Дистанционное зондирование.

Место цифровых и аналоговых методов обработки изображений местности. Аналоговые и цифровые методы обработки изображения местности не тождественны. Они не могут быть заменены один другим. Аналоговые методы используют на качественном уровне анализа, когда требуется делать оценку съемочным материалам при решении той или иной задачи. С их помощью формируется общее представление о природе выбранного региона, его геолого-геоморфологической структуре. Получают сведения о степени переработки человеком естественного ландшафта, о размещении населенных пунктов, характере дорожной сети, расположении лесов, озер, болот и других объектов относительно поставленной задаче. Выявляются ясно выраженные объекты, требующие изучения Методы цифровых преобразований формируются на основе общего ознакомления со съемочным материалом. Они используются для получения спектрально-яркостных характеристик земной поверхности в количественном выражении, для статистического анализа, частотных преобразований, алгебраического сложения и вычитания спектрально-яркостных параметров изображений географических и геологических объектов, установления корреляционных связей между этими параметрами и др. Но бывают задачи, когда требуется использовать и аналоговые и цифровые методы совместно. К ним относятся те, которые необходимо решать в диалоговом режиме «человек–машина» или интерактивно: при построении природопользовательских карт, поисках объектов по известным индикационным признакам и т.д.

Дистанционные методы полевых и камеральных исследований включают аэро-фотокосмическую регистрацию разнообразной информации о земной поверхности, ландшафтной и литосферной оболочках Земли. Дистанционные материалы получают в результате дистанционного зондирования. Дистанционное зондирование – это способ регистрации информации об объекте исследования по данным измерений или образных сведений, сделанных на расстоянии в сотни, тысячи и более метров от него. Дистанционная информация включает в основном данные измерения электромагнитной энергии, излучаемой исследуемым объектом в виде космических лучей, гамма-лучей, рентгеновского излучения, ультрафиолетовых, видимых, инфракрасных лучей, радиолокационных диапазонов радиоволн. Под оптической частью спектра, в которой производятся почти все дистанционные измерения и наблюдения, подразумевают оптические длины волн, подразделяющиеся на нижеследующие зоны спектра: 0,1–0,4мкм – ультрафиолетовая, 0,4–0,7мкм – видимая, 0,7–1,1 – ближняя инфракрасная, 1,1–3,0мкм – средняя инфракрасная, 3,0 – 7,0мкм – дальняя инфракрасная и > 10мкм – инфракрасная - тепловая. Диапазоны от 0,4 до 1,1мкм группируются в фотографическую часть спектра. Они то и образуют наши зрительные восприятия дистанционных аэрокосмических изображений местности. В каждой из зон диапазона спектра также формируются зрительные образы различных географических и геологических объектов. В зависимости от пространственного разрешения, обзорности и масштаба дистанционные материалы оптических диапазонов подразделяются на несколько организационных групп: глобальные, надрегиональные, региональные, локальные и детальные. Глобальные космические снимки охватывают целиком полушария Земли или значительные их части. Масштаб оригиналов таких снимков обычно бывает мельче 1:50000000, а нередко и 1:100000000(10⁷–10⁸). Разрешающая способность их измеряется многими километрами. Для проведения съемок такого масштаба необходимо удаление камеры, производящей съемку, от поверхности Земли на расстояние не менее нескольких тысяч километров, при съемке обычными объективами и телевизионной съемке. Многие высококачественные глобальные снимки Земли были получены при полетах автоматических станций и космических кораблей к Луне. В последние годы такие снимки регулярно получаются с метеорологических спутников. Глобальные космические снимки несут богатейшую и разноплановую информацию, которая в настоящее время шире всего используется в метеорологии, океанологии, при составлении разнообразных природно-тематических обзорных карт, в глобальной системе мониторинга природной среды Земли. Надрегиональные космические снимки с исходным масштабом 10⁶-10⁷ охватывают площадь в миллионы квадратных километров и имеют разрешающую способность, равную первым сотням метров. Они выполняются метеорологическими спутниками Земли в режиме телевизионного сканирования. Надрегиональные космические снимки используются при изучении быстротекущих атмосферных и биосферных процессов, глобальных изменений природной среды. Они также используются для изучения глобальных линеаментов, криптоморфных (скрытых) структур глубинного происхождения и связанных с ними рудоносных площадей: поясов, провинций, зон.Региональные космические снимки - самый распространенный вид дистанционной информации, используемой в широких целях, в том числе и для съемочной геологии, при установлении структурных позиций разнообразных литосферных образований. Исходный масштаб негативов таких снимков около 1:1000000 позволяет иметь разрешающую способность в десятки метров на местности. В этих масштабах в настоящее время получают большую часть космической видеоинформации. Локальные космические снимки с исходным масштабом 1:200000 позволяют получать стереомодели местности и могут использоваться в ГИС – технологиях с получением широкого спектра природопользовательских карт масштабов от 1:500000 до 1:25000. Детальные снимки получают с самолетных носителей в масштабах 1:100000 – 1:17000. Они используются при инженерном, эколого-социальном проектировании и землеустроительных работах с изготовлением карт и планов инженерного и землеустроительного содержания в масштабах от 1:10000 до 1:500, имея высочайший уровень разрешения на местности.

Началом эпохи дистанционных методов исследования поверхности Земли явились визуально- образные наблюдения, проведенные с борта воздушного шара братьев Монгольфье 4 июня 1783 года. Воздухоплавательные наблюдения длилась более 100 лет. Революционным открытием в дистанционных методах оказались аэросъемочные работы, впервые проведенные Г.Турнашоном (Ф.Нодар) по съемке Парижа с высоты 300м. С этого времени наступила эра аэросъемочных работ, которая продолжается вплоть до настоящего времени. Величайшим прорывом в дистанционных съемках является открытие У.Хоббсом в начале ХХ века явления линеаментов, как криптоморфных (скрытых) геоморфологических линейных структур, фиксирующих на поверхности глубинно-геологические неоднородности литосферы. С этих пор происходит накопления эмпирического материала об этих и других объектах на Земле.

Следующим важным этапом является открытие и применение в различных аспектах географии и геологии ландшафтно–индикационного метода исследований. Он заключается в нахождении аналогов различных фото- аномалий в ландшафтной среде, в отыскании и картировании их по выделенным признакам. Этот метод, разработанный представителем русской географической науки, широко вошел в практику землепользования, географо-экологических, природно-ресурсных и др. исследований и развивается, пройдя различные технологические этапы, до настоящего времени. Снимок на этом этапе исследований стал выступать как автономный документ регистрации разнообразной природной информации и как предмет лабораторной обработки и полевого специального изучения.

Следующим важнейшим этапом дистанционных исследований явилось внедрение во все сферы нашей жизни космической информации: визуальной, фотосъемочной, электронно-сканерной, радиолокационной, разнообразной геофизической и геохимической.

Современный этап – технологический, который включает различные аналоговые и цифровые методы регистрации, хранения, преобразования и практического использования данных дистанционных съемок с широким применений ГИС - технологий. Важнейшие сведения о современных наиболее часто используемых дистанционных материалах представлены в таблице, отображающей перечень характеристик пассивных систем космических съемок.(Рис.4.18.)

Снимок как инструмент первичной документации. Материалы большинства природно-ресурсных дистанционных съемок являются важнейшим фактическим документом, представляющим собой ситуационную ландшафтную основу, которая иллюстрирует интегральную характеристику широкого спектра свойств ландшафтной оболочки Земли и ее тектоносферы. Эти свойства кодируются текстурно-яркостными параметрами изображения местности. Расшифровка таких кодов – первейшая задача любого естествоиспытателя. В зависимости от содержания задачи используется разнообразные приемы расшифровки информации и сами съемочные параметры этой информации. Снимок местности обладает несколькими важнейшими свойствами, имитация которых невозможна ни какими иными способами или она мало продуктивна. Ими являются обзорность, реальность наблюдаемого и естественная способность к генерализации, в зависимости от разрешающей способности съемки. Именно эти свойства делают снимок предметом автономных камеральных (лабораторных) и полевых исследований. Он, таким образом, становится первичным документом регистрации объективно существующих фактов, таким же как полевой дневник, и карта фактического материала. На нем объективно самой природой через ландшафтные индикаторы кодируются свето-тоновой (цветной) гаммой все генеральные свойства ландшафтной и литосферной оболочек. Снимок становится универсальным документом для огромного спектра задач. Но, расшифровка должна быть не общей, а целевой для каждой решаемой задачи.

Все снимки различаются по информативности на две большие группы: создающие и не создающие стереоэффект. Первую группу относят к снимкам высокого пространственного разрешения на местности, вторую – к обзорным, с низкой разрешающей способностью, но с большей обзорностью. Материалы каждой из групп призваны решать свои задачи, для которых разработаны свои методики. Материалы съемок высокого разрешения применяются в практических целях природного, геоморфологического, геологического картирования, инженерных изысканий. При дешифрировании используются прямые или простые броские косвенные признаки, ассоциирующиеся с цветом выхода горных пород, разломами, контактными зонами, выходами грунтовых вод, складчатыми структурами, вулканическими аппаратами, свидетельствами землетрясений и другими природно-катастрофическими явлениями, нарушенностью ландшафта сельско-хозяйственными угодиями и следами техногенной деятельности человека. Материалы обзорных съемок используются для выделения более общих свойств ландшафта, рельефа или геологической структуры. Они предназначены для производства районирования территорий, отысканий значительных по размеру объектов ландшафтной оболочки или тектоносферы Земли и других планет, изучению внутренней структуры ландшафтных зон Земли, их взаимодействия и связи с азональными или трансзональными явлениями и процессами природной среды. Но между той и другой группами снимков имеются и общие свойства – это рисунок изображения интересующих объектов. Он формируется из аномальных фототонов, их штриховых портретов, вариастрат - ограничительных линий пластовых отдельностей, из трансзональных контрастных линий и полос, называемых линеаментами и линеаментными зонами разной геометрии: от прямых ориентированных - до чашуйчато-эшелонированных, круговых, эллипсоидальных и более сложных очертаний. Их геометрия является системообразующим каркасом для яркостных текстур изображения. Рисунок изображения формирует зрительные образы, а яркостные мозаики (текстуры)- их разнообразие. Эти свойства определяют два основных методических подхода при их анализе: распознавание структурных образов географической и геологической сред и индикация в узких диапазонах спектра конкретных природных объектов. Основу первого подхода составляют метод визуального дешифрирования, второго – цифровой. Сферы применения визуального и цифрового методов дешифрирования, хотя и пересекаются, тем не менее, имеют свои «экологические ниши», определяемые принципом целесообразности. Весь комплекс дешифровочных работ, не зависимо от масштаба и иных свойств дистанционной информации, включает 5 основных технологических звеньев: а) постановка геоморфологической землепользовательской, экологической, геологической и др. задач, намечаемых к решению с использованием материалов дистанционной съемки; б) выборка материалов тех или иных съемок и определение их оптимальных параметров для решения поставленной задачи (оптимизация съемочного процесса); в) районирование территории предполагаемых работ по физико-географическим и структурно-геологическим условиям, создание банка оптималино информативных для решения поставленной задачи (оптимизированных) съемочных материалов; г) процесс распознавания образов, выделение индивидуальных признаков, создание карт фактического материала по объектам, определяемым поставленной задачи и ландшафтным условиям их проявления; д) разработка или выборка методов интеграции первичных материалов дистанционной документации с материалами эмпирическими, статистическими, добытыми с помощью природно-контактных методов.

