ОтветыГос (1) / 26

№ 26. Дистанционные методы исследований в современной географии

Данные дистанционного зондирования

Материалы дистанционного зондирования получают в резуль­тате неконтактной съемки с летательных воздушных и космичес­ких аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Не­которые виды дистанционного зондирования схематически изоб­ражены на рис. 10.1. Получаемые документы очень разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам. Все зависит от вида и высоты съемки, применяемой аппаратуры, а также от природных особенностей местности, ат­мосферных условий и т.п.

Главные качества дистанционных изображений, особенно по­лезные для составления карт, — это их высокая детальность, од­новременный охват обширных пространств, возможность получе­ния повторных снимков и изучения труднодоступных территорий. Благодаря этому данные дистанционного зондирования нашли в

картографии разнообразное применение: их используют для составления и оперативного обновления топографических и тема­тических карт, картографирования малоизученных и труднодос­тупных районов (например, высокогорий). Наконец, аэро- и кос­мические снимки служат источниками для создания общегеогра­фических и тематических фотокарт (см. разд. 11.5).

Съемки ведут в видимой, ближней инфракрасной, тепловой инфракрасной, радиоволновой и ультрафиолетовой зонах спектра. При этом снимки могут быть черно-белыми зональными и пан­хроматическими, цветными, цветными спектрозональными и даже — для лучшей различимости некоторых объектов — ложно-цветными, т.е. выполненными в условных цветах. Следует отметить особые достоинства съемки в радиодиапазоне. Радиоволны, почти не поглощаясь, свободно проходят через облачность и туман. Ноч­ная темнота тоже не помеха для съемки, она ведется при любой погоде и в любое время суток.

Фотографические снимки — это результат покадровой регист­рации собственного или отраженного излучения земных объектов на светочувствительную пленку. Аэрофотоснимки получают с са­молетов, вертолетов, воздушных шаров, космические снимки —-со спутников и космических кораблей, подводные — с подводных судов и барокамер, опускающихся на глубину, а наземные — с по­мощью фототеодолитов.

Кроме одиночных плановых снимков в качестве источников используют стереопары, монтажи, фотосхемы и фотопланы, па­норамные снимки и фотопанорамы, фронтальные (вертикальные) фотоснимки и др.

В отличие от фотографических, телевизионные снимки и теле­панорамы получают путем регистрации изображения на светочув­ствительных экранах передающих телевизионных камер (видико-нов). Съемка с борта самолета или со спутника захватывает до­вольно большую полосу местности — шириной от 1 до 2 тыс. км в зависимости от высоты полета и технических характеристик съе­мочной системы. Высокоорбитальные спутники позволяют полу­чать изображение всей планеты в целом и в режиме реального времени передавать его на наземные пункты приема дистанцион­ной информации. Поэтому телевизионная съемка удобна для опе­ративного картографирования и слежения (мониторинга) за зем­ными объектами и процессами. Однако по своему разрешению и величине геометрических искажений телевизионные изображения уступают фотоснимкам.

Телевизионные снимки бывают узко- и широкополосными, они охватывают разные зоны спектра, могут иметь разную развертку и т.п. Особый вид источников — фототелевизионные снимки, в которых детальность фотографий сочетается с оперативностью пе­редачи изображений по телевизионным каналам.

Наиболее широко в картографировании используют сканерные снимки, полосы, «сцены», получаемые путем поэлементной и по­строчной регистрации излучения объектов земной поверхности. Само слово «сканирование» означает управляемое перемещение луча или пучка (светового, лазерного и др.) с целью последова­тельного обзора (осмотра) какого-либо участка.

В ходе съемки с самолета или спутника сканирующее устрой­ство (качающееся зеркало или призма) последовательно, полоса за полосой, просматривает местность поперек направления дви­жения носителя. Отраженный сигнал поступает на точечный фотоприемник, и в результате получаются снимки с полосчатой или строчной структурой, причем строки состоят из небольших эле­ментов — пикселов. Каждый из них отражает суммарную усред­ненную яркость небольшого участка местности, так что детали внутри пиксела неразличимы. Пиксел — это элементарная ячейка сканерного изображения.

При полете съемка ведется постоянно, и поэтому сканирова­ние охватывает широкую непрерывную полосу (или ленту) мест­ности. Отдельные участки полосы называют сценами. В целом ска­нерные изображения уступают по качеству кадровым фотографи­ческим снимкам, однако оперативное получение изображений в цифровой форме имеет громадное преимущество перед другими видами съемки.

Существует ряд модификаций сканерной съемки, дающих изоб­ражения с иными геометрическими и радиометрическими свойствами. Так, сканирующие устройства с линейками полупроводниковых приемников обеспечивают съемку сразу целой строки, причем она получается в проекции, близкой к центральной, что существенно уменьшает геометрические искажения. На этом принципе основана съемка с помощью многоэлементных линейных и матричных при­емников излучения (приборов с зарядовой связью — ПЗС). Они дают возможность получать по каналам радиосвязи снимки очень высоко­го разрешения на местности — до нескольких метров.

