Изучение аэро и космических изображений. Сравнение снимка с картой

Изучение аэро и космических изображений. Сравнение снимка с картой.

 

 

В картографическом методе исследования карта является не только средством изучения явления, но и пространственной моделью этого явления. В этом случае стоит задача создания карты в процессе исследования реальной действительности.

Основой для создания таких моделей являются аэрофотоснимки и космические снимки.

Снимок, как и карта. Обладает основным свойством картографической модели – прстранственно-временным подобием.

Современные технологии исследования земли , дистанционное зондирование, дают возможность получать наиболее полную и свежую информацию для изучения объекта (явления). Объективность и полнота данных дистанционного зондирования, непрерывное поле информации по всему охвату и все индивидуальные черты каждого объекта и детали, позволяют создавать наиболее эффективные модели природных явлений.

Изучение земли методом дистанционного зондирования основано на способности объектов отражать и излучать электромагнитные волны.

 Электромагнитное излучение несет информацию об объекте, которая регистрируется приемной аппаратурой. Преобразованная в визуальную форму информация создает изображение исследуемого объекта. Такое изображение называется снимком, а процесс получения снимков – съемкой.

Снимок дает возможность исследовать объект, как при непосредственном рассматривании оригинала, при этом искусственно расширяя диапазон чувствительности глаза.

Снимки, выполненные в различных зонах спектра, в том числе и в невидимом диапазоне ультрафиолетовых и инфракрасных излучений, отображают не только взаимное положение объектов, но и их физические свойства и характеристики. Такие съемки позволяют обнаруживать объекты не находящиеся на поверхности земли, например подземные грунтовые воды, древние русла рек скрытых под толщей столетних отложений.

Снимок, как отображение земной поверхности, имеет много общего с картой, но и по ряду свойств резко от нее отличается.

Сходства:

• масштаб изображения;
• изображение четких ориентировочных контуров и предметов;
• генерализация (у снимков собственная генерализация зависит от разрешающей способности)
• метричность;
• непрерывность изображения;
• наглядность;
• обзорность.

Различия:

• внешний вид изображения объектов;
• детализация объектов;
• проекция (центральная для снимка и ортогональная для крупномасштабных топографических карт);
• рельеф (на снимках просматривается стереоскопически);
• наличие подписей (на снимке их нет).

Существуют свои различия между аэрофотоснимками и космическими снимками.

Космические снимки наиболее обзорны, что позволяет изучать глобальные явления земной поверхности и их взаимосвязи. Масштаб изображения значительно изменяется в пределах снимка. Поэтому нередко на снимок наносится сетка меридианов и параллелей, что облегчает опознавание объектов на мелкомасштабном изображении.

Аэрофотоснимки выполняются в более крупном масштабе для детального изучения отдельных участков местности.

Космические снимки имеют большие искажения за счет сферичности земной поверхности, рефракции атмосферы, изменения высоты полета и т. д. Но искажения за рельеф практически отсутствуют.

На аэрофотоснимках искажения из-за рельефа приходится учитывать при обработке изображения.

Как говорилось выше, снимки являются основой информации для создания карт при картографическом исследовании явлений. Получение же информации по снимку требует расшифровки изображения или дешифрирования.

Дешифрирование – процесс получения информации об объектах (или явлениях) по их изображению, опознавание объектов.

Дешифрирование довольно сложный процесс, требующий от специалиста опыта и глубоких знаний в таких науках, как аэрофотография, фотограмметрия, геодезия, картография, география, иконика, иконология, математическая статистика, информатика и др. Специалист  так же должен разбираться в конкретных областях исследования – геологии, гидрологии, океанологии, сельского хозяйства, экономики и т. д.

В зависимости от решаемых задач, дешифрирование подразделяется на два вида: общее, или комплексное дешифрирование снимков, и отраслевое, или специальное.

 

Общее (комплексное) дешифрирование является сплошным, параметры снимков должны быть усредненными, опознаются объекты доступные непосредственному наблюдению и измерению.

