Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Ноября 2013 в 22:30, лекция
Фотограмметрия - техническая наука о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, полученным с помощью специальных съемочных систем. Такими системами могут быть традиционные фотографические камеры, а также системы, использующие иные законы построения изображения и иные (кроме фотографических слоев) регистраторы электромагнитных излучений. Основная задача фотограмметрии — топографическое картографирование, а также создание специальных инженерных планов и карт, например кадастровых.
Повысить надежность дешифрирования территорий с разными природными условиями можно, используя снимки, полученные при разной высоте Солнца. Так, залесенные территории лучше дешифрируются при минимальных размерах теней, т.е. при высоком Солнце (более 40°), так как в противном случае падающие тени деревьев верхнего яруса закрывают кроны более низких ярусов. Наоборот, микрорельеф в степных и пустынных районах более уверенно распознается при низком Солнце за счет большей площади теней. При дешифрировании горных территорий наибольший эффект дает использование снимков, полученных при средней высоте Солнца, когда тени не слишком велики и более прозрачны, чем в полдень.
Приход солнечной радиации на поверхность Земли зависит от ориентировки и крутизны склонов. Не только прямое, но и рассеянное освещение всегда больше на склонах южной экспозиции. В январе крутые южные склоны могут иметь продолжительность возможного облучения в 13-14 раз больше, чем северные. Горизонтальные и наклонные участки по-разному освещаются Солнцем: в утренние часы наклонные (к Солнцу) поверхности освещены сильнее, чем горизонтальные, а в полдень, наоборот, больше радиации поступает на горизонтальные участки. Это приводит к тому, что одинаковые или близкие по характеру объекты на разных склонах изображаются на снимках неодинаково, что важно иметь в виду при дешифрировании.
Метеорологическим элементом, существенно влияющим на освещенность, является облачность. С одной стороны, облака являются помехой при съемке, так как их наличие приводит к тому, что практически выпадают из обработки площади, закрытые тенями от них, а при съемке из космоса и их изображениями. С другой стороны, облачность изменяет освещенность снимаемой территории. Кучевая облачность снижает освещенность в два—четыре раза, облака среднего яруса — на %. Облачность верхнего яруса, наоборот, увеличивает общую освещенность за счет увеличения доли рассеянной радиации. Съемка под тонкой пленкой облачности верхнего яруса дает снимки, исключительно подходящие для дешифрирования горных районов, так как на них практически отсутствуют тени. Однако такая ситуация встречается крайне редко.
Основным направлением развития аэрокосмических средств наблюдения природной среды является использование регистраций отражения света и собственного излучения Земли в разных спектральных интервалах
Визуальное наблюдение - визуальное дешифрирование не теряет своего значения, несмотря на развитие методов автоматизированной обработки снимков, но для достижения хороших результатов требуют высокой профессиональной подготовки и хорошего знания объектов дешифрирования. Процесс визуального анализа изображения принято делить на три стадии: обнаружение, опознавание, интерпретация. Последняя из них предполагает выявление существа объекта, отнесение его к какой-либо категории, предусмотренной легендой или ранее известной дешифровщику, т.е. связана с логическим восприятием. Две первые представляют особенности зрительного восприятия.
Фотографирование
По-прежнему дает наиболее детальную информацию о пространственной структуре земной поверхности. Техника аэрофотосъемки (АФС) не претерпевает существенных изменений и наиб. интерес в посл. годы имело космическое фотографирование. ФС с пилотируемых орбитальных станций (ПОС) производятся ручными или стационарными картографическими камерами. Снимки с ПОС достигли разрешения 10-40 м. Однако такое высокое пространственное разрешение КС не является их бесспорным достижением. Во-первых, главное преим. КС перед обыч. АС в их обзорности и генерализации, а не в детализации изображения однородных образований. Во-вторых, задачи детального исследования природы решаются обычной АФС в широком диапазоне масштабов 1:1000 до 1 : 150000. В-третьих, согласно существующим международным нормам, считается допустимой глобальная космическая съемка состояния природной среды с разрешением 16-30 м, что соотв. масштабу фотографирования 1 : 4000000 - 1 : 8 000 000 при разрешающей способности 0,035 мм.
Преим. КС:
Все это обеспечивается обычными телевизионными средствами съемки метеорологических ИСЗ.
