Фотограмметрия

Содержание

 

Введение ……………………………………………………………………….…..……2

 

 

1    Общие сведения …...…………………………………………………  .....................4

 

 

1.1 Основные оределения, формулировки……………………………………..………4

 

 

1.2 Прошлое и настоящее космической съемки …………………...…………………15

 

 

1.3 Способы аэрофотосъемки, ведение, обработка изображений……………..……..19

 

 

2    Применение аэро и космических съемок ………………………………………….22

2.1 Применение аэрокосмических методов при почвенно-эрозионном

картографировании.…………………………………………………….……………….22

2.2 Использование аэрокосмического мониторинга в экологических

исследованиях.…………………………………………………………….…………….25

 

Заключение…………………………………………………………………………....…30

 

 

Список используемой литературы……………………………...………………….…..31

 

 

Лист замечаний………………………………………………………………………......32

 

 

 

 

 

 

 

Введение

            На современном уровне развития топографического производства, в особенности крупномасштабных карт, аэро- и космическая съемки стали неотъемлемой его частью. Специалистам трудно представить себе создание топографических карт на огромные территории России без фотоснимков земной поверхности, полученных с летательных аппаратов. Оперативное дистанционное зондирование Земли методами аэро- и космической съёмки в кратчайшие сроки даёт людям информацию об изменении поверхности.                 Информация такого рода на большие территории служит для мониторинга как географических, так и техногенных процессов, анализ которых приносит значительную эффективность при управлении сферами человеческой жизнедеятельности. Но в первую очередь, аэрофотосъёмка находит широкое применение в топографии - научной дисциплине, занимающейся подробным изучением земной поверхности в геометрическом отношении и разработкой способов отображения этой поверхности на плоскости в виде топографических карт и планов. Практические работы по созданию оригинала топографических карт называются топографическими съёмками. Основным видом съёмки в целях картографирования территории России является аэрофототопографическая съёмка.

           Современная технологическая схема создания карт с использованием ПЭВМ и методов цифровой фотограмметрии и картографии позволяет получать топографические карты как в традиционном печатном виде, так и в цифровом.

           Применение современных цифровых технологий в области аэрофототопографии даёт ряд преимуществ:

1. Из процессов по созданию карт исключены фотохимические процессы, для которых необходимо специальное оборудование.
2. Уменьшаются затраты на промежуточные материалы и процессы.
3. Увеличивается экономическая эффективность производства и производительность труда.
4. Улучшается культура производства.
5. Работа проводится на компьютерном оборудовании и имеет непрерывный цикл от получения и обработки цифровой информации, что позволяет её в дальнейшем легко обновлять и хранить.

            Недостатком является только то, что используемое в картографическом производстве современное компьютерное оборудование и программное обеспечение имеют не соотносимо высокий коэффициент - цена оборудования / цена конечной продукции. Однако, в свете тенденции уменьшения стоимости компьютерного оборудования этот недостаток будет терять значение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Общие сведения

 

1.1 Основные определения,  формулировки

 

        Аэросъемка — дистанционный метод изучения объектов земной поверхности в различных областях спектра электромагнитных волн с самолёта или других летательных аппаратов.

При аэросъёмке применяют: аэрофотосъёмку; многозональную сканерную съёмку с цифровой записью (в том же диапазоне волн, что и фотографическую); инфратепловую съёмку, регистрирующую собственное тепловое излучение объектов в диапазоне длин волн (1,2-25 мкм); радиолокационную съёмку, при которой изображение местности получается за счёт отражения наземными объектами электромагнитных волн радиодиапазона (от нескольких мм до нескольких м).

            Для многозональной аэросъёмки используют сблокированные однообъективные или специальные многообъективные фотоаппараты. Снимки, полученные в разных узких интервалах оптического спектра, сводят в один чёрно-белый или цветной синтезированный снимок с высокими дешифровочными и измерительными свойствами. Современные приборы аэросъемки: для инфратепловой — тепловизоры, для радиолокации главным образом радиолокационные станции бокового обзора.

            Космическая съемка- это съемка земной поверхности с космических летательных аппаратов (КЛА), выполняемая при помощи специальной аппаратуры (фотосъемка, сканерная, радиолокационная, тепловая съемки и др.). К особенностям космическая съемка с. относится перемещение КЛА по своей орбите, быстрое изменение на трассе полета условий освещенности, влияние всей толщи атмосферы на качество изображения, большое разнообразие ландшафтов, которые в момент съемки могут иметь различное сезонное состояние.

