки, распознавании нефтяных пятен на водной поверхности, мониторинге наводнений и паводков. В сочетании с космосъемками в видимом и тепловом диапазонах эта информация чрезвычайно полезна для обнаружения и контроля развития различных стихийных бедствий.

28. Базовые карты для проектирования техногенных систем

Базовая карта обеспечивает визуальную основу для остальных слоев, чтобы пользователю было проще ориентироваться на карте. Эти карты строятся на основе лучших из доступных данных сообщества и авторитетных поставщиков и представлены с различными картографическими стилями. Карты представлены в широком диапазоне: от физико-географических до политико-административных. Вы можете выбрать базовую карту, наиболее подходящую для вашей карты или приложения.

Доступ к таким картам может быть представлен в виде:

· Карт и картографических слоев - доступ к базовым картам, справочным и специальным картам, а также инструментам навигации, посредством ArcGIS Online;

· Данных для создания карт подобных базовым картам из ArcGIS Online, поставляемые на устройства хранения данных, которые подключается прямо в сети вашей организации;

· Высококачественных навигационных данных NAVTEQ и TomTom, с помощью которых можно быстро производить геокодирование, маршрутизацию и т.д.

Сферы деятельности, в которых могут быть применены базовые карты:

· геомаркетинг;

· оборона и разведка;

· сервис и туризм;

· многие другие сферы, косвенно связанных с картографией, или где сотрудникам часто приходится работать с мобильными картографическими приложениями.

29. Какие объекты могут быть нанесены на снимок или карту при полевом дешифрировании?

ДОСЪЕМКА НЕИЗОБРАЗИВШИХСЯ ОБЪЕКТОВ. На снимках могут не изобразиться некоторые из подлежащих дешифрированию объектов. Для нанесения на дешифрируемые материалы этих объектов используют простейшие, обеспечивающие достаточную точность, способы. В качестве опорных используют точки изображения, хорошо опознающиеся на местности. При значительном объеме досъемочных работ дешифрируют копии изготовленных фотопланов (ортофотопланов).

Изображение на них приведено к единому, обычно стандартному, масштабу. Для досъемки в этом варианте можно использовать любые геодезические способы с одновременным фиксированием на фотоплане полученных результатов.

В другом варианте дешифрируют увеличенные до масштаба плана снимки. Снимаемый объект примерно наносят на снимок.

Данные для точного нанесения его на план фиксируют на схеме досъемки (абрисе). Оператор использует эти данные при компьютерной фотограмметрической обработке снимков.

При создании планов и карг можно использовать технологии, при которых в компьютер вводят дешифрированные снимки. В этом случае на снимках должно быть нанесено точное положение доснимаемых объектов. Это исключает возможность применения угломерных способов досъемки и вызывает необходимость использования в каждой части (зоне) снимка частного масштаба.

30. Полевое дешифрирование

При полевом дешифрировании дешифровщик непосредственно на местности ориентируется по характерным и легко опознаваемым объектам местности и, сравнивая контуры объектов с их радиолокационными изображениями, наносит результаты опознавания условными знаками на снимок или топографическую карту.

При полевом дешифрировании попутно, непосредственными измерениями, определяются числовые и качественные характеристики объектов (характеристики растительности, водоемов, сооружений при них, характеристики населенных пунктов и т. д.). При этом на снимок или карту могут быть нанесены объекты, не изобразившиеся на снимке вследствие своих малых размеров или потому, что они не существовали в момент съемки. При полевом дешифрировании специально или попутно создаются эталоны (ключи), с помощью которых в дальнейшем в камеральных условиях облегчается опознавание объектов однотипной местности.

Недостатками нулевого дешифрирования снимков являются его трудоемкость по времени и затратам и сложность его организации.

