Teledetekcja Ziemi. Dane teledetekcyjne Metody teledetekcyjne w geologii

Wyślij swoją dobrą pracę w bazie wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy korzystają z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Wam bardzo wdzięczni.

Hostowane na http://www.allbest.ru/

1. Podstawowe pojęcia teledetekcji Ziemi. Schemat teledetekcji

teledetekcja geodezyjna ziemi

Teledetekcja Ziemi (ERS) – pozyskiwanie informacji o powierzchni Ziemi i znajdujących się na niej obiektach, atmosferze, oceanie, górnej warstwie skorupy ziemskiej metodami bezkontaktowymi, w których urządzenie rejestrujące jest usuwane z obiekt badań w znacznej odległości.

Fizyczną podstawą teledetekcji jest funkcjonalna zależność między rejestrowanymi parametrami promieniowania własnego lub odbitego obiektu a jego charakterystyką biogeofizyczną i położeniem przestrzennym.

Teledetekcja służy do badania właściwości fizycznych i chemicznych obiektów.

Istnieją dwa powiązane ze sobą kierunki w teledetekcji

Nauki przyrodnicze (badania na odległość)

Inżynieria (metody zdalne)

teledetekcja

techniki teledetekcji

Przedmiotem teledetekcji jako nauki są właściwości i relacje czasoprzestrzenne obiektów przyrodniczych i społeczno-gospodarczych, przejawiające się bezpośrednio lub pośrednio w promieniowaniu własnym lub odbitym, rejestrowanym zdalnie z kosmosu lub z powietrza w postaci dwukierunkowego obraz wielowymiarowy - migawka.

Metody teledetekcji opierają się na wykorzystaniu czujników umieszczonych na statkach kosmicznych i rejestrujących promieniowanie elektromagnetyczne w formatach znacznie bardziej odpowiednich do przetwarzania cyfrowego iw znacznie szerszym zakresie widma elektromagnetycznego.

W teledetekcji wykorzystuje się podczerwony zakres promieniowania odbitego, termiczną podczerwień oraz radiowy zakres widma elektromagnetycznego.

Proces zbierania danych teledetekcyjnych i wykorzystywania ich w systemach informacji geograficznej (GIS).

2. Rodzaje badań kosmicznych

Fotografia kosmiczna zajmuje jedno z czołowych miejsc wśród różnych metod teledetekcji. Przeprowadza się go za pomocą:

* sztuczne satelity Ziemi (ISS),

* automatyczne stacje międzyplanetarne,

* długoterminowe stacje orbitalne,

* Załogowy statek kosmiczny.

Patka. Główne porty kosmiczne używane do wystrzeliwania satelitów geodezyjnych.

Kosmiczne systemy (zespoły) do monitorowania środowiska obejmują (i wykonują):

1. Systemy satelitarne na orbicie (centrum kontroli misji i pomiarów),

2. Odbiór informacji przez naziemne punkty odbiorcze, satelity przekaźnikowe,

3. Przechowywanie i dystrybucja materiałów (centra przetwarzania pierwotnego, archiwa obrazów). Opracowano system wyszukiwania informacji, który zapewnia gromadzenie i systematyzację materiałów otrzymanych ze sztucznych satelitów Ziemi.

Orbity statków kosmicznych.

Orbity nośne dzielą się na 3 typy:

* równikowy,

* polarny (biegun),

* skośny.

Orbity dzielą się na:

* okrągły (dokładniej, zbliżony do okrągłego). Obrazy satelitarne uzyskane z nośnika kosmicznego, który poruszał się po orbicie kołowej, mają w przybliżeniu taką samą skalę.

* eliptyczny.

Orbity są również rozróżniane na podstawie ich położenia względem Ziemi lub Słońca:

* geosynchroniczny (względem Ziemi)

* heliosynchroniczny (względem Słońca).

Geosynchroniczny - statek kosmiczny porusza się z prędkością kątową równą prędkości obrotu Ziemi. Stwarza to efekt „unoszenia się” nośnika kosmicznego w jednym punkcie, co jest wygodne do ciągłych badań tego samego obszaru powierzchni ziemi.

Heliosynchroniczny (lub synchroniczny ze słońcem) — statek kosmiczny przelatuje nad pewnymi obszarami powierzchni Ziemi w tym samym czasie lokalnym, co jest wykorzystywane do wykonywania wielu przeglądów w tych samych warunkach oświetleniowych. Orbity heliosynchroniczne - orbity, podczas fotografowania z których oświetlenie słoneczne powierzchni ziemi (wysokość Słońca) pozostaje praktycznie niezmienione przez dość długi czas (prawie w ciągu sezonu). Osiąga się to w następujący sposób. Ponieważ płaszczyzna dowolnej orbity pod wpływem niesferyczności Ziemi trochę się rozwija (precesje), okazuje się, że wybierając pewien stosunek nachylenia i wysokości orbity, można osiągnąć wielkość precesji jest równa dziennemu obrotowi Ziemi wokół Słońca, tj. około 1 ° dziennie. Wśród orbit bliskich Ziemi możliwe jest utworzenie tylko kilku orbit synchronicznych ze Słońcem, których nachylenie jest zawsze odwrócone. Na przykład na orbicie o wysokości 1000 km nachylenie powinno wynosić 99°.

Rodzaje strzelania.

Obrazowanie przestrzeni kosmicznej odbywa się różnymi metodami (ryc. „Klasyfikacja obrazów kosmicznych według zakresów widmowych i technologii obrazowania”).

Ze względu na charakter pokrycia powierzchni Ziemi przez zdjęcia satelitarne można wyróżnić następujące badania:

* fotografia pojedyncza,

* trasa,

* obserwacja,

* strzelanie globalne.

Pojedyncze (selektywne) fotografowanie jest wykonywane przez astronautów za pomocą ręcznych aparatów. Zdjęcia uzyskuje się zwykle perspektywicznie ze znacznymi kątami nachylenia.

Badanie trasy powierzchni ziemi odbywa się wzdłuż ścieżki satelity. Szerokość pokosu pomiarowego zależy od wysokości lotu i kąta widzenia systemu obrazowania.

Badanie celowane (selektywne) ma na celu uzyskanie obrazów specjalnie określonych obszarów powierzchni ziemi z dala od drogi.

Obrazowanie globalne jest wykonywane z satelitów geostacjonarnych i orbitujących wokół biegunów. satelity. Cztery do pięciu satelitów geostacjonarnych na orbicie równikowej zapewnia praktycznie ciągłe pozyskiwanie panoramicznych zdjęć w małej skali całej Ziemi (patrole kosmiczne) z wyjątkiem czap polarnych.

obraz lotniczy

Obraz lotniczy to dwuwymiarowy obraz rzeczywistych obiektów, który jest uzyskiwany zgodnie z pewnymi prawami geometrycznymi i radiometrycznymi (fotometrycznymi) poprzez zdalną rejestrację jasności obiektów i ma na celu badanie widocznych i ukrytych obiektów, zjawisk i procesów zachodzących w otaczającym świecie, a także określić ich położenie przestrzenne.

Obraz przestrzeni w swoich właściwościach geometrycznych zasadniczo nie różni się od zdjęcia lotniczego, ale posiada cechy związane z:

* fotografowanie z dużych wysokości,

* i duża prędkość.

Fotografia lotnicza wykonywana jest w widzialnym i niewidzialnym zakresie fal elektromagnetycznych, gdzie:

1. fotograficzny - zakres widzialny;

2. niefotograficzne - zakresy widzialne i niewidoczne, gdzie:

· zakres widzialny – spektrometryczny opiera się na różnicy współczynników spektralnych odbicia obiektów geologicznych. Wyniki są zapisywane na taśmie magnetycznej i zaznaczane na mapie. Możliwość korzystania z filmów i aparatów fotograficznych;

Zasięg niewidzialny: radar (radiotermiczny RT i radar radarowy), ultrafiolet UV, podczerwień IR, optoelektronika (skaner), laser (lidar).

Obszar widzialny i bliskiej podczerwieni. Najpełniejszą ilość informacji uzyskuje się w najbardziej rozwiniętych obszarach widzialnych i bliskiej podczerwieni. Badania lotnicze i kosmiczne w zakresie długości fal widzialnych i bliskiej podczerwieni realizowane są za pomocą następujących systemów:

* Telewizja,

* fotograficzne,

* skanowanie optoelektroniczne,

3. Systemy fotograficzne

Obecnie istnieje szeroka klasa systemów teledetekcji

tworząc obraz badanej powierzchni.W ramach tej klasy sprzętu można wyróżnić kilka podklas różniących się zakresem spektralnym wykorzystywanego promieniowania elektromagnetycznego oraz rodzajem wykrywanego odbiornika promieniowania, również w zależności od metody aktywnej lub pasywnej (fotograficzne i fototelewizyjne systemy sondowania: systemy skaningowe w zakresie widzialnym i IR, telewizyjne radiometry skaningowe optyczno-mechaniczne i optyczno-elektroniczne oraz skanery multispektralne; telewizyjne systemy optyczne: systemy radarowe bocznego skanowania (RLSBO);

Obrazy fotograficzne powierzchni Ziemi pozyskiwane są z załogowych statków kosmicznych i stacji orbitalnych lub z automatycznych satelitów.Cechą charakterystyczną obrazów kosmicznych (CS) jest wysoki stopień

widoczność Pokrycie dużych powierzchni jednym obrazem W zależności od rodzaju zastosowanego sprzętu i klisz fotograficznych, fotografię można prowadzić w całym widzialnym zakresie widma elektromagnetycznego w poszczególnych jego strefach, jak również w zakresie bliskiej podczerwieni (podczerwień)

Skala badania uzależniona jest od dwóch najważniejszych parametrów wysokości pomiarowej oraz ogniskowej obiektywu – W zależności od nachylenia osi optycznej kamery kosmiczne pozwalają uzyskać planowe i perspektywiczne obrazy powierzchni ziemi. używany jest sprzęt fotograficzny o wysokiej rozdzielczości, który pozwala uzyskać (CS) z nakładaniem się 60% lub więcej - Zakres widmowy fotografowania obejmuje widoczną część strefy bliskiej podczerwieni (do 0,86 mikrona). Powszechnie znane wady metody fotograficznej wiążą się z koniecznością powrotu filmu na Ziemię i jego ograniczonym zapasem na pokładzie. Jednak fotografowanie jest obecnie najbardziej pouczającym rodzajem fotografowania z kosmosu – optymalny rozmiar wydruku to 18x18 cm, co jak pokazuje doświadczenie, jest zgodne z fizjologią ludzkiego wzroku, pozwalając zobaczyć cały obraz w tym samym czasie odniesienie topograficzne punktów kontrolnych z dokładnością do 0,1 mm lub większą. Do instalacji schematów zdjęć używane są tylko planowane CS

Aby doprowadzić wieloskalowy, zwykle obiecujący CS do planowanego, stosuje się specjalny proces zwany transformacją.

4. Systemy telewizyjne

Obrazy z telewizora i skanera. Fotografia telewizyjna i skanerowa umożliwia systematyczne uzyskiwanie obrazów i przesyłanie ich na Ziemię w stacjach odbiorczych. Wykorzystywane są systemy kadrowe i skanujące. W pierwszym przypadku jest to miniaturowa kamera telewizyjna, w której obraz optyczny konstruowany przez soczewkę na ekranie zamieniany jest na sygnały elektryczne i przesyłany do ziemi kanałami radiowymi - W drugim przypadku huśtające się lustro skaner na pokładzie przechwytuje strumień światła odbity od Ziemi, który trafia do fotopowielacza. Przekonwertowane sygnały skanera są przesyłane na Ziemię kanałami radiowymi. Na stacjach odbiorczych są one rejestrowane jako obrazy. Wibracje lustra tworzą linie obrazu, ruch nośnika pozwala na nakładanie się linii i formowanie obrazu. Obrazy telewizyjne i skanerowe mogą być przesyłane w czasie rzeczywistym, tj. podczas przelotu satelity nad obiektem. Cechą charakterystyczną tej metody jest skuteczność. Jednak jakość zdjęć jest nieco gorsza niż zdjęć fotograficznych. Rozdzielczość obrazów skanera jest określana przez element skanujący i wynosi obecnie 80-30 m. Obrazy tego typu wyróżniają się strukturą liniowo-siatkową, która jest zauważalna tylko przy powiększeniu na obrazach o wysokiej rozdzielczości. Obrazy skanera o dużym pokryciu mają znaczne zniekształcenia geometryczne. Zeskanowane obrazy odbierane są w postaci cyfrowej, co ułatwia obróbkę komputerową.

Strzelanie telewizyjne i skanerowe odbywa się z satelitów meteorologicznych i satelitów zasobów LandSat, Meteor-Priroda, Resource 0. W wersji wielostrefowej.

Orbity Ziemi o wysokości 600-1400 km. Skala od 1:10 000 000 do 1:1 000 000 i 1:100 000 z rozdzielczością 1-2 km do 30 m. LandSat np. ma 4 zakresy obrazowania spektralnego w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni o rozdzielczości do 30 m. Skanery „Meteor-Priroda” pozwalają uzyskać małe (1,5 km), średnie (230 m) i wysokie rozdzielczości do 80-40 m, Resource -0 medium (170 m) i wysokie (40 m) skanery.

Wieloelementowe obrazy CCD. Dalszy wzrost rozdzielczości wraz z szybkością fotografowania wiąże się z wprowadzeniem aparatów elektronicznych. Wykorzystują wieloelementowe liniowe i macierzowe odbiorniki promieniowania, składające się z urządzeń ze sprzężeniem ładunkowym (światłoczułych elementów detekcyjnych). Liniowy układ detektorów realizuje rząd migawek, akumulację rzędów w wyniku ruchu nośnika. (podobny do skanera), ale bez oscylujących luster i wyższej rozdzielczości. Obrazy zasobów w wysokiej rozdzielczości (40 m) Zasoby i francuski satelita SPOT, do 10 m. W fototelewizji, fotografowaniu aparatem (co daje dobrą jakość) i transmisji kanałami telewizyjnymi - Łączą się w ten sposób zalety fotografii z jej wysoką rozdzielczością i szybkością dostarczania obrazu.

5. Systemy skanerów

Obecnie do badań z kosmosu najczęściej stosuje się kamery multispektralne (multispektralne). systemy optyczno-mechaniczne - skanery instalowane na satelitach do różnych celów. Za pomocą skanerów powstają obrazy, składające się z wielu oddzielnych, sekwencyjnie uzyskiwanych elementów. Termin „skanowanie” oznacza skanowanie obrazu za pomocą elementu skanującego (oscylującego lub obrotowego zwierciadła), który skanuje obszar element po elemencie w poprzek ruchu nośnika i wysyła strumień promieniowania do soczewki, a następnie do czujnika punktowego, który przekształca sygnał świetlny na elektryczny.

