2 день Аэрофотосъемка местности

2 день

Дистанционные виды съемок.

Дистанционные виды съемок земной поверхности предназначены для получения информации о ней с помощью прибора, удаленного от поверхности Земли на расстояние от сотен метров до тысяч километров. Съемка может производиться фотоаппаратами, фотокамерами, телекамерами, специальными излучателями, локаторами и т. п., устанавливаемыми на летательных аппаратах. Информация о земной поверхности передается с помощью световых, инфракрасных, ультрафиолетовых, радиотепловых и других сигналов. Изображение фиксируется электронными приборами или фотопленками, расшифровывается и передается специалистам для создания карт или для исследования местности.

                 1.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. Схема расположения аэрофотоснимков местности при маршрутной аэрофотосъемке: — двойное перекрытие  - тройное перекрытие

Аэрофотоснимок несет в себе видимую и скрытую информацию о местности, а пара аэрофотоснимков при наблюдении через специальные приборы дает трехмерное изображение местности, что позволяет с высокой точностью обозначать рельеф местности горизонталями. Два аэрофотоснимка с изображением одной и той же местности, полученные с разных точек положения объектива (двойное перекрытие), обладают стереоскопическим эффектом. Благодаря двойному перекрытию, специалист с высокой степенью подробности может расшифровать информацию о местности, изображенную на этих снимках.

По результатам аэрофотосъемки можно получать не только черно-белые фотоизображения местности, но и цветные, спектрозональные, а также в инфракрасных лучах, которые передают информацию, невидимую в оптическом диапазоне спектра.

Помимо производственных целей по созданию топографических карт аэрофотоснимки используются для исследовательских целей во всех смежных с географией отраслях. Специальные спектрозональные аэрофотоснимки используют для тематического крупномасштабного картографирования, например для создания геологических, геоботанических, экологических карт.

Обычно аэрофотосъемка выполняется в интервале спектра от 400 до 900 нм. Преимущественно используют кадровые фотокамеры с размером кадра 18 х 18 см, иногда 30 х 30 см. Наиболее распространенные фокусные расстояния в объективах — 70, 100, 200 мм.

При отвесном положении оптической оси получают горизонтальные аэрофотоснимки. Для топографических работ чаще используют плановые снимки, полученные с отклонением оптической оси от вертикальной линии на 2—3°. Для устойчивости вертикальности оси приборы оснащают стабилизатора, обеспечивающими постоянство в положении оси в пределах 5—10'.

Аэрофотоснимок представляет собой центральную проекцию участка земной поверхности, т. е. в центральной части сохраняется масштаб аэрофотоснимка, а по мере удаления к краю (пропорционально расстоянию от центральной точки) искажения увеличиваются.

Масштаб снимка зависит от высоты полета самолета и фокусного расстояния объектива:

где М — знаменатель масштаба аэрофотоснимка, — фокусное расстояние объектива аэрофотоаппарата, Н — высота фотографирования.

Искажения в положении точек местности появляются так­же из-за влияния рельефа местности, колебаний аэрофотоаппарата и самолета при полете.

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. Помимо полезной информации о местности на аэрофотоснимке могут присутствовать информационные «шумы», мешающие выявлению необходимых для данных целей сведений (изображение облаков, теней и т. п.).

Дешифровочные признаки — закономерности пространственного размещения объектов земной поверхности и их фотографического воспроизве­дения, выявляемые в процессе извлечения информации из аэрофотоснимка.  Среди основных дешифровочные признаки объекта. Среди них выделяют основные и косвенные. Иногда объект выделяют по сопутствующим объектам, видимым на аэрофотоснимке, например тени. Признаки, указывающие на наличие объекта, не видимого явно на фототоне, называюется косвенными дешифрованными признаками. Часть объекта скрывается за падающей тенью, причем плотность ее не однородна, она тем плотнее, чем ближе к зоне недоступности рассеянного света, т. е. к самому объекту.

 Под дешифрованием аэрофотоснимков подразумевается извлечение из пары аэрофотоснимков информации, необходимой для поставленной географом задачи. Дешифрирование производят на специальных стереоприборах, где пара аэрофотоснимков рассматривается в увеличенной изображении и где имеется возможность графически закреплять плановые и высотные координаты точек, т. е. получать изо бражение местности в условных знаках топографической карты!. Информационная емкость аэрофотоснимка напрямую зависит от фотографических параметров объектива и фотослоев, применяемых для печати снимка.