      Нижняя граница околоземного космического пространства, где КЛА может совершать устойчивые обороты вокруг Земли, находится на высоте 140-150 км. При исследовании природных ресурсов Земли КЛА обычно выводят на круговые или почти круговые орбиты с высотами 200-1000 км. С увеличением высоты увеличиваются срок существования КЛА, охват территории съемкой, но уменьшается масштаб снимков и их пространственное разрешение. КЛА движется по орбите со скоростью, превышающей скорость самолета в сотни раз. Для круговой орбиты скорость КЛА постоянна и зависит от высоты орбиты. Для околоземных орбит период обращения КЛА вокруг Земли в среднем составляет 1,5 ч, и в сутки совершается до 14-16 витков вокруг Земли. Определенные ограничения возможностей космическая съемка с. связаны с наклонением орбиты КЛА. Российские ресурсные и метеорологические спутники Земли («Ресурс Ф», «Ресурс О», «Метеор» и др.), запущенные на квазиполярные или субполярные орбиты с наклоном к плоскости экватора 80° и более, обеспечивают космическая съемка с. всей поверхности Земли, вплоть до полярных районов. При меньшем наклонении орбиты (при запуске с космодрома Байконур большинство КЛА имеют наклонение 52°) обеспечивается съемка большей части земного шара, за исключением территорий приполярной и, частично, умеренной зон в Северном и Южном полушариях. Наклонение орбит американских КЛА «Landsat» - 98,2°, «TERRA» - 98,3°, «IKONOS» - 98,1^е. Примерно с таким же наклонением летают индийские, канадские, японские, европейские, китайские КЛА.

        Для КЛА с фотографической аппаратурой обычно используют околоземные орбиты высотой 200-400 км. Круговые орбиты большинства метеорологических и ресурсных спутников имеют высоту около 600-1000 км. Орбиты КЛА характеризуются положением относительно Солнца или определенных районов земной поверхности. На геосинхронной (геостационарной) орбите КЛА движутся вокруг Земли с угловой скоростью, равной скорости вращения Земли. Таким образом, КЛА как бы зависает над определенным районом Земли, что обеспечивает постоянное наблюдение за явлениями и процессами, происходящими в наблюдаемом районе. Поскольку скорость движения КЛА связана определенной зависимостью с высотой орбиты, геосинхронность обеспечивается лишь на орбите, удаленной от Земли на 36 тыс. км.

        Особенность солнечно-синхронной орбиты заключается в том, что КЛА проходит над каждым заданным районом в одно и то же местное время, что позволяет проводить повторные съемки и наблюдения в одинаковых условиях освещенности. Такую орбиту имеют современные ресурсные спутники Земли. Из-за смещения центра гравитационного поля Земли, вызванного полярным сжатием, плоскость орбиты спутника, находящегося на солнечно-синхронной орбите, не остается постоянной во времени и пространстве, она поворачивается вокруг земной оси. При наклонении орбиты менее 90° точки пересечения ее плоскости с плоскостью, проходящей через экватор Земли, перемещаются вдоль линии экватора с востока на запад, а и при наклонении более 90° - в обратном направлении.

        Солнце медленно перемещается по небесной сфере с запада на восток за счет движения Земли вокруг него в течение года. Поэтому выбирая подходящие значения высоты орбиты и наклонения в пределах 90°, можно добиться равенства по знаку и величине скорости перемещения узловых точек орбиты (точек пересечения плоскости орбиты с плоскостью экватора) и скорости перемещения Солнца по небесной сфере. У такой орбиты расположение Солнца по отношению к ее плоскости мало изменяется с течением времени, испытывая лишь небольшие сезонные колебания, связанные с перемещением Солнца из одного полушария в др., а также с эллиптичностью орбиты Земли. За счет этого проекция орбиты может отклоняться от среднего положения в направлении вдоль экватора на угол, не превышающий 5°, а в вертикальном направлении - 23,5°. Таким образом, местное время Солнца для любой точки Земли в момент прохождения КЛА постоянно и зависит только от времени вывода спутника на орбиту.

         Космическую съемку выполняют при разной ориентации оптической оси съемочной камеры. При плановой съемке оптическую ось ориентируют по направлению к местной вертикали, находящейся в плоскости орбиты носителя, перпендикулярной земной поверхности. Направление оптической оси может быть и под разными углами относительно местной вертикали.

         Космическую съемку, как и аэрофотосъемку, можно выполнять одиночными кадрами, в виде маршрутов, и сплошную - с заданными продольными и поперечными перекрытиями. Ширина полосы съемки (L) зависит от высоты (Н) полета КЛА и угла обзора съемочной системы: L=2Htg. Для сплошной съемки период обращения рассчитывают так, чтобы КЛА совершал за сутки не совсем точное целое число оборотов, а пересечение им экватора через сутки происходило с небольшим опозданием или опережением, за которое Земля поворачивается на некоторый угол, обеспечивающий заданное смещение трассы.

       Получение массовой информации о земной поверхности, в т. ч. о лесах и древесно-кустарниковой растительности, обеспечивают различные, преимущественно беспилотные, космические аппараты многоцелевого назначения, созданные специально для исследования природных ресурсов Земли и окружающей среды, установленные на искусственных спутниках Земли (ИСЗ).

        Кроме того, космическая съемка с. поверхности Земли выполняют с пилотируемых космических кораблей (ПКК) или с пилотируемых орбитальных станций (ПОС).

