Аэрокосмические иследования

Аннотация 2

 

 Введение 4

 

 Глава 1. Исторический  очерк 5

 

1.1. С чего начиналось  применение аэрофотосъёмки в  геологии 5

 

1.2. ДЗЗ 6

 

1.3. ГИС 8

 

 Глава 2. Объекты изучения, цели и задачи аэрокосмических  методов 9

 

Глава 3. Физические основы дистанционных  исследований 10

 

Глава 4. Современные средства исследований 16

 

4.1. Российская космическая  система ДЗЗ 16

 

4.2. Цифровые системы съёмки 20

 

 Глава 5. Связи с другими  научными дисциплинами 24

 

 Глава6. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля Новосибирского Центра СО РАН и лекционные курсы ГГФ НГУ. 25

 

 Заключение 28

 

 Словарь основных терминов 29

 

 Список использованной  литературы 30

ВВЕДЕНИЕ

 

 Я решила выбрать  данную тему работы, в связи  с тем, что аэрокосмические  методы исследования с момента  их появления в геологии всегда  были и будут актуальны, особенно  для России с её просторами, огромными расстояниями, неразвитой  инфраструктурой.

 

 Необходимо также  отметить, что площади известных  горнорудных районов в геологическом  отношении довольно хорошо изучены  и обследованы. Поэтому здесь  можно рассчитывать, главным образом,  на выявление скрытых рудных  объектов (глубоко залегающих и/или  перекрытых рыхлыми отложениями). Это требует перехода на новые технологии прогноза и поиска месторождений, которые позволяют на начальном этапе в короткие сроки при минимальных затратах средств значительно сократить размер перспективных площадей для постановки детальных глубинных поисковых работ. И здесь на первый план также выходят дистанционные методы геологических исследований.

 

 Особо важным обстоятельством  является то, что космические  съемки (КС) являются высоко экологичными. При их выполнении не нарушается целостность и не происходит загрязнения исследуемых территорий.

 

 Очевидным преимуществом  данных КС является: - объективность  и метричность исходной информации; - обзорность, непрерывность, наглядность и требуемая детальность; - использование цифровых средств получения информации и обработка данных в среде геоинформационных систем; - естественная генерализация и повышенная глубинность; - высокая информативность, обусловленная возможностью получения данных в широком диапазоне спектра электромагнитного излучения. А относительно низкая стоимость, позволяет сократить сроки и повысить результативность геологоразведочных работ.

 

 Приступая к работе, я наметила для себя следующие  задачи: ознакомиться с исторической  стороной вопроса, изучить и  рассмотреть методы дистанционного  исследования Земли, узнать с  помощью каких приборов и каким  образом происходят эти исследования. Понять как и для каких геологических задач применяют аэрокосмические методы исследования в геологии. Обобщить найденную информацию и усвоить полученные знания, и применить их в последующем изучении дисциплин, читающихся на кафедре общей и региональной геологии.

1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

 

1.1 С чего начиналось применение аэрофотосъёмки в геологии

 

Во Франции в 1855 году с  воздушного шара были сделаны первые фотографии с воздуха, для составления  плана Парижа. Потом в 1860-х годах  французский геолог Эме Цивиаль фотографировал Альпы с высоких вершин, и на фотографиях выделял геологические границы, т.е. он впервые применил фотографирование земной поверхности с геологическими целями.

 

С этого момента использование  фотографий с геологическими целями начало набирать обороты. Особенно ускорился  прогресс развития аэросъёмки с появлением авиации. Под аэрофотосъёмкой или  воздушным фотографированием понимают фотографирование земной поверхности  с воздухоплавательных и летательных  аппаратов.

 

В начале аэрофотосъёмку использовали для составления карт, планов, для  помощи в строительстве мостов, плотин, дамб, авто и железнодорожных дорог, в помощь людям для исследования новых территорий.

 

Инициатором внедрения аэрометодов в геологические и географические исследования в Советском Союзе следует считать академика Ферсмана А.Е., который ещё в 1927 году, выступая в печати, придавал огромное значение роли самолёта при географических исследованиях. С 1931 года создаются различные научные и производственные организации, специализирующиеся на изучении и применении результатов аэрофотосъемок в проведении различных геологических работ. Разрабатываются методические пособия и рекомендации, издаются монографии, учебники и справочники в которых обобщен опыт использования аэросъемочных работ для решения задач прикладной геологии.

