Темы: 1.1 Аэрокосмические методы исследований. Общие положения. 1.2 Физические основы получения снимков. 1.3 Методы регистрации излучения

Я ЛЕКЦИЯ

Материалы аэрофотосъемки начали использоваться не только для топографического производства, но и в ряде наук о Земле. Академик А. Е. Ферсман впервые обратил внимание исследовате­лей на большие информационные возможности фотоснимков, сде­ланных с самолетов.

Возможности аэрокосмических методов значительно возросли, как только в распоряжении исследователей оказались материалы съемок, сделанных с космических аппаратов. Первым фотографи­рование земной поверхности в 1961 г. осуществил космонавт Г. С. Титов с пилотируемого космического корабля «Восток». Вслед за этим начались планомерные съемки с пилотируемых ко­раблей и искусственных спутников Земли в Советском Союзе и за рубежом. Наряду с фотографированием Земли в широких разме­рах стали производиться съемки других планет (Луны, Марса, Меркурия) с помощью аппаратуры, размещенной на межпланет­ных космических станциях. Накапливаемый опыт и совершенство­вание регистрирующей аппаратуры позволили в наши дни произ­водить съемку с самолетов и космических аппаратов не только в световом диапазоне, но и в других диапазонах спектра электро­магнитных волн — инфракрасном и радиодиапазоне.

Современное состояние аэрокосмических методов, которые широко используются в различных отраслях науки и народного хозяйства, достигло такого высокого уровня, что позволило счи­тать их одним из основных методов, применяемых в государст­венной программе изучения природных ресурсов, их рационально­го использования в интересах народного хозяйства и контроля за состоянием окружающей среды. Практическая реализация этой программы и дальнейшее совершенствование применения аэрокосмических методов осуществляются рядом научно-исследова­тельских и производственных организаций. Наиболее крупными из них являются Институт космических исследований РАН, Государственный научно-исследовательский и произ­водственный центр «Природа», Государственный научно-исследо­вательский центр изучения природных ресурсов.

Физической основой аэрокосмических методов является свойст­во объектов излучать или отражать электромагнитные волны. Идущее от объекта исследования излучение зависит от пространственного положения, биофизических, гео­физических и других свойств и сезонного состояния объекта иссле­дования. Эти параметры излучения регистрируются специальной приемной аппаратурой, размещенной на летательных аппаратах, а результат регистрации может быть представлен в различной форме. Процесс регистрации часто называют съемкой, подразделяя ее на воздушную (с самолета), космическую (с космических ап­паратов) и наземную, которая производится непосредственно на местности. В зависимости от того, в какой зоне спектра электро­магнитных волн производится съемка, ее можно подразделить на съемку в световом диапазоне, в инфракрасном и радиоволновом. В какой бы зоне спектра не производилась съемка и в каком бы виде не были представлены ее результаты, предпочтение всегда отдается снимкам, которые, являясь нагляд­ной моделью местности или другого объекта, наиболее удобны для последующего анализа и обработки в соответствии с тематикой и целью исследования. Технологическая схема применения аэрокосмических методов для географических исследований в идеальном случае должна включать в себя так называемые трехъярусные съемки, которые заключаются в том, что одновременно на одну и ту же террито­рию производятся наземные, воздушные и космические съемки в различных диапазонах спектра электромагнитных волн, а также осуществляются сопутствующие им наземные полевые географи­ческие обследования. Такая схема обеспечивает получение макси­мального количества необходимой информации и составляет сущ­ность аэрокосмических методов. В общегосударственном масштабе большое внимание уделяется созданию космической системы изу­чения природных ресурсов и контроля за состоянием окружающей среды (мониторинга). В перспективе предполагается получение сопоставимой информации для многих регионов Земли, что по­служит основой для мониторинга в глобальном масштабе. Трехъ­ярусные съемки являются одним из способов реализации подобной системы. В последнее десятилетие для изучения земной поверхности стали использоваться самые различные способы получения изобра­жения местности, в том числе телевизионные, радиолокационные, лазерные и другие съемочные системы. Поэтому в географических исследованиях наряду с космическими снимками, обладающими своими ценными качествами (например большой обзорностью и регулярной периодичностью съемок), эф­фективно используются наземные и воздушные съемки, позволяю­щие изучать сравнительно мелкие детали местности. Существенной стороной аэрокосмических методов в географи­ческих исследованиях является извлечение качественной информа­ции из материалов съемки. Этот процесс носит название дешиф­рирования и заключается в распознавании и классификации изо­браженных на снимках объектов и их комплексов. Эти вопросы усиленно разрабатываются в настоящее время, конструируются специальные приборы для дешифрирования, а в перспективе наме­чается тенденция к автоматизации этого процесса дешифрирова­ния. Таким образом, полное освоение аэрокосмического метода в географических исследованиях требует изучения особенностей электромагнитных излучений и отражательных свойств объектов местности, ознакомления с регистрирующими и съемочными сис­темами, изучения различных свойств (фотограмметрических и фотометрических) снимков и методов производства съемок и, на­конец, способов и приемов фотограмметрических измерений и де­шифрирования. При изучении географической оболочки или ее компонентов с помощью аэрокосмических методов географ черпает информацию о них из снимков, которые получают с помощью съемочной ап­паратуры, удаленной на многие километры от изучаемого объек­та. Эта особенность аэрокосмических методов позволяет отнести их к дистанционным.

