авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Астрологический Прогноз на год: карьера, финансы, личная жизнь


ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Ю. Ф. книжников, в.и.кравцова, о.в.ТуТубалина

Аэрокосмические

методы геогрАфических

исследовАний

Учебник

Допущено

Министерством образования Российской Федерации

в качестве учебника для студентов высших учебных

заведений, обучающихся по направлению «География»

и специальностям «География» и «Картография»

2-е издание, переработанное и дополненное УДК 91:528.9(075.8) ББК 26.8:26.17я73 К533 Р е ц е н з е н т ы:

зав. кафедрой картографии Московского государственного университета геодезии и картографии д-р техн. наук, проф. Т. В. Верещака;

д-р геол.-минерал. наук, проф. Российского университета дружбы народов В. Д. Скарятин Книжников Ю. Ф.

К533 Аэрокосмические методы географических исследований :

учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / Ю. Ф. Книжников, В. И. Кравцова, О. В. Тутубалина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Издательский центр «Академия», 2011. — 416 с., [32] с. цв. ил.: ил.

ISBN 978-5-7695-6830- Второе издание учебника (1-е — 2004 г.) подготовлено в соответствии с программой курса по аэрокосмическим методам в рамках дисциплины «Методы географических исследований». Учебник переработан и допол нен с учетом кардинальных изменений в дистанционных методах иссле дований в первом десятилетии XXI в. В нем рассмотрены физические основы, технические средства и технологии получения аэрокосмических снимков, их информационные свойства и основные типы. Охарактери зованы методы получения географической информации по снимкам — их визуальное и компьютерное дешифрирование и фотограмметрическая обработка. Рассмотрены формирование и современное состояние миро вого фонда снимков в световом, тепловом инфракрасном и радиодиа пазоне, выполнена географическая оценка фонда снимков. Дан обзор аэрокосмических исследований Земли и планет.

Для студентов учреждений высшего профессионального образования, обучающихся по специальностям «География» и «Картография».

УДК 91:528.9(075.8) ББК 26.8:26.17я Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается © Книжников Ю. Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В., © Образовательно-издательский центр «Академия», ISBN 978-5-7695-6830-5 © Оформление. Издательский центр «Академия», Предисловие Географы в своих исследованиях используют помимо методов от­ раслевых географических наук и общегеографические методы — опи­ сательный, математический, картографический, аэрокосмический.

Под аэрокосмическими методами принято понимать совокупность методов исследований атмосферы, земной поверхности, океанов, верхнего слоя земной коры с воздушных и космических носителей путем дистанционной регистрации и последующего анализа идуще­ го от Земли электромагнитного излучения. Аэрокосмические методы обеспечивают определение точного географического положения изучаемых объектов или явлений, получение их качественных и ко­ личественных биогеофизических характеристик и их изменений во времени. В географических исследованиях главную роль играют методы, основанные на регистрации параметров излучения в виде двумерного изображения, снимка. Использование аэрокосмических снимков не только упрощает изучение труднодоступных территорий, но и обеспечивает географа дистанционной геопространственной информацией, которую другими способами получить не удается.

Снимки с самолетов — одиночные фотографии небольших участ­ ков местности — появились в начале XX в., перед Первой мировой войной. Сейчас аэрокосмические снимки можно получать днем и ночью, используя для этого не только световое, но и невидимое из­ лучение инфракрасного и радиодиапазона. Работают спутниковые системы разного назначения, выполняя глобальные съемки и пере­ давая в считанные дни и часы тысячи снимков.

Мировое космическое сообщество динамично развивается. Ожи­ дается, что уже в первые десятилетия XXI в. мировая группировка превысит тысячу космических аппаратов, среди которых число спут­ ников, предназначенных для аэрокосмического зондирования Земли, приблизится к 20 %. Возрастающей популярности аэрокосмических снимков способствует появление в Интернете поисковой системы Google Earth (http:maps. google. com).

В результате обработки первичных аэрокосмических снимков с широким применением компьютерных технологий создаются разно­ образные геоинформационные продукты — топографические и тема­ тические карты, фотокарты, цифровые модели местности и др. Важное значение придается аэрокосмической видеоинформации при создании национальной инфраструктуры пространственных данных.

Аэрокосмический снимок — это прежде всего информационная модель изучаемого объекта или явления. Снимки, имеющие десятки разновидностей, несут разнообразную информацию о географиче­ ских объектах, о их взаимосвязях и пространственном распределе­ нии, состоянии, изменении во времени. Для результативного ис­ пользования аэрокосмических снимков исследователь должен знать их свойства и владеть специальными способами и приемами эффек­ тивного извлечения из снимков необходимой информации. Знание информационных особенностей снимков, правильный выбор ком­ пьютерных программ для их обработки — залог успешного получения требуемой географической информации аэрокосмическими метода­ ми. Необходимые теоретические знания и практические навыки в данной области будущий географ получает при изучении соответ­ ствующего учебного курса.



В современном облике аэрокосмического зондирования как само­ стоятельной дисциплины отчетливо проявляются следующие тенден­ ции его поступательного развития.

• Космические снимки, оперативно размещаемые в Интернете, становятся наиболее востребованной видеоинформацией о местности как для специалистов­профессионалов, так и для широких слоев населения.

• Разрешение и метрические свойства космических снимков от­ крытого доступа быстро повышаются. Получают распространение орбитальные снимки сверхвысокого разрешения — метрового и даже дециметрового, которые успешно конкурируют с аэроснимками.

• Аналоговые фотографические снимки и традиционные техно­ логии их обработки утрачивают свое прежнее монопольное значение.

Основным обрабатывающим прибором для исполнителя стал ком­ пьютер, оснащенный специализированным программным обеспече­ нием и периферией.

• Прогрессивное развитие всепогодной радиолокации превращает ее в мощный метод получения метрически точной пространственной геоинформации, который начинает эффективно комплексироваться с оптическими технологиями аэрокосмического зондирования.

• Быстро формируется рынок разнообразной продукции аэро­ космического зондирования Земли. Число зарубежных коммерческих космических аппаратов, функционирующих на орбитах, неуклонно увеличивается, а получаемые ими снимки активно распространяют­ ся в России.

Высшее эколого­географическое образование также характеризу­ ется нововведениями, важнейшие из которых следующие.

• Переход к новому Государственному стандарту, предусматри­ вающему двухуровенную форму обучения.

• Основой образовательного процесса в высшей школе становит­ ся компетентностный подход.

• Вводится модульный принцип построения учебных дисциплин, вариативный выбор их необходимого набора, а также разделов по каждой дисциплине.

