1. Цели и задачи курс «Методы дистанционных исследований»
Желание увидеть Землю с высоты птичьего полета у естествоиспытателей возникло давно. Однако только с появлением первых летательных аппаратов – сначала воздушного шара, а затем самолета — обозрение земной поверхности с воздуха перешло из мира фантастики в реальность. «Только теперь, с высоты прямолинейного полета мы открываем истинную основу нашей Земли, фундамент из скал, песка и соли, на котором, словно мох среди развалин, зацветает жизнь», – писал замечательный французский летчик и писатель Антуан де Сент-Экзюпери. В двадцатые годы ХХ столетия были сделаны первые попытки использования аэрофотоснимков для специального изучения лесов и в начале тридцатых годов – почв, в 50-60-е годы – для поисков месторождений полезных ископаемых. Создание космических аппаратов и съемочных систем, работающих в более широком диапазоне электромагнитных излучений с оперативной доставкой по радиоканалам результатов съемки на пункты приема, активизировало развитие этого направления. Оно получило название «дистанционное зондирование». Под дистанционным зондированием понимают неконтактное изучение Земли (планет, спутников), ее поверхности, близповерхностного пространства и недр, отдельных объектов, динамических процессов и явлений путем регистрации и анализа их собственного или отраженного электромагнитного излучения. Регистрацию можно выполнять с помощью технических средств, установленных на аэро- и космических летательных аппаратах, а также, в частных случаях, на земной поверхности(например, при исследовании динамики эрозионных и оползневых процессов, в гляциологии и др.). Принципиально к дистанционному зондированию можно отнести известные методы исследования недр – сейсморазведку, гравиразведку, сканирующую эхолоцию дна водоемов и др. в изучении земельных ресурсов, кадастре, земельном и экологическом мониторинге используются методы зондирования только с помощью электромагнитных излучений. Дистанционное зондирование, интенсивно развиваясь, выделилось в самостоятельное направление – использования снимков. Международное фотограмметрическое общество (МФО) в которое входил СССР в 1980 г. преобразовано в Международное общество фотограмметрии и дистанционного зондирования (МОФ и ДЗ). (Фотограмметрия – техническая наука о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, поученным с помощью специальных съемочных систем: фотокамеры, регистраторы электромагнитных излучений. Задача фотограмметрии – топографическое картографирование, создание специальных планов и карт.). Дешифрирование (интерпретация) технологически входит в фотограмметрию и дистанционное зондирование. Изучение дисциплины «Дистанционные методы в г/э» опирается на знания математики, информатики, физики, экологии, почвоведения, геоморфологии, геологии, геодезии, картографии, ГИС и др. В последние годы благодаря современным аэросъемкам и зондированию Земли из космоса стало реальным комплексное познание земных недр, прогнозирование месторождений полезных ископаемых, изучение состояния и изменений литосферы и географической оболочки под воздействием техногенеза, организация оперативного мониторинга окружающей среды. Методы дистанционного зондирования открыли широкие перспективы для геоэкологических исследований, во многом предопределили пути развития геоэкологии и других наук о Земле. В изучаемой дисциплине основное внимание уделено методике дешифрирования аэрокосмических снимков и практической реализации данных дистанционного зондирования при геоэкологической оценке влияния хозяйственной деятельности на окружающую среду; рассматриваются вопросы использования материалов дистанционных съемок в геоэкологических исследованиях. Дистанционные методы исследования окружающей среды – это многосложная и разносторонняя область науки и техники, переживающая период бурного развития. Современные дистанционные методы зондирования объектов, особенно космические, открыли качественно новый этап в информационном обеспечении исследований и разработок в науках о Земле и хозяйственной практике. Данные дистанционного зондирования в настоящее время стали доступны широкому кругу пользователей и активно применяются не только в научных, но и производственных целях. Результаты дистанционного зондирования являются одним из основных источников актуальных и оперативных данных для геоинформационных систем (ГИС). Они служат важнейшим источником объективной и оперативной информации в различных явлениях, происходящих в географической оболочке Земли, являются эффективным инструментом для контроля за состоянием окружающей среды и решения задач рационального природопользования. Очевидно, что дальнейший прогресс развития природоведческих наук неразрывно связан с использованием дистанционных методов исследования. Дисциплина направлена на изучение средств аэрокосмического мониторинга, различных классификаций аэрокосмических съемок, геометрических, изобразительных и информационных свойств снимков. В ней излагаются материалы, касающиеся технологии и методов дешифрирования снимков, и создания карт на основе аэрокосмической информации. Особое внимание уделяется дистанционной индикации экосистем, особенностям дешифрирования различных компонентов окружающей среды. Цель дисциплины: освоение современных достижений аэрокосмических технологий, обучение студентов основам аэрокосмических методов в геоэкологических исследованиях, методам анализа и дешифрирования аэрофото- и космических снимков. Задачи изучения дисциплины: – раскрыть основные вопросы методики научных исследований; – ознакомить с методами аэрокосмических исследований природных и природно-антропогенных геосистем; – освоить основные практические навыки дешифрирования и обработки снимков.
