Аэрофотосъемка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аэрофотосъемка

Краткая история аэрофотосъемки

Понятие аэрофотосъемка появилось в середине 19-го века с появлением воздушных шаров. Первую аэрофотосъемку провел Гаспар Турнашон. В 1858 году он сфотографировал французскую деревню с высоты нескольких сот метров. Во время гражданской войны в Америке с 1861 года водородные шары активно применялись для наблюдения за позициями противника. Особенно активное развитие аэрофотосъемка получила с появлением дирижаблей, воздушных шаров, аэростатов и воздушных змеев в конце 19-го века. Первым русским аэрофотографом считается Кованько, который в 1886 г. выполнил аэрофотосъемку Петербурга высоты около 800 метров. Вскоре на свет появляется первая специализированная аэрофотокамера с очень большим фокусным расстоянием. Появление самолетов стало переломным моментом в развитии аэрофотосъемки. Первое аэрофото с самолета сделали Райт и Бонвилан во Франции в 1908 г.

Очень активно аэрофотосъемка и аэроразведка применялись во время первой мировой войны, в эскадрильях появились аэроразведчики.

В СССР в середине 30-х годов был построен специальный самолет для аэрофотосъемки Ш-5. С его помощью планировалось осуществить создание разномосштабных карт территории СССР. Ш-5 имел возможность взлета и посадки с водной поверхности.

Во время второй мировой войны аэрофотосъемка стала незаменимым инструментом в борьбе с фашизмом.

С появлением искусственных спутников земли возникла космическая съемка, которая с успехом применялась во времена холодной войны.

Аэрофотосъемка в большинстве случаев поможет глубже и всесторонне изучить объект съемки и оценить его различные аспекты, она поможет взглянуть на интересующую территорию новым взглядом, увидеть нюансы, которые при обычной фотосъемке с земли недоступны.

Классификация видов аэрофотосъемки

Аэрофотосъемка - это съемка местности фотоаппаратом, установленным на летательном средстве (самолете, вертолете) на фотоматериал.

АФС подразделяют в зависимости от:

Типы используемых аэрофотоаппаратов на:

· Кадровую

· Щелевую

· Панорамную;

Положения оптической оси аэрофотоаппарата на:

· Плановую (выполняется при отклонении оптической оси объектива от вертикали не более 3⁰)

· Перспективную (отклонение оптической сети более 3⁰, может достигать 45⁰ - 60⁰)

В лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве применяют основную плановую АФС с использованием гиростабилизирующих аэрофотоустановок, позволяющих получать снимки с углом наклона 7…10 при предельном значении его 40.

Характера покрытия местности на:

· Одинарную (однокадровую)

· Маршрутную (по трассе)

· Площадную (сплошную);

Одномаршрутная и площадная съемки проводятся кадровыми АФА с взаимными перекрытиями снимков как в пределах маршрутов, так и между смежными маршрутами. Перекрытия в пределах маршрута называют продольными. Их величина обычно равна 56-60% 9в горных районах он может достигать 70-90%) перекрытия между маршрутами называются поперечными. Минимально допустимая их величина 20%.

Размер продольного перекрытия обеспечивается временным интервалом включения АФА, который находится в зависимости от скорости летательного аппарата и высоты его полета (съемки). Расстояние по линии полета между двумя точками фотографирования в маршруте называют базисом (Вx) фотографирования. Соответственно, расстояние между двумя этими точками, изобразившимися на снимке, является базисом снимка (bсн), а линия, соединяющая эти 2 точки, линией начального направления.

Фотопленки и объективы, применяемые в аэрофотосъемке

Для увеличения качества и точности полученных аэроснимков в настоящее время применяются аэрофотообъективы с высокой разрешающей способностью и малой дисторсией. Также широкое применение нашла аэроплёнка с очень малой деформацией.

Падение освещённости по полю зрения должно быть наименьшим, а затвор должен обеспечить очень короткие (до 1/1000 с) выдержки, чтобы уменьшить нерезкость. Сама же аэроплёнка в момент фотографирования должна быть строго выравнена в плоскости.

На сегодняшний день аэрофотографирование производят на следующие типы плёнок:

1. черно-белую панхроматическую;

2. черно-белую инфрахроматическую;

3. цветную;

4. спектрозональную (особый тип пленок на которой изображение получается с преобразованной передачей цветов, дающей возможность резче подчеркнуть различия объектов).

