4.3. Приклади експериментального дешифрування перетворених матеріалів космічної фотозйомки.

При розробці методики складання карт природоохоронної тематики проведені експериментальні роботи з дешифрування перетворених на оптико-електронній апаратурі й ЕОМ зображень, до яких, у першу чергу, відносяться дискретні кольорокодовані зображення й складені кольорокодовані зображення, отримані шляхом синтезу матеріалів багатозональної і різночасової зйомки з космосу.

Рис. 5. Приклад дискретного зображення, отриманого за космічним чорно-білим знімком.

Дискретизація вихідного безперервного інтервалу півтонів фотозображення космічного фотознімка на ряд інтервалів може виконуватися по будь-яких чорно-білих відбитках або негативах. У результаті наступного дискретного колірного кодування, коли кожному інтервалу півтонів привласнюється певна колірна характеристика, дослідник одержує кольорове умовне зображення досліджуваної ділянки, на якому одним і тим самим кольором позначені об'єкти, що мають той самий інтервал щільності фототону.

Однак фототон космічного фотознімка залежить від багатьох факторів і може набувати істотних змін навіть на сусідніх знімках, що утрудняє їхнє тематичне дешифрування по дискретних зображеннях. У зв'язку із цим на оптико-електронній апаратурі доцільно проводити дискретизацію не абсолютних значень фототону, а відносних, тобто їхніх градієнтів. Це дає певні переваги при порівняльному дешифруванні декількох знімків.

У зв'язку з тим, що в основу оптико-електронного перетворення покладена тільки зміна інтенсивності фототону, без обліку структури фотозображення, то на перетвореному зображенні тим самим колірним тоном будуть позначені всі об'єкти, що мають ту саму щільність фототону (або їхня різниця). Це приводить до того, що на перетворених зображеннях тематично різні об'єкти, але з подібним фототоном зображення, можуть одержати однакову колірну характеристику.

Особливості дискретизації безперервного інтервалу півтонів фотозображення на космічних знімках дозволяють визначити коло завдань, які можуть бути вирішені за допомогою дешифрування дискретних зображень.

Основним завданням, яке розв’язується за допомогою дискретизації фототону, є встановлення об'єктивних границь певного об'єкта, зображеного на даному знімку (Рис. 5). Зміна інтенсивності фототону при поступових переходах щільності часто використовується для виявлення й картографування об'єктів, що мають різкі розходження в спектральних характеристиках у порівнянні з навколишнім фоном.

Зокрема, ці дискретні кольорокодовані зображення можуть бути використані при:

- уточненні границь підтоплених земель водами водосховищ;

- уточненні границь засолених земель;

- виявленні різних сільськогосподарських культур;

- виділенні ділянок з різним ступенем еродованості ґрунтів;

- вивченні окремих компонентів ландшафту важкодоступних регіонів (встановленні границь ландшафтів, що розрізняються по комплексу умов і морфологічній структурі);

- визначенні границь областей розвантаження місцевих вод (у пустелі) ;

- для уточнення границь відкритого льоду й засніженої поверхні льодовиків й ін.

Навіть із цього короткого переліку завдань видно, що дискретні кольорокодовані зображення можуть застосовуватися для визначення точних границь між об'єктами при дуже плавному переході фототонів або практично невловимому. Такі випадки численні при будь-якому виді тематичного дешифрування знімків, у той час як при складанні по космічних фотоматеріалах карт інвентаризації й оцінки сучасного стану навколишнього середовища необхідна більша точність у проведенні границь, тому що від цього залежать точність визначення площі об'єктів і кількісні характеристики.

Так, наприклад, кольорокодовані дискретні зображення використовувалися для виділення ступенів змитості еродованих ґрунтів у Куйбишевському Заволжі. Картографування змитих ґрунтів представляє відомі труднощі у зв'язку з нерівномірністю їхнього просторового розподілу. По різному змиті ґрунти розподіляються у вигляді смужок і плям, при цьому неоднорідність структури ґрунтового покриву збільшується зі збільшенням змитості ґрунтів.