При подготовке второго издания учебника авторы стремились учесть произошедшие изменения и возникшие новые требования.

Учебник нацелен на профессиональное формирование будущего специалиста, компетентного в области эффективного применения современных аэрокосмических методов в практике географических исследований, способного оценить достоверность получаемой по снимкам пространственной геоинформации.

В отличие от первого издания второе издание учебника включает не пять, а семь глав.

Первая глава — вводная. В ней изложены основные концепции и сложившийся понятийно­терминологический аппарат дисциплины.

Приведена принципиальная схема аэрокосмических исследований в географии, подчеркивающая главенствующую роль снимка — основ­ ного источника информации.

Вторая глава содержит минимально необходимые для географа сведения об основных способах современного получения аэрокос­ мических снимков.

Сравнительно небольшая третья глава по замыслу должна стать центральной в учебнике. В ней изложены информационные свойства аэрокосмических снимков, охарактеризованы основные типы сним­ ков и их особенности.

В четвертой главе рассмотрены важнейшие методы получения географической информации по снимкам — дешифрирование и фотограмметрические измерения, которые обычно нацелены на по­ лучение конечного результата в картографическом виде.

Пятая глава характеризует накопленный мировым сообществом фонд аэрокосмических снимков, отражая во многом историю раз­ вития космических методов.

Шестая глава посвящена аэрокосмическим исследованиям гео­ графических оболочек Земли. Здесь освещен весь спектр практиче­ ского применения аэрокосмических методов и рассказано о полу­ ченных важнейших результатах космической географии.

Завершающая, седьмая, глава учебника раскрывает выдающуюся роль дистанционных методов в познании человеком Солнечной си­ стемы.

При постановке конкретных учебных курсов и разработке инди­ видуальных учебных программ преподаватель может дифференци­ рованно рекомендовать для изучения отдельные теоретические раз­ делы (модули) учебника в зависимости от уровня подготовки и на­ правления будущей профессиональной деятельности обучающихся.

Например, бакалавру­географу рекомендуется освоение материала глав 1, 3, 5 и отдельных разделов главы 6, а магистранту­картографу — полный набор материала, включая главы 4 и 7.

Учебник подготовлен по линии научно­методического Межуни­ верситетского аэрокосмического центра, организованного в Москов­ ском государственном университете им. М. В. Ломоносова в 1978 г.

на базе лаборатории аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики географического факультета. Работа над учебни­ ком велась авторами коллективно, но разделы о физических основах и получении снимков подготовлены в окончательном варианте Ю. Ф. Книжниковым, о свойствах цифровых снимков и их компью­ терной обработке — О. В. Тутубалиной, о мировом фонде снимков и их географическом применении — В. И. Кравцовой.

Авторы признательны коллективу научно­исследовательской ла­ боратории аэрокосмических методов Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, успешно развивающему универ­ ситетское научное направление — аэрокосмическое зондирование, которое послужило методологической основой учебника. Особую благодарность авторы выражают профессору А. М. Берлянту, который почти 20 лет возглавлял кафедру картографии и геоинформатики Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, за постоянную поддержку, а также рецензентам — профессору Мо­ сковского государственного университета геодезии и картографии Т. В. Верещаке и профессору Российского университета дружбы на­ родов В. Д. Скарятину за конструктивные замечания.

Гл а в а АЭроКосМиЧесКие МеТодЫ ГеоГрАФиЧесКиХ исследовАНиЙ.

осНовНЫе ПриНциПЫ и ПоНЯТиЯ При изучении географической оболочки или ее компонентов с помощью аэрокосмических методов географ черпает информацию о них из снимков, которые получают с помощью съемочной аппара­ туры, удаленной от изучаемого объекта на расстояние от сотен метров до тысяч километров. Эта особенность аэрокосмических методов позволяет отнести их к дистанционным.

Дистанционные методы применяются в географических исследо­ ваниях очень давно. Правда, вначале использовались рисованные снимки, которые фиксировали пространственное расположение изучаемых объектов (рис. 1.1). С изобретением фотографии возник­ ла наземная фототеодолитная съемка, при которой по перспектив ным фотоснимкам составляли карты горных районов. Развитие авиации обеспечило получение аэрофотоснимков с изображением местности сверху, в плане. Это вооружило науки о Земле мощным средством исследований — аэрометодами. Космические снимки предоставляют информацию для решения географических проблем регионального и глобального уровней.

История развития аэрокосмических методов свидетельствует о том, что новые достижения науки и техники сразу же используются для совершенствования технологий получения снимков. Так произо­ шло в середине XX в., когда такие новшества, как компьютеры, космические аппараты, оптико­ и радиоэлектронные съемочные системы, совершили революционные технологические преобразова­ ния в традиционных аэрофотометодах. Это нашло отражение в по­ явлении и широком распространении обобщающего англоязычного термина remote sensing, который не очень точно переводится как дистанционные методы, или дистанционное зондирование.

дистанционные и аэрокосмические методы исследований.

Дистанционные методы понимают как любое изучение объекта, осуществляемое на расстоянии, без непосредственного с ним кон­ такта. Например, методы исследования морского дна с применением акустического гидролокатора относятся к дистанционным. При аэро­ космических методах исследования информация об удаленном объ­ екте (местности) передается с помощью электромагнитного излуче­ ния, которое характеризуется такими параметрами, как интенсив ность, спектральный состав, поляризация и направление рас пространения. Зарегистрированные физические параметры излучения, функционально зависящие от биогеофизических харак­ теристик, свойств, состояния и пространственного положения объ­ екта исследования, позволяют изучать его косвенно. В этом заклю­ чается сущность аэрокосмических методов.

Электромагнитное излучение разных спектральных диапазонов содержит взаимодополняющую информацию об объектах и явлени­ ях на земной поверхности. Одновременная регистрация излучения в нескольких спектральных зонах (многозональный принцип) по­ зволяет получить наиболее разностороннюю характеристику мест­ ности.

В зависимости от устройства используемой аппаратуры регистри­ руется излучение в отдельных точках земной поверхности, вдоль трассы или на определенной площади. Во всех случаях фиксирует­ ся излучение от элементарных площадок объекта, конечные размеры которых (пространственное разрешение на местности) зависят от совершенства регистрирующей аппаратуры, а также от расстояния до них.





Особенность аэрокосмических методов состоит в том, что между изучаемой местностью и регистрирующей аппаратурой всегда на­ ходится слой в общем непрозрачной атмосферы, поэтому вести ис­ следования можно только в отдельных зонах спектра электромагнит­ ных волн, получивших название окна прозрачности. Серьезной помехой является также облачность.