Комплексное дешифрирование в свою очередь делится на ландшафтное и топографическое. Первое выполняется для исследования ландшафтов земной поверхности. Второе выявляет и распознает на снимках топографические объекты, являющиеся содержанием топографических карт.

Отраслевое дешифрирование избирательное. По снимкам изучается отдельное явление или группа конкретных объектов, их характеристики и взаимосвязи. В зависимости от области применения дешифрирование может быть: геологическое, сельскохозяйственное, лесное, археологическое, гидрографическое, социально-экономическое и т.д.

По методу производства дешифрирование подразделяется на полевое и камеральное.

При камеральном дешифрировании широко используется способ дешифрирования по эталонам. Составляются целые альбомы-эталоны из ряда типовых для данной местности снимков, на которых опознаны и описаны наиболее важные и характерные элементы ситуации. Сравнивая изображение на дешифрируемом снимке и эталоне, по аналогии распознается тот или иной объект.

При дешифрировании снимков объекты и явления опознаются по прямым и косвенным дешифровочным признакам. Часто прямые признаки одних объектов могут стать косвенными для определения других объектов.

 

Прямые дешифровочные признаки – признаки, которые непосредственно передаются на снимке и позволяют определить особенности и характеристики объектов земной поверхности.

 

К прямым дешифровочным признакам относятся:

• размер;
• форма;
• тон (для черно-белых снимков), цвет (см. таблицу );
• структура изображения;
• тень.

Косвенные дешифровочные признаки – признаки указывающие на наличие или свойства объекта, не отразившегося на снимке.

 

К косвенным дешифровочным признакам относятся:

• приуроченность одних объектов к другим;
• изменения свойств одних объектов в результате действия других, подразделяются на косвенно-ландшафтные и косвенные социально-географические.

При ландшафтном дешифрировании широко используются объекты индикаторы.

 

Индикаторами называются такие природные объекты, по которым дешифрируются другие объекты, не отобразившиеся на снимке.

 

Индикаторами могут служить почва, растительность, рельеф, гидрография, облачность и др.

Виды дешифровочных признаков и примеры их применения представлены в таблицах __  ___.

 

Таблица__

 

Прямые дешифровочные признаки

 

Дешифровочный признак	Вид изображения дешифровочного признака	Что определяет дешифровочный признак
Размер	Длина, Ширина, Точка	Определяется характеристика объекта. Например: назначение постройки; грузоподъемность моста; отличие лесного массива от группы деревьев, леса от поросли.
Форма	Геометрическая (прямоугольная, прямолинейная и т.д.); Неопределенная (криволинейная, извилистая); Компактная; Вытянутая; Плоская, объемная (при стереоскопическом изображении)	Определяется тип и граница объекта. Например: отличие искусственных сооружений, как правило, имеющих геометрические формы, от природных объектов неопределенной формы.
Тон (для черно-белых изображений)	Белый; Почти белый; Светло-серый; Средне-серый; Темно-серый; Почти черный; Черный	Определяется характеристика и свойства объекта, строение поверхности. Наиболее изменчивый признак, но существуют определенные закономерности между тоном изображения и объектом при одинаковых условиях съемки.
Цвет	См. таблицу__ ___
Структура	Ровная; Пятнистая; Зернистая; Мозаичная; Геометрически правильная; Полосчатая; Струйчатая; Сетчатая; Губчатая; Линейчатая и т.д.	Определяет внешний вид поверхности объекта, характеристику покрова, гидрографии и других элементов земной поверхности. Например: по степени зернистости изображения лесной зоны определяется густота леса и его качественный состав; ровную структуру имеют обнаженные грунты, водоемы, однородная травянистая растительность, моховой покров.
Тень	Собственная: -резкие границы перехода освещенности; -плавные границы перехода освещенности. Падающая от объекта	Определяется объемность объекта и положение объекта, не выразившегося в масштабе снимка. Например: трубы, деревья, столбы видны на снимках по отбрасываемым теням; здания, крутые откосы имеют резкие границы перехода освещенности.

