Дистанционная съемка местности

Спектральная отражательная  способность почв зависит от их гумусности, засоленности, что стало основой дистанционного изучения этих свойств. Изменение влажности приводит к увеличению (уменьшению при повышенной влажности) яркости почв, но не изменяет характера кривой отражения (2, с.18).

Растительный  покров

Объекты этого класса, и прежде всего вегетирующие высшие растения, имеют специфическую форму спектральной кривой с рядом характерных минимумов и максимумов.

Растительный покров наиболее изменчив по сезонам, с орбитальных  высот обнаруживаются закономерные сезонные изменения отражательной  способности в масштабе полушарий.

Так, из космоса прослежено глобальное явление прохождения весенней «зеленой волны», связанной с развитием травянистого и лиственного покрова, и прохождения «коричневой волны» - опада листьев.

С возрастом отражательная  способность растений меняется, обычно она выше у молодых и ниже у находящихся в стадии полной зрелости. При заболевании растения его листья сразу же уменьшают отражение в ближней инфракрасной зоне.

С развитием листа  происходит сглаживание кривой спектральной яркости в области главной полосы поглощения хлорофилла. В фазе спелости отмечается общее изменение спектральной яркости, связанное с разложением хлорофилла и высыханием растения.

Водные поверхности, снежный и облачный покров

Водные объекты отличаются оптической однородностью; пространственные вариации спектральной яркости чистой водной поверхности невелики.

Однако на характер кривой и величину коэффициентов спектральной яркости водных объектов сильно влияет их загрязнение и развитие растительности в водоеме.

При аэрокосмических исследованиях  динамики следует учитывать, что ход яркости водных объектов, как и многих объектов суши, зависит не только от изменения их свойств, но и от геометрии визирования их освещения.

Из сказанного выше следует, что из всех объектов земной поверхности  растительный покров имеет наиболее информативную кривую спектральной способности, которая чутко реагирует на изменчивость растения, их состояние (2, с.20).

Аэрокосмические исследования динамики в атмосфере  и океане

Динамика в  атмосфере

Изучение атмосферной циркуляции, динамических процессов оказалось возможным благодаря их индикации облачностью. Здесь широко используются космические снимки, получаемые в видимом и тепловом инфракрасном диапазонах. По рисунку изображения облачности удается определить местоположение таких объектов, как атмосферные фронты, грозовые очаги, зоны выпадения осадков, косвенно судить о скорости ветра, о силе штормового волнения при прохождения тайфунов и т.д. Регулярно получаемые космические снимки, фиксируя крупные катастрофические явления и процессы, дают возможность наблюдать особенности их протекания и оценивать последствия. Для прослеживания фаз эволюции таких явлений, как тропические циклоны, ураганы, особенно ценны снимки с геостационарных спутников, смонтированные по ним «кольцевые» фильмы позволяют в течение 2 – 3 минут проследить механизм суточного развития облачности и судить о динамике атмосферы. Этот результативный методический прием используется при изучении динамических явлений не только атмосферы, но и океана.

Динамика океана

Космические средства, обеспечивая оперативный обзор обширных акваторий, стали предоставлять динамическую информацию об океанических течениях, фронтах, вихрях, апвеллингах, внутренних волнах, волнении, приводном ветре, дрейфе, полярных льдов, полей планктона, взвесей, распределении твердого стока рек и т.д.

Климатология, контроль глобальных атмосферных изменений

Наиболее приоритетные задачи аэрокосмического зондирования:

• контроль содержания газов, вызывающих «парниковый» эффект (NO_2, CH_4, CO₂), образование смога кислотных отложений измерение концентраций, в атмосфере хлорфторуглеродов, вызывающих разрушение в стратосфере озонового слоя;
• контроль общего радиационного баланса Земли: анализ количества изучаемого тепла, отраженного солнечного излучения, падающего солнечного (УФ) излучения, измерение температуры поверхности Земли;
• мониторинг содержания озона О₃ в тропосфре и стратосфере.

Контроль содержания атмосферного озона

Озон присутствует во многих атмосферных  слоях. Стратосферный озон ослабляет  губительное для Земли жесткое УФ излучение, чем объясняется опасность образования так называемых озоновых «дыр» над планетой. В то же время, увеличение тропосферного озона приводит к усилению «парникового» эффекта, а так же оказывает на атмосферу определенное загрязняющее воздействие. Уровень содержания озона характеризуется сезонными колебаниями и для изучения, моделирования и прогнозирования динамики развития озонового слоя используется спутниковая аппаратура.

Исследование  радиационного баланса Земли

Цель изучения радиационного баланса Земли – это измерение количества энергии, излучаемой и отражаемой планетой. Эта информация необходима для изучения механизма преобразования энергии атмосферой, поверхностью суши и океаном, в результате которого поддерживается необходимое энергетическое равновесие. В свою очередь, результаты изучения радиационного баланса используются для моделирования и прогнозирования глобального климата.

Изучение радиационного баланса  основывается на трех основных способах измерений: контроль баланса коротковолнового и длинноволнового излучений в верхних слоях атмосферы; измерение коротковолнового излучения у поверхности Земли; а так же измерение электромагнитного излучения в широкой полосе частот.

Антропогенное воздействие на природу и экологические  проблемы

Аэрокосмические методы – действенное средство наблюдений за изменениями природных условий крупных регионов, особенно районов экологических бедствий и катастроф.