Для картографирования обширных территорий используют монтажи сканерных снимков и даже особые сканерные «фотопор­треты», которые передают облик крупных участков планеты, ма­териков и стран так, как они видны из космоса.

Радиолокационные снимки получают со спутников и самолетов, а гидролокационные снимки — при подводной съемке дна озер, морей и океанов. Бортовые радиолокаторы бокового обзора, установлен­ные на аэро-, космических и подводных носителях, ведут съемку по правому и левому бортам перпендикулярно к направлению дви­жения носителя.

Благодаря боковому обзору на снимках прекрасно проявляется рельеф местности, отчетливо читаются детали его расчленения, характер шероховатости. При съемке океанов хорошо видно вол­нение водной поверхности. Радиолокация позволила впервые под­робно картографировать рельеф далеких планет.

Среди новых видов локационных изображений отметим сним­ки, получаемые в ультрафиолетовом и видимом диапазонах с по-мощью лазерных локаторов — лидаров. Непрерывное техническое совершенствование сканерных и локационных систем, множествен­ность съемочных диапазонов, возможности их широкого комби­нирования — все это создает поистине неисчерпаемое разнообра­зие источников для тематического картографирования.

Особое значение для картографирования имеет многозональ­ная съемка. Суть ее в том, что одна и та же территория (или аква­тория) одновременно фотографируется или сканируется в несколь­ких сравнительно узких зонах спектра. Комбинируя зональные сним­ки, можно получать так называемые синтезированные изображения, на которых наилучшим образом проявлены те или иные объекты. Например, подбирая разные сочетания, можно добиться наилуч­шего изображения водных объектов, геологических отложений определенного минералогического состава, разных пород леса, сельскохозяйственных угодий под теми или иными культурами и т.п. Поэтому материалы многозональной съемки — ценнейший источ­ник, в особенности для составления тематических карт.

Дистанционные методы - методы изучения Земли и других космических тел с воздушных или космических летательных аппаратов. В состав дистанционных методов входят аэросъемка, космическая съемка, дешифрование снимков, а также визуальные наблюдения: осмотр территории наблюдателем с борта летательного аппарата.

Аэросъемка - съемка земной поверхности с летательных аппаратов с использованием съемочных систем (приемников информации), работающих в различных участках спектра электромагнитных волн. Различают: -фотографическую аэросъемку (аэрофотосъемку); - телевизионную аэросъемку; - тепловую аэросъемку; - радиолокационную аэросъемку; и - многозональную аэросъемку.

Получаемые в результате аэроснимки (аэрофотоснимки) могут быть: - плановыми, если ось снимающего аппарата располагалась отвесно; или - перспективными, если ось снимающего аппарата располагалась наклонно.

В зависимости от высоты съемки и применяемой аппаратуры снимки имеют разные масштаб, подробность и обзорность.

Дешифрование снимков - исследование аэро- и космических снимков, определение объектов, которые на них изображены, установление между ними взаимосвязей. Дешифрование снимков - важнейший дистанционный метод изучения Земли.

Начало формы

Космическая съемка - фотографическая, телевизионная и т.п. съемка Земли, небесных тел и космических явлений аппаратурой, находящейся за пределами атмосферы Земли (на искусственных спутниках Земли, космических кораблях и т.п.) и дающей изображения в различных областях электромагнитного спектра.

Получаемые в результате космической съемки космические снимки отличаются от аэроснимков гораздо большей обзорностью, огромным охватом территории: на снимке среднего масштаба 3-4 тыс.кв.км, на снимке мелкого масштаба - десятки тысяч кв.км. Средний масштаб космических снимков Земли 1:1000000, 1:10000000.

В зависимости от положения оси снимающего аппарата различают плановую и перспективную космические съемки.

Для наблюдения Земли из космоса используют дистанционные методы: исследователь имеет возможность на расстоянии получать информацию об изучаемом объекте.

Дистанционные методы, как правило, являются косвенными, т.е. с их помощью измеряют не интересующие нас параметры объектов, а некоторые связанные с ними величины. Например, нам необходимо оценить состояние сельскохозяйственных посевов. Но аппаратура спутника регистрирует лишь интенсивность светового потока от этих объектов в нескольких участках оптического диапазона. Чтобы "расшифровать" такие данные, требуются предварительные исследования, включающие в себя различные эксперименты по изучению состояния растений контактными методами; по изучению отражательной способности листьев в различных участках спектра и при различном взаимном расположении источника света (Солнца), листьев и измерительного прибора. Далее необходимо определить, как выглядят те же объекты с самолета, и лишь после этого судить о состоянии посевов по спутниковым данным.

Дистанционные методы делят на активные и пассивные. При использовании активных методов спутник посылает на Землю сигнал собственного источника энергии (лазера, радиолокационного передатчика), регистрирует его отражение. Радиолокация позволяет "видеть" Землю сквозь облака. Чаще используются пассивные методы, когда регистрируется отраженная поверхностью энергия Солнца либо тепловое излучение Земли. Главными достоинствами космических средств, при использовании их для изучения природных ресурсов и контроля окружающей среды являются: оперативность, быстрота получения информации, возможно доставки её потребителю непосредственно в ходе приёма с КА, разнообразие форм наглядность результатов, экономичность.