Дешифрирование начинают с нанесения точного положения границ основных землепользований и землевладений. Рассмотрим общую технологию их дешифрирования. При этом может оказать ся, что межевые знаки (поворотные пункты границ) сохранились на местности и надежно опознаются на фотоизображении; меже вые знаки сохранились на местности, но не опознаются на фото изображении; межевые знаки на местности не сохранились. Дешифрирование границ в первом случае сводится к простому опознаванию, фиксированию наколами и соответствующему оформлению опознанных знаков на дешифрируемых материалах. Реализации этого варианта, как уже отмечалось, способствует маркирование знаков перед аэросъемкой. Во втором случае межевые знаки наносят на фотоизображение в поле геодезическим путем с использованием приемов. Для решения той же задачи в камеральных условиях данные о положении границ получают с дешифрованных снимков или фотопланов прежних лет, если граница с тех пор не изменилась. Отождествление точек фотоизображения выполняют стереоскопически или с помощью линейных засечек (пропорциональным циркулем) от сохранившихся и надежно отождествляемых точек фотоизображения, В третьем случае, при отсутствии координат поворотных пунктов, границу дешифрируют по указанию уполномоченных смежных землепользователей в поле. Если фактическая граница землепользования не соответствует юридической, то на дешифрируемые материалы наносят обе границы с внесением соответствующего примечания в акт сдачи-приемки результатов дешифрирования. Опознанные надежно в камеральных условиях участки границ вычерчивают тушью. Оставшиеся участки дешифрируют в поле. Границы поселений наносят на изображение по их фактическому положению. Распознавание границ существенно упрощается, если на местности они обозначены канавами, изгородями, рядами деревьев или кустарников, совпадают с дорогами. Если фактическая граница поселения совпадает с юридической, то на дешифрируемых материалах их обозначают сплошной красной линией, в противном случае, а также при отсутствии юридической границы на местности -- точечным пунктиром. Границы орошаемых и осушенных земель на дешифрируемые материалы наносят с планов инвентаризации мелиорированных земель, с планов их графического учета или исполни тельных чертежей, составленных при сдаче этих земель в эксплуатацию. При камеральном дешифрировании прочих объектов необходимы полный комплекс признаков, а также материалы, собранные на подготовительном этапе. Дешифрирование в большинстве случаев выполняют по принципу последовательного перехода от общего к частному. Сначала дешифрируют основные линейные топографические объекты (дороги, гидрографические элементы), затем общие контуры лесных массивов и сельскохозяйственных угодий и далее анализируют каждый из выделенных массивов. Используют и другие варианты последовательности дешифрирования. Названия поселений, рек, озер, урочищ, сведения о характеристиках лесов, болот, границы затопления земель устанавливают с помощью топографических карт. Условные знаки надежно опознанных элементов ситуации вычерчивают тушью. Неуверенно дешифрированные и вообще не дешифрирующиеся участки (объекты) выделяют на снимках и пере носят на репродукцию накидного монтажа или фотосхему. На основе этих материалов, а также с учетом полученных в местных землеустроительных органах сведений о происшедших после аэросъемки изменениях в районе работ проектируют маршруты полевой доработки и контроля результатов камерального дешифрирования. Полевые работы в зависимости от числа и плотности нуждающихся в полевом обследовании участков, от общей ситуационной плотности района работ и от местных дорожных условий выполняют путем лешего обхода или с привлечением наземных и воздушных транспортных средств. Последние варианты должны быть экономически обоснованы. Вдоль свободных от сводки границ участка дешифрируют полосу за его пределами шириной I см в масштабе плана. Полевую часть работ выполняют при участии уполномоченного 10:36:58 представителя землепользования, землевладения. По необходимости для консультации привлекают должностных лиц хозяйств и представителей землеустроительной службы района. Результаты дешифрирования в поле фиксируют с помощью жесткого карандаша или притупленной иглы с обязательным ежедневным вычерчиванием результатов тушью. Дешифровщики Госземкадастрсъемки для нанесения на дешифрируемые материалы (преимущественно ортофотопланы) условных знаков используют цветные «ручки-корректоры» (типа фломастеров). Другим концом такой ручки можно удалить с дешифрируемого изображения ошибочно нанесенные элементы ситуации. Обнаруженные в поле не изобразившиеся объекты наносят на фотоизображение специальные приемы. По мере выполнения дешифрирования исполнитель согласует (сводит) результаты по смежным границам рабочих площадей, планшетов, хозяйств. В целях предупреждения методических ошибок дешифрирования руководитель подразделения контролирует все этапы работ, особенно на начальной стадии. Замечания по работе и рекомендации заносят в акт текущего контроля. Завершив работу, исполнитель формирует «Дело по дешифрированию», включив в него дешифровочные материалы и документы, перечень которых устанавливают согласно действующим инструкциям или другим нормативным указаниям. Законченную работу принимает руководитель работ с обязательным выездом на место работы. При этом устанавливают соответствие результатов дешифрирования требованиям инструкции и дополнительным техническим условиям. Обращается внимание на выполнение рекомендаций, указанных в актах текущего контроля, на качество вычерчивания результатов дешифрирования и выполнения сводок, на наличие и правильность оформления не обходимых документов. Полноту и достоверность результатов дешифрирования контролируют выборочно, непосредственно в поле, на наиболее сложных участках. Обнаруженные недостатки устраняет исполнитель. Дальнейшая приемка выполненных работ осуществляется руководством экспедиции и представителем технического отдела с оформлением актов. Принятые материалы представляют для проверки и согласования с представителями организации-заказчика.