 

 

Таблица___

 

Косвенные дешифровочные признаки

 

Дешифровочный признак	Тип невидимого объекта	Что определяется дешифровочным признаком
Приуроченность одних объектов к другим	Проявляются нечетко или в неполной мере; Замаскированные; Проявляются сезонно	Определяется характеристика, свойство или положение невидимого объекта. Например: положение построек по отношению к улице разделяет их на жилые и нежилые; место пересечения дороги с рекой определяется как брод; по пушице определяется мох на мохово-пушицевых болотах.
Изменение свойств одних объектов в результате действия других: 1)косвенно-ландшафтные геоботанические, геоморфологические, геологические и др. 2)косвенно-социально-географические	Замаскированные; Отсутствующие на поверхности земли	Определяется качественная характеристика объекта, расположение на поверхности земли или залегание на глубине по взаимосвязи объектов с антропогенными и природными явлениями. Например: расположение пахотных земель по рельефу; характеристика почв по виду растительности; по влажности почвы определяется подземная дренажная сеть.

 

Природно-территориальные комплексы дешифрируются по комплексным дешифровочным признакам, отражающим структуру объектов. Такие признаки являются более устойчивыми, чем прямые признаки составляющих элементов природного комплекса. Структура изображения складывается из двух компонентов: формы и тона (цвета).

Для наиболее точного и достоверного дешифрирования в камеральных условиях используются снимки-эталоны.

 

Эталоны – это снимки, выполненные на аналогичные районы, отдешифрированные в поле и к которым составлено описание с характеристикой дешифровочных признаков объектов.

 

Пример таких снимков-эталонов показан на рис.__. Описание приведено ниже.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание к эталону 1.

 

На эталоне изображена открытая холмистая местность, расчлененная оврагами и промоинами.

1. Жилые постройки в населенных пунктах на аэроснимках изображаются прямоугольниками белого и серого тона. Тень темного тона имеется с западной стороны. Обычно они располагаются в ряд, примыкают к улицам или дорогам. В отдельных случаях форма построек может искажаться тенью от деревьев.
2. Нежилые постройки в населенных пунктах, скотные дворы, сеновалы изображаются прямоугольниками или же имеют «Г» или «П» образную форму белым или черным тоном.
3. Отдельно стоящие дома, включающие элементы, описанные в пунктах 1 и 2.
4. Отдельные нежилые постройки (скотные дворы, сараи, хранилища и т.п.). Изображаются прямоугольниками или же имеют «Г» или «П» образную форму. Тон белый или серый. Косвенным признаком является наличие подъездных путей.
5. Проселочные и полевые грунтовые дороги изображаются узкой полосой белого или светло-серого тона.
6. Овраги и промоины изображаются извилистой темной или светлой линией (в зависимости от освещения). Приурочены к понижениям местности. Хорошо дешифрируются  при стереоскопическом рассматривании.
7. Фруктовые сады, как правило, располагаются вблизи населенных пунктов или непосредственно в них. Они изображаются темно-серыми точками, расположенными в шахматном порядке. Распаханные междурядья изображаются в виде белой или светло-серой сетки. Внешний контур сада чаще всего имеет правильную форму.
8. Отдельные фруктовые или декоративные деревья изображаются в виде мелкозернистой структуры темно-серого или темного тона. Тон зависит от породы деревьев (хвойные, лиственные) и густоты кроны. Обычно они приурочены к постройкам в населенных пунктах.
9. Поросль леса – состоит из осины, дуба, березы высотой до 3м. Изображается на аэроснимке, чаще всего, почти сплошным темно-серым тоном. Там, где деревья редкие, структура более светлая и зернистая.
10. Участки сплошного кустарника высотой до 5м изображаются более серым мелкозернистым (с неправильной формой зерна структурой) тоном. Обычно кустарники приурочены к пониженным участкам местности (оврагам, промоинам, заболоченным лощинам).
11. Отдельные кусты располагаются вдоль дорог, пересыхающих водотоков или промоин. Изображаются мелкими зернами темно-серого тона, иногда сливающимися в желтые полосы.
12. Участки редкого леса изображаются на аэроснимке редкими темными точками или линиями неправильной формы, вытянутыми примерно с востока на запад (направление теней).
13. Участки мокрого луга изображаются по  понижениям в зависимости от степени увлажнения серым или темно-серым тоном.
14. Пахотные угодья изображаются в зависимости от времени обработки и состояния посевов сплошными тонами от светло-серого до темно-серого. Иногда структура получает линейчатое строение с чередованием светлых и темных параллельных полос.

