Тема 4. Особливості тематичного дешифрування космічних фотознімків при складанні карт природоохоронної тематики.

4.1. Досвід дешифрування космічних фотоматеріалів для створення карт природоохоронної тематики.

При ландшафтному дешифруванні космічних фотознімків на основі аналізу структури й текстури фотозображення виділяються спочатку великі природно-територіальні комплекси, як правило, у таксономічному ранзі ландшафтів або груп типів ландшафтів. Усередині віддешифрованих контурів проводиться більш детальний поділ залежно від масштабу карт, що складають, і необхідних матеріалів. При деталізації контурів велике значення має аналіз просторового розміщення їх і спряженості один з одним. У цілому ландшафтне дешифрування знімків здійснюється від загального до часткового. При складанні серії тематичних карт попереднє ландшафтне дешифрування обмежується відокремленням природних контурів, які відрізняються по фотозображенню.

Дешифрування космічних знімків проводиться в певній послідовності. Спочатку на знімках відрисовується гідрографічна мережа, всі водні об'єкти й берегова лінія морів або океанів. Далі проводяться границі між великими ландшафтними одиницями (природно-територіальними комплексами), що найбільш чітко проявляються на дрібномасштабних космічних фотознімках. Дешифрування великих природно-територіальних комплексів контролюється по наявних топографічних і тематичних картах. По характеру воно близьке до попереднього ландшафтного районування. Таке типологічне районування є обов'язковим при дешифруванні знімків, що охоплюють великі регіони в рамках фізико-географічної країни або групи країн, або в рамках великого територіально-виробничого комплексу; при роботі на невеликих ділянках, охоплюваних окремим знімком, ранг виділених типологічних одиниць відповідно є нижчим. Детальне поконтур-не дешифрування проводиться вже з обліком цього попереднього поділу території.

Так, при ландшафтному дешифруванні для складання карт у масштабах 1:500000-1:1000000 спочатку виділяються морфоструктурні області, що характеризуються сполученнями певних форм мега- і макрорельєфу й структурного рисунку ландшафтів, приурочених до певних морфоструктур вищого порядку, з урахуванням природної зональності грунтово-рослинного покриву (горизонтальної в рівнинних ділянках, вертикальної поясності - у горах). Далі підрозділяються морфоструктури другого й більш низького порядку (по морфогенетичних підрозділах макро- і мезорельефу) з обліком літо-едафічних умов, а потім по структурному рисунку ландшафтів, що відображають уже певні сполучення ґрунтово-рослинного покриву й відповідних ландшафтів.

Таке ландшафтне дешифрування здійснюється на окремих знімках. Причому для попереднього типологічного ландшафтного районування використовуються знімки в масштабі карти (іноді дрібнішому); на наступних етапах проводиться дешифрування збільшених фотоматеріалів, масштаб яких є крупнішим за масштаб оригіналу карти, і використовуються складені синтезовані кольорокодовані зображення, отримані шляхом синтезу матеріалів багатозональних зйомок.

Результати дешифрування окремих знімків переносяться на основу вихідного оригіналу ландшафтної карти досліджуваної ділянки.

Інтерпретація окремих компонентів ландшафту, а також деяких типів ландшафту при дешифруванні космічних знімків має свої особливості, зокрема, для більш достовірного дешифрування іноді крім основних фотоматеріалів варто використати ряд додаткових (наприклад, спектрозональні або багатозональні знімки).

Узагальнений досвід виділення деяких компонентів ландшафту на космічних знімках наводиться нижче.

Гідрографічні об'єкти розпізнаються по прямих ознаках при дешифруванні будь-яких космічних знімків. Так, на інтегральних чорно-білих знімках - по темному гомогенному тону зображення й характерному рисунку. Штучно створені водосховища відрізняються від природних уже по непрямих ознаках - по наявності гідротехнічних споруд (гребель, дамб), які визначаються по прямолінійному рисунку границі в розширеній (нижній) частині водойми. Для відділення мілководної поверхні від суші або заростей гідрофільної рослинності дешифруються знімки, виконані в ближній інфрачервоній зоні електромагнітного спектра, на яких відкрита водна поверхня має найбільш інтенсивний темний фототон. При вивченні рельєфу дна мілководь треба використовувати знімки, виконані в короткохвильовій частині спектра (0,54-0,62 мкм).