33. Полевое дешифрирование

При полевом дешифрировании дешифровщик непосредственно на местности ориентируется по характерным и легко опознаваемым объектам местности и, сравнивая контуры объектов с их радиолокационными изображениями, наносит результаты опознавания условными знаками на снимок или топографическую карту.

При полевом дешифрировании попутно, непосредственными измерениями, определяются числовые и качественные характеристики объектов (характеристики растительности, водоемов, сооружений при них, характеристики населенных пунктов и т. д.). При этом на снимок или карту могут быть нанесены объекты, не изобразившиеся на снимке вследствие своих малых размеров или потому, что они не существовали в момент съемки. При полевом дешифрировании специально или попутно создаются эталоны (ключи), с помощью которых в дальнейшем в камеральных условиях облегчается опознавание объектов однотипной местности.

Недостатками нулевого дешифрирования снимков являются его трудоемкость по времени и затратам и сложность его организации.

Аэровизуальное дешифрирование аэрокосмоснимков

13 последнее время в практике аэрофотографических работ все большее применение получает аэровизуальный метод дешифрирования аэрофотоснимков. Этот метод с успехом может быть применен при дешифрировании радиолокационных изображений местности. Сущность аэровизуального метода заключается в опознавании изображений объекта с

Камеральное дешифрирование аэрокосмоснимков

При камеральном дешифрировании снимков опознавание объектов и их интерпретация производится без сличения изображений с натурой, путем изучения изображений объектов по их дешифровочным признакам. Камеральное дешифрирование снимков широко применяется при составлении контурных радиолокационных карт, обновлении топографических карт, геологических исследованиях, при исправлении и дополнении картографических материалов в труднодоступных районах.

Однако камеральное дешифрирование обладает существенным недостатком - невозможно полностью получить все необходимые сведения о местности. Кроме того, результаты камерального дешифрирования снимков соответствуют не времени выполнения дешифрирования, а моменту съемки. Поэтому представляется весьма целесообразным сочетание камерального и полевого или аэровизуального дешифрирования снимков, т. е. их комбинирование.

При комбинированном дешифрировании снимков основная работа по обнаружению и опознаванию объектов выполняется в камеральных условиях, а в поле или в полете выполняются и опознаются тс объекты или их характеристики которые невозможно опознать камерально.

Камеральное дешифрирование делится на два метода:

непосредственное или полуинструментальнос дешифрирование;

инструментальное дешифрирование.

Непосредственный метод дешифрирования

При непосредственном методе дешифрирования исполнитель зрительно, без приборов или с помощью увеличительных приборов, рассматривает снимок и, основываясь на дешифровочных признаках изображения и своем опыте, опознает и интерпретирует объекты.