 

В 1950-е годы наряду с общим  развитием отдельных видов аэрометодов, применяемых в геологии, наблюдается и их значительная обособленность. В совершенно самостоятельный вид выделились аэрогеофизические работы, среди которых основное место принадлежит аэромагнитной и аэрорадиометрической съёмкам.

 

 Под редакцией Еремина  В.К в 1971 г. лабораторией аэрометодов, было издано методическое пособие по применению аэрометодов при геологических исследованиях.

 

 В настоящее время  аэрометоды вошли составной частью во все виды геологических исследований. Они в обязательном порядке используются при производстве геологосъемочных и поисковых работ всех масштабов, а также при изучении тектоники и неотектоники, структур рудных полей, гидрогеологических и инженерно-геологических изысканиях, изучении геологического строения мелководных водоемов, участков шельфа и т.д.

 

 Однако, для решения  ряда геологических задач даже  высотные аэроснимки, полученные с высот свыше 20 км и имеющие масштаб около 1:100 000 оказались малоинформативными.

 

 В геологии в настоящее  время используются результаты  различных видов съемок. Основными  из них являются фотографическая, телевизионная, радиолокационная, инфракрасная (тепловая), сканерная, лазерная.

 

По материалам аэрофотосъёмки составляют геоморфологические, геологические, тектонические и инженерно-геологические  карты и планы участков строительства  многих крупных гидроузлов.

1.2. ДЗЗ

 

 Хотелось бы остановиться  на термине «дистанционное зондирование»,  неоднократно встречающемся в  тексте. Этим термином ещё в  советской литературе принято  было переводить английское «Remote Sensing», что, строго говоря, неверно. Sensing скорее означает получение информации, идентификацию или индикацию, причём в нашем случае она осуществляется в основном путём регистрации естественного излучения, реже (при радарной съёмке) излучения, отражённого от посланного искусственного источника. Что же касается термина «зондирование», то в геологии им обозначают способы исследования литосферы, осуществляемые путём возбуждения искусственных сигналов, регистрации и интерпретации «откликов» на них земных недр (сейсмическое зондирование, электрозондирование и т.п.). (П. Кронберг, 1988)

 

 Со второй половины 80-х годов в развитии технических  средств ДЗ начался переход  от использования фотоматериалов  как носителей информации к  цифровым системам, строящим изображения  на магнитных носителях. Это  привело к повышению динамического  диапазона и линейности регистрации,  появлению метрологически обеспеченных, оптически совмещённых по различным спектральным каналам цифровых дистанционных материалов, ориентированных не на визуальную, а на инструментальную (компьютерную) обработку. (Архипов В. С. И др., 2000)

 

 В 1970-х годах и даже в начале 1980-х основная деятельность по компьютерной обработке данных дистанционного зондирования (ДДЗ) в мире была сосредоточена в ограниченном числе организаций геологического профиля и не только: у непосредственных поставщиков данных, т.е. у тех, кто принимал и распространял информацию с космических спутников, или в крупных научно-исследовательских учреждениях, зачастую военного или астрономического профиля, связанных с космическими исследованиями Земли и планет или с проблемами обработки изображения. Как правило, такие организации отличались хорошим техническим оснащением по меркам того времени. Несмотря на то, что трудились в таких организациях довольно большие научные коллективы, приоритетными были разработки различных методов обработки изображения, а осуществляли их в основном математики и программисты, а не представители прикладных наук (географы, геологи, лесники, ботаники, почвоведы и др.). Обычно результатом работ таких коллективов являлись уникальные пакеты программ, а не коммерческие универсальные продукты. В производственных объёмах осуществлялась, как правило, лишь предварительная обработка ДДЗ. Тематическое дешифрирование имело в основном характер научного эксперимента.

 

 В России в начале 1990-х годов начали функционировать  космические многоспектральные  и радиолокационные системы получения  дистанционной информации в цифровом  виде МСУ-М, МСУ-СК, МСУ-Э, Алмаз,  а также фотографические системы  высокого пространственного разрешения  КФА-1000, МК-4, КФА-3000, ТК-350, КВР-1000. За рубежом  широко используются данные многоспектральных  и радиолокационных космических  съемок систем Landsat MSS, EТМ+ (США), Spot (Франция), ERS (Европа), JERS-1, ADEOS (Япония), RADARSAT (Канада). В настоящее время общедоступными и активно распространяемыми для потребителей являются данные спутниковых съемочных систем LANDSAT, SPOT, IRS, QUICKBIRD, IKONOS, ORBVIEW, Ресурс.