Всі форми рельєфу розпізнаються, як правило, по прямих дешифрувальних ознаках в основному по рисунку фотозображення. При дешифруванні космічних знімків у першу чергу виявляються великі структурні форми рельєфу, виділення яких можливе навіть при потужному плащі пухких відкладень. Далі проводиться більш детальне вивчення внутрішньої будови великих морфоструктурних елементів: визначаються елементи морфоструктур більш низького порядку, виділяються виражені в рельєфі елементи розломної тектоніки, фіксуються окремі форми рельєфу. З огляду на тектонічну будову території, фізико-географічні умови, історію розвитку рельєфу району, встановлюються дешифрувальні ознаки окремих форм рельєфу.

По особливостях морфології рельєфу, відображених у фотозображенні на космічному знімку, визначаються вікові генерації форм рельєфу одного генезису. Наприклад, древні морени від сучасних відрізняються великою згладженістю форм, задернованістю, які характеризуються більш темним фототоном й гіршій виразності структури фотозображення (Табл. 16).

Таблиця 16

Дешифрувальні ознаки деяких геоморфологічних об'єктів високогірної країни (на прикладі Паміру)

Геоморфологічний об'єкт	Дешифрувальні ознаки	Зовнішній вигляд
Морени	Тон від темного до ясно-сірого; структура - коміркова, дрібноплямиста; контур овально-витягнутий	Дрібногорбисті, незадерновані, рідше задерновані поверхні
Соліфлюкційні поля	Тон і структура ті ж, рисунок має нечіткий розмитий контур	Те ж
Конуси виносу тимчасових водотоків	Тон світліший, ніж навколишні об'єкти; структура - віялова; форма контуру секторна	Слабко опуклі, злегка похилі, переважно незадерновані поверхні
Алювіальні тераси	Тон середньої інтенсивності; майже безструктурний або слабко плямистий рисунок, сегменти якого витягнуті уздовж водотоку	Слабко похилі, рівні задерновані поверхні
Зсуви	Тон від світло- до темно-сірого; структура - слабка поздовжня смугастість; контур розташований вздовж схилу	Стрімконахилені з поздовжніми смугами розсипів щебеню незадерновані поверхні
Обвали	Тон темно-сірий до чорного; структура - слабко плямиста; контур - неправильної форми	Безладне накопичення уламкового матеріалу

Характерні дешифрувальні ознаки мають еолові форми рельєфу, що чітко розрізняються по ступеню перевіяності піщаних відкладень. Найбільш постійні дешифрувальні ознаки мають барханні й пасмові форми піщаних скупчень (дуже світлий фототон, хвилястий рисунок, у барханів елементи малюнка часто мають серпоподібну форму).

На знімках стійкі дешифрувальні ознаки в структурі фотозображення мають ерозійні й зсувні форми рельєфу, чітко виявляються великі уступи, різні затоки й ін.

Для вивчення рельєфу придатні чорно-білі інтегральні і виконані в зоні 0,6-0,7 мкм знімки. Трохи гірше використання кольорових і спектрозональних матеріалів, гарні результати дає дешифрування кольорових складених зображень, отриманих шляхом синтезу багатозональних знімків.

Склад поверхневих відкладень виявляється на знімках переважно по непрямих ознаках. Виключення складають відкладення деяких аридних ПТК: піщаних масивів, такирів і такироподібних ділянок, складених глинами й важкими суглинками; позбавлених рослинності виходів гіпсоносних глин (бедленд). Ці ПТК розпізнаються безпосередньо по тону й рисунку фотозображення. На закритих рослинним покривом ділянках склад поверхневих відкладень вивчається за допомогою ландшафтних індикаторів. Для картографування складу поверхневих відкладень дешифрують інтегральні чорно-білі знімки; чорно-білі знімки, отримані в зоні 0,6-0,7 мкм; складені кольорокодовані знімки, отримані в результаті синтезу матеріалів багатозональної зйомки. Додатково для уточнення складу відкладень дешифруються кольорові й спектрозональні знімки.