Ten sygnał elektryczny jest przesyłany kanałami komunikacyjnymi do stacji odbiorczych. Obraz terenu uzyskiwany jest w sposób ciągły na taśmie złożonej z pasków - skanów, składanych przez poszczególne elementy - piksele. Obrazy skanera można uzyskać we wszystkich zakresach spektralnych, ale zakres widzialny i podczerwień są szczególnie efektywne. Podczas fotografowania powierzchni ziemi za pomocą systemów skanujących powstaje obraz, którego każdy element odpowiada jasności promieniowania obszaru znajdującego się w chwilowym polu widzenia. Obraz ze skanera to uporządkowany pakiet danych o jasności przesyłanych kanałami radiowymi na Ziemię, który jest zapisywany na taśmie magnetycznej (w formie cyfrowej), a następnie może być przekształcony do postaci ramki. Najważniejszymi cechami skanera są kąt skanowania (oglądania) oraz chwilowy kąt widzenia, od których wielkości zależy szerokość sfilmowanego paska oraz rozdzielczość. W zależności od wielkości tych kątów skanery dzielą się na dokładne i geodezyjne. W przypadku skanerów precyzyjnych kąt skanowania zmniejsza się do ±5°, aw przypadku skanerów geodezyjnych zwiększa się do ±50°. Wartość rozdzielczości jest odwrotnie proporcjonalna do szerokości filmowanego pasma. Dobrze sprawdził się skaner nowej generacji, zwany „kartografem tematycznym”, który został wyposażony w amerykańskie satelity

Landsat 5 i Landsat 7. Skaner typu „thematic mapper” pracuje w siedmiu pasmach z rozdzielczością 30m w widzialnym zakresie widma i 120m w zakresie IR. Ten skaner daje duży przepływ informacji, których przetworzenie wymaga więcej czasu; w związku z tym prędkość transmisji obrazu spada (liczba pikseli w obrazach sięga ponad 36 milionów na każdym z kanałów). Urządzenia skanujące mogą służyć nie tylko do uzyskiwania obrazów Ziemi, ale także do pomiaru promieniowania radiometrami skaningowymi, a promieniowaniem skaningowym - spektrometrami.

6. Systemy skanowania laserowego

Jeszcze dziesięć lat temu bardzo trudno było sobie nawet wyobrazić, że stworzą urządzenie, które w ciągu sekundy wykonałoby nawet pół miliona skomplikowanych pomiarów. Dziś takie urządzenia są nie tylko tworzone, ale także bardzo szeroko stosowane.

Systemy skaningu laserowego – już teraz trudno się bez nich obejść w wielu branżach, takich jak górnictwo, przemysł, pomiary topograficzne, architektura, archeologia, inżynieria lądowa, monitoring, modelowanie miast i nie tylko.

Podstawowymi parametrami technicznymi naziemnych skanerów laserowych są szybkość, dokładność i zakres pomiarów. Wybór modelu w dużej mierze zależy od rodzaju prac i obiektów, na których skanery będą wykorzystywane. Na przykład w dużych kamieniołomach lepiej jest używać urządzeń o zwiększonej dokładności i zasięgu. Do prac architektonicznych wystarczy zasięg 100-150 metrów, ale wymagane jest urządzenie o dokładności 1 cm Jeśli mówimy o szybkości pracy, to w tym przypadku im wyższa, tym lepiej, oczywiście.

W ostatnim czasie technologia naziemnego skanowania laserowego jest coraz częściej wykorzystywana do rozwiązywania problemów geodezji inżynierskiej w różnych obszarach budownictwa i przemysłu. Rosnąca popularność skanowania laserowego wynika z szeregu zalet, jakie daje nowa technologia w porównaniu z innymi metodami pomiarowymi. Wśród zalet chciałbym podkreślić główne: wzrost szybkości pracy i spadek kosztów pracy. Pojawienie się nowych, wydajniejszych modeli skanerów, doskonalenie możliwości oprogramowania pozwala mieć nadzieję na dalsze poszerzanie zakresu naziemnego skaningu laserowego.

Pierwszym wynikiem skanowania jest chmura punktów, która zawiera maksimum informacji o badanym obiekcie, czy to budynku, konstrukcji inżynierskiej, zabytku architektury itp. Wykorzystując chmurę punktów w przyszłości możliwe będzie rozwiązanie różnych problemów:

Uzyskanie trójwymiarowego modelu obiektu;

Uzyskanie rysunków, w tym rysunków przekrojów;

Identyfikacja wad i różnych projektów przez porównanie z modelem projektowym;

· wyznaczanie i ocena wartości odkształceń poprzez porównanie z wcześniej wykonanymi pomiarami;

Pozyskiwanie planów topograficznych metodą pomiarów wirtualnych.

Wykonując pomiary złożonych obiektów przemysłowych tradycyjnymi metodami, wykonawcy często spotykają się z faktem, że niektóre pomiary są pomijane podczas prac terenowych. Obfitość konturów, duża liczba pojedynczych obiektów prowadzi do nieuniknionych błędów. Materiały uzyskane za pomocą skaningu laserowego niosą ze sobą pełniejsze informacje na dany temat. Przed rozpoczęciem procesu skanowania skaner laserowy wykonuje zdjęcia panoramiczne, co znacznie zwiększa zawartość informacyjną uzyskanych wyników.

Technologia naziemnego skanowania laserowego, wykorzystywana do tworzenia trójwymiarowych modeli obiektów, planów topograficznych kompleksowo obciążonych terytoriów, znacznie zwiększa wydajność pracy i zmniejsza koszty czasu. Opracowywanie i wdrażanie nowych technologii do produkcji prac geodezyjnych zawsze odbywało się w celu skrócenia czasu prac terenowych. Można śmiało powiedzieć, że skanowanie laserowe jest w pełni zgodne z tą zasadą.

Technologia naziemnego skanowania laserowego jest w ciągłym rozwoju. Dotyczy to również doskonalenia konstrukcji skanerów laserowych oraz rozwoju funkcji oprogramowania służących do sterowania urządzeniami i przetwarzania uzyskanych wyników.

7. Prawo Stefana-Boltzmanna

Ogrzane ciała emitują energię w postaci fal elektromagnetycznych o różnej długości. Kiedy mówimy, że ciało jest „rozpalone do czerwoności”, oznacza to, że jego temperatura jest na tyle wysoka, że w widzialnej, świetlnej części widma zachodzi promieniowanie cieplne. Na poziomie atomowym promieniowanie staje się konsekwencją emisji fotonów przez wzbudzone atomy. Prawo opisujące zależność energii promieniowania cieplnego od temperatury zostało uzyskane na podstawie analizy danych doświadczalnych przez austriackiego fizyka Josefa Stefana i potwierdzone teoretycznie także przez Austriaka Ludwiga Boltzmanna.

Aby zrozumieć, jak działa to prawo, wyobraź sobie atom emitujący światło we wnętrzu Słońca. Światło jest natychmiast absorbowane przez inny atom, ponownie przez niego emitowane - a tym samym przekazywane wzdłuż łańcucha od atomu do atomu, dzięki czemu cały układ znajduje się w stanie równowagi energetycznej. W stanie równowagi światło o ściśle określonej częstotliwości jest pochłaniane przez jeden atom w jednym miejscu jednocześnie z emisją światła o tej samej częstotliwości przez inny atom w innym miejscu. W rezultacie intensywność światła każdej długości fali widma pozostaje niezmieniona.

Temperatura wewnątrz Słońca spada w miarę oddalania się od jego środka. Dlatego w miarę zbliżania się do powierzchni widmo promieniowania świetlnego odpowiada temperaturom wyższym niż temperatura otoczenia. W efekcie podczas emisji wielokrotnej, zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna, będzie ona zachodzić przy niższych energiach i częstotliwościach, ale jednocześnie, ze względu na zasadę zachowania energii, wyemitowana zostanie większa liczba fotonów. Tak więc, zanim dotrze do powierzchni, rozkład widmowy będzie odpowiadał temperaturze powierzchni Słońca (około 5800 K), a nie temperaturze w centrum Słońca (około 15 000 000 K). Energia docierająca do powierzchni Słońca (lub do powierzchni dowolnego gorącego obiektu) opuszcza ją w postaci promieniowania. Prawo Stefana-Boltzmanna mówi nam tylko, jaka jest wypromieniowana energia. To prawo jest napisane tak:

gdzie T to temperatura (w kelwinach), a y to stała Boltzmanna. Ze wzoru widać, że wraz ze wzrostem temperatury jasność ciała nie tylko wzrasta, ale wzrasta w znacznie większym stopniu. Podwój temperaturę, a jasność wzrośnie 16 razy!

Tak więc, zgodnie z tym prawem, każde ciało, którego temperatura jest wyższa od zera absolutnego, emituje energię. Dlaczego więc, można się zastanawiać, wszystkie ciała nie ostygły przez długi czas do zera absolutnego? Dlaczego, powiedzmy, twoje ciało, nieustannie emitując energię cieplną w zakresie podczerwieni, charakterystycznym dla temperatury ludzkiego ciała (nieco ponad 300 K), nie ochładza się?

Odpowiedź na to pytanie składa się właściwie z dwóch części. Po pierwsze, wraz z pożywieniem otrzymujesz energię z zewnątrz, która w procesie metabolicznego przyswajania kalorii z pożywienia przez organizm zamieniana jest na energię cieplną, która uzupełnia utraconą przez organizm energię zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna. Martwe zwierzę stałocieplne bardzo szybko schładza się do temperatury otoczenia, ponieważ zatrzymuje się dopływ energii do jego ciała.

Jeszcze ważniejszy jest jednak fakt, że prawo to dotyczy wszystkich bez wyjątku ciał o temperaturze powyżej zera absolutnego. Dlatego oddając swoją energię cieplną do otoczenia, nie zapominaj, że ciała, którym oddajesz energię – na przykład meble, ściany, powietrze – z kolei promieniują energią cieplną, a ona jest przekazywana do Ciebie. Jeśli otoczenie jest zimniejsze od Twojego ciała (jak to najczęściej ma miejsce), jego promieniowanie cieplne kompensuje tylko część strat ciepła Twojego organizmu, a deficyt uzupełnia zasobami wewnętrznymi. Jeśli temperatura otoczenia jest zbliżona lub wyższa od temperatury ciała, nie będziesz w stanie pozbyć się nadmiaru energii uwolnionej w organizmie podczas metabolizmu poprzez promieniowanie. I wtedy w grę wchodzi drugi mechanizm. Zaczynasz się pocić, a wraz z kropelkami potu nadmiar ciepła opuszcza twoje ciało przez skórę.

W powyższym sformułowaniu prawo Stefana-Boltzmanna odnosi się tylko do ciała absolutnie czarnego, które pochłania całe padające na jego powierzchnię promieniowanie. Prawdziwe ciała fizyczne pochłaniają tylko część energii promienia, a reszta jest przez nie odbijana, jednak w tym przypadku zachowany jest również wzór, zgodnie z którym specyficzna moc promieniowania z ich powierzchni jest proporcjonalna do T4 , jednak w tym przypadku stałą Boltzmanna trzeba zastąpić innym współczynnikiem , który będzie odzwierciedlał właściwości rzeczywistego ciała fizycznego. Takie stałe są zwykle wyznaczane eksperymentalnie.

8. Historia rozwoju metod teledetekcji

Rysowane obrazy - Fotografie - fototeodolit naziemny - Zdjęcia lotnicze - metody lotnicze - Koncepcja teledetekcji pojawiła się w XIX w. - Następnie teledetekcja zaczęła być wykorzystywana na polu militarnym do zbierania informacji o wrogu i podejmowania strategicznych decyzji - Po II wojnie światowej teledetekcja zaczęła być wykorzystywana do obserwacji środowiska i oceny rozwoju terytoriów, a także w kartografii cywilnej.

W latach 60. XX wieku, wraz z pojawieniem się rakiet i satelitów kosmicznych, teledetekcja poszła w kosmos -1960 - wystrzelenie satelitów rozpoznawczych w ramach programów CORONA, ARGON i LANYARD. -Program Merkury - otrzymane obrazy Ziemi. Projekt Gemini (1965-1966) - systematyczne gromadzenie danych teledetekcyjnych. Program Apollo (1968-1975) - teledetekcja powierzchni Ziemi i lądowanie człowieka na Księżycu - Uruchomienie stacji kosmicznej Skylab (1973-1974), - eksploracja zasobów ziemi. Loty promów kosmicznych (1981). Uzyskiwanie wielostrefowych obrazów o rozdzielczości 100 metrów w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni z wykorzystaniem dziewięciu kanałów spektralnych.

9. Elementy orientacji obrazów przestrzeni

Położenie obrazu w momencie fotografowania określają trzy elementy orientacji wewnętrznej – ogniskowa aparatu f, współrzędne x0, y0 punktu głównego o (ryc. 1) oraz sześć elementów orientacji zewnętrznej – współrzędne środka projekcji S – XS, YS, ZS, kąty pochylenia podłużnego i poprzecznego obrazu b i u oraz kąt obrotu h.

Istnieje związek między współrzędnymi punktu obiektu a jego obrazem na obrazie:

gdzie X, Y, Z i XS, YS, ZS to współrzędne punktów M i S w układzie OXYZ; X", Y", Z" - współrzędne punktu m w układzie SXYZ równoległym do OXYZ, obliczone ze współrzędnych płaszczyzny x i y:

a1 \u003d cos bcosch - sinbsinschsinch

a2 \u003d - cossinch - sinbsin schcosch

a3 \u003d - sinаcos u

b2 = cosschcosch (3)

c1 \u003d sinbcosch + cosbsinschsinch,

c2 \u003d - sinbcosch + cosbsinschcosch,

Cosinusy kierunkowe.

Wzory na związek między współrzędnymi punktu M obiektu (ryc. 2) a współrzędnymi jego obrazów m1 i m2 na stereoparze P1 - P2 mają postać:

BX, BY i BZ - rzuty bazy B na osie współrzędnych. Jeżeli znane są zewnętrzne elementy orientacji stereopary, to współrzędne punktu obiektu można wyznaczyć ze wzoru (4) (metoda resekcji bezpośredniej). Za pomocą pojedynczego obrazu położenie punktu obiektu można znaleźć w szczególnym przypadku, gdy obiekt jest płaski, na przykład płaski teren (Z = const). Współrzędne x i y punktów obrazu są mierzone za pomocą monokomparatora lub stereokomparatora. Elementy orientacji wewnętrznej są znane z wyników kalibracji aparatu, a elementy orientacji zewnętrznej można określić podczas fotografowania obiektu lub podczas fototriangulacji (patrz Fototriangulacja). Jeżeli zewnętrzne elementy orientacji obrazów są nieznane, to współrzędne punktu obiektu są ustalane za pomocą punktów odniesienia (metoda resekcji). Punkt referencyjny – punkt konturowy obiektu zidentyfikowany na obrazie, którego współrzędne uzyskuje się w wyniku pomiarów geodezyjnych lub fototriangulacji. Za pomocą resekcji najpierw określ elementy względnej orientacji obrazów P1 - P2 (ryc. 3) - b "1, h" 1, a "2, y" 2, h "2 w S1X"Y"Z " system; której oś X pokrywa się z podstawą, a oś Z leży w głównej płaszczyźnie podstawowej S1O1S2 obrazu P1. Następnie obliczane są współrzędne punktów modelu w tym samym układzie. Wreszcie, używając punktów kontrolnych, przejście. od współrzędnych punktu modelu do współrzędnych punktu obiektu.