Спектральный анализ изображения. Цель спектрального анализа изображения заключается в распознавании образов, по информации спектральных каналов изображения. Анализ начинается с простых образов, которые легко распознаются в каждом спектральном диапазоне. Затем эти образы изучаются в разных зонах спектра и определяется оптимальная информативность в каждой из зон. На синтезированном черно-белом снимке, к примеру, отчетливо видна пашня, разделенная на фрагменты дорогами и меженными канавами. На цветном - вся гамма черно–белых тонов выделяется в виде цветных тонов. Затем общее всем понятное изображение представляют в отдельных диапазонах спектра. На снимках каждого диапазона выделяются объекты целого, которые оптимально отображены на снимках каждого диапазона. На основе сопоставлений их между собой формируется тестовая матрица оптимальной информативности в каждой из спектральных зон и на синтезированном изображении в целом по каждому из классификационных типов простейших природных объектов. Затем задача усложняется. На снимках распознаются образы, которые слагаются из мозаик простых объектов. Такой процесс называется генерализацией признаков, которыми характеризуются объекты более общего организационного уровня. Последующее обобщение дешифровочных признаков позволяет уже распознавать все более крупные природные объекты. Для облегчения задачи используются снимки разных масштабов съемки или проводится частотный анализ снимков высокой пространственной организации.

Приведу два простых примера, иллюстрирующих процесс распознавания образов от элементарного к синтезированному. Рассмотрим первый пример: снимок пахотных угодий. На нем легко можно распознать три – четыре простых образа: пятнистый контур пахоты, ограничительные линии в виде меженных канав или полевых дорог. Пятнистый рисунок поля в синтезированном черно–белом изображении будет иметь пятнистую светло–черную текстуру изображения. Ограничительные линии канав и дорог будут определять его геометрию как в черно-белом, так и в цветном изображении. В красной зоне спектра видимого диапазона мы увидим, что пятна на контуре пашни будут связаны со структурой растительного покрова: полегшие и прямостоящие злаки дадут различную отражательную способность и как следствие - разный тон или разный цвет. Если на этом поле мы увидим разноцветную мозаику правильных геометрических фигур, то, по-видимому, это связано с разными культурами растений. Неровный, размазанный тон одного цвета может дать влажную и сухую почву. Общий рисунок пахотных земель образует текстуру изображения. Резкие смены тонов или цветов ограничиваются линиями, образуя контур. Контур имеет геометрию. Геометрическая форма контура может быть связана с определенной формой рельефа. В частности, контур пахотных полей в горно-котловинном рельефе отчетливо дешифрирует террасы рек, педименты, которые ограничивают в свою очередь эрозионные склоны возвышенностей. Формы контуров граней склонов возвышенностей также образуют простые текстуры. Если текстура изображения возвышенности имеет округлые контуры в плане, то мы имеем дело с интрузивным геологическим телом. Все вместе контуры разнообразных текстур (пахотных угодий, эрозионных склонов и т.п.), локализующиеся вокруг некого геометрического центра, могут образовать на снимке более сложные кольцевые структуры, также связанные с интрузивными геологическими телами. Второй пример. На снимке наблюдается полосовидное зображение двух контрастных тонов. Индикационный анализ показывает, что общий контур определяет речную долину с дугообразной структурой, темный тон (текстура) – увлажненную пойму с речными излучинами и меандрами, светлый – луга на более сухих террасированных участках долины. Обобщение контуров текстур при генерализации дают структуру центрального типа тектонического генезиса (интрузивный вулкано-плутонический комплекс). Таким образом, от диничного контура простого географического объекта на снимке с помощью процедуры генерализации выстраивается система мозаичного преобразования от простого частного к сложному и обобщенному образу. Электронно-вычислительная техника в этой процедуре может оказать неоценимую услугу.

Виды орбитальной информации, технические условия съемок и спектр задач, решаемых с их помощью. Орбитальная информация включает все виды съемочных работ, произведенных с дистанционных носителей. Система дистанционной регистрации состояния ландшафтной оболочки Земли подразделяется на несколько типов, различающихся способом получения информации: пассивные и активные. Пассивные включают: фотографические, телеметрические, магнитометрические и лазерные сканирования земных фигур. Активные включают радиолокационную аэросъемку бокового обзора и плановую космическую (наземную, подводную, подледную). Материалы дистанционных съемок в оптическом диапазоне обеспечивают получение нижеследующих материалов: а) крупномасштабных многозональных снимков для изготовления природно-ресурсных документов в единой информационной системе с традиционными данными; б) многозональных снимков в наиболее информативных зонах оптической области спектра для визуализации в статических и статистических их параметрах в конкретных задачах диагностики природных объектов; в) разновременных снимков, полученных в определенные сезоны при различных условиях освещенности и разной степени увлажненности, используемые в каждом конкретном случае для широкого спектра конкретных природно-ресурсных задач; г) оперативных данных быстротекущих природных и урбанистских процессов, используемых при экологическом мониторинге; г) снимки, обеспечивающие регистрацию процессов динамики рельефа и современных геодинамических явлений, путем стереоизмерений. Таким образом, из вышеизложенного следует, что контроль за динамикой географической и геологической среды требует пространственного спектрального и временного разрешения. При этом необходимы частые повторные съемки, отслеживающие изменения ситуационных обстановок. Необходимо, в этом случае, задействовать съемочные системы высокого пространственного разрешения, параметры которых приведены в таблице №1 (Рис.4.18.).

Стереосъемка. Для стереоизмерений предназначены системы «STEREOSAT» и «MAРSAT». Для регистрации экваториального пояса Земли с частотой каждые 2 часа предназначена система «LERSAT». Оперативные космические спутниковые системы высокого пространственного разрешения представляются основным звеном мониторинга. Они предназначены для регистрации современных геодинамических процессов: землетрясений, вулканических извержений; экзодинамических процессов: крупных оползней, катастрофических паводков, последствий цунами, переработки береговых линий; наблюдений за крупными горно-техническими и горно-рудными районами, за аварийным загрязнением окружающей среды; для производства карт проходимости во время военных действий; для отслеживания баз террористов, путей передвижения войск, следования кораблей и т.д. Они так же предназначены для регистрации статических геологических дислокаций, изучения морфоструктур, для диагностики криптоморфных и мерцающих структур (проявляющихся в отдельные фазы развития растительных индикаторов).

Радиолокационная съемка (РЛС). При РЛС используется искусственный излучатель. Приему подлежит отраженное излучение, создаваемое электромагнитным полем сантиметрового, дециметрового и метрового диапазонов. По этой причине РЛС выделяется в группу активных съемок. В качестве самолетного варианта съемки используются локаторы бокового и вертикального обзора. При спутниковом зондировании используются локаторы только вертикальной регистрации сигналов. Свойства РЛС – материалов, таких как всепогодность, возможность ночного видения земной поверхности, съемка сквозь плотный облачный покров, снег, материковый лед и т.п. позволяют широко использовать материалы этой видеосъемки в общенаучных, военно-разведывательных и народно-хозяйственных целях. С помощью РЛС была получена картина строения рельефа поверхности Венеры, скрытой плотным облачным покровом, подледного рельефа Антарктиды. Механизм регистрации следующий. Отраженные от местности сигналы записываются на электронно-лучевой трубке в виде узкой линии, расположение объектов на которой определяется их наклонной дальностью или расстоянием от носителя до точки отражения импульсов. Яркость светового пятна на строке пропорциональна интенсивности светового сигнала. Благодаря поступательному движению источника электромагнитного излучения получается непрерывное изображение местности на маршруте. С электронно-лучевой трубки изображение фотографируется на пленку, скорость движения которой пропорциональна путевой скорости носителя. РЛС обуславливает проекции изображения. В самолетном варианте используются съемки бокового обзора. На выходе получается пара снимков, разделенная «мертвой зоной», перекрываемой с других маршрутов. РЛС отличается рельефностью изображения, что несомненно помогает восприятию поверхности Земли через ее малые и средние формы рельефа. По разрешающей способности РЛС сопоставима со съемками средней и высокой разрешающей способностью (10-40м). Разработаны приемы трансформации РЛС с переменным масштабом в изображение, приближенном к ортогональной проекции. Во всех программных пакетах, предусматривающих работу с изображением, есть модули, производящие эти операции и способные приводить к совместимому виду в объемных координатах с любой другой съемочной, картографической и статистической информацией. Более подробно об РЛС можно прочесть в работах, приведенных в списке литературы. Космическая РЛС осуществляется только с помощью радаров с синтезированной аппаратурой (РСА). Наиболее распространенной системой является «SEASAT-A», функционирующая в США. Его разрешающая способность 25м на местности обеспечивается с орбиты на высоте 800км при ширине захвата в 100км. В ФРГ, Англии, Канаде, Японии и России функционирует самолетный его вариант. Эксперты считают, что космический вариант РЛС более экономичен, а для геологических задач наиболее продуктивен. РСА позволило США значительно продвинуться в области нефтеразведки и поисков подчехольных структур на севере Африки. Сухой и теплый песок Сахары оказался «прозрачен» для РСА. Съемка РСА «SEASAT-A» дает информацию о микрорельефе, которую не удается получить даже по топографическим картам масштаба 1:10000. По имеющимся данным космическая съемка РСА при том же разрешении экономичней самолетной в 50 раз. Таким образом. РСА-съемка наиболее технологична, адаптирована с иными системами съемки, является наиболее высоко рентабельной и эффективной для решения самых сложных и разнообразных задач.

Точные геодезические съемки. Часть космических радиолокационных станций типа «Landsat», предназначена и для определения высоты полета аппарата с точностью до 0,1м, что позволяет измерять фигуру Земли и получать данные о ее гравитационном поле. Фотокарты, составленные по снимкам РСА в масштабе 1:25000, имеют геометрическую точность контуров около 0.5-1.0мм и успешно используются для тематического картографирования. Космическая РЛС является единственным всепогодным круглосуточным методом контроля за динамикой и состояния поверхности Земли. Она способна производить съемку выборочных участков с частотой один раз в 10-12 суток.

Дистанционная тепловая съемка фиксирует тепловое излучение поверхности Земли, которое определяется ее температурой, излучающими свойствами и условиями теплообмена на поверхности, распределением теплофизических свойств горных пород и почвенно-растительного покрова. С помощью дистанционной теплосъемки можно решать следующие природноресурсные задачи: а) вести поиск таких полезных ископаемых, которые над местом своего залегания нарушают естественное геотермическое поле, вследствие протекающих в них экзогенных процессов (нефть, сульфидные руды, очаги выброса СО₂, дымовые загрязнения атмосферы и др.), способствующих окислению материнских пород; б) поиск обводненных участков, определение путей питания и зон перетоков подземных вод; в) поиск активных разломов и зон повышенной проницаемости земной коры. которые характеризуются наличием тел и сред с различными геофизическими свойствами; г) литолого-фациальное и ландшафтно-географическое картирование различных изменений на земной поверхности посредством изучения тепловой информации. Тепловая съемка широко известна и не раз производилась с самолетов и космических аппаратов в так называемых спектральных окнах пропускания атмосферы в ИК-диапазоне (3,5 – 14мкм) и радиотепловую съемку в СВЧ-диапазоне (0,3-10см) для решения прогнозно-поисковых и разведочных задач. В США и других экономически развитых странах подобные работы предусмотрены программами ERSP, ERAP, ERTS, Scylab, Landsat, Spot, Jers и др. В зависимости от технического совершенства систем и удаленности наблюдаемого объекта от приемника, разрешающая способность ИК или СВЧ-материалов колеблется в широких диапазонах от нескольких до 80-100м. Материалы представляются как в виде цифровых файлов приращения тепловых характеристик к среднему, так и в виде карт аномальных приращений. В большинстве солидных программных пакетов предусмотрен модуль обработки ИК и СВЧ-данных для различных ресурсных и специальных задач.

