Расчет аэрозалетов

1  ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 Под аэрокосмическими  методами понимается комплекс  исследований поверхности Земли  и объектов трубопроводных систем, осуществляемый с помощью искусственных  спутников, орбитальных космических  станций и пилотируемых кораблей, самолетов и вертолетов, путем  регистрации собственного и отраженного  электромагнитного излучения природных  и искусственных объектов приемными  устройствами с последующей обработкой, интерпретацией и анализом полученных  данных.

Аэрокосмические исследования являются составной частью работ  по комплексному изучению трубопроводных геотехнических систем и окружающей среды.

АКМ применяются для решения  следующих основных задач: оценки состояния  МТ (определения пространственного  положения и динамики его изменения, выявления деформированных участков и оценки их напряженно-деформированного состояния. поиска утечек перекачиваемого  продукта, определения степени разрушения обвалования и обнажения трубопровода, оценки состояния балластировочных и крепежных устройств и т.д.);

оценки состояния окружающей среды (степени загрязнения, антропогенной  нарушенности и возможности поддержания  среды в экологическом равновесии);

уточнения особенностей геологического строения исследуемого региона с  выделением аномальных физических полей, контролирующих развитие современного ландшафта, его переформирование и  перераспределение;

выявления взаимодействия внутренних и внешних факторов, влияющих на ландшафт, и оценки степени устойчивости ландшафтов к техногенным воздействиям при строительстве и эксплуатации трубопроводов;

комплексного изучения процессов  взаимодействия трубопроводов с  окружающей средой;

проведения тематического  районирования и картирования территории (по природно-техническим условиям эксплуатации трубопроводов, по степени  экологической нарушенности окружающей среды и т.п.);

разработки рекомендаций по рациональной эксплуатации, ремонту  и реконструкции МТ;

разработки рекомендаций по рациональному природопользованию и охране окружающей среды;

контроля практической реализации на трассах МТ разработанных рекомендаций (оценка объемов отсыпанного или  намытого грунта, правильность обустройства систем инженерной защиты и т.д.);

определения целесообразного  местоположения, методов строительства  и эксплуатации объектов крупномасштабного  вмешательства в природу (например, при решении задач сооружения и реконструкции трубопроводов, площадных объектов различного назначения).

Аэрокосмические методы должны обеспечивать получение одинаково  достоверной информации необходимой  точности и детальности на всю  исследуемую территорию.

Основными требованиями, предъявляемыми к материалам аэрокосмических съемок, являются: наиболее благоприятные природные  условия их получения, оптимальные  технические параметры проведения съемочных работ, последующей фотохимической обработки и различных преобразований первичного изображения (оптических, оптико-электронных, цифровых).

Применение аэрокосмических  методов в интересах трубопроводного  транспорта характеризуется следующими особенностями:

направленностью на исследование процессов взаимодействия МТ с окружающей средой, выявление аномальных для  эксплуатации районов трассы и определение  потенциально опасных участков;

проведением работ в три  этапа - предполевой, полевой и камеральный, на каждом этапе - вначале на эталонных  и потенциально опасных участках, а затем - по всей трассе;

комплексным характером проведения исследований (как среди собственно дистанционных методов, так и  с наземными работами);

рациональным сочетанием принципов исследования трубопроводных ГТС и окружающей среды "от общего - к частному" (последовательная детализация) и "от частного - к общему" (последовательная генерализация);

преимущественно камеральным  выполнением работ;

необходимостью обработки  и анализа всех имеющихся материалов предшествующих исследований трубопроводной ГТС и их частичной переинтерпретации.

Комплексный характер проведения аэрокосмических исследований предполагает:

использование всех имеющихся  сведений о ландшафте и его  компонентах (рельефе, гидросети, растительности и др.), а также результатов  исследований состояния трубопровода;

использование информационных материалов, различных по масштабам, зонам спектра, природным условиям съемки и технологическим параметрам последующей обработки;

выполнение различных  видов тематического дешифрирования (геоморфологического, топогеодезического, ландшафтного и др.);

применение различных  видов аэрокосмических съемок;

выполнение натурных исследований комплексно не только в методическом, но и технологическом отношении.