Картографування еродованих чорноземних ґрунтів по космічних знімках принципово можливе у зв'язку з тим, що в деяких випадках зі збільшенням ступеня еродованості в одному і тому ж ґрунті зміст гумусу постійно зменшується. На космічному знімку таке зменшення гумусу в ґрунтовому покриві може відобразитися зменшенням оптичної щільності фототону. Результати дешифрування кольорового дискретного зображення характеризуються високою детальністю прорисовування контурів. Інтерпретуючи кольорокодоване зображення, можна виділити контур незмитих ґрунтів, що важко виконати при дешифруванні чорно-білого знімка. На кольоровому дискретному зображенні можлива більша деталізація структури ґрунтового покриву, що дозволяє підійти до картографування ґрунтових комплексів, які включають ґрунти різних ступенів змитості.

Результати дискретного колірного кодування, зробленого з метою вивчення можливостей картографування еродованих ґрунтів по космічних знімках, показують, що такий напрямок досить перспективний.

Безпосередньо до цього виду використання перетворених на оптико-електронній апаратурі зображень примикає дешифрування фотометричних профілів, отриманих шляхом дискретизації фототону вихідного знімка по заданому напрямку. У цьому випадку використовуються не абсолютні характеристики фототону, а їхні відносні значення.

Такі фотометричні профілі дають можливість об'єктивної характеристики географічних (ландшафтно-екологічних) профілів, побудова яких доцільна при різних видах вивчення динаміки природного середовища. Ландшафтно-екологічне профілювання широко застосовується при вивченні характеру природних об'єктів (залежно від рельєфу, зволоження, механічного складу ґрунтів і т.д.) і динамічних тенденцій природних утворень, а також при виявленні стадій природних й антропогенних процесів. Однак у ряді випадків границі (або межі) між окремими складовими компонентами профілю встановлюються недостовірно через їх розпливчастість або недостатню досвідченість дослідника. Застосування фотометричного профілювання дозволяє провести такі границі однозначно.

Фотометричні профілі, виконані після проведення польових спостережень, будуються точно по тих же лініях, по яких проводилася наземна зйомка профілю. Побудова фотометричного профілю проводиться тільки в тих випадках, коли це є дійсно необхідно для об'єктивного проведення границь його відрізка.

Так, наприклад, фотометричні профілі були використані при вивченні ландшафтної структури півострова Муйнак (дельта Амудар'ї) при комплексному тематичному картографуванні цієї території. Був зроблений порівняльний аналіз наземного ландшафтного профілю через мис Тигровий хвіст: від сучасного урізу води Аральського моря через солончак Сургуль (у минулому затока Аралу) до останцового масиву в центрі півострова Муйнак і трьох фотометричних профілів, отриманих по інтегральному чорно-білому космічному фотознімку.

Вивчення отриманих матеріалів показує, що фотометричне профілювання може бути застосоване при визначенні й уточненні різних природних границь, наприклад геоморфологічних або ландшафтних. При цьому на профілях знаходять відображення як генетичні розходження комплексів, так і літологічні різниці. Так, піщані відкладення останцового масиву півострова, представлені жовтими разнозернистими пісками, що є результатом вивітрювання й перевіювання корінних піщаників, досить різко відрізняються на профілях від морських піщаних відкладень, представлених жовто-сірими дрібнозернистими пісками. Останні мають більш яскравіші показники. Із солончаковими зниженнями чергуються піщані пасма, складені аналогічними по складу й походженню до пісків центрального масиву. Природно, що більш яскравішими характеристиками володіють коркові й пухкі солончаки, а менш яскравішими - мокрі. Тому отримана колірна яскравість дозволяє виділити всі великі контури подібних утворень із високим ступенем вірогідності.

Ландшафтно-екологічні й фотометричні профілі були використані як допоміжний матеріал при тематичному дешифруванні космічних фотознімків.

Дешифрування фотометричного профілю разом з ландшафтно-екологічним (ландшафтно-індикаційним) може застосовуватися при вивченні динаміки природних або антропогенних процесів, для виявлення стадій і прогнозування можливих змін.

Дешифрування складових (синтезованих) кольорокодованих зображень, отриманих за матеріалами багатозональної фотозйомки, представляє великий практичний інтерес. Складені зображення, отримані за матеріалами багатозональної зйомки, приклади яких уже приводилися в 4.2, використовуються при проведенні різних видів тематичного дешифрування космічної інформації.

