4680

21

ного и голубого цветов разной плотности. Они помещаются между источником света и негативом.

Для подбора корректирующих светофильтров используются электронные автоматы цветной печати. Так как цветная фотобумага чувствительна почти ко всем лучам видимого спектра, то в помещениях, где проводится печать, допускается слабое неактиничное освещение лабораторными фонарями со специальными зелеными защитными светофильтрами, которое необходимо для ориентирования в фотолаборатории, а не для контроля проявления. Большие требования предъявляются к постоянству температуры проявителя и других фотографических растворов.

Последняя операция в позитивном процессе – сушка отпечатков, производится на аппарате полуавтоматической сушки отпечатков АПСО-5М, АП- СО-7. Металлическая зеркальная поверхность барабана аппарата нагревается электрическими спиралями до температуры 80…90°С. Отпечатки для глянцевания укладываются эмульсией вверх на транспортирующее полотно, которое движется при помощи электродвигателя к барабану. Отпечатки плотно прижимаются через полотно резиновыми валиками к поверхности барабана и за один оборот барабана полностью высушиваются.

3 Космическая съемка

Сущность космической съемки. Виды и технические средства космических съемок. Фотографические космические съемки. Телевизионные съемки, фототелевизионная космическая съемка. Космовизуальные наблюдения. Радиометрические космические съемки. Спектрометрирование. Классификация космических съемок. Применение материалов космической съемки в лесном хозяйстве.

3.1 Технические средства многозональной космической съемки

Прежде чем изучать этот вопрос, необходимо понять сущность космической съемки, ее виды. Обратите внимание, что существуют нефотографические виды съемок: телевизионные, фототелевизионные, радиометрические и космовизуальные. Выясните основное различие между обыкновенной фотосъемкой, спектрозональной и многозональной космической. Необходимо изучить классификацию космических съемок и возможности применения их материалов в лесном хозяйстве. Затем разберитесь в преимуществах многозональной космической съемки, в названиях систем космических летательных аппаратов отечественного и зарубежного производства. Особое внимание следует уделить техническим средствам МКФ-6 и MCП-4. Ответы на поставленные вопросы можно найти либо в тексте данного раздела, либо в рекомендуемой литературе.

Многозональная космическая съемка и ее преимущества

Многозональная фотографическая съемка относится к развивающимся

22

методам исследований Земли из космоса, открывает дополнительные возможности повышения достоверности дешифрирования снимков. Для проведения многозональной съемки используют фотокамеру с несколькими объективами. Благодаря различным комбинациям черно-белых фотопленок светофильтров одновременно получают фотоизображения одного и того же участка съемки, но в различных зонах спектра. Для совмещения этих зональных черно-белых изображений применяют специальные проекторы, на экране которых получают окрашенное в натуральные или условные цвета совмещенное изображение. Это изображение может быть использовано для визуального дешифрирования, зарегистрировано отдельной фотографией или записано на магнитном диске с помощью сканирующего телевизионного устройства и ЭВМ.

Многозональные снимки отличаются высокой информативностью и геометрической точностью, удобством хранения данных при относительной простоте метода их получения. Разрешающая способность этих снимков выше, чем при съемке на трехслойные цветные или спектрозональные фотопленки, контрастность между объектами несравнимо сильнее. Они могут быть использованы при изучении природных условий и ресурсов суши и морских мелководий; при геологических исследованиях горных областей; в геоморфологии, гляциологии (наука о ледяных покрытиях), гидрологии; помогают исследовать тектоническое строение и рельеф гор, берегов морей и пойм, мерзлотный рельеф, оледенение горных хребтов, распространение твердого стока рек в крупных озерах; незаменимы в ландшафтном картографировании, при физико-географическом районировании территории. При со- циально-экономических исследованиях по многозональным снимкам осуществляется картографирование сельскохозяйственного использования земель и расселения, а также изучение воздействия человека на природную среду и, в первую очередь, на растительность.

