Bиды аэрофотосъемок и аэросъемочные материалы

Аэрофотосъемка – комплекс летно-съемочных, фотографических и фотограмметрических работ, в результате которых получают аэронегативы и АС местности, а также другие вспомогательные материалы.

АФС подразделяется на:

1. Одинарную;

2. Маршрутную;

3. Площадную.

Одинарная АФС применяется для фотографирования отдельных объектов или явлений природы, когда они засняты на одном или нескольких АС и не планируются дальнейшие стереоскопические работы.

Маршрутная АФС – фотографирование ведется вдоль какого-то направления. АС перекрывают друг друга на 60% по маршруту (продольное перекрытие). Получают непрерывный и последовательный ряд снимков.

Применяется чаще всего крупномасштабная съемка для изучения речных долин (комплекса террас), морских побережий, водоразделов, а также при инженерно-геологических и поисково-разведочных работах.

Площадная АФС – используется для изучения участков, площадь которых больше площади, фотографируемой одним маршрутом. Выполняется в виде ряда параллельных между собой маршрутов. Перекрытие снимков между маршрутами около 30 %, что необходимо для связи соседних маршрутов.

Аэрофотосъемочные работы, выполняемые для решения геологических задач, делятся на перспективную и плановую съемку.

Перспективная АФС производится АФА, оптическая ось которого отклонена от нормали на значительный угол, обычно 30-60%.

Преимущества этого вида съемки в том, что получаемое изображение местности более естественно и легче для восприятия. Кроме того, одним снимком охватывается большая площадь по сравнению со снимком плановым.

Применяется одновременно с плановыми АС при изучении горных районов со сложными формами рельефа, особенно при построении блок-диаграмм, а также в военной разведке.

Плановая АФС выполняется с помощью АФА, установленного в самолете так, чтобы его оптическая ось занимала отвесное положение при съемке. Величина отклонения оптической оси от нормали не более 3⁰, обычно не более 1,5⁰. Если аппарат установлен на гиростабилизированную платформу, то величина отклонения не более 30^’. Примерное положение оси определяется по положению пузырька уровня в левом верхнем углу снимка.

АФС, выполняемая с высот до 10 км называется обычной, а с высот более 10 км – высотной. Высотная АФС обеспечивает получение мелкомасштабных АС высокого качества, по генерализации изображения приближающиеся к КС.

Особенно эффективна высотная АФС для горных районов.

Стандартный формат снимков 18 х18 см или 30 х 30 см.

Если применяются аппараты с меньшим форматом кадров, то они называются малоформатными и применяются, обычно, для изучения небольших площадей.

По виду носителей съемочных средств различают космическую и аэросъемку.

В зависимости от используемого диапазона электромагнитных волн и типа приемника, дистанционные исследования подразделяются на большую группу методов. Для применения в диагностике трубопроводных ГТС и мониторинге окружающей среды могут быть рекомендованы фотографические, в том числе многозональная, и нефотографические - тепловая инфракрасная, микроволновая, сканерная, телевизионная, лазерная, радиолокационная съемки и аэровизуальные (аэродесантные) обследования.

Фотографические съемки

Аэро- и космофотосъемка в настоящее время - самый универсальный и наиболее широко используемый вид дистанционного зондирования природной среды. Эффективность применения фотосъемок связана с высокой степенью пространственного и спектрального разрешения, что имеет особую важность в определении закономерностей пространственно-временного изменения природно-технических условий эксплуатации и технического состояния трубопровода.

Благодаря большому объему получаемой информации, относительной простоте применения, достаточному уровню развития, фотографические методы заняли ведущее место в комплексе работ по изучению состояния трубопроводных геотехнических систем.

Космическая фотосъемка (КФС) является важным средством аэрокосмического мониторинга трубопроводных геотехнических систем. Она относительно недорога, покрывает всю изучаемую территорию и производится регулярно, что позволяет, используя минимальное количество опорных наземных данных, осуществлять контроль за состоянием действующих трубопроводов и давать прогноз их взаимодействия с окружающей средой на огромных территориях.

Материалы КФС целесообразно применять для решения следующих основных задач:

уточнения расположения известных и выявления новых разрывных нарушений, оказывающих влияние на распределение и формирование геодинамических процессов;

уточнения границ полей распространения формаций горных пород, геолого-генетических комплексов;

выявления и детализации крупных очагов распространения экзогенных геологических процессов (заболачивание и др.);

выявления изменений элементов окружающей среды под влиянием техногенных воздействий;

районирования и типизации территории по геодинамическому режиму и условиям развития экзогенных процессов;

уточнения и переинтерпретации ранее составленных карт.