Кроме этого в настоящее время приобретает популярность съемка на цифровые фотоаппараты, что позволяет достичь оперативности в работе.

Способы организации работы

Комплексное изучение состояния трубопроводных геотехнических систем и окружающей среды, неотъемлемой составной частью которого являются аэрокосмические исследования, - технологически единый процесс, совокупность взаимосвязанных, достаточно строго соподчиненных и проводимых в определенной последовательности видов, этапов, стадий работ и отдельных операций.

Применение аэрокосмических методов в интересах трубопроводного транспорта требует соблюдения определенных условий и порядка проведения работ.

Аэрокосмические исследования должны выполняться в три этапа:

· подготовительный (предполевой),

· натурных исследований (полевой),

· камеральной обработки и анализа.

Подготовительный (предполевой) этап.

Содержанием предполевого этапа является организационно-техническая и научно-методическая подготовка предстоящих работ.

На этом этапе осуществляется постановка задачи исследований; подбор, заказ и получение проектной, строительной, эксплуатационной документации, информационных материалов по результатам ранее выполненных исследований природно-технических условий трассы и прилегающей местности, литературных источников, материалов дистанционного зондирования. Проводится ознакомление с результатами, методикой и технологией применения АКМ в исследуемом районе. Оценивается пригодность имеющихся материалов для решения поставленных задач. Выполняются обновление, частичная переинтерпретация, анализ и обобщение априорной информации. Решаются вопросы технического обеспечения - подбираются приборы, оборудование, материалы, проверяется пригодность и точность приборов, производится их юстировка. Выполняется камеральное тематическое дешифрирование различных материалов (фондовых, космических съемок мелкомасштабных АФС и др.) и предварительное районирование по природно-техническим условиям эксплуатации; выявляются геодинамические зоны; проводятся фотограмметрические измерения; выявляются потенциально опасные и выбираются эталонные участки. Определяется необходимость и решаются научно-методические вопросы проведения аэросъемочных работ; получается разрешение на проведение аэросъемок, разрабатывается техническое задание и заключается договор на их выполнение; осуществляется топогеодезическая подготовка материалов аэросъемок.

Ознакомление с результатами, методикой и технологией предшествующих исследований выполняется традиционными приемами обработки литературных источников, фондовых (текстовых и графических) материалов. Основное внимание должно уделяться установлению пригодности имеющихся материалов аэрокосмических съемок для целей диагностики трубопроводных ГТС и мониторинга окружающей среды по их масштабам, времени залетов, качеству и т.д.

Оценка пригодности имеющихся материалов дистанционного зондирования для тематического дешифрирования производится по схеме: выявление интересующих объектов, определение их спектральных характеристик в сравнении с отражательной и излучательной способностью окружающих образований, выбор оптимальных зон спектра, типов пленок, масштабов изображения и других природных и технических параметров специализированных съемок.

В зависимости от состава и объема предстоящих исследований, наличия и возможности получения информационных материалов, выбирается наиболее рациональный их комплект, к которому прикладываются копии паспортов всех используемых съемок, копии справок фотолабораторной обработки первичных материалов, репродукций накидного монтажа и материалы оптической, оптико-электронной и цифровой обработки.

Предварительное районирование изучаемой территории выполняется с привлечением картографических материалов и с учетом особенностей их фотоизображения. На мелкомасштабных материалах АК-съемок выделяются участки, характеризующиеся однородным рисунком. Уточняется положение изучаемой территории в схемах географического, геоморфологического, ландшафтного, геокриологического и т.д. районирования. Выделяются характерные рисунки фотоизображения, отвечающие крупным элементам районирования. Достоверность предварительного районирования повышается при стереоскопическом изучении фотоснимков. Его результаты оформляют на прозрачной основе, наложенной на мелкомасштабный фотоснимок (карту). В легенде составляемой схемы районирования приводится характеристика выделенных элементов. В пределах каждого из выделенных районов намечаются эталонные участки, позволяющие проследить изменение отдельных характеристик исследуемых объектов в зависимости от природных условий.

Натурные исследования

На этапе натурных исследований выполняются аэросъемочные работы и комплексные полевые обследования.