Визначення ґрунтового покриву на знімках ґрунтується на використанні прямих і непрямих ознак і включає:

- аналіз знімків для виявлення ділянок, фотозображення яких обумовлене інтегральною яскравістю ґрунтового покриву або сполученням ґрунтів і рослинності;

- вивчення сутності змісту контурів на підставі використання непрямих дешифрувальних ознак.

По рисунку зображення виділяються на знімках контури комплексів або сполучень ґрунтів, що мають чітко виражені границі. Інтерпретація зональних типів ґрунтів, їхніх сполучень і комплексів здійснюється по непрямих ознаках. Використання непрямих дешифрувальних ознак дозволяє виділяти ґрунтовий покрив у межах ландшафтних одиниць включно до різновидів.

По прямих ознаках можливе виділення окремих характеристик (властивостей) ґрунтового покриву: його механічний склад, засолення, режим зволоження й ін. Особливо чітко дешифруються ґрунти з екстремальними властивостями: дуже легкого механічного складу (піски), дуже сильного засолення (солончаки), дуже сильно перезволожені, гідроморфні (лучні, болотні й заболочувані).

Для визначення сучасної рослинності на знімках використовується комплекс прямих і непрямих дешифрувальних ознак, роль яких різна й змінюється залежно від фізико-географічної зони й масштабу використовуваних фотоматеріалів. Деревна рослинність розпізнається на знімках часто по прямих ознаках; чагарниково-трав’яна - майже винятково по непрямих.

У лісовій зоні поділ ділянок, зайнятих деревною рослинністю, і незалісених територій проводиться по тону й структурі фотозображення. Більше детальний поділ деревної рослинності, зокрема виділення домінуючих видів лісоутворюючих порід, найбільш доцільно здійснювати із залученням спектрозональних знімів або складових кольорових зображень багатозональної зйомки. На цих матеріалах досить вірогідно виділяються ліси з домінуванням хвойних, широколистих або дрібнолистих порід, а також мішані ліси з різним співвідношенням хвойних і листяних порід.

По прямих дешифрувальних ознаках чітко відрисовуються рослинні сполуки, утворені фреатофітами й гідрофітами, тобто рослинність гідрогенних ПТК. Для достовірного поділу заростей гідрофітів і відкритої водної поверхні доцільно використовувати знімки, отримані в ближній інфрачервоній зоні спектра (0,7-0,86 мкм), на яких відкрита водна поверхня має найбільш темний фон.

Для інтерпретації типів лісу й особливо екологічно обумовлених сполучень деревної й чагарникової рослинності необхідно використовувати непрямі ознаки, тобто ландшафтно-індикаційний метод дешифрування.

Специфічність болотних утворень тісно пов'язана з ландшафтною структурою території. При складанні ландшафтної карти в процесі дешифрування космічних знімків використовуються ті властивості боліт, які добре визначаються по прямих дешифрувальних ознаках. До них, у першу чергу, відносяться: конфігурація боліт або їхніх систем, ступінь злитості або ізольованості мезоландшафтів болотних систем, закономірності розподілу боліт і заболочених земель по території. В окремих випадках на рівнинних територіях лісової зони, де болота мають значне поширення й більшу контурність у сполученні з ландшафтним оточенням, можна виділяти основні типи боліт.

По прямих ознаках можливо також встановити характер стану й використання боліт у даний час. Ця особливість важлива для території інтенсивного сільськогосподарського й промислового освоєння.

