12-Я ЛЕКЦИЯ

Темы: 12.1 Аэрофотосъемка. 12.2 Космосъемка. 12.3 Навигационные системы.

12.1 Аэрофотосъемка.

Под съемками местности в аэрокосмических методах исследо­вания принято понимать процесс дистанционной регистрации излу­чения с записью принимаемых сигналов в форме изображений (снимков), графиков и регистрограмм, а также в числовой форме. Основной, наиболее распространенной и удобной для практиче­ского использования формой записи результатов съемок является фотоизображение, в которое могут преобразовываться регистри­руемые сигналы практически во всех диапазонах электромагнит­ного спектра.

Аэрокосмические методы исследований бази­руются в основном на использовании фотографирующих съемочных, систем, к которым принято относить системы, дающие на выходе изображения местности, хотя на их входе может фиксироваться не только видимое излучение, но и излучение других диапазонов спектра - ультрафиолетовое, инфракрасное, микроволновое.

Фотографирующая система может быть фотографической, ра­ботающей по принципу прямого оптического проектирования види­мых лучей на светочувствительные фотослои, и нефотографической (оптико-электронной), в которой визуализация регистрируемого излучения осуществляется косвенно, путем электронно-оптических преобразований электрических сигналов.

Съемки земной поверхности, выполняемые с воздушных и кос­мических носителей аппаратуры, в свою очередь можно подразде­лить на фотографические и нефотографические. По принципу и ме­тоду регистрации излучения в группе нефотографических съемок различают телевизионную оптическую (кадровую) и оптико-меха­ническую (сканерную), фототелевизионную и радиолокационную съемки. Перспективными, но пока находящимися в стадии разра­ботки, также являются в этой группе лазерная, голографпческая и акустическая съемки.

Нередко в литературе можно встретить также классификацию нефотографических съемок, связанную с названиями отдельных диапазонов спектра. В ней выделяют обычно ультрафиолетовую, инфракрасную, радиотепловую и радиолокацион­ную съемки.

Следует отметить, что методы съемок могут быть пассивные и активные, а также многозональные и многоспектральные. В пас­сивных методах используются съемочные системы, которые сами не генерируют излучения, а регистрируют естественное излучение земной поверхности (солнечное видимое, инфракрасное, микро­волновое). В активных методах, например радиолокации, исполь­зуется съемочная аппаратура, генерирующая направленное излу­чение, воспринимающая отраженный от поверхности сигнал и преобразующая его в изображение.

Многозональный метод съемки, который может применяться в фотографическом и нефотографическом варианте, состоит в одно­временной регистрации излучения данного диапазона спектра (преимущественно -видимого, включая ближнюю ИК-зону) в не­скольких, обычно не более 6, узких его участках. Многоспектральный метод съемки, который применяется в нефотографическом варианте, заключается в одновременной индикации излучения многих диапазонов спектра также в узких их участках. В настоящее время многоспектральная съемка может вестись, охватывая одновременно ультрафиолето­вую, видимую, вею инфракрасную и даже частично микроволно­вую области спектра. С этой целью используется нефотографиче­ская аппаратура, содержащая до 13 и более съемочных каналов.

.

Элементы внешнего ориентирования воздушных и космических снимков определяются либо непосредственно при съемке с по­мощью специальных устройств и приборов (радиогеодезические станции, радиовысотомеры, статоскопы), либо косвенно, путем отыскания необходимых параметров на основе аналитического ре­шения так называемой обратной фотограмметрической задачи по данным геодезической или географической привязки снимков к местности. При космической фотосъемке задача определения эле­ментов внешнего ориентирования может быть решена также по данным измерения фотоснимков звездного неба. Эти снимки полу­чают с помощью специальной звездной камеры, определенным образом ориентированной относительно камеры, фотографирующей земную поверхность. Обе камеры работают синхронно, что обеспе­чивает одновременное получение снимков земной поверхности и звездного неба.

Аэрокосмические съемки принято делить на ряд классов и ви­дов в зависимости от назначения, используемых носителей, съе­мочной аппаратуры, технологии выполнения съемки, формы пред­ставления результатов.

Существуют несколько разновидностей съемок с самолета: аэро­фотографическая, тепловая инфракрасная, радиолокационная и др. Кроме того, традиционные аэрометоды включают ряд так на­зываемых геофизических съемок — аэромагнитную, аэрорадио­метрическую, аэроспектрометрическую, в результате выполнения которых получают не снимки, а цифровую информацию об ис­следуемых объектах.

Из всех съемок наиболее распространенной является аэрофо­тографическая съемка. В зависимости от направления оптической оси аэрофотоаппарата различают плановую и перспективную аэро­фотосъемку.

При плановой {вертикальной) аэрофотосъемке оптическую ось аэрофотоаппарата приводят в отвесное положение, при котором снимок горизонтален. Однако в процессе полета по прямолиней­ному маршруту аэросъемочный самолет периодически испытыва­ет отклонения, которые характеризуют углами тангажа, крена и сноса (рыскания). Из-за колебаний самолета аэрофотоаппарат также наклоняется и разворачивается. Принято к плановым относить снимки, имеющие угол наклона не более 3°.

