Тема 6

ТЕМА 6. ОСНОВИ ДЕШИФРУВАННЯ АЕРОКОСМІЧНИХ ЗОБРАЖЕНЬ

Вступ

Історична довідка про розвиток та сучасний стан дешифрування.

Види та методи дешифрування.

Логічна структура та ознаки дешифрування.

Аерокосмічні знімки є закодованим зображенням об’єктів місцевості. Щоб отримати корисну інформацію з таких зображень необхідно докласти певні навики і знання. Адже на знімках спостерігають тільки певні властивості об’єктів – одні з них чітко можна розпізнати, інші є частково спотвореними. Це зумовлено впливом різних факторів, таких як розрізнення зображення, зміна властивостей об’єкта в залежності від зовнішніх впливів (освітлення, погодні умови, пора року) тощо. Зрештою, зображення отримані з літака чи з космосу не відповідають звичному для людини ракурсу – зверху і на великій віддалі. В цей же ж час аерокосмічні зображення є своєрідним фотодокументом, на якому розпізнають особливості елементів ландшафту: детально на аерознімках крупних масштабів і глобально на космічних зображеннях. Вивчаючи за знімками окремі об’єкти та їх взаємозв’язок, роблять висновки про процеси та явища, які відбуваються на досліджуваній території. Це дозволяє розглядати дешифрування (розпізнавання, інтерпретацію) як метод дослідження і вивчення об’єктів, явищ та процесів за їх ознаками і взаємним впливом за зображеннями певної території місцевості.

Існує багато методів дешифрування аерокосмічних зображень, проте всі їх можна звести до двох основних: візуального – це опрацювання оператором даних знімання безпосередньо на роздрукованих фотоматеріалах або на екрані монітору комп’ютера та автоматизованого – програмне розпізнавання об’єктів.

Предмет та завдання курсу.

Аерокосмічне знімання, як метод вивчення земної поверхні, дозволяє у стислі терміни охопити великі і важкодоступні території, одночасно зменшуючи об’єм польових робіт та отримуючи точний та об’єктивний матеріал.

Завданням вивчення дисципліни є можливість використання аерокосмічних знімків для вирішення багатьох наукових і практичних питань, зокрема:

·при створенні і оновленні топографічних і тематичних карт;

·при відслідковуванні екологічних змін;

·при транспортних вишукуваннях

·в лісовому та сільському господарствах;

·у військовій справі.

Історична довідка про розвиток та сучасний стан дешифрування.

18 травня 1886 р. – поручником О.М. Кованько з повітряної кулі отримані перші аерофотознімки Василівського острову під Петербургом.

Під час російсько-японської війни 1904-1905 рр. полковник В.Ф. Найдьонов з повітряних куль фотографував позиції ворога на відстані 3-4 км від переднього краю, що дало можливість отримати відомості про напрямок атак.

1 листопада 1914 р. Під час осади Перемишля було виконане перше фотознімання з літака напівавтоматичним апаратом В.Ф. Потте, який міг фотографувати підряд 50 раз.

З 1919 року аерофотознімальні роботи вийшли на державний рівень для забезпечення виконання топографо-геодезичних робіт.

Весь етап розвитку наукового напрямку – дешифрування знімків – можна поділити на чотири періоди.

1918-1929 рр. – організація фотограмметричних підприємств, відкриття науково-навчальних закладів для підготовки спеціалістів з фотограмметрії, аерофотознімання, дешифрування аерофотознімків.

1930-1945 рр. – аерофототопографічні методи стають основними для картографування в масштабах 1:100 000, 1:50 000 та 1:25 000 з

використанням аналогових приладів. Розвивається тематична дешифрування лісового господарства, та дешифрування важкодоступних територій.

1946-1969 рр. – подальший розвиток дешифрування з використанням досягнень фізики, електроніки та обчислювальної техніки. Проводять дослідження спектральних характеристик аерофотоматеріалів. Підбирають еталони для покращення камеральної дешифрування.

З 1970 р. – використання матеріалів космічного знімання та нефотографічних зображень з застосуванням приладів, які підвищують якість дешифрування.

Сучасний стан дешифрування аерокосмічних зображень пов’язаний із автоматизацією процесу обробки зображень, отриманих в різних зонах електромагнітного спектру.

Види дешифрування.

Дешифрування аерокосмічних зображень є виявлення, розпізнання і визначення характеристик об’єктів, які відобразились на знімку місцевості.

В залежності від призначення і завдань, які вирішують в процесі дешифрування, розрізняють два види дешифрування: загальногеографічну і тематичну .

Загальногеографічне дешифрування передбачає отримання узагальненої інформації про поверхню місцевості – гідрографія, елементи рельєфу, дорожня мережа, населені пункти, рослинність та їх взаємозв’язок.

Тематичне дешифрування виконують для рішення конкретних завдань, пов’язаних з тою чи іншою галуззю науки та виробництва.