Ведущее место в аэрокосмических методах занимает изучение объекта по снимкам, поэтому главная задача заключается в целена­ правленном получении и обработке снимков. Аэрокосмические съемки выполняются с помощью специальной съемочной аппарату­ ры, чаще всего — фотографической, оптико-электронной и радио электронной, которую иногда объединяют общим названием сенсо ры (от англ. sensor — чувствительный элемент). Съемочная аппара­ тура, позволяющая одновременно получать снимки в нескольких спектральных зонах, называется многозональной, в десятках и сотнях очень узких спектральных зон — гиперспектральной, а при различ­ Рис. 1.1. Снимки на разных исторических этапах развития дистанционных методов исследований:

а — рисованный снимок наступающего эльбрусского ледника Большой Азау (1849);

б — фототеодолитный снимок (1981) ледниковой долины в период отступания ледника Большой Азау;

в — плановый аэрофотоснимок языка ледника Большой Азау (1957);

г — космический снимок юго­западного участка оледенения Эльбруса со спутника Cartosat (2006) ной поляризации излучения — многополяризационной (многопо ляриметрической).

Принцип множественности аэрокосмических исследований предусматривает использование не одного снимка, а их серий, раз­ личающихся по масштабу, обзорности и разрешению, ракурсу и времени съемки, спектральному диапазону и поляризации регистри­ руемого излучения. Благодаря этому обеспечивается наиболее раз­ ностороннее и глубокое исследование изучаемого объекта или явле­ ния.

Аэрокосмическое зондирование как научная дисциплина. За­ родившись как практический метод исследований, это междисци­ плинарное направление постепенно становится самостоятельной научной дисциплиной. В современном содержании дисциплины вы­ деляются два взаимосвязанных раздела: естественно­научный (аэро­ космические исследования), акцентирующий внимание на объекте исследования, его познании, и инженерно­технический (аэрокосми­ ческие методы), который охватывает технические средства и техно­ логию исследований. Аэрокосмическое зондирование как естест­ венно­научная дисциплина изучает пространственно­временне свойства и отношения географических объектов, проявляющиеся прямо или косвенно в вариациях собственного или отраженного из­ лучения. Метод этой научной дисциплины основан на использовании снимков — яркостных моделей местности.

Аэрокосмический снимок — наиболее универсальная форма ре­ гистрации излучения, несущего геоинформацию об исследуемых объектах, обеспечивает наибольшее число решаемых географических задач. Такому использованию снимков большое значение придают ведущие географы, видя в нем залог комплексности географических исследований.

Аэрокосмическое зондирование базируется на двух основных группах снимков: получаемых с самолетов — воздушных (аэросним­ ков) и со спутников — космических (орбитальных). Хотя принципи­ альных различий у этих снимков нет, космические снимки наиболее соответствуют размерности географических объектов и распростра­ ненным масштабам географических исследований.

Рис. 1.2. Взаимодействие географических наук с аэрокосмическим зондированием Во взаимодействии аэрокосмического зондирования с науками о Земле наблюдается определенная двойственность. С одной стороны, аэрокосмические методы можно отнести к какой­либо конкретной науке, использующей их для исследования своего предмета. Поэтому вполне правомерно появление таких разделов наук, как спутниковая метеорология, аэрофототопография, космическая океанология и др.

С другой стороны, теоретическое обобщение конкретных приложе­ ний способствует становлению аэрокосмического зондирования как самостоятельной дисциплины, которая имеет практическое прило­ жение в сферах других наук.

На рис. 1.2 приведена схема взаимодействия частных географиче­ ских наук с аэрокосмическим зондированием. Перекрывающиеся области, на которые могут претендовать обе стороны, а также кос­ мические исследования географической оболочки Земли в целом соответствуют космической географии. На схеме они имеют одина­ ковый размер. В действительности использование аэрокосмических снимков в разных разделах географии неодинаково. Это связано с наличием специалистов, работающих на стыке двух наук и прила­ гающих усилия для расширения и углубления сферы взаимодействия.

Здесь наиболее эффективны совместные действия географа, владею­ щего аэрокосмическими методами, и специалиста по аэрокосмиче­ ским методам, имеющего необходимую географическую подготовку.

Перспективна интеграция аэрокосмического и картографического методов в единый картографо-аэрокосмический метод исследова­ ний, действующий как по последовательной схеме, когда путь к знаниям лежит через снимок и далее через карту, так и по параллель­ ной схеме, в которой для познания объекта используются одновре­ менно и снимок, и карта.

Космические системы изучения природных ресурсов и мони торинга окружающей среды. Космические методы базируются на длительной работе спутниковых систем, которые включают сложную инфраструктуру, обеспечивающую функционирование космических аппаратов на орбите (центры управления полетом и съемкой), прием информации (наземные пункты приема, спутники­ретрансляторы), ее хранение и распространение (архивы снимков). Обработку по­ лучаемой с помощью спутников видеоинформации принято разделять на предварительную (межотраслевую) и тематическую (отрасле­ вую). При предварительной обработке материалы съемок приводят­ ся к виду, наиболее пригодному для анализа и интерпретации от­ раслевыми потребителями в процессе последующей тематической обработки.

В 60­х годах ХХ в. в числе первых наряду с обзорными метеоро­ логическими системами были созданы космические съемочные си­ стемы детальной фоторазведки военных ведомств США (спутники­ съемщики с аппаратурой KeyHole — «замочная скважина») и СССР (спутники­съемщики Зенит). Затем начали функционировать косми­ ческие съемочные системы, поставляющие пространственную гео­ информацию широкому кругу гражданских потребителей, изучающих недра и морские акватории, оценивающих земельные, лесные и водные ресурсы, составляющих карты. Появились специализированные на­ циональные космические системы природно­ресурсного направления первого поколения, среди которых наиболее известны системы: Ре сурс (СССР), Landsat (США) и французская система SPOT (Satellite Pour l’Observation de la Terre). Почти за полвека регулярно запускае­ мые спутники каждой из этих систем многократно покрыли съемка­ ми всю нашу планету, дав десятки миллионов снимков, образовавших их глобальный фонд. Архивные космические снимки на различные регионы в открытом доступе можно найти на сайтах сети Интернет, на региональных и национальных геопорталах. Существуют специ­ ализированные сайты — галереи космических снимков — фирм, занимающихся коммерческим распространением снимков.

