Из истории аэрокосмического картографирования
Download 89 Kb.
|
Geografik kartalarni tuzish va nashirlash tayirlash. Bu Tapagrafiya va kartagrafiya fanidan
|
Содержание Введение
Картографические материалы Материалы дистанционного зондирования Аэрокосмическое картографирование 2. Фонд космических снимков 2.1 Дешифрирование аэроснимков и космических снимков 2.2 Создание фотокарт 2.3 Составление и обновление топографических карт 2.4 Тематическое картографирование 2.5 Оперативное картографирование Заключение Список использованных источников Введение
Тема «Составление карт по картографическим и аэрокосмическим материалам» весьма актуальна и интересна для рассмотрения, ведь на протяжении нескольких последних десятилетий топографическое картографирование, включая крупномасштабное, выполняется преимущественно аэрофототопографическим методом. Этот метод завоевал всеобщее признание в силу его экономичности, высокой точности и производительности. Анализ применения аэрокосмических снимков в разных направлениях исследований четко показывает, что при всем многообразии решаемых задач магистральный путь их практического использования лежит через карту, которая имеет самостоятельное значение и, кроме того, служит базовой основой ГИС. Материалы аэрокосмической фотосъемки широко используются как в процессе создания карт, так и при их обновлении. Общегеографические и тематические карты также используют в качестве источников при составлении карт. Однако их значение не ограничивается использованием их для привязки тематического содержания. Они обеспечивают географическую достоверность картографирования, играя роль основы, т.е. того каркаса, относительно которого производится нанесение и последующая увязка тематического содержания составляемой карты и взаимное согласование карт разной тематики. В данной работе большое внимание уделяется аэрокосмическому картографированию, в частности таким вопросам, как фонд космических снимков, дешифрование аэроснимков и космических снимков, создание фотокарт и т.д. При подготовке данной работы использовались учебные пособия, к примеру, «Картография» и «Картоведение» А.М. Берлянта, а также различные интернет - источники. 1. Источники для создания карт 1.1 Картографические материалы Общегеографические карты используют в качестве источников при составлении любых тематических карт. Они служат основой для нанесения тематического содержания. Топографические, обзорно-топографические и обзорные карты — это надежные и достоверные источники, которые создают по государственным инструкциям, в стандартной системе условных знаков с определенными, строго фиксированными требованиями к точности. Значение общегеографических карт не ограничивается использованием их для привязки тематического содержания. Они обеспечивают географическую достоверность картографирования, играя роль основы, т.е. того каркаса, относительно которого производится нанесение и последующая увязка тематического содержания составляемой карты и взаимное согласование карт разной тематики. Тематические картографические материалы — основной источник для составления тематических карт. К ним относятся результаты полевых тематических съемок (крупномасштабные планы, схемы, абрисы, маршрутные и стационарные съемки и т.п.), собственно тематические карты разного масштаба и назначения, а также разного рода специальные материалы, такие как схемы землепользовании, лесоустроительные планы и др. Тематические карты крупных масштабов всегда служат источниками для мелкомасштабных карт, но особенно важно, что карты одной тематики часто используют при составлении карт смежной тематики. Так, при почвенном картографировании привлекают карты растительности и геоморфологические, при создании геоморфологических карт — геологические и тектонические, при составлении карт транспорта совершенно необходимо использование карт расселения и т.д. А для составления синтетических карт районирования и оценки территории в качестве источников часто берут серии карт разной тематики. Современное обилие тематических материалов ставит задачу оптимизации их выбора при создании любой карты, а это требует от картографа глубоких географических знаний. Особый вид источников — кадастровые карты и планы. Они с документальной точностью отражают размещение, качественные и количественные характеристики явлений и природных ресурсов, дают их экономическую или социально-экономическую оценки, содержат рекомендации по рациональному использованию и охране. Таковы карты кадастра земельного, городского, полезных ископаемых, лесного, водного, промыслового и др. 1.2 Материалы дистанционного зондирования Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных фото теодолитных станций. Наиболее широко применяются в картографии материалы аэрокосмического зондирования, в