Elementy orientacji względnej pozwalają ustawić obrazy w takim samym położeniu względem siebie, jakie zajmowały podczas fotografowania obiektu. W tym przypadku każda para odpowiednich promieni, na przykład S1m1 i S2m2, przecina się i tworzy punkt (m) modelu. Zbiór promieni należących do obrazu nazywany jest więzadłem, a środek projekcji - S1 lub S2 - wierzchołkiem więzadła. Skala modelu pozostaje nieznana, ponieważ odległość S1S2 między wierzchołkami więzadeł jest wybierana arbitralnie. Odpowiednie punkty stereopary m1 i m2 leżą na tej samej płaszczyźnie przechodzącej przez bazę S1S2

Zakładając, że znane są przybliżone wartości elementów orientacji względnej, równanie (6) możemy przedstawić w postaci liniowej:

a db1" + b db2" + s dsch2" + re dch1" + e dch2" + l = V, (7)

gdzie db1",... e dm2" to poprawki do przybliżonych wartości niewiadomych, a,..., e to pochodne cząstkowe funkcji (6) względem zmiennych b1",... h2", l to wartość funkcji (6) , obliczona ze znanych mi przybliżonych wartości. W celu wyznaczenia elementów orientacji względnej mierzy się współrzędne co najmniej pięciu punktów stereopary, a następnie zestawia się równania (7) i rozwiązuje metodą kolejnych przybliżeń. Współrzędne punktów modelu oblicza się według wzorów (4), dobierając dowolnie długość podstawy B i zakładając

Xs1 = Ys1 = Zs1 = 0, BX = B, BY = BZ = 0.

W tym przypadku współrzędne przestrzenne punktów m1 i m2 wyznaczają wzory (2), a cosinusy kierunku wyznaczają wzory (3): dla obrazu P1 elementy b1",

a dla migawki P2 elementy b2", w2", h2".

Na podstawie współrzędnych X"Y"Z" punkty modelu określają współrzędne punktu obiektu:

gdzie t jest mianownikiem skali modelu. Cosinusy kierunkowe otrzymuje się ze wzorów (3), podstawiając zamiast kątów b, u i h kąt podłużny modelu o, kąt poprzeczny modelu z oraz kąt obrotu modelu u.

Aby określić siedem elementów zewnętrznej orientacji modelu - Opublikowano na stronie http://www.allbest.ru/

O, z, u, t - ułóż równania (8) dla trzech lub więcej punktów odniesienia i rozwiąż je. Współrzędne punktów kontrolnych wyznaczane są metodami geodezyjnymi lub metodą fototriangulacji. Zbiór punktów obiektu, których współrzędne są znane, tworzy cyfrowy model obiektu, który służy do sporządzenia mapy i rozwiązania różnych problemów inżynierskich, np. znalezienia optymalnej trasy przejazdu. Oprócz analitycznych metod przetwarzania obrazów stosuje się metody analogowe, oparte na wykorzystaniu urządzeń fotogrametrycznych - Fototransformatora, Stereografu, Stereoprojektora itp.

Zdjęcia szczelinowe i panoramiczne, a także zdjęcia uzyskiwane za pomocą radaru, telewizji, podczerwieni-termii i innych systemów obrazowania znacznie poszerzają możliwości obrazowania fotograficznego, zwłaszcza w badaniach kosmosu. Nie mają one jednak jednego centrum projekcji, a ich zewnętrzne elementy orientacji nieustannie zmieniają się w procesie obrazowania, co komplikuje wykorzystanie takich obrazów do celów pomiarowych.

10. Właściwości obrazów lotniczych

Obrazy lotnicze są głównym wynikiem badań lotniczych, które wykorzystują różnorodne media lotnicze i kosmiczne. Jest to dwuwymiarowy obraz rzeczywistych obiektów, który został uzyskany zgodnie z pewnymi prawami geometrycznymi i radiometrycznymi (fotometrycznymi) poprzez zdalną rejestrację jasności obiektów i ma na celu badanie widocznych i ukrytych obiektów, zjawisk i procesów otaczającego świata, a także określić ich położenie przestrzenne. Badania lotnicze dzielą się na pasywne, które przewidują rejestrację odbitego promieniowania słonecznego lub własnego promieniowania Ziemi; aktywny, w którym dokonywana jest rejestracja odbitego promieniowania sztucznego. Zakres skali zdjęć lotniczych: od 1:1000 do 1:100 000 000

Najpopularniejsze skale: zdjęcia lotnicze 1:10 000 - 1:50 000, przestrzeń - 1:200 000 - 1:10 000 000.

Obrazy lotnicze: analogowe (zwykle fotograficzne), cyfrowe (elektroniczne). Obraz fotografii cyfrowych jest tworzony z oddzielnych identycznych elementów - pikseli (z angielskiego element obrazu - pxel); jasność każdego piksela jest scharakteryzowana przez jedną liczbę. Właściwości obrazów lotniczych: graficzne, radiometryczne (fotometryczne), geometryczne.

Właściwości wizualne charakteryzują zdolność fotografii do odtwarzania drobnych szczegółów, kolorów i przejść tonalnych obiektów.

Radiometryczne świadczą o dokładności ilościowej rejestracji jasności obiektów za pomocą migawki.

Charakteryzują się geometrycznymi możliwościami określania rozmiarów, długości i powierzchni obiektów oraz ich względnego położenia na podstawie obrazów.

11. Przemieszczenie punktów na zdjęciu satelitarnym

Zalety fotografii kosmicznej. Latający satelita nie podlega wibracjom i ostrym wahaniom, dlatego zdjęcia satelitarne można uzyskać w wyższej rozdzielczości i wysokiej jakości niż zdjęcia lotnicze. Zdjęcia można zdigitalizować w celu późniejszej obróbki komputerowej.

Wady zdjęć satelitarnych: informacje nie mogą być przetwarzane automatycznie bez wstępnych przekształceń. Podczas fotografii kosmicznej punkty przesuwają się (pod wpływem krzywizny Ziemi), ich wartość na krawędziach obrazu sięga 1,5 mm. Naruszona zostaje stałość skali w obrębie obrazu, różnica między nimi na krawędziach iw środku obrazu może przekraczać 3%.

Wadą fotografii jest jej nieefektywność, tk. pojemnik z filmem schodzi na Ziemię nie częściej niż raz na kilka tygodni. Dlatego fotograficzne zdjęcia satelitarne są rzadko wykorzystywane do celów operacyjnych, ale stanowią informacje o długotrwałym użytkowaniu.

Jak wiesz, migawka jest centralnym odwzorowaniem terenu, a mapa topograficzna jest ortogonalna. Poziomy obraz płaskiego obszaru odpowiada rzutowi ortogonalnemu, czyli rzutowi ograniczonego fragmentu mapy topograficznej. W związku z tym, jeśli przekształcisz obraz ukośny w obraz poziomy o danej skali, to położenie warstwic na obrazie będzie odpowiadać położeniu warstwic na mapie topograficznej w danej skali. Teren powoduje również przesunięcie punktów na obrazie względem ich położenia na ortogonalnym rzucie odpowiedniej skali.

12. Etapy teledetekcji i analizy danych

Strzelanie stereo.

Strzelanie wielostrefowe. Fotografia hiperspektralna.

Wielokrotne strzelanie.

Strzelanie wielopoziomowe.

Strzelanie wielobiegunowe.

Metoda łączona.

Analiza interdyscyplinarna.

Technika pozyskiwania materiałów teledetekcyjnych

Fotografię lotniczą wykonuje się w atmosferycznych oknach przezroczystości z wykorzystaniem promieniowania w różnych zakresach spektralnych - światła (widzialnego, bliskiej i średniej podczerwieni), podczerwieni termicznej oraz zakresów radiowych.

Fotografia

Wysoki stopień widoczności, pokrycie dużych powierzchni jednym obrazem.

Fotografowanie w całym widzialnym zakresie widma elektromagnetycznego, w poszczególnych jego strefach, a także w zakresie bliskiej IR (podczerwieni).

Skala strzelania zależy od

Wzgórza strzeleckie

Ogniskowa obiektywu.

W zależności od nachylenia osi optycznej uzyskiwanie planowanych i perspektywicznych obrazów powierzchni ziemi.

COP z nakładaniem się 60% lub więcej. Zakres spektralny fotografowania obejmuje widzialną część strefy bliskiej podczerwieni (do 0,86 mikrona).

Strzelanie ze skanera

Najczęściej stosowane są multispektralne układy optyczno-mechaniczne - skanery instalowane na satelitach do różnych celów.

Obrazy, które składają się z wielu pojedynczych, sekwencyjnie pozyskiwanych elementów.

„skanowanie” - skanowanie obrazu za pomocą elementu skanującego, który skanuje obszar element po elemencie w poprzek ruchu nośnika i wysyła strumień promieniowania do soczewki, a następnie do czujnika punktowego, który przetwarza sygnał świetlny na elektryczny. Ten sygnał elektryczny jest przesyłany kanałami komunikacyjnymi do stacji odbiorczych. Obraz terenu uzyskiwany jest w sposób ciągły na taśmie złożonej z pasków - skanów, składanych przez poszczególne elementy - piksele.

Strzelanie ze skanera

Obrazy skanera można uzyskać we wszystkich zakresach spektralnych, ale zakres widzialny i podczerwień są szczególnie efektywne.

W przypadku skanerów precyzyjnych kąt skanowania zmniejsza się do ±5°, aw przypadku skanerów geodezyjnych zwiększa się do ±50°. Wartość rozdzielczości jest odwrotnie proporcjonalna do szerokości filmowanego pasma.

Badanie radarowe

Pozyskiwanie obrazów powierzchni ziemi i znajdujących się na niej obiektów, niezależnie od warunków pogodowych, w dzień iw nocy, dzięki zasadzie radaru aktywnego.

Technologia została opracowana w latach 30.

Radarowe badanie Ziemi przeprowadzane jest w kilku odcinkach zakresu długości fal (1 cm - 1 m) lub częstotliwości (40 GHz - 300 MHz).

Charakter obrazu na obrazie radarowym zależy od stosunku długości fali do wielkości nierówności terenu: powierzchnia może być w różnym stopniu chropowata lub gładka, co objawia się intensywnością sygnału zwrotnego i odpowiednio jasność odpowiedniego obszaru na obrazie. strzelanie termiczne

Opiera się na wykrywaniu anomalii termicznych poprzez ustalanie promieniowania cieplnego obiektów Ziemi w wyniku endogenicznego ciepła lub promieniowania słonecznego.

Zakres podczerwieni widma oscylacji elektromagnetycznych jest warunkowo podzielony na trzy części (w mikronach): bliski (0,74-1,35), średni (1,35-3,50), daleki (3,50-1000).

Ciepło słoneczne (zewnętrzne) i endogeniczne (wewnętrzne) ogrzewa obiekty geologiczne na różne sposoby. Promieniowanie IR, przechodząc przez atmosferę, jest selektywnie absorbowane, dlatego fotografię termowizyjną można wykonywać tylko w obszarze, w którym znajdują się tzw. „okienka przezroczystości” – miejsca, w których przepuszczane są promienie IR.

Empirycznie zidentyfikowano cztery główne okna przezroczystości (w mikronach): 0,74-2,40; 3.40-4.20; 8,0-13,0; 30,0-80,0.

zdjęcia kosmosu

Trzy główne sposoby przesyłania danych z satelity na Ziemię.

Bezpośrednia transmisja danych do stacji naziemnej.

Odebrane dane są przechowywane na satelicie, a następnie przesyłane z pewnym opóźnieniem czasowym na Ziemię.

Wykorzystanie systemu geostacjonarnych satelitów komunikacyjnych TDRSS (ang. Tracking and Data Relay Satellite System).

13. Zestawy dostawcze ERDAS IMAGINE

ERDAS IMAGINE jest jednym z najpopularniejszych programów geoprzestrzennych na świecie. ERDAS IMAGINE łączy w potężnym i przyjaznym dla użytkownika oprogramowaniu możliwości przetwarzania i analizowania różnych rastrowych i wektorowych informacji geoprzestrzennych, umożliwiając tworzenie produktów, takich jak obrazy georeferencyjne, które przeszły ulepszone transformacje, ortomozaiki, mapy klasyfikacji roślinności, klipy lotnicze w „wirtualny świat”, mapy wektorowe otrzymane w wyniku obróbki zdjęć lotniczych i kosmicznych.

IMAGINE Essentials to podstawowy produkt zawierający podstawowe narzędzia do wizualizacji, korekcji i mapowania. Umożliwia korzystanie z przetwarzania wsadowego.

IMAGINE Advantage zawiera wszystkie funkcje IMAGINE Essentials. Ponadto zapewnia zaawansowane przetwarzanie spektralne, analizę zmian, ortokorekcję, mozaikę, analizę obrazu. Umożliwia równoległe przetwarzanie wsadowe.

IMAGINE Professional zawiera wszystkie funkcje IMAGINE Advantage. Ponadto oferuje zestaw zaawansowanych narzędzi do przetwarzania danych spektralnych, hiperspektralnych, radarowych oraz modelowania przestrzennego. Zawiera program mapujący ERDAS ER.

Dodatkowe moduły, takie jak SAR Interferometry, IMAGINE Objective i inne, rozszerzają funkcjonalność pakietu oprogramowania, czyniąc z niego uniwersalne narzędzie do pracy z informacjami geoprzestrzennymi.

14. Dane cyfrowe. Schematyczne przedstawienie konwersji nieprzetworzonych danych na wartości pikseli

Cyfrowe dane w procesie skanowania przez czujnik generują sygnał elektryczny, którego intensywność zmienia się w zależności od jasności danego obszaru powierzchni ziemi. W obrazowaniu wielostrefowym oddzielne niezależne sygnały odpowiadają różnym zakresom widmowym. Każdy taki sygnał zmienia się w sposób ciągły w czasie i dla późniejszej analizy musi zostać przekształcony w zbiór wartości liczbowych. Aby przekształcić ciągły sygnał analogowy na postać cyfrową, dzieli się go na części odpowiadające równym odstępom próbkowania (Rysunek 11). Sygnał w obrębie każdego interwału jest opisywany jedynie przez średnią wartość jego natężenia, dlatego wszelkie informacje o zmianach sygnału w tym interwale są tracone. Zatem wartość interwału próbkowania jest jednym z parametrów, od których bezpośrednio zależy rozdzielczość czujnika. Należy również zauważyć, że dla danych cyfrowych zwykle wybiera się nie bezwzględną, ale względną skalę jasności, w związku z czym dane te nie odzwierciedlają rzeczywistych wartości radiometrycznych uzyskanych dla danej sceny.