Относительная эффективность  существующих аэрокосмических методов  вызывает необходимость их рационального  сочетания (комплексирования) с учетом их особенностей, характеристик и  способов применения, что повышает полноту и достоверность итоговой информации. Этого также требуют  различия физико-географических и геолого-структурных  условий исследуемых территорий.

Хорошие результаты достигаются  при комплексном применении методов, базирующихся на разных физических принципах. Для практической реализации такого подхода может быть рекомендовано  применение самолетов-лабораторий, имеющих  пилотажно-навигационное оборудование для выполнения съемочных полетов  и несущих комплекс различных  съемочных средств.

Выполнение комплексных  исследований состояния трубопроводных ГТС и окружающей среды предполагает совместное применение широкого круга  дистанционных и наземных методов.

Основными задачами комплексирования аэрокосмических и наземных методов  являются:

совместный анализ и обобщение  имеющихся сведений о трубопроводной ГТС и окружающей среде;

"обучение" дистанционных  методов решению рассматриваемых  задач в конкретных физико-географических  условиях;

получение новой информации о состоянии МТ и окружающей среды  на территориях трассы, расположенных  между эталонными участками, на основе всесторонней обработки материалов дистанционного зондирования;

целенаправленная переинтерпретация  материалов наземных исследований с  учетом информации, полученной дистанционными методами;

получение принципиально  новых результатов (например, выявление  инвариантных зависимостей взаимодействия МТ с окружающей средой).

Применение АКМ в интересах  диагностики трубопроводных ГТС  и мониторинга окружающей среды  требует привлечения квалифицированных  специалистов, обладающих соответствующей  подготовкой и, что особенно важно, опытом применения дистанционных методов  на объектах трубопроводного транспорта. Поэтому исследования должны проводиться  специализированными организациями, оснащенными необходимыми методиками и техническими средствами, располагающими опытным персоналом.

 

2 Приборы аэрокосмической съемки

Съемка больших территорий в настоящее время осуществляется методами фотограмметрии, изучающей  способы и технологию определения  форм, размеров, положения в пространстве, количественные и качественные характеристики объектов по их изображениям.

Изображения местности получают с помощью специальной аппаратуры, устанавливаемой на авиационных  или космических носителях. Для  аэросъемки используют самолеты (например, АН-30, ТУ-134, ИЛ-18), сверхлегкие летательные  аппараты (малые самолеты, мотодельтапланы) и вертолеты. Космическая съемка выполняется с искусственных  спутников Земли, пилотируемых космических  кораблей и орбитальных станций.

Среди аэрокосмических различают  съемки фотографические, сканерные, тепловые инфракрасные, радиолокационные и др.

Основным видом аэрокосмической  съемки является аэрофотосъемка, которую выполняют с помощьюаэрофотоаппаратов (рис. 12.1, а). Аэрофотоаппаратом изображение местности фиксируется на фотопленке - черно-белой, цветной или спектрозональной. Наиболее распространены форматы снимков: в нашей стране - 18×18 см и 30×30 см, за рубежом -18×18 см и 23×23 см.

В аэрофотоаппаратах применяют  сфокусированные на бесконечность  линзовые объективы с фокусным расстоянием  от 35 до 1000 мм (наиболее часто используются объективы с фокусным расстоянием 70, 100, 200 мм). Формат кадра и фокусное расстояние определяют угол поля зрения аэрофотоаппарата 2b (рис. 12.1, б). У узкоугольных аэрофотоаппаратов 2b < 50°, у широкоугольных - достигает 140°.

Возможность раздельно различать  на снимке мелкие близко расположенные  детали изображения называетсяразрешающей способностью снимка. В настоящее время аэрофотоснимки имеют разрешающую способность 10-40 линий на миллиметр.