Падающую тень образует освещенный солнцем предмет. Собственная теньРазличают собственную и падающую тени. Структура однородная, линейная, пятнистая, мозаичная,сложная. Каждому объекту соответствуют эталоны фотоизображений на снимке. Косвенные совокупность видимых объектов. Например, заболоченные земли определяют по растительности, брод -по дорогам, подходящим к реке, малую реку — по кустарнику вдоль берегакого склона очень плотная и полностью скрывает изображение более низких теневых склонов. По падающей тени можно определить форму объекта, его высоту, расстояния между однородными объектами, рельеф поверхности, на которую падает тень. Чем дальше от центральной точки снимка расположен объект, тем длиннее становится его тень и тем менее она похожа на этот объект. Поэтому для дешифрирования на краях аэрофотоснимка используют соседний снимок, в зонах двой­ного или тройного перекрытия изображения, а также учитывают искажение тени при удалении от центра снимка. Основным дешифровочным признаком остается рисунок фотоизображения — структура. Его изменчивость зависит от состояния поверхности фотографирования, от освещенности, от наличия атмосферных помех и от качества используемых материалов при воспроизведении снимка. По эталонным рисункам специалист определяет объекты, присущие тому или иному виду ландшафта. Географическую основу дешифрирования составляют знание и учет закономерностей пространственного размещения взаимосвязанных элементов ландшафта. Эта основа позволяет выявлять по аэрофотоснимкам объекты и явления, на них не отображающиеся, по косвенным признакам. Рисунок фотоизображения играет в этом основную роль. Например, влажная поверхность имеет более темный тон фотоизображения, по этому признаку можно выделить влажные луга, заболоченные равнины. Разная степень яркости объекта в спектральных лучах разной длиной волны называется спектральной яркостью. Спектральная яркость объектов позволяет с высокой степенью надежности дешифрировать снимки, при этом полученные яркости на снимках сличают с эталонами спектральных яркостей поверхностей, полученными при полевых измерениях и хранящимися в банке данных о географических объектах. Тон фотоизображения зависит от количества отображаемого объектом света — от его яркости. В зависимости от целей создания карт различают топографическое и тематическое дешифрирование. При топографическом дешифрировании получают камерально контурную нагрузку топографической карты (включая рисовку рельефа горизонталями) и количественную характеристику объектов (высоту, глубину, расстояние и т. д.). Для этого используют эталоны, т. е. аэрофотоснимки, показывающие пример дешифрования подобных изображений местности. После фотограмметрической обработки аэрофотоснимков необходимо провести полевое изучение местности по эталонным площадкам, чтобы получить качественную характеристику объектов (порода леса, материал покрытия дорог, характеристика брода и т. д.). Полевой метод исследования аэрофотоснимков предполагает также и нанесение объектов, не изобразившихся при фотосъемке, например появившихся после проведения аэросъемочных работ или небольших объектов — родников, карстовых воронок и т. д. Иногда полевое дешифрирование совмещают с аэровизуальным методом, т. е. наблюдением с вертолета или самолета при низком полете. Этот метод применяется на труднодоступной территории, требует подготовки специалиста для быстрого ориентирования и безошибочного распознавания объектов в полете. Топографическое дешифрирование является частью процесса создания оригиналов топографической карты, обеспечивает создание первичного оригинала контурной нагрузки карты . Для тематического дешифрования, т. е. создания почвенных, геологических и других карт, часто производят только камеральное дешифрирование с применением эталонов, так как обследование территории всегда сопряжено с дополнительными затратами.

Светофильтр, применяемый на объективах для получения спектрозональных снимков, повышает дешифровочные признаки. Свойства светофильтра, а также его назначение зависят от следующих параметров — цвет, плотность окраски и кратность. Цвет характеризует способность пропускать и поглощать лучи заданной длины волны. Плотность характеризует интенсивность окраски светофильтра: чем гуще он окрашен, тем сильнее его поглощающая способность. Под кратностью подразумевается длительность выдержки светофильтра перед объективом по сравнению с временем фиксирования без светофильтра. От данного показателя зависит избирательность светофильтра. Такие светофильтры используются для проведения многозональных съемок, когда ставится задача получения нескольких изображений одного ландшафта в разных зонах спектра. Для негативов используется панхроматическая аэрофотопленка, способствующая фиксации лучей во всех зонах видимого спектра. Иногда используют цветную трехслойную пленку, на которой получаются изображения в цветах, близких натуральным. Однако для аэросъемочных работ в лесном хозяйстве, где требуется дешифрирование пород в лесу, используется спектрозональная двухслойная пленка. Ее верхний слой чувствителен к синим и красным лучам спектра, а нижний — панхроматический. В результате на снимке получаются отличные от натуральных цвета. Изображение различных пород в лесу приобретает контрастные тона, что позволяет повысить дешифровочные признаки отдельных пород деревьев и кустарников.

                 2.. Использование космических снимков в картографии

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 длинно фокусные 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. 