Геомагнитная съемка выполняется с 1964 года, сначала с отечественных спутников Земли «Космос-49» и «Космос-321», а с 1965 по 1971г - с американских «Роgo-1» и «Роgo-2». Все эти спутники измеряли только модуль вектора напряженности геомагнитного поля IТI. В 1979 году в США были запущен специализированный космический аппарат «MAGSAT», фиксировавший также и компоненты вектора ITI. Обработка и интерпретация данных свидетельствуют о высокой геологической информативности космических геомагнитных измерений. Специальные исследования, проводившиеся в Институте Арктики и Антарктики, Институте Земного магнетизма ионосферы и распространения радиоволн, а также исследования В.Н.Луговенко, В.П.Пронина и Д.В.Лопатина (ИЗМИРАН, ВСЕГЕИ) показали, что наиболее целесообразно ее использовать при обзорных исследованиях тектоносферы Земли. Данная информация в виде цифровых файлов статистических параметров аномальных геофизических полей хорошо сопоставима с яркостными текстурами космических изображений земной поверхности и незаменима при объемном моделировании тектоносферы и многомерном геологическом анализе глубинного геологического строения. Коротко ее основные параметры можно сформулировать следующим образом: а) поле ITI, приведенное к единой высоте 400-500км, характеризуется длинноволновыми аномалиями с поперечником 1000 км и интенсивностью 10-90 нТл; б) реальность этих аномалий доказывается сопоставлением их с результатами пересчета магнитного поля. В поле IТI не обнаруживается отличий между свойствами литосферы континентов и океанов; в) положительные (в северном полушарии) поля IТI соответствуют докембрийским щитам и плитам, отрицательные или близкие к нормальному значению - наблюдаются над молодыми плитами, складчатыми областями и крупными гранитоидными массивами; г) градиентные зоны приурочены к областям деструкции коры и областям разуплотнения литосферы. Особенности поля IТI над континентами и океанами коррелирует (в области отрицательных значениях) с закономерностями распределения аномального теплового поля, глубиной изотермической поверхности Кюри, с зонами сейсмической активности и глубиной зон пониженных скоростей сейсмических волн и поверхности «Мохо» или глубиной поверхности астеносферы. По закономерностям распределения длинноволновых аномалий (Т) над океанами возможно районирование основания дна океанов - выделение в его пределах крупных разновозрастных геологических блоков. На фоне остаточных магнитных полей выделяются уникальные, относительно локальные, особо интенсивные аномалии: КМА (в России), Банги (в Африке) и др. Таким образом, спутниковые магнитные аномалии дают возможность изучения главных особенностей строения и осредненного вещественного состава крупных геоблоков тектоносферы Земли.

Методы полевых и камкральных исследований с использованием снимков высокого пространственного разрешения. Дистанционные методы, как правило, используются в камеральных условиях на определенной стадии предполевых природопользовательских и геолого-съемочных работ. С помощью снимков ведутся следующие работы: а) производится рекогносцировка местности, выявляются возможные пути передвижения: дороги, тропы, просеки и т.п., выяснятся состояние гидросети, наличие населенных пунктов, источников водоснабжения, характер растительного покрова и др, уделяется внимание при проведении полевых исследований; б) фиксируются все аномальные тоновые объекты и строится предварительная карта фактического материала. Ими могут быть долины рек, конусы выноса, селевые отложения, разные типы морен, ледники, карры, карстовые воронки и полья разноуровенные поверхности выравнивания, различные тектонические нарушения (разломы, сдвиги, взбросы, сейсмодисслокации и др.), а также объекты техногенной деятельности человека (карьеры, шахты, канавы, пашни, дамбы, плотины и т.п.); в) производится предварительная структурно-геоморфологическая съемка топографических полигонов на месте планируемых детальных геолого-геофизичесих работ с целью обнаружения криптоморфных (трудно диагностируемых) отдельных структурных форм и их ансамблей. Для этого используют тонометрический анализ изображения и отмечаются фотоаномалии, ландшафтные или геоморфологические аналоги (индикаторы) которых не изучены. В поле проводится их идентификация, уточнение камеральной модели карты; г) проводится изучение изображений с целью экологической экспертизы окружающей среды.

Стереоскопические наблюдения и построение модели местности.. Стереоскопическое зрение и наблюдение заключается в том, что на площади перекрытия двух смежных стереопар необходимо одновременно левым глазом рассматривать только перекрывающую часть левого снимка, а правым глазом ту же площадь на правом снимке. Получение стереоскопического изображения при рассмотрении таким образом пары снимков невооруженным глазом требует большой тренировки. Эта процедура совершенно необходима в полевых условиях. Оптический способ получения стереомодели местности основан на разделении лучей зрения левого и правого глаза, направленных на соответственные снимки стереопар с помощью специальных оптических приборов. Стереоскопическое зрение формируется за счет свойств бинокулярного зрения, то есть зрения одновременно двумя глазами. При этом предмет в разных своих частях засекается зрительными лучами правого и левого глаза под разными углами зрения и на разном от глаза расстоянии (Рис.4.9.). Углы пересечения этих лучей называются углами конвергенции или параллактическими углами  и  ’. Разность параллактических углов и создает эффект стереоскопического зрения, ac – a’c’=b – физический параллакс ощущаемый как смещение по глубине А по отношению к С. Именно этот эффект создает стереоскоп при рассмотрении стереопар и построении модели ельефа.

Общие подходы к дешифрированию природных объектов на снимках высокого пространственного разрешения (СВПР). Наиболее общие подходы к дешифрированию природных объектов базируются на тесных связях между различными явлениями и процессами в природе, проявлении их в рельефе земной поверхности и их объективном отображении на СВПР. Установление и анализ этих взаимосвязей, происходит в следующем порядке. Основные признаки дешифрирования бывают прямые и косвенные. К прямым относятся геометрические и фотограмметрические. К косвенным - геоморфологические, где формы рельефа и строение гидросети обусловлены: а) вещественным составом и физико-геологическими свойствами горных пород, б) условиями залегания и другими тектоническими особенностями территории, в) ее физико-географической обстановкой. К этой же категории относятся геоботанические признаки, основанные на взаимосвязи между растительностью, рельефом и гидрологическим строением. При этом наблюдается приуроченность растительности к а) вещественному составу горных пород, б) к гидрогеологическим и мерзлотным условиям, в) к определенным геохимическим реалам минеральных ассоциаций полезных ископаемых. Прямые геометрические признаки включают площадные конфигурации, линейные размеры и объемные формы дешифрируемых объектов, обусловленных наличием искажений их наклона, освещенностью и за рельеф местности, а также изменением объемных форм за счет преувеличения вертикального масштаба над горизонтальным и стереомодели, изучаемой под стереоскопом. Прямые фотограмметрические признаки – это прежде всего фототон объектов на черно-белых материалах и окраска на цветных изображениях. Интенсивность фототона при этом может изменяться в зависимости от следующих причин: а) цвета поверхности или спектральной отражательной её способности, б) строения и состава фотографируемой поверхности, в) степени освещённости поверхности солнечными лучами в момент съёмки, г) типа плёнки, светофильтров, бумаги и условий проведения фотолабораторных работ. Косвенные геоморфологические признаки фиксируют тесные природные связи между геологическим строением территории и её формами рельефа, связь форм рельефа с физическими свойствами горных пород: их прочностью, водопроницаемостью, слоистостью, сланцеватостью, трещиноватостью и т.д. Они могут отображать морфоструктурный и криптоморфные ряды индикационных связей. Морфоструктурный представлен набором форм, отображающих геологические структуры в виде объемных или трехмерных тел. Криптоморфный ряд - квази-двумерными образами, пространственное объединение которых обязяно генерализации малых форм рельефа, размерность которых на 3-4 порядка меньше наблюдаемых аномалий изображения. Морфоструктуры и криптоморфные образования могут иметь несогласные взаимоотношения, так как отображают напряжения разных горизонтов расслоенной литосферы (по А.В.Пейве). Косвенные геоботанические признаки основываются на природных связях между материнскими горными породообразующими породами, почвенным покровом и растительностью. На основании этих взаимосвязей устанавливается приуроченность отдельных растений или их сообществ к определенным горным породам, зонам обводнения или аномальной сухости, определенному их литологическому составу, гидрогеологическому или мерзлотному режиму и минеральным концентрациям полезных ископаемых.

При использовании геоботанических признаков дешифрирования необходимо помнить, что их подчиненность климатической зональности и вертикальной поясности в горах способствует тому, что одна и та же геологическая структура может иметь разный набор диагностических геоботанических признаков в разных ее частях. Конечно, это в основном относится к крупным региональным и межрегиональным образованиям.

В ряде случаев в качестве косвенных признаков природного районирования могут быть использованы признаки, связанные с деятельностью человека, животных или даже насекомых. Так, при дешифрировании любых снимков всегда следует обращать внимание на расположение дорог, населенных пунктов, различных сооружений и сельскохозяйственных угодий. Их особенности размещения тесно связаны с физико-географическими или геологическими особенностями изучаемой территории. В Забайкалье или Казахстане, к примеру, пахотные угодья обычно располагаются по периметру основания слабоконтрастных возвышенностей, представляющих собой гранитоидные интрузии позднепалеозойского времени, которые были вначале отчетливо выражены в рельефе в виде локальных поднятий и затем практически полностью уничтожены денудационными процессами. Скопления нор сурков в Забайкалье, дают определенную текстуру на монотонно-сером фоне изображения, отчетливо отражая территорию слабоконтрастных поднятий. Постройки термитов в тропической Африке также бывают приурочены к полям распространения определенных по составу литологических разностей горных пород, обнаружению которых мешает развитие плотной сомкнутости растительного покрова. В процессе освоения человеком ландшафтов увеличивается количество местных признаков. При этом многие региональные признаки теряют свое общее значение, дробясь на большое количество мелких характеристик, отражающих отдельные детали строения более крупного явления или объекта. Как правило, при природно-ресурсных исследованиях не всегда имеется возможность дать какой-нибудь один характерный дешифровочный признак. В этом случае используется их наборы или ряды. В таблице №2 (Рис.4.19.) дается пример анализа признакового поля при изучении особенностей дешифрирования алмазных трубок взрыва на Восточно-Европейской платформе. Их совершено определенный набор (по Д.В.Лопатину) характеризует месторождение алмазов с наибольшими концентрациями полезных ископаемых. Протяженные линеаменты, особенно субмеридиональной ориентировки, часто пересекают одну или несколько природных зон. В пределах каждой из них они имею свои специфические индикационные признаки. Таким образом, все природные явления и объекты обладают набором прямых и косвенных признаков на дистанционной основе. Если для СВПР принципиально надо знать содержание признаков, то для региональных и обзорных изображений мы в основном обходимся прямыми признаками, такими, как тоновые (цветные) характеристики, формы их локализации и текстуры (пятнистость, полосчатость, крапчатость). Все остальные процедуры решаются при изучении результатов дешифрирования. При этом надо помнить, что круг задач при этом резко уменьшается, так как высокие степени генерализации и обзорности способствуют, по меткому выражению академика А.Л.Яншина, выявлению тектонических блоков, зон, областей или глубинно-геологических реалий. Более подробно данная информация содержится в работах В.Т.Девиса, В.А.Ландгребе, Т.Л.Филлипса, А.А.Григорьева, М.Н.Петрусевича.