Применение многозональной съемки в лесном хозяйстве весьма перспективно. Тщательный подбор зон и светофильтров позволяет зафиксировать даже небольшую разность в изменении отражательной способности древесных пород и других видов растительности, что не всегда удается при цветном спектрозональном фотографировании. Каждый снимок пригоден, как правило, для многоцелевого использования в различных направлениях исследования Земли. Синтезированные цветные изображения многозональной съемки является картографическими произведениями нового типа с большими возможностями дальнейшего совершенствования.

Космические летательные аппараты

Съемки Земли в целом или отдельных ее участков из космоса осуществляют с космических летательных аппаратов (КЛА), которые могут двигаться по круговым или почти круговым орбитам и эллиптическим. Искусственные спутники земли (ИСЗ), движущиеся по эллиптическим орбитам, на участке наибольшего удаления могут вести съемку всего диска Земли. Так, ИСЗ связи "Молния" передают изображения с расстояния 35 тыс. км.

23

При изучении природных ресурсов (в том числе лесного фонда), когда необходимо получить изображение отдельных участков поверхности Земли, съемку ведут с круговых орбит. Это позволяет получать снимки различных участков, близкие по масштабу. На таких орбитах летают метеорологические и ресурсные ИСЗ "Метеор" (Россия), "Ландсат", "Тайрос", "НОАА", "Нимбус" (все США), пилотируемые космические корабли России и США; долговременные международные орбитальные станции, а также автоматические космические аппараты.

Возможности космической съемки помимо характера орбиты зависят еще от угла наклона орбиты к плоскости экватора, высоты орбиты, от характеристик съемочной аппаратуры. Высоты круговых орбит КЛА с участием человека 230…400 км, ИСЗ – 600…1500 км. На высоте 36 тыс. км КЛА зависает над определенным районом Земли (геосинхронная орбита), что позволяет вести постоянные наблюдения. Солнечно-синхронные (гелиосинхронные) орбиты позволяют КЛА проходить над каждым заданным районом в одно и то же местное время, а это позволяет проводить повторные съемки и наблюдения в одинаковых условиях освещенности. Такие орбиты имеют ИСЗ "Метеор" и "Ландсат".

Фотографические съемки проводят с пилотируемых космических кораблей, орбитальных станций и автоматических космических аппаратов. Экспонированную фотопленку доставляют на Землю при посадке спускаемого аппарата корабля, либо в сбрасываемых контейнерах. Полоса захвата фотографирования на местности для целей изучения природных ресурсов колеблется от 40 до 600 км.

Система МКФ-6 и МСП-4 для многозонального фотографирования

В сентябре 1976 г. в рамках международного сотрудничества по программе "Интеркосмос" специалистами бывших СССР и ГДР совместно был проведен космический эксперимент "Радуга", В ходе которого летчикикосмонавты СССР В.Ф.Быковский и В.Б.Аксенов в восьмисуточном полете космического корабля "Союз - 22" получили более 2500 многозональных снимков земной поверхности. Впервые съемка проводилась многозональным космическим фотоаппаратом МКФ-6, разработанным совместно специалистами народного предприятия "Карл Цейс Йена" ГДР и Института космических исследований АН CCCP и изготовленного в ГДР. Многозональная съемка МКФ-6 проводилась также с самолетов-лабораторий, а затем с пилотируемой орбитальной станции "Салют-6" всеми экспедициями.

Одновременно с МКФ-6 был разработан многозональный синтезирующий проектор МСП-4, открывший возможность изготовления высококачественных цветных синтезированных снимков, теперь широко используемых в научной, практической и учебной работе. Он позволяет проводить оптикоаналоговую обработку снимков.

Предшественниками МКФ-6 и МСП-4 являются девятиобъективная аэрофотокамера для многозональной съемки и простой оптико-механический прибор для синтезирования цветного изображения по зональным снимкам, разработанные ранее в Московском университете.