Полнота и объем информации, получаемой с космофотоснимков, зависят от их разрешающей способности, определяемой освещенностью объектов, их яркостью, спектральными характеристиками, интервалом яркостей, оптическими свойствами объектива, техническими характеристиками фотопленок, масштабом съемки. Современная аппаратура позволяет получать снимки с разрешением на местности 30 м, а сильно контрастных объектов - до 5 м.

Выбор типа аэрофотоаппарата и пленок, параметров съемок должен определяться целевым назначением проводимых аэросъемочных работ.

При выборе типа аэрофотоаппарата необходимо учитывать, что чем более широкоугольным АФА проведена съемка, тем с большей точностью можно закартировать рельеф и тем большие подробности строения микрорельефа различимы при стереоскопическом дешифрировании снимков. С другой стороны, с уменьшением угла поля зрения возрастает разрешающая способность снимков и улучшается их фотографическое качество, уменьшается падение освещенности к краю поля зрения объектива, благодаря чему фототон становится более надежным дешифровочным признаком, уменьшаются фотограмметрические искажения снимков.

Топографические АФА обеспечивают получение снимков с высокими изобразительными и измерительными свойствами, которые могут быть использованы для фотограмметрической обработки. Топографические АФА снабжают ортоскопическими объективами с хорошей контрастно-частотной характеристикой. Они, как правило, имеют широкоугольные или сверхширокоугольные объективы с фокусным расстоянием около 100 мм и с размером кадра 18×18 см. Наибольшее распространение получили АФА ТЭ и ТЭС, АФА-41, ТАФА.

Нетопографические АФА служат для аэрофотосъемок с целью получения снимков, предназначенных для специального вида дешифрирования, т.е. опознания и определения количественных и качественных характеристик изучаемых объектов, в связи с чем снижается требование к ортоскопичности объективов. Нетопографические АФА снабжены обычно более длиннофокусными объективами, чем топографические. Формат кадра 30×30 см. К ним относятся АФА типа 42/100, 42/75, 42/50 и др.

Масштаб аэрофотосъемки. При назначении масштаба АФС следует учитывать, что чем он мельче, тем большую площадь захватывает каждый аэроснимок, тем меньший объем работ и тем большая экономия средств обеспечивается при проведении аэросъемочных, фотограмметрических и других работ. Однако мелкомасштабные фотоснимки обладают значительно меньшей информацией о трассе и дают более низкую точность результатов измерений. Поэтому масштаб АФС следует устанавливать таким оптимальным, при котором можно камерально выполнять достоверное дешифрирование и одновременно получать необходимую точность измерительных работ. Требования к разрешению должны, в первую очередь, исходить из точности решения задач оценки напряженно-деформированного состояния трубопровода по результатам стереофотограмметрических измерений.

Тема 14-ой лекции. Дешифрирующие признаки.

Содержание: Дешифрирующие признаки. Особенности дешифри­рования главнейших типов горных пород (осадочных, магматических, метаморфических), различных форм их залегания, складчатых структур, несогласий и разрывных нарушений.

Признаки, позволяющие выявлять на АФС какие-либо объекты или явления, называются дешифрирующими. Они подразделяются на прямые и косвенные.

Прямыми дешифрирующими признаками являются геометрические (форма, размеры тел) и фотограмметрические (цвет, фототон, тень).

Косвенные признаки позволяют опознать геологическое тело или другой объкт исследования по взаимосвязям их свойств и особенностей изображения на АФС. К косвенным признакам относят геоморфологические (связь и отраженность в рельефе геологических тел и их влияние на формирование земной поверхности), геоботанические (взаимосвязь рельефа, растительности и геологического строения), антропогенные и зоогенные признаки.

Геометрические признаки позволяют опознавать многие линейные, пластовые, изометричные тела и складчатые формы.

Фотограмметрические признаки – цвет, фототон и тень, нужно использовать осторожно с учетом степени и характера освещенности поверхности, которая зависит от времени года или суток, от физического состояния местности (повышенная влажность или сухость почв, задернованность в летний период или открытость ранней весной и т.д.). Тип пленки, качество светофильтров и фотобумаги также могут повлиять на результат.

Косвенные признаки основаны на связи вещественного состава, физико-геологических свойств, условий залегания различных горных пород и отдельных стратиграфических горизонтов с определенными формами рельефа, растительностью и животным миром. Это находит отражение в характере гидросети, избирательности развития процессов и в образовании в результате этого микроформ, распределении определенных видов растительности по определенным породам и т.д.