Основные принципы совместимости дистанционной, геофизической, геологической и природопользовательской информации. При совместном рассмотрении физико-географических, геоморфологических, геологических, геофизических и дистанционных данных необходимо соблюдать нижеследующие принципы:

1. Принцип доминантности основывается на признании того фактора, что снимки поверхности земли и топографические карты - модели местности, отображающие свойства картируемых объектов. Это позволяет рассматривать космоснимки как равноценный и автономный источник информации. В то же время информация со снимка не может быть эмитирована или заменена иными методами ее получения. Информативность же снимка практически безгранична, но регламентируется поставленными задачей и методико-технологическим уровнем возможностей человека на конкретный отрезок времени. Дешифрирование методом дескретизации топографических карт на современном технологическом уровне дает информацию, тождественную космическим снимкам, но возможности метода исчерпываются лишь морфометрическим линеаментным анализом. Поэтому последние надо рассматривать в качестве дополнительных методов или основных, но только для районов не покрытых дистанционными съемкам или обеспеченных некачественным материалом для данной задачи, а также в случае цифрового анализа модели рельефа при инженерно-геологических построениях. Доминантность космической основы рвассматривается в качестве основной информации для сведения к единому виду материалов разномасштабных геологических съемок, данных глубинного геологического строения, землепользовательских и др. материалов.

2. Принцип дедуктивности. Использование информации дистанционных съемок подразумевает возможность анализа геологического строения «от общего к частному», на основании чего формируется модель строения региона.

3. Принцип равной достоверности. Информация данных дистанционных съемок при составлении сводных и специальных карт больших регионов обеспечивает изучение картируемых объектов с одинаковой степень детальности и с единых структурных позиций всего изучаемого региона. Выбор аналоговых или цифровых методов обработки изображения также подчиняется этому принципу.

4. Принцип целесообразности заключается в выборе соответствия нагрузки линеаментной карты масштабу интерпретационных материалов с соблюдением необходимых и достаточных условий картирования. На карте, построенной с помощью дистанционной информации, линеаментная нагрузка должна соответствовать их интерпретационной информативной возможности. Данные дешифрирования по своему информационному значению аналогичны геофизическим материалам. По сути своей, они также могут быть отнесены к разряду геофизической информации, поскольку выявляются на поверхности Земли в виде оптических аномалий. И это последнее обстоятельство открывает принципиальную возможность для широкого использования цифровых методов исследования и корреляции их с другими физическими средами. В ряде случаев картируемые по снимкам элементы геологической среды не совпадают с ранее закартированными (примеры того многочисленны), т.е. по существуют на геологических картах, являются новыми для данного региона структурными элементами. В этом случае, для определения их природы необходимо произвести целевую интерпретацию преимущественно геофизических данных и геологических съемок более крупного масштаба. При картировании заданных объектов, особенно в платформенных областях, геологическогоя строение не позволяет уверенно интерпретировать результаты дешифрирования и точно идентифицировать линеаментные структуры с геологическими. В этом случае проводят тщательный совместный анализ с геофизическими материалами. На сводных и оригинальных обзорных картах общегеологического и, в особенности специального, назначения важным картируемым элементом геологической структуры регионов являются протяженные линеамеенты и их системы. Эти структуры картируются в массовом количестве с момента появления космических снимков. Большинство геологов их оттождествляют с зонами глубинных разломов. Интерес к ним поэтому не случаен. Целесообразность показа этих структур продиктована нижеследующими причинами. Зоны повышенной трещиноватости и линейных дисслокаций являются также зонами повышенной проницаемости или стресса, по которым происходит проникновение минерализованных растворов, процессы метаморфизма, катаклаза, разгрузки механических напряжений. Это обстоятельство позволяет прогнозировать в их пределах и зонах влияния полезные минерагенические ассоциации и коллекторы нефти и газа. Пространственно они часто образуют системы. Периодичность их определяется «шагом» определенного размера. Для некоторых регионов, особенно платформ, наблюдается периодичность их развития во времени. Знания о них чрезвычайно важны для осуществления научно обоснованной локализации поисков минеральных месторождений.

Особое место при геологическом изучении линеаментных структур и картировании занимает класс ранее некартируемых, в определенной степени новых, структур центрального типа или в нашей терминологии «центрозональных структур». Несмотря на дискуссионность проблемы так называемых «кольцевых структур», особенно крупные их представители, от первых сотен до первых тысяч километров в поперечнике, принимаются далеко не всеми геологами. Хотя их идентификация достаточно полно разработана, и некоторые из них, такие как Обская, Янская, Омолонская, системы мегаструктур Восточно-Европейской и Сибирской платформ не вызывают серьезных возражений, установлено, что они оказывают влияние на распределение минерагенической зональности, способствуют сужению фронта поисковых работ. При картировании структур центрального типа, особенно регионального ранга, возникает проблема латеральных границ: а именно, их нечеткое выражение на поверхности - криптоморфизм. По этой причине выдвигаются следующие возражения по поводу их картирования. Во-первых, нечеткость ограничений, во-вторых, сложность гетерогенного строения крупных их представителей, которые не всегда имеют четкое кольцевое выражение. Последнее обстоятельство усугубляется еще и тем, что при рисовке контуров геологических тел и даже ориентировки структур, составители карт следуют традиционным представлениям о господствующем простирании структур региона. Поэтому показ именно таких структур целесообразен. Он позволяет осуществлять целевой их анализ: картирование структурно-вещественных комплексов в их пределах, прогнозирование промышленной минерагении на больших территориях. С учетом полученных знаний о глубинном строении становится более явным и генезис мегаструктур центрального типа. Картирование этих структур, таким образом, становится целесообразным и необходимым.

Возможность дистанционного способа получения геологической и иной информации позволяет в геологическом и целевом картировании выйти на качественно новый рубеж: показ единовременно структур и их ассоциаций, выражающихся в структурно-формационных рядах поверхностного среза и секущего его плана глубинных структур. С внедрением снимков в геологическую практику особое внимание начали уделять покровным структурам. Анализируя обзорную космогеологическую карту Кольского полуострова В.В.Баржицкого в 1984г м-ба 1:1000000 и серию карту рудоносных структур территории СССР масштаба 1:5000000, выполненных во ВСЕГЕИ 1984 по 1993гг, Д.В.Лопатиным и др. впервые в отечественной практике на столь обширных площадях было закартировано множество региональных шарьяжей мантийного и корового заложения. Примечательно то, что около 90% всех месторождений ртути связано именно с этими образованиями. Также к шарьяжным структурам, фиксированным офиолитовыми комплексами, приурочены многие месторождения хрома, платины. никеля, асбеста, ванадия и других. Наблюдается также коррелляция с месторождениями полиметаллов и олова. Таким образом, выделение структур этого класса также целесообразно.

5. Принцип соразмерности обязывает выбирать оптимальный набор снимков для составления карт определенного масштаба. Практика показывает, что при составлении карт общегеологического содержания масштаба 1:5000000, оптимальным оказался масштабный диапазон снимков в соотношении 1:5. При составлении обзорных карт специального назначения соразмерность снимков целесообразна как 1:10. При выделении глубинных структур платформ соизмеримость 1:10 просто необходима. В то же время, при картировании рудовмещающих тел трубочного типа и их расшифровке требуется соразмерность масштаба 1:20. Таким образом, соразмерность определяется целевым назначением карт или проводимых исследований.

6. Принцип дополнительности заключается в привнесении дополнительной информации каждого из масштабных уровней и видов дистанционной съемки картируемых объектов, спектрального диапазона, контрастности рельефа, ландшафтной зоны, цвета подстилающей поверхности, степени и угла ее освещенности в зависимости от времени суток и времени года. Все эти компоненты образуют сложную информационную систему взаимодополнений при решении конкретной задачи. Принцип дополнительности очевиден при рассмотрении взаимных дополнений информации между картометрией, математическим моделированием рельефа и видеоинформацией в аспекте общегеологического и специального картирования.

6. Принцип комплексности предусматривает на всех этапах работы использование вместе с данными дистанционных съемок разнообразных, овместимых между собой данных в пространственном (ГИС) режиме построений.

Основные правила использования дистанционной информации. Правило первое. Наибольшей информативностью обладают снимки с максимально контрастной структурой изображения, так как содержат наибольший арсенал индикационных возможностей. Малоконтрастные изображения являются малоинформативной основой, сужают круг решаемых задач. При этом никакие методы обработки не смогут устранить недостаток контрастности.

Правило второе. Для разных решаемых задач требуются снимки, полученные в разные фенофазы развития ландшафта. Для карт проходимости, к примеру, нужны изображения зимних и летних съемок. Зимние снимки визуализируют тропы, дороги в лиственных и смешанных лесах разной сомкнутости и состава древесных покрова. Для задач геологического картирования наибольшей информативностью обладают изображения при максимальном развитии растительного покрова. В аридных областях, по этому признаку картируются «мерцающие» структуры, то есть те, которые видны на снимках в узких временых диапазонах и характеризуют гидрогеологические условия местности. Активные разломы, к примеру, хорошо визуализируются по их обводненности в ранне-зимний и ранне-весенний периоды, когда происходит формирование и разрушение снежного покрова. Структурные формы, препарируемые агентами рельефообразования, хорошо подчеркиваются как в зимний период (в горных районах), так и в фазу максимального развития растительного покрова (в общем случае).

Правило третье. Ландшафт обнаруживает свойство в одних случаях подчеркивать одни качества дешифрируемых объектов, в других - совершенно другие. Так, при низких углах освещения, как правило, подчеркиваются структурные черты рельефа (дайки, жилы, пласты пород, шарниры складок и т.д. ). При съемке в надире (при максимальном стоянии солнца) - наоборот –структурный рельеф затушевывается, а эрозионные формы наиболее выражены. Но при этом не допустимо, чтобы тени от рельефа мешали чтению изображения.

Правило четвертое. Для решения различных задач нужны снимки не только максимально контрастные, снятые в разные фенофазы ландшафта и под разными углами освещения, но и с разной ориентировкой залета съемочных систем: вкрест простирания или по простиранию пород.

Правило пятое. Одни и те же ландшафтные индикаторы в разных условиях могут способствовать выявлению различных ландшафтных ситуаций. Или единая трансзональная структура может дешифрироваться с помощью разных индикаторов в разных ее частях.

Правило шестое. Дешифрирование снимков необходимо начинать с постановки задачи и только затем решать проблему обеспечения ее оптимально-необходимымым исходным материалом и правильно намечать методику его обработки, интеграции и интерпретации.