15. Projektowanie systemów inżynierskich

Projektując dowolny system stworzony przez człowieka, w tym systemy informatyczne, przede wszystkim określają cele, które należy osiągnąć, oraz priorytetowe zadania do rozwiązania podczas działania systemu.

Zdefiniujmy główny cel projektu GIS „Kaspijski” w następujący sposób: stworzenie wielozadaniowego, wieloużytkownikowego systemu operacyjnych usług informacyjnych dla władz centralnych i lokalnych, państwowych organów kontroli środowiska, agencji ratunkowej i jej oddziałów, zakładów naftowych i firmy z branży gazowniczej, a także inne oficjalne lub prywatne organizacje i osoby. zainteresowane rozwiązywaniem problemów terytorialnych regionu.

Zadania priorytetowe można sformułować na podstawie krótkiego opisu terytorium. Naszym zdaniem są to następujące zadania:

mapowanie struktur i obiektów naturalnych wraz z analizą i opisem wzorców geologicznych, krajobrazowych i innych wzorców terytorialnych;

mapowanie tematyczne infrastruktury przemysłu naftowego i gazowniczego z dość dokładnym nawiązaniem do podłoża topograficznego i map krajobrazowych, geomorfologicznych, ekologicznych wybrzeża;

kontrola operacyjna i prognoza dynamiki linii brzegowej wraz z analizą pojawiających się w tym przypadku problemów terytorialnych (niszczenie tam, zalewanie szybów naftowych, usuwanie wycieków ropy do morza, skażenie olejami obszarów przybrzeżnych itp.);

śledzenie warunków lodowych, zwłaszcza na szelfach, gdzie ropa jest wydobywana z platform morskich.

Na podstawie listy zadań priorytetowych formułujemy wymagania merytoryczne dla systemu:

w pierwszym etapie wdrożenia systemu wykorzystać dostępne zaplecze kosmiczne NOAA/AVHRR i TERRA/MODIS i odpowiednio monitorować procesy wielkoskalowe i średnioskalowe – pola termiczne, pokrywy lodowe, powierzchnie wód. Zapewnienie możliwości rozbudowy systemu z wykorzystaniem aktywnych (RADARSAT-1,2 ERS-1) i pasywnych (Landsat-7.SPOT-4,1RS) pomiarów wysokiej rozdzielczości;

System powinien zapewniać odbiór, archiwizację i przetwarzanie naziemnych danych obserwacyjnych pozyskiwanych zarówno z sieci stacji agrometeorologicznych, jak iz poligonów i poligonów podsatelitarnych. Skład sprzętu dobierany jest w zależności od rozwiązywanego problemu;

*Dodatkowym źródłem informacji mogą być również ekspedycyjne obserwacje naziemne i lotnicze. W zależności od wyposażenia tych wypraw, informacje mogą być otrzymywane online lub po przetworzeniu w biurze.

Porozumienia systemowe dotyczące dostępu do informacji, warunków jej przechowywania, cen danych pierwotnych i przetworzonych itp. powinny być wypracowane wspólnie z zainteresowanymi ministerstwami, akimatami wojewódzkimi i powiatowymi oraz innymi państwowymi odbiorcami danych monitoringowych. Projekt systemu musi przewidywać możliwość włączenia odpowiednich programów sterujących i serwisowych.

Te podstawowe wymagania określają granice, poza którymi projektant nie ma prawa. Zauważamy jednak, że im węższe są te ramy, tym ściślejsze są ograniczenia, tym łatwiej jest je projektować i programować. Dlatego kompetentny projektant dąży do bliskiej interakcji z klientem podczas opracowywania specyfikacji technicznych.

Celowość stworzenia takiego systemu została udowodniona licznymi przykładami efektywnego wykorzystania GIS w rozwiązywaniu różnorodnych problemów terytorialnych. Specyfiką pracy jest zaprojektowanie i wdrożenie monitoringu GIS oraz modelowanie procesów terytorialnych na rozpatrywanym terenie z uwzględnieniem istniejącej infrastruktury informatycznej.

Na pierwszym etapie sformułujemy minimalne obowiązkowe warunki, które mają zastosowanie do systemu informacyjnego (a raczej do dowolnego systemu technogenicznego), aby zapewnić jego „żywotność”. System może skutecznie funkcjonować i ewoluować, jeśli:

jego cel funkcjonalny odpowiada potrzebom środowiska (z reguły także systemu), w którym jest zanurzony;

jego struktura nie jest sprzeczna z architekturą systemów, z którymi współdziała;

jego struktura nie jest wewnętrznie sprzeczna i charakteryzuje się wysokim stopniem elastyczności i modyfikowalności;

osadzone w nim procedury są sprawnie łączone w łańcuchy technologiczne odpowiadające ogólnemu schematowi technologicznemu funkcjonowania systemu;

jego zmniejszenie lub rozbudowa nie prowadzi do zniszczenia struktury, a każdy etap „cyklu życia” systemu, każda jego wersja służy do wykonywania

odpowiednie funkcje.

Wymienione warunki skuteczności systemów technogenicznych mogą być

ilustrowane wieloma przykładami. Warunki te szczególnie wyraźnie demonstrują tzw. systemy monitoringu. Wśród nich uderzającym przykładem jest potężny system monitorowania, Światowa Służba Meteorologiczna.

16. Metody deszyfrowania

Podczas odczytywania radarowego obrazu lotniczego, niezależnie od wybranej metody, konieczne jest:

wykryć cel lub obiekt terenowy na obrazie;

zidentyfikować cel lub obiekt terenu;

przeanalizować wykryty cel lub obiekt terenowy i określić ich charakterystykę ilościową i jakościową;

uporządkować wyniki dekodowania w postaci dokumentu graficznego lub tekstowego.

W zależności od warunków i miejsca realizacji, interpretację obrazów radarowych można podzielić na polową, lotniczą, kamerową oraz kombinowaną.

Zerowe odszyfrowywanie

W interpretacji terenowej dekoder bezpośrednio na ziemi naprowadza się po charakterystycznych i łatwo rozpoznawalnych obiektach terenu i porównując kontury obiektów z ich obrazami radarowymi, nanosi wyniki identyfikacji ze znakami konwencjonalnymi na fotografię lub mapę topograficzną.

Podczas interpretacji terenowej, po drodze, poprzez bezpośrednie pomiary, określa się cechy liczbowe i jakościowe obiektów (charakterystykę roślinności, zbiorników wodnych, przylegających do nich budowli, charakterystykę osadnictwa itp.). Jednocześnie na obrazie lub mapie można nanieść obiekty, które nie zostały ukazane na zdjęciu ze względu na ich mały rozmiar lub dlatego, że nie istniały w momencie fotografowania. Podczas interpretacji terenowej specjalnie lub przypadkowo tworzone są normy (klucze), za pomocą których w przyszłości w warunkach biurowych ułatwiona zostanie identyfikacja obiektów tego samego typu terenu.

Wadami interpretacji terenowej obrazów są jej pracochłonność pod względem czasu i kosztów oraz złożoność jej organizacji.

Aerowizualna interpretacja obrazów lotniczych

W ostatnim czasie w praktyce fotografii lotniczej coraz częściej stosuje się aerowizualną metodę deszyfrowania zdjęć lotniczych. Metodę tę można z powodzeniem zastosować do odczytywania obrazów radarowych terenu.

Istotą metody aerowizualnej jest identyfikacja obrazów obiektu z samolotu lub śmigłowca. Obserwacje można prowadzić za pomocą urządzeń optycznych i na podczerwień. Aerowizualna interpretacja obrazów radarowych może zwiększyć produktywność i obniżyć koszty interpretacji w terenie.

Dane uzyskane w wyniku interpretacji tego obrazu pozwolą na określenie lokalizacji źródeł zanieczyszczeń oraz ocenę ich intensywności (ryc. 12).

Kamerowa interpretacja zdjęć lotniczych

W kameralnej interpretacji obrazów identyfikacja obiektów i ich interpretacja odbywa się bez porównywania obrazów z naturą, poprzez badanie obrazów obiektów zgodnie z ich cechami dekodowania. Kamerowa interpretacja obrazu znajduje szerokie zastosowanie przy sporządzaniu konturowych map radarowych, aktualizacji map topograficznych, badaniach geologicznych oraz przy korygowaniu i uzupełnianiu materiałów kartograficznych w trudno dostępnych miejscach.

Interpretacja kameralna ma jednak istotną wadę – nie jest możliwe uzyskanie w pełni wszystkich niezbędnych informacji o terenie. Ponadto wyniki kameralnej interpretacji obrazów nie odpowiadają czasowi interpretacji, ale momentowi wykonania zdjęcia. Dlatego bardzo celowe wydaje się łączenie kameralnej i terenowej lub lotniczej wizualnej interpretacji obrazów, czyli ich łączenie.

Przy połączonej interpretacji obrazów główne prace nad wykrywaniem i identyfikacją obiektów są przeprowadzane w warunkach biurowych, a w terenie lub w locie te obiekty lub ich cechy, których nie można zidentyfikować w biurze, są wykonywane i identyfikowane.

Deszyfrowanie za pomocą kamery dzieli się na dwie metody:

bezpośrednie lub półinstrumentalne rozszyfrowanie;

Dekodowanie instrumentalne.

Bezpośrednia metoda deszyfrowania

Metodą dekodowania bezpośredniego performer wizualnie, bez urządzeń lub przy pomocy urządzeń powiększających, bada obraz i na podstawie cech dekodowania obrazu oraz własnego doświadczenia identyfikuje i interpretuje obiekty.

Przy bezpośredniej metodzie odczytywania obrazów stosowane instrumenty mają charakter pomocniczy, poprawiający warunki obserwacji. Niektóre urządzenia umożliwiają deszyfratorowi określenie charakterystyki ilościowej odszyfrowanych obiektów. Ale główną rolę w wykrywaniu, rozpoznawaniu i interpretacji odgrywa osoba.

Urządzeniami i narzędziami pomocniczymi są zestawy lup o różnych powiększeniach, skale pomiarowe, stereoskopy, linijki paralaksy, paralaksometry, specjalne przyrządy do interpretacji, ekrany projekcyjne, telewizory i elektrooptyczne układy zamknięte poprawiające warunki odczytywania obrazów.

17. Zniekształcenia obrazów satelitarnych

Analiza podsystemu obrazu przestrzeni rzeczywistej prowadzi do wniosku, że źródła zniekształceń (szumów) w obrazach satelitarnych mogą być reprezentowane przez trzy podsystemy czynników zniekształcających:

błędy w działaniu sprzętu filmującego i rejestrującego;

„odgłosy” środowiska propagacji promieniowania elektromagnetycznego oraz cechy powierzchni obiektu strzelania;

zmiana orientacji nośnika podczas fotografowania.

Taka systematyzacja umożliwia opracowanie strategii badania i korygowania zniekształceń obrazu satelitarnego, gdyż prowadzi do następujących wniosków:

charakter zniekształceń powodowanych przez źródła drugiego i trzeciego typu z niewielkimi modyfikacjami, głównie związanymi z zastosowanym zakresem widmowym, będzie taki sam dla wszystkich systemów obrazowania. Z tego powodu takie zniekształcenia można badać, abstrahując do pewnego stopnia od określonego rodzaju sprzętu filmowego;

charakter zniekształceń powodowanych przez źródła z pierwszej grupy jest ustalany na podstawie kompleksowych badań sprzętu i konieczne jest opracowanie metod jego kalibracji i kontroli podczas pracy na orbicie, co powinno pozwolić na skorygowanie większości zniekształceń powodowanych przez wadliwe działanie sprzętu.

Czynniki zniekształcające można również podzielić według sposobu uwzględnienia zniekształceń powodowanych przez to lub inne źródło hałasu:

czynniki, których wpływ można stosunkowo łatwo iz wystarczającą dokładnością uwzględnić, wprowadzając poprawki do współrzędnych punktów na obrazie, a poprawki te oblicza się według ostatecznych wzorów matematycznych;

czynniki, których uwzględnienie wymaga zastosowania nowoczesnych metod statystyki matematycznej i teorii przetwarzania pomiarów.

W zagranicznych publikacjach dotyczących zdjęć satelitarnych te podsystemy czynników zniekształcających nazywane są odpowiednio przewidywalnymi i mierzalnymi, czyli wymagającymi pomiarów oraz matematycznego i statystycznego opracowania ich wyników.

...

Podobne dokumenty

Monitoring obiektów osiedli: istota i zadania, wsparcie informacyjne. Nowoczesne systemy teledetekcji: lotniczej, kosmicznej, naziemnej. Wykorzystanie badań lotniczych i kosmicznych w monitoringu obiektów osady.

praca dyplomowa, dodano 15.02.2017

Zalety metod teledetekcji Ziemi z kosmosu. Rodzaje filmowania, metody obróbki obrazu. Rodzaje procesów erozyjnych i ich manifestacja na obrazach przestrzeni. Monitorowanie procesów filtracji i zalewania z osadników przemysłowych.

praca semestralna, dodano 05.07.2015

Prowadzenie badań obiektów hydrograficznych. Wymagania dla sprzętu do teledetekcji Ziemi podczas badań geoekologicznych kompleksu naftowo-gazowego. Charakterystyka sprzętu do obrazowania zainstalowanego na statkach kosmicznych.

praca semestralna, dodano 15.03.2016

Specyfika dekodowania danych teledetekcyjnych na potrzeby analizy strukturalno-geomorfologicznej. Genetyczne typy stref akumulacji ropy i gazu oraz ich interpretacja. Schemat interpretacji strukturalno-geomorfologicznej złoża Ilovlinskoye.

streszczenie, dodano 24.04.2012

Dekodowanie - analiza materiałów z badań lotniczych i kosmicznych w celu wydobycia z nich informacji o powierzchni Ziemi. Pozyskiwanie informacji poprzez obserwacje bezpośrednie (metoda kontaktowa), wady metody. Klasyfikacja dekodowania.

prezentacja, dodano 19.02.2011

Zastosowane problemy rozwiązywane za pomocą metod i środków teledetekcji. Obliczanie parametrów geodezyjnych dla gospodarki gruntami i katastru gruntów. Podstawowe wymagania dotyczące dokładności wyników interpretacji przy tworzeniu map podkładowych gruntów.

praca kontrolna, dodano 21.08.2015

Powody stosowania metody dekodowania obrazu. Wpływ lodowców na przyrodę planety. Szacowanie zasobów śniegu i lodu na Ziemi z kosmosu. Wartość zdjęć satelitarnych. Etapy programu „pomoc kosmiczna”. Zapotrzebowanie na karty rekreacyjne.

streszczenie, dodano 17.11.2011

Metody badania oceanów i mórz z kosmosu. Potrzeba teledetekcji: satelity i czujniki. Charakterystyka oceanu badanego z kosmosu: temperatura i zasolenie; prądy morskie; topografia dna; bioproduktywność. Archiwa danych satelitarnych.

praca semestralna, dodano 06.06.2014

Fotografia lotnicza i kosmiczna - pozyskiwanie obrazów powierzchni ziemi z samolotów. Schemat uzyskiwania podstawowych informacji. Wpływ atmosfery na promieniowanie elektromagnetyczne podczas filmowania. Właściwości optyczne obiektów na powierzchni ziemi.

prezentacja, dodano 19.02.2011

Odczytywanie znaków głównych elementów geologicznych i geomorfologicznych. Bezpośrednie znaki deszyfrujące. Kontrastowo-analogowa metoda porównywania z obrazami referencyjnymi i wskaźnikami oraz porównywania i porównywania obiektów na jednym obrazie.