Методи дешифрування зображень

Дешифрування аерокосмічних зображень є виявлення, розпізнавання і визначення характеристик об’єктів, які відобразились на знімку місцевості. В залежності від призначення і завдань, які вирішують в процесі дешифрування, розрізняють два види дешифрування: загальногеографічне і тематичне. Загальногеографічне дешифрування передбачає отримання узагальненої інформації про поверхню місцевості – гідрографія, елементи рельєфу, дорожня мережа, населені пункти, рослинність та їх взаємозв’язок. Тематичне дешифрування виконують для рішення конкретних завдань, пов’язаних з тою чи іншою галуззю науки та виробництва (дешифрування лісів, гідрографічне дешифрування, археологічне дешифрування, туристичне дешифрування, кадастрове дешифрування, дешифрування комунікацій, історичне дешифрування тощо).

В залежності від принципу організації робіт, а також місця їх виконання застосовують польовий, камеральний, аеровізуальний методи дешифрування або їх комбінацію.

Польовий метод – дешифрування безпосередньо на місцевості з виявленням всіх об’єктів, в тому числі і тих, які не відобразились на знімку. Такий метод трудомісткий і з великими матеріальними затратами. Суцільне польове дешифрування виконують на райони з великою кількістю споруд, інтенсивною господарською діяльністю, на місцевості, де відбулись суттєві зміни у топографії. В процесі дешифрування опізнають на знімку і місцевості певний об’єкт і, відходячи від нього, послідовно наносять на знімок решту об’єктів. Одночасно з розпізнанням об’єктів і контурів визначають їх кількісні та якісні характеристики, які теж наносять на знімок. Відображають всі об’єкти, навіть ті, які чітко і однозначно можна ідентифікувати на знімку. Об’єкти, які відсутні на місцевості, але є на знімку – закреслюють. Об’єкти, які не відобразились на знімку наносять, застосовуючи проміри і складаючи абрис їх розташування.

В малозаселених і незаселених районах, а також в районах, які недостатньо вивчені і на які відсутні картографічні матеріали виконують маршрутне дешифрування. Маршрутне дешифрування можна виконувати двома способами: наземним та аеровізуальним. Маршрути прокладають вздовж доріг, стежок, ліній електропередач, долин річок, водорозділів. Маршрут наносять на знімок, а дешифрування виконують в межах 500 м від його осі для відкритих районів та 150-250 м для важкодоступних районів. Вздовж маршруту вибирають пункти спостереження для визначення еталонних характеристик об’єктів. Маршрути вибирають так, щоб за матеріалами польового дешифрування в камеральних умовах

віддешифрувати решту території. Міжмаршрутний простір дешифрують камерально, використовуючи еталони і прямі та непрямі дешифрувальні ознаки.

Аеровізуальний метод застосовують для розпізнавання зображення з маловисотних та малошвидкісних літаків і гелікоптерів. Ось деякі вимоги, яких необхідно дотримуватись в процесі дешифруваня: відстань польоту від схилів з нахилом більше 45˚ повинна бути не менша 50 м; мінімальна ширина долин на яких можна застосовувати аеровізуальний метод – 1500 м та 500 м відповідно для літаків і гелікоптерів; зависання гелікоптера дозволено на висотах від 200 м до 10 м; оптимальна висота польоту під час дешифрування малих топографічних об’єктів – 300 м, а максимальна відстань до об’єктів дешифрування – 1250 м; час проведення аеровізуального дешифрування не повинен перевищувати 3-3,5 год.

Аеровізуальне дешифрування складається з трьох послідовних етапів: підготовчих робіт, спостережень в польоті та опрацювання матеріалів. В підготовчі роботи входить вивчення картографічних та раніше віддешифрованих матеріалів на заданий район; проектування маршрутів та пунктів, де необхідні детальні спостереження; підготовка апаратур и (фотовідео апаратів, диктофону); підготовка спостерігачів (наземна і повітряна). Спостереження в польоті полягають у вивченні об’єктів, невіддешифрованих в камеральних умовах. Для отримання даних про місцевість (висота лісу, швидкість течії річки, створення еталонів) зменшують висоту польоту, роблять додаткові віражі та приземляються поблизу орієнтирів. Якість спостережень підвищується, якщо дешифрування проводять два спостерігачі (по лівому і правому бортах літака або гелікоптера). Обробку матеріалів виконують відразу після польоту з використанням аудіо та письмових записів, зарисовок, фотографій та інших даних.

Камеральний метод – розпізнавання і отримання характеристик об’єктів шляхом вивчення властивостей зображення. Камеральне дешифрування складається з трьох етапів:

вивчення редакційних вказівок по дешифруванню, які містять короткий географічний опис району, опис дешифрувальних ознак, дані рекогностування, еталони;

загальне ознайомлення з зображенням місцевості; детальна послідовна обробка кожної стереопари знімків із

застосуванням стереоприладів та еталонів.

