Принципы регистрации сигналов и получения снимков
Дистанционное зондирование Земли
Черкасов Игорь, И-302
1. Что это такое?
Согласно определению, принятому резолюцией 41/65 Генеральной Ассамблеи ООН от 3 декабря 1986 года, дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)– «зондирование поверхности Земли с использованием свойств электромагнитных волн, излучаемых, отражаемых или рассеиваемых зондируемыми объектами, с целью лучшего распоряжения природными ресурсами, совершенствования землепользования и охраны окружающей среды».
Если говорить более простым языком, то ДЗЗ - это получение информации о состоянии земной поверхности по измеренным на расстоянии, без непосредственного контакта датчиков с поверхностью, характеристикам электромагнитного излучения. Датчики могут быть установлены на космических аппаратах, самолетах и других носителях. Диапазон измеряемых электромагнитных волн - от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Съёмки ведут в разных зонах электромагнитного спектра с помощью фотографических, телевизионных, сканирующих, лазерных, радиолокационных, гидролокационных и иных съёмочных систем.
Методы ДЗЗ
· Пассивное - используется естественное отраженное (Видимый спектр) или вторичное тепловое излучение (Инфракрасный спектр) объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной радиацией
· Активное - используется вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия.
Данные ДЗЗ, полученные с датчиков космического базирования, характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы. Поэтому на космических аппаратах устанавливаются многоканальные датчики пассивного и активного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в спектральных диапазонах, расположенных в "окнах прозрачности" земной атмосферы.
Принципы регистрации сигналов и получения снимков.
Принципиальная схема выполнения аэрокосмических исследований включает в себя основные технологические этапы:
· получение снимка объекта исследования
· дальнейшую работу со снимками – их дешифрирование и фотограмметрическую обработку, а также конечную цель исследований – составленную по снимкам карту, геоинформационную систему, разработанный прогноз.
Поскольку получить необходимые характеристики изучаемого объекта только по снимкам без каких-либо натурных определений, в большинстве случаев невозможно, необходимо их эталонирование.
Важным элементом исследований по снимкам является также оценка достоверности и точности полученных результатов. Для этого приходится привлекать другую информацию и обрабатывать ее иными методами, что требует дополнительных затрат.
Как я уже сказал, аэрокосмическую съемку ведут в окнах прозрачности атмосферы, используя излучение в разных спектральных диапазонах – световом (видимом, ближнем и среднем инфракрасном), тепловом инфракрасном и радиодиапазоне. Соответственно выделяется несколько видов снимков:
Снимки в световом диапазоне делятся на фотографические и сканерные, которые в свою очередь подразделяются на полученные оптико-механическим сканированием (ОМ-сканерные) и оптико-электронным с использованием линейных приемников излучения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС-сканерные). На таких снимках отображаются оптические характеристики объектов – их яркость, спектральная яркость.
Применяя многозональный принцип съемки, получают в этом диапазоне многозональные снимки, а при большом числе съемочных зон – гиперспектральные, использование которых основано на спектральной отражательной способности объектов съемки, их спектральной яркости.
Проводя съемку с использованием приемников теплового излучения – тепловую съемку, – получают тепловые инфракрасные снимки. Съемку в радиодиапазоне ведут, применяя как пассивные, так и активные методы, и в зависимости от этого снимки делятся на микроволновые радиометрические, получаемые при регистрации собственного излучения исследуемых объектов, и радиолокационные снимки, получаемые при регистрации отраженного радиоизлучения, посылаемого с носителя – радиолокационной съемке.
Обработка данных
Качество данных, получаемых в результате дистанционного зондирования, зависит от их пространственного, спектрального, радиометрического и временного разрешения:
· Пространственное разрешение - характеризуется размером пикселя (на поверхности Земли), записываемого в растровую картинку, то бишь величина, характеризующая размер наименьших объектов, различимых на изображении — может варьироваться от 0,5 до 1000 метров.
· Радиометрическое разрешение - число уровней сигнала, которые сенсор может регистрировать. Обычно варьируется от 8 до 14 бит, что дает от 256 до 16 384 уровней. Эта характеристика также зависит от уровня шума в инструменте.
· Временное разрешение - частота пролета спутника над интересующей областью поверхности. Имеет значение при исследовании серий изображений, например при изучении динамики лесов. Первоначально анализ серий проводился для нужд военной разведки, в частности для отслеживания изменений в инфраструктуре, передвижений противника.
· Спектральное разрешение– количество фиксируемых независимо полос электромагнитного спектра. Выделяют панхроматические изображения – они занимают практически весь видимый диапазон электромагнитного спектра (450-900 нм) и поэтому являются черно-белыми и мультиспектральные (или спектрозональные) изображения — представлены в виде отдельных спектральных каналов (RGB и инфракрасные каналы) или виде синтеза отдельных каналов для получения цветного изображения. Поочередный синтез отдельных каналов позволяет решать многочисленные тематические задачи, а также помогает при дешифрировании снимков – за счет свойства, согласно которому объекты разных типов - горные породы, почвы, вода, растительность и т.д. - по разному отражают и поглощают электромагнитное излучение в том или ином диапазоне длин волн.
Дешифрирование должно дать ответ на основной вопрос – что изображено на снимке. Оно позволяет получать предметную, тематическую (в основном качественную) информацию об изучаемом объекте или процессе, его связях с окружающими объектами. В визуальном дешифрировании обычно выделяют чтение снимков и их интерпретацию (толкование). Умение читать снимки базируется на знании дешифровочных признаков объектов и изобразительных свойств снимков. Глубина же интерпретационного дешифрирования существенно зависит от уровня подготовки исполнителя. Чем лучше знает дешифровщик предмет своего исследования, тем полнее и достовернее информация, извлекаемая из снимка.
Фотограмметрическая обработка (измерения) призвана дать ответ на вопрос – где находится изучаемый объект и каковы его геометрические характеристики: размер, форма. Для этого выполняется трансформирование снимков, их изображение приводится в определенную картографическую проекцию. Это позволяет определять по снимкам положение объектов и их изменение во времени.
Итого
Результаты дистанционного зондирования Земли - космические снимки широко используются в самых разных областях человеческой деятельности — исследование природных ресурсов, мониторинг стихийных бедствий и оценка их последствий, изучение влияния антропогенного воздействия на окружающую среду, строительные и проектно-изыскательские работы, городской и земельный кадастр, планирование и управление развитием территорий, градостроительство, геология и освоение недр, промышленность, сельское и лесное хозяйства, туризм и т.д. Современные геоинформационные технологии и создание карт различных масштабов также немыслимы без использования космических снимков.
Источники
· http://www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/earth_remote_sensing.shtml
· http://www.dzz.ru/pages/what.htm
· http://ru.wikipedia.org/wiki/Дистанционное_зондирование_Земли
· http://sovzond.ru/dzz/
· http://www.lomonosov-fund.ru/enc/ru/encyclopedia:01330