особенности — космической съемки, которая, будучи более экономичной, по детальности теперь приближается к аэросъемке. Эти материалы разнообразны по масштабу, охвату, разрешению и другим свойствам . Они имеют важные преимущества перед другими источниками для составления карт. • Обзорность космических изображений — от глобального охвата до десятков километров при детальной съемке — обеспечивает экономичное картографирование обширных пространств. • Съемка из космоса одной и той же территории с разным разрешением и генерализацией позволяет параллельно создавать и обновлять карты разных масштабов, избавляя от необходимости составлять карты более мелких масштабов по крупномасштабным, что неизбежно удлиняло процесс картографирования. • Центральная проекция, в которой строится изображение, при большой высоте центра проектирования близка к ортогональной, что упрощает фотограмметрическую обработку при создании карт. • Повторные съемки с заданной периодичностью обеспечивают динамическое картографирование и мониторинг быстро меняющихся во времени процессов и явлений. • Обеспечивается картографирование труднодоступных районов — пустынь, маршей, высокогорий, полярных островов, Антарктиды. Мало того, решается проблема съемки других планет и их спутников. • Выразительность и наглядность космических снимков обусловили появление новых видов картографической продукции — фотокарт и спутниковых карт биофизических характеристик земной поверхности. • Комплексное отображение на одном снимке всех компонентов земных ландшафтов способствует наиболее правильной передаче пространственных взаимосвязей картографируемых объектов. Благодаря этому аэрокосмические снимки нашли в картографии разнообразное применение при составлении и оперативном обновлении топографических карт, создании тематических карт и фотокарт, картографировании малоизученных и труднодоступных районов. Съемки ведут в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном (ИК), среднем ИК, тепловом ИК, радиоволновом диапазонах спектра. Съемка в видимом и ближнем ИК диапазонах регистрирует солнечное излучение, отраженное объектами в соответствии с их спектральной отражательной способностью. На снимках отображаются оптические характеристики объектов — их спектральная яркость. Для съемки необходимо освещение, а облачность в этом случае мешает съемке. В тепловом ИК диапазоне регистрируется собственное излучение Земли и температурные характеристики объектов. Съемка в этом диапазоне не зависит от освещения, может выполняться ночью, но облачность и здесь является помехой. При съемке в радиодиапазоне радиоволны, почти не поглощаясь, свободно проходят через облачность и туман, съемку ведут при любой погоде и в любое время суток. На снимках хорошо видны рельеф и шероховатость поверхности, ее влажность, иногда — под поверхностные структуры. При съемке в разных спектральных диапазонах используют различные технологии и получают снимки разных типов. Фотографические снимки — это результат по кадровой регистрации на фотопленку солнечного излучения, отраженного земными объектами. Аэрофотоснимки получают с самолетов и вертолетов, космические снимки — со спутников, космических кораблей и орбитальных станций, подводные — фотокамерами, опускаемыми на глубину, а наземные — с помощью фототеодолитов. Кроме одиночных плановых снимков картографическими источниками служат стереопары, фотосхемы и фотопланы, фронтальные (вертикальные) фотоснимки и др. Космические фотоснимки отличаются хорошими геометрическими свойствами и высоким качеством изображения. Разрешение снимков, доступных гражданскому пользователю, — до 2 м (с разведывательных спутников получают снимки с разрешением до 0,2 м), что достаточно для создания топографических карт масштаба 1:50 000 с точностью 10 м по высоте и 15 м в плане. Недостаток этого вида съемки — необходимость доставки отснятой пленки на Землю для обработки. Основной объем информации дают сканерные снимки — результат поэлементной и построчной регистрации излучения объектов земной поверхности и передачи информации по радиоканалам. Само слово «сканирование» означает управляемое перемещение светового (лазерного и др.) луча с целью последовательного обзора какого-либо участка. В ходе съемки с самолета или спутника сканирующее устройство (качающееся зеркало) последовательно, полоса за полосой, просматривает местность поперек направления движения носителя. Световой сигнал поступает на фотоэлектрический приемник, преобразуется в электрический, по радиоканалу передается на наземное приемное устройство в цифровой форме, а затем записывается в виде изображения. В результате получают снимки со строчной структурой, причем строки состоят из небольших элементов — пикселов, т.