Teledetekcja Ziemi (ERS)- Obserwacja powierzchni Ziemi środkami lotniczymi i kosmicznymi wyposażonymi w różnego rodzaju sprzęt do obrazowania. Zakres roboczy długości fal odbieranych przez sprzęt do przetwarzania obrazu waha się od ułamków mikrometra (widzialne promieniowanie optyczne) do metrów (fale radiowe). Metody sondowania mogą być pasywne, to znaczy wykorzystujące naturalne odbite lub wtórne promieniowanie cieplne obiektów na powierzchni Ziemi, w wyniku aktywności słonecznej, oraz aktywne - wykorzystujące wymuszone promieniowanie obiektów inicjowane sztucznym źródłem oddziaływania kierunkowego. Dane teledetekcyjne pozyskiwane ze statku kosmicznego (SC) charakteryzują się dużym stopniem zależności od przezroczystości atmosfery. Dlatego statek kosmiczny wykorzystuje wielokanałowy sprzęt typu pasywnego i aktywnego, który wykrywa promieniowanie elektromagnetyczne w różnych zakresach.

Sprzęt teledetekcyjny pierwszego statku kosmicznego wystrzelonego w latach 1960-70. był typu torowego – rzut obszaru pomiarowego na powierzchnię Ziemi był linią. Później pojawił się i rozpowszechnił sprzęt do teledetekcji typu panoramicznego - skanery, których rzutem obszaru pomiarowego na powierzchnię Ziemi jest pasek.

Encyklopedyczny YouTube

1 / 5

✪ Teledetekcja Ziemi z kosmosu

✪ Teledetekcja Ziemi

✪ Satelita teledetekcji „Resurs-P”

✪ Teledetekcja Ziemi z kosmosu

✪ [Wykład informatyczny]: Czy istnieje przestrzeń poza orbitą geostacjonarną? Perspektywy rozwoju Układu Słonecznego.

Napisy na filmie obcojęzycznym

przegląd ogólny

Teledetekcja to metoda uzyskiwania informacji o obiekcie lub zjawisku bez bezpośredniego fizycznego kontaktu z tym obiektem. Teledetekcja jest podzbiorem geografii. We współczesnym znaczeniu termin ten odnosi się głównie do powietrznych lub kosmicznych technologii wykrywania, służących do wykrywania, klasyfikowania i analizowania obiektów na powierzchni ziemi, a także w atmosferze i oceanie, za pomocą propagowanych sygnałów (na przykład promieniowania elektromagnetycznego). Dzielą się one na aktywne (sygnał jest najpierw emitowany przez samolot lub satelitę kosmicznego) i pasywne (rejestrowany jest tylko sygnał z innych źródeł, np. światła słonecznego).

Urządzenia aktywne z kolei emitują sygnał w celu zeskanowania obiektu i przestrzeni, po czym czujnik jest w stanie wykryć i zmierzyć promieniowanie odbite lub powstałe w wyniku rozproszenia wstecznego przez wykrywany cel. Przykładami aktywnych czujników teledetekcyjnych są radar i lidar, które mierzą opóźnienie czasowe między wyemitowaniem a zarejestrowaniem zwracanego sygnału, określając w ten sposób położenie, prędkość i kierunek obiektu.

Teledetekcja daje możliwość pozyskiwania danych o obiektach niebezpiecznych, trudno dostępnych i szybko poruszających się, a także umożliwia prowadzenie obserwacji na rozległych obszarach terenu. Przykłady zastosowań teledetekcji obejmują monitorowanie wylesiania (na przykład w dorzeczu Amazonki), warunki lodowcowe w Arktyce i Antarktyce, pomiary głębokości oceanów przy użyciu partii. Teledetekcja zastępuje również drogie i stosunkowo powolne metody zbierania informacji z powierzchni Ziemi, gwarantując jednocześnie, że człowiek nie ingeruje w naturalne procesy zachodzące w obserwowanych obszarach czy obiektach.

Dzięki orbitalnym statkom kosmicznym naukowcy mogą gromadzić i przesyłać dane w różnych pasmach widma elektromagnetycznego, co w połączeniu z większymi pomiarami i analizami powietrznymi i naziemnymi zapewnia niezbędny zakres danych do monitorowania aktualnych zjawisk i trendów, takich jak El Niño i inne zjawiska naturalne, zarówno w krótkim, jak i długim okresie. Teledetekcja ma również znaczenie aplikacyjne w dziedzinie nauk o Ziemi (np. zarządzanie przyrodą), rolnictwie (wykorzystanie i ochrona zasobów naturalnych), bezpieczeństwie narodowym (monitoring obszarów przygranicznych).

Techniki pozyskiwania danych

Głównym celem badań multispektralnych i analizy uzyskanych danych są obiekty i terytoria emitujące energię, co pozwala na ich odróżnienie od tła otoczenia. Krótki przegląd systemów teledetekcji satelitarnej znajduje się w tabeli przeglądowej.

Z reguły najlepszą porą na pozyskanie danych z metod teledetekcyjnych jest lato (w szczególności w tych miesiącach słońce znajduje się pod największym kątem nad horyzontem i długość dnia jest najdłuższa). Wyjątkiem od tej reguły jest akwizycja danych za pomocą czujników aktywnych (np. Radar, Lidar), a także danych termicznych w zakresie długich fal. W obrazowaniu termowizyjnym, w którym czujniki mierzą energię cieplną, lepiej jest wykorzystać okres czasu, w którym różnica między temperaturą gruntu a temperaturą powietrza jest największa. Dlatego najlepszą porą na te metody są chłodniejsze miesiące, a także kilka godzin przed świtem o każdej porze roku.

Ponadto należy wziąć pod uwagę kilka innych kwestii. Na przykład za pomocą radaru nie można uzyskać obrazu gołej powierzchni ziemi z grubą pokrywą śnieżną; to samo można powiedzieć o lidarze. Jednak te aktywne czujniki są niewrażliwe na światło (lub jego brak), co czyni je doskonałym wyborem do zastosowań na dużych szerokościach geograficznych (na przykład). Ponadto zarówno radar, jak i lidar są w stanie (w zależności od zastosowanych długości fal) rejestrować obrazy powierzchni pod okapem lasu, co czyni je przydatnymi do zastosowań w regionach silnie zarośniętych. Z drugiej strony metody akwizycji danych spektralnych (zarówno obrazowanie stereo jak i metody multispektralne) mają zastosowanie głównie w słoneczne dni; dane zbierane w warunkach słabego oświetlenia mają zazwyczaj niski poziom sygnału/szumów, co utrudnia ich przetwarzanie i interpretację. Ponadto, podczas gdy obrazy stereoskopowe są w stanie przedstawiać i identyfikować roślinność i ekosystemy, za pomocą tej metody (podobnie jak w przypadku sondowania multispektralnego) nie jest możliwe penetrowanie koron drzew i uzyskiwanie obrazów powierzchni ziemi.

Zastosowanie teledetekcji

Teledetekcja jest najczęściej wykorzystywana w rolnictwie, geodezji, mapowaniu, monitorowaniu powierzchni ziemi i oceanów, a także warstw atmosfery.

Rolnictwo

Za pomocą satelitów możliwy jest odbiór obrazów poszczególnych pól, regionów i powiatów z określoną cyklicznością. Użytkownicy mogą otrzymywać cenne informacje o stanie gruntów, w tym identyfikację upraw, określanie obszaru upraw i status upraw. Dane satelitarne służą do dokładnego zarządzania i monitorowania wyników hodowli na różnych poziomach. Dane te można wykorzystać do optymalizacji gospodarstwa i zarządzania operacjami technicznymi w przestrzeni. Obrazy mogą pomóc w określeniu lokalizacji upraw i stopnia zubożenia gruntów, a następnie można je wykorzystać do opracowania i wdrożenia planu leczenia w celu lokalnej optymalizacji wykorzystania środków chemicznych w rolnictwie. Główne zastosowania teledetekcji w rolnictwie to:

wegetacja:
- klasyfikacja typów upraw
- ocena stanu upraw (monitoring upraw rolnych, ocena szkód)
- ocena plonów
gleba
- wyświetlanie właściwości gleby
- wyświetlacz rodzaju gleby
- erozja gleby
- wilgotność gleby
- mapowanie praktyk uprawowych

Monitoring lesistości

Teledetekcja jest również wykorzystywana do monitorowania lesistości i identyfikacji gatunków. Uzyskane w ten sposób mapy mogą obejmować duży obszar, jednocześnie wyświetlając szczegółowe pomiary i charakterystykę terenu (rodzaj drzew, wysokość, zagęszczenie). Korzystając z danych teledetekcyjnych, możliwe jest zdefiniowanie i wytyczenie różnych typów lasów, co byłoby trudne do osiągnięcia tradycyjnymi metodami na powierzchni terenu. Dane są dostępne w różnych skalach i rozdzielczościach, aby sprostać lokalnym lub regionalnym wymaganiom. Wymagania dotyczące szczegółowości zobrazowania terenu zależą od skali badania. Aby wyświetlić zmiany w lesistości (tekstura, gęstość liści) zastosuj:

obrazy multispektralne: do dokładnej identyfikacji gatunków potrzebne są dane o bardzo wysokiej rozdzielczości
zdjęcia tego samego terytorium wielokrotnego użytku służą do uzyskiwania informacji o różnego rodzaju zmianach sezonowych
stereofotomapy - do rozróżnienia gatunków, oceny zagęszczenia i wysokości drzew. Zdjęcia stereo zapewniają unikalny widok pokrywy leśnej, dostępny tylko za pomocą technologii teledetekcji.
Radary są szeroko stosowane w wilgotnych tropikach ze względu na ich zdolność do pozyskiwania obrazów w każdych warunkach pogodowych.
Lidary umożliwiają uzyskanie trójwymiarowej struktury lasu, wykrywanie zmian wysokości powierzchni ziemi i znajdujących się na niej obiektów. Dane lidarowe pomagają oszacować wysokość drzew, powierzchnię koron i liczbę drzew na jednostkę powierzchni.

Monitorowanie powierzchni

Monitoring powierzchni jest jednym z najważniejszych i typowych zastosowań teledetekcji. Uzyskane dane są wykorzystywane do określania stanu fizycznego powierzchni ziemi, takich jak lasy, pastwiska, nawierzchnie dróg itp., w tym skutków działalności człowieka, takich jak krajobraz na terenach przemysłowych i mieszkalnych, stan obszarów rolniczych, itp. Na początku należy ustanowić system klasyfikacji pokrycia terenu, który zazwyczaj obejmuje poziomy i klasy gruntów. Poziomy i klasy powinny być opracowane z uwzględnieniem celu wykorzystania (na poziomie krajowym, regionalnym lub lokalnym), rozdzielczości przestrzennej i widmowej danych teledetekcyjnych, życzeń użytkowników itp.

Wykrywanie zmian stanu powierzchni ziemi jest niezbędne do aktualizacji map pokrycia terenu i racjonalizacji wykorzystania zasobów naturalnych. Zmiany są zazwyczaj wykrywane podczas porównywania wielu obrazów zawierających wiele poziomów danych, aw niektórych przypadkach podczas porównywania starych map i zaktualizowanych obrazów teledetekcyjnych.

zmiany sezonowe: pola uprawne i lasy liściaste zmieniają się sezonowo
zmiana roczna: zmiany powierzchni gruntów lub użytkowania gruntów, takie jak obszary wylesiania lub niekontrolowany rozwój miast

Informacje o powierzchni gruntów i zmianach pokrycia terenu są niezbędne do formułowania i wdrażania polityk ochrony środowiska i mogą być wykorzystywane wraz z innymi danymi do wykonywania złożonych obliczeń (np. ryzyka erozji).

Geodezja

Zbieranie danych geodezyjnych z powietrza po raz pierwszy wykorzystano do wykrywania okrętów podwodnych i uzyskiwania danych grawitacyjnych wykorzystywanych do budowy map wojskowych. Dane te to poziomy chwilowych zaburzeń pola grawitacyjnego Ziemi, które można wykorzystać do określenia zmian w rozkładzie mas Ziemi, co z kolei może być wymagane do różnych badań geologicznych.

Zastosowania akustyczne i prawie akustyczne

Sonar: sonar pasywny, rejestruje fale dźwiękowe pochodzące z innych obiektów (statku, wieloryba itp.); aktywny sonar, emituje impulsy fal dźwiękowych i rejestruje odbity sygnał. Służy do wykrywania, lokalizacji i pomiaru parametrów obiektów podwodnych i terenu.
Sejsmografy to specjalne urządzenia pomiarowe, które służą do wykrywania i rejestrowania wszelkiego rodzaju fal sejsmicznych. Za pomocą sejsmogramów wykonanych w różnych miejscach danego terytorium można określić epicentrum trzęsienia ziemi i zmierzyć jego amplitudę (po jego wystąpieniu) poprzez porównanie względnych intensywności i dokładnego czasu trwania oscylacji.
Ultradźwięki: ultradźwiękowe czujniki promieniowania, które emitują impulsy o wysokiej częstotliwości i rejestrują odbity sygnał. Służy do wykrywania fal na wodzie i określania poziomu wody.

Podczas koordynowania serii obserwacji na dużą skalę większość systemów sondujących zależy od następujących czynników: lokalizacji platformy i orientacji czujników. Instrumenty wysokiej jakości często wykorzystują obecnie informacje o położeniu z systemów nawigacji satelitarnej. Obrót i orientacja są często określane przez kompasy elektroniczne z dokładnością około jednego do dwóch stopni. Kompasy mogą mierzyć nie tylko azymut (tj. stopień odchylenia od północy magnetycznej), ale także wysokość (odchylenie od poziomu morza), ponieważ kierunek pola magnetycznego względem Ziemi zależy od szerokości geograficznej, na której odbywa się obserwacja miejsce. W celu dokładniejszej orientacji konieczne jest zastosowanie nawigacji bezwładnościowej z okresowymi poprawkami różnymi metodami, w tym nawigacją według gwiazd lub znanych punktów orientacyjnych.