В первое десятилетие XXI в. благодаря эффективной интеграции достижений в области аэрокосмических съемок, компьютерных тех­ нологий и телекоммуникационных сетей удалось осуществить про­ стой доступ к разномасштабным и разновременным космическим снимкам, представленным в Интернете, и к созданной по ним единой модели Земли. Беспрецедентная по массовости востребованность у широких слоев населения наглядной снимковой формы географиче­ ской информации о различных регионах нашей планеты заставила специалистов говорить о появлении нового вида территориальной информации, которую можно назвать неогеографической. Некоторые активные сторонники новаций даже утверждают, что зарождаются особые науки — неогеография и неокартография, которые способны принципиально изменить наши общие представления об окружаю­ щем мире. Несомненным лидером здесь признаются Google Earth/ Maps. Сенсационная популярность Google Earth заставляет многие крупные компании начать активную разработку аналогичных про­ ектов.

Отечественная космическая система Ресурс, функционирую­ щая с середины 70­х гг. ХХ в., создавалась как общегосударственная, постоянно действующая система для изучения природных ресурсов и контроля окружающей среды, обеспечивавшая прежде получение геоинформации двух видов — базовой (фотографической) и опера­ тивной (передаваемой по радиоканалам). В систему входили автома­ тические космические аппараты фотографической съемки Ресурс-Ф и оперативного наблюдения за сушей Ресурс-О (рис. 1.3). Спутники Ресурс-Ф были рассчитаны на детальную фотосъемку местности с высоты 200 — 300 км в течение нескольких недель с возвращением на Землю спускаемого аппарата с отснятой фотопленкой. Спутники оперативного наблюдения Ресурс-О, на которых установлены оптико­электронные съемочные системы, работая в течение несколь­ ких лет на орбитах высотой 600 — 900 км, регулярно передавали ви­ Рис. 1.3. Космические аппараты первого поколения Ресурс-Ф (а), Ресурс-О (б):

1 — корректирующая двигательная установка;

2 — спускаемый аппарат;

3 — приборный отсек;

4 — фотоаппаратура;

5 — система ориентации;

6 — многозональный сканер среднего разрешения МСУ­СК;

7 — солнечные батареи;

8 — многозональный сканер высокого разрешения МСУ­Э деоинформацию не столь высокой детальности по радиоканалам на наземные пункты приема (рис. 1.4, 1.5). Подсистема Ресурс-Ф функ­ ционировала четверть века. За это время запущено более 100 фото­ графических спутников, с помощью которых получены детальные снимки всей территории России и отдельных районов на различных континентах, включая Антарктиду. Со временем детальность косми­ ческих снимков, поставляемых оптико­электронными съемочными системами, повысилась, и необходимость в фотографических спут­ никах отпала.

В соответствии с Федеральной космической программой России на 2006 — 2015 гг., которая финансируется из федерального бюджета, помимо начавших работать отечественных спутников Ресурс-ДК (рис. 1.6) и Метеор­М № 1 планируется запустить серию метеорологи­ Спутник назван в честь выдающегося конструктора космических аппаратов Д. И. Козлова (1919 – 2009).

Рис. 1.4. Антенна наземного пункта приема видеоинформации ческих спутников и геостационар Элект ро-Л, а также новые ресурсные спутники Ресурс-П и Канопус-В. В эти годы пред­ полагается также запуск и радиолокаци­ онных спутников.

Американская космическая систе ма Landsat начала функционировать в 1972 г., ее эксплуатация предусматривала поочередный вывод на орбиту высотой 900 (700) км серии спутников с расчет­ ным сроком функционирования несколь­ ко лет (рис. 1.7). За 16 дней спутник мо­ жет покрыть многозональной съемкой всю поверхность Земли. Цифровая ин­ формация со спутников по радиоканалам передается на наземные пункты приема. Служба распространения архивированных снимков через сеть Интернет делает их доступными потребителям разных стран.

Рис. 1.5. Наземные пункты приема космической видеоинформации Ин­ женерно­технологического центра «СканЭкс». Окружностями отмечены зоны радиовидимости основных коммерческих станций Рис. 1.6. Космический аппарат Ресурс-ДК и оптико­электронная съемоч­ ная система Геотон:

1 — многозональный сканер Геотон;

2 — контейнер с научной аппаратурой для регистрации предвестников землетрясений и изучения потока античастиц;

3 — антенна высокоскоростной радиолинии;

4 — инфракрасный построитель местной вертикали;

5 — двигательная установка;

6 — линзовый объектив Актиний с фокусным расстоянием f = 4 м;

7 — система преобразования оптического изображения земной поверхности в цифровой электрический сигнал Снимки со спутников Landsat, накопленные за более чем 30­лет­ ний период функционирования системы и хорошо отображающие природно­территориальные комплексы, применяются во многих странах мира для геологических, географических, экологических исследований и тематического картографирования.

Рис. 1.7. Спутник Landsat-7:

1 — антенны для передачи радиосигнала;

2 — калибровочное устройство;

3 — многозональный сканер ЕТМ+ Рис. 1.8. Космическая съемка земной поверхности cо спутника SPOT:

а — в надир;

б — с отклонением направления съемки Французская космическая система SPOT начала работать в 1986 г. Съемка с первых четырех спутников выполняется с высоты 800 км двумя оптико­электронными сканерами в надир или в сторо­ ну от трассы полета спутника, что позволяет более часто производить повторную съемку (рис. 1.8). Информация, передаваемая по радио­ каналам, принимается двумя основными (во Франции и в Швеции) и многими региональными станциями приема. Снимки имеют от­ носительно высокое разрешение — на них можно распознать от­ дельные городские здания. Они нацелены на создание разнообразных карт, а пятый спутник с повышенным разрешением снимков и вы­ полнением стереосъемки уже позволяет решать топографические задачи.

Опыт эксплуатации космических систем первого поколения под­ тверждает, что съемки с орбитальных высот оказались весьма эффек­ тивными как для изучения Земли, так и для решения народно­ хозяйственных задач. Космическую съемку отличают большая обзор­ ность, возможность охвата труднодоступных территорий, оперативность получения информации. В то же время стало ясно, что рассчитывать на всемогущество космических методов было бы ошибкой;

необхо­ димо рациональное сочетание их с другими методами исследова­ ний.

Космические системы нового поколения. Перспективы. Кос­ мические технологии развиваются быстро: совершенствуются спут­ ники, съемочная аппаратура, технологии съемки и обработки сним­ ков. Каждый новый спутник поставляет снимки более совершенные, чем предыдущий.