Аэрофотосъмка (АФС) обслуживает картографирование в крупных и средних, так наз. «съемочных» масштабах 1: 10 000 – 1: 300 000.
Космические фотографии – черно-белые на панхроматической пленке, цветные в естественных и спектрозональные в условных цветах – являются основой средне- и мелкомасштабного тематического картографирования. они используются г.о. для контурного дешифрирования, выделения природных образований, прослеживания их границ, изучения внутренней структуры и картографирования природных и трансформированных объектов в масштабах 1: 300 000 – 1: 3 000 000. По косм. фото показывается также детал. морфоструктура антропогенных воздействий с отражением соотношений разных генетических типов антроп. трансформаций. Однако, несмотря на хорошее пространственное разрешение и успешное контурное дешифрирование, вероятности распознавания состава объектов по космическим фотографиям сильно колеблются г.о. в пределах 0,6- 0,9, что не может полн. удовл. требования практического использования. В течение посл. лет успешное космическое фотографирование проводилось с ПОС «Салют» и «Skylab».
Многозональное фотографирование – синхронное фотографирование одного и того же участка многообъективной фотокамерой с разными комбинациями фотопленок и светофильтров. Проводилось с самолетов, начиная с 1964 г.
Спектрофотометрирование – измерение спектральной отражательной способности. Первое успешное спектрофотометрирование было проведено летчиком-космонавтом В.И. Севостьяновым с ПКК «Союз-9» в 1970. Это позволило впервые классифицировать основные типы природных образований по спектрам, измеренным за пределами земной атмосферы. Космическое спектрофотометрирование учитывает оптическую неоднородность участка.
Телевизионная съемка – проводилась с метеорологических ИСЗ в спектральном интервале 0,5- 0,75 мкм с разрешением 1-3 км. После 1974 была использована усовершенствованная камера с разрешением 0,3-0,6 км, что позволило стандартизировать измерения и получать количественные данные об оптических характеристиках земной поверхности. ТС наиболее перспективны для наблюдения быстро меняющихся природных явлений, кроме того используются для мелкомасштабного физико-географического районирования.
Инфракрасная съемка – проводилась с самолетов и спутников в первом 3,4 - 5,6 мкм и во втором 8,0 - 12,5 мкм окне прозрачности атмосферы. ИК съемка дает пространственно-временное распределение радиационных температур системы Земля – атмосфера.
Мноспектральная съемка – т.е. съемка во многих узких спектральных интервалах с помощью ФЭУ, светофильтров и сканеров, как с самолетов, так и с КЛА имеют большой интерес в течение посл. лет. Проводились с метеорологических ИСЗ с высоты около 900 км, а также с ПОС( пилотируемая орбитальная станция). Наиболее перспективны для изучения с/х угодий и посевов.
Микроволновая съемка – регистрация пассивного радиотеплового излучения в диапазоне 0,3 – 30 см, проводилась в экспериментальном порядке с ИЗС «Метеор» и Nimbus на длине волны 0,8 см с полем зрения 30 км. Кроме ИСЗ микроволновую съемку Земли проводили космонавты с ПОС «Skylab» в диапазоне около 2,1 см. Основное преимущество состоит в том, что во всех диапазонах (кроме 3,5 см) коэффициент пропускания атмосферы составляет 0,7 – 1,0
Активные локации – активные съемки (радарные, лидарные, лазерные и т.п.) проводились исключительно с самолетов, т. к. еще труднодоступны для космической съемки ввиду больших энергетических затрат. Но обладают высоким пространственным разрешением, независимы от состояния атмосферы, спектральной избирательности, глубины взаимодействия с экраном и т. д.
Тема 3. Аэрофотосъемка
План лекции:
Начальный период. Начало наблюдений и фотографирования с воздуха относится к середине позапрошлого века. Французский военный офицер Гаспар Турнашон (Надар) в 1859 г. сфотографировал деревню неподалеку от Парижа с воздушного шара. В России первые фотоснимки, также с воздушного шара, выполнены в 1886 г. начальником воздухоплавательной команды военного ведомства поручиком А. М. Кованько. Спустя почти два месяца член Русского технического общества Л. Н. Зверинцев произвел фотографирование Петербурга и острова Котлин. Шар унесло в открытое море.