Przegląd głównych instrumentów teledetekcji

Radary są wykorzystywane głównie w kontroli ruchu lotniczego, wczesnym ostrzeganiu, monitorowaniu lesistości, rolnictwie i danych meteorologicznych na dużą skalę. Radar dopplerowski jest wykorzystywany przez organy ścigania do monitorowania prędkości pojazdów, a także do pozyskiwania danych meteorologicznych dotyczących prędkości i kierunku wiatru, lokalizacji i intensywności opadów. Inne rodzaje otrzymywanych informacji obejmują dane dotyczące zjonizowanego gazu w jonosferze. Radar interferometryczny ze sztuczną aperturą służy do uzyskiwania dokładnych cyfrowych modeli wysokościowych dużych obszarów terenu (patrz RADARSAT, TerraSAR-X, Magellan).
Wysokościomierze laserowe i radarowe na satelitach dostarczają szerokiego zakresu danych. Mierząc zmiany poziomu oceanów spowodowane grawitacją, instrumenty te wyświetlają cechy dna morskiego z rozdzielczością około jednej mili. Mierząc wysokość i długość fali fal oceanicznych za pomocą wysokościomierzy, można poznać prędkość i kierunek wiatru, a także prędkość i kierunek powierzchniowych prądów oceanicznych.
Czujniki ultradźwiękowe (akustyczne) i radarowe służą do pomiaru poziomu morza, pływów i przypływów, określania kierunku fal w przybrzeżnych obszarach morskich.
Technologia Light Detection and Ranging (LIDAR) jest dobrze znana ze swoich zastosowań wojskowych, w szczególności do nawigacji pociskami laserowymi. LIDAR jest również używany do wykrywania i pomiaru stężenia różnych chemikaliów w atmosferze, podczas gdy LIDAR na pokładzie samolotu może być używany do pomiaru wysokości obiektów i zjawisk na ziemi z większą dokładnością, niż można to osiągnąć za pomocą technologii radarowej. Teledetekcja roślinności to również jedno z głównych zastosowań LIDAR-u.
Najczęściej używanymi instrumentami są radiometry i fotometry. Wychwytują promieniowanie odbite i emitowane w szerokim zakresie częstotliwości. Najpopularniejsze są czujniki widzialne i podczerwone, następnie mikrofalowe, promieni gamma i, rzadziej, ultrafioletowe. Przyrządy te mogą być również wykorzystywane do wykrywania widma emisyjnego różnych chemikaliów, dostarczając danych o ich stężeniu w atmosferze.
Obrazy stereoskopowe pozyskiwane z fotografii lotniczej są często wykorzystywane do wykrywania roślinności na powierzchni Ziemi, a także do budowy map topograficznych przy opracowywaniu potencjalnych tras poprzez analizę zdjęć terenu, w połączeniu z modelowaniem cech środowiskowych uzyskiwanych metodami naziemnymi metody oparte.
Platformy multispektralne, takie jak Landsat, są aktywnie wykorzystywane od lat 70. XX wieku. Instrumenty te były wykorzystywane do generowania map tematycznych poprzez wykonywanie zdjęć w wielu długościach fal widma elektromagnetycznego (wielospektrum) i są zwykle używane na satelitach obserwacyjnych Ziemi. Przykładem takich misji jest program Landsat czy satelita IKONOS. Mapy pokrycia terenu i użytkowania gruntów utworzone za pomocą mapowania tematycznego mogą być wykorzystywane do poszukiwania minerałów, wykrywania i monitorowania użytkowania gruntów, wylesiania oraz badania zdrowia roślin i upraw, w tym rozległych obszarów gruntów rolnych lub obszarów leśnych. Zdjęcia kosmiczne z programu Landsat są wykorzystywane przez organy regulacyjne do monitorowania parametrów jakości wody, w tym głębokości Secchiego, gęstości chlorofilu i całkowitego fosforu. Satelity pogodowe są wykorzystywane w meteorologii i klimatologii.
Metoda obrazowania spektralnego tworzy obrazy, w których każdy piksel zawiera pełne informacje widmowe, wyświetlając wąskie zakresy widmowe w ciągłym widmie. Urządzenia do obrazowania spektralnego są wykorzystywane do rozwiązywania różnych problemów, w tym stosowanych w mineralogii, biologii, sprawach wojskowych i pomiarach parametrów środowiskowych.
W ramach walki z pustynnieniem teledetekcja pozwala w dłuższej perspektywie obserwować obszary zagrożone, określać czynniki pustynnienia, oceniać głębokość ich oddziaływania oraz dostarczać niezbędnych informacji osobom odpowiedzialnym za podejmowanie decyzji o podjęcie odpowiednich środków ochrony środowiska.

Przetwarzanie danych

W przypadku teledetekcji z reguły stosuje się przetwarzanie danych cyfrowych, ponieważ w tym formacie obecnie odbierane są dane teledetekcyjne. W formacie cyfrowym łatwiej jest przetwarzać i przechowywać informacje. Dwuwymiarowy obraz w jednym zakresie widmowym można przedstawić jako macierz (tablicę dwuwymiarową) liczb ja (ja, j), z których każdy reprezentuje intensywność promieniowania odbieranego przez czujnik z elementu powierzchni Ziemi, co odpowiada jednemu pikselowi obrazu.

Obraz składa się z n x m pikseli, każdy piksel ma współrzędne (ja, j)- numer wiersza i numer kolumny. Numer ja (ja, j)- liczba całkowita i jest nazywana poziomem szarości (lub jasnością widmową) piksela (ja, j). Jeśli obraz jest uzyskiwany w kilku zakresach widma elektromagnetycznego, to jest reprezentowany przez trójwymiarową siatkę składającą się z liczb ja (i, j, k), Gdzie k- numer kanału widmowego. Z matematycznego punktu widzenia przetwarzanie danych cyfrowych uzyskanych w tej postaci nie jest trudne.

Aby poprawnie odtworzyć obraz z zapisów cyfrowych dostarczanych przez punkty odbioru informacji, konieczna jest znajomość formatu zapisu (struktury danych) oraz liczby wierszy i kolumn. Stosowane są cztery formaty, które porządkują dane w następujący sposób:

sekwencja stref ( Pasmo sekwencyjne, BSQ);
strefy naprzemiennie w rzędach ( Pasmo przeplatane linią, BIL);
strefy naprzemiennie o piksele ( Pasmo przeplatane przez Pixel, BIP);
sekwencja stref z kompresją informacji do pliku metodą kodowania grupowego (np. w formacie jpg).

W BSQ-format każdy obraz strefy jest zawarty w osobnym pliku. Jest to wygodne, gdy nie ma potrzeby pracy ze wszystkimi strefami jednocześnie. Jedna strefa jest łatwa do odczytania i wizualizacji, obrazy stref można ładować w dowolnej kolejności.

W BIL-format dane stref są zapisywane do pliku linia po linii, przy czym strefy naprzemiennie w wierszach: 1. linia 1. strefy, 1. linia 2. strefy, ..., 2. linia 1. strefy, 2. linia 2. strefy itp. Ten wpis jest wygodny, gdy wszystkie strefy są analizowane jednocześnie.

W PKG-format strefowe wartości jasności widmowej każdego piksela są przechowywane sekwencyjnie: najpierw wartości pierwszego piksela w każdej strefie, następnie wartości drugiego piksela w każdej strefie itd. Ten format to zwany kombinacją. Jest to wygodne podczas przetwarzania obrazu wielostrefowego na piksel, na przykład w algorytmach klasyfikacji.

Kodowanie grupowe służy do zmniejszania ilości informacji rastrowych. Takie formaty są wygodne do przechowywania dużych migawek; do pracy z nimi potrzebne jest narzędzie do rozpakowywania danych.

Pliki obrazów zwykle zawierają następujące dodatkowe informacje związane z obrazami:

opis pliku danych (format, liczba wierszy i kolumn, rozdzielczość itp.);
dane statystyczne (charakterystyka rozkładu jasności – wartość minimalna, maksymalna i średnia, dyspersja);
dane odwzorowania mapy.

Dodatkowe informacje są zawarte albo w nagłówku pliku graficznego, albo w oddzielnym pliku tekstowym o takiej samej nazwie jak plik graficzny.

W zależności od stopnia skomplikowania wyróżnia się następujące poziomy przetwarzania KS udostępnianych użytkownikom:

1A to radiometryczna poprawka zniekształceń spowodowanych różnicą czułości poszczególnych czujników.
1B - korekcja radiometryczna na poziomie przetwarzania 1A oraz korekcja geometryczna systematycznych zniekształceń czujnika, w tym zniekształceń panoramicznych, zniekształceń spowodowanych ruchem obrotowym i krzywizną Ziemi, wahaniami wysokości orbity satelity.
2A - korekcja obrazu na poziomie 1B oraz korekcja zgodnie z zadanym odwzorowaniem geometrycznym bez użycia naziemnych punktów kontrolnych. Do korekcji geometrycznej używany jest globalny cyfrowy model wysokości ( DEM, DEM) ze stopniem na ziemi 1 km. Zastosowana korekcja geometryczna eliminuje systematyczne zniekształcenia czujnika i wyświetla obraz w standardowej projekcji ( UTM WGS-84), przy użyciu znanych parametrów (satelitarne dane efemerydalne, położenie przestrzenne itp.).
2B - korekcja obrazu na poziomie 1B i korekcja zgodnie z zadanym odwzorowaniem geometrycznym z wykorzystaniem punktów kontrolnych;
3 - korekcja obrazu na poziomie 2B plus korekcja z wykorzystaniem terenowego DEM (ortorektyfikacja).
S - korekcja obrazu za pomocą obrazu referencyjnego.

Jakość danych pozyskiwanych z teledetekcji zależy od ich rozdzielczości przestrzennej, widmowej, radiometrycznej i czasowej.

Rozkład przestrzenny

Charakteryzuje się wielkością piksela (na powierzchni Ziemi), rejestrowaną na obrazie rastrowym – zwykle waha się od 1 do 4000 metrów.

Rozdzielczość widmowa

Dane Landsata obejmują siedem pasm, w tym podczerwień, w zakresie od 0,07 do 2,1 µm. Czujnik Hyperion w Earth Observing-1 jest w stanie zarejestrować 220 pasm widmowych od 0,4 do 2,5 µm, z rozdzielczością widmową od 0,1 do 0,11 µm.

Rozdzielczość radiometryczna

Liczba poziomów sygnału, które może zarejestrować czujnik. Zwykle waha się od 8 do 14 bitów, co daje od 256 do 16 384 poziomów. Ta cecha zależy również od poziomu hałasu w instrumencie.

Pozwolenie tymczasowe

Częstotliwość przelotu satelity nad obszarem zainteresowania. Jest to przydatne w badaniu serii obrazów, na przykład w badaniu dynamiki lasu. Początkowo analizy seryjne prowadzono na potrzeby wywiadu wojskowego, w szczególności do śledzenia zmian w infrastrukturze i ruchów wroga.

Aby stworzyć dokładne mapy w oparciu o dane teledetekcyjne, potrzebna jest transformacja eliminująca zniekształcenia geometryczne. Obraz powierzchni Ziemi z urządzeniem skierowanym dokładnie w dół zawiera niezakłócony obraz tylko w centrum obrazu. W miarę zbliżania się do krawędzi odległości między punktami na obrazie a odpowiadającymi im odległościami na Ziemi stają się coraz bardziej różne. Korekta takich zniekształceń odbywa się w procesie fotogrametrii. Od początku lat 90. większość komercyjnych zdjęć satelitarnych sprzedawano już poprawione.

Ponadto może być wymagana korekcja radiometryczna lub atmosferyczna. Korekcja radiometryczna przekształca dyskretne poziomy sygnału, takie jak 0 do 255, w ich rzeczywiste wartości fizyczne. Korekcja atmosferyczna eliminuje zniekształcenia widmowe wprowadzane przez obecność atmosfery.

W ramach programu NASA Earth Observing System sformułowano poziomy przetwarzania danych teledetekcyjnych:

Poziom	Opis
0	Dane pochodzące bezpośrednio z urządzenia, bez narzutu (synchronizacja ramek, nagłówków, powtórzeń).
1a	Zrekonstruowane dane urządzenia wyposażone w znaczniki czasu, współczynniki radiometryczne, efemerydy (współrzędne orbitalne) satelity.
1b	Dane poziomu 1a przekonwertowane na jednostki fizyczne.
2	Pochodne zmienne geofizyczne (wysokość fal oceanicznych, wilgotność gleby, stężenie lodu) z taką samą rozdzielczością jak dane poziomu 1.
3	Zmienne wyświetlane w uniwersalnej skali czasoprzestrzennej, ewentualnie uzupełnione o interpolację.
4	Dane uzyskane w wyniku obliczeń na podstawie poprzednich poziomów.

Trening i edukacja

W większości szkół wyższych teledetekcja jest nauczana na wydziałach geografii. Znaczenie teledetekcji stale rośnie we współczesnym społeczeństwie informacyjnym. Ta dyscyplina jest jedną z kluczowych technologii przemysłu lotniczego i ma ogromne znaczenie gospodarcze – na przykład stale rozwijane są nowe czujniki TerraSAR-X i RapidEye, a także stale rośnie zapotrzebowanie na wykwalifikowaną siłę roboczą. Ponadto teledetekcja ma niezwykle duży wpływ na codzienne życie, od prognozowania pogody po zmianę klimatu i prognozowanie klęsk żywiołowych. Na przykład 80% niemieckich studentów korzysta z Google Earth; tylko w 2006 roku program został pobrany 100 milionów razy. Jednak badania pokazują, że tylko niewielka część tych użytkowników ma podstawową wiedzę na temat danych, z którymi pracuje. Obecnie istnieje ogromna luka w wiedzy między wykorzystaniem a zrozumieniem zdjęć satelitarnych. Nauczanie zasad teledetekcji jest w zdecydowanej większości placówek oświatowych bardzo powierzchowne, pomimo pilnej potrzeby podnoszenia jakości nauczania tego przedmiotu. Wiele produktów oprogramowania komputerowego zaprojektowanych specjalnie do badania teledetekcji nie zostało jeszcze wprowadzonych do systemu edukacyjnego, głównie ze względu na ich złożoność. Dlatego w wielu przypadkach dyscyplina ta albo w ogóle nie jest ujęta w programie nauczania, albo nie obejmuje zajęć z naukowej analizy obrazów analogowych. W praktyce tematyka teledetekcji wymaga ugruntowania fizyki i matematyki oraz wysokiego poziomu kompetencji w posługiwaniu się narzędziami i technikami innymi niż prosta wizualna interpretacja zdjęć satelitarnych.

Administracyjno-prawne metody administracji publicznej. Rozporządzenie państwowe.

Administracyjno-prawne metody zarządzania. Przymus jako metoda kontroli.

Metody teledetekcji opierają się na fakcie, że każdy obiekt promieniuje i odbija energię elektromagnetyczną zgodnie ze specyfiką swojej natury. Różnice długości fal i natężenia promieniowania można wykorzystać do badania właściwości odległego obiektu bez bezpośredniego z nim kontaktu.

