Конспект лекций

Тема 2. Современное состояние развития дистанционного зондирования Земли. Основы дистанционного зондирования Земли. Области применения дистанционного зондирования Земли.

Под аэрокосмическими методами понимается комплекс исследований поверхности Земли осуществляемый с помощью искусственных спутников, орбитальных космических станций и пилотируемых кораблей, самолетов и вертолетов, путем регистрации собственного и отраженного электромагнитного излучения природных и искусственных объектов приемными устройствами с последующей обработкой, интерпретацией и анализом полученных данных.

В настоящее время технология дистанционного зондирования Земли является одним из эффективных и оперативных технологий получения информации о свойствах и характеристиках объектах земной поверхности.

Термин «remote sensing», который переводится как «дистанционное восприятие» (распознавание, считывание) или «дистанционное зондирование».

Дистанционное зондирование Земли (далее - ДЗЗ) - это получение любыми неконтактными методами информации о морском дне, поверхности и атмосфере Земли, объектах на ней или в ее недрах, путем регистрации (запись) электромагнитных излучений с помощью различных камер, сканеров, микроволновых приемников, радиолокаторов и других приборов такого рода. Дистанционные методы характеризуются тем, что регистрирующий прибор значительно удален от исследуемого объекта. При таких исследованиях явлений и процессов на земной поверхности расстояния до объектов могут измеряться от сотен до тысяч километров.

Существует два вида дистанционного зондирования – это аэросъемка и космическая съемка. В настоящее время имеется большое количество съемочных систем воздушного базирования: Leica ADS40, ADS60, ADS80; Vexcel UltraCamX, UltraCamD, UltraCamL; Rollei Mic Pro 39 MPix, Mic Pro 60 MPix и спутниковых систем GeoEye-1, Ikonos, WorldView, OrbView-3, Alos, Spot-5, Terra, RadarSat и многие другие. Эти системы применяются для решения различных задач при картографировании территорий, в землеустроительной, лесоустроительной и нефтегазовой отрасли, океанологии, экологии, ликвидации чрезвычайных ситуаций, метеорологии и другие.
Приборы, используемые для дистанционного зондирования, размещают на морских судов, самолетах и вертолетах, космических летательных аппаратах,

Специальные камеры и телевизионные системы используются для съемки физических и биологических объектов на земле, море, в атмосфере и космосе.

В настоящее время наиболее значимыми, распространенными и используемыми данными ДЗЗ являются данные, получаемые с космических летательных аппаратов и промышленных аэроносителей.

Согласно ЗРК «О космической деятельности» космическим аппаратом называют техническое устройство, предназначенное для вывода в космическое пространство с целью исследования и (или) использования космического пространства. Космическое пространство – пространство, простирающееся за пределами воздушного пространства на высоте свыше ста километров над уровнем моря. Средствами доставки космических аппаратов на орбиту служат ракеты – носители.

Космические аппараты для дистанционного зондирования являются сложными техническими комплексами, содержащими системы электропитания, управления и телеметрии, системы ориентации в пространстве, целевую аппаратуру дистанционного зондирования, передатчики и антенны.

Космические летательные аппараты подразделяются на:

- околоземные орбитальные космические летательные аппараты, движущиеся по геоцентрическим орбитам, не выходя за пределы сферы действия Земли (искусственные спутники Земли);

- межпланетные космические летательные аппараты, которые в полете выходят за пределы сферы действия Земли и входят в сферу действия Солнца, планет или их естественных спутников.

При этом различают автоматические космические летательные аппараты и пилотируемые. Автоматические космические летательные аппараты- автоматические искусственные спутники Земли, искусственные спутники Луны, Марса, Солнца, автоматические межпланетные станции.

Пилотируемые космические летательные аппараты:

– космические корабли-спутники используются для доставки грузов и человека на орбиту;

- обитаемые орбитальные станции – аппараты, предназначенные для долговременного пребывания и работы людей на орбите Земли.

Методы обработки аэрокосмической информации позволяют помимо планового положения объектов, также определить и их высоту или отметку. Для получения высотной составляющей по снимкам их необходимо обрабатывать в стереоскопическом режиме, применяя специальные устройства для стереонаблюдения.

Методы дистанционного зондирования, кроме получения метрической информации об объекте, позволяют определить и качественные характеристики о нем. Для этих целей используются специальные методы дешифрирования аэрокосмической информации, которые подразделяют на: автоматизированные и интерактивные. Для выполнения более качественного дешифрирования объектов по аэрокосмическим снимкам съемку выполняют в узких спектральных каналах, количество которых может достигать до 250. В настоящее время 98% аэрокосмической информации обрабатывают на цифровых фотограмметрических станциях, которые представляют собой персональный компьютер со специализированным программным обеспечением и специальным монитором. Преимуществом дистанционного зондирования перед другими способами получения информации об объектах является производительность (площадь одного снимка может составлять несколько десятков квадратных километров), бесконтактность метода и значительное сокращение трудозатрат на полевые работы.