Число стран, развивающих национальные космические програм­ мы, неуклонно увеличивается. Как уже отмечалось, начало было по­ ложено в 1957 г. в СССР и США, а затем Франция запустила свой первый спутник для исследования ветров. В Западной Европе в 1973 г.

было создано Европейское космическое агентство (ЕКА). Уверен­ но вошли в мировое космическое сообщество страны Азиатско­ Тихоокеанского региона — Япония и Китай, запустившие спутники в 1970 г., Индия в 1980 г., Израиль в 1988 г. Число стран, имеющих свои спутники, непрерывно увеличивается.

Во всем мире наблюдается тенденция создания спутников­съем­ щиков двойного назначения — военного и гражданского, обеспечи­ вающих потребности как национальной безопасности, так и социаль­ но­экономического развития страны. Важное направление их со­ вершенствования — повышение разрешения космических снимков.

Недавно стояла задача получения снимков с субметровым разреше­ нием, а сейчас стремятся к съемкам дециметрового разрешения со спутника, летящего на высоте в несколько сотен километров.

Таким образом, современные космические снимки по детальности близки к традиционным аэрофотоснимкам, получаемым при высоте полета самолета лишь в несколько километров. Освоение высокого разрешения расширило практическое применение космических стереоскопических снимков. Точность определения высотных от­ меток точек земной поверхности, получаемых с помощью таких снимков, оказалась достаточной для создания ортоизображений и цифровых моделей рельефа.

Однако фотографические и оптико­электронные съемочные си­ стемы, работающие в оптическом диапазоне электромагнитного спектра, не обеспечивают получение снимков земной поверхности при облачном покрове. Здесь на помощь приходит всепогодная ра­ диолокационная съемка. Сейчас на космических орбитах функцио­ нируют радиолокационные спутники различных стран, которые могут поставлять снимки метрового разрешения днем и ночью, при ясной погоде и при сплошной облачности. Новые возможности от­ крывает также радиолокационная съемка тандемом — двумя спут­ никами. Интерферометрическая пара получаемых таким способом радиолокационных снимков позволяет определять не только плано­ вое положение объектов и их высоты, но и смещения земной поверх­ ности.

Космические системы нового поколения можно разделить на системы, выполняющие съемки для исследования и мониторинга Земли в целом, и специальные — для удовлетворения практических запросов. Примером системы первого типа может служить разрабо­ танная по инициативе NASA (National Aeronautics and Space Admini­ stration — Управление США по аэронавтике и исследованию косми­ ческого пространства) в международной кооперации космическая система глобального мониторинга EOS (Earth Observing System — си­ стема наблюдения Земли), которая функционирует в первые де­ сятилетия XXI в. Она предназначена для комплексного планетар­ ного дистанционного изучения Земли как единой системы. Кос­ мическая система EOS должна обеспечить науки о Земле гло ­ бальной многосенсорной информацией о всех сторонах жизни планеты — от химического состава атмосферы до движения волн цунами в океане.

Примером специализированной космической системы агрохозяй­ ственного назначения может служить коммерческая система Rapid Eye (Германия), включающая пять идентичных спутников, которые запущены в 2008 г. с определенным временнм интервалом на одну орбиту. Каждый спутник оснащен сканером с оптико­электронной съемочной системой, выполняющей многозональную съемку с про­ странственным разрешением 5 — 6 м полосы местности 78 км, при работе всех спутников число таких полос увеличивается, а за 5 дней обеспечивается покрытие съемкой Европы и Северной Америки.

В этой системе спектральные диапазоны, разрешение снимков и частота съемки установлены оптимальными для решения задач сель­ скохозяйственного и лесного мониторинга в интересах современно­ го бизнеса и управления.

Для нужд отечественной картографии разработан проект преци­ зионной космической съемочной системы «Ковчег», рассчитанной на создание геометрически точных геоинформационных продуктов, в частности топографических и навигационных карт масштаба 1 : 10 000 и мельче. Будущая картографическая система — четырех­ спутниковая. Один спутник будет поставлять метрически точные стереоскопические снимки, предназначенные для изготовления цифровых моделей рельефа;

другой — сверхдетальные моноскопи­ ческие снимки для получения содержательной информации, а два одинаковых спутника, работающие в тандеме, должны поставлять интерферометрические пары радиолокационных снимков для кар­ тографирования северных территорий страны, которые характери­ зуются плохими метеорологическими условиями для съемки.

Предварительная обработка и хранение космической видео информации. В последние десятилетия основной поток видеоин­ формации с космических орбит стал поступать от оптико­электронных сканеров и радиолокаторов. Видеоинформацию со спутников реги­ стрируют наземные станции приема, которых в мире насчитывается несколько сотен. Станции приема не только обеспечивают получение цифровой информации от спутника­съемщика, но и обязательно выполняют ее предварительную обработку с помощью специально­ го фирменного программного обеспечения. Уровень и глубина предварительной обработки зависят от конструкции спутника, его съемочной аппаратуры и ряда других технических факторов, а также от коммерческой политики фирмы, эксплуатирующей спутник. В на­ стоящее время виды предварительной обработки весьма многочис­ ленны и разнообразны и, к сожалению, пока не унифицированы.

Для обобщенного представления можно принять следующие три условные группы уровней предварительной обработки космической видеоинформации.

Уровни первоначальной обработки. Обычно поступающая от спутника исходная информация содержит как изображение земной поверхности, так и служебную вспомогательную информацию о движении и ориентации космического аппарата, режимах работы съемочной аппаратуры и т. д. Вначале требуется разделить эти виды информации, а также устранить помехи и сбои, вызванные передачей информации по радиоканалу, несовершенством съемочной аппара­ туры и другими причинами.

Уровни средней обработки. Производится радиометрическая и геометрическая коррекция видеоинформации, в результате которой получают так называемый «сырой» цифровой снимок: в определен­ ном формате, в единицах яркости в условной шкале, без приведения в картографическую проекцию.

Уровни высокой обработки предусматривают улучшение изо­ бразительных и геометрических свойств «сырых» снимков на основе известных параметров съемочной аппаратуры и орбитальной инфор­ мации. Производятся геометрические преобразования, в частности трансформирование перспективных снимков и их географическая привязка — приведение в определенную картографическую проек­ цию. Могут выполняться также радиометрические преобразования, например пересчет значений яркости из условных величин в энер­ гетические единицы.