До камерального дешифрування висувають ряд вимог: знімки повинні мати високі інформаційні можливості; перед дешифруванням необхідно вивчити існуючі картографічні матеріали; для складних районів потрібно проводити топографо-геодезичне рекогностування з метою створення еталонів об’єктів дешифрування; знімки для дешифрування повинні бути виготовлені (візуалізовані на екрані комп’ютера) у масштабі створюваної карти; в процесі дешифрування використовувати стереоприлади.

Суцільне камеральне дешифрування виконують за знімками з високою ступінню передачі ситуації, використовуючи матеріали картографічного

призначення, збільшувальні та вимірні прилади, нову географічну довідкову літературу.

Матеріали картографічного призначення в графічному і електронному вигляді є результатом польових або раніше виконаних камеральних робіт, які можна використати для отримання даних про місцевість, що відобразились або відсутні на знімку. До матеріалів картографічного призначення належать:

архівні та сучасну матеріали аерокосмічного знімання; топографічні карти і плани;

матеріали по гідрографії – навігаційні карти, карти рік і озер, лоцманські карти – містять зображення берегової лінії, рельєфу дна, інформацію про глибину і ґрунт дна, пристані та населені пункти біля берегової лінії, інформацію про розташування криниць, наявність води і її якість;

матеріали по рослинності – мілкі і середньомасштабні карти рослинності, репродукції з фотопланів, плани земельних угідь, плани і схеми лісових насаджень по лісництвах – містять схематичне зображення населених пунктів, дорожньої мережі, гідрографії і інших об’єктів, а також детальне зображення меж рослинності, повний опис характеристик рослиннос ті, включаючи ті, які не завжди відображають на топографічних картах загального призначення (вік, пошкодження, час обстеження тощо);

матеріали по землевпорядкуванню – фотоплани та штрихові плани землеволодінь – на них показані всі угіддя, контури рік, каналів і доріг, криниці, джерела, форми рельєфу (не виражені горизонталями), межі населених пунктів;

матеріали по ґрунтах – карти ґрунтів та плани і карти торфових родовищ, за якими встановлюють місця розташування солончаків, боліт і виходів ґрунтів на поверхню.

матеріали знімань міст – проекти планування та забудови міст крупних масштабів – містять всю ситуаційну і описову картину міста, включаючи детальні плани підземних комунікацій.

матеріали по шосейних дорогах – містять інформацію, яку важко розпізнати на знімках (характеристики покриття, мостів, труб і будов дорожнього господарства);

матеріали по залізничних дорогах – повздовжні профілі доріг – містять як самі профілі доріг, так і ситуацію по обидві її сторони (мости, труби, станції, платформи, роз’їзди, будинки, прилягаючі дороги, лінії електропередач).

В процесі дешифрування роздрукованих зображень використовують збільшувальні, вимірні та аналогові стереоскопічні прилади. Для дешифрування цифрових зображень застосовують цифрові фотограмметричні станції. Збільшувальні прилади (монокулярні та

(відстань від ока спостерігача до знімка вздовж головного оптичного променя). Для дешифрування використовують прилади з збільшенням від 2× до 12×. Вимірні прилади (аналогові і цифрові) використовують для елементарних вимірів на роздрукованих знімках. Точність вимірів становить для кутомірів від 30' до 6'', для паралаксометрів – 0,01мм. Аналогові стереоскопічні прилади – стереометри, стереоскопи – використовують для спостереження просторової моделі місцевості, а застосування для дешифрування цифрових фотограмметричних станцій дозволяє підвищити точність визначення координат з одночасним зменшенням затрат часу на цю операцію. Стереоскопічний огляд знімків підвищує достовірність дешифрування на 30-35%.

На практиці частіше застосовують поєднання польового та камерального методів дешифрування – комбінований метод дешифрування. При цьому основна робота по розпізнаванню об’єктів виконується в камеральних умовах, а в польових умовах розпізнають решту об’єктів.

В камеральних умовах на знімках позначають: робочі межі дешифрування, всі об’єкти, які добре можна ідентифікувати на знімку, групують важкодоступні об’єкти по однакових фототонах, наносять проекти маршрутів польового дешифрування, за карт-матеріалами наносять описову інформацію про об’єкти. В польових умовах: наносять об’єкти, які не відобразились на знімку, визначають кількісні і якісні характеристики об’єктів, створюють еталони. Особливу увагу приділяють позначенню поворотних стовпів, які погано відобразились на знімку. Місцезнаходження підземних комунікацій визначають за оглядовими колодязями. При оновленні карт наносять на знімок нові об’єкти, які є відсутні на карті, і видаляють на карті об’єкти, які відсутні на знімку. За результатами польових обстежень завершують дешифрування в камеральних умовах, застосовуючи зображення еталонних об’єктів.

Камеральне і польове дешифрування повинні виконувати одні і ті ж виконавці, а для правильного відображення місцевості, дешифрування виконують під керівництвом редактора згідно прийнятих умовних знаків з дотриманням їх розмірів і кольору. На межах робочих площин знімків повинні співпадати всі лінійні контури і характеристики відповідних об’єктів.