Dzisiejsza teledetekcja to ogromna różnorodność metod uzyskiwania obrazów w niemal wszystkich zakresach długości fal widma elektromagnetycznego (od ultrafioletu do dalekiej podczerwieni) i w zakresie radiowym, przy najbardziej zróżnicowanej widzialności obrazów – od obrazów z meteorologicznych satelitów geostacjonarnych obejmujących niemal cały półkuli, po szczegółowe badania lotnicze obszaru o powierzchni kilkuset metrów kwadratowych.

fotografia

Fotografie powierzchni Ziemi są uzyskiwane z załogowych statków kosmicznych i stacji orbitalnych lub z automatycznych satelitów. Cechą wyróżniającą CS jest wysoki stopień widoczności, pokrycie jednym obrazem dużych powierzchni. W zależności od rodzaju sprzętu i użytych filmów fotograficznych, fotografię można wykonywać w całym widzialnym zakresie widma elektromagnetycznego, w poszczególnych jego strefach, a także w zakresie bliskiej podczerwieni (podczerwieni).

Skale strzelania zależą od dwóch ważnych parametrów: wysokości strzelania i ogniskowej obiektywu. Kamery kosmiczne, w zależności od nachylenia osi optycznej, umożliwiają uzyskanie zaplanowanych i perspektywicznych obrazów powierzchni ziemi.

Obecnie używany jest sprzęt fotograficzny o wysokiej rozdzielczości, który umożliwia uzyskanie CS z nakładaniem się 60% lub więcej. Zakres spektralny fotografowania obejmuje widzialną część strefy bliskiej podczerwieni (do 0,86 mikrona).

Powszechnie znane wady metody fotograficznej wiążą się z koniecznością powrotu filmu na Ziemię i jego ograniczonym zapasem na pokładzie. Jednak przegląd fotograficzny jest obecnie najbardziej informacyjnym rodzajem przeglądu z kosmosu. Optymalny rozmiar wydruku to 18x18 cm, co jak pokazuje doświadczenie, jest zgodne z fizjologią ludzkiego wzroku, pozwalając jednocześnie zobaczyć cały obraz.

W celu ułatwienia użytkowania schematy fotograficzne (mozaiki fotograficzne) lub fotomapy z topograficznymi odniesieniami punktów kontrolnych z dokładnością do 0,1 mm lub większą są montowane z oddzielnych CS z zakładkami. Do instalacji schematów zdjęć używane są tylko planowane CS.

Aby doprowadzić wieloskalowy, zwykle obiecujący CS do planowanego, stosuje się specjalny proces zwany transformacją. Przekształcone CS są z powodzeniem wykorzystywane do kompilowania kosmofotoschematów i kosmofotomap i zwykle można je łatwo powiązać z geograficzną siatką współrzędnych.

Strzelanie ze skanera

Obecnie do badań z kosmosu najczęściej stosuje się multispektralne systemy optyczno-mechaniczne - skanery instalowane na satelitach do różnych celów. Za pomocą skanerów powstają obrazy, składające się z wielu oddzielnych, sekwencyjnie uzyskiwanych elementów. Termin „skanowanie” oznacza skanowanie obrazu za pomocą elementu skanującego (oscylującego lub obrotowego zwierciadła), który skanuje obszar element po elemencie w poprzek ruchu nośnika i wysyła strumień promieniowania do soczewki, a następnie do czujnika punktowego, który przekształca sygnał świetlny na elektryczny. Ten sygnał elektryczny jest przesyłany kanałami komunikacyjnymi do stacji odbiorczych. Obraz terenu uzyskiwany jest w sposób ciągły na taśmie złożonej z pasków - skanów, składanych przez poszczególne elementy - piksele. Obrazy skanera można uzyskać we wszystkich zakresach spektralnych, ale zakres widzialny i podczerwień są szczególnie efektywne. Podczas fotografowania powierzchni ziemi za pomocą systemów skanujących powstaje obraz, którego każdy element odpowiada jasności promieniowania obszaru znajdującego się w chwilowym polu widzenia. Obraz ze skanera - uporządkowany pakiet danych o jasności przesyłanych kanałami radiowymi na Ziemię, które są rejestrowane na taśmie magnetycznej (w postaci cyfrowej), a następnie mogą być przekształcone w postać ramki.

Różne metody skanowania powierzchni Ziemi

Najważniejszymi cechami skanera są kąt skanowania (oglądania) oraz chwilowy kąt widzenia, od których wielkości zależy szerokość sfilmowanego paska oraz rozdzielczość. W zależności od wielkości tych kątów skanery dzielą się na dokładne i geodezyjne. W przypadku skanerów precyzyjnych kąt skanowania zmniejsza się do ±5°, aw przypadku skanerów geodezyjnych zwiększa się do ±50°. Wartość rozdzielczości jest odwrotnie proporcjonalna do szerokości filmowanego pasma.

Sprawdził się skaner nowej generacji, zwany „kartografem tematycznym”, który został wyposażony w amerykańskie satelity Landsat 5 i Landsat 7. Skaner typu „kartograf tematyczny” pracuje w siedmiu pasmach z rozdzielczością 30 m w zakresie widzialnym spektrum i 120 mw zakresie podczerwieni. Ten skaner daje duży przepływ informacji, których przetworzenie wymaga więcej czasu; w związku z tym prędkość transmisji obrazu spada (liczba pikseli w obrazach sięga ponad 36 milionów na każdym z kanałów). Urządzenia skanujące mogą służyć nie tylko do uzyskiwania obrazów Ziemi, ale także do pomiaru promieniowania - radiometry skaningowe i promieniowania - spektrometry skaningowe.

Badania radarowe

Radar (RL) lub obrazowanie radarowe to najważniejszy rodzaj badań zdalnych. Znajduje zastosowanie w warunkach, w których bezpośrednia obserwacja powierzchni planet jest utrudniona ze względu na różne warunki naturalne: gęste chmury, mgły itp. Można go przeprowadzić w nocy, ponieważ jest aktywny.

Cechy pomiarów optycznych i radarowych

Do badań radarowych zwykle stosuje się radary boczne (SLS) montowane na samolotach i satelitach. Z pomocą LBO prowadzone są badania radarowe w zakresie radiowym widma elektromagnetycznego. Istotą strzelania jest wysłanie sygnału radiowego, który jest odbijany wzdłuż normalnej od badanego obiektu i trafia do odbiornika zainstalowanego na pokładzie nośnika. Sygnał radiowy generowany jest przez specjalny generator. Czas powrotu do odbiornika zależy od odległości do badanego obiektu. Ta zasada działania radaru, która ustala inny czas przejścia impulsu sondującego do obiektu iz powrotem, jest wykorzystywana do uzyskiwania obrazów radarowych. Obraz tworzy plamka światła biegnąca wzdłuż linii. Im dalej obiekt, tym więcej czasu potrzebuje odbity sygnał, zanim zostanie utrwalony przez kineskop połączony ze specjalną kamerą filmową.

Podczas interpretacji obrazów radarowych należy wziąć pod uwagę ton obrazu i jego teksturę. Niejednorodności tonalne obrazu radarowego zależą od cech litologicznych skał, ich uziarnienia oraz odporności na procesy wietrzenia. Nieregularności tonowe mogą różnić się od czarnego do jasnego koloru. Doświadczenie z obrazami radarowymi pokazało, że czarny ton odpowiada gładkim powierzchniom, na których z reguły następuje prawie całkowite odbicie wysyłanego sygnału radiowego. Duże rzeki zawsze mają czarny odcień. Niejednorodności tekstury obrazu radarowego zależą od stopnia rozwarstwienia rzeźby terenu i mogą być drobnooczkowe, prążkowane, masywne itp. Na przykład pasiasta tekstura obrazu radarowego jest typowa dla regionów górskich składających się często z naprzemiennych warstw skały osadowe lub metamorficzne, masywne – dla obszarów rozwoju formacji intruzyjnych. Sieć hydrauliczna jest szczególnie dobra na obrazach radarowych. Jest lepiej odczytany niż na zdjęciach. Wysoka rozdzielczość badań radarowych na terenach porośniętych gęstą roślinnością otwiera szerokie perspektywy jej wykorzystania.

Od późnych lat 70. na satelitach instalowano systemy radarowe ze skanowaniem bocznym. Na przykład pierwszy radar został zainstalowany na amerykańskim satelicie Sisat, przeznaczonym do badania dynamiki procesów oceanicznych. Później zaprojektowano i przetestowano radar podczas lotów promu kosmicznego. Informacje uzyskane za pomocą tego radaru prezentowane są w postaci zsyntetyzowanych fotografii czarno-białych i sztucznie barwionych, obrazów telewizyjnych lub nagrań na taśmie magnetycznej. Rozdzielczość wynosi 40 m. Informacje mogą być przetwarzane numerycznie i analogicznie, tak samo jak obrazy ze skanera systemu Landsat. To znacznie przyczynia się do uzyskania wysokich wyników deszyfrowania. W wielu przypadkach obrazy radarowe są geologicznie bardziej pouczające niż obrazy z satelitów Landsat lub innych czujników optycznych. Najlepszy wynik uzyskuje się również przy kompleksowej interpretacji materiałów obu typów. Obrazy radarowe są z powodzeniem wykorzystywane do badania twardych lub niedostępnych obszarów Ziemi – pustyń i obszarów położonych na dużych szerokościach geograficznych, a także powierzchni innych planet.

Wyniki mapowania powierzchni Wenus, planety pokrytej potężną warstwą chmur, przeszły już do klasyki. Udoskonalanie sprzętu radarowego powinno pociągać za sobą dalszy wzrost roli radaru w zdalnych badaniach Ziemi, zwłaszcza w badaniu jej budowy geologicznej.

strzelanie termiczne

Obrazowanie w podczerwieni (IR) lub termiczne opiera się na wykrywaniu anomalii termicznych poprzez ustalanie promieniowania cieplnego obiektów Ziemi w wyniku ciepła endogenicznego lub promieniowania słonecznego. Jest szeroko stosowany w geologii. Niejednorodności temperaturowe powierzchni Ziemi powstają w wyniku nierównomiernego nagrzewania się różnych jej części. Zakres podczerwieni widma oscylacji elektromagnetycznych jest warunkowo podzielony na trzy części (w mikronach):

blisko (0,74-1,35)

średni (1,35-3,50)

daleko (3,50-1000)

Ciepło słoneczne (zewnętrzne) i endogeniczne (wewnętrzne) nagrzewa obiekty geologiczne w różny sposób w zależności od właściwości litologicznych skał, bezwładności cieplnej, wilgotności, albedo i wielu innych przyczyn.

Promieniowanie IR, przechodząc przez atmosferę, jest selektywnie absorbowane, dlatego fotografię termowizyjną można wykonywać tylko w obszarze, w którym znajdują się tzw. „okienka przezroczystości” – miejsca, w których przepuszczane są promienie IR. Empirycznie zidentyfikowano cztery główne okna przezroczystości (w µm): 0,74-2,40; 3,40-4,20; 8,0-13,0; 30,0-80,0. Niektórzy badacze wyróżniają większą liczbę okien przezroczystości. w pierwszym oknie (do 0,84 µm) wykorzystywane jest odbite promieniowanie słoneczne. Tutaj możesz użyć specjalnych filmów fotograficznych i pracować z czerwonym filtrem. Fotografowanie w tym zakresie nazywa się fotografią w podczerwieni.

W innych oknach przezroczystości działają przyrządy pomiarowe - kamery termowizyjne, które za pomocą kineskopów przekształcają niewidzialne promieniowanie podczerwone w promieniowanie widzialne, naprawiając anomalie termiczne. Na obrazach w podczerwieni jasne tony przedstawiają obszary o niskich temperaturach, ciemne tony przedstawiają obszary o relatywnie wyższych temperaturach. Jasność tonu jest wprost proporcjonalna do intensywności anomalii termicznej. Fotografowanie w podczerwieni można wykonywać w nocy. Na zdjęciach termowizyjnych uzyskanych z satelity wyraźnie widać linię brzegową, sieć hydrograficzną, warunki lodowe, niejednorodności termiczne środowiska wodnego, aktywność wulkaniczną itp. Obrazy IR są wykorzystywane do tworzenia map termicznych Ziemi. Liniowo-paskowe anomalie termiczne wykryte przez badanie IR są interpretowane jako strefy uskokowe, a powierzchniowe i koncentryczne jako struktury tektoniczne lub orograficzne. Na przykład nałożone na siebie baseny Azji Środkowej, wypełnione luźnymi osadami kenozoicznymi, są interpretowane na obrazach IR jako powierzchniowe anomalie o zwiększonej intensywności. Szczególnie cenne są informacje uzyskane w obszarach aktywnej aktywności wulkanicznej.

Obecnie zdobyto doświadczenie w wykorzystaniu obrazowania w podczerwieni do badania dna półki. Metodą tą uzyskano dane o strukturze topografii dna z różnicy anomalii temperaturowych powierzchni wody. Jednocześnie stosowana jest zasada, zgodnie z którą przy takim samym napromieniowaniu powierzchni wody w głębszych partiach mas wodnych zużywa się więcej energii na ogrzewanie niż w płytszych. W rezultacie temperatura powierzchni wody na głębszych obszarach będzie niższa niż na płytkich. Zasada ta umożliwia rozróżnienie dodatnich i ujemnych form terenu, podwodnych dolin, brzegów, grzbietów itp. na obrazach IR. Obrazowanie w podczerwieni jest obecnie wykorzystywane do specjalnych zastosowań, zwłaszcza w badaniach środowiskowych, badaniu wód gruntowych i geologii inżynierskiej.

ZDALNE WYKRYWANIE
zbieranie informacji o obiekcie lub zjawisku za pomocą urządzenia rejestrującego, które nie ma bezpośredniego kontaktu z tym obiektem lub zjawiskiem. Termin „teledetekcja” zwykle obejmuje rejestrację (rejestrację) promieniowania elektromagnetycznego za pomocą różnych kamer, skanerów, odbiorników mikrofalowych, radarów i innych tego typu urządzeń. Teledetekcja służy do zbierania i rejestrowania informacji o dnie morskim, atmosferze ziemskiej i Układzie Słonecznym. Odbywa się to za pomocą statków, samolotów, statków kosmicznych i teleskopów naziemnych. Nauki terenowe, takie jak geologia, leśnictwo i geografia, również często wykorzystują teledetekcję do zbierania danych do swoich badań.
Zobacz też
SATELITA KOMUNIKACYJNA ;
PROMIENIOWANIE ELEKTROMAGNETYCZNE .