Видеоинформация, прошедшая предварительную обработку, ар­ хивируется и сопровождается каталогом метаданных для каждого снимка (сцены), а также его уменьшенной копией — квиклуком (от англ. quick look — быстрый просмотр). В соответствии с геогра­ фическим положением каждому космическому снимку отводится определенное место в специально разработанной системе привяз ки. Например, для снимков со спутников Landsat такая система организована на основе сетки, образованной трассами полета спут­ ника и параллелями, пересечение которых совпадает с центрами снимков. Такая и подобные системы привязки позволяют потреби­ телю быстро найти и заказать нужный снимок, предварительно оценив его качество по квиклуку. Для успешного выполнения по­ следующей тематической обработки космических снимков, для которой обычно привлекают наземную информацию, желательно располагать необходимым набором метаданных — служебной ин­ формацией о снимке.

Космическая разведка. Военными ведомствами многих косми­ ческих держав выполнялась и выполняется космическая разведка.

Для дешифрирования в этой области требуются снимки различного пространственного разрешения (табл. 1.1).

Т а б л и ц а 1. возможности дешифрирования некоторых объектов при различном пространственном разрешении снимков, м Детальное Выявление Объекты Обнаружение опознавание характеристик Железнодорожные 30 6 1, узлы Мосты 6 2 1, Автомашины 1,5 0,3 0, Аэродромы 6 2 0, Самолеты 5 1 0, Порты 30 6 Корабли 8 0,6 0, Минные поля 6 1 0, Ракетные установки 1 0,15 0, С помощью видовой разведывательной аппаратуры (фотографи­ ческой, оптико­электронной, радиолокационной) получают косми­ ческие снимки небольшого охвата, но очень высокого (метрового и даже дециметрового) пространственного разрешения, в узких (не­ сколько нанометров) спектральных съемочных зонах, способные точно зарегистрировать температуру и другие свойства не только природных, но и техногенных объектов. Во всех странах такая ви­ деоинформация, получаемая в целях военной, а также бизнес­ разведки (поставка сырья, отгрузка продукции и т. д.), обычно недо­ ступна широкому потребителю. Однако по прошествии определен­ ного времени (иногда достаточно продолжительного) результаты разведывательных космических съемок поступают гражданским по­ требителям как конверсионные.

Для географических исследований это ценный фактический ма­ териал для ретроспективного анализа — необходимого элемента прогнозирования. Другая задача военной разведки — предупреждение о ракетном ударе — решается путем организации непрерывного гло­ бального мониторинга ракетоопасных районов с помощью системы спутников — геостационаров, оснащенных аппаратурой, регистри­ рующей тепловое излучение. Помимо решения основной задачи — обнаружения пуска ракет — инфракрасная аппаратура позволяет получать полезную информацию и в гражданской области — о лесных пожарах, авариях на нефте­ и газопроводах и даже о метеорах, вле­ Рис. 1.9. Принципиальная схема аэрокосмических исследований, пока­ зывающая основные технологические этапы и конечную цель тающих в атмосферу Земли и обычно быстро сгорающих на высоте 20 — 30 км.

Принципиальная технологическая схема географических ис следований с использованием аэрокосмических снимков. Не­ смотря на различие в снимках, способах и приемах их обработки, аэрокосмические методы позволяют решать в физической и эконо­ мической географии такие общие задачи, как инвентаризация раз­ личного рода территориальных систем, оценка их состояния и воз­ можностей использования, изучение динамики, географическое прогнозирование. Аэрокосмические снимки полезны при различных видах районирования территории.

На рис. 1.9 в обобщенном виде представлена принципиальная схема выполнения аэрокосмических географических исследований.

Необходимым элементом исследований по снимкам является оценка достоверности и точности полученных результатов. Для этого при­ ходится привлекать другую информацию или выполнять повторную обработку иными методами, что требует дополнительных затрат.

Объект исследований. На схеме обозначение «объект» относит­ ся как к объекту съемки — участку территории, местности, так и к объекту изучения, исследования — определенным типам поверхно­ сти, явлениям на местности или протекающим на ней процессам.

С точки зрения аэрокосмических методов объект изучения целесо­ образно рассматривать как пространственно­временню категорию иерархического строения: мелкие объекты включены в более круп­ ные, кратковременные процессы — в долговременные. Важнейшая характеристика объектов съемки, освещенность которых законо­ мерно меняется в течение дня, — их отражательно­излучательная способность. Аэрокосмические методы позволяют прямо или кос­ венно получать только ту географическую информацию о местности, которая заложена в особенностях излучения, идущего от объекта съемки.

Аэрокосмические снимки — основной результат аэрокосмических съемок, для выполнения которых используют разнообразные авиа­ Рис. 1.10. Различные виды носителей съемочной аппаратуры. Рисунок иллю­ стрирует также многоярусный принцип исследования Земли, предусматри­ вающий космические, авиационные и наземные (надводные) наблюдения ционные и космические носители (рис. 1.10). Аэрокосмические съемки делят на пассивные, которые предусматривают регистрацию отраженного солнечного или собственного излучения Земли, и ак тивные, при которых выполняют регистрацию отраженного искус­ ственного излучения.

Аэрокосмический снимок — это двумерное изображение реальных объектов, которое получено по определенным геометрическим и радиометрическим (фотометрическим) законам путем дистанцион­ ной регистрации яркости объектов и предназначено для исследования видимых и скрытых объектов, явлений и процессов окружающего мира, а также для определения их пространственного положения.

Однако здесь надо отметить, что пока еще не удается заранее досто­ верно ответить на вопросы что и как изобразится на будущем сним­ ке, хотя ясно, что ответ на эти вопросы зависит от конструктивных особенностей съемочной системы, параметров использованного из­ лучения и биогеофизических свойств снимаемого объекта.

Диапазон масштабов современных аэрокосмических снимков огромен: он может меняться от 1 : 1 000 до 1 : 100 000 000, т. е. в сто тысяч раз. При этом наиболее распространенные масштабы аэрофотосним­ ков лежат в пределах 1 : 10 000—1 : 50 000, а космических — 1 : 200 000 — 1 : 10 000 000. Все аэрокосмические снимки принято делить на ана логовые (обычно фотографические) и цифровые (электронные).

Изображение цифровых снимков образовано из отдельных одина­ ковых элементов — пикселов (от англ. picture element — рixel);

яркость каждого пиксела характеризуется одним числом. Аэрокос­ мический снимок состоит из миллионов пикселов. При выполнении практических работ приходится отличать исходные (первичные) снимки, которые получены непосредственно в результате съемки, от их копий и преобразованных снимков, поступающих к потреби­ телям. Так, аналоговые снимки можно преобразовать в цифровые и наоборот. Наиболее распространено цифрование с помощью специального высокоточного сканера оригинальных негативов аэро­ фотографической съемки, предназначенных для компьютерной об­ работки.