Проведение аэросъемочных работ предполагает выполнение аэрорекогносцировки и различных видов аэросъемок: фотосъемки на черно-белую, спектрозональную и инфракрасную пленки; сканерной, тепловой, микроволновой, телевизионной и др.

Комплексные полевые обследования целесообразно начинать с аэровизуального или аэродесантного обследования, в процессе которых выполняется проверка правильности результатов дешифрирования, уточняются границы таксонов районирования, местоположения и размеры эталонных и потенциально опасных участков, уточняются конкретные индикаторы и дешифровочные признаки состояния геологической среды и проявлений геодинамических процессов в трубопроводной ГТС.

При выполнении наземных работ на трассе проводятся ландшафтно-индикационные исследования, осуществляется полевое дешифрирование материалов аэросъемок, визуальные наблюдения и наземное фотографирование характерных участков трассы, выполняется детальное изучение эталонных и потенциально опасных участков, в процессе которого проводятся: оборудование участка; инженерно-геологические, геокриологические и гидрогеологические исследования; топографо-геодезические работы; режимные наблюдения за геодинамическими процессами; исследования параметров технического состояния МТ.

Камеральная обработка и анализ материалов

В общем комплексе АК-исследовний выполнение камеральной обработки является завершающим этапом, в ходе которого осуществляются систематизация, сопоставление, анализ и обобщение материалов исследований. На данном этапе проводятся дешифрирование полученных ранее материалов; фотограмметрические измерения и обработка их результатов, с использованием которых оцениваются параметры технического состояния МТ; уточняются схемы природно-технического районирования; оценивается активность геодинамических зон; выполняется оценка состояния трассы и окружающей среды; проводится подготовка и обработка данных на ЭВМ с целью выявления инвариантных зависимостей взаимодействия трубопровода с окружающей средой; выполняется экстраполяция полученных зависимостей на всю исследуемую территорию; составляются прогнозные карты местности по природно-техническим условиям эксплуатации; вырабатываются рекомендации по ремонту и реконструкции МГ.

Диагностирование состояния трубопроводных ГТС и мониторинг окружающей среды, составной частью которых являются аэрокосмические исследования, должны представлять некоторый циклический процесс: подготовка и анализ априорной информации; определение параметров состояния элементов системы; обработка, анализ результатов, принятие решения и осуществление мероприятий по управлению ГТС (изменение режимов эксплуатации, корректировка или внедрение схем инженерной защиты, ремонт или реконструкция МТ и др.). И, наконец, вновь выполняется диагностирование состояния ГТС. Такие циклы должны выполняться систематически с рациональной периодичностью в течение всей "жизни" трубопроводной системы.

По использованию разных зон спектра электромагнитных волн

аэрофотосъемка фотоаппарат летательный кадровый

Черно-белая аэрофотосъемка осуществляется на черно-белую фотопленку. Она позволяет получать достаточно надежную информацию о рельефе и контурах местности. Является самой простой, доступной и дешевой и поэтому получила наибольшее распространение в практике аэроизысканий.

Цветная аэрофотосъемка производится на трехслойную цветную фотопленку и передает окраску объектов в естественных цветах. Наиболее часто ее применяют в районах крупных населенных пунктов, на территориях с развитой сетью дорог, с обилием малоконтрастных и мелких объектов, в пустынных и горных районах со сложным геологическим строением.

Цветная аэрофотосъёмка, фотографирование местности с воздуха в целях воспроизведения в натуральных цветах её ландшафтов или отдельных объектов. Благодаря передаче при Ц. а. цветовых различий местности увеличивается информативность аэроснимков и возможность их дешифрирования. Ц. а. осуществляется путём съёмки на многослойной аэроплёнке сразу в синей, зелёной и красной зонах видимой части спектра электромагнитных волн (см.Цвет) или на трёх отдельных аэроплёнках с последующим оптическим совмещением соответственно окрашивающихся при фотообработке однозональных изображений в общее цветное. Последний способ позволяет получать наиболее точное и дифференцированное цветовоспроизведение деталей, но в целом он пока сложнее и дороже. К Ц. а. иногда относят и воздушное фотографирование в преобразованных условных цветах -- т. н. спектрозональную аэрофотосъёмку.