При фотографировании на аэроснимке фиксируется изображение местности, а также координатные метки, которые  определяют плоскую систему координат  снимка (см. рис. 12.1, б).

а) б)

 

 

Рис. 12.1 Аэрофотоаппарат:

а – устройство: 1 – кассета; 2 – камерная часть; 3 – часть объектива;

4 – командный прибор; б – схема фотосъемки: S – центр проектирования снимка;

f – фокусное расстояние; H – высота фотографирования

Аэрофотоснимок, угол наклона  которого при фотографировании был  равен нулю, называется горизонтальным, при угле наклона, не превышающем 3°, - плановым, при угле наклона более 3° - перспективным.

Различают аэрофотосъемку одинарную - это съемка отдельных объектов, маршрутную - фотографирование полосы местности вдоль заданной линии (например, железной дороги) и площадную - фотографирование местности несколькими параллельными маршрутами. Фотографирование выполняют так, чтобы смежные снимки одного маршрута имели продольное перекрытие не менее 60%, а снимки соседних маршрутов – поперечное перекрытие не менее 30%.

Аэрофотоснимок представляет собой центральную проекцию точек  местности на плоскость снимка (см. рис. 12.1, б). Масштаб горизонтального снимка определяется по формуле

, (12.1)

где М – знаменатель масштаба, Н - высота полёта и f - фокусное расстояние аэрофотоаппарата.

Для выполнения космических  съемок используют космические фотоаппараты, являющиеся длиннофокусными модификациями  аэрофотоаппаратов.

Наряду с аэрофотоаппаратами при аэросъемке стали применять  цифровые электронные камеры, сканеры  и другие съемочные системы, создающие  цифровые изображения местности.

Цифровая электронная  камера снабжена ПЗС-приемником (прибором с зарядовой связью). ПЗС-приемник представляет собой многоэлементный фотоэлектрический приемник излучения, состоящий из миниатюрных фотодиодов, соединенных в линейку или двумерную матрицу. Размер отдельного чувствительного элемента - меньше 0,01 мм. Лучи света от разных участков местности попадают на разные фотодиоды, создавая в совокупности изображение местности.

Сканеры бывают оптико-механические и оптико-электронные. В оптико-механическом сканере сканирующее устройство – быстрокачающееся зеркало, которое, просматривая местность поперек движения носителя, посылает лучистый поток в объектив и далее на точечный фотоприемник.

В оптико-электронном сканере  для регистрации излучения используется ПЗС-линейка, располагаемая перпендикулярно  к направлению движения носителя аппаратуры. Периодически ПЗС-линейкой фиксируется строка изображения  местности. Последовательное соединение строк формирует изображение  полосы местности (рис. 12.2).

Разрешающую способность  цифровых снимков принято характеризовать  числом точек на дюйм - dpi (от англ. dots per inch) и размером пикселя на местности - PIX. В частности, размер пикселя в системе TM, установленной на ИСЗ Landsat, равен 30 м, а МСУ-Э/Ресурс-О – 45 м. 

 

Рис. 12.2 Сканерная съемка

Сканерный метод позволяет  выполнять съемки местности в  течение длительного времени, передавая  собираемую информацию по радиоканалам на Землю.

Лазерный сканер - сканирующий  лазерный дальномер. Местность и  расположенные на ней объекты  отображаются множеством точек, для  каждой из которых получают пространственные координаты и которые при визуализации на мониторе образуют объемное изображение  объекта.

Съемка местности сопровождается определением координат аэросъёмочной  аппаратуры с помощью спутникового приемника GPS/ГЛОНАСС, а также измерением высоты съемки радиовысотомером.

 

3  Использование материалов съемок

Материалы , получаемые в результате выполнения аэро- и космических съемок, используют при решении разнообразных задач изучения земной поверхности. По снимкам, полученным с воздушных или космических носителей, изготавливают карты и планы, используемые в земельном кадастре и землеустройстве, определяют геодезические координаты изобразившихся точек местности, границы изучаемых объектов, их принадлежность к соответствующему классу, а также их качественные характеристики.