Дистанционные аэрокосмические методы исследований. Дис­танционные методы понимают как любое изучение объекта, осу­ществляемое на расстоянии, без непосредственного с ним кон­такта. Например, методы исследования морского дна с примене­нием акустического гидролокатора относятся к дистанционным. При аэрокосмических методах исследования информация об уда­ленном объекте (местности) передается с помощью электромаг­нитного излучения, которое характеризуется такими параметрами, как интенсивность, спектральный состав, поляризация и на­правление распространения. Зарегистрированные физические пара­метры излучения, функционально зависящие от биогеофизиче­ских характеристик, свойств, состояния и пространственного по­ложения объекта исследования, позволяют изучать его косвенно. В этом заключается сущность аэрокосмических методов. Электромагнитное излучение разных спектральных диапазонов содержит взаимодополняющую информацию об объектах и явле­ниях на земной поверхности. Одновременная регистрация излуче­ния в нескольких спектральных зонах (многозональный принцип) позволяет получить наиболее разностороннюю характеристику местности. В зависимости от устройства используемой аппаратуры регист­рируется излучение в отдельных точках земной поверхности, вдоль трассы или на определенной площади. Во всех случаях фиксирует­ся излучение от элементарных площадок объекта, конечные раз­меры которых (пространственное разрешение на местности) зави­сят от расстояния до них и совершенства регистрирующей аппа­ратуры. Особенность аэрокосмических методов состоит в том, что между изучаемой местностью и регистрирующей аппаратурой всегда на­ходится слой в общем непрозрачной атмосферы, поэтому вести исследования можно только в отдельных зонах спектра электро­магнитных волн, получивших название окна прозрачности. Серь­езной помехой является также облачность. Ведущее место в аэрокосмических методах занимает изучение объекта по снимкам, поэтому главная их задача заключается в це­ленаправленном получении и обработке снимков. Аэрокосмиче­ские съемки выполняются с помощью специальной съемочной аппаратуры, чаще всего — фотографических камер, сканеров и ра­диолокаторов, которые иногда объединяют общим названием сен­ссоры. Съемочная аппа­ратура, позволяющая одновременно получать снимки в несколь­ких спектральных зонах, называется многозональной, а в десятках и сотнях очень узких спектральных зон - гиперспектральной. Принцип множественности, или комплексности, аэрокосмиче­ских исследований предусматривает использование не одного сним­ка, а их серий, различающихся по масштабу, обзорности и разре­шению, ракурсу и времени съемки, спектральному диапазону и поляризации регистрируемого излучения.

Дата добавления: 2014-01-06