Цифровые методы обработки изображений с использованием компьютерных технологий. При цифровой (компьютерной) обработке изображений последовательно производятся следующие операции: а) подготовка исходных материалов (КФС, АФС); б) выделение неоднородностей земной коры; в) интерпретация выделенных неоднородностей.

Процесс подготовки исходных материалов включает несколько этапов: а) перевод изображения в растровую цифровую форму. Этот процесс обычно осуществляется путем сканирования имеющихся фотоматериалов. Ряд систем для космо- и аэросъемки позволяют сразу получить данные в цифровом виде, что существенно улучшает качество исходных материалов. б) Фотометрические коррекции изображения. Это нормировка яркости изображения на 256 градаций (для каждого канала в случае многоканальных или цветных изображений) и уравнивания яркостных характеристик по всему полю изображений (удаление трендов, обусловленных оптическими эффектами и атмосферными неоднородностями). в) Геометрические коррекции. Они состоят в приведении изображения в требуемую проекцию, как правило, в проекцию топографической карты соответствующего масштаба. В случае многоканального (цветного) изображения производится также геометрическое совмещение каналов путем приведения их к одной проекции. Задача решается путем удаления геометрических искажений исходного изображения по полиноминальному закону. Параметры полинома вычисляются на основе опорных точек, опознаваемых как на изображении, так и на карте (излучины рек, перекрестки дорог, мысы, характерные формы рельефа). В случае сложных геометрических изображений целесообразно применение методов пространственных сплайнов. Большинство профессиональных ГИС (ArcInfo, MapInfo и др.) позволяют проводить эту операцию с растровым изображением (в виде образа). Она включает а) соединение отдельных нимков в единое изображение и чистка от механических повреждений и грязи. б) Совмещение нескольких спектральных диапазонов и получение синтезированного изображения многофункционального назначения. в) Совмещение изображения с рельефом, топографическим слоем и координатной основой.

Выделение неоднородностей природной среды с помощью цифровой обработки изображений осуществляются различными методами, среди которых можно выделить следующие основные группы (но они не являются исчерпывающими).

Методы дифференциального анализа состоят в вычислении радиентных характеристик изображения (первой производной от яркости) в аждой точке (в сканируемом окне заданной формы и размера). Физическим аналогом дифференциальной характеристики является угол склона, если изображение представить в виде сложного рельефа, где яркость соответствует высоте. Полученное с помощью этих методов вторичное изображение отражает зоны с различными перепадами яркости и может использоваться как для визуального дешифрирования, так и для последующей обработки другими методами.

Методы пространственного гармонического анализа изображений заключаются в получении спектра Фурье, который характеризует изображение в целом, и может использоваться для решения задач сравнения и/или распознавания образов. Основу статистических методов составляет вычисление статистических характеристик (среднее, модальное, минимальное, максимальное значения, дисперсия, коэффициент корреляции и т.п.) изображения или ряда изображений в сканирующем окне заданной формы и размера. Все перечисленные параметры вычисляются в пределах сканирующего (скользящего) окна заданного диаметра, а результат вычислений относится к центру окна. Частным случаем корреляционного анализа двух аэро- или космоизображений является получение цифровой модели рельефа (точнее превышений) на основе стереопар. Эта задача решается через вычисление разности параллаксов одноименных точек изображений, находимых по максимуму корреляции Рис.4.9?. Для целей тематического дешифрирования тдельных изображений наиболее интересные результаты дают дисперсионные характеристики, отражающие, в общем случае, дифференцированность современного ландшафта. Пример дисперсионной характеристики космоизображения (Landsat) приведен на Рис.4.10. рядом со схематической геологической картой Полярного Урала, в районе р.Кожим. Частотная фильтрация изображения, как один из статистических методов, основана на выделении низко- и высокочастотных составляющих. При этом приблизительная картина низкочастотной составляющей получается, как результат вычисления среднего, а высокочастотной - как арифметическая разность исходного изображения и его низкочастотной составляющей. Низкочастотная составляющая отражает тренды яркости изображения и, как правило, мало информативна для поверхностного дешифрирования и весьма информативна для изучения глубинно-геологического строения. Высокочастотная составляющая, напротив, весьма удобна как для ручного аналогового дешифрирования, так и для автоматического анализа другими методами (например, линеаментного анализа). Иллюстрацию работы по такому методу можно видеть на Рис.4.11., 4.12а,б,в и 4.13а,б,в в пределах Приханкайской горной депрессии. Здесь изображены разночастотные преобразования, имитирующие разноглубинные уровни земной коры (коровый, коро-майтийный, мантийный). В области высокочастотных осреднений, соответствующих близ поверхностному глубинному уровню, наблюдается маловыразительный структурный рисунок площади депрессии Отчетливо дешифрируется лишь Синегорская зона разломов, отделяющая депрессию от Сихоте-Алиньского орогена (Рис.4.13а и Рис.4.14.а). В среднечастотном диапазоне (Рис.4.15б и 4.15б) отчетливо видна некое овальное образование на перекрестке ортогональной динамопары трансрегиональной системы линеаментов. На фотопортрете низкочастотной сепарации (Рис.4.13.в и 4.14в) не видно ни овала, ни кольца. Зато отчетливо локализовалась пятнистая текстура, представленная контрастными черными и белыми пятнами. Повидимому, визуализовался блок, конфигурация которого определена Ханкайским срединным массивом. Еще одним эффективным методом моделирования этой группы является метод получения текстур угловых характеристик. Он суммирует с определенным шагом размерности векторы ориентации градиентных зон яркости в площади окна осреднения. Логика преобразований в следующем чем больше раздроблена поверхность, тем плотность векторов в сканирующем окне больше; и наоборот, чем меньше векторов - тем поверхность более монолитна. Геологический смысл такого моделирования в том, что площади с пестрой структурой аномальны. Это связано либо с областями разрушения (темный фон на Рис 4.15.), либо с ядрами консолидации (светлый фон).

Методы с элементами искусственного интеллекта состоят в выделении и классификации неоднородностей изображения по определенному набору правил. Наиболее простой метод выделения линеаментов на изображении сводится к выделению в каждой точке дискре тного ряда вектора аномальной яркости. Пример приведен на Рис.4.16. Несомненно, что полученные таким образом линеаменты требуют последующей ревизии и интерпретации.

Интерпретация выделенных неоднородностей при цифровой обработке изображений, пожалуй, наиболее сложный процесс. Он не может быть выполнен автоматически. Для интерпретации результатов обработки аэро- и космо-материалов необходимо четко представлять их физический смысл и конкретную тематическую ситуацию. Оптимальна интерпретация цифровых обработок совместно с анализом уже существующих традиционных материалов (карт, профилей, наземных точек наблюдения и т.п.). При этом необходимо тщательное уточнение контуров, форм рельефа и связанных с ними литологических (петрографических) тел и положения разрывных нарушений. В отдельных случаях удается проследить и внутреннюю структуру геологических тел в виде структурных линий. Основу тематической интерпретации КСФ и АСФ составляет зависимость ландшафтов от геологического субстрата. Отличающиеся по составу и структуре структурно-формационные комплексы дают развитие различных кор выветривания и разнообразных форм рельефа, что, в свою очередь, определяет разнообразие их гидрогеологического режима, растительного и почвенного покровов. Различия в почвенно- растительном покрове и влажности поверхностей, а также контрастные формы рельефа отражаются на КФС (АФС) через яркость изображения. Таким образом, анализируя распределение яркостных характеристик изображения, теоретически можно выделить естественные географические границы, границы структурно-формационных комплексов и зоны разрывных нарушений любых поверхностей.

Наиболее общие методы тематическойи интерпретации результатов обработки изображения. Градиентные (дифференциальные) методы хорошо выделяют физико-географические индикаторы разломных зон и другие, выраженные в современном ландшафте структурные линии, а также границы обнаженных участков и контрастных форм рельефа. Последние часто соответствуют геологическим телам, сложенным породами более устойчивыми к выветриванию, чем вмещающие (дайкам, малым интрузиям, линзам известняков в терригенных толщах и т. п.). Статистические методы отражают степень пространственной неоднородности изображения, а через нее - степень дифференцированности современных ландшафтов. Последняя, в свою очередь, связана с расчлененностью рельефа и неоднородностями состава субстрата и позволяет оценивать относительную дифференцированность субстрата по составу и структуре. Это дает возможность выделять области развития тех или иных структурно-формационных комплексов. На Рис.4.10. можно заметить, что карбонатные породы девона и карбона дешифрируются по характерной “полосчатой” текстуре, отражающей простирание отложений, а слабо дифференцированные участки в западной части снимка соответствуют преимущественно терригенным комплексам перми. Все эти аномальные текстуры изображения выделяются по ориентированным олям малых структурных форм рельефа.

Использование компьютерных технологий для систематизации аэрокосмической информации. Компьютерные технологии при обработке изображения используются при решении тех задач, где они целесообразны. При создании линеаментных портретов рудоносных площадей для целей выявления рудоконтролирующих структур или типизации почвенно-растительных комплексов на уровне пространственных корреляций достаточна обработка изображения в аналоговом или в интерактивном режимах. Для установления функциональных связей между сопоставляемыми объектами и аномальными характеристиками изображения требуется многомерный анализ, который возможен в условиях высокой степени достоверности только в ГИС - технологическо режиме. Для того чтобы понять это, требуется более подробное рассмотрение понятия «ГИС-технология», не только в смысловом, но и в ретроспективном понимании.

Понятие «геоинформационны системы» означает географические

информационные системы (ГИС) и является особым классом информации. Представление о них сформировалось в конце 60-х - начале 70-х годов. В настоящее время ГИС нашли широкое применение во многих предметных областях, связанных с использованием самой различной пространственной информации. Под термином «пространственная информация» понимается информация, для которой известно ее положение в заданной системе координат. Для понимания этого необходимо с самого начала четко разделить понятия «пространственной» и «картографической» информации. Картографическая - подразумевает привязку к двухмерной системе координат на плоскости, пространственная - обладает, как минимум, трехмерностью, а в более сложном виде – многомерностью. Существует множество различных ГИС, решающих задачи геологии, комплексного землепользования, экологии, природопользования, городского хозяйства, транспорта и др. Исключительное положение в этом перечне занимает геология. Обработка больших объемов разнообразной информации, имеющей обычно картографическое представление, ее многосторонний анализ, получение производной информации и составление на ее основе качественно новых картографических материалов с несоизмеримо меньшими затратами труда, нежели это делать традиционными методами. Использование ГИС приносит максимальный экономический и результативный эффект.