Завдання, які розв'язують по цих перетворених зображеннях для цілей складання карт сучасного стану й охорони навколишнього середовища, досить різноманітні, серед них можна виділити наступні:

- ландшафтне й ландшафтно-індикаційне дешифрування;

- часткові види дешифрування - геоботанічне, ґрунтове, геоморфологічне;

- складання схем дешифрування використання земель із характеристикою їхнього сучасного стану;

- складання схем дешифрування для цілей народного господарства (використання земель у сільському господарстві, у лісовому господарстві й т.д.);

- дешифрування меліораційних ділянок, осушених й обводнених територій, що потребують меліоративних заходів, і ін.

Перелічені завдання визначають місце, яке займають перетворені зображення у всьому комплексі робіт з дешифрування космічних матеріалів для складання карт сучасного стану навколишнього середовища. Складені кольорові зображення використовуються як при попередньому дешифруванні, так і при складанні вихідних оригіналів карт.

При попередньому дешифруванні застосовуються складові кольорокодовані зображення, виконані по усередненій програмі синтезування матеріалів багатозональної зйомки, тобто без участі спеціаліста-дешифрувальника. Такі матеріали доцільно включати як обов'язкові в матеріали складання карт природних умов і сучасного стану навколишнього середовища. Дешифрування складених зображень проводиться за звичайною схемою (див. 3.2, 4.1) і в цілому аналогічне дешифруванню спектрозональних космічних знімків.

Підбір режиму колірного кодування при одержанні складеного зображення на оптико-електронній апаратурі здійснюється спільно фахівцями з електронного устаткування й дешифрувальником.

Дешифрування складених зображень проводиться з метою диференціації лісопокритих площ.

Таблиця 18. Варіанти колірного кодування багатозональних космічних знімків			Дешифрування складених кольорових зображень, отриманих по варіанту I (див. Табл. 18), дозволяє розрізняти темнохвойні й світлохвойні породи (перші розпізнаються по червоно-коричневому кольору, другі - по темно-зеленому). Вивчення складених кольорових зображень, виконаних по варіанту ІІ, показало, що розходження гірсько-тайгових лісів трохи згладжені, тому що й світлохвойні (модринники й сосняки), і темнохвойні (кедрово-ялицеві ліси) відобразилися в однаковій червоно-малиновій гаммі.
Спектральна зона, мкм	І варіант	ІІ варіант
0,5 – 0,6	Синій	Синій
0,6 – 0,7	Зелений	Червоний
0,7 – 0,8	Червоний	Зелений

В обох випадках вірогідно й чітко виділяються ПТК високогірні, гірсько-тайгові, схилові й степові улоговинні.

Іншим прикладом є складене кольорове зображення, зроблене за матеріалами багатозональної космічної зйомки на район улоговини оз. Алаколь на півдні Казахстану. Колірне кодування виконане в такий спосіб: зоні спектра 0,46-0,50 мкм привласнений синій, зоні 0,64-0,68 мкм - зелений, а зоні 0,78-0,86 - червоний колір.

На знімку синім й темно-синім кольором добре виділяється водна поверхня озер; очеретяні зарості з вікнами води зображуються червонуватим кольором з темними, майже чорними плямами. Піщані береги й солончаки, позбавлені рослинності, мають на знімку ясно-жовтий, майже білий колір. До них прилягає рівнина із засоленими й незасоленими луками, які зображуються сполученням грязно-жовтих і червоних плям. У лівій частині знімка видно гори з розрідженою пустельною й степовою рослинністю, що одержали коричневий колір. До них прилягає передгірська рівнина, більша частина якої зайнята зрошуваними полями: чітко видно радіальну мережу зрошувальних каналів і прямокутники полів, що зобразилися червоними й жовтими кольорами. Неорана частина передгірської рівнини з пустельною рослинністю на знімку зафарбована в жовтувато-сірий колір.

Матеріали складових кольорокодованих зображень доцільно використати разом з іншою відеоінформацією з космосу (чорно-білими знімками, фотокартами й ін.).

Також слід розглянути важливе питання - дешифрування складових кольорокодованих зображень різночасової зйомки.

Кольорове складене зображення може бути отримане по двох різночасових космічних знімках однієї й тієї ж території. Перетворення виконуються в різних режимах обробки й кодування.

