Аэрофотоснимок. Космический снимок

Аэрофотоснимок. Космический снимок.

Аэросъёмкой называют процесс  получения изображений местности  с летательных аппаратов. Если её ведут фотоаппаратами, то её называют аэрофотосъёмкой, если с помощью  специальных телевизионных или  электронных сканирующих устройств, то – электронной аэросъёмкой, если с помощью тепловизоров в инфракрасной части спектра, то - тепловой или инфрарасной съёмкой, а если радиолакаторами, при которых получают изображение в отражённых от поверхностных слоёв электромагнитных радиоволн – радиолакационной съёмкой.

Регистрацию изображений  местности можно вести в разных зонах спектра электромагнитных волн: видимой с длинами волн (0,38 – 0,78 мкм), ультрафиолетовой ближней (0,28 – 0,32 мкм), инфракрасной (0,18 – 10 мкм), или  микрорадиоволновой (0,01 – 100 см). Съёмку выполняют либо водной зоне электромагнитного излучения, либо одновременно в нескольких.

Одним из современных методов  сбора и обработки данных о  местоположении объектов и рельефе  местности, а также их качественных и количественных характеристиках, является комбинированный метод  на основе лазерной локации и цифровой аэрофотосъёмки.

При инфракрасной аэросъёмке регистрируется электромагнитное излучение  в диапазоне длин волн 0,7 – 12 мкм, которое излучают или отражают различные  объекты местности. Инфракрасное излучение  как носитель информации близко к  свету и радиосигналам, зависит  от температуры источника излучения, характеризует его вещество и  состояние. Оно выявляет внутренние свойства объектов, позволяет изучать  процессы в верхнем слое Земли. Инфракрасные системы имеют оптическую часть, приёмное устройство, устройство обработки  и выдачи информации. Излучение природной среды в ифракрасной области спектра регистрируется тепловизорами в трёх зонах: ближней (0,7 – 2,5 мкм), средней (3,0 – 5,5) мкм) и дальней (8 – 12 мкм). На практике установлена важность совместного дешифрирования панхроматических и инфракрасных аэрофотоснимков.

Российский тепловизор «Вулкан» производит аэрофотосъёмку преимущественно в средней инфракрасной зоне спектра, а тепловизор шведской фирмы «AGA» - в дальней инфракрасной зоне спектра. Их применение особенно эффективно при выявлении и изучении переувлажнённых и мерзлотных участков земной поверхности, течений грунтовых вод, гидрологии мелководий и речных отложений, выделении отдельных горных пород.

При радиолокационной съёмке получают изображения местности  в радиоволновом диапазоне электромагнитного  излучения. Существуют специально приспособленные  для глубинных геологических  гидрологических работ многочастотные радиолакационные установки, использующие сантиметровые дециметровые волны. Радиолакационные съёмки особенно эффективны при исследовании влажности, мерзлотных явлений, болот, геологических и гидрологических образований.

Радиолокационная съёмка (РЛС) делится на съёмку бокового обзора и съёмку кругового обзора. Наибольшее расстояние до объектов, при котором  они обнаруживаются, называется дальностью действия. Разрешающая способность  – это минимальное расстояние между двумя объектами, имеющими один и тот же азимут или угол, при котором отражённые сигналы  не сливаются на экране индикатора, то есть когда на экране электроннолучевой  трубки начало импульса от от второго объекта отстаёт от конца импульса от первого объекта на время, превышающее длительность одного импульса. При радиолокационной съёмке посылаются сигналы, излучающие энергию в определённых направлениях и принимают сигналы так же с определённых направлений. Чем у¢же диаграмма направленности, тем выше разрешающая способность РЛС.

Наиболее интенсивно развиваются  и широко распространены для картографических целей методы аэрофотосъёмки, космической  съёмки и комбинированный метод  лазерной локации и цифровой аэрофотосъёмки, который применяется преимущественно  для крупномасштабного картографирования  и особенно эффективно для линейных объектов. Эти методы рассматриваются  далее более детально.

Метод аэрофотосъёмки.

Одним из важнейших применений фотографии является воздушное и космическое фотографирование, т. е. получение снимков земной поверхности с летательных аппаратов – самолетов, вертолетов, искусственных спутников Земли и др.

Аэрофотосъемкой называют совокупность работ по получению аэронегативов и аэроснимков или цифровых снимков местности с целью последующего их использования для создания планов и карт местности. Термин «Аэрофотосъемка» объединяет ряд взаимосвязанных процессов, в частности:

- летно-съемочные работы, включающие разработку технических условий аэрофотосъемки, составление проекта и его исполнение;

- полевые фотолабораторные  работы, в случае традиционной  аэрофотосъёмки, включающие фотографическую обработку экспонированных аэрофильмов, изготовление по ним отпечатков и иной первичной продукции;

- полевые фотограмметрические  работы, включающие регистрацию материалов аэрофотосъемки и оценку качества исполненной фотосъемки.

Результатом традиционных работ  являются аэронегативы, аэроснимки, а также зафиксированные в полете показания специальных приборов.

Аэронегативы (аэроснимки) – фотографические изображения местности, покрывающие без разрывов заданный участок земной поверхности – используются для последующего преобразования и создания по ним карт и планов. Для обеспечения последующих работ смежные аэронегативы (аэроснимки) должны иметь перекрытия расчетной величины. Метрические и фотометрические характеристики аэронегативов в значительной степени зависят от выполнения технических условий аэрофотосъемки и выбора параметров применяемых для аэрофотосъемки фотографических материалов и оптических систем. Точность и качество аэронегативов, в свою очередь, определяет качество создаваемых по ним карт и планов, сроки фотограмметрической обработки, организацию работ и т.п. Для получения полноценных аэронегативов и их эффективного использования необходимо согласование летно-съемочных работ, и в первую очередь их параметров, с организацией всего топографо-геодезического производства.