Наиболее общая структура ГИС включает в себя совершенно необходимые 4 подсистемы: а) ввода пространственных данных; б)хранения этих данных; в) обработки и г) выдачи данных в различных видах. Пример структурной схемы ГИС приводится на прилагаемом рисунке (Рис.4.17.). По области применения ГИС можно выделить: универсальные, обладающие обширным набором функций и использующиеся для решения широкого спектра задач; специальные, ориентированные на решение заранее известных задач в территориально-тематических и различных геологических отраслях знаний: энергии рельефа, как основы инженерного районирования современных природных и антропогенных процессов, геодинамического картирования, объемного геологического картирования, поиска полезных ископаемых, экологического и иного прогнозирования. Каждая ГИС специального назначения имеет свои определенные требования, в зависимости от области ее применения. Но все ГИС объединены рядом общих особенностей, которые обусловлены работой с реальными пространственными объектами. Они следующие: а) мультимедийность принципа построения с целью увеличения гибкости системы и улучшения адаптации к определенной предметной области; б) обеспечение ввода объектов с гарантией воспроизведения в цифровом виде их истинного пространственного положения; в) возможность сбора аналоговых данных, имеющих непрерывное их распределение и преобразование дискретную форму для дальнейшего хранения и обработки (таковыми могут быть данные дешифрирования дистанционных съемочных материалов); г) возможность принимать, создавать и передавать пространственные данные в соответствии с общепринятыми стандартами формализации таких данных; д) наличие развитой системы проектирования, построения и управления базами пространственных данных. При использовании ГИС в тематической картографии к ним предъявляются требования, связанные с особенностями предметной области (при построении легенд, условных обозначений и др.) и сопоставимости этих данных с дистанционными и традиционными. Рассматривая ГИС и банки данных, можно считать, что эти понятия являются синонимами в том случае, если банк данных содержит пространственную информацию и его организация удовлетворяет определению ГИС.

Основные принципы создания и применения ГИС. В настоящее время при планировании геоморфологических исследований большинство специалистов предполагает использование вычислительной техники, которая не только облегчает рутинную работу, но и открывает ряд новых возможностей. Они могут коренным образом изменить и характер анализа, и отношение к получаемым результатам. Следует обратить внимание на то, что новые средства исследования принесли и некоторые правила проведения анализа и получения синтеза. При этом неизбежно использование новых методов затрагивает методологические основы самого исследования. В первую очередь это относится к естественному вхождению в геоморфологические исследования «числа» и «количественного» подхода вцелом. Поскольку главной задачей геоморфологического исследования остаются пространственные взаимоотношения дискретных форм рельефа, генезиса и происхождения их комплексоы, то следует вновь напомнить, что понятия «происхождение» и «история развития» являются качественными категориями, а «морфология» во многом количественной. Всилу этого, полезно отдавать отчет, в каком отношении находятся между собой качественные и количественные категории информационного потока о рельефе, и своевременно оценивать и расставлять приоритеты. И уже с этих позиций оценивать полученные в ходе исследования промежуточные результаты. Информатика уже давно выделилась в самостоятельную отрасль геоинформатику, которая работает с объектами, пространственное положение крторых определено их географическими координатами. Такие информационные системы получили название «геоинформационных систем» или ГИС. При создании ГИС основной проблемой является выбор ее функциональной структуры в соответствии с поставленной задачей, обоснование принципов проектирования. Необходимо следующее: а) соответствие структуры ГИС, ее характеристик, предъявляемых к ней требованиям пользователя к информации, которой он оперирует, к цифровым пространственным моделям; б) системный подход, заключающийся в рассмотрении ГИС, как целостно сложной системе, состоящей из ряда подсистем, имеющих функциональные зависимости и связи друг с другом. Системный подход обеспечивает единство создания технического, математического, информационного и смыслового (симантического) обеспечения. Их совместимость определяет методы исследования и проектирования ГИС, ее структуру.

Обеспечение функционирования ГИС. Под термином информационное обеспечение» понимается управление объемами, размещением и формами организации информации, циркулирующей в системе при ее функционировании. Вся совокупность информации, которой оперирует система, складывается из двух частей: внешней и внутренней. Внешняя информация, используемая в растровой форме, воспринимается пользователем без применения средств вычислительной техники. Это могут быть аэрокосмические фотографии, данные радиолокационной, инфракрасной или геофизической съемок, цветные и черно-белые картографические материалы и другие графические документы. Внутренней информацией баз данных на магнитных носителях могут быть цифровые карты, цифровые модели рельефа и местности, построенные на основе синтеза многозональных и спектрозональных изображений местности и другие проблемно-ориентированные пространственные модели. Система классификации и кодирования служит для компактного представления пространственных данных с целью их дальнейшего описания на некотором формализованном языке. Кодирование информации облегчает поиски сокращает объем хранимых, обрабатываемых и передаваемых данных. К средствам формализованного (стандартого) описания данных относятся тесно взаимносвязанные информационные языки: запросов, ответов, описания данных, информационно-поисковый.

Система технической документации включает унифицированные формы документов, схемы документооборота и документацию по информационному взаимодействию с потребителем. База пространственных данны представляет собой совокупность поступающей в систему, хранимой и выдаваемой потребителям собственнопространственной, организационно - технической и вспомогательной (сервисной) информации. Структура представления информации в базе пространственных данных должна обеспечивать доступ к любому элементу и объекту, а также возможность внесения в них изменений и дополнений.

Математическое обеспечение ГИС включает совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ обработки пространственных данных. Особенностью ГИС является иерархический принцип построения математического обеспечения. Программное обеспечение ГИС включает операционную систему, ядро ГИС (менеджер проектов), систему ввода и обработки информации, модули оформления и подготовки к печати картографических материалов, прикладные модули ГИС, систему управления базами данных и получения справок по детерминированным и недетерминированным запросам, а также программы тематического моделирования.

Техническое обеспечение ГИС включает комплекс аппаратных средств, используемых при ее функционировании: ЭВМ, устройство ввода-вывода информации, ее хранения и выдачи, средства телекоммуникаций. Исходя из современного уровня развития средств вычислительной техники, машинной графики и архивного хранения в состав такого комплекса технических средств ГИС обычно входят (Рис.4.17.)::а) рабочая станция или профессиональная ПЭВМ; б) дисплей, с высокой разрешающей способностью и размерами, удобными для интерактивных операций; в) накопитель на жестком магнитном диске; г) накопитель на оптических дисках; д) сканер и/или дигитайзер (кодирующий планшет); е) принтер для рабочих выводов и принтер для контрольных и презентационных копий.

ГИС-технологии и хранение данных. ГИС- технологии - это способ решения возникающих в той или иной предметной области задач средствами ГИС. Естественно, что масштабность и эффективность применения ГИС- технологий определяется особенностями предметной области и свойствами системы на базе которой эти технологии создаются. Например, применительно к геологии она оказывается наиболее высокой при использовании ГИС - технологий в геологической картографии, ведении банков данных, решении разнообразных прогнозных задач, а также при выполнении операций различного рода над большими объемами информации и т.д. Примерно тоже можно сказать и о землепользовании, и о любой другой предметной области знаний.

Технологии и средства обеспечения цифровой обработки дистанционной информации. ГИС - технология в дистанционном и геоморфологическом анализе служит для систематизации, сбора, хранения, обработки и выдачи результатов этих обработок в качестве фактического материала для дальнейшего использования при решении разнообразных задач. Она должна обеспечивать полноту хранения хорошо привязанной пространственной аэрокосмической и морфологической информации по территориям и по задачам, в том числе и в ортофицированном виде (близким к фотографическому), с формированием легенды фотографических признаков интересующих нас объектов, по которым поставлена ГИС-задача. ГИС обеспечивает также актуализацию (обновление) информации, хранящейся в системе по мере поступления новой, в том числе с помощью информации новых спутниковых систем и коррекцию индикационных признаков. Система выдает комплексную информацию в наиболее наглядном виде, в том числе и в картографическом, обеспечивает тиражирование разнообразных карт с адаптированной к ним аэрокосмической информацией, так как содержание и форма должны удовлетворять запросам пользователя. ГИС дает возможность обработать комплексную информацию аналитическим путем или в интерактивном режиме (человек-машина) для того, чтобы ответить на запросы пользователей, которые требуют преобразования входной информации не только по форме, но и по содержанию. Система обеспечивает минимизацию объектов хранения производства информации, представляя по возможности средства ее вывода из первичных данных. Основным назначением системы является информационное обслуживание пользователей. Поэтому требования к системе в целом, к отдельным ее функциональным блокам, к разным видам ее обеспечения определяются в первую очередь задачами, поставленными потребителем. Так ГИС, ориентированная на использование дистанционной информации для прогнозирования и поисков полезных ископаемых, должна включать блок структурно-формационных данных и аэрокосмической индикационной информации применительно к каждому рудно-формационному типу, а также блок их совместной обработки и блок выдачи результатов. Следует заметить, что подавляющая часть адаптированной к геологическим или землепользовательским задачам дистанционной информации представляет собой единое целое и не может функционировать в виде отдельных блоков. Исключением может быть информация документографического характера, требующаяся для использования в отдельных специализированных службах и которая может храниться в специализированных компьютерных банках. Ими могут быть справочные системы, предназначенные для учета отчетных материалов и обслуживания пользователей в территориальных фондах, банк лицензий, пообъектных планов, картограмм космической информации и накидных монтажей аэросъемок и т.д. Предлагаемая структура ГИС основана на системе «ГИС Северо-западный Регион» (ГИС СЗ Регион) и СЭЗ «Находка».

Вся информация разделена на блоки, в соответствии со спецификой объектов, которые она характеризует: а) сведения о ландшафтах; б) сведения о недрах; в) сведения о работе по их исследованию с использованием аэрокосмической информации; г)сведения о процессах землепользования и недропользования с применением аэрокосмической информации при решении большого спектра задач и т.д.

Первый блок включает данные о природных объектах, полученные при проведении региональных геологических, геофизических, гидрогеологических, геохимических исследований, поисковых, землепользовательских и разведочных работах. Он, в свою очередь, разделен на две субблоковые структуры: а) систему банков первичной (полевой, лабораторной индикационно-аэро-космической) информации по геологии, геохимии (аналитических данных), геофизике, включая сведения об аномальных оптических полях, гидрогеологии (Государственный водный кадастр ГВК), полезным ископаемым (месторождений, рудопроявлений, перспективных площадей), сведения о новейшей геодинамической обстановке используемых площадей; б) систему банков картографической информации (ГСП-200, ГСП-1000, сводные карты 1:500000 – 1:10000000 в том числе), предлагающую следующий комплект ГГК: а) ландшафтную основу; б) геологическую с учетом аэрокосмической информации; в) геоморфологическую по цифровым моделям рельефа; г) четвертичных отложений с отображением современных эндодинамических процессов; д) фактических аэрокосмическихмических данных по всем решаемым адачам; е) полезных ископаемых с отображением глубинно-геологической ситуации на основе анализа геофизических и дистанционных данных; ж) гидрогеологическую с отображением системы трещинных коллекторов подземных вод, выделяемых с помощью геофизических и дистанционных данных; з) аномальных геофизических полей: гравитационного, магнитного, теплового и оптического; и) землепользовательскую; к) геоэкологическую.

Для поддержки функционирования системы банков картографической информации необходимы следующие процедуры: а) совмещение топоосновы и картографических элементов (точечных, линейных и площадных) в векторной форме. (Этот слой включает и исправления топогеодезических данных по результатам обработки новейших космических съемок); б) ввод легенд; в) установление соответствия между картографическими объектами и знаками условных обозначений легенды (идентификация); г) ввод дополнительной информации об объектах, отображенных на картах (ведение атрибутивных баз данных); д) корректировка данных; е) актуализация данных при изменении легенд; ж) поиск картографических элементов по запросам; з) визуализация картографических данных; и) вывод картографических данных в твердых копиях; к) визуализация дистанционных данных, в том числе и в твердых копиях.