При непосредственном методе дешифрировании снимков применяемые приборы являются вспомогательными, улучшающими условия наблюдения. Некоторые приборы позволяют дешифровщику определять количественные характеристики дешифрируемых объектов. Но основную роль в обнаружении, распознавании и интерпретации играет человек.

К вспомогательным приборам и инструментам относятся наборы луп с различным увеличением, измерительные шкалы, стереоскопы, параллактические линейки, параллаксометры, специальные приборы для дешифрирования, проекционные экраны, телевизионные и электронно-оптические замкнутые системы, улучшающие условия дешифрирования снимков.

самолета или вертолета. Наблюдение может вестись через оптические и инфракрасные приборы. Аэровизуальное дешифрирование радиолокационных изображений позволяет увеличить производительность и снизить стоимость работ полевого дешифрирования.

Инструментальный метод дешифрирования

Как уже указывалось выше, весь процесс дешифрирования можно представить в виде трех этапов: подготовительно-ознакомительного (обнаружение), собственно чтение аэроснимка (опознавание), формулирования выводов и окончательной оценки (интерпретация). Эти процессы могут быть разделены по месту и времени их выполнения, что облегчает возможность автоматизации дешифрирования. При инструментальном методе дешифрирования предполагается, что по крайней мере одна из трех операций дешифрирования (обнаружение, опознавание или интерпретация объектов) выполняется без участия в ней человека. На современном этапе полное решение этой задачи для всех трех операций следует считать бесперспективным. Но частичная автоматизация, т. е. автоматизация первых двух операций - обнаружения и опознавания заданных объектов, может быть и должна быть осуществлена. В этом суть и направление современной автоматизации дешифрирования.

34. Применение космических снимков в океанологии

Свыше 70 % поверхности земного шара, занятой морями и океанами, слабо обеспечено информацией. Сеть наблюдательных станций на море на два порядка реже, чем па суше, а многие пространства океана вообще лишены станции. Поэтому значение космических съемок океанов и морей трудно переоценить.

Космические съемки помогают решать различные географические задачи изучения океанов и морей: наблюдать за распределением течений и гидросферных фронтов, мгновенно регистрировать пространственную структуру волнения поверхности, следить за движением взвешенных твердых частиц, обнаруживать нефтяные пленки и другие загрязнения воды, изучать строение и динамику ледяного покрова.

Течения и фронтальные зоны между водными массами наблюдаются с помощью инфракрасной съемки радиационных характеристик морской поверхности. Кроме того, для изучения океанических течений применяется телевизионная съемка облачных индикаторов гидросферных фронтов. Прослеживаются движения морских льдов, распространения вод разной мутности и цвета, определяются степень волнения и другие характеристики морской поверхности.

Наблюдая гидросферные фронты и гидрологические водные массы по распределению типов и покрытия облачных индикаторов, учитывают различные характеристики облачности: тип, форму, ярусность, текстуру и тон изображения.

Над относительно теплой водной массой, отличающейся повышенным испарением влаги, образуется сплошная низкая слоисгокучсвая облачность, а над более холодной водной массой облачность разрежена или отсутствует. В этом случае граница облачного массива резкая и служит индикатором гидросферного фронта.

Смешение теплого и холодного воздуха, свойственного разным водным массам, приводит к образованию полосы специфической, преимущественно кучевой или кучево-дождевой облачности. В этом случае индикатором гидросферного фронта служат полосы или цепочки скоплений кучевой облачности.

Установлено, что линии облачных индикаторов хорошо согласуются с изотермами на картах поверхностных температур.

Более надежную информацию о миграции течений и гидросферных фронтов дает дневная и в особенности ночная инфракрасная съемка со спутников. Волновая и вихревая структура гидросферных фронтов в океане впервые изучена по инфракрасным космическим снимкам.

Другое перспективное направление в космической океанологии -- наблюдение за морфологией и динамикой морских льдов.