TECHNIKA I TECHNOLOGIA
Teledetekcja obejmuje badania teoretyczne, prace laboratoryjne, obserwacje terenowe i zbieranie danych z samolotów i sztucznych satelitów Ziemi. Metody teoretyczne, laboratoryjne i terenowe są również ważne dla pozyskiwania informacji o Układzie Słonecznym, a kiedyś zostaną wykorzystane do badania innych układów planetarnych w Galaktyce. Niektóre z najbardziej rozwiniętych krajów regularnie wystrzeliwują sztuczne satelity do skanowania powierzchni Ziemi i międzyplanetarnych stacji kosmicznych w celu eksploracji głębokiego kosmosu.
Zobacz też
OBSERWATORIUM ;
UKŁAD SŁONECZNY ;
ASTRONOMIA POZAATMOSFERYCZNA;
BADANIA I WYKORZYSTANIE KOSMOSU.
Systemy teledetekcji. Ten typ systemu składa się z trzech głównych elementów: urządzenia do obrazowania, nośnika do zapisu danych i podstawy sondującej. Prostym przykładem takiego systemu jest fotograf-amator (baza) używający aparatu 35 mm (urządzenie obrazujące) załadowanego kliszą fotograficzną o dużej szybkości (nośnik zapisu) do fotografowania rzeki. Fotograf znajduje się w pewnej odległości od rzeki, ale rejestruje o niej informacje, a następnie zapisuje je na kliszy.
Urządzenia do przetwarzania obrazu, nośnik zapisu i podstawa. Instrumenty do obrazowania dzielą się na cztery główne kategorie: aparaty fotograficzne i filmowe, skanery multispektralne, radiometry i aktywne radary. Nowoczesne lustrzanki jednoobiektywowe tworzą obraz, skupiając promieniowanie ultrafioletowe, widzialne lub podczerwone z obiektu na kliszy fotograficznej. Po wywołaniu filmu uzyskuje się trwały (możliwy do utrwalenia przez długi czas) obraz. Kamera wideo umożliwia odbiór obrazu na ekranie; trwałym zapisem w tym przypadku będzie odpowiednie nagranie na taśmie wideo lub zdjęcie zrobione z ekranu. Wszystkie inne systemy obrazowania wykorzystują detektory lub odbiorniki czułe na określone długości fal widma. Fotopowielacze i fotodetektory półprzewodnikowe w połączeniu ze skanerami optyczno-mechanicznymi umożliwiają rejestrację energii ultrafioletowej, widzialnej oraz bliskiej, średniej i dalekiej podczerwieni części widma i przekształcanie jej w sygnały może tworzyć obrazy na kliszy. Energia mikrofalowa (UHF) jest podobnie przetwarzana przez radiometry lub radary. Sonary wykorzystują energię fal dźwiękowych do tworzenia obrazów na kliszy fotograficznej.
Zobacz też
BARDZO WYSOKI ZAKRES CZĘSTOTLIWOŚCI;
RADIOLOKALIZACJA ;
SONAR. Instrumenty służące do wizualizacji obrazu umieszczane są na różnych podstawach, m.in. na ziemi, statkach, samolotach, balonach i statkach kosmicznych. Specjalne kamery i systemy telewizyjne są rutynowo używane do rejestrowania fizycznych i biologicznych obiektów na lądzie, morzu, w atmosferze iw przestrzeni kosmicznej. Specjalne kamery poklatkowe są używane do rejestrowania zmian na powierzchni ziemi, takich jak erozja wybrzeża, ruch lodowców i ewolucja roślinności.
Archiwa danych. Fotografie i obrazy wykonane w ramach programów przeglądów lotniczych są odpowiednio przetwarzane i przechowywane. W Stanach Zjednoczonych i Rosji archiwa takich danych informacyjnych są tworzone przez rządy. Jedno z głównych tego typu archiwów w Stanach Zjednoczonych, Centrum Danych EROS (Earth Resources Obsevation Systems), podległe Departamentowi Spraw Wewnętrznych, przechowuje ok. 5 milionów zdjęć lotniczych i ok. 2 miliony zdjęć z satelity Landsat oraz kopie wszystkich zdjęć lotniczych i satelitarnych powierzchni Ziemi znajdujących się w posiadaniu Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA). Informacje te są publicznie dostępne. Obszerne archiwa zdjęć i archiwa innych materiałów wizualnych są dostępne w różnych organizacjach wojskowych i wywiadowczych.
Analiza obrazu. Najważniejszą częścią teledetekcji jest analiza obrazu. Taka analiza może być przeprowadzona wizualnie, metodami wizualnymi wzmocnionymi przez użycie komputera iw całości przez komputer; ostatnie dwa dotyczą cyfrowej analizy danych. Początkowo większość prac związanych z analizą danych teledetekcyjnych polegała na wizualnej inspekcji poszczególnych zdjęć lotniczych lub przy użyciu stereoskopu i nakładania zdjęć w celu stworzenia modelu stereo. Fotografie były najczęściej czarno-białe i kolorowe, czasem czarno-białe i kolorowe w podczerwieni lub - w rzadkich przypadkach - wielostrefowe. Głównymi użytkownikami danych ze zdjęć lotniczych są geolodzy, geografowie, leśnicy, agronomowie i oczywiście kartografowie. Badacz analizuje zdjęcie lotnicze w laboratorium, aby bezpośrednio wydobyć z niego przydatne informacje, a następnie nanieść je na jedną z bazowych map i określić obszary, które trzeba będzie odwiedzić podczas prac terenowych. Po pracach terenowych badacz ponownie ocenia zdjęcia lotnicze i wykorzystuje uzyskane z nich oraz w wyniku badań terenowych dane do ostatecznej wersji mapy. W ten sposób przygotowuje się do wydania wiele różnych map tematycznych: mapy geologiczne, użytkowania gruntów i topograficzne, mapy lasów, gleb i upraw. Geolodzy i inni naukowcy prowadzą laboratoryjne i terenowe badania charakterystyk widmowych różnych przemian naturalnych i cywilizacyjnych zachodzących na Ziemi. Idee takich badań znalazły zastosowanie w projektowaniu wielospektralnych skanerów MSS, które są stosowane w samolotach i statkach kosmicznych. Sztuczne satelity Ziemi Landsat 1, 2 i 4 przenosiły MSS z czterema pasmami widmowymi: od 0,5 do 0,6 µm (zielony); 0,6 do 0,7 µm (czerwony); 0,7 do 0,8 µm (bliska podczerwień); 0,8 do 1,1 µm (IR). Satelita Landsat 3 również wykorzystuje pasmo od 10,4 do 12,5 µm. Standardowe obrazy kompozytowe do sztucznego barwienia uzyskuje się za pomocą połączonego MSS z pierwszym, drugim i czwartym pasmem w połączeniu odpowiednio z filtrami niebieskim, zielonym i czerwonym. Na satelicie Landsat 4 z zaawansowanym skanerem MSS maper tematyczny umożliwia uzyskanie obrazów w siedmiu pasmach spektralnych: trzech w obszarze widzialnym, jednym w obszarze bliskiej podczerwieni, dwóch w obszarze średniej podczerwieni i jednym w obszarze region termiczny IR. Dzięki temu urządzeniu rozdzielczość przestrzenna została niemal potrojona (do 30 m) w porównaniu z satelitą Landsat, który korzystał tylko ze skanera MSS. Ponieważ czułe czujniki satelitów nie były przeznaczone do obrazowania stereoskopowego, konieczne było rozróżnienie pewnych cech i zjawisk w ramach jednego konkretnego obrazu za pomocą różnic widmowych. Skanery MSS rozróżniają pięć szerokich kategorii powierzchni lądowych: wodę, śnieg i lód, roślinność, wychodnie i glebę oraz obiekty związane z działalnością człowieka. Naukowiec zaznajomiony z obszarem zainteresowań może przeanalizować obraz uzyskany w jednym szerokim paśmie widma, jak np. 0,5 do 0,7 µm (zielone i czerwone obszary widma). Jednak wraz ze wzrostem liczby nowych pasm widmowych, ludzkiemu oku coraz trudniej jest rozróżnić ważne cechy podobnych tonów w różnych częściach widma. I tak np. tylko jeden plan filmowania, pobrany z satelity Landsat z wykorzystaniem MSS w paśmie 0,5-0,6 μm, zawiera ok. 7,5 miliona pikseli (elementów obrazu), każdy z maksymalnie 128 odcieniami szarości w zakresie od 0 (czerń) do 128 (biel). Porównując dwa obrazy tego samego obszaru wykonane z satelity Landsat, mamy do czynienia z 60 milionami pikseli; jeden obraz pobrany z Landsata 4 i przetworzony przez mapera zawiera około 227 milionów pikseli. Wyraźnie wynika z tego, że do analizy takich obrazów niezbędne są komputery.
Cyfrowe przetwarzanie obrazu. W analizie obrazu komputery są wykorzystywane do porównywania wartości w skali szarości (zakres liczb dyskretnych) każdego piksela na zdjęciach wykonanych tego samego dnia lub kilku różnych dni. Systemy analizy obrazu klasyfikują określone cechy planu zdjęciowego w celu opracowania mapy tematycznej terenu. Nowoczesne systemy reprodukcji obrazu umożliwiają odtworzenie na kolorowym monitorze telewizyjnym jednego lub kilku pasm widmowych przetworzonych przez satelitę za pomocą skanera MSS. Ruchomy kursor jest następnie umieszczany na jednym z pikseli lub na matrycy pikseli znajdujących się w określonym obiekcie, takim jak zbiornik wodny. Komputer koreluje wszystkie cztery pasma MSS i klasyfikuje wszystkie inne części obrazu satelitarnego, które mają podobne zestawy liczb. Badacz może następnie kodować kolorami „wody” na kolorowym monitorze, aby stworzyć „mapę” pokazującą wszystkie wody na zdjęciu satelitarnym. Procedura ta, zwana klasyfikacją kontrolowaną, pozwala na systematyczną klasyfikację wszystkich części analizowanego obrazu. Możliwe jest zidentyfikowanie wszystkich głównych typów powierzchni ziemi. Schematy klasyfikacji opisane przez komputer są dość proste, ale świat wokół nas jest złożony. Na przykład woda niekoniecznie ma jedną charakterystykę widmową. W jednym ujęciu akweny mogą być czyste lub brudne, głębokie lub płytkie, częściowo pokryte glonami lub zamarznięte, a każdy z nich ma swój własny współczynnik odbicia widmowego (a co za tym idzie własną cyfrową charakterystykę). Interaktywny system cyfrowej analizy obrazu IDIMS wykorzystuje nieuregulowany schemat klasyfikacji. IDIMS automatycznie umieszcza każdy piksel w jednej z kilkudziesięciu klas. Po klasyfikacji komputerowej podobne klasy (na przykład pięć lub sześć klas wody) można zebrać w jedną. Jednak wiele obszarów powierzchni Ziemi ma dość złożone widma, co utrudnia jednoznaczne ustalenie różnic między nimi. Na przykład gaj dębowy może wydawać się widmowo nie do odróżnienia od gaju klonowego na zdjęciach satelitarnych, chociaż to zadanie jest bardzo łatwe do rozwiązania na ziemi. Zgodnie z charakterystyką widmową dąb i klon należą do gatunków liściastych. Komputerowe przetwarzanie algorytmów identyfikacji zawartości obrazu może znacznie poprawić obraz MSS w porównaniu do standardowego.
APLIKACJE
Dane teledetekcyjne są głównym źródłem informacji przy sporządzaniu map użytkowania gruntów i map topograficznych. Satelity meteorologiczne i geodezyjne NOAA i GOES służą do monitorowania zmian chmur i rozwoju cyklonów, w tym huraganów i tajfunów. Zdjęcia satelitarne NOAA są również wykorzystywane do mapowania sezonowych zmian pokrywy śnieżnej na półkuli północnej do badań klimatu i badania zmian prądów morskich, których znajomość może skrócić czas transportu. Instrumenty mikrofalowe na satelitach Nimbus służą do mapowania sezonowych zmian stanu pokrywy lodowej w morzach Arktyki i Antarktydy.
Zobacz też
PRĄD ZATOKOWY ;
METEOROLOGIA I KLIMATOLOGIA. Dane teledetekcyjne z samolotów i sztucznych satelitów są coraz częściej wykorzystywane do monitorowania naturalnych pastwisk. Zdjęcia lotnicze są bardzo skuteczne w leśnictwie ze względu na osiąganą wysoką rozdzielczość, a także dokładny pomiar pokrywy roślinnej i jej zmian w czasie.

A przecież to właśnie w naukach geologicznych teledetekcja znalazła najszersze zastosowanie. Dane teledetekcyjne wykorzystywane są do sporządzania map geologicznych wskazujących typy skał oraz cechy strukturalne i tektoniczne obszaru. W geologii gospodarczej teledetekcja jest cennym narzędziem poszukiwania złóż kopalin i źródeł energii geotermalnej. Geologia inżynierska wykorzystuje dane teledetekcyjne do wyboru placów budowy spełniających określone wymagania, określenia lokalizacji materiałów budowlanych, sterowania pracami wydobywczymi z powierzchni i rekultywacji terenu, a także do prac inżynieryjnych w strefie przybrzeżnej. Ponadto dane te są wykorzystywane do oceny zagrożeń sejsmicznych, wulkanicznych, glacjologicznych i innych zagrożeń geologicznych, a także w sytuacjach takich jak pożary lasów i awarie przemysłowe.

Dane teledetekcyjne stanowią ważną część badań z zakresu glacjologii (związanej z charakterystyką lodowców i pokrywy śnieżnej), geomorfologii (formy i charakterystyka rzeźby), geologii morza (morfologia dna mórz i oceanów), geobotaniki (ze względu zależności roślinności od znajdujących się pod nią złóż mineralnych) oraz w geologii archeologicznej. W astrogeologii dane teledetekcyjne mają ogromne znaczenie w badaniu innych planet i księżyców Układu Słonecznego, a także w planetologii porównawczej w badaniu historii Ziemi. Jednak najbardziej ekscytującym aspektem teledetekcji jest to, że satelity na niskich orbitach okołoziemskich po raz pierwszy dały naukowcom możliwość obserwacji, śledzenia i badania naszej planety jako całego systemu, w tym jej dynamicznej atmosfery i ukształtowania terenu, które zmieniają się pod wpływem wpływ czynników naturalnych i działalności człowieka. Zdjęcia satelitarne mogą pomóc w znalezieniu klucza do przewidywania zmian klimatycznych spowodowanych zarówno czynnikami naturalnymi, jak i antropogenicznymi. Podczas gdy Stany Zjednoczone i Rosja prowadzą teledetekcję od lat 60. XX wieku, inne kraje również wnoszą swój wkład. Japońskie i europejskie agencje kosmiczne planują wystrzelenie dużej liczby satelitów na orbity bliskie Ziemi w celu badania lądów, mórz i atmosfery ziemskiej.
LITERATURA
Bursha M. Podstawy geodezji kosmicznej. M., 1971-1975 Teledetekcja w meteorologii, oceanologii i hydrologii. M., 1984 Seybold E., Berger V. Dno oceanu. M., 1984 Mishev D. Teledetekcja Ziemi z kosmosu. M., 1985

Encyklopedia Colliera. - Społeczeństwo otwarte. 2000 .