Для Ц. а. из многослойных аэроплёнок используют негативные и обратимые плёнки (см. Фотография). Цветная негативная аэроплёнка предназначена для массового изготовления отпечатков и позволяет вести съёмку при довольно широком диапазоне условий фотографирования, поскольку цветовоспроизведение на ней можно корректировать в процессе фотообработки. Цвета красителей для каждого слоя этой аэроплёнки подбираются как дополнительные к цвету лучей зоны его спектральной чувствительности (см. Дополнительные цвета). Применение цветной обратимой аэроплёнки даёт возможность непосредственно получать позитивное изображение местности, причём со сравнительно лучшей передачей естественных цветовых контрастов. Вместе с тем Ц. а. на этой аэроплёнке выполнима при строго ограниченных условиях и рассчитана на непосредственное использование при дешифрировании самого оригинального аэрофильма или изготовление с отдельных его кадров небольшого количества позитивов. Ц. а. производится теми же аэрофотоаппаратами (кроме сверхширокоугольных) и с тех же высот, что плановая и перспективная аэрофотосъёмка на черно-белых фотоматериалах. Для повышения изобразительных свойств цветных аэроснимков аэрофотоаппараты снабжают объективами, улучшенными в отношении хроматической аберрации, и блендами -- приспособлениями для уменьшения светорассеяния при съёмке. Проявление цветных аэрофильмов, как правило, автоматизировано. Фотопечать выполняется на бумаге или плёнке, а для обеспечения высокоточных измерений-- на стекле. При цветной фотопечати применяются копировальные электронные приборы-полуавтоматы. Для картографических работ с цветных аэрофильмов изготавливают не только цветные отпечатки, но и черно-белые (в качестве промежуточных материалов). При изучении по цветным аэроснимкам ландшафтов или отдельных объектов местности, а также при составлении по ним различных карт используются обычные приборы для дешифрирования (преимущественно стереоскопы илиинтерпретоскопы), а также стереофотограмметрические приборы.

Цветная съёмка с воздуха впервые была осуществлена не аэрофотоаппаратом, а кинокамерой в 1936 одновременно в СССР (Ленинградское отделение ЦНИИ геодезии, аэросъёмки и картографии) и в Канаде. Для решения научных и хозяйственных задач собственно Ц. а. стала использоваться сразу после 2-й мировой войны 1939--45; значительное применение она получила к концу 50-х гг. 20 в. Ц. а. эффективна при общегеографическом изучении Земли (особенно её сезонных аспектов), геологическом картировании обнажённых территорий, лесоустройстве хвойно-лиственных насаждений, учёте древостоев, пораженных промышленными дымами или насекомыми-вредителями, создании почвенных карт культурных земель, обследовании посевов, изучении континентального шельфа (особенно рельефа, грунтов и растительности мелководий, загрязнённости воды, ледового режима), планировании переустройства городов, социально-экономических и археологических исследованиях и топографической съёмке густонаселённых районов. Цветное фотографирование используется и как новое средство изучения земной поверхности (а также происходящих на ней явлений) при съёмках из космоса.

Спектрозоналъная аэрофотосъемка на цветной двухслойной фотопленке (в одном слое получают одноцветное изображение для видимой части спектра, в другом -- для невидимой инфракрасной части спектра) передает окраску объектов в условных цветах. Поскольку такая съемка чувствительна к малейшим изменениям оттенков объектов, ее применение эффективно в районах с различным растительным покровом при определении состава, влажности и типов грунтов, используя их связь с естественным растительным покровом.

Спектрозональную аэрофотосъемку применяют для оценки почвен-но-грунтовых, гидрогеологических условий района изысканий, для нанесения на топографическую основу границ и типов земельных и лесных угодий с последующей оценкой стоимостей отчуждения земель под инженерные сооружения, а также для разведки местных строительных материалов.

Спектрозональная аэрофотосъёмка, фотографирование местности с воздуха одновременно в нескольких зонах спектра электромагнитных волн. С. а. эффективнее аэрофотосъёмки в одной отдельно взятой спектральной зоне, поскольку отражательная способность наземных природных и искусственных образований изменяется в зависимости от длины волны, причём эта закономерность проявляется в качественном и количественном отношении по-разному для различных объектов. В силу этого часть последних может быть зафиксирована на аэроснимке с требующимся утрированным контрастом при фотографировании в одном диапазоне световых лучей, часть -- в другом и т. д. (см.Спектрозональная фотография). Соответственно для выбора при съёмке наиболее подходящих для данного случая зон спектра необходимо знать коэффициенты спектральной яркости интересующих объектов снимаемой территории (при тех или иных её сезонных аспектах и атмосферно-оптических условиях).

