1.5. Класифікація аерокосмічних методів зондування Землі
ДЗЗ здійснюється пасивними і активними методами. При пасивному методі прилади, що встановлені на борту носія, вимірюють характеристики відбитого сонячного і згенерованого системою ”Земля – атмосфера” ЕМВ в широкому діапазоні хвиль (рис. 1.3 а).
а) |
б) |
Рис. 1.3. Методи зондування: а – пасивне; б –активне |
|
В активних методах ДЗЗ для створення первинного потоку опромінення Землі використовуються радіолокатори різних типів і діапазонів, рідше застосовуються лазерні локатори (лідари). Джерелом цільової інформації є потік відбитого від різних природних утворень радіо або світлового (інфрачервоного) випромінювання (рис. 1.3 б).
При цьому, сенсори в одних умовах можуть бути пасивними а в інших – активними, наприклад, побутовий фотоапарат, при звичайній зйомці виступає як пасивний сенсор, а при зйомці зі спалахом, вже виступає як активний сенсор.
Пасивні сенсори, що встановлені на борту космічного апарата, вимірюють або відбите від об’єкта дослідження сонячне випромінювання, або випромінювання, що генерується самим об’єктом (власне випромінювання об’єкта).
Схема одержання інформації за допомогою пасивних методів представлена на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Схема отримання інформації за допомогою пасивного методу дистанційного зондування
До пасивних сенсорів (датчиків) відносяться:
– фотографічні, які дають можливість одержання зображення у видимому (оптичному) і в близькому інфрачервоному (ІЧ) діапазоні спектра;
– телевізійні, де сенсором виступає фотоелектрична поверхня (діапазон спектра аналогічний фотографічним сенсорам);
– інфрачервоні сканери, які реєструють випромінювання в тепловому діапазоні;
– багатоканальні сканери, що охоплюють видимий, близький ІЧ, середній ІЧ, та тепловий діапазони.
Активні сенсори самі генерують енергію випромінювання з борту аеро- або космічного літального апарату за допомогою штучного випромінювача (лазера – оптичного генератора, радіогенератора) і реєструють відбите випромінювання від поверхні Землі.
До них відносяться:
радіолокаційні сенсори (діапазон: 0,1 см…5 дм) створюють ЕМХ, які посилають до об'єкта а відбиті від об'єкта ЕМХ фіксуються антеною);
лідари (джерелами випромінювання виступають потужні лазери, що формують когерентне (узгоджене за частотою і фазою) випромінювання в оптичному діапазоні).
Перевага активних знімальних систем полягає в тому, що вони не залежать від погоди, часу доби. Хмарний покрив також у цьому випадку не є перешкодою.
Залежно від поставленої задачі, сенсори можуть розташовуватись на наземних, повітряних або космічних платформах.
1.6. Класифікація видів аерокосмічного знімання
Сучасні космічні знімки дуже різноманітні і залежать від:
– вибору способу реєстрації випромінювальних і відбивних характеристик (тобто визначаються спектральним діапазоном знімання);
– технології отримання зображень і передачі їх на Землю, що зумовлюють багато в чому якість знімків;
– параметрів орбіти космічного носія і знімальної апаратури, що визначають масштаб знімання, оглядовість, розрізненність знімків тощо.
Для забезпечення ефективного використання цього надзвичайно інформативного матеріалу його необхідно систематизувати та класифікувати, виділивши типи космічних знімків, що різняться можливостями їхнього застосування в дослідженнях і тематичному картографуванні, дати оцінку знімків різного типу і рекомендації з їх застосування.
Класифікувати види дистанційне зондування можна різним чином. Перед усім, за фізичними принципами їх одержання. Для цього можуть використовуватися електромагнітні і звукові хвилі. Хоча дистанційні методи майже завжди асоціюються з використанням ЕМВ, в деяких додатках (наприклад, скануюча ехолокація дна водойм) звукові хвилі є просто незамінними. За своїми властивостями ехолокаційні дані дуже схожі на радіолокаційні, тому ми не будемо розглядати їх окремо.
В залежності від використовуваного діапазону ЕМВ розрізняють такі види знімання (рис. 1.5):
– ультрафіолетове знімання (ultraviolet);
– знімання у видимому діапазоні (optical);
– знімання в ближньому інфрачервоному (ІЧ) діапазоні (near infrared);
– знімання в середньому ІЧ діапазоні (middle infrared);
– знімання в дальньому (тепловому) ІЧ (thermal infrared) діапазоні;
– знімання в мікрохвильовому радіодіапазоні (microwave, passive microwave).
Рис. 1.5. Класифікація видів дистанційного зондування
за типом використовуваного діапазону ЕМВ
При одночасному використанні декількох діапазонів ЕМВ кажуть про багатозональне (multi-channel, multi-spectral, multi-band) знімання, а при великій кількості використовуваних діапазонів (20 – 1000) – про гіперспектральне (hyperspectral) знімання.
