Аэрокосмическое картографирование

Тенденция соединения снимков  в фотокарты проявлялась начиная с первых космических экспериментов. Массовое получение снимков с первой долговременно работавшей орбитальной станции «Салют-4» завершилось созданием серии фотокарт южных республик бывшего Советского Союза. Через несколько месяцев работы первого американского ресурсного спутника Landsat была смонтирована из почти 600 снимков фотокарта США, репродуцированная затем в широком диапазоне масштабов от 1:250 000 до 1:5 000 000. Позже по снимкам со спутника Landsat созданы фотокарты многих стран и даже континентов. Известна, например, фотокарта Центральной Европы в естественных цветах с нанесенными границами государств и подписями населенных пунктов, изданная в постраничной нарезке в атласе Diercke Weltraumbild-Atlas.

С появлением новых, более  совершенных и детальных снимков возрос интерес к фотокартам туристических объектов, национальных парков. Стала традиционной красочная печать фотокарт из снимков Тематического Картографа Landsat с впечатыванием на обороте топографической карты того же масштаба. Массовое распространение получили фотокарты городов, созданные по детальным снимкам SPOT, KBР/Комета.

Цифровая полиграфия и использование цифровых моделей  рельефа сделали фотокарты особенно выразительными. Так, прекрасная серия  фотокарт материков создана по снимкам AVHRR/NOAA с отмывкой рельефа суши и морского дна на основе цифровой модели. Чрезвычайно выразительна созданная по радиолокационным снимкам со спутника Radarsat фотокарта Антарктиды, где контрастное изображение рельефа льда подчеркнуло ледниковые потоки.

Кроме общегеографических создаются специальные фотокарты  объектов и явлений, требующих оперативного слежения за их динамикой, — снежного покрова материков, морских льдов  Северного полярного бассейна и  т.п. Иногда фотокарты дополняют  тематической нагрузкой — результатами дешифрирования геологических структур, контурами типов почв. Их можно считать тематическими фотокартами.

К фотокартам можно отнести  и особые виды спутниковой картографической продукции, получаемой на основе обработки  данных съемки путем расчета различных индексов — вегетационного, цветового, активной радиации фотосинтеза и др., которые фиксируют распределение, нередко в глобальном масштабе, биофизических характеристик земной поверхности. Наиболее распространены карты вегетационного индекса NDVI и цветового индекса вод океана, коррелирующего с содержанием фитопланктона.

Фото основы тематических карт. Фотопланы и фотокарты используют в географических исследованиях не только как самостоятельные картографические произведения, но, кроме того, и в качестве фото основ тематических карт. Математические элементы фото основы должны полностью соответствовать требованиям к математическим элементам соответствующих топографических карт (масштаб, проекция, нарезка листов). Картографическая сетка на фото основе не вычерчивается, а обозначается выходами меридианов и параллелей за внутренней рамкой. Общегеографическая нагрузка должна быть минимальной, чтобы не закрывать фотографическое изображение местности. Картографическими знаками наносят гидросеть, рельеф, крупные населенные пункты и связывающие их важнейшие дороги, политико-административные границы.

Технология изготовления фото основ включает два этапа:

• фотограмметрическая обработка для изготовления фотоплана;
• картографические работы, включая нанесение на фотоплан общегеографических элементов содержания (при этом совмещают два процесса — дешифрирование снимков и составление основы карты).

Программа создания по космическим  снимкам геологических карт страны масштабов 1:200 000, 1:1000 000 нового поколения, а также обзорных региональных и общероссийских карт масштабов до 1: 10 000 000 предусматривает использование фото основ, создаваемых на основе космических съемок. Для этого материалы космической съемки трансформируют в картографическую проекцию с устранением фотометрических искажений, потом снимки монтируют в единое изображение, преобразуют для улучшения дешифрируемости, координатно привязывают. Фото основа дается в масштабе и нарезке топографических карт в черно-белом и цветном вариантах. Для основы карт масштаба 1:200000 используют снимки с разрешением 20-30 м (КАТЭ-200/Ресурс-Ф), для 1:1000 000 - с разрешением 80 м (MSS/Landsat), 1:2500 000 - 1:5 000 000 — с разрешением 200 м (МСУ-СК/Ресурс-О) и 1:10 000 000 — с разрешением 1 км (AVHRR/NOAA).

2.3 Составление и обновление топографических карт

Топографическая изученность  мира остается далеко не полной. Особенно слабо изучены труднодоступные  районы высокогорий, пустыни, марши, приполярные  острова.

В странах, необеспеченных топографическими картами и материалами аэросъемок, космические снимки представляют реальную основу для топографического и общегеографического картографирования. Иногда они остаются единственно возможными съемочным и материалами для непроходимых и сложных для аэросъемки территорий.

Создание топографических карт предъявляет к материалам космической съемки повышенные требования в отношении их разрешения и возможности стерео обработки. Исходя из графической точности (0,1 мм), снимки для стереофотограмметрической обработки при создании карт масштаба 1:100 000 должны иметь разрешение не хуже 10 м, а для дешифрирования ряда топографических объектов — и более высокое разрешение — 1-2 м. К 2000 г. единственной съемочной системой, предназначенной специально для топографического картографирования, была фотографическая система спутника «Комета», где камера ТК-350 дает стереопары снимков с разрешением 10 м, а панорамная камера высокого разрешения КВР-1000 с разрешением 2 м обеспечивает детальные снимки для дешифрирования.