 

 Возможность и необходимость  использования материалов ДЗ  для решения широкого круга  задач в области геологии и  недропользования были показаны  на различных примерах и декларативно  отражены в ряде инструкций. Но  работы такого плана, не смотря  на их очевидную высокую информативность  и относительную дешевизну, не  нашли самого широкого применения, за исключением отдельных ведомства  (во времена СССР) или компаний (в настоящее время). В первую  очередь это обусловлено неудачными  попытками фирм геологоразведочного  профиля, не имеющих специальной  базы (подготовленных специалистов  по обработке и дешифрированию  космоматериалов и в области ГИС-технологий, специальных программных продуктов и соответствующей вычислительной техники), получить качественную информацию из материалов КС.

 

 Современные данные  ДЗЗ представлены мультиспектральными  и радиолокационными материалами,  геологическая и прогнозно-поисковая  информативность которых значительно  выше, нежели космоснимков «видимых» диапазонов. Но это требует специальных знаний и технологий в их обработке.

 

 

1.3. ГИС

Пионерский период (поздние 1950е — ранние 1970е гг.)

 

 Было проведено исследование  принципиальных возможностей, пограничных  областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта,  первые крупные проекты и теоретические  работы.

 

 Появление электронных  вычислительных машин (ЭВМ) в  50-х годах. 

 

 Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х.

 

 Создание программных  алгоритмов и процедур графического  отображения информации на дисплеях  и с помощью плоттеров. 

 

 Создание формальных  методов пространственного анализа. 

 

 Создание программных  средств управления базами данных.

Период государственных  инициатив (нач. 1970е — нач. 1980е  гг.)

 

 Государственная поддержка  ГИС стимулировала развитие экспериментальных  работ в области ГИС, основанных  на использовании баз данных  по уличным сетям:

 

 Автоматизированные системы  навигации. 

 

 Системы вывоза городских  отходов и мусора.

 

 Движение транспортных  средств в чрезвычайных ситуациях и т. д.

Период коммерческого  развития (ранние 1980е — настоящее  время)

 

 Широкий рынок разнообразных  программных средств, развитие  настольных ГИС, расширение области  их применения за счет интеграции  с базами непространственных  данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа  непрофессиональных пользователей,  системы, поддерживающие индивидуальные  наборы данных на отдельных  компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и  распределенные базы геоданных.

Пользовательский период (поздние 1980е — настоящее время)

 

 Повышенная конкуренция  среди коммерческих производителей  геоинформационных технологий услуг  дает преимущества пользователям  ГИС, доступность и «открытость»  программных средств позволяет  использовать и даже модифицировать  программы, появление пользовательских  «клубов», телеконференций, территориально  разобщенных, но связанных единой  тематикой пользовательских групп,  возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.

2. ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ, ЦЕЛИ  И ЗАДАЧИ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

 

 Объект исследований с точки зрения аэрокосмических методов рассматривается как пространственно-временная категория иерархического строения – мелкие объекты включены в более крупные, кратковременные процессы – в долговременные. Важнейшая характеристика объектов съёмки – их отражательно-излучательная способность. То есть объектами изучения является Земля, земная поверхность, ландшафты, горы, реки и другое множество составляющих нашей планеты. Физическое поле Земли является главным предметом исследования.

 

 Цели, которые ставят  учёные: достижение новых технологий, усовершенствование уже имеющихся  и разработка способов получения  подробной информации о местности  по снимку.

 

 При дешифровании геологических  объектов на аэрокосмических  снимках задачами являются изучение  ландшафтной оболочки земной  поверхности, геоморфологических  особенностей территории и их  анализ. Также изучение характера  тектоники, морфологии структурных  форм. Уточнение, детализация или  создание новых карт (геологических,  тектонических, геоморфологических, сейсмического районирования, инженерно-геологических,  прогнозных и других) и изучение  современных геологических процессов  составляют основные задачи.