Основным средством для изучения ледяных полей являются телевизионные изображения с метеорологических искусственных спутников Земли. Главное преимущество телевизионной съемки - независимость от облачности, мешающей получению изображения кромки льдов в оптическом диапазоне большую часть года.

В связи с подвижностью льдов требуется частота съемки не менее одного раза в 3--5 дней.

Ледяные поля сплоченностью 9-10 баллов на снимках изображаются светлым или светло-серым тоном, на котором видны ломаные линии канатов, редкие темно-серые пятнышки небольших разводий, торосистых образований и ледовых вихрей.

Битый лед при сплоченности 2-3 балла изменяет тон телевизионного изображения моря от черного до серого, а сплошной битый лсд при 9-10 баллах дает сплошной светлый гон.

Дрейф льдов весьма заметно изменяет картину изображения ледового покрова. 11о эти изменения происходят медленно. Новые данные о циркуляции полярных льдов выявляются при частоте съемки один раз в 5-10 дней.

Изучаются и другие океанологические объекты - разводья, полыньи, каналы и другиеобразования чистой воды среди ледяных полей. Прибрежные полыньи изображаются темно-серым фоном с резкой границей со стороны материка и диффузно-резкой границей со стороны морского ледяного покрова. Разводья и каналы в ледяных полях имеют структуру, определяемую преобладающими ветрами, морскими течениями, приливно-отливными явлениями и направлением дрейфа льдов.

Космические снимки позволяют составить мгновенную карту морских волнений на больших территориях. По яркости, размеру, деформации и границам солнечного блика на телевизионных изображениях можно судить о состоянии поверхности моря. Если поверхность моря спокойная, то блик яркий. При взволнованном море блик менее яркий, расширенный и вытянутый. При бушующем море блик становится неразличимым.

Наблюдение морского дна в пределах континентальных шлейфов ограничивается прозрачностью воды. Однако на космических изображениях, полученных в зелено-голубой части спектра, просматриваемость дна всегда больше, чем на аэроснимках, и находится в пределах от 20 до 100 м.

Используя зависимость между плотностью изображения и глубиной дна, можно проводить изобаты.

Искажения снимков.

Изображение местности на снимке имеет искажения, основные из которых обусловлены непостоянством высоты фотографирования, рельефом местности, наклоном снимка, кривизной земной поверхности.

Рельеф местности вызывает смещения

i0i = dh

где r - расстояние до точки надира n (пересечения снимка отвесной линией, проходящей через центр проекции);

h - превышение точки I над точкой [image];

H - высота фотографирования.

На космических снимках эти искажения незначительны и учитывают их только в высокогорных районах.

Наклон снимка на угол a вызывает смещения точек относительно соответствующих точек горизонтального снимка. Изменение расстояния от центра снимка до точки в направлении наклона равно

da = ra - r0,

где r0 - расстояние на горизонтальном снимке, а ra - на наклонном. Из рис. 12.3, б видно, что

Следовательно, изменение расстояния равно:

Искажения снимков, полученных сканером, кроме названных причин, вызваны еще тем, что изображение сканерного снимка по направлению полета и направлению сканирования строится в различных проекциях: в направлении полета - в ортогональной проекции, в перпендикулярном направлении - в перспективной проекции. В результате круг на плоской местности изображается на сканерном снимке неправильным овалом, прямая - кривой, квадрат - прямоугольником.

В результате искажений аэрокосмические снимки имеют разный масштаб, причем неодинаковый в разных частях снимка.

36. Особенности систем с линейками полупроводниковых приемников

В середине 70-х годов появились сообщения о разработке съемочных систем, использующих в качестве сенсоров линейки полупроводниковых приемников, каждый из которых имеет очень малые размеры (порядка 150--200 мкм2).