е. элементарных ячеек сканерного изображения. Каждый пиксел отражает интегральную яркость участка местности, соответствующего мгновенному угловому полю зрения сканера; детали внутри этого участка неразличимы. В полете съемку ведут постоянно, сканируя широкую непрерывную полосу местности. В целом качество сканерных изображений уступает фотоснимкам, но оперативность и цифровая форма передачи в реальном режиме времени дают этому методу неоценимые преимущества. ПЗС-снимки. Кроме механического сканирования в 1980-х годах начали использовать новый вариант сканирования, когда приемником излучения служит линейка, состоящая из множества миниатюрных (размером в несколько мкм) приемников излучения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Это дает изображение сразу целой строки, а движение носителя аппаратуры — накопление строк. Отсутствие подвижных элементов конструкции обеспечивает хорошие геометрические качества изображения, а малые размеры приемников — получение изображения очень высокого разрешения (менее 1 м). Обычно под сканерными снимками имеют в виду снимки в видимом и ближнем ИК диапазонах, но принцип сканирования применяется и при съемке в других диапазонах спектра. Тепловые инфракрасные радиометрические снимки (или тепловые снимки) получают в результате съемки в тепловом ИК диапазоне. ИК радиометры механически сканируют собственное тепловое излучение Земли. Снимки имеют не очень высокое разрешение, в лучшем случае — десятки метров. Микроволновые радиометрические снимки получают в коротковолновом (СВЧ — сверхвысокочастотном) радиодиапазоне также с использованием принципа механического сканирования. Приемниками излучения служат антенны, разрешение снимков ограничено несколькими километрами. Радиолокационные снимки получают при активном методе съемки, когда антенна съемочной системы генерирует радиоизлучение, оно отражается поверхностью и улавливается регистрирующей аппаратурой. Отражение сигнала зависит от рельефа поверхности, ее шероховатости, структуры и состава слагающих пород, характера растительности и влажности почв. При определенных длинах радиоволн они способны проникать под поверхность и отражать, например, линзы подземных вод. Разрешение снимков зависит от размера антенны и при антенне длиной в несколько метров составляет 1-2 км. Искусственно удлиняя антенну (так называемая синтезированная апертура), выполняют съемку с разрешением порядка 20 м. На самолетах и космических носителях используют радиолокаторы бокового обзора, они ведут съемку поперек направления движения носителя. Поэтому пересеченный рельеф дает радиотени, что обеспечивает выразительное изображение. Основное достоинство радиолокационной съемки — ее всепогодность: очень удобна для исследования океана — его волнения, загрязнения. Радиолокацию применяют и при изучении планет, в частности, Венеры, постоянно закрытой плотными облаками. Принцип бокового обзора используют и для получения гидролокационных снимков с помощью аппаратуры, генерирующей и регистрирующей звуковые волны. Среди новых видов локационных изображений следует отметить снимки, получаемые с помощью лазерных локаторов — лидаров. Непрерывное совершенствование сканерных и локационных систем, множественность съемочных диапазонов, их широкое комбинирование — все это дает поистине неисчерпаемое разнообразие источников для тематического картографирования. При этом особое значение имеют многозональные снимки, когда одна и та же территория (или акватория) одновременно фотографируется или сканируется в нескольких зонах спектра. Комбинируя зональные снимки, получают цветные синтезированные изображения, наилучшим образом представляющие леса разных пород, сельскохозяйственные угодья, увлажненные территории и т.п. Материалы многозональной съемки — ценнейший источник для составления тематических карт. На рубеже веков появился еще один вид съемки — гиперспектральная, когда излучение регистрируется в большом числе узких (до 10 нм) спектральных зон — от нескольких десятков до нескольких сотен. Это позволяет определять даже минералогический состав горных пород, расширяет возможности исследования атмосферы и океана, их загрязнения. Материалы гиперспектральной съемки особенно ценны для экологического мониторинга и картографирования. 1.3 Аэрокосмическое картографирование Из истории аэрокосмического картографирования [2] Первые аэрофотоснимки появились в середине XIX в., и этому способствовали два важных события — изобретение в 1839 г. фотографии и создание летательных аппаратов. В 1839 г. француз Г.Ф. Турнашон (известный под псевдонимом Надар) впервые взял в полет на воздушном шаре фотоаппарат, чтобы изготовить план окрестностей своего города. В 1886 г. А.М. Кованько и Л.