Аэрокосмические снимки как информационные модели местности характеризуются рядом свойств, среди которых выделяют изобрази­ тельные, радиометрические (фотометрические) и геометрические.

Изобразительные свойства характеризуют способность снимков воспроизводить мелкие детали, цвета и тоновые градации объектов;

радиометрические свидетельствуют о точности количественной регистрации снимком яркостей объектов;

геометрические характе­ ризуют возможность определения по снимкам размеров, длин и площадей объектов и их взаимного положения.

Свойства снимков, получаемых в разных диапазонах и различной съемочной аппаратурой, существенно различаются. Кадровые сним­ ки, отличающиеся наивысшей геометрической точностью, наиболее пригодны для точных измерений. Снимки, получаемые оптико­ электронными съемочными системами, могут регистрировать боль­ ше энергетических уровней излучения, чем фотографические, и обладают наиболее высокой радиометрической точностью. Радио­ локационные снимки можно получать в любую погоду, даже когда земная поверхность закрыта сплошным облачным покровом.

Важными показателями снимка служат охват и разрешение. Обыч­ но для географических исследований требуются снимки большого охвата и высокого разрешения. Однако удовлетворить эти противо­ речивые требования в одном снимке не удается. Обычно чем больше охват получаемых снимков, тем ниже их разрешение. Поэтому при разработке съемочной аппаратуры приходится идти на компромисс­ ные решения либо выполнять одновременно съемку несколькими системами с различными параметрами.

Методы получения геоинформации по снимкам. Необходимая для географических исследований информация (предметно­содержа­ тельная и геометрическая) извлекается из снимков двумя основными методами — это дешифрирование и фотограмметрические измере­ ния1.

Дешифрирование должно дать ответ на основной вопрос — что изображено на снимке? Оно позволяет получать предметную, тема­ тическую (в основном качественную) информацию об изучаемом объекте или процессе, его связях с окружающими объектами. В ви­ зуальном дешифрировании обычно выделяют чтение снимков и их интерпретацию (толкование). Умение читать снимки базируется на знании дешифровочных признаков объектов и изобразительных свойств снимков. Глубина же интерпретационного дешифрирования существенно зависит от уровня географической подготовки испол­ нителя. Чем лучше знает дешифровщик предмет своего исследова­ ния, тем полнее и достовернее информация, извлекаемая из сним­ ка.

Фотограмметрическая обработка (измерения) призвана дать ответ на вопрос — где находится изучаемый объект и каковы его геометрические характеристики: размер, форма? Она позволяет определять по снимкам плановое и пространственное положение объектов и их изменение во времени.

Для обработки аэрокосмических снимков на персональных ком­ пьютерах можно использовать коммерческое программное обеспе­ чение общего назначения, такое, как Adobe Photoshop, Corel PHOTO­ PAINT и др. Однако значительно большие возможности предостав­ ляют профессиональные программные продукты, среди которых в России наиболее известны ERDAS Imagine, Er Mapper, ENVI. Кроме того, на отечественном рынке геоинформационных услуг представ­ лены пакеты специализированных программ, предназначенных для решения узких задач, например, топографического картографирова­ ния на цифровых фотограмметрических системах PHOTOMOD, Панорама, Талка, ЦНИИГАиК2 (Россия) — «Геосистема» (Украина) или SARscape для обработки материалов радиолокационной съемки.

Географ должен уметь выбрать оптимальный вариант обработки из многих возможных, предоставляемых коммерческим программным обеспечением.

Термин «дешифрирование» (от франц. deshiffrer — расшифровать, толковать) в отечественной литературе заменил термин «толкование», употреблявшийся в начале ХХ в.;

в иностранной литературе чаще используется термин «интерпретация». Фото­ грамметрия (от греч. рhotos — свет, gramma — запись, metreo — измеряю) изучает способы определения пространственного положения, размеров и формы объектов путем измерения их снимков.

Центральный научно­исследовательский институт геодезии, аэросъемки и карто­ графии.

Современные компьютерные технологии позволяют решать сле­ дующие группы задач:

• визуализация цифровых снимков;

• геометрические и яркостные преобразования снимков, включая их коррекцию;

• конструирование новых производных изображений по первич­ ным снимкам;

• определение количественных характеристик объектов;

• компьютерное дешифрирование снимков (классификация).

Наиболее сложной является задача компьютерного дешифриро­ вания аэрокосмических снимков.

При визуальном дешифрировании снимков исполнителю прихо­ дится на основе дешифровочных признаков определять, узнавать объекты, а также выделять одинаковые, однородные объекты. Для выполнения этих эвристических процедур с помощью компьютера применяют наиболее распространенный подход, основанный на спек­ тральных признаках, в качестве которых служит набор спектральных яркостей, зарегистрированных многозональным снимком.

Формальная задача компьютерного дешифрирования снимков сводится к классификации — последовательной «сортировке» всех пикселов цифрового снимка на несколько групп. Для этого предло­ жены алгоритмы классификации двух видов — с обучением и без обучения, или кластеризации (от англ. cluster — скопление, группа).

При классификации с обучением пикселы многозонального снимка группируются на основе сравнения их яркостей в каждой спектраль­ ной зоне с эталонными значениями. При кластеризации же все пикселы разделяют на группы­кластеры по какому­либо формаль­ ному признаку, не прибегая к обучающим данным. Затем кластеры, полученные в результате автоматической группировки пикселов, дешифровщик относит к тем или иным объектам.

Достоверность компьютерного дешифрирования формально ха­ рактеризуется отношением числа правильно классифицируемых пикселов к их общему числу и составляет в среднем 70 — 85 %, за­ метно падая с увеличением набора дешифрируемых объектов.

Достижения в области полной автоматизации дешифрирования, при которой можно было бы существенно ограничить участие чело­ века в получении географической информации по аэрокосмическим снимкам, пока скромны. Вычислительные алгоритмы, основанные на спектральных признаках отдельных пикселов, обеспечивают ре­ шение самых простых классификационных задач;

они рационально включаются в качестве элементов в сложный процесс визуального дешифрирования, которое пока остается основным методом извле­ чения природной и социально­экономической географической ин­ формации из аэрокосмических снимков. Более того, в последние годы компьютер чаще рассматривается не как заместитель, а как по­ мощник человека.