Стремление получать снимки такого качества не фотографическими, а оперативными методами пронизывает всю историю развития космической съемки. Французская система SPOT, начавшая работать в 1986 г., с разрешением панхроматических снимков 10 м и возможностью получения стереопар была рассчитана на топографическое картографирование в масштабе 1:100 000 с сечением рельефа 20 м. Однако экспериментальные работы в разных странах Европы показали, что полный набор элементов содержания топографической карты нельзя получить только при камеральном дешифрировании и автоматизированной обработке этих снимков, необходимы дополнительные полевые исследования. Поэтому разработка спутниковых съемочных систем топографического картографирования продолжает оставаться актуальной.

По опыту Российского  госцентра «Природа» космические фотоснимки используют на всех этапах построения и сгущения фотограмметрических сетей для планового обоснования топографических съемок и высотного обоснования мелкомасштабных съемок. Контурную нагрузку получают при дешифрировании космических снимков, для чего используют богатый опыт дешифрирования аэрофотоснимков. Рисовку рельефа на первых порах проводили на традиционных фотограмметрических приборах, но переход к цифровой обработке снимков потребовал пересмотра всей технологической линии и приборной базы топографического картографирования. Вместо громоздких стереофотограмметрических приборов стали внедрять компьютерные комплексы, получившие название цифровых фотограмметрических систем. С их помощью выполняют автоматические стерео измерения, строят цифровые модели рельефа и трассируют горизонтали, изготовляют ортофотопланы и графические оригиналы карт.

По космическим снимкам  составляют и обзорно-топографические  карты, минуя многоступенчатый переход  от крупных масштабов к средним  и мелким. Есть опыт создания по космическим снимкам и общегеографических карт, например базовой карты страны в масштабе 1:2 50 000, составление которой проведено с использованием фотопланов на основе космических снимков масштаба 1:1 000 000.

Обновление карт. Повторные аэрокосмические съемки весьма удобны для регулярного обновления топографических карт, что особенно актуально для нашей страны, где картографирование в масштабе 1:100 000 завершено в середине 1950-х годов, а в масштабе 1:25 000 - к 1980 годам.

Космические фотоснимки, в отличие от аэрофотоснимков, позволяют начинать обновление масштабного ряда топографических карт в любой последовательности. Другое важное преимущество использования космических снимков — возможность обновления карт одновременно всего масштабного ряда.

При обновлении карт по снимкам  вначале определяют степень устаревания  карт и выделяют районы первоочередного  обновления, к которым относят  территории сельскохозяйственного  освоения, интенсивной добычи полезных ископаемых, городского, дорожного, гидротехнического строительства, где обновление приходится выполнять через один—два года, тогда как в малообжитых районах достаточно проводить его через пять—десять лет. От степени устаревания зависит, необходимо ли проводить полное обновление с пересоставлением оригинала карты или можно ограничиться внесением исправлений в издательский оригинал карты камеральным путем.

Применение космических  снимков для обновления карт снижает  продолжительность и трудоемкость составительских и редакционных процессов. Сокращается время на подбор источников, ознакомление со спецификой территории, упрощается генерализация. Одновременно повышаются детальность и точность карт.

Обновление карт выполняют  разными методами. В последнее  время получают развитие цифровые технологии. Обновление карты на фотопланах осуществляют в тех случаях, когда изменения контуров составляют более 40% или плановая точность карты не соответствует предъявляемым к ней требованиям. Процесс создания фотоплана включает сгущение опоры, трансформирование снимков, изготовление фотоплана и репродукций к нему, дешифрирование.

Заключение

Итак, материалы  аэрокосмической фотосъемки широко используются как в процессе создания топографических карт, так и при их обновлении. Роль самолетных и космических снимков различна. Аэроснимки применяются при картографировании в крупном масштабе, и заменить их космическими снимками пока невозможно, так как большая высота фотографирования и съемка длиннофокусными камерами не позволяют получать материалы из космоса для детального изучения рельефа фотограмметрическим методом. Космические фотосъемки эффективны при обновлении карт. Практика показала, что при использовании космических методов можно отказаться от традиционного поэтапного метода картосоставления и перейти на технологию обновления карты требуемого масштаба, а не всего масштабного ряда. Это сокращает цикл работ на несколько лет. Кроме того, в связи с большим территориальным охватом космического снимка и малыми искажениями контуров в горных районах уменьшается трудоемкость работ по обновлению карт. «Космическое» обеспечение карты снимет остроту проблемы постоянного и неизбежного при существующей технологии картографирования «старения» ее содержания.

Общегеографические и  тематические карты также являются важными источниками, которые используют при составлении карт. Однако их значение не ограничивается использованием их для привязки тематического содержания. Они обеспечивают географическую достоверность картографирования, играя роль основы, т.е. того каркаса, относительно которого производится нанесение и последующая увязка тематического содержания составляемой карты и взаимное согласование карт разной тематики.