Н. Зверинцев, выполнив съемку над Петербургом первым специальным аэрофотоаппаратом, писали: «Недалеко то время, когда будет казаться странным, как могли так долго обходиться без воздушных снимков». Уже в годы Первой мировой войны военные летчики выполняли разведывательную фотосъемку. В 30-х годах XX в. Аэрофотосъемка стала основным методом создания крупномасштабных карт — топографических, геологических, лесных, почвенных, сельскохозяйственных. К середине 1950-х годов с помощью аэрофотосъемки были составлены топографические карты всей территории нашей страны в масштабе 1:100 000, а через четверть века завершился огромный труд по созданию карты масштаба 1:25 000 из 300 тыс. листов. Аэротопографическое картографирование энергично вели США, Канада, страны Европы и Азии. Но к 1997 году картографическая изученность мира по данным ООН составляла для карт масштаба 1:25 000 и крупнее всего 42%, а для масштаба 1:100 000 — не более 65%. После запуска в 1957 г. первого искусственного спутника Земли и пилотируемых космических кораблей появился новый источник для составления карт — космические снимки, позволившие вести картографирование быстрей и экономичней. Однако в первом космическом полете Юрия Гагарина фотокамеры на борту корабля не было. Но уже второй космонавт Герман Титов работал с фотоаппаратом. Разные виды аппаратуры были опробованы на пилотируемых кораблях («Восток», «Восход», «Союз», Mercury, Geminy, Apollo) и орбитальных станциях («Салют», Skylab, Spacelab, Мир, МКС) В первые годы космических исследований начали оборудовать специальные спутники со съемочной аппаратурой для съемки Земли, Луны, планет. С 1960 г. начались запуски метеорологических спутников (TIROS, Nimbus, ESSA, «Метеор», NOAA), выполнявших вначале телевизионную, а затем сканерную съемку (SMS, GOES,GMS, Meteosat, Электро, Indsat, Fy). Сразу же после запуска первого спутника стали разрабатывать аппаратуру для детальной съемки. Такие работы велись в США с 1958 г. в целях космической разведки. С 1960 г. осуществлялись запуски спутников с фотографической системой Key-Hole («замочная скважина»), а с 1976 г. — с оптико-электронной аппаратурой для передачи снимков по радиоканалам. Параллельное развитие имели разведывательные съемочные системы в СССР. В 1962 г. запущен первый автоматический спутник фоторазведки «Зенит». Он стал прообразом системы «Ресурс-Ф», с которых, начиная с середины 1970-х годов, регулярно велась фотосъемка для решения природно-ресурсных задач и тематического картографирования. На этой основе выполнялась программа ККИПР — комплексная картографическая инвентаризация природных ресурсов. Спутники обеспечивали всю страну фотоснимками высокого разрешения. В 1990-х годах накопление материалов продолжила система космической съемки двойного назначения «Комета». Ее снимки с разрешением до 2 м, предназначенные для топографического картографирования, стали затем достоянием гражданских организаций, и материалы фотографической съемки вышли на мировой рынок. Таким образом, до конца XX в. фотографическая съемка поставляла в нашей стране основную информацию высокого разрешения. Другие страны интенсивно развивали оперативную съемку с ресурсных спутников. Наиболее значимой в 1970—1980-е годы была программа США Landsat, по которой с 1972 г. работали шесть спутников, многократно покрывшие Землю съемками. В результате был создан используемый во всем мире и постоянно пополняемый фонд сканерных снимков с разрешением 80 и 30 м, достаточным для тематического картографирования. А с середины 1970-х годов и в нашей стране разрабатывалась система ресурсных спутников по программе «Метеор-Природа», ориентированная на получение сканерных снимков малого и среднего разрешения. До середины 1980-х годов в мире было два основных источника космической информации: советские фотографические снимки высокого разрешения системы «Ресурс- Ф» и американские сканерные снимки с ресурсных спутников Landsat. Они стали основными материалами космической съемки и для остальных стран мира. С 1975 г. к числу космических держав присоединился Китай, однако он запускал только спутники военной разведки и не участвовал в формировании мирового фонда космических снимков. Положение изменилось в 1986 г. в связи с запуском французских спутников SPOT. Использование оптико-электронной съемочной системы с приемниками излучения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) повысило разрешение цифровых снимков, передаваемых по радиоканалам, до 10 м и сделало их пригодными для создания не только тематических, но и топографических карт. В течение десятилетия до середины 1990-х годов эти снимки оставались лучшими в мире материалами оперативной съемки. Что же касается сканерной съемки среднего и высокого разрешения для мониторинга природной среды и тематического картографирования, то с конца 1980-х годов эти задачи успешно решала российская система «Ресурс-О». К концу XX в. начались активная разработка малых космических