Современная концепция аэрокосмических съемок и дистанционного зондирования

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования

Тульский государственный  университет

Кафедра Г и К.

 

 

 

 

 

Курсовая работа на тему:

«Современная концепция  аэрокосмических съемок и дистанционного зондирования».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тула 2008

 

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………3

Глава 1. Теоретические основы…………………………………………………...4

1. Краткий обзор развития аэрокосмических съемок………………………......4

1.2 Дистанционное зондирование……………………………………………..…..8

Глава 2.Аэрофотограмметрические методы съемки……………………...…......11

2.1 Материалы аэрокосмических съемок…………………………………....…...11

2.2 Масштаб и пространственное  разрешение………………………………......12

2.3 Диапазон регистрируемого излучения…………………………………….....14

2.4 Технологические способы получения  снимков………………………….......17

Глава 3. Геометрические принципы спутникового зондирования……………..24

3.1 Общие принципы устройства  и действия спутниковой системы позиционирования…………………………………………………………………24

3.2 Позиционирование…………………………………………………………….28

Глава 4. Основы дистанционного зондирования………………………………..32

4.1 Общая характеристика методов  дистанционного зондирования…………..32

Глава 5. Роль аэрокосмических методов  и дистанционного зондирования в 

изучении биосферы и кадастровых работ……………………………………….36

5.1 Использование материалов аэро- и космических съемок при создании геоинформационных систем……………………………………………………..36

5.2 Характеристика подсистем мониторинга земель дистанционными 

 методами………………………………………………………………………….38

Заключение………………………………………………………………………..42

Список использованной литературы…………………………………………….43

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время в  геодезических и кадастровых работах по координированию объектов землепользования все более широкое применение находят методы, основанные на использовании искусственных спутников Земли, как носителей координат.

Определение координат  претерпело огромные изменения с  появлением GPS-технологий. Особенно эти изменения видны при проведении землеустроительных работ на городской территории, которые характеризуются высокими требованиями к точности измерений и необходимостью координирования огромного числа небольших земельных участков в условиях плотной застройки, существенно ограничивающей видимость.

Благодаря чрезвычайно  высокой точности спутниковых методов, их независимости от погодных условий и времени суток, быстроте и простоте измерений, спутниковые методы в десятки раз повышают производительность труда и удешевляют стоимость работ.

Учитывая эти обстоятельства, Федеральной службы геодезии и картографии была принята концепция перехода топографического производства на спутниковые методы координатных определений. Они постепенно будут вытеснять традиционные методы создания опорных геодезических сетей, вплоть до развития сетей рабочего обоснования топографических съемок, решения инженерно-геодезических и земельно-кадастровых задач.

Внедряемая система спутникового межевания имеет отличительную  особенность от систем, применяемых в мире, отражающую современное социально-экономическое положение страны. Сегодня в России развивается технология, включающая в себя создание в полевых условиях кадастровых карт (планов),

формирование ЗИС или  ГИС, инвентаризацию земель, решение  других задач по обустройству территорий с использованием ОРЗ-технологий.¹

 

Глава 1. Теоретические  основы

1. Краткий обзор развития аэрокосмических съемок

Начальный период. Начало наблюдений и фотографирования с воздуха  относится к середине позапрошлого века. Французский военный офицер Гаспар Турнашон (Надар) в 1859 г. сфотографировал деревню неподалеку от Парижа с воздушного шара, в России первые фотоснимки, также с воздушного шара, выполнены в 1886 г.

начальником воздухоплавательной команды военного ведомства поручиком А. М. Кованько.

Спустя почти два  месяца член Русского технического общества Л. Н. Зверинцев произвел фотографирование Петербурга и острова Котлин. Шар унесло в открытое море. Зверинцев писал: «Находясь за Кронштадтом на большой высоте 2500 м, мы были поражены, несмотря на всю затруднительность собственного положения, увидев под собой прекраснейшую карту мелей, глубокой воды и фарватера. Все это считывалось отчетливо... Казалось, перед нами внизу была раскинута гигантская карта мелей, иллюминированная искусным чертежником... Вот, несомненно, новая задача фотографии... Недалеко то время, когда будет казаться странным, как могли так долго обходиться без воздушных снимков» ².