Установлено, что дешифрирующие признаки обладают как устойчивостью при определенных условиях (строение поверхности, климат, растительность, геологическое строение и т.д.), так и изменчивостью при изменении этих условий (дислоцированность толщ, приподнятое положение поверхности и др.). Поэтому при дешифрировании в каждом районе составляют таблицу дешифрирующих признаков для различных горных пород и стратиграфических, магматических и метаморфических комплексов. Для выявления их особенностей на АФС рекомендуется ознакомиться с Альбомами геологического и геоморфологического дешифрирования АФС [17], [18], [20] и выявить дешифрирующие признаки для разных по составу, генезису и возрасту геологических образований.

Тема 15-ой лекции. Космические методы геологических исследований.

Содержание: Космические методы геологических исследований. Техника наблюдений и измерений из космоса. Особенности их проведения и интерпретации. Виды материалов космических съемок по уровням генерализации. Использование материалов дистанционного зондирования при геологическом картировании и структурно-геологических исследованиях. Значение геокосмических исследований.

С появлением космических снимков геологи получили принципиально новый источник информации, обладающий большей обзорностью, объективностью отображения и высокой генерализацией. Все это позволило изучать общие закономерности формирования и строения земной коры, размещения полезных ископаемых.

Техническое обеспечение представляет собой взаимосвязанную систему измерительных комплексов, орбитальных носителей и транспортных средств их доставки на орбиту, технических средств передачи информации с орбиты на Землю и преобразования ее в форму, удобную для пользователей, а также способов ее автоматического и визуального дешифрирования.

Из космоса проводятся:

1) Визуальные наблюдения, которые отличаются оперативностью и сознательным выбором объекта наблюдений.

2) Космическая фотосъемка. Фотографирование осуществляется с круговых орбит с высоты более 150 км (например: широко используется многозональная космическая камера МКФ – 6М; фотографирование идет с высоты 200 – 400).

3) Телевизионная космическая съемка.

4) Сканерная съемка.

5) Голографическая космическая съемка (объемное изображение объектов).

6) Радиолокационная (радарная) съемка.

7) Инфракрасная (тепловая) съемка.

8) Спектрометрическ ая съемка.

9) Магнитная съемка.

10) Лазерная спектрометрическая съемка.

В результате космической фотосъемки получают глобальные (масштаб мельче 1:15000000), континентальные (1:5000000 – 1:2500000), региональные (1:1000000), локальные (1:200000) и детальные (крупнее 1:100000) космоснимки (КС). Наиболее распространенными являются региональные (S охвата = n х 100 км²) и локальные (S охвата = до 100 км²) космоснимки, которые составляют 80% от общего количества КС.

Исходная первичная информация, регистрируемая датчиками в виде аналоговых сигналов, преобразованных в цифровую форму и записанных на магнитную ленту, а также полученная в виде негативов, должна быть преобразована для дальнейшего использования.

С увеличением уровня генерализации КС на них все более четко проявляются геологические объекты, имеющие глубокие корни. И, наоборот, с уменьшением уровня генерализации на снимках начинают превалировать геологические особенности, связанные с приповерхностной зоной.

Информация о геологическом строении территорий на геологических картах разных масштабов отображается, как правило, по единому принципу – стратиграфическому или петрографическому для площадных объектов. Картографическая генерализация представляет собой отбор главного, существенного и целенаправленного обобщения. Этот процесс во многом является субъективным и зависит от квалификации исследователя. Фотографическая же генерализация имеет естественный характер и повышает объективность исследований. С космических снимков может быть получена следующая информация:

- тектоническая – по разрывным нарушениям, складчатым и блоковым структурам;

- литолого-петрографическая – литолого-генетические комплексы новейших образований,

вещественные и структурно-вещественные комплексыстратиграфических образований, метаморфические и интрузивные образования;

- историко-геологическая – структурные этажи и неотектонические движения.

При региональных исследованиях площадей проводится ландшафтное, структурное, геодинамическое и др. дешифрирование КС.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ НА КОСМИЧЕСКИХ СНИМКАХ

Космические снимки (КС) стали применять в геологии с 60-х годов. Доступные вначале только для специалистов, они быстро получили широкое признание. На базе КС оформились самостоятельные виды региональных геологических исследований, созданы карты нового типа: космогеологические, космотектонические, космогеодинамические; открыты месторождения полезных ископаемых. Постоянно совершенствуются методы получения космической информации, способы ее преобразования и компьютерной обработки.