Система банков составляет базу знаний (БЗ), обеспечивающих семантическую поддержку ГИС (семантическая БЗ) и содержащую обобщенную информацию по регионам (региональная БЗ): сводные легенды карт, диагностические критерии, эмпирические закономерности (в том числе и дистанционные), используемые при прогнозных заключениях и т. п. Информация, хранящаяся в региональных БЗ, выполняет функции двух типов: выдающаяся по запросам пользователей и используемая внутри ГИС в системе обработки, интерпретации и в системе управления. Для обеспечения семантической поддержки ГИС необходимы следующие функции: а) поиск терминов и понятий на основе семантических сетей; б) корректировка семантических сетей; в) формирование сложных описаний с введением обобщающих понятий и обозначающих их знаков, в том числе при работе с легендами карт, включая и космокарты. Для ведения региональной базы данных необходимы следующие процедуры: а) ввод и хранение легенд карт различного содержания; б) корректировка легенд на основе средств семантической базы; в) ввод и хранение корреляционных схем и их корректировка; г) ввод, хранение, поиск диагностических критериев для объектов фиксированных классов, в том числе классов, задаваемых легендами карт; д) ввод, хранение и поиск закономерностей, в первую очередь их импорт из системы обработки и интерпретации и экспорт в эту систему, включая и с привлечением дистанционной информации; е) ввод, хранение и поиск диагностических признаков для объектов фиксированных классов, в том числе классов, задаваемых легендами карт.

Второй блок, например, «Исследование недр» включает сведения о проведенных, проводимых и планируемых работах по изучению недр, в нем три подблока: а) о проведенных работах (банк «изученность» в виде текстовой, числовой и графической информации, которая постоянно корректируется и визуализуется по запросам в виде твердых копий); б) о проведенных дистанционных съемках; в) банк «Паспорта тематических отчетов».

Третий блок, например, «Недропользование и природопользование» включает информацию о проведенных, проводимых и планируемых работ по использованию недр. Основу блока составляет банк «Лицензия», относительно независимо функционирующий в службах лицензирования недропользования. Он может быть связан с банками ГИС через банк месторождений полезных ископаемых, в котором целесообразно хранить и сведения о работах, проводимых на различных объектах.

Система обработки и интерпретации ГИС должна включать подсистему обработки цифровой информации, обеспечивая работу с конечным набором данных, представляемых в виде цифр, векторов, матриц или функций, и подсистему обработки картографической информации. Подсистема обработки цифровой информации должна обеспечить ввод данных, их преобразование по заданным алгоритмам, поиск закономерностей, визуализацию результатов на экране монитора на всех стадиях работ и вывод результатов в табличной и графической форме (в виде твердых копий).

Подсистема обработки картографической информации должна обеспечивать следующие процедуры: а) ввод данных в растровой и векторной и растровой форме; б) визуализацию информации, получаемой по запросам из одного слоя, нескольких слоев карты, нескольких слоев разных карт, а также координатно привязанной информации из системы банков первичных данных или подсистемы обработки цифровой информации; в) редактирование визуализированной информации одного или нескольких совмещенных слоев с изменением географических характеристик картографических объектов и значений их атрибутов; г) преобразование информаций по заданным алгоритмам; д) трансформацию картографических объектов в «ячеистую» модель - нахождение данных для точек равномерной сети с целью их передачи в подсистему обработки цифровой информации. Для обеспечения работы системы обработки и интерпретации необходимо наличие методов и алгоритмов решения задач (методической базы знаний).

Система выдачи информации должна обеспечивать вывод разнообразной информации, получаемой по запросам пользователей, в том числе вывод картографических данных на бумажные носители в форме, удовлетворяющей требованиям инструкций по составлению геологического содержания.

Система управления должна обеспечивать взаимодействие между всеми перечисленными системами, подсистемами и входящими в них банками, т.е. реализовывать функцию администратора ГИС. Информационной основой системы управления должна быть совокупность справочных сведений о банках данных и знаний, в том числе методах и алгоритмах, реализуемых системой.

Средства обеспечения функционирования систем включают методическое обеспечение, стандартизацию и сертификацию информации, нормативную базу, техническое и программное обеспечение. Методическое обеспечение включает методику создания и ведения баз и банков данных. Она может быть стандартной и определяется выводом программных и технических средств и обоснованием информационно-логических моделей банков общего типа или разрабатываться для решения специальных задач, возникающих при формировании банков регионального уровня или тематической направленности также общего или регионального уровней.

Самым мощным программным средством, обеспечивающим интеграцию данных дистанционного зондирования при решении геологических, геоморфологических, землепользовательских, геоэкологических и др. задач является системное обеспечение фирмы ERDAS, которая функционирует на рынке технологий с декабря 1978г. Технология ERDAS Imagins используется для получения и первичной обработки данных дистанционного зондирования в виде тематической обработки изображений в ходе тематических геолого-географических исследований. При этом используются основные необходимые базовые комплексы Adventige или Professional, а также модуль RADAR и средства программиста-разработчика – Tolking. Потенциальными пользователями этой продукции являются геологические организации федерального уровня, университеты, отраслевые специализированные НИИ, оперирующие геологической информацией. Данная технология используется в геолого-съемочной области, в прогнозировании и поисках полезных ископаемых, в решении задач комплексного землепользования и экологической экспертизы проектов разных уровней. Эти задачи решаются с помощью нижеследующей комплектации продукта IMAGINE: Adventige или Professional как базовые компаненты. В качестве дополнительных модулей используются OrthoMAX, RADAR и Vertual GIS. Основным ядром программирования комплекса IMAGINE является система Essentials, представляющий собой наиболее доступный по цене продукт картографирования и позволяющий интегрировать многие растровые формы (снимки, карты, изображения шлифов и т.д.). Сердцем Essentionals является вьюер (блок считывания информации), который дает основу для интерактивной работы «человек-машина». Данные в любой оболочке могут быть выделены на дисплей в любом масштабе с любым пространственным разрешением. Они могут также легко перемещаться во вьюере или комбинироваться. Может быть дополнительно введена или запрошена из банка данных любая атрибутивная информация. Могут использоваться несколько вьюеров для вывода отдельных слоев информации. Они могут быть загружены затем в один вьюер в виде слоистой информсистемы. Географическая комбинация отдельных вьюеров позволяет осуществлять перемещение загруженных в них слоев взаимосвязано и одновременно просматривать содержание этих вьюеров. Растровые данные (изображения,снимки, карты) могут использоваться напрямую в оригинальном формате – GeoTIFF DLL, или исходные файлы могут быть подготовлены для использования с помощью автоматических средств загрузки для общих задач геологического картирования, так и для комплектации коммерческих плакатов. Данные могут быть привязаны географически к конкретным материалам, которыми могут быть отсканированные карты. Векторные данные, введенные с дигитайзеров или изображения, предварительно имеющие географическую привязку. Изображение не нуждается даже в трансформировании в какие-либо особые системы проекций, калибровки и трансформации. Система позволяет абсолютно точно сохранить исходные данные. Могут быть созданы и сохранены таблицы перекодировки изображения, применены средства фильтрации изображения и другие функции редактирования растра для улучшения качества изображения для дальнейшего анализа. Во вьюере можно также создавать так называемую вертикальную мозаику из отдельных изображений, вводя несколько соседних снимков в один вьюер. Векторные данные могут быть без труда интегрированы с данными съемок. Некоторые форматы могут использованы в Essentials напрямую, включая ARС/INFO, файлы Terra Model и аннотации ERDAS. Таким образом может достигаться внедрение в банки данных геологических ГИС данных обработки изображений. Другие форматы могут быть доступны через обменные форматы, такие как DXE или Shape. Векторные данные могут запрашиваться и использоваться для выделения рабочих областей, как, например, вырезанные части снимков и замена их другими. Могут использоваться как стандартные символы, так и вновь созданные исследователями. Данные, подготовленные во вьюере, могут быть выведены на печать или переведены в цифровой формат с использованием стандартных или созданных пользователем шаблонов оформления. Вместе с тем Essentials включает удобные в использовании высококачественные инструменты создания картографических композиций. Map Composes может воспроизводить авторские карты с различными формами зарамочных оформлений, автоматически создавая масштабные линейки, стрелки направлений, сетки в различных системах координат, атрибуты легенд, подписи и т.п. Программное обеспечение также использует True Type и PostScriptType 1 шрифты, позволяет создавать новые, используемые в Essentials. Все функции Essentials поддерживаются обширной системой гипертекстовой помощи - on-line-help, пояснениями и подсказками в меню вьюера и диалогах. Линия программного обеспечения ERDAS IMADINS доступна через индуктивный графический пользовательский интерфейс. Она создана для того, чтобы пользователи могли просто найти и оперировать теми функциями, котрые им нужны. Однако данный интерфейс может быть легко преобразован. Essentials сопровождается встроенным языком программирования ERDAS Macro LANGUAGE (EML), позволяющим изменить интерфейс пользователя или добавить дополнительные функции для создания пользовательских приложений. Таким образом, ядро программного обеспечения линии ERDAS IMAJINS представляет удобные для использования инструменты для одновременного анализа многочисленных типов данных, включая покрытие ARС/INFO и добротную картографическую продукцию. С помощью IMADINS Advantige расширены возможности геометрического моделирования, включены геометрические модели сенсоров для ортотрансформации единичных аэрокосмических изображений всех систем и работы с цифровыми моделями рельефа (SPOT, LANDSAT, Ресурс). Имеются средства для генерализации поверхностей – Surface Generation, способная к интерполяции изображения на модель рельефа. Этот инструмент позволяет производить манипуляции с обработкой модели рельефа из точек с отметкой высот в изолиниях рельефа в векторном виде и других видов данных.

Таким образом, современные вычислительные средства позволяют не только хранить и обрабатывать исследовательский материал, но и проводить самостоятельные исследования. Их структура может включать следующие этапы: а) сбор необходимой информации; б) оценку его количественной и качественной составляющих; в) ввод информации в ГИС; г) проверка качества и количества информации содержащейся с ГИС по интересующему исследователя кругу вопросов; д) проверка необходимого программного обеспечения в ГИС; е) выбор исследовательской задачи; ж) выборка материалов для ее решения, з) оценка методико-технологических процедур; з) получение геоморфологически значимых процедур; и) оценка единственности решения; к) представление в графическом и текстовом виде для создания отчетных документов.

Рекомендуемая литература

1. Дистанционное зондирование: количественный и качественный подход. М, «Недра», 1983г,415с.

2. Григорьев А.Л. Космическая индикация ландшафтов Земли. Л., Изд-во ЛГУ,1975,139с.

3. Петрусевич М.Н. Аэрометоды при геологических исследованиях, М., Госгеолтехиздат, 1978. 407с.