аппаратов, более экономичных, быстро создаваемых и легче запускаемых. Прогресс оптоэлектроники и миниатюризация съемочной аппаратуры, подключение коммерческих фирм привели к тому, что космическая деятельность перестала быть прерогативой двух-трех стран. Круг расширился в первую очередь за счет наиболее нуждающихся в съемках стран Юго-Восточной Азии. Большого успеха в середине 1990-х годов достигла Индия, получив в 1996 г. со спутника IRS лучшие в мире на то время оперативные цифровые снимки с разрешением 5,6 м. К 2000 г. стало более 20 стран, ведущих космическую съемку или создающих спутники. Главным образом, это запуски малых космических аппаратов для оперативной съемки высокого разрешения и стереосъемки для топографического картографирования. Этот период характеризуется также интенсивным развитием всепогодной радиолокационной съемки — ее выполняли спутники «Алмаз», ERS, JERS, Radarsat, Envisat. Осознание к концу тысячелетия серьезности глобальных экологических проблем побудило начать долговременную программу EOS с запуском спутников Terra, Aqua и др. с комплексом новой аппаратуры, в частности для гиперспектральной съемки MODIS, ASTER, многоугловой съемки MISR и др. Инициированная и финансируемая НАСА, эта программа выходит за национальные рамки благодаря широкому информированию о поступлении материалов и свободному получению их по сети Интернет. Ближайшие перспективы развития космической съемки связаны с освоением космической стереосъемки высокого разрешения, с гиперспектральной съемкой, сочетанием съемок в разных диапазонах: разрабатывается аппаратура Ресурс-ДК для оперативной съемки высокого разрешения в России; создается усовершенствованная аппаратура (типа ЕТМ, но более легкая и экономичная) для съемки с ресурсных спутников США; выполняется съемка с французского спутника SPOT-5 c повышением разрешения до 5—2,5 м и применением системы для стереосъемки; разработаны специализированные картографические спутники — индийский (Cartosat), японский (Alos) и др., выполняющие стереосъемку и сочетающие съемки высокого разрешения в оптическом и радиодиапазоне; развиваются гиперспектральная съемка и методы обработки ее материалов. Параллельно с прогрессом съемок Земли совершенствовалось дистанционное зондирование планет, прошедшее этапы фотографической (Зонд) и фототелевизионной съемки (Lunar Orbiter) Луны, телевизионной и сканерной съемки Марса, Меркурия (Mariner). Выполнены съемки дальних планет земной группы —Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и их спутников (Voyadger), радиолокационная съемка Венеры (Венера-16, Magellan), детальная ПЗС-съемка Марса (Mars Global Serveyer). Заключение Итак, материалы аэрокосмической фотосъемки широко используются как в процессе создания топографических карт, так и при их обновлении. Роль самолетных и космических снимков различна. Аэроснимки применяются при картографировании в крупном масштабе, и заменить их космическими снимками пока невозможно, так как большая высота фотографирования и съемка длиннофокусными камерами не позволяют получать материалы из космоса для детального изучения рельефа фотограмметрическим методом. Космические фотосъемки эффективны при обновлении карт. Практика показала, что при использовании космических методов можно отказаться от традиционного поэтапного метода картосоставления и перейти на технологию обновления карты требуемого масштаба, а не всего масштабного ряда. Это сокращает цикл работ на несколько лет. Кроме того, в связи с большим территориальным охватом космического снимка и малыми искажениями контуров в горных районах уменьшается трудоемкость работ по обновлению карт. «Космическое» обеспечение карты снимет остроту проблемы постоянного и неизбежного при существующей технологии картографирования «старения» ее содержания [5]. Общегеографические и тематические карты также являются важными источниками, которые используют при составлении карт. Однако их значение не ограничивается использованием их для привязки тематического содержания. Они обеспечивают географическую достоверность картографирования, играя роль основы, т.е. того каркаса, относительно которого производится нанесение и последующая увязка тематического содержания составляемой карты и взаимное согласование карт разной тематики. Список использованных источников 1. Берлянт А.М. Картография: Учебник для вузов. – М.: Аспект Пресс, 2002. 2. Берлянт А.М. Картоведение: Учебник для вузов. – М.: Аспект Пресс, 2002 3. Ю.Ф.Книжников. Аэрокосмические методы географических исследований.– М.: Издательский центр «Академия», 2004 4. Кравцова В.И. Космические методы картографирования / Под ред. Ю.Ф. Книжникова М.: Изд-во МГУ, 1995. 5. http://www.lomonosov-fund.ru/enc/ru/encyclopedia:01330:article Download 89 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|