Основной вид С. а. -- цветная спектрозональная съёмка (см. Цветная аэрофотосъёмка) -- разработан во время 2-й мировой войны 1939--45 для распознавания по аэроснимкам замаскированных предметов, а затем получил широкое применение для хозяйственных и научных целей. В настоящее время цветную С. а. производят обычнымаэрофотоаппаратом (с жёлтым или красным светофильтром) на аэроплёнке, имеющей на единой подложке два или больше эмульсионных слоя, различающихся по спектральной чувствительности и содержащих такие компоненты, которые при цветном проявлении образуют красители, дополнительные друг другу по цвету. Таким путём обеспечивается получение на одном аэроснимке общего цветного изображения без потери деталей каждого из совмещенных однозональных изображений. Наибольшее распространение из двухслойных спектрозональных аэроплёнок имеют негативные типа "панхром плюс инфрахром" со слоями, чувствительными к излучению в красной (570--690 ммк) и ближней инфракрасной (670--820 ммк) зонах спектра; из трёхслойных спектрозональных аэроплёнок -- негативные (в СССР) и обратимые (за рубежом, называемые там "ложно-цветными" или "цветными-инфракрасными"), причём те и другие типа "ортохром плюс панхром плюс инфрахром", т. е. с добавлением слоя, чувствительного к излучению в зелёной (500--600 ммк)зоне спектра. При печати со спектрозональных аэроплёнок используют обычные цветные (многослойные) или специальные спектрозональные (двухслойные) фотобумаги и позитивные плёнки. На отпечатках аэроснимков и на оригинальных аэрофильмах (на обратимой плёнке) наземные объекты воспроизводятся в преобразованных условных цветах, характеризующихся большим разнообразием, постоянством и соответствием объектам, чем ахроматические тона на черно-белых аэроснимках (ср. аэроснимки). Цветные спектрозональные аэроснимки наряду с преимуществами для дешифрирования характеризуются и достаточно высокими измерительными качествами, что предопределяет возможность их широкого использования вфотограмметрии. В Сов. Союзе цветная С. а. применяется главным образом в лесном и сельском хозяйстве, при геологических и топографических работах.

Разработан и успешно внедряется вариант С. а., при котором воздушное фотографирование осуществляется синхронно тремя или более сблокированными аэрофотоаппаратами (или одним многообъективным) на нескольких черно-белых аэроплёнках, чувствительных к излучению в разных зонах спектра. Экспонируют эти аэроплёнки с использованием целой серии различных светофильтров, специально подбираемых по спектральной характеристике в целях выделения или исключения при данной аэросъёмке тех или иных узких диапазонов световых лучей. Таким путём обеспечивается изготовление комплекта сопоставимых аэроснимков, содержащих в совокупности наибольшую информацию с заснятой территории. Этот вариант С. а. получил название многоканальной аэрофотосъёмки (в переводной литературе её также именуют многозональной, мультиспектральной и т. и.).

Многозональная аэрофотосъемка производится с использованием нескольких соединенных и работающих синхронно аэрофотокамер, с различными комбинациями фотопленок. Применяют в районах со сложными инженерно-геологическими условиями, на оползневых, закарстован-ных участках местности, на конусах выноса и т. д.

Инфракрасная (тепловая) аэрофотосъемка производится с использованием специальных черно-белых или цветных приборов -- тепловизоров. Используется инфракрасная область спектра электромагнитных волн.

Инфракрасную аэрофотосъемку применяют в районах с переувлажненными грунтами, в районах вечной мерзлоты, на заболоченных, оползневых участках, участках выхода грунтовых вод и т. д.

Радиолокационная аэросъемка, в ходе которой получают изображения по отраженным местностью электромагнитным волнам, записываемые на магнитные носители информации. Радиолокационную съемку можно выполнять как днем, так и ночью. Она практически не зависит от метеорологических условий местности и может производиться сквозь сплошной облачный покров.

Размещено на Allbest.ru