Первая мировая война послужила толчком к быстрому развитию съемок с самолетов и переходу от отдельных фотографий с воздуха к практическому использованию аэроснимков. В 1916 г. в русской армии при разведывательных отделениях штабов были сформированы специальные фотометрические (впоследствии фотограмметрические) части. В их задачу входило дешифрирование аэроснимков, перенос результатов на карту и размножение дополненных таким образом карт. Следующий шаг в использовании снимков связан с созданием подполковником М. В. Потте первого автоматического аэрофотоаппарата, съемка которым выполнялась не на светочувствительные стеклянные пластины, а на фотопленку.
1920-е годы. После окончания войны в Великобритании, Франции, США, а несколько позже и в Германии опыт, накопленный военными, стал распространяться и на области хозяйственной деятельности. В нашей стране началом применения аэросъемки для нужд народного хозяйства можно считать 1918 г., когда было выполнено фотографирование местности в районе г. Твери на площади 100 км2. В марте 1919 г. Принят декрет об учреждении Высшего геодезического управления. Было создано Аэрофототопографическое отделение, которое выполняло опытно-производственные работы по использованию аэрофотоснимков в картографических целях. В 1924 г. ставится задача использовать аэрофотоснимки при создании топографических карт неисследованных районов, тогда же проведены первые аэрофотосъемки для нужд лесоустройства и дорожного строительства.
1930-е годы. В этот период аэрофотоснимки стали применяться в геологии, для изучения, таксации и эксплуатации лесов, а также при изучении Арктики. К этому же времени относится первый опыт использования аэрофотоснимков для изучения пустынь, рек, болот, рельефа. Аэросъемка становится новым орудием для работы в труднодоступных районах.
1940-е годы. Вторая мировая война дала новый импульс развитию методов получения и интерпретации снимков с воздуха. Появляется спектрозональная пленка (в американской литературе принят термин «цветная инфракрасная»), использование которой позволяло отделить вегетирующую растительность от окрашенной в зеленый цвет военной техники. В это время проводятся первые опыты применения радиолокаторов для исследования местности с воздуха.
В Советском Союзе даже во время Великой Отечественной войны 1941-1945 гг. активно велись начатые ранее работы по топографическому картографированию. В 1949 г. было закончено составление топографической карты масштаба 1:100 000. Это стало возможно благодаря применению аэрометодов, в частности камерального дешифрирования аэрофотоснимков при составлении листов карты на малоисследованные восточные районы страны.
С этого времени дешифрирование снимков становится обязательным процессом в технологической схеме топографического картографирования.
1950-е годы. В этот период разработанные в военных целях методики съемки и дешифрирования становятся достоянием широкого круга исследователей и производственников. Расширяется круг отраслей науки и практики, в которых применяются аэрофотоснимки, совершенствуется методика их дешифрирования.
1960-е годы. В это время разрабатываются основы дешифрирования снимков как метода географического исследования. Ландшафтный метод, становится основным при географическом изучении территории по аэроснимкам. Наиболее широкое развитие он получил при гидрогеологических изысканиях, при почвенном и геоботаническом картографировании.
Важнейшее событие этого периода, знаменующее новый этап в развитии аэрокосмических методов, — получение первых фотографических и телевизионных снимков из космоса. Оно послужило толчком к разработке новых типов съемочных систем. В США и почти одновременно в Советском Союзе разрабатывается новый принцип регистрации солнечного излучения и создаются новые съемочные оптико-электронные системы — сканеры. Внедрение регистрации излучения на магнитную пленку, облегчающее кодирование информации, послужило стимулом для разработки методов автоматизированного дешифрирования снимков. В эти же годы начинается создание способов синхронной съемки в нескольких спектральных зонах оптического диапазона — многозональной съемки.
1970-е годы характеризуются вхождением в жизнь и все более широким применением космических методов.
В 1971 г. в нашей стране были получены из космоса фотографические снимки масштаба около 1:2 000 000, долгое время не имевшие аналогов по детальности изображения. Съемку осуществил экипаж орбитальной станции Салют, трагически погибший при возвращении на Землю. В 1972 г. США вывели на орбиту автоматический спутник Ландсат, на котором был установлен сканер, обеспечивавший получение многозональных снимков в четырех зонах видимого и ближнего инфракрасного участков спектра с размером элемента изображения 57x79 м на местности и предназначавшийся для изучения природных ресурсов.