Информации об окружающей среде дают искусственные спутники Земли. Дистанционное зондирование Земли из космоса основано на достижениях современной науки и техники. Приборы для дистанционного зондирования строят с использованием принципов, известных из физики и радиоэлектроники. Передача данных дистанционного зондирования осуществляется по радиоканалу в цифровой форме. При интерпретации данных используются результаты исследований по физической оптике, по физике атмосферы и океана, по метеорологии, по биофизике и биологии. Обработка полученной информации осуществляется на компьютерах. Орбиты спутников рассчитываются с использованием законов небесной механики. Современные космические средства дистанционного зондирования обеспечивают наблюдение Земли с пространственным разрешением от нескольких десятков сантиметров до 1−2 км при полосе обзора от 10 до 3 000 км в нескольких спектральных каналах оптического диапазона и на одной или двух длинах волн при локации в радио диапазоне_

Области применения методов ДЗЗ:

- картографирование Земли этосоздание топографических карт и планов масштаба 1: 5 000 и мельче; обновление карт и планов вплоть до масштаба 1:2000; картирование изменений территории во времени; создание трехмерных моделей рельефа и баз геоданных;

- глобальное и высокоточное координатно-временное обеспечение в любой точке Земли в любой момент времени;

- мониторинг и оценка состояния окружающей среды, это оценка загрязненности поверхностных вод и территорий; контроль за динамикой растительного покрова; контроль данных; выявление разливов нефти на воде;

- мониторинг опасных природных явлений и катастроф включает наблюдение за природными явлениями и выявление явлений, представляющих угрозу; оперативное получение информации о зонах стихийных бедствий и катастроф, анализ последствий и оценка причиненного ущерба;

- исследование природных ресурсов, контроль за соблюдением лицензионных соглашений в местах добычи полезных ископаемых;

- мониторинг в лесном хозяйстве, контроль лесных угодий и вырубок, выявление заболеваний, повреждения культур вредителями; определение последствий неблагоприятных природных явлений, оценка потерь от пожаров;

- мониторинг состояния сельскохозяйственных угодий, в том числе целевого использования земель, оперативная оценка состояния и степени деградации земель, прогноза урожайности;

- мониторинг береговой линии в водоемах, контроль снегового и ледового покрова;

- наблюдение за перемещением транспортных средств в первую очередь судов; выявление нелегального судоходства; составление и анализ маршрутов перемещения; поиск транспортных средств, потерпевших бедствие.

- глобальное и непрерывное наблюдение за военной деятельностью государств и контроль выполнения договоров по сокращению вооружений;

- контроль за сокращением вооружений, региональными конфликтами;

- своевременное предупреждение о ракетном нападении и оперативное доведение сигналов боевого управления до носителей ядерного оружия и т.д.

Функционально многие спутники можно отнести к спутникам двойного назначения, которые составляют 70%-80% от общего числа активных ИСЗ. Это навигационные, метеорологические, спутники связи, дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Достоинства метода дистанционного зондирования Земли:

- высокая оперативность получения данных на обширные территории;

- высокая точность обработки данных за счет применения GPS – технологий;

- высокая наглядность и информативность (применение спектрозональной, инфракрасной и радарной съемки позволяет увидеть детали, не различимые на обычных снимках), кроме того радарные системы позволяют получать информацию слабо зависящую от погодных условий и уровня освещенности;

- экономическая целесообразность (затраты на получение информации посредством ДЗЗ существенно ниже наземных полевых работ);

- возможность получение трехмерной модели местности (матрицы рельефа) за счет использования стереорежима или лидарных методов зондирования.

- отсутствие режимных ограничений на данные коммерческих спутников ДЗЗ.

Развитие космической деятельности в Республике Казахстан были получены при реализации Государственной программы "Развитие космической деятельности в Республике Казахстан на 2005 - 2007 годы".

В ходе реализации Государственной программы были достигнуты следующие результаты:

1) реализован проект создания наземного комплекса управлений КА и запуска спутника связи и вещания "KazSat-1";

2) разработаны технические предложения и технико-экономические обоснования (далее - ТЭО) создания экологически безопасного космического ракетного комплекса "Байтерек" (далее - КРК "Байтерек") на космодроме "Байконур", космических систем ДЗЗ и научного назначения, высокоточной спутниковой навигации;

3) модернизированы технические средства радиополигона "Орбита" и экспериментальная база "Космостанция" в городе Алматы;

Основная задача развития космической деятельности в Республике Казахстан это - создание полноценной космической отрасли как наукоемкого и высокотехнологичного сектора экономики, способствующего ускорению индустриально-инновационного развития республики, укреплению национальной безопасности и обороны, развитию науки и высоких технологий.

Рекомендуемая литература

1. Гарбук С.В., Гершезон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования.

2 Назаров А.С. Фотограмметрия: учебное пособие для вузов. Мн.: ТетраСистемс, 2006- 368 с.

3.Геодезия, картография, геоинформатика, кадастр. Энциклопедия. Под общей редакцией А.В. Бородко, В.П. Савиных М., Геодезкартиздат, 2008

Контрольные вопросы

1. Понятие о дистанционном зондировании Земли.

2. Космические летательные аппараты.

3. Области применения.

4. Достоинства метода ДЗЗ

Дата добавления: 2015-06-30