Найбільш легко на космічних знімках по дуже світлому тону й рисунку розпізнаються масиви барханних й обарханених (нерідко антропогенно порушених) пісків, позбавлених рослинності. Хоч вони малоцінні як пасовища, але можуть бути індикаторами прісних підземних вод підпіщаних лінз, якщо уздовж окраїн барханних масивів є ділянки, що чітко розрізняються на інтегральних чорно-білих космічних знімках по темно-сірому фототону. Так виглядають зарості фреатофітів (наприклад чорного саксаулу, тамариксів) у місцях виклинювання прісних вод підпіщаних лінз, що дають найбільш сприятливі умови для їхнього розвитку.

Ретельний аналіз знімків допомагає: простежити поширення й спрямованість руху антропогенно порушених пісків навколо оазисів, колодязів, водотоків; оцінити стан піщаних пасовищ.

Вивчення ґрунтових вод по космічних знімках здійснюється винятково ландшафтно-індикаційним методом, тобто засноване на використанні тільки непрямих дешифрувальних ознак.

Після завершення ландшафтного дешифрування знімків уже з обліком складеного попереднього макета ландшафтної (ландшафтно-індикаційної) карти виконується другий етап дешифрування, спрямований на з'ясування антропогенного впливу на природне середовище для складання макетів карт використання земель й антропогенних ландшафтів.

При дешифруванні космічних фотознімків для складання схеми сучасного стану природного середовища в кожному ландшафтному регіоні розпізнаються ділянки різного господарського використання. При цьому в першу чергу виділяються основні господарські угіддя (лісові, пасовищні, землеробські), населені пункти й промислові комплекси, тобто складається схема використання земель.

Визначення сучасного використання земель здійснюється по прямих дешифрувальних ознаках, що утворюють як би накладені рисунки на фотозображення природних комплексів.

При встановленні антропогенно змінених й антропогенних ПТК використовується весь комплекс прямих і непрямих ознак, тобто ландшафтно-індикаційний метод дешифрування.

Таблиця 17

Дешифрувальні ознаки деяких сільськогосподарських угідь

Об'єкт	Дешифрувальні ознаки
Сади, городи, присадибні ділянки в населених пунктах	Мають чітко структурний рисунок за рахунок деревних порід і забудови вулиць; переважно з'єднані один з одним світлими ниточками доріг
Старозрошувані землі, переважно з культурою бавовни	Безладно розташовані квадратики полів, від ясно-сірого до майже чорного тону (очевидно, багаторічні трави); на осінніх знімках - характерна біла точковість; простежуються темні лінії каналів і колекторної мережі, по периферії - звичайні стічні озера
Новозрошувані землі, часто баштану	Розташування полів строго прямолінійне, часто можна спостерігати на полях вияв солей (білий фототон з неясним рисунком)
Зрошувані рисові поля	Часто квадратики полів рису строго приурочені до заплав і низьких терас. Поля розбиті на чеки, на літніх знімках звичайні білі сліди солей
Поля богарного землеробства	Чіткі квадрати полів, переважно більшого розміру, ніж при зрошуваному землеробстві, розділені білими лініями доріг

Найбільш часто антропогенні зміни природно-територіальних комплексів, обумовлені цілеспрямованим використанням природних ресурсів, мають на космічних фотоматеріалах чіткі границі контурів і правильні геометричні форми (Табл. 17). Це особливо типово для земель, що використовуються у землеробстві, сінокісних ділянок, лісосік і населених пунктів. Причому фототон цих утворень може дуже сильно варіювати, але, як правило, різко відрізняється від навколишнього фону, підкреслюючи геометричну правильність контурів.

Локальні техногенні зміни декількох компонентів ландшафту, особливо ґрунтово-рослинного покриву й рельєфу одночасно, розпізнаються на знімках, як правило, по прямих дешифрувальних ознаках. Такі ділянки мають переважно більш світлий тон фотозображення й аномальний рисунок, що різко відрізняється від фонового (ландшафтного) зображення.

Для встановлення локальних антропогенних змін ПТК або їхніх порушень, що мають випадковий або дифузійний характер розподілу по площі, можна застосовувати всі види аерокосмофотознімків, за винятком знімків дуже дрібного масштабу.