Первая мировая война  послужила толчком к быстрому развитию съемок с самолетов и переходу от отдельных фотографий с воздуха к практическому использованию аэроснимков. В 1916 г. в русской армии при разведывательных отделениях штабов были сформированы специальные фотометрические (впоследствии фотограмметрические) части. В их задачу входило дешифрирование аэроснимков, перенос результатов на карту и размножение дополненных таким образом карт. Следующий шаг в использовании снимков связан с созданием подполковником М.В.Потте первого автоматического аэрофотоаппарата, съемка которым выполнялась не на светочувствительные стеклянные пластины, а на фотопленку.

1920-е годы. После окончания войны в Великобритании, Франции, США, а несколько позже и в Германии опыт, накопленный военными, стал распространяться и на области хозяйственной деятельности.

В нашей стране началом  применения аэросъемки для нужд народного хозяйства можно считать 1918 г., когда было выполнено фотографирование местности в районе г. Твери на площади 100 км². Принятый в марте 1919 г. Декрет об учреждении Высшего геодезического управления послужил толчком к быстрому развитию аэросъемок. Было создано Аэрофототопографическое отделение, которое выполняло опытно-производственные работы по использованию аэрофотоснимков в картографических целях, положив начало их планомерному и систематическому использованию. В 1924 г. ставится задача использовать аэрофотоснимки при создании топографических карт неисследованных районов, тогда же проведены первые аэрофотосъемки для нужд лесоустройства и дорожного строительства.

1930-е годы. В этот период аэрофотоснимки стали применяться в геологии, для изучения, таксации и эксплуатации лесов, а так же при изучении Арктики. К этому же времени относится первый опыт использования аэрофотоснимков для изучения пустынь, рек, болот, рельефа. Аэросъемка становится новым орудием для работы в труднодоступных районах.

1940-е годы. Вторая мировая война дала новый импульс развитию методов получения и интерпретации снимков с воздуха. Появляется спектрозональная пленка (в американской литературе принят термин «цветная инфракрасная»), использование которой позволяло отделить вегетирующую растительность от окрашенной в зеленый цвет военной техники. В это время проводятся первые опыты применения радиолокаторов для исследования местности с воздуха. В последующие десятилетия технология радиолокационной съемки развивалась исключительно быстрыми темпами.

В Советском Союзе даже во время Великой Отечественной  войны 1941 — 1945 гг. активно велись начатые ранее работы по топографическому картографированию. В 1949 г. было закончено составление топографической карты масштаба 1:100 000. Этот выдающийся успех в изучении и картографировании территории всей страны был отмечен золотой медалью Географического общества. Он стал возможен благодаря применению аэрометодов, в частности камерального дешифрирования аэрофотоснимков при составлении листов карты на малоисследованные восточные районы страны. С этого времени дешифрирование снимков становится обязательным процессом в технологической схеме топографического картографирования.

В развитии методов специальных  исследований и тематического картографирования важную роль сыграла организация в 1944 г. Лаборатории аэрометодов Академии наук СССР (ныне Всероссийский научно-исследовательский институт космоаэрометодов в Санкт-Петербурге). В разные годы в Лаборатории были выполнены фундаментальные исследования по дешифрированию растительности, особенно лесов и болот, геологическому, ландшафтному дешифрированию. До настоящего времени остаются не превзойденными по глубине и всесторонней проработке исследования в области применения аэрометодов для изучения моря и морского шельфа.

1950-е годы. В этот период разработанные в военных целях методики съемки и дешифрирования становятся достоянием широкого круга исследователей и производственников. Расширяется круг отраслей науки и практики, в которых применяются аэрофотоснимки, совершенствуется методика их дешифрирования.

1960-е годы — период обобщения опыта, накопленного ранее. В это время разрабатываются основы дешифрирования снимков как метода географического исследования. Ландшафтный подход, или ландшафтный метод, становится основным при географическом изучении территории по аэроснимкам. Наиболее широкое развитие он получил при гидрогеологических изысканиях, при почвенном и геоботаническом картографировании.

Важнейшее событие этого  периода, знаменующее новый этап в развитии аэрокосмических методов, — получение первых фотографических и телевизионных снимков из космоса. Оно послужило толчком к разработке новых типов съемочных систем. В США и почти одновременно в Советском Союзе разрабатывается новый принцип регистрации солнечного излучения и создаются новые съемочные оптико-электронные системы — сканеры. Внедрение регистрации излучения на магнитную пленку, облегчающее кодирование информации, послужило стимулом для разработки методов автоматизированного дешифрирования снимков. В эти же годы начинается создание способов синхронной съемки в нескольких спектральных зонах оптического диапазона — многозональной съемки. Одна из первых публикаций о ней была подготовлена в лаборатории аэрометодов кафедры картографии МГУ и появилась в начале 1960-х годов³ .