4. Geographic information systems. Ed. by D/R/Fraser Taylor. /Oxford ets., Pergmon press, 1991.

5. Understanding GIS - The ARC/INFO Method/Environmental System Research Institute, ГИС, 1992.

Симонов Ю.Г. , Болысов С.И. Методы геоморфологических исследований

Использование знаний о малоизученных физических и биофизических полях

Теоретические основы биолокации. Все больше становится сведений о патогенных зонах, находящихся на поверхности Земли. Не вызывает сомнений в их физической природе, но содержание ее остается пока малопонятным явлением. Из книги В.Н.Луговенко «Дыхание Земли» (1995) мы узнаем, что эти зоны представляют собой восходящие или нисходящие энергетические потоки линейной ориентировки. Они образуют ячейки с изменяющимся шагом размерности. Большинство ученых и практиков связывают особенностями проявления геодинамических процессов в микромире литосферных явлений. Регистрация этих патогенных зон производится с помощью лозы, информация о чудодействеености которой при поисказ воды уходит в глубокую древность, или с помощью магнитной медной рамки. Такой исследовательский способ получил название «биолокация».

В настоящее время под биолокацией понимается совокупность методов, способов и приемов выявления аномалий в грунтовом массиве с использование биооператором медной магнитной рамки. Биолокация основана на способности человека-биооператора воспринимать некие физические поля. Биолокация – это способ регистрации в геологической или техногенной среде мест нахождения аномалий, имеющих разную природу.

Опыты с индуктором, проводился рядом исследователей по методике профессора В.Н.Луговенко (1995), Он заключался в следующем и показал показали, что в перекрестье нисходящих энергетичесих потоков вдоль геопатогенных зон происходят регулярные геомагнитнве явления, заставляющие ежедневно в утренние часы с восходом солнца и до 13-14 часов отклоняться сердечник немагнитного (нефрит, агат, халцедон) индуктора (с первоночальным нейтральным положением на север) до 100-140°. Это явление получило условное название – «дыхание Земли».

В то же время существует и иное представление о природе геопатогенеза как проявление «параллельного мира». Суммируя наши знания об этом явлении (возможно ложном) можно прийти к выводу, что это может быть вполне реальным физическим явлением. Его сущность заключается в отображении через наши ощущения физических процессов иного измерения, имеющего место, к примеру, в условиях сверсветовых скоростей. Использование человеческого интеллекта как проводника иных физических реальностей, в условиях усилительных воздействий, наподобие эффекта преодоления барьера сверхзвуковых скоростей или использование тонких энергетических оболочек человека как лазера при приеме-передаче голографических картин миражей реальных событий и явлений. Способность человека воспринимать явления параллельного мира отмечалось еще Эпикуром (341-280 гг до н.э.) или Лукрецием (99-55 гг до н.э.). Наиболее выразительно эти описал В.Фульк в своей книге, посвященной аномальным атмосферным явлениям в 1640 г. Исследования Г.П.Крохалева, Н.А.Козырева и др. в наше время, повященные обласи дистантных воздействий, позволили научно обосновать эти явления. В монографии А.П.Соловьева (1997) написано, что наш мир, физическая сущность которого построена в условиях световых скоростей, не соприкасается с тем, который может реально существовать в условиях сверхсветовых скоростей. Для обмена информацией между этими мирами также требуются усилительные воздействия. Следуя этой логике и пониманию природы геопатогенеза можно предположить, что это явление, несомненно, физическое, но относимое к проявлеению физических процессов в иных измерениях или физики параллкльного мира.

Для того, чтобы проверить справедливость этих предположений необходимо проделать следующий эксперимент. Предлагается провести изучение закономерности в изменении размерности геодинамически активных линейных структурных форм: суперлинеаментов, мегаразломов, региональных, локальных и др. зон трециноватости и глубинной проницвемости литосферы, где энергетические потоки овещесвлены и поддаются изучению с помощью традиционных методов. Такую же работу необходимо произвести и в области изменения дискретности геопатогенных зон, выявленных с помощью биолокационных методов. В иерархии размерности геопатогенные зоны занимают нишу микромира, а геодинамически активные разломы – макромира. Связующего их звена пока не найдено. Но в случае, если процесс изменения размерности обеих сред будет описан единым математическим аппаратом, то оба феномена должны представлять суть единого процесса. В этом случае они могут быть объяснены с единой геодинамической позиции. Если закономерности делимости у них будут разными, то можно будет предположить, что геопатогенез может быть не прямо связан с геодинамичесими процессами, а через активизацию параллельного мира или иных еще не познанных нами явлений. Но в любом случае, в основе биолокации лежит восприятие биополем человека электромагнитных импульсов патогенных зон через электромагнитный приемник, каковым является раска или лоза в руках человека.

Сущность биолокации как биофищзического явления. В основу изучения сущности биолокационного эффекта была положена подсказка, связанная с тем, что «лозоходы» используют сырой ивовый или ореховый прут, срезанный в полнолуние, когда влажность прута максимальная и прут становится наиболее электропроводен. Это обстоятельство наводит на мысль об электромагнитной природе эффекта. В.А.Болтунову (2002) удалось установить, что в «усиках» рамок возникает электромагнитный потенциал. Компьютерная статистическая обработка полученных данных позволила выявить физический смысл фиолокационного эффекта и установить описывающий его математический аппарат. Аномалии, продуцируемые взаимодействием неоднородностей в массе исследуемой толщи, относятся к области слабых взаимодействий и описываются системой Максвелловских уравнений, лежащих в основе электромагнитных явлений в любых средах. Они дополняются уравнениями, характеризующимися свойствами среды.

Все это свидетельствует об электромагнитных волнах, возможность существования которых определяется током смещения и электромагнитной индукцией. Напомню, что ток смещения является физической величиной, характеризующей магнитное действие переменного электрического поля. Он обуславливает возникновение соответствующего ему вихревого магнитного поля.

Физическая суть биолокационного эффекта заключается в том, что «усы» находятся в постоянном движении и попадают в сферу влияния аномалии. При этом в «усах» рамки возникает импульс тока смещения, для чего достаточно сорваться с орбиты атома вещества рамки лишь одному электрону. Он пораждает импульс электромагнитной индукции, и магнитный эффект в обоих "усах" рамки вызывает их взаимное притяжение по известному принципу двух проводников с одинаково направленным током за счет создаваемого вокруг них магнитного поля.

При морских геолого-геофизических и геоморфологических исследованиях основными источникам информации о невидимом человеческому глазу подводном рельефе являются данные гидрографического промера, полученные в результате эхолотирования, материалы непрерывного сейсмопрофилирования и геолокации бокового обзора. Эти виды работ осуществляются одновременно с борта одного судна в комплексе с применением других геофизических (гравиметрия, магнитометрия, электро- и сейсморазведка) методов и частично обрабатываются в лабораторных условиях на кораблях. Основным видом промерных гидрографических работ является плановая съемка того или иного участка дна морей и океанов по предварительно планируемой сети галсов с помощью различных видов промерных эхолотов. Междугалсовое расстояние устанавливается в зависимости от масштаба съемки и целей гидрографического промера и может измеряться от нескольких десятков метров до сотен километров. Основные направления и сетка галсов выбирается в зависимости от формы подводной поверхности, известной по данным предшествующих, менее детальных гидрографических работ. Наряду с плановыми площадными съемками гидрографическими и научно-исследовательскими судами по пути их следования проводятся маршрутные промеры. Показания глубины через каждые 5-10 минут снимаются с эхограммы на миллиметровку с получением временного профиля подводной поверхности. Зная скорость судна в каждый отрезок времени, временная шкала заменяется на линейную. Снятые через равные расстояния с батиметрических профилей максимальные и минимальные отметки глубин переносятся на планшет промера. Последний выступает в качестве базы построения батиметрической карты с выбранным сечением изобат. При этом главная проблема заключается в интерполяции наблюденных глубин в пределах междугалсовых пространств. На батиметрической основе составляется геоморфологическая карта. Решение проблемы межгалсовой корреляции глубин а, следовательно, и геоморфологических границ, с применением ультразвуковой гидролокации бокового обзора (сонографии) резко упрощается. При малых межгалсовых расстояниях и относительно однородной отражающей способности экспонированных пород она снимается вообще, так как на сонограмме фикируются положение в плане и ориентировка этих границ. Эта особенность сонографии облегчает их прослеживание от галса к галсу и позволяет сопоставлять записи профиля с плановым изображением рельефа подводной поверхности. Примером этого служат сонограммы (Рис.4.5а) и соответствующие им профили (Рис. 4.5б) двух участков океанического дна, пересекаемых под углом (по линиям АВ и ВС) глубоководных долин-грабенов, сопровождаемых террасоподобными ступенями. Определение и выделение геоморфологических границ осуществляется на профиле. Затем они проецируются на расположенные строго по середине сонограмм линии галсов (АВС) и соотносятся на них с границами ареалов разной тональности. В результате этого, несмотря на частые изменения этой тональности вдоль выделенных границ, может быть создана геоморфологическая карта с с зафиксированными на ней элементами подводной поверхности (Рис.4.5в).

Метод непрерывного сейсмопрофилирования позволяет определять мощность осадков и рельеф погребенного под ними дочетвертичного рельефа на шельфе и коренного (базальтового) ложа океана. В основе метода лежит тот же способ возбуждения и приема акустических колебаний, что и в эхолотировании с генерацией низкочастотных сигналов. Возникающе при этом мощные низкочастотные колебания проникают под дно до глубин от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Так как на записях непрерывного сейсмопрофилирования представлены одновременно поверхность морского дна и акустико-геологический разрез, их можно считать «готовыми» геолого-геоморфологическими профилями, которые однако нуждаются в дальнейшем сопоставлении с данными по возрасту и составу рыхлых отложений и интерпретации погребенного рельефа. На Рис.4.6 четко выражен диссимметричный поперечный профиль погребенной под толщей более молодых, морских отложений речной долины с широким комплексом террас, выработанных в коренных, дочетвертичных, породах.

Сбор вещественного материала для определения возраста, гранулометрического, минерагического состава и других особенностей осадков осуществляется со дна и из толщи отложений. подводной поверхности.

Использование морской аэрофотосъемки ограничено глубинами прибрежных вод до первых десятков метров (до глубины видимости белого круга), погодными условиями и цветом слагающих подводную поверхность пород. При благоприятных условиях и цветовом разнообразии отложений она, в совокупности с другими исследованиями на абразионных участках в береговой зоне, позволяет закартировать породы разного вещественного состава и возраста, формы морфоскульптуры, выявить пликативные и разрывные дислокации. Наряду с аэрофотосъемкой к комплексу методов получения изображений рельефа дна относятся подводная фото- и киносъемка, а также подводное телевидение.

Основной объем информации о подледном рельефе в областях развития ледниковых покровов в настоящее время получен в результате радиолокационного профилирования, которое осуществляется в комплексе с аэромагнитной съемкой. Профилирование осуществляется по регулярной сети параллельных маршрутов. Для увязки их данных и расчета погрешности в высотной и плановой привязке выполняются секущие перпендикулярные им и диагональные маршруты. При радиолокационном профилировании используется локатор с несущей частотой 60МГц. Регистрация отраженного импульса производится на аналоговую 35-мм кинопленку. Профилирование осуществляется с «обтеканием» крупных форм поверхности ледникового покрова и использованием спутниковой навигационной системы. В настоящее время такими съемками покрыта вся территория Антарктиды. Но наиболее детально изучено гипсометрическое положение подледной поверхности района долины-грабена выводного ледника Ламберта (Рис.4.7.), на основании чего выделены основные геоморфологические границы – линии максимальных (гребневые) и минимальных (килевые) высот, выпуклые и вогнутые перегибы (Рис.4.8.).