24

С помощью многозональной камеры МКФ-6 (рис. 3.1) для каждого участка съемки одновременно могут быть подучены 6 черно-белых негативов в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне спектра. Отдельные спектральные съемочные зоны обуславливаются применением фильтров с различным спектральным пропусканием и фотоматериалов различной спектральной чувствительности. Каждая из 6-ти идентичных систем камеры имеет десятилинзовый объектив. На каждом снимке изображаются 9 координатных меток, позволяющих быстро совмещать изображения, полученные в различных зонах спектра, при синтезе цветного изображения на многоканальном проекторе. Негатив содержит основное изображение земной поверхности форматом 55 мм × 81 мм и дополнительное изображение с информацией, необходимой для обработки снимков (сенситометрический клин, время, ход экспонирования, номер снимка, таблица меток).

Для уменьшения смазывания (искажения) изображения, возникающего вследствие движения летательного аппарата, а следовательно, и камеры в процессе экспонирования, в МКФ имеется специальный компенсационный механизм.

.

Рис. 3.1 Многозональная камера МКФ-6 с дополнительными блоками управления

25

Технические данные камеры МКФ-6 Объектив – "Пинар - 4/125".

Тип затвора – центральный.

Пленка – 70 мм, неперфорированная, длина 120 м при толщине 0,18 мм.

Перекрытие – 20, 60, 80 %.

Время экспонирования - между 7 и 56 мсек. Охват местности при различных высотах съемки:

Многоканальный синтезирующий проектор МСП-4 (рис. 3.2) является точным прибором для изготовления цветных синтезированных снимков по зональным негативам одного многозонального снимка. Цветное изображение на экране МСП-4 можно использовать для проведения визуального дешифрирования. Возможна фотографическая регистрация такого цветного изображения на фотопленке и бумаге, для чего на подвижной раме перед экраном устанавливается обычный фотоаппарат. Наряду с аэрокосмическими снимками, полученными многозональными фотоаппаратами, на этом приборе могут быть обработаны также многозональные сканерные снимки, изображения, полученные в результате цифровой обработки, разновременно снятые изображения одного и того же объекта и ряд других подобных негативных и позитивных фотоматериалов различного вида.

Рис. 3.2 Проектор МСП-4

С помощью проектора возможно представить интерпретатору одновременно всю информацию, содержащуюся на 3-4-х исходных черно-белых снимках. Различные исходные снимки кодируются разными цветами. Таким образом, небольшие спектральные различия в яркости природных объектов, которые при обычной цветной или спектрозональной фотосъемке ведут лишь

26

к небольшому цветовому различию, могут быть переведены в более отчетливую разницу в цвете.

Интерпретатор получает цветное синтезированное изображение на экране прибора с 5-тикратным увеличением. Подключением соответствующих цветных фильтров можно добиться наилучшего выделения дешифрируемых объектов. В процессе визуальной интерпретации (дешифрирования) можно, опираясь на эталонные объекты, по цветовому тону установить свойства объектов. Кроме того, с экрана прибора с помощью специальной кассеты можно получить высококачественный цветной диапозитив размером 30х40 см, с которого изготавливаются рабочие копии на бумаге. МСП-4 может работать в компоновке с ЭВМ.

Работа с цветными синтезированными снимками облегчает дешифрирование и в ряде случаев способствует более полному извлечению информации из многозональных снимков.

4 Лазерная аэросъемка

Лазерное зондирование является составной частью новых методов и технологий геоинформатики и цифровой фотограмметрии. Оно нашло применение и в изучении структур лесного полога. Лазерная съемка может выполняться с космических и авиационных носителей. Ее результаты могут быть использованы в лесоэкологическом мониторинге, геодезии, картографии и при инвентаризации лесов в случае ее выполнения в комплексе с цифровой видео- и фотосъемкой, а также с наземными исследованиями на пробных площадях и полигонах. В связи с этим появилось новое понятие – «лазерная таксация лесов».

4.1. Технические средства и особенности лазерной аэросъемки

В комплект лазерного дистанционного зондирования лесной растительности (рис. 4.1) входят: системы лазерной (ИЛВ) и цифровой фото- и видеосъемки, устанавливаемые на борту вертолета или самолета, а также высокоточные системы спутникового геопозиционирования с наземной базовой станцией и бортовым GPS-приемником.