ОБЗОРНОСТЬ И ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА КОСМИЧЕСКИХ СНИМКАХ

Космические снимки получают с межпланетных автоматических станций, искусственных спутников Земли, пилотируемых космических кораблей и долговременных орбитальных станций. От масштаба и пространственного разрешения КС, под которым понимают размеры минимального объекта, различимого на снимке, зависят его обзорность и генерализация изображения. Различают КС глобального, континентального, регионального, локального и детального уровней генерализации [3]. КС детального уровня генерализации близки к высотным аэрофотоснимкам и имеют разрешение на местности первые метры и выше. Снимки локального уровня генерализации отличаются пространственным разрешением в первые десятки метров и захватывают территории в сотни квадратных километров. Их получают фотографическими и телевизионными системами с высококачественной аппаратурой. КС регионального уровня генерализации позволяют распознавать объекты размером от многих десятков до сотен метров на площади захвата в первые десятки тысяч квадратных километров. Это обычно фотографические и сканерные снимки с пилотируемых космических кораблей и искусственных спутников Земли. КС континентального уровня генерализации (телевизионные и сканерные снимки со спутников) имеют разрешение многие сотни метров, а площади, изображенные на них, составляют сотни тысяч до миллионов квадратных километров. Естественно, что уровень генерализации КС определяет, какого ранга геологические объекты могут одновременно находиться в поле зрения исследователя. Для изучения разномасштабных геологических структур применяются космические снимки разных уровней генерализации. Качественно новую информацию получают при изменении масштаба снимков в 3-5 раз.

На всех КС независимо от геологического, геоморфологического строения региона, истории его развития и климата выделяются линейные, кольцевые и площадные объекты.

ЛИНЕАМЕНТЫ

Линейные объекты на КС называют линеаментами (линеаментум - линия, черта). Этот термин ввел в геологическую литературу в начале века американский исследователь В. Хоббс для обозначения прямолинейных форм на земной поверхности, необязательно связанных с тектоническими разрывами и смещениями по ним. Позднее линеамент стал синонимом глубинного разлома и вновь обрел самостоятельное значение только с появлением космических снимков.

В настоящее время геологи под линеаментами понимают линейные неоднородности земной коры и литосферы разного ранга, протяженности, глубины и возраста заложения, которые проявлены на земной поверхности прямо (разрывами) или опосредованно, геологическими и ландшафтными аномалиями. Такие линейные аномалии могут быть обусловлены скрытыми разломами фундамента, флексурными (коленообразными изгибами слоев) и трещинными зонами в перекрывающих осадочных отложениях плитного чехла.

ПЛОЩАДНЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Площадные объекты на космических снимках имеют сложные очертания и представлены складчатыми и блоковыми тектоническими деформациями, структурно-вещественными комплексами горных пород, генетическими типами рыхлых отложений.

На космических снимках более крупного масштаба и пространственного разрешения дешифрируются геологические тела, образованные стратифицированными толщами относительно выдержанного вещественного состава и однотипного характера дислоцированности (вещественно-структурные комплексы). Детальность их расчленения зависит от геолого-структурных и ландшафтно-климатических особенностей района. Наиболее высокая она в геологически открытых районах с литоморфным рельефом, где на современный денудационный срез выведены коренные породы разного возраста, и с различными противоденудационными свойствами, нашедшими отражение в рельефе: крепкие породы образуют гряды, а менее прочные - межгрядовые понижения.

КС нашли широкое применение при геологических исследованиях, прогнозировании и поисках месторождений полезных ископаемых, изучении сейсмоопасных зон и активности экзогенных процессов (эрозионных, абразионных, карстово-суффозионных, склоновых обвально-оползневых), инженерно-геологических изысканиях, структурно-геоморфологических и неотектонических исследованиях, изучении шельфа, мониторинге геологической среды, в геоэкологии.

Первыми спутниками, предназначенными для максимального использования этих возможностей, были аппараты типа «Лэндсат», разработанные для НАСА фирмой «Дженерал электрик». Первые образцы спутников «Лэндсат» были запущены на приполярные круговые орбиты высотой около 920 км, причем наблюдаемые ими области суши и океана смещались на запад из-за вращения Земли. Параметры орбит таковы, что один спутник может выдавать информацию почти о любом районе мира каждые 18 сут.

Изображения представляются в цифровой форме и передаются на параболические антенны наземных приемных станций, где они записываются на магнитофонную ленту для последующего воспроизведения в виде цветных и черно-белых фотоотпечатков.