1970-е годы характеризуются вхождением в жизнь и все более широким применением космических методов.

В 1971 г. в нашей стране были получены из космоса фотографические снимки масштаба около 1:2 000 000, долгое время не имевшие аналогов по детальности изображения. Съемку осуществил экипаж орбитальной станции «Салют», трагически погибший при возвращении на Землю. В 1972 г. США вывели на орбиту автоматический спутник Ландсат, на котором был установлен сканер, обеспечивавший получение многозональных снимков в четырех зонах видимого и ближнего инфракрасного участков спектра с размером элемента изображения 57x79 м на местности и предназначавшийся для изучения природных ресурсов.

С этого момента развитие космических съемок в оптическом диапазоне идет в двух направлениях: наша страна имеет приоритет в развитии фотографических систем, а США и впоследствии европейские и некоторые азиатские страны — оптико-электронных.

Как в 1940-х годах аэросъемка послужила толчком к совершенствованию методов топографического картографирования, так в 1970-х широкое применение космических снимков знаменовало новый этап в развитии тематического, в том числе комплексного картографирования. Можно считать, что именно к этому времени относится формирование принципа многовариантности, «множественности» в получении и использовании снимков: съемка с раз ной высоты, разные носители, масштабы, участки спектра, в которых регистрируется излучение, разнообразные методы обработки получаемой информации.

1980-е годы — период совершенствования способов получения и широкого применения аэрокосмической информации во всех областях изучения и картографирования поверхности Земли. В связи с все более широким внедрением в практику персональных компьютеров и геоинформационных технологий происходит развитие методов компьютерной обработки снимков.

Конец XX — начало XXI в. ознаменовались скачком в развитии способов получения космической информации. Достижения в области волоконной оптики сделали возможным существенное улучшение пространственного и спектрального разрешения оптико-электронных съемочных систем. Сканеры с нескольких спутников разных стран получают космическую информацию с размером пиксела от первых метров до 15 м и не в 3—4 каналах, как это было принято раньше, а в 7-15. Появились спектрометры, выполняющие гиперспектральную съемку в 32—200 каналах.

Характерная черта этого  периода — появление в широком  пользовании материалов космической съемки, выполнявшейся в предыдущие десятилетия военными организациями России и США, так называемых конверсионных снимков с размером пиксела 1—2 м.

Доступность для исследователей космической информации высокого разрешения привела к тому, что использование аэрофотоснимков для тематического картографирования стало малоэффективным. Для последних лет характерно все более широкое внедрение компьютерного дешифрирования снимков, которое в большой мере обусловлено распространением и доступностью снимков, полученных электронно-оптическими системами и распространяемых в цифровом виде.

1.2 Дистанционное зондирование.

Дистанционное зондирование, сбор информации об объекте или явлении с помощью регистрирующего прибора, не находящегося в непосредственном контакте с данным объектом или явлением. Термин «дистанционное зондирование» обычно включает в себя регистрацию (запись) электромагнитных излучений посредством различных камер, сканеров, микроволновых приемников, радиолокаторов и других приборов такого рода. Дистанционное зондирование используется для сбора и записи информации о морском дне, об атмосфере Земли, о Солнечной системе. Оно осуществляется с применением морских судов, самолетов, космических летательных аппаратов и наземных телескопов. Науки, ориентированные на полевые работы, к числу которых относятся такие, как геология, лесоводство и география, также обычно используют дистанционное зондирование для сбора данных в целях проведения своих исследований.

Техника и технология.

Дистанционное зондирование охватывает теоретические исследования, лабораторные работы, полевые наблюдения и сбор данных с борта самолетов и искусственных спутников Земли. Теоретические, лабораторные и полевые методы важны также для получения информации о Солнечной системе, и когда-нибудь их начнут использовать для изучения других планетных систем Галактики. Некоторые наиболее развитые страны регулярно запускают искусственные спутники для сканирования поверхности Земли и межпланетные космические станции для исследований дальнего космоса. Системы дистанционного зондирования. В системе такого типа имеются три основных компонента: устройство для формирования изображения, среда для регистрации данных и база для проведения зондирования. В качестве простого примера такой системы можно привести фотографа-любителя (база), использующего для съемки реки 35-мм фотоаппарат (прибор-визуализатор, формирующий изображение), который заряжен высокочувствительной фотопленкой (регистрирующая среда). Фотограф находится на некотором расстоянии от реки, однако регистрирует информацию о ней и затем сохраняет ее на фотопленке.