         Развитие технических средств дистанционного зондирования Земли из космоса идет по двум взаимодополняющим направлениям. Одно из направлений включает фотосъемку земной поверхности в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Доставка отснятых фотопленок на Землю происходит при посадке спускаемого аппарата космического корабля, либо в сбрасываемых контейнерах. Затем проводится их фотохимическая обработка и изготовление съемочных материалов, которые предназначены для решения задач, не требующих оперативного принятия решений, напр. для инвентаризации и картографирования лесов. Службы систем национальной безопасности ведущих стран мира начали фотографировать земную поверхность еще в начале 60-х годов XX в. Это направление в России обеспечивалось автоматическими ИСЗ серии «Ресурс-Ф». Второе направление исследования природных ресурсов Земли из космоса связано с развитием оперативных ИСЗ. Они обеспечивают проведение космической съемки в видимом, инфракрасном и радиодиапазонах электромагнитного спектра и передачу полученной информации со спутников по радиоканалам в оперативном режиме, в т. ч. в режиме реального времени, на наземные пункты приема информации, где проводится ее оперативная обработка и доставка потребителям. Информация предназначена как для исследования быстротекущих процессов на поверхности Земли (напр.: обнаружение лесных пожаров, повреждение лесов насекомыми-вредителями и пр.), так и для решения задач, связанных с разносторонним изучением природных ресурсов (напр.: учет текущих изменений в лесном фонде, инвентаризация и картографирование лесов и т. п.). Данное направление обеспечивается информацией с ИСЗ «Landsat» (США), SPOT (Франция), «Ресурс-01», «Океан-О» (Россия) и др.

        Особое место занимают пилотируемые космические корабли (ПКС) и орбитальные станции многоцелевого назначения. Большой комплекс работ по фотографированию земной поверхности был выполнен с ПКС и долговременных орбитальных станций (ДОС) на начальном этапе развития исследований по изучению Земли из космоса. В настоящее время с них проводят периодические космические съемки с целью испытания новых систем дистанционных съемок и решения отраслевых задач при наблюдении за отдельными локальными территориями.

        В России в 1986-2000 гг. функционировала орбитальная станция «Мир», на которой был проведен большой комплекс экспериментальных работ в интересах исследования природных ресурсов Земли. В 1996 г. со станцией был состыкован модуль «Природа» с комплексом экспериментальной аппаратуры на борту. В США с 1981 г. запускаются пилотируемые космические корабли многоразового использования серии «Шаттл», с которых периодически проводятся съемки Земли с применением различной съемочной аппаратуры (фотографической, сканерной, радиолокационной и др.).

        Метеорологические ИСЗ запускаются с середины 60-х годов XX в. с целью получения информации в интересах метеорологии и изучения окружающей среды на Земле и в околоземном пространстве. На них устанавливается комплекс аппаратуры, обеспечивающий получение информации об изучаемых объектах и оперативную ее передачу на наземные пункты. В России метеорологические космические системы представлены спутниками «Метеор», в США - NOAA, в Китае - «FY-1» и др.

        В лесном хозяйстве применяют фотографические и сканерные космические снимки, полученные с космических аппаратов «Ресурс-Ф», «Ресурс-О», МСУ-СК, МСУ-Э, SPOT, Landsat TM, NOAA, MODIS и др. Кроме того, в ряде случаев бывают доступны детальные космические фотоснимки систем национальной безопасности. В России такие снимки сокращенно обозначают КВР (космические снимки высокого разрешения), в США - DISP (от Declassified Intelligence Satellite Photography). Получили развитие радиолокационные космические съемки, которые считаются перспективными для изучения природных ресурсов, в т. ч. и лесов (RADARSAT - Канада, ERS - Европейское космическое агентство,JERS-1 - Япония).

          Аэрофотоснимок- изображение местности на аэрофотопленке (негатив, позитив) или фотобумаге (отпечаток), полученное в результате фотографирования с самолета, вертолета или иного воздушного судна. Фотопленки состоят из основы (подложки) и светочувствительного слоя (эмульсии). В качестве подложки используют целлулоид или лавсан, которые мало деформируются при фотолабораторной обработке. Светочувствительный слой состоит из мелких кристалликов бромистого серебра с примесью йодистого серебра, равномерно взвешенных в желатине. Черно-белые фотопленки подразделяют на простые (несенсибилизированные), у которых эмульсионный слой чувствителен только к фиолетовым, синим и голубым лучам в области спектра 390-505 нм; ортохроматические, которые обладают чувствительностью к зеленым и желтым лучам; панхроматические, чувствительные ко всей зоне видимого спектра (400-730 нм); инфрахроматические, имеющие две области чувствительности - в видимой (синей) и невидимой (инфракрасной) частях спектра (>750 нм). Для изготовления отпечатков аэрофотоснимка применяют черно-белую спектрозональную двухслойную и цветную трехслойную фотобумагу.