Снимки могут выполнять ревизионную  роль. Для такого использования снимков  существенное значение имеет создание системы эталонов изображений различных видов антропогенного воздействия. Снимки дают хороший материал для составления карт антропогенного воздействия на природу.

Космические снимки используются при  составлении нового типа карт –  карт охраны природы, дающих оценку современных антропогенных воздействий, характеристику проводимых природоохранительных мероприятий и выявление необходимости применения каких-либо новых охранительных мер.

 

4. Технологии получения и основные  типы аэрокосмических снимков

Аэрокосмическую съемку ведут в окнах прозрачности атмосферы (рис.1), используя излучение в разных спектральных диапазонах – световом (видимом, ближнем и среднем инфракрасном), тепловом инфракрасном и радиодиапазоне.  

Рис. 1

В каждом из них применяют  разные технологии получения изображения и в зависимости от этого выделяются несколько типов снимков (Приложение).

Снимки в световом диапазоне делятся на фотографические и сканерные, которые в свою очередь подразделяются на полученные оптико-механическим сканированием (ОМ-сканерные) и оптико-электронным с использованием линейных приемников излучения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС-сканерные). На таких снимках отображаются оптические характеристики объектов – их яркость, спектральная яркость. Применяя многозональный принцип съемки, получают в этом диапазоне многозональные снимки, а при большом числе съемочных зон – гиперспектральные, использование которых основано на спектральной отражательной способности объектов съемки, их спектральной яркости.

Проводя съемку с использованием приемников теплового излучения – тепловую съемку, – получают тепловые инфракрасные снимки. Съемку в радиодиапазоне ведут, применяя как пассивные, так и активные методы, и в зависимости от этого снимки делятся на микроволновые радиометрические, получаемые при регистрации собственного излучения исследуемых объектов, и радиолокационные снимки, получаемые при регистрации отраженного радиоизлучения, посылаемого с носителя – радиолокационной съемке.

 

5. Преимущества и недостатки спутниковых систем

 

Среди различных доступных  способов получения снимков спутниковые системы имеют ряд преимуществ:

• на земной орбите находится одновременно много спутников, так что одна и та же территория может обозреваться регулярно с целью обнаружения изменений;
• преобладающее большинство современных спутников передаёт информацию в цифровой форме, что обеспечивает простую и лёгкую её передачу по радио – или коротковолновым связям, анализ и обработку информации;
• спутники обеспечивают большую адекватность получаемой информации, в связи с чёткой геометрии полёта;
• спутники запускаются на длительное время, поэтому стоимость получения данных ниже по сравнению с самолётными системами.

Ряд параметров спутниковых  орбит влияет на свойство снимков и получаемой информации. Это, прежде всего, высота, наклонение, период обращения и положение относительно Солнца.

По высотам обычно выделяют три уровня:

• 200-400 км. – околоземные орбиты пилотируемых кораблей и космических станций, дающих возможность выполнения детальной фотографической съёмки.
• 600-1400 км. – орбиты ресурсных и метеорологических спутников, используемые для оперативной менее детальной съёмки.
• 36000 км и выше – орбиты геостационарных спутников, используемые для постоянного наблюдения за заданным районом.

Период обращения особенно важен для решения задач мониторинга. Наиболее подходят, так называемые, квазипериодические орбиты с периодом в 14-16 витков в сутки, что позволяет  несколько раз в год получать повторные снимки одного и того же участка местности, а определённое суточное смещение трасс полёта обеспечивает широтное перекрытие снимков.

Спутниковые системы также являются незаменимыми в контроле экологической ситуации в отдельных регионах, так и в глобальном смысле на всей планете. Как было сказано выше аэрокосмические методы очень действенны в методике обнаружения и ревезирования антропогенного воздействия на отдельные участки планеты.

Главной проблемой спутниковых  систем является их дороговизна, они  требуют одномоментных крупных  вложений. Также на сегодняшний момент недостаточная точность изображений. Но, несмотря на недостатки данный метод получения информации о Земле является наиболее перспективным.

спутниковая система  дистанционный мониторинг

 

Заключение

 

Применение аэрокосмических технологий в дистанционном зондировании является одним из наиболее перспективных путей развития этого направления. Конечно, как и любые методы исследования аэрокосмическое зондирование имеет свои достоинства и недостатки.

Одним из основных недостатков этого метода является его относительная дороговизна и на сегодняшний день недостаточная четкость получаемых данных.

Выше перечисленные недостатки являются устранимыми и малозначимыми на фоне тех возможностей, которые открываются благодаря аэрокосмическим технологиям. Это возможность наблюдать обширные территории на протяжении длительного времени, получение динамической картинки, рассмотрение влияние различных факторов на территорию и их взаимосвязь между собой. Это открывает возможность системного изучения Земли и ее отдельных районов.

 

 

Список литературы

 

1. Гарбук С.В., В.Е. Гершензон «Космические системы дистанционного зондирования Земли», «Скан-Экс», М.; 2010.
2. Книжников Ю.Ф., В.И. Кравцова «Аэрокосмические исследования динамики географических явлений», Изд-во Университета, М., 2010., 206 стр.
3. Лурье И.К., А.Г. Косиков «Дистанционное зондирование и географические информационные системы», изд-во «Наука», г. Москва, 2010., 168стр.
4. Кашкин В.Б. «Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений: учебное пособие», «Логос», г. Москва, 2011.

 

Приложение

¹ Аэрокосмические и геолого-географические исследования..., 1986

² Хмелевской, 1997; Бондаренко и др., 1998