Лазерную съемку можно проводить с помощью аппаратуры авиационного лазерного картографирования, например, ALTM-1020 канадского производства (габариты 29×25×43 см), работающего по принципу сканирующего лазерного дальномера.

Важной особенностью такого зондирования является измерение наклонной дальности для каждого элемента сканирования, начиная с верхушек деревьев и до поверхности почвы (сквозь листву). Частота излучения лазера составляет 2000…5000 импульсов в секунду при скорости полета около 150…200 км/ч на высоте 200…400 м. Ширина полосы захвата зависит от угла сканирования (с высоты 300 м при 30 полоса захвата – 25…30 м, при 180 –

250…300 м).

27

Рис. 4.1 Общая схема системы лазерного профилирования леса

Компьютерная обработка материалов лазерной съемки позволяет получить трехмерные геометрические параметры (±10…15 см по вертикали) и высокоточные координаты местоопределения (±15…20 см) как отдельно стоящих деревьев, так и морфологических структур полога древостоев по всему маршруту съемки.

Эти трехмерные изображения объектов сопоставимы с материалами современных цифровых фото- и видеосъемок и информативно дополняют друг друга. Разрешение на местности цифровых видео- и фотоизображений, полученных с высоты 300 м – 10…12 см (размер ССД матрицы – 3000×2000 элементов) при ширине захвата 300 м. Методика обработки данных лазерной съемки проиллюстрирована на рис. 4.2.

Расстояние от начальной точки маршрута съемки, м

Рис. 4.2 Основные этапы обработки данных лазерных профилей лесной

растительности: а – первичный профиль поверхности полога, б – интерполированный топографический профиль земной поверхности, в – профиль полога древостоя

28

Для наземной верификации (проверки в качественном отношении) результатов съемок закладываются пробные площади в характерных выделах разных лесорастительных условий, что позволяет получать дополнительную информацию об экосистемах, используемую при дешифрировании материалов дистанционного зондирования.

Анализ структуры полога древостоя, интегрированный с данными видео- и фотосъемки, позволяет с высокой степенью достоверности определять различные типы и ярусы лесной растительности с разделением по породному составу, густоте и другим параметрам (рис. 4.3).

Последующая обработка данных лазерного профилирования позволяет получить информацию о запасе древостоя, типе леса, индексе листовой поверхности, напрямую или опосредованно – через значения диаметров крон и стволов, густоты, протяженности полога и высоты древостоя.

Рис. 4.3 Интегрированный профиль полога древостоев:

СС – спелых смешанных, ХМ – хвойных молодняков, ВЛ – вторичных лиственных

Достаточно высокую точность при обработке лазерных профилей обеспечивают методы регрессионной оценки фитомассы древостоев.

Лазерная аэросъемка – это достаточно универсальный инструмент, позволяющий дистанционно и оперативно получать информацию о состоянии лесного покрова с очень высокой точностью.

Данный метод в комплексе с цифровой фотограмметрией обеспечивает:

-создание цифровой модели рельефа (первичной, а также «очищенной» от лесной растительности и других объектов);

-автоматизированное выделение контуров выделов, вырубок, гарей, просек, дорог, водоемов и т.д.;

-создание цифровых ортофотопланов лесных территорий в абсолютных геодезических координатах;

-создание лесных цифровых фотокарт;

-в автоматическом режиме может быть выполнено выделение и определение геометрических параметров площадных и линейных объектов, определение плановых и профильных координат и высоты деревьев и древостоев.

Являясь альтернативой классическим методам лесной, совмещенной с топографической аэрофотосъемки и стереофотограмметрической обработки, рассматриваемая методика обладает рядом серьезных преимуществ:

-обеспечивается точность получения данных, недостижимая для клас-

29

сических методов аэросъемки;

-производительность при выполнении крупномасштабной площадной топографической съемки лесных территорий – 100…150 км2, а маршрутной –

500…600 км в день;

-отсутствует необходимость проведения наземных лесоинвентаризационных и геодезических работ по уточнению таксационных показателей древостоев и планово-высотному обоснованию результатов аэросъемки;