Аерокосмічне знімання можна класифікувати за видами розрізнення і охоплення, за типом носія даних (фотографічні і цифрові), за принципом роботи сенсора (фотоефект, піроефект тощо), за способом формування (розгортки) зображення, за спеціальними можливостями (стереорежим, складна геометрія знімання), за типом орбіти, з якої здійснюється знімання тощо.
За засобами розміщення апаратури, ДЗЗ поділяється на космічне, авіаційне, наземне, морське (буйкове і рухоме).
За видом застосовуваної знімальної апаратури розрізняють такі види знімання:
– фотографічні (photography);
– телевізійні (television, photovision);
– фототелевізійні (phototelevision);
– сканерні (scanner);
– радіолокаційні (radar, radiolocation);
– гідролокаційні (sounding);
– лазерні (laser, optical maser);
– лідарні (lidar).
Фотознімання – фотографування поверхні в усьому видимому діапазоні спектру або певній його частині а також в інфрачервоному діапазоні. Широко застосовується при повітряному та космічному зніманні з метою одержання даних для створення та оновлення карт.
Сканерне знімання – знімання поверхні за допомогою оптичних або баготоспектральних пристроїв – сканерів. Відмінність таких пристроїв від звичайних фотокамер полягає в тому, що сканер рухаючись вздовж або вздовж і поперек маршруту знімання поступово фіксує відбиття променя від поверхні і спрямовує його до об'єктиву. При зніманні поверхні за допомогою сканера формується зображення з окремих елементів (пікселів), кожному з яких відповідає яскравість випромінювання ділянки поверхні.
Радарне знімання – активний метод знімання, заснований на випромінюванні в напрямку поверхні знімання сигналу та прийому його відбиття. Зазвичай радарне знімання здійснюється в радіодіапазоні за допомогою локаторів бокового обстеження (ЛБО). Перевагою цього методу є можливість виконання знімань у темну пору доби та незначний вплив на нього погодних умов: туману, хмарності. Радарне знімання використовується для визначення форми поверхні (рельєфу) та вивчення її геологічної структури.
Теплове знімання – знімання в інфрачервоному діапазоні, що ґрунтується на фіксації теплового випромінювання поверхні та об'єктів, зумовленого сонячним випромінюванням або ендогенними процесами та виявленні аномалій. Теплове знімання дозволяє виявляти елементи гідрографії, вивчати геологічну структуру поверхні, льодовий стан, вулканічну діяльність, температурну неоднорідність водного середовища, виявляти рельєф дна тощо.
Спектрометричне знімання – вимірювання відбивної здатності поверхні чи шарів речовини. Проводиться в мікрохвильовому, інфрачервоному діапазонах а також у видимому та ближньому інфрачервоному діапазоні. Застосовується для вивчення гірських порід.
Лідарне знімання – активне знімання поверхні шляхом безперервної фіксації відбиття від поверхні, яка опромінюється монохроматичним лазерним випромінюванням з фіксованою довжиною хвилі. Здебільшого лідарне знімання ведеться з носіїв з невеликою висотою польоту. Частота випромінювання налаштовується на резонансні частоти поглинання сканованого компоненту і таким чином у випадку наявності значних концентрацій цього компоненту відбиття значно збільшується. Застосовується для вивчення нижніх шарів атмосфери, виявлення концентрації певних елементів та з'єднань.
Окремо виділяють аероспектрометрування (aerial spectrophotometry, aerial radiometry), яке являє собою реєстрацію за допомогою спектрографів спектральної яскравості (spectral brightness, spectral radiance) певної поверхні вздовж напрямку руху літального апарата.
За просторовим розрізненням (масштабом) апаратура ДЗЗ поділяється на:
– метеорологічні системи, що мають низьке розрізнення (1 км);
– природоресурсні системи середнього розрізнення (сотні метрів);
– природоресурсні системи високого розрізнення (десятки метрів);
– системи високого розрізнення (метри);
– системи надвисокого розрізнення (менше 1 м).
У загальному випадку, залежно від геометрії побудови знімка можна виділити три види знімання: кадрове, щілинне, сканувальне.
При кадровому зніманні усі точки кадру фіксуються в один момент часу (при спрацюванні затвора). Такий знімок має єдиний центр проектування та строгу геометрію побудови зображення.
При щілинному фотозніманні зображення точок місцевості проектуються об'єктивом фотокамери на фотоплівку через вузьку щілину, що забезпечує друк одного рядка кадру. Розгорнення зображення здійснюється за рахунок руху або плівки щодо щілини з одночасним переміщенням фотокамери відносно об'єкта знімання, або щілини уздовж плівки.
У сканувальних камерах побудова зображення, як за рядком так і за кадром, відбувається попіксельно, тобто кожна точка фіксується в окремий момент часу та має свій центр проектування.
За галузевими ознаками ДЗЗ поділяється на геологічне, іоносферне, біологічне, атмосферне, астрофізичне, екологічне, сільськогосподарське тощо.