Аэрофотосъемка. Дешифрирование аэрофотоснимков

Аэрофотосъемка производится с целью получения се­рии аэрофотоснимков, представляющих участок земной по­верхности, для которого предполагается создавать или обнов­лять топографические карты.

Принцип проведения аэрофотосъемки местности прост. Глав­ное условие качественного процесса — грамотное ведение марш­рута полета, позволяющее аэрофотосъемочному аппарату автома­тически фотографировать местность с двойным и тройным пере­крытием, не допускающим разрывов и пустот

Существуют несколько разновидностей съемок с самолета: аэрофотографическая, тепловая инфракрасная, радиолокационная и др. Кроме того, традиционные аэрометоды включают ряд так называемых геофизических съемок — аэромагнитную, аэрорадиометрическую, аэроспектрометрическую, в результате выполнения которых получают не снимки, а цифровую информацию об исследуемых объектах. Из всех съемок наиболее распространенной является аэрофотографическая съемка. В зависимости от направления оптической оси аэрофотоаппарата различают плановую и перспективную аэрофотосъемку.

Для производственного цикла картографических работ не­обходимо привести плановые снимки к горизонтальным. Это производится на специальных приборах, называемых фото­трансформаторами. После обработки на фототрансформаторе все снимки одного залета приведены к одному масштабу и имеют плановое положение. Теперь они готовы к дешифрова­нию.

Под дешифрованием аэрофотоснимков подразу­мевается извлечение из пары аэрофотоснимков информации, необходимой для поставленной географом задачи.

Дешифрирование производят на специальных стереоприборах, где пара аэрофотоснимков рассматривается в увеличенном изображении и где имеется возможность графически закреп­лять плановые и высотные координаты точек, т. е. получать изо­бражение местности в условных знаках топографической карты. Информационная емкость аэрофотоснимка напрямую зависит от фотографических параметров объектива и фотослоев, при­меняемых для печати снимка.

Дешифрованные признаки — закономерности пространственного размещения объектов земной поверхности и их фотографического воспроизве­дения, выявляемые в процессе извлечения инфор­мации из аэрофотоснимка.

Признаки, указывающие на наличие объекта, не видимого явно на фототоне, называюется кос­венными дешифрованными признаками.

Космические фотоснимки широко применяются в совре­менной картографии. Новые методы космического и дистанци­онного зондирования Земли позволяют получать регулярную, оперативную и разностороннюю информацию о наличии и про­странственном размещении естественных ресурсов, состоянии ландшафтов, динамики природных процессов и явлений. До­стоверность предоставленной информации крайне высока.

Как и аэрофотоснимки, космические снимки несут общую и частную информацию об объектах местности, но по сравне­нию с аэрофотоснимками имеют ряд положительных отличий:

·         высокая обзорность обеспечивает глобальное изучение явлений земной поверхности, мелкий масштаб позволяет на­блюдать основные черты, пренебрегая деталями;

·         возможность получения вторичного изображения с времен­ным интервалом способствует изучению динамики процессов;

·         всегда известный масштаб снимка облегчает его автома­тическую обработку.

Но также и ряд отрицательных:

§  наличие сильных искажений на краях снимка из-за сфе­ричности Земли;

§  быстрая смена условий освещенности;

§  узкая полоса фотографирования при крупномасштаб­ной съемке.

§   

По масштабу различают 3 группы космических снимков:

—  мелкомасштабные (1:100 000 000—1:10 000 000);

—  среднемасштабные (1:10 000 000—1:1 000 000);

—■ крупномасштабные (1:1 000 000—1:100 000).

Снимки изучают при увеличении в 5—10 раз, а высокоин­формативные — в 10—30 раз. Высокоинформативные снимки можно получить с низких высот (до 100 м), используя длинно­фокусные аппараты. Площадь съемки в этом случае ограниче­на орбитой спутника и представляет собой полосу ограничен­ной ширины.

Мелкомасштабные снимки получают на высотах до 100 тыс. км со спутников, скорость обращения которых совпадает со скоростью вращения Земли, поэтому спутник зави­сает над одной точкой — такой снимок называется стационар­ным. Пять геостационарных спутников обеспечивают наблю­дение за всей планетой в целом. Каждые 30 мин на приемники Земли передаются геостационарные снимки, они используют­ся для создания синоптических динамических карт.

На высотах 500—200 км обращаются спутники, обеспечи­вающие океанологические, метеорологические и картографи­ческие работы по космическим снимкам в средних масштабах.

С высот 200—100 км получают детальные крупномасштаб­ные снимки с высокой разрешающей способностью — до де­сятков метров.

