Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Мониторинг и охрана городской среды. Учебное пособие
.pdf
111
быть продолжена с постепенным разделением на более узкие
спектральные интервалы.
По способу приема электромагнитного излучения выделяют
следующие средства:
‒ фотографические, в которых пространственное распределение
яркостей непосредственно записывается на светочувствительных
материалах в виде двумерного непрерывного изображения;
‒ оптико-электронные, в которых яркости дискретно измеряются с
помощью фотоэлектрических, термоэлектрических и других приемников
через
промежуточные регистрирующие устройства;
‒ радиофизические, в которых информация, получаемая через
радиоволны, принимается антеннами.
По способу доставки результатов съемки потребителю выделяют
средства оперативные, в которых информация о местности может быть
передана по радиоканалам в реальном времени, и неоперативные,
продукция которых доставляется только транспортными средствами.
3.3.3. Сравнительные характеристики фотографической съемки
Фотосъемка – это
регистрация видимой и ближней, инфракрасной,
области спектра электромагнитных излучений местности в диапазоне длин
волн 0,4-1,1 мкм на светочувствительных слоях. Именно на этот интервал
приходятся максимум энергии солнечного излучения и минимальная
потеря ее за счет рассеяния и поглощения атмосферой. Съемка в этой зоне
позволяет получить наибольшее линейное и энергетическое разрешение. В
настоящее время
фотосъемка является одним из основных методов
дистанционного зондирования, так как дает наибольший объем
информации при ее геометрической определенности.
По назначению фотографические системы можно разделить на
топографические, снабженные ортоскопической оптикой, и
дешифровочные (фотометрические), оптика которых обеспечивает
112
высокую точность регистрации энергетической информации. По принципу
построения изображения фотографические системы делят на 3 типа. Это
кадровые, в которых вся плоскость кадра экспонируется одновременно;
панорамные, изображение в которых формируется последовательно при
поперечном угловом движении объектива или зеркала, и щелевые, в
которых изображение получают с помощью неподвижного объектива
последовательно на движущуюся фотопленку через
узкую поперечную
щель.
Полнота и достоверность создаваемых и обновляемых
топографических и тематических карт в значительной мере определяется
качеством проведения работ по дешифрированию снимков. Качество
дешифрирования, в свою очередь, прямо зависит от свойств фотоснимка
как источника информации. Способность фотоснимка передавать в
доступной для дешифрирования и интерпретации форме подробности
ландшафта, естественных и
искусственных объектов в их статическом и
динамическом состоянии называется их информационными свойствами, к
которым относятся изобразительная способность, измерительная
способность и информационная емкость.
Изобразительная способность характеризует возможность получения
по снимку сведений качественного характера для дешифрируемых
объектов различного вида. Это функция геометрического размера объекта,
разрешения снимка и коэффициента распознавания формы объекта.
Измерительная способность
характеризует возможность определения по
фотоизображению требуемых геометрических характеристик объектов.
Она определяется относительно заданной точности измерений. Общий
объем сведений о местности, изображенной на снимке, оценивается его
информационной емкостью. Она зависит от изобразительной и
измерительной способностей снимка, а также от количества
сфотографированных объектов, которое определяется их плотностью,
форматом и масштабом снимка. Информационная
емкость – главный
113
критерий при выборе оптимального масштаба снимков при
картографировании в заданном масштабе.
Таким образом, качество дешифрирования снимков определяется их
информационными свойствами. На основе анализа информационных
свойств снимков, получаемых различной съемочной аппаратурой,
формулируются требования к аэро- и космической информации,
предназначенной для решения разнообразных задач мониторинга
городских земель.