 

Описание к эталону 2

На эталоне изображена полузакрытая, холмистая местность, расчлененная неглубокими лощинами.

1. Полотно железной дороги изображаются в форме узкой вытянутой полосы одинаковой ширины белого или серого тона. Имеет плавные закругления с большими радиусами.
2. Станционные здания, расположенные вблизи от железной дороги, изображаются прямоугольниками светло-серого тона с тенью с западной стороны.
3. Выемки и насыпи вдоль железной дороги дешифрируются по тени с западной стороны. Хорошо видны при стереоскопическом просмотре.
4. Выемки и насыпи в зоне железной дороги. Дешифрируются так же по тени с западной стороны. Они хорошо видны при стереоскопическом просмотре.
5. Трубы на железной дороге (шоссе) дешифрируются только по косвенному демаскирующему признаку – пересечение полотна дороги водотоками (постоянными или пересыхающими).
6. Лесозащитные полосы, состоящие преимущественно из хвойных пород деревьев, изображаются в форме вытянутой полосы серого тона, идущей параллельно полотну железной дороги.
7. Смешанный лес изображается на аэроснимке мелкозернистым рисунком темно-серого тона. Плотность зерен различна и зависит от густоты леса, наличия подлеска и характера деревьев. Хвойные деревья изображаются более темным тоном, лиственные – имеют более светлый тон. Вдоль промоин и глубоких лощин тон изображения леса  темнее.
8. Лиственный молодой лес выделяется более мелкой  светлой однородной структурой.
9. Поросль леса изображается на аэроснимке светло-серым тоном. Там, где с ней сочетается редкий лес, то отдельные деревья изображаются темно-серым почти черным тоном.
10. Просеки в лесу изображаются в форме прямой линии, полосой светло-серого тона. По мере зарастания ее тональность становится более темной. Если по просеке проходит дорога, то ее тон более светлый.
11. Массивы редкого леса в сочетании с кустами или лугом изображаются: в сочетании с кустами (порослью) – светлой точечной структурой с более темными выделениями от отдельных деревьев. Характер древостоя хорошо дешифрируется по тени. У лиственных деревьев тень округлая. У хвойных деревьев, особенно у ели – остроконечная. С повышением увлажненности тон луга становится более темным.
12. Полосы леса или кустов обычно располагаются вдоль изгородей, канав, дорог изображаются на аэроснимках обычно прямой линией темно-серого тона. Границы линии будут близки к прямой, если растительность имеет одну высоту. При разной высоте большие деревья будут выделяться по тени, имеющей тон, близкий к темно-серому.
13. Река с извилистым руслом, грунт дна песчаный. Берега местами обрывистые высотою 1-2 м, поросшие кустарником и деревьями. Русло реки изображается  на аэроснимке в виде извилистой ленты примерно одинаковой ширины серого или темно-серого тона. Броды на реке дешифрируются по косвенному демаскирующему признаку – подходящей к реке дороге или тропе.
14. Ручьи постоянные изображаются в виде узких извилистых линий темно-серого тона. Косвенным признаком наличия воды может служить наличие древесной или кустарниковой растительности вдоль русла, близость реки.
15. Пересыхающие ручьи. Наполняются водой во время таяния снега или дождей. В лесу такие ручьи изображаются полосами светло-серого тона (промытыми ручьями, лощинами или промоинами). Хорошо выделяются среди темного изображения леса. Местоположение водотоков может быть установлено при стереоскопическом рассматривании аэроснимков.