Вопросы для собеседования

1.Съемки, предназначенные для получения информации о земной поверхности, с помощью прибора, удаленного от поверхности Земли на расстоянии от сотен метров до тысяч километров называются:

А) буссольными;

Б) глазомерными;

В) дистанционными;

Г) съемками низкой точности.

2. Извлечение из пары аэрофотоснимков информации, необходимой для поставленной географом задачи называется:

А) дешифровочными признаками;

Б) синтезированием;

В) дешифрированием; +

3. Закономерности пространственного размещения объектов земной поверхности  и их фотографического воспроизведения, выявляемые в процессе извлечения информации из аэрофотоснимка называется:

А)  дешифровочными признаками; +

Б) синтезированием;

В) дешифрированием.

4. Признаки, указывающие на наличие объекта, не видимого явно на фототоне, называются:

А) дешифрированием;

Б) дешифровочными признаками;

В) косвенными дешифровочными признаками. +

5. Основным дешифровочным признаком является рисунок фотоизображения называемой:

А) составом;

Б) структурой; +

В) яркостью;

6. По масштабу различают группы  космических снимков:

А) четыре;

Б)  пять;

В)  три; +

Г)  две.

7. Возможность сохранять изображение местности при увеличении масштаба снимка называется:

А) раскрывающая способность снимка;

Б) разрешающей способностью снимка; +

В) повторяющая способность снимка.

Индивидуальные творческие задания

Задание 1 . Описать  процесс получения аэроснимков;

Задание 2. Сформулировать различия между плановой   и перспективной аэросъемкой;

Задание 3. Перечислить  свойства аэроснимка;

Задание 4. Определить. от чего зависит  масштаб аэроснимка;

Задание 5. Охарактеризовать, что такое  перекрытие, каковы его величины, для чего оно необходимо;

Задание 6. Изучить сущность и методы топографического дешифрирования аэроснимков;

Задание7. Найти различия между прямыми и косвенными признаками дешифрирования.

АЭРОСЪЕМКА -  съемка местности с летательных аппаратов с использованием съемочных систем (приемников информации), работающих в различных участках спектра электромагнитных волн. Различают фотографическую, телевизионную, тепловую, радиолокационную и многозональную аэросъемку.

АЭРОФОТОГРАММЕТРИЯ -  раздел фотограмметрии, изучающий способы измерений различных объектов по аэрофотоснимкам.

АЭРОФОТОСЪЕМКА -  фотографирование (во всех диапазонах оптического спектра) местности с летательного аппарата. Различают плановую и перспективную аэрофотосъемку. Материалы аэрофотосъемки используются при геодезических, геологических исследованиях, инженерных изысканиях и др.

АЭРОФОТОТОПОГРАФИЯ -  раздел топографии, изучающий методы создания топографических карт по материалам аэрофотосъемки.

КОСМИЧЕСКАЯ СЪЕМКА, съемка (фотографическая, телевизионная и др.) Земли, небесных тел и космических явлений аппаратурой, находящейся за пределами атмосферы Земли (на искусственных спутниках Земли, космических кораблях и т.п.) и дающей изображения в различных областях электромагнитного спектра. Средний масштаб космических снимков Земли 1:1 ооо ооо — 1:1о ооо ооо.

ОРТОФОТОПЛАН  -Фотографический план местности на точной геодезической опоре, полученный методом беспилотной аэрофотосъёмки.

Фотосъёмка местности производится беспилотной авиационной системой, фиксирующей элементы внешнего ориентирования снимка с геодезической точностью. Для получения ортофотоплана каждое исходное изображение математически четко преобразуется для устранения искажений, возникающих за счёт влияния рельефа и условий съёмки. Далее набор ортотрансформированных изображений объединяется в единую бесшовную мозаику.

Пространственное разрешение ортофотопланов составляет 5 см на пиксель и меньше, что превосходит возможности спутниковых снимков.

ПЕРСПЕКТИВНАЯ АЭРОФОТОСЪЕМКА, фотографирование местности аэрофотоаппаратом, оптическая ось которого отклонена от вертикали на некоторый постоянный угол.

СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЯ, раздел фотограмметрии, изучающий методы измерения объемных форм (например, рельефа местности) по стереопаре фотоснимков, основанные на использовании стереоскопического эффекта и измерении объемной модели местности специальными стереометрическими приборами.

СТЕРЕОТОПОГРАФИЧЕСКАЯ СЪЕМКА (стереофотограмметрическая съемка), метод создания оригинала топографической карты, основанный на обработке фотографических изображений местности способами стереофотограмметрии. В результате стереотопографической съемки определяют плановое и высотное положение точек местности, дешифрируют аэроснимки, проводят стереоскопическую рисовку рельефа и составляют оригинал карты.

ФОТОГРАММЕТРИЯ (от фото-, греч. gramma — запись, изображение и -метрия), определение форм, размеров и положения объектов по их фотографическим изображениям.