У той же час вивчення й достовірне картографування великих територій, підданих антропогенному впливу, тобто тих, де антропогенні процеси мають еквіпотенціальний характер, найбільш ефективне тільки по космофотознімках. Це пояснюється тим, що на космічних фотознімках можна простежити границі ділянок з опустеленням на великій площі й непорушених територій.

Варто особливо підкреслити, що на дрібномасштабних космічних фотознімках це розходження є більш виразним, тоді як при збільшенні зображення, як правило, спостерігається широка гама поступових переходів фототону, що не дає можливості чітко виділити порушені й непорушені території.

Отже, для виявлення локальних антропогенних змін або порушень, що мають дифузійний характер розподілу по площі, краще застосовувати збільшені космічні фотоматеріали. Вивчення й достовірне картографування ПТК великих територій, що піддалися антропогенному впливу, доцільно здійснювати по космічних знімках дрібних масштабів, на яких відбувається оптична генералізація зображень.

При природних границях порушеної ділянки, тобто де немає чіткої геометричної форми, для визначення антропогенного характеру змін важливим є аналіз спряженості контурів (аналіз сусідства). Під цим розуміється інтерпретація рисунків фотозображення, що прилягають до досліджуваної ділянки, і виявлення там об'єктів, які могли б вказувати на можливість і спрямованість антропогенного впливу. Такими об'єктами в першу чергу можуть бути різні технічні споруди (греблі й інші гідротехнічні споруди, промислові комплекси, дороги, канали, трубопроводи й т.п.), які мають прямі дешифрувальні ознаки. Ці об'єкти або безпосередньо, як, наприклад, техногенні пустища й терикони, або побічно можуть вказувати на антропогенний вплив і характер сучасного стану досліджуваної ділянки.

Однак не всі порушення навколишнього середовища можуть бути віддешифровані на космічних фотознімках, отриманих у видимій зоні електромагнітного спектра, а також далеко не для всіх змін середовища може бути вірогідно встановлена його антропогенна природа. Так, по цих фотоматеріалах важко встановити ступінь забруднення середовища шкідливими відходами виробництва. Якщо, наприклад, задимленість атмосфери встановлюється візуально досить просто, то склад таких димів, тобто характер забруднення, може бути встановлений, мабуть, тільки з використанням інших методів дистанційного зондування навколишнього середовища.

Таким чином, при дешифруванні космічних фотознімків для складання карт сучасного стану навколишнього середовища проводяться послідовно, по-перше, ландшафтно-індикаційне дешифрування, спрямоване на виявлення основних природних закономірностей досліджуваної території, на виявлення природно-територіальних комплексів й їхнього просторового взаємозв'язку з літолого-генетичною основою й один з одним; по-друге, виявлення антропогенної видозміни ПТК й окремих компонентів ландшафту, спрямоване на встановлення характеру, ступеня й виду порушення (зміни). У першому випадку отримують уявлення про природний (екологічний) потенціал, у другому -: про сучасний стан й антропогенну видозміну ПТК.

Удосконалення методів дешифрування космічних фотознімків у результаті використання різноманітної вихідної інформації здійснюється шляхом:

1) комплексного дешифрування чорно-білих, кольорових, спектрозональних матеріалів;

2) використання різномасштабних знімків (включаючи збільшені відбитки);

3) використання матеріалів багатозональної зйомки;

4) дешифрування перетворених на оптико-електронній апаратурі й ЕОМ матеріалів.

Удосконалення методів інтерпретації космічної фотоінформації, спрямоване на уточнення дешифрувальних ознак досліджуваних об'єктів, систематизацію показників, відображених на картах, здійснюється при вивченні об'єктів картографування, які варто розпізнавати на космічних знімках.

Обидва напрямки є частково описані при проведенні експериментальних робіт і при складанні серій тематичних карт для забезпечення заходів щодо раціонального використання й охорони природних ресурсів ряду регіонів.