Источник
1. Дистанционные методы исследования природных объектов
А эростатная съемка предназначена для крупномасштабного изучения растительного покрова болот и других растительных комплексов (лесных, луговых и т. д.) [15, 23]. Так, например, растительный покров болот является основным индикатором, определяющим среду и условия болото- и торфообразовательного процессов. Фотосъемка ведется фотокамерой, привязанной к аэростату (рис. 1.1) и дает информацию об условиях роста растительности на поверхности болота.
Рис. 1.1. Система аэрофотосъемок при помощи привязанного аэростата.
истема съемки переносная и может управляться с земли по кабелю или по радио. Аэростат из поливиниловой пленки и имеет сферическую форму. В качестве газа-наполнителя используется гелий. Фотокамера имеет автоматический перевод кадров и обычно находится на высоте от 70 до 100 м. Масштаб фотосъемки выбирается исходя из масштаба изучаемого процесса или явления. Вертикальное положение фотокамеры контролируется шарнирным устройством. Фотосъемка проводится одним или двумя исполнителями.
При фотосъемке учитывают сезон, тип пленки и масштаб. Используется черно-белая, цветная или инфракрасная пленка. Наибольшую информацию несет цветная пленка. Инфракрасная пленка дополнительно имеет инфракрасный чувствительный эмульсионный слой вместо синего чувствительного слоя цветной пленки. Так, например, зеленые листья растений за счет хлорофилла хорошо отражаются на инфракрасном слое. Основными дешифровочными признаками являются: фототон и цвет изображения на снимке (или цвета на цветной пленке); форма, строение, рисунок, конфигурация небольших растений и другие особенности фотоизображения. Получаемые крупномасштабные фотоснимки значительно повышают информацию данных наземного геоботанического обследования и используются при составлении карт растительности.
1.2. Аэросъемка
Аэрометоды подразделяют на аэрофотографические, применяемые во всей видимой части спектра (0,4—0,8 мкм) и в ближней инфракрасной (0,8—1,1 мкм); фотоэлектронные, рассчитанные на использование узких зон в тех же частях спектра и в ультрафиолетовых (0,01—0,4 мкм), дальних инфракрасных (1,2—25 мкм) и радиоволновых (от 1 мм до нескольких м) лучах; аэрогеофизические, основанные на регистрации гамма-излучения Земли и параметров её физических полей; аэровизуальные, ограниченные видимой частью спектра. В настоящее время аэрометоды вошли составной частью во все виды геологических исследований [6, 23, 28]. Они в обязательном порядке используются при производстве геолого-съемочных и поисковых работ всех масштабов, а также при изучении тектоники и неотектоники, структур рудных полей, гидрогеологических и инженерно-геологических изысканиях, изучении геологического строения мелководных водоемов, участков шельфа и т.д.
1.2.1. Природные условия аэросъемки
Фотоизображение ландшафта существенно меняется в зависимости от условий освещения, состояния атмосферы, фазы вегетации растительного покрова и степени увлажненности земной поверхности. Поэтому при аэросъемке нужно учитывать время проведения лестно-съемочных работ. Условия проведения аэросъемки определяются рядом природных факторов (рис. 1.2).
Источник