Спутник «Лэндсат-В», четвертый из серии, осуществлял наблюдение Земли с высоты более 640 км с помощью усовершенствованных чувствительных приборов. Кроме многоспектрального развертывающего устройства типа используемых на первых трех спутниках «Лэндсат» на этом спутнике был установлен датчик так называемого тематического обзора, способный различать объекты площадью до 800 м2 (ранее возможности ограничивались площадью около 500 м2), что позволило потребителям получать значительно более детальную и своевременную информацию.

Проект необычен тем, что является первой разработкой, предназначенной для применения на многоцелевом модульном космическом аппарате, который предполагается возвратить с помощью космического корабля «Спейс Шаттл» для возможного восстановления и повторного использования. Этот космический аппарат состоит из модуля общего назначения для выработки электроэнергии, создания тяги, управления ориентацией, обеспечения связи и обработки информации и конструкции для установки самых разнообразных полезных грузов научного и прикладного назначения.

Картография

Одной из первых областей применения изображений земной поверхности, полученных в соответствии с программой исследования природных ресурсов, была картография. В доспутниковую эпоху карты многих областей, даже в развитых районах мира, были составлены неточно.

Изображения, полученные с помощью спутника «Лэндсат», позволили скорректировать и обновить некоторые существующие карты США масштабом 1:250 000 и менее. Свежая информация позволила выявить развитие городов со времени выпуска последних карт, изменения дорог и железнодорожных путей. В СССР изображения, полученные со станции «Салют», оказались незаменимыми для выверки железнодорожной трассы БАМ.

Изображения со спутников также были использованы для построения подробных карт, необходимых при строительстве дорог, прокладке железнодорожных путей и ирригационных каналов. Появилась возможность составлять карты подводного рельефа, например коралловых рифов, представляющих потенциальную опасность для мореплавания.

До появления спутников не существовало карт более чем половины территории Азии, Африки и Латинской Америки в масштабе крупнее 1:1 000 000. С помощью спутника «Лэндсат» стало возможным быстро и дешево составить отсутствующие карты и с приемлемой точностью исправить существующие, а также выявить районы, для картографирования которых требовалось получить изображения с более высоким разрешением с самолетов.

Полезные ископаемые

Космические орбиты можно также использовать для зондирования земной коры и континентальных шельфов с целью поиска месторождений нефти, минералов и природного газа, и не случайно нефте- и горнодобывающие отрасли промышленности до сих пор были наиболее крупными потребителями информации со спутников «Лэндсат».

С помощью спутников можно наблюдать особенности земной поверхности, в том числе крупные складки и разломы, которые дают ключ к природным кладовым; осуществлять поиск неизвестных месторождений нефти вдоль поперечных сбросов земной коры, соответствующих известным нефтеносным районам. Минералы, например хром, марганец, фосфор и другие, могут быть опознаны по цвету горных пород и по топографии местности.

Первым открытием, по словам американского сенатора Фрэнка Е. Мосса, было заключение геологов о том, что запасов нефти и газа на северном склоне Аляски значительно больше, чем предполагалось ранее. С помощью спутников были получены многоспектральные изображения существенных особенностей рельефа и разрывов структуры, которые ранее не наблюдались и не имеют отношения к геологии поверхности.

Информация о зонах разломов и разрывов, полученная по изображениям со спутника «Лэндсат», также была использована при выборе мест для атомных электростанций и линий прокладки трубопроводов.

Изображения с орбитальных станций

Многоспектральные космические фотоаппараты нашли наиболее эффективное применение на американской и советской орбитальных станциях «Скайлэб» и «Салют». В советской программе, продолжающейся в настоящее время, используется блок из шести многозональных аппаратов МКФ-6М, разработанных советскими учеными и учеными ГДР и изготовленных известным оптическим предприятием «Карл Цейс Йена» в ГДР. Каждый аппарат снимает одинаковое число изображений заданного района в различных диапазонах спектра. После завершения съемки изображения накладываются друг на друга с помощью специального оборудования для обработки снимков.

В аппаратах используются специальная пленка и светофильтры, воспринимающие различную информацию. Например, один из аппаратов регистрирует подробности строения почвы, включая содержание влаги и состав ее твердой части. Другая камера выбирает информацию о типах растительности, такой, как леса и сельскохозяйственные культуры. Третья камера настроена на извлечение данных о качестве воды в озерах и океанах, а также о масштабах загрязнений.

Наблюдения из космоса, подобные тем, которые осуществляются с борта советских орбитальных станций, настолько эффективны, что объем информации, получаемой за пять минут, может быть собран лишь за два года аэрофотосъемки.

Дата добавления: 2014-01-07