3.3.4. Сравнительные характеристики нефотографических съемок
Нефотографическая
съемка – это регистрация большого диапазона
(от нанометров до метров) длин волн электромагнитных излучений в виде
изображений на фотопленке или магнитном носителе. Наибольшее
значение имеют цифровые изображения, полученные из космоса при
регистрации видимой области спектра электромагнитных излучений;
инфракрасные (тепловые) изображения при регистрации излучений с
длиной волн от 1 до 15 мкм; радиолокационные изображения
при
регистрации радиоволн длиной от миллиметров до метров; лазерные
изображения, регистрирующие отраженные сигналы, излучаемые узким
пучком лазера в направлении подстилающей поверхности Земли.
Информационные и геометрические свойства нефотографических
изображений уступают фотоснимкам, но за пределами видимого света они
дают дополнительную информацию, отсутствующую на фотоснимках.
Многозональная съемка производится в узком спектральном
диапазоне при
использовании 4-6 и более каналов, а изображения
получаются в достаточно широком интервале спектра от 0,4 до 1,1 мкм.
Многозональную съемку можно отнести к фотосъемке, если запись
первичного изображения осуществляется на фотопленку (многозональный
космический фотоаппарат МКФ-6 и др.), и к нефотографической, если
изображение местности получается непосредственно в цифровом виде.
114
Радиолокационная съемка предназначена для распознавания
объектов и измерения расстояний до них по фотоизображениям,
полученным с бортовых радиолокационных станций (РЛС). По сравнению
с фотографическими средствами радиолокационная аэрокосмическая
съемка имеет преимущества. Это независимость от метеорологических
условий и времени суток; независимость (принципиальная) разрешающей
способности на местности от дальности до объектов; сравнительно
большая полоса захвата
на местности; возможность обнаружения объектов
по радиолокационным контрастам; возможность передачи информации с
борта носителя по каналу связи на значительные расстояния.
Еще в недалеком прошлом изображения интерференционной картины
отраженных и опорных сигналов РЛС фотографировались на пленку и
подвергались оптической обработке в спектроанализаторе. Изображение
местности вдоль полета получалось на вторичной пленке.
В
последние годы в связи с бурным развитием средств
вычислительной техники, средств связи и спутниковых навигационных
систем оптическая обработка уступила место цифровой обработке
сигналов РЛС, проводимой непосредственно на борту носителя и на
наземных пунктах приема информации.
Инфракрасная (тепловая) аэрокосмическая съемка (ИКА) занимает
одно из главных мест среди современных средств дистанционного
зондирования. ИКА
может быть использована автономно, а также в
комплексе с другими средствами.
В основу использования ИКА положена регистрация тепловых
контрастов излучений (отражений) различных тел. Инфракрасные системы
преобразовывают тепловые контрасты в тоновые и регистрируют их в виде
фотографического изображения или путем передачи цифровых данных с
борта носителя по каналу связи на наземные
пункты приема информации.
ИКА обладает следующими достоинствами: инфракрасные лучи
невидимы и при прохождении воздушной среды ослабляются меньше, чем
115
видимые; аэросъемку местности можно осуществлять круглосуточно и
круглогодично, без подсветки, с некоторыми ограничениями при наличии
облачности, используя так называемые "окна прозрачности" атмосферы.
Им соответствуют следующие диапазоны волн: 0,95–1,05 мкм; 1,2–1,3
мкм; 1,6–1,75 мкм; 2–2,4 мкм; 3,5–4,0 мкм; 8–14 мкм. По этой причине
инфракрасную область спектра принято разделять на четыре части:
ближнюю (с длиной волны 0,75–3 мкм), среднюю (3–6 мкм
), дальнюю (6–
15 мкм) и очень далекую (15–1000 мкм).
Для получения инфракрасного изображения используется различная
сканирующая аппаратура. Поток лучистой энергии от снимаемой
поверхности попадает в оптическую часть, при этом объектив
осуществляет пространственную и спектральную фильтрацию, а также
фокусирует пришедшие лучи на ИК-приемник. Он преобразует их в
электрические сигналы, усиливает, индицирует и регистрирует
на
фотопленку или магнитный носитель информации.