Разрешающая способность снимка — возможность сохра­нять изображение местности при увеличении масштаба сним­ка. Фотоснимок можно многократно увеличивать, получая до­полнительную информацию при каждом увеличении. Однако пределом увеличения считается растровое изображение, на котором весь снимок детализируется на отдельные фрагмен­ты, не дающие в целом общей картины местности.

Чем выше орбита, тем ниже разрешающая способность, чем длиннее фокус съемочной аппаратуры, тем выше разре­шение. Снимки среднего разрешения (до 100 м) наиболее ши­роко используются в географических исследованиях — это снимки «Ландсат», «Метеор» и фотоснимки, полученные ко­роткофокусной камерой. Снимки высокого (до десятков мет­ров) и очень высокого разрешения (до долей метра) получают высококачественной длиннофокусной аппаратурой (типа МКФ-6) с очень низких орбит.

Помимо фотоснимков получают сканерные снимки, обла­дающие большими техническими преимуществами перед пер­выми, они могут по радиосигналам мгновенно передаваться на приемник, где сразу преобразуются в изображение. Однако при увеличении сканерные снимки значительно теряют рез­кость изображения и дают дискретную информацию.

Космическая съемка может осуществляться в разных диа­пазонах — в зоне видимого спектра, в инфракрасной зоне и в радиодиапазоне.

Облачность, занимающая постоянно более половины зем­ного шара, мешает фотосъемке, поэтому снимки в зоне види­мого спектра можно получить только при ясной погоде.

В тепловом инфракрасном диапазоне становятся видимыми поверхности, получающие различное тепловое воздействие. На границе холодного и теплого течений океанов образуются вихри, можно четко проследить поверхности, нагреваемые солнцем.

На снимках в радиодиапазонах можно проследить за дви­жением льдов, так как они передают детально рельеф поверх­ности, можно опознать направление движения волн. Съемку в радиодиапазонах можно проводить при любой облачности.

Для повышения возможностей дешифрирования информа­ции на космических снимках на одну и ту же территорию по­лучают одновременно не один, а несколько снимков, в разных диапазонах спектра. Такой комплект снимков называют мно­гозональным.

Необходимость использования многозональных снимков продиктована различной способностью элементов земной по­верхности к отражению спектральных лучей. Горные породы, растительность, почвы, ледники, зоопланктон в различных зо­нах спектра по разному отражаются на разных снимках: на од­них их вовсе не будет, на других они выделятся из окружаю­щего фона.

Спектральные снимки черно-белые, но при синтезе в задан­ных лучах спектра дают изображение местности в цветном изо­бражении, часто неестественном для отображаемых объектов. Такие снимки называются синтезированными. Эти свойства спектрозональных снимков позволяют выявить скрытую ин­формацию об объектах земной поверхности. На рис. 5.20 пока­зана схема получения синтезированных снимков при использо­вании спектральных изображений в различных зонах спектра.  

ЕЩЕ ЧТО-ТО

При плановой (вертикальной) аэрофотосъемке оптическую ось аэрофотоаппарата приводят в отвесное положение, при котором снимок горизонтален. Однако в процессе полета по прямолинейному маршруту аэросъемочный самолет периодически испытывает отклонения, которые характеризуют углами тангажа, крена и сноса (рыскания). Из-за колебаний самолета эрофотоаппарат также наклоняется и разворачивается. Принято к плановым относить

снимки, имеющие угол наклона не более 3°.

При перспективной аэрофотосъемке оптическую ось аэрофотоаппарата устанавливают под определенным углом к вертикали. По сравнению с плановым перспективный снимок захватывает большую площадь, а изображение получается в более привычном для человека ракурсе.

По характеру покрытия местности снимками аэрофотосъемку делят на одномаршрутную и многомаршрутную.

Одномаршрутная аэрофотосъемка применяется при исследованиях речных долин, прибрежной полосы, при дорожных изысканиях и т.д. Выборочную маршрутную аэрофотосъемку характерных объектов географ может выполнять самостоятельно, сочетая ее с аэровизуальными наблюдениями. Для этих целей удобно использовать ручной аэрофотоаппарат или цифровую фотокамеру.

Наибольшее производственное применение, прежде всего для топографических съемок, получила многомаршрутная (площадная) аэрофотосъемка, при которой снимаемый участок сплошь покрывается серией параллельных прямолинейных аэросъемочных маршрутов, прокладываемых обычно с запада на восток. В маршруте на каждом следующем снимке получается часть местности, изображенной на предыдущем снимке. Аэрофотоснимки, получаемые

с продольным перекрытием, образуют стереоскопические пары. Продольное перекрытие, выражаемое в процентах, устанавливается в зависимости от назначения аэрофотосъемки различным — от 10 до 80 % при среднем значении 60 %. Аэрофотосъемочные маршруты прокладывают так, чтобы снимки соседних маршрутов имели поперечное перекрытие. Обычно поперечное перекрытие составляет 30 %. Перекрытие снимков позволяет объединить разрозненные аэроснимки в единый массив, целостно отображающий заснятую территорию.