В отличие от традиционной аэрофотосъёмки цифровая аэрофотосъёмка выполняется по двум технологиям, которые  зависят от типа цифровых камер:

• летно-съемочные работы, в которых используют камеры с ПЗС линейками обязательно сочетаются две системы GPS + INS, то есть Глобальная система позиционирования и Инерциальная система, для определения положения изображения ПЗС-линейки в пространстве в каждый момент времени. Эта съёмочная система часто используется также при космических съёмках. Бортовой компьютер и программное обеспечение позволяют интегрировать обработку данных GPS -приёмника и данных INS – инерциальной системы и объединить трансформированное по ним изображение в полные снимки.

В самолётном варианте изменения  в высоте платформы, на которой установлена  камера, трудно предсказуемы. Поэтому  разработан и реализован второй технологический  подход – матричный сенсор.

• летно-съемочные работы, выполняемые на основе матричного сенсора (ПЗС – матрица), больше напоминают традиционный аналоговый метод аэрофотосъёмки, когда все элементы матрицы одновременно экспонируются. В этом методе внутри пиксельная геометрия известна и строго определена, по сравнению с линейной технологией, в которой размеры пикселя меняются в зависимости от продольной скорости носителя. В матричной технологии в настоящее время проблема в том, что большие матричные решётки сложны в изготовлении. Поэтому комбинируют: делают большие по площади решётки из нескольких маленьких по площади. Например, из четырёх. Четырех линзовый объектив формирует четыре отдельных изображения, которые трансформируют в центральную проекцию и автоматически стыкуют. Такие снимки обрабатываются по существующим программам аналитической обработки.

Результатом цифровой аэрофотосъёмки являются цифровые аэрофотоснимки, а также зафиксированные в полете элементы внешнего ориентирования (линейные - Xs, Ys, Zs – координаты центра фотографирования; угловые - a, w, c - ориентирование камеры относительно осей координат).

В соответствии с законами центрального проектирования, по которым строится изображение местности, аэронегатив (аэроснимок) содержит ряд искажений, величины которых определяются углом наклона оптической оси аэрофотоаппарата и колебанием рельефа местности. Устранение этих искажений осуществляется в процессе их фотограмметрической обработки, и в частности – фотографического или цифрового преобразования, называемого трансформированием. В связи с этим использование аэроснимков без их предварительного трансформирования для картографического (топографического) обеспечения выполняемых работ, в том числе в качестве основы ГИС, ограничивается влиянием указанных искажений.

Показания специальных приборов и оборудования, зафиксированные в процессе аэрофотосъемки, обеспечивают стабилизацию съемочной камеры в полете или последующее определение по ним пространственного положения аэроснимков в абсолютной или относительной системе координат с целью последующего их использования при выполнении фотограмметрических работ и преобразовании аэроснимков в планы и карты. К числу таких приборов относят гироскопы, системы глобального позиционирования, оборудование для определения высоты полета, превышений между центрами фотографирования, а также аэронавигационные системы и др. Наличие указанных данных во многом определяет технологию камеральной обработки материалов аэрофотосъемки, существенно влияет на оперативность, точность фотограмметрических построений и объемы полевых работ по их обеспечению.

Аэрофотосъемочные работы выполняются  специализированными подразделениями топографо-геодезической или землеустроительной службами на специально оборудованных летных средствах.

2. Метод космической фотосъёмки.

Космическая информация на сегодняшний день становится всё  более разнообразной и точной. Возможность её получения, обработки  и обновления становится всё более  лёгкой и доступной. Широкое применение для космических съёмок нашли  электронно-оптические съёмочные системы. Например SPOT 2 используют более 10 лет для картографирования в масштабе 1:50000 (разрешение на земле в панхроматическом варианте 10 м, у нового SPOT 5 разрешение 2,5 м; 5 м) и последний обладает возможностью стереообработки. Но у этой системы снимки в стереопаре растянуты по времени. От этого недостатка избавлены стереосистемы, имеющие два или три пучка визирования – вперёд, вниз, назад.

Элементы ориентирования сканера получают из совместного  уравнивания орбитальных, наземных и данных навигационной системы. Преимущество снимков, полученных сканерами, перед фотоснимками заключаются  в том, что изображения получаются непосредственно в цифровой форме, исключая процессы фотохимической обработки  и сканирования. Сдерживает их применение более низкая разрешающая способность, сложный характер геометрических искажений  изображений и большое количество информации, которую трудно хранить  и передавать.

В настоящее время десятки  космических съёмочных систем передают космические снимки высокого разрешения (от 5 м до 0,6 м) на любую территорию Земли. В России и за рубежом созданы  и функционируют банки и архивы данных цифровых снимков всего земного  шара. Особенно важна доступность  для потребителя этих материалов. Причём та территория России, которая  считается у нас засекреченной  за рубежом можно получить снимки на неё без всяких ограничений. По системе Интернет можно осуществить  оперативный поиск, сделать заказ  и получить необходимую информацию, а также заказать проведение съёмок любой территории и получение  корректированных снимков в цифровой форме.

Космические снимки высокого разрешения имеют практическое применений в большом количестве коммерческих направлений, таких как картографирование, землепользование, кадастр, сельское и  лесное хозяйство, изменение окружающей среды, мониторинг стихийных бедствий.