При перспективной аэрофотосъемке оптическую ось аэрофото­аппарата устанавливают под определенным углом к вертикали. По сравнению с плановым перспективный снимок захватывает боль­шую площадь, а изображение получается в более привычном для человека ракурсе.

По характеру покрытия местности снимками аэрофотосъемку делят на одномаршрутную и многомаршрутную.

Одномаршрутная аэрофотосъемка применяется при исследо­ваниях речных долин, прибрежной полосы, при дорожных изыс­каниях и т. д. Выборочную маршрутную аэрофотосъемку характер­ных объектов географ может выполнять самостоятельно, сочетая ее с аэровизуальными наблюдениями. Для этих целей удобно ис­пользовать ручной аэрофотоаппарат или цифровую фотокамеру.

Наибольшее производственное применение, прежде всего для топографических съемок, получила многомаршрутная (площадная) аэрофотосъемка, при которой снимаемый участок сплошь покры­вается серией параллельных прямолинейных аэросъемочных мар­шрутов, прокладываемых обычно с запада на восток. В маршруте

на каждом следующем снимке получается часть местности, изоб­раженной на предыдущем снимке. Аэрофотоснимки, получаемые с продольным перекрытием, образуют стереоскопические пары. Про­дольное перекрытие, выражаемое в процентах, устанавливается в зависимости от назначения аэрофотосъемки различным — от 10 до 80 % при среднем значении 60 %. Аэрофотосъемочные маршру­ты прокладывают так, чтобы снимки соседних маршрутов имели поперечное перекрытие. Обычно поперечное перекрытие составля­ет 30 %. Перекрытие снимков позволяет объединить разрозненные аэроснимки в единый массив, целостно отображающий заснятую территорию.

Время для съемки выбирают так, чтобы снимки содержали максимум информации о местности. Учитывают наличие снеж­ного покрова, смену фенофаз развития растительности, состоя­ние сельскохозяйственных угодий, режим водных объектов, влаж­ность грунтов и т. д. Обычно аэрофотосъемку выполняют в лет­ние безоблачные дни, в околополуденное время, но в некоторых случаях, например для изучения почв, лесов, предпочтение отда­ют поздневесенним или раннеосенним съемкам. Съемка плоско­равнинной местности при низком положении Солнца в утрен­ние или вечерние часы позволяет получить наиболее выразитель­ные аэроснимки, на которых микрорельеф подчеркивается про­зрачными тенями. Однако освещенность земной поверхности дол­жна быть достаточной для аэрофотографических съемок с ко­роткими экспонирующими выдержками. Поэтому съемку при вы­соте Солнца менее 20° обычно не производят. По завершении летно-съемочных работ оценивается качество полученных мате­риалов: определяется фотографическое качество аэронегативов (величина коэффициента контрастности, максимальная плот­ность, плотность вуали), проверяется прямолинейность съемоч­ных маршрутов, контролируется продольное и поперечное пере­крытие и др.

Вида аэрофотосъемок. Понятие о съемочном процессе. Фотографирование местности с воздуха может вестись не только с самолетов, но и с других носителей съемочной аппарату­ры: вертолетов, воздушных шаров, аэростатов, дирижаблей, пла­неров и т. п. Основное требование к аэрофотосъемочному полету состоит в том, чтобы самолет летел строго по намеченному прямолинейному маршруту на одной заданной высоте и сохранял при этом макси­мально возможную устойчивость. В реальных условиях полета штурман-аэрофотосъемщик, учитывая угол сноса самолета под влиянием ветра, находит такой курс его следования, при котором обеспечивается полет с некоторой путевой скоростью в заданном направлении относительно земной поверхности.

За работой всего комплекса аэрофотосъемочной аппаратуры (аэрофотоаппарат, радиовысотомер, статоскоп, фоторегистрирующие приборы) следит непосредственно бортоператор. По данным о скорости и высоте полета он определяет и устанавливает на командном приборе такой интервал съемки, при котором выдержи­вается определенное перекрытие снимков в маршруте. В практике аэрофотосъемки принято по-разному называть и обозначать высоты фотографирования, измеряемые относительно различных уровней. Если высота фотографирования определяется от уровня моря, ее называют абсолютной . Высота фотографирования, измеряемая относи­тельно уровня аэродрома, называется относительной. Высоты фотографирования, кроме того, могут изме­ряться относительно среднего уровня территории съемки или отно­сительно конкретной точки на земной поверхности. В этом случае их называют соответственно средними и истинными высотами фотографирования. При расчете масштаба фотографирования, как правило, исходят из средней высоты фотографирования.

В зависимости от значений угловых элементов внешнего ориен­тирования камеры и характера покрытия местности снимками различают перспективную, плановую и стабилизированную аэро­фотосъемку, а также аэрофотосъемку одинарную, одномаршрутную и площадную (рис. 61).

Рис. 44 Схемы одинарной (а), одномаршрутной (б) и площадной (в)