Время для съемки выбирают так, чтобы снимки содержали максимум информации о местности. Учитывают наличие снежного покрова, смену фенофаз развития растительности, состояние сельскохозяйственных угодий, режим водных объектов, влажность грунтов и т.д. Обычно аэрофотосъемку выполняют в летние безоблачные дни, в околополуденное время, но в некоторых случаях, например для изучения почв, лесов, предпочтение отдают поздневесенним или раннеосенним съемкам. Съемка плоско равнинной местности при низком положении Солнца в утренние или вечерние часы позволяет получить наиболее выразительные аэроснимки, на которых микрорельеф подчеркивается прозрачными тенями. Однако освещенность земной поверхности должна быть достаточной для аэрофотографических съемок с короткими экспонирующими выдержками. Поэтому съемку при высоте Солнца менее 20° обычно не производят. По завершении летносъемочных работ оценивается качество полученных материалов: определяется фотографическое качество аэронегативов (величина коэффициента контрастности, максимальная плотность, плотность вуали), проверяется прямолинейность съемочных маршрутов, контролируется продольное и поперечное перекрытие и др.

Космическая съемка

Космическая съемка, т.е. съемка с высоты более 150 км, выполняется со спутника, который в соответствии с законами небесной механики перемещается по строго установленной орбите.

Поэтому возможности его маневрирования по сравнению с самолетом весьма ограничены. Любой спутник-съемщик всегда должен рассматриваться с учетом параметров его орбиты.

Орбиты спутников. С точки зрения космических съемок земной поверхности важны следующие параметры орбит: форма, наклонение, высота, положение ее плоскости по отношению к Солнцу.

Форма орбиты определяет постоянство высоты съемки на разных участках орбиты. Предпочтительны круговые орбиты, у которых высоты перигея и апогея одинаковы и, следовательно, одинакова высота съемки земной поверхности, а для одной и той же

аппаратуры — одинаковы охват, масштаб и разрешение снимков.

Наклонение определяется углом / между плоскостью орбиты и плоскостью экватора. По наклонению разделяют орбиты экваториальные (/ = 0°), полярные (/« 90°) и наклонные. В число наклонных орбит входят прямые (0 < /' < 90°) и обратные (90° < i < 180°).

Наклонение орбиты определяет широтный сферический пояс, охватываемый съемкой (рис. 2.32). Крупногабаритные тяжелые пилотируемые корабли и орбитальные станции функционируют на прямых орбитах (обычно с наклонением 30 и 52°), сравнительно небольшие метеорологические и ресурсные спутники запускают на полярные орбиты.

Высота орбиты. Спутники работают на различных высотах. При низких орбитах существенно сказывается сопротивление атмосферы, при высоте менее 100 км прогрессивно возрастающее торможение столь велико, что спутник не может совершить даже одного витка и, сгорая, падает вниз. По мере увеличения высоты увеличивается время активного существования спутников, охват съемкой, но при этом обычно уменьшается разрешение снимков.

Выделяют три группы наиболее часто используемых для съемки Земли орбит — с высотами 150 — 500, 500—2000 и 36 000 км. Первая группа включает орбиты пилотируемых кораблей, орбитальных станций, а также спутников фотосъемки с относительно коротким временем функционирования. Во вторую группу входят орбиты ресурсных и метеорологических спутников с электронной аппаратурой. Для первых характерны высоты около 600 и 900 км, для вторых — 900—1400 км. Третья группа — это орбиты геостационарных спутников; угловая скорость движения спутника на высоте 36 000 км равна угловой скорости вращения Земли, и поэтому спутник движется синхронно с подспутниковой точкой земной поверхности. Геостационарный спутник на экваториальной орбите, как бы зависая над определенным районом Земли, обеспечивает его постоянное наблюдение.

ДЕШИФРИРОВАНИЕ

Для производственного цикла картографических работ не­обходимо привести плановые снимки к горизонтальным. Это производится на специальных приборах, называемых фототрансформаторами. После обработки на фототрансформаторе все снимки одного залета приведены к одному масштабу и имеют плановое положение. Теперь они готовы к дешифрованию.

Под дешифрованием аэрофотоснимков подразу­мевается извлечение из пары аэрофотоснимков информации, необходимой для поставленной географом задачи.

Дешифрирование производят на специальных стереоприборах, где пара аэрофотоснимков рассматривается в увеличенном изображении и где имеется возможность графически закреплять плановые и высотные координаты точек, т. е. получать изо­бражение местности в условных знаках топографической карты. Информационная емкость аэрофотоснимка напрямую зависит от фотографических параметров объектива и фотослоев, при­меняемых для печати снимка.