Линейка полупроводниковых приемников располагается перпендикулярно к направлению движения носителя, в фокальной плоскости приемной оптики. За время

T=Hd/ Wf

где d-- поперечный размер линейки приемников, И-- высота съемки, W -- скорость движения носителя относительно поверхности объекта;

/-- фокусное расстояние приемной оптической системы, происходит прием видеоинформации всеми приемниками линейки с полосы съемки, т. е. формируется Строка изображения. Затем происходит считывание накопленной на приемниках информации в виде электрических сигналов, преобразуемых в устройстве регистрации в цифровые коды, которые характеризуют отражающую или излучающую способность элементов снимаемой поверхности в данном диапазоне длин волн (в зависимости от типа приемников).

Геометрически снимки, полученные такими системами, имеют особенность, заключающуюся в том, что строки изображения строятся по законам центрального проектирования, а стыковка строк и формирование кадра производятся как при линейно-строчном сканировании.

В дополнение к преимуществам сканирующих систем для аппаратуры с линейками приемников можно указать достоинства, которые заключаются:

* в отсутствии оптико-механических сканирующих устройств, усложняющих конструкцию и вносящих дополнительные геометрические искажения;

* в повышении точности процессов цифровой обработки изображений и упрощении алгоритмов этой обработки, вызванных тем, что положение каждого элементарного приемника в линейке геометрически хорошо известно.

37. Многозональная съемка. Приборы, используемые для выполнения многозональной съемки

МНОГОЗОНАЛЬНАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ФОТОСЪЁМКА-- основана по получении одновременно нескольких фотоизображений природных объектов, земной поверхности и т.п. в различных областях электромагнитного спектра с помощью фотокамер, установленных на космическом летательном аппарате. Съёмка проводится с высоты 200-400 км в спектральном диапазоне 480-840 нм с применением специальных космических фотоаппаратов, контроль высоты осуществляется радиовысотомерами. Продольное перекрытие кадров составляет 20, 60 или 80%. Фотографирование проводится с компенсацией сдвига изображения и автоматическим контролем вертикального положения оси фотосистемы. Для обработки снимков применяется многоканальный синтезирующий проектор, который синтезирует цветные изображения с увеличением на основе многозональных чёрно-белых снимков. Полученные изображения фиксируются с помощью специальной кассеты или путём фотографирования непосредственно с экрана. Синтез изображений в разных зонах позволяет получать снимки, на которых яркими цветами кодируются исследуемые природные объекты. Полученные снимки характеризуются высокой разрешающей способностью при сохранении большого охвата местности.

Многозональная космическая фотосъемка используется для изучения природных ресурсов Земли, поиска месторождений полезных ископаемых, а также при гидрогеологических, инженерно-геологических и мелиоративных изысканиях. Применение многозональных снимков повышает достоверность выделения геологических структур, которые не всегда уверенно выделяются на отдельных зональных снимках, позволяет создавать специальные космогеологические карты, выявлять околорудные изменения пород, которые не различаются на снимках других типов, выделять малоамплитудные погребённые поднятия в платформенных областях, перспективных в отношении нефтегазоносности. Многозональные снимки используются для дистанционного мониторинга -- слежения за состоянием природной среды и её изменениями в результате техногенной деятельности с целью выработки необходимых природоохранных мероприятий.

Многозональная фотографическая съемка обеспечивается использованием черно-белой пленки, обычно изопанхроматической и светофильтров, которая разделяет световой поток на отдельные участки спектра. Для съемки в ближней инфракрасной части спектра используется инфрахроматическая пленка. Многозональный фотографический снимок представляет собой серию из нескольких черно-белых снимков. Существуют приборы, синтезирующие проекторы, с помощью которых можно совмещать зональные изображения аддитивным путем и получать цветное синтезированное изображение в натуральных или искаженных цветах. Принцип многозональной съемки сейчас стал преобладающим.

Многозональная съемка занимает ведущее место среди других видов аэрокосмических съемок. Её осуществляют:

* либо многокамерными синхронизированными аппаратами, обеспечивающими одновременную съемку объектов земной поверхности в разных зонах спектра,

* либо одной камерой с несколькими объективами, в которых используются различные виды пленок, чувствительные к видимой и ближней инфракрасной частям спектра.