Существующая ИК-аппаратура позволяет получить информацию о
местности с записью последней как на борту носителя, так и с передачей ее
на землю в реальном масштабе времени. Известно несколько способов
получения ИК-изображения и созданы приборы различных конструкций,
отличающиеся видом используемых приемников ИК-излучения. К
ним
относятся телевизионные устройства с видиконом, тепловизоры
всевозможных конструкций и др.
Лазерная съемка. Развитие науки и техники позволило использовать
лазерную (ЛЗ) аэросъемку с ее возможностью при подсвечивании
подстилающей поверхности получать изображение в ночное время. В
основе ЛЗ-аэросъемки лежит регистрация отраженного от подстилающей
поверхности излученного лазерного сигнала. ЛЗ-аэросъемка может
проводиться в двух режимах: днем при использовании освещенности
местности Солнцем; ночью при использовании в качестве подсветки
направленного излучения лазера.
116
Лазерная съемка получила применение в основном в
разведывательных (военных) целях. Практического применения для целей
картографирования она не нашла.
Применение материалов дистанционного зондирования в целях
специальных разделов мониторинга земель и тематического
картографирования описано в литературе. С помощью этого метода
возможно осуществление как элементарного слежения за появлением и
исчезновением на землях города разнообразных
физических объектов и
положением их границ, так и анализ ряда достаточно сложных процессов в
городской среде. В результате анализа материалов двух аэрофотосъемок
можно исследовать диагностируемые по снимкам изменения ситуации в
городе (появление новых построек, изменение береговой линии пруда и
т.п.).
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ МОНИТОРИНГА
ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ И ЕГО
ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
4.1. Информационное обеспечение мониторинга и охраны
городской среды
Информационное пространство мониторинга городской среды
создается в рамках межведомственного взаимодействия городских
организаций, участвующих в осуществлении мониторинга.
Информация организаций - ее держателей находится в
распределенной базе данных. В Таганроге ведущую роль в осуществлении
мониторинга городской среды играет Отдел охраны окружающей среды и
рационального использования природных
ресурсов Администрации
117
города. Другие организации, участвующие в мониторинге, должны
предоставлять в головной банк данных и заинтересованным юридическим
и физическим лицам специализированную информацию по состоянию
среды города.
Организации - держатели соответствующей информации,
предоставляющие мониторинговые данные, а также предприятия и
учреждения, выполняющие сбор, систематизацию, обработку и
тиражирование информации, несут ответственность за достоверность и
полноту сведений.
Обмен
информацией может осуществляться в ручном и
автоматизированном режимах. Предусматриваются каналы связи,
обеспечивающие информацией федеральные и городские, в том числе
территориальные (районные, окружные) органы управления.
При ведении мониторинга городской среды приходится оперировать
значительными массивами постоянно обновляемой однотипно
структурированной информации. Часть этой информации необходимо
архивировать для последующего ретроспективного анализа данных, что
затрудняет
ручную обработку материалов мониторинга. Для этого
необходимо создавать геоинформационные системы мониторинга
городской среды (ГИС МГС).
ГИС МГС должна обеспечивать:
– ведение семантической и графической баз данных, их взаимоувязку
и объединение в единую интегрированную среду;
– внесение изменений и дополнений в базу данных;
– статистическую обработку хранимой информации;
– подготовку выходных форм представления информации
по
соответствующим запросам;
– информационное взаимодействие с органами городского и
государственного управления (по модемной телефонной или оптическо-
волоконной линиям связи).
118
Должна быть предусмотрена возможность интеграции городской ГИС
МГС в федеральную систему мониторинга окружающей среды, в
федеральную и городскую системы экологического мониторинга, в том
числе и телекоммуникационно.
Должна быть обеспечена защита от несанкционированного доступа, в
том числе при передаче информации по каналам связи и на магнитных
носителях.
Выбор технических средств при создании
ГИС МГС определяется
объемом создаваемого банка данных, структурой и характером
информационных потоков, требованиями к надежности системы и
сохранности информации.