Эталонирование. Получить посредством дешифрирования или фотограмметрической обработки необходимые характеристики изу­ чаемого объекта только по снимкам без каких­либо натурных опре­ делений, без обращения к «земной правде» в большинстве случаев невозможно. Например, для спектрометрических определений по многозональному снимку требуется выполнить яркостную (радио­ метрическую или фотометрическую) калибровку снимков (их этало­ нирование), а для получения размера объекта фотограмметрическим способом необходима геометрическая калибровка снимка. Процеду­ ра получения и учета калибровочной информации составляет не­ обходимый элемент технологической схемы аэрокосмических ис­ следований. Эта информация обязательна для любой обработки снимков, хотя объем ее бывает различным;

чем выше требуемая точ­ ность определений по снимкам, тем он значительнее. Принято раз­ личать абсолютную и относительную калибровку. При обработке одиночных снимков ограничиваются относительной калибровкой, а для нескольких, например многозональных, желательна их абсолют­ ная калибровка.

Дополнительная информация. Снимки как особая форма ин­ формации об изучаемом географическом объекте используются в комплексе с информацией других видов. Стало традицией работать одновременно с космическими снимками и картами. При тематиче­ ских исследованиях по снимку обычно определяют ареал распро­ странения явления или процесса, его контур, а для получения со­ держательных характеристик привлекают материалы тематических географических исследований, включая статистические. Применение снимков особенно эффективно для пространственной экстраполяции результатов локальных полевых наблюдений.

Аэрокосмическое картографирование. Итоговым звеном техно­ логической схемы аэрокосмических географических исследований остается изготовление по снимкам тематических карт и других кар­ тографических продуктов, от качества которых зависит не только их эстетическое восприятие, но и степень доверия к выполненным ис­ следованиям. Многолетний опыт работ свидетельствует о том, что создание геоинформационных продуктов в картографическом виде, интегрированных в географические информационные системы (ГИС), и получение базовой информации инфраструктуры простран­ ственных данных (ИПД) — главнейшее направление практического и научного использования аэрокосмической видеоинформации. Ре­ зультаты комплексных географических исследований, выполненных с использованием аэрокосмических снимков, наиболее часто пред­ ставляют в виде серий взаимосогласованных тематических карт, от­ ражающих пространственные закономерности, качественные и ко­ личественные характеристики изученной территории.

Моделирование и прогнозирование. Дальнейшие этапы включают определение количественных характеристик исследуемого явления, необходимых для математического моделирования с целью прогнози­ рования развития явления или процесса. Элементы этой схемы сейчас реализуются при прогнозировании талого стока рек, будущего урожая, а иногда и для экологического прогноза­предупреждения.

Роль аэрокосмической информации при географическом про­ гнозировании будет возрастать. Так, например, в космических про­ граммах NASA (EOS и др.) ставится задача к 2025 г. выполнять 10­летние прогнозы полей метеорологических характеристик, по­ луторагодовые предупреждения об Эль­Ниньо, годовые прогнозы осадков на региональном уровне, пятидневные прогнозы путей дви­ жения ураганов с 30­километровой точностью, часовые предупре­ ждения об извержениях вулканов и землетрясениях, получасовые предупреждения о торнадо.

разновидности дистанционных методов. Методы, основанные на регистрации съемочными системами оптического и радиоизлуче­ ния в виде двумерного изображения — снимка, универсальны. На­ ряду с этим существует ряд частных дистанционных методов, с по­ мощью которых регистрируются излучение или характеристики других физических полей Земли не по площади, а в точке или по трассе полета. Эти методы базируются на применении специальных измерительных приборов.

Спутниковый скаттерометр (от англ. scatter — рассеивать) предназначен для измерения мощности отраженного радиосигнала, которая зависит от геометрии отражающей поверхности. При изуче­ нии акваторий скаттерометр позволяет дистанционно оценить на­ правление и силу волнения морской поверхности, а по ним — на­ правление и скорость приповерхностных ветров.

При аэрокосмических съемках наряду со съемочной аппаратурой используется радиовысотомер (альтиметр), регистрирующий время от посылки до прихода отраженного сигнала, по которому точно определяют высоту полета носителя, необходимую для фотограмме­ трической обработки аэрокосмических снимков. Если же параметры орбиты и пространственное положение космического аппарата точ­ но известны, то с помощью радиовысотомера удается количественно характеризовать топографию отражающей поверхности, в частности покровных ледников или морской поверхности.

Такие же задачи (но более точно) решает и лазерный альтиметр.

Его уникальной особенностью является регистрация не одного, а нескольких отраженных сигналов, например от крон деревьев разных ярусов и от земной поверхности, что важно при дистанционном изучении вертикальной структуры растительного покрова.

Точное положение, форму и размер объекта можно определить с помощью лазерных локаторов, которые называют также лидарами (от англ. lidar, light detection and ranging — световая локация). В само­ летном варианте сканирующие лазерные локаторы с успехом приме­ няются для быстрого и высокоточного измерения пространственных координат очень большого количества точек на местности. При ла­ зерной (световой) локации местность и расположенные на ней объ­ екты отображаются большой совокупностью («облаком») точек, для каждой из которых получены все три координаты. Этот новый дис­ танционный метод позволяет быстро создать точную цифровую модель местности. При крупномасштабном картографировании особенно перспективно его комбинирование с многозональной съемкой.

С помощью самолетных и спутниковых магнитометров, реги­ стрирующих напряженность магнитного поля Земли, удается выявить магнитные аномалии, связанные с геологическим строением терри­ тории.

Значительное место в геофизических исследованиях отводится аэрорадиометрической съемке, при которой регистрируется корот­ коволновое гамма­излучение над месторождениями радиоактивных руд или на участках радиационного заражения местности. В резуль­ тате вертолетных обследований европейской части России с помощью гамма-спектрометра были закартографированы ареалы выпадения радиоактивных осадков после Чернобыльской катастрофы 1985 г.

исследование планет. В учебнике основное внимание уделено аэрокосмическим методам исследований Земли. Однако космические съемки представляют также метод изучения и картографирования планет Солнечной системы и других небесных тел. Для их изучения используются все методы съемок — от фотографической съемки, применявшейся для картографирования лунной поверхности, до радиолокационной съемки поверхности Венеры сквозь ее постоян­ ный плотный облачный покров и от исследований с межпланетных орбит до детального изучения и съемки поверхности с помощью луноходов и марсоходов. Съемкой с больших расстояний охвачены дальние планеты Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран, Не­ птун и их спутники Ио, Каллисто, Ганимед, Европа, Тритон. Со­ ставлены многолистные топографические и тематические карты Луны, Марса, Меркурия, атласы планет, например Атлас Венеры.

Таким образом, изучение и картографирование планет и других небесных тел составляют важнейшую научную сферу применения космических методов.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.