-продолжительность цикла послеполетной обработки материалов съемки не более 7…10 дней, после которого заказчику передаются результаты в цифровом виде в абсолютных геодезических координатах;

-технология некритична к наличию листвы на деревьях, что позволяет проводить аэросъемочные работы в любой сезон года;

-благодаря наличию специального программного обеспечения пространственного анализа достигается полная автоматизация процесса создания рельефной части лесной карты и достоверность контурного дешифрирования;

-достигается принципиальное снижение стоимости работ по сравнению

склассическими методами. Используемая аэросъемочная аппаратура может быть в течение одного дня установлена на любой вертолет МИ-8 со штатным люком для внешней подвески, что делает возможным использование вертолетов местных авиапредприятий и исключает затраты на перегонку летательного аппарата.

Дополнительные технологические возможности

• Возможность измерения параметров рельефа местности под кронами деревьев для участков насаждений с высокой сомкнутостью, практически, в любое время года.

• Измерение рельефа для безориентированной местности (вырубки, гари, пустоши, заснеженные территории и т.д.).

• Автоматическое выделение и измерение геометрических параметров линейных объектов толщиной до 5…10 мм: ветвей деревьев, диаметров крон, высоты, пространственного размещения и др.

• Возможность дополнительной установки специализированной аэросъемочной аппаратуры (тепловизор, многоспектральная цифровая камера и др.).

Метод лазерной аэросъемки лесного покрова перспективен, находится в начальной стадии развития и нуждается в дальнейшем совершенствовании. Для доведения его до технологического уровня и применения в практике лесоинвентаризации, в частности, требуется развитие общей теории лазерного зондирования леса, включая вычленение листовой поверхности из средней свободной компоненты лазерного луча, проходящего через кроны деревьев.

Другое важное направление исследований – моделирование лесного полога с целью более полной интерпретации спектральной плотности получаемых данных, так как математическая теория сама по себе не может обеспечить все необходимые ключи для получения достоверных результатов.

Вопросы для самостоятельной работы

30

Общие вопросы

1.Сущность предмета. Цели и задачи.

2.Обзор аэрокосмических методов и область их применения.

3.Краткий обзор истории применения авиации и аэрофотосъемки.

4.Летательные аппараты, применяемые для аэрофотосъемки.

5.Аэрофотоаппараты и аэрофотосъемочное оборудование, применяемое для аэрофотосъемки.

6.Понятие о летно-съемочном процессе: виды аэрофотосъемки и их особенности.

7.Зоны электромагнитного спектра.

8.Сущность космической съемки и ее классификация.

9.Объекты съемки. Трапеция международной разграфки.

10.Космические средства, используемые для мониторинга состояния насаждений.

11.Характеристика черно-белых и цветных аэропленок.

12.Характеристика черно-белых и цветных фотобумаг.

13.Спектральная отражательная способность природных объектов, коэффициент спектральной яркости (КСЯ).

14.Природные условия. Освещенность.

15.Нефотографические виды съемок для изучения земной поверхности.

16.Метеорологические условия аэрофотосъемки, оптимальные сроки съемки для изучения лесной растительности.

17.Понятие об ортогональной и центральной проекциях. Аэроснимок как центральная проекция местности.

18.Линейное смещение точки на аэрофотоснимке и искажение фотоизображения из-за рельефа местности.

19.Искажение фотоизображения линейные смещения точек на аэрофотоснимках из-за его наклона.

20.Способы определения масштаба плановых аэрофотоснимков.

21.Определение рабочей площади аэрофотоснимка.

22.Основы стереоскопического зрения с использованием аэрофотоснимков.

23.Приборы, применяемые для дешифрирования аэрофотоснимков.

24.Стереоскопические измерения по аэрофотоснимкам.

25.Информационные и изобразительные свойства аэроснимков и космических снимков.

26. Трансформирование аэроснимков. Принцип работы.

27.Показатели морфологической структуры полога древостоев. Отображенные на аэроснимках и морфологическая структура полога.

28.Составление фотопланов, фотосхем, картографических материалов и лесоустроительных планшетов по данным аэро- и космической съемки.

29.Принципы переноса ситуации на УТП.