Для функционирования ГИС МГС необходимы различные словари,
классификаторы и тезаурусы. Основные из них – "Классификатор
показателей, регистрируемых при ведении МГС", "Классификатор земель
города", "Классификатор негативных процессов на городских землях" и
др.
Выходная
информация ГИС МГС применяется при разработке
рекомендаций по рациональному землепользованию и охране земель для
последующего проектирования, выводу вредных производств, некоторых
градообразующих отраслей, контроля экологической обстановки в городе,
как основание для принятия иных управленческих решений.
4.2. Информационное обеспечение заинтересованных лиц
данными по мониторингу городской среды
Заключительной стадией процесса производственной деятельности в
области мониторинга городской среды является анализ, целевая
интерпретация данных и информационное обслуживание потребителей
информации.
119
В соответствии с предметной тематикой, совокупность всей
мониторинговой информации в первом приближении подразделяют на
правовую, градостроительную и экологическую компоненты. В качестве
объекта, по которому выдается мониторинговая информация, выступают,
как правило, воздушная среда города и его отдельных участков, водные
объекты, отдельные участки городских земель, а также части территории
(кадастровые округа, районы,
кварталы; территории отдельных
административных районов и т.п.) и территория города в целом.
В качестве пользователей мониторинговой информации могут
выступать любые юридические и физические лица, заинтересованные в
получении соответствующих информационных ресурсов. Данные
мониторинга должны предоставляться пользователям с учетом
требований законодательства РФ по защите информации и прав субъектов
в области информационных процессов и информатизации.
Органы законодательной (представительной), исполнительной и
судебной власти, правоохранительные и налоговые органы
всех уровней
имеют право на получение по мотивированному запросу любой
необходимой им информации, имеющейся в банке данных. Вышестоящие
органы отраслевого управления и органы территориального управления
получают данные по мониторингу среды города, как правило, в виде
ежегодного Доклада (справки) о состоянии окружающей среды. Эти
органы также имеют право на получение по
запросу любой необходимой
им информации, имеющейся в банке данных МГС.
Обеспечение же заинтересованных предприятий, организаций и
учреждений, а также отдельных граждан, информацией о состоянии
городской среды по их запросам целесообразно проводить на
коммерческой основе.
120
5. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Развитие технических средств контроля окружающей среды привело
к появлению автоматизированных систем слежения за качеством среды
обитания, например загрязнением атмосферного воздуха в городах. Такие
системы типа АНКОС успешно функционируют в США, Японии, странах
Западной Европы и Южной Америки. Развитие этого направления идет по
пути применения все более совершенной техники, наращивания числа
станций
и автоматических датчиков для определения вредных примесей в
атмосферном воздухе, объединения отдельных станций в системы, а
локальных систем в региональные и общегосударственные сети.
В перспективе значение дистанционных методов мониторинга
среды обитания в сочетании с геоэкоинформационными системами сбора и
обработки данных, видимо, будет возрастать. По существу в крупных
городах уже действуют
автоматизированные системы геоэкологического
мониторинга, обеспечивающие создание компьютерных городских банков
данных о состоянии загрязнения атмосферы и анализ текущей и
прогнозируемой обстановки. Широкое распространение получили
программные продукты серии "Эколог" (расчет концентрации вредных
веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий;
автоматизированные методы прогнозирования последствий аварийного
химического загрязнения среды и т.д.).
Составной частью органов современного контроля являются
геоинформационные или геоэкоинформационные системы (ГИС). Они
представляют собой компьютерные системы сбора информации (в том
числе с помощью космических аппаратов), ее хранения, выборки,
анализа и графического отображения для геоэкологических
исследований, картографирования городов, составления ландшафтных
карт, карт загрязненности территорий, состояния почвы и лесов и других
необходимых документов о состоянии и изменении городской среды и
природы. Технология ГИС ценна тем, что она позволяет визуализировать
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]