Таблица №1 Диапазоны волн электромагнитных излучений.

Видимый и ближний инфракрасный диапазон	0,375 – 2,5 мкм
Промежуточный инфракрасный диапазон	3 – 6 мкм
Тепловой инфракрасный диапазон	8 – 13 мкм
Сверхвысокочастотный диапазон	0,5 – 4 см
Радиодиапазон

Методы изучения Земли из космоса не случайно относят к высоким технологиям. Это связано не только с использованием ракетной техники, сложных оптико-электронных приборов, компьютеров, но и с новым подходом к получению интерпретации результатов измерений. И хотя трудоемкие подспутниковые исследования проводятся на небольшой площади, они дают возможность обобщать данные на огромные пространства и даже на весь земной шар. Широта охвата является характерной чертой спутниковых методов исследования Земли. К тому же эти методы, как правило, позволяют получать результат за сравнительно короткий интервал времени.Конец формы

Начало формы

Фотографическую съемку поверхности Земли с высот более 150 - 200 км принято называть космической. Отличительной чертой КС является высокая степень обзорности, охват одним снимком больших площадей поверхности. В зависимости от типа применяемой аппаратуры и фотопленок, фотографирование может производиться во всем видимом диапазоне электромагнитного спектра, в отдельных его зонах, а также в ближнем ИК (инфракрасном) диапазоне.

Масштабы съемки зависят от двух важнейших параметров: высоты съемки и фокусного расстояния объектива. Космические фотоаппараты в зависимости от наклона оптической оси позволяют получать плановые и перспективные снимки земной поверхности. В настоящее время для съемок из космоса наиболее часто используются многоспектральные оптико-механические системы - сканеры, установленные на ИСЗ различного, назначения. При помощи сканеров формируются изображения, состоящие из множества отдельных, последовательно получаемых элементов. Термин "сканирование" обозначает развертку изображения при помощи сканирующего элемента (качающегося или вращающегося зеркала), поэлементно просматривающего местность поперек движения носителя и посылающего лучистый поток в объектив и далее на точечный датчик, преобразующий световой сигнал в электрический. Этот электрический сигнал поступает на приемные станции по каналам связи. Изображение местности получают непрерывно на ленте, составленной из полос - сканов, сложенных отдельными элементами - пикселями. Сканерные изображения можно получить во всех спектральных диапазонах, но особенно эффективным является видимый и ИК-диапазоны.

Радиолокационная (РЛ) или радарная съемка - важнейший вид дистанционных исследований. Используется в условиях, когда непосредственное наблюдение поверхности планет затруднено различными природными условиями: плотной облачностью, туманом и т. п. Она может проводиться в темное время суток, поскольку является активной. Для радарной съемки обычно используются радиолокаторы бокового обзора (ЛБО), установленные на самолетах и ИСЗ.

С помощью ЛБО радиолокационная съемка осуществляется в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Сущность съемки заключается в посылке радиосигнала, отражающегося по нормали от изучаемого объекта и фиксируемого на приемнике, установленном на борту носителя. Радиосигнал вырабатывается специальным генератором. Время возвращения его в приемник зависит от расстояния до изучаемого объекта. Этот принцип работы радиолокатора, фиксирующего различное время прохождения зондирующего импульса до объекта и обратно, используется для получения РЛ-снимков. Изображение формируется бегущим по строке световым пятном. Чем дальше объект, тем больше времени надо на прохождение отражаемого сигнала до его фиксации электронно-лучевой трубкой, совмещенной со специальной кинокамерой.

Инфракрасная (ИК), или тепловая, съемка основана на выявлении тепловых аномалий путем фиксации теплового излучения объектов Земли, обусловленного эндогенным теплом или солнечным излучением. 0на. широко применяется в геологии. Температурные неоднородности поверхности Земли возникают в результате неодинакового нагрева различных ее участков.

Спектрометрическая (СМ) съемка проводится с целью измерения отражательной способности горных пород. Знание значений коэффициента спектральной яркости горных пород расширяет возможности реологического дешифрирования, придает ему большую достоверность. Горные породы имеют различную отражательную способность, поэтому отличаются величиной коэффициента спектральной яркости.

Лидарная съемка является активной и основана на непрерывном получении отклика от отражающей поверхности, подсвечиваемой лазерным монохроматическим излучением с фиксированной длиной волны. Частота излучателя настраивается на резонансные частоты поглощения сканируемого компонента (например, приповерхностного метана), так что в случае его заметных концентраций соотношение откликов в точках концентрирования и в вне их будут резко повышенными. Фактически - лидарная спектрометрия это геохимическая съемка приповерхностных слоев атмосферы, ориентированная на обнаружение микроэлементов или их соединений, концентрирующихся над современно активными геоэкологическими объектами.