Перетворення зображення з метою тематичного картографування необхідно й доцільно використовувати при вивченні динаміки явищ і процесів, що відбуваються в навколишньому середовищі. При цьому принципово розрізняються два напрямки:

1) дешифрування перетворених на оптико-електронній апаратурі зображень на основі синтезу знімків, отриманих у той самий рік, але в різні сезони або різний час (при різній висоті стояння сонця);

2) дешифрування перетворених зображень на основі синтезу знімків, отриманих у той самий сезон, але в різні роки.

Ці два напрямки визначають основні завдання, які можна вирішувати по таких перетворених зображеннях.

Так, при синтезі різночасових знімків того самого року можуть вирішуватися завдання переважно оперативного характеру, наприклад:

- спостереження за станом культурних агроценозів (встановлення стану посівів у різні стадії вегетації для прогнозування врожайності);

- спостереження за ходом господарських робіт (наприклад оранки, збирання врожаю й т.д.), для оперативного контролю й оптимального використання техніки й кадрів механізаторів;

- спостереження за динамікою природних стихійних процесів (визначення площ згарищ, визначення напрямку руху лісових пожеж);

- визначення площ, підданих несприятливим катастрофічним впливам (наприклад, визначення площі забруднення акваторії в результаті розливу нафтопродуктів, визначення площ, захоплених пороховими бурями, і т.д.).

Цілком очевидно, що для розв’язування конкретних завдань потрібна певна частота одержання інформації. Для розв’язування багатьох питань оперативного характеру терміни одержання й обробки інформації не повинні бути більшими 1-2 днів, а іноді й годин (при спостереженні за катастрофічними процесами й стихійним лихом), у таких випадках необхідно застосовувати матеріали оперативної телевізійної зйомки. Для вивчення ряду інших явищ досить зіставлення знімків, виконаних за різні сезони того самого року, і одержання результатів протягом 1-3 тижнів із часу зйомки.

При синтезі знімків, виконаних у той самий сезон, але з перервою в один рік або кілька років, можуть вирішуватися завдання, пов'язані з довгостроковим прогнозуванням, вивченням динаміки довгостроково минаючих природних й антропогенних процесів.

До таких завдань відносяться, наприклад, наступні:

- спостереження за заповненням ложа водосховища (або штучно створюваного озера для нагромадження поверхневих вод і штучного поповнення запасів підземних вод);

- спостереження за зміною природного середовища у зв'язку з відступанням або наступанням моря;

- спостереження за змінами у зв'язку з непрямим впливом проведеної меліорації й гідротехнічного будівництва (осушених або обводнених територій);

- спостереження за ходом відновлення лісової рослинності на згарищах, лісосіках і т.д.;

- спостереження за фітомеліоративними заходами й фіто-рекультивацією земель, порушених при промисловому використанні, і ін.

На основі експериментальних досліджень була розроблена методика роботи з перетвореними знімками, що складається з:

- виявлення при попереднім дешифруванні стабільних і динамічних ділянок;

- вивчення й встановлення на цих ділянках основних стадій екзогенних процесів й їх динаміки на основі аналізу апріорної інформації й натурних спостережень;

- визначення завдань синтезу різночасової космічної фотоінформації на оптико-електронній апаратурі;

- підготовки необхідного вихідного матеріалу (по часу зйомки, певних інтервалах, видах, масштабах і т.д.);

- проведення дослідження з підбору оптимальних режимів синтезування на оптико-електронній апаратурі (проводиться тільки разом з оператором);

- аналізу отриманої інформації й використання її при складанні карт динаміки навколишнього середовища й прогнозування її можливих змін.

Проведені експерименти дозволяють зробити висновок, що:

- дискретні кольорокодовані зображення доцільно використовувати при уточненні границь окремих об'єктів, виявленні й зображенні їх на тематичних картах;

- як доповнення до складених зображень доцільно використовувати й дешифрування фотометричних профілей, сполучаючи їх з матеріалами наземного ландшафтно-екологічного дешифрування;

- найбільш практичне значення має дешифрування складових кольорокодованих зображень, які одержують за матеріалами багатозональної зйомки всього комплексу ландшафтного й покомпонентного дешифрування, і матеріалів різночасової космічної зйомки, необхідної для дешифрування динаміки процесів при побудові прогнозних карт.