ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.09.2020
Просмотров: 377
Скачиваний: 4
При съемке Земли или иных планет возможны варианты получения изображения: при подлете, отлете или при прохождении мимо планеты КЛА.
Существенный недостаток съемок с КЛА, находящихся на перечисленных орбитах, — изменение удаленности съемочной системы от снимаемой поверхности. Пропорционально изменению высоты съемки изменяется масштаб получаемых снимков.
Съемку можно выполнять со спутников Земли, находящихся на геостационарных орбитах. При этом варианте съемки положение спутника относительно поверхности не изменяется, так как его угловая скорость движения равна угловой скорости движения земной поверхности. При съемке с геостационарных спутников получают информацию об одной территории практически в любое время. Результаты съемки можно использовать для мониторинга этой территории с различным временным интервалом.
Рис. 6 Пересечение плоскости орбиты с Землей
Наиболее
приемлемыми являются круговые орбиты
КЛА. Круговые орбиты представляют собой
окружности с центром, совпадающим с
центром Земли (рис.6). Радиус таких орбит
r
определяют как сумму радиуса Земли
и высоты полета Н летательного аппарата.
Средний масштаб снимков при съемке с
круговых орбит практически одинаков.
Полосы снимаемой поверхности (полосы
обзора), захватываемые с каждого витка
летательного аппарата, также примерно
одинаковы.
Плоскость орбиты КЛА пересекает плоскость экватора под некоторым углом i, который называют наклонением орбиты (см. рис .6). Если наклонение орбиты равно 90°, то ее плоскость проходит через полюсы Земли. Такая орбита носит название полярной. При наклонении равном 0°, плоскость орбиты КЛА совпадает с экватором, поэтому ее называют экваториальной. Использование полярной и близполярной орбиты обеспечивает выполнение съемки всей поверхности за счет вращения Земли вокруг своей оси. При уменьшении наклонения орбиты сокращается территория, захватываемая съемочной аппаратурой. Периодичность (частота) съемки одной и той же территории в зависимости от параметров полета КЛА может быть от 4 раз в сутки до 5...6 раз в месяц и реже. Регулярная повторяемость съемки позволяет применять получаемые материалы для обновления мелкомасштабных топографических и специальных карт, а также осуществлять мониторинг больших территорий.
От параметров полета зависит время возвращения летательного аппарата в заданную точку. Это связано с тем, что при наклонении орбиты, не равном нулю (i > 0), а также из-за вращения Земли точка пересечения орбиты КЛА с экватором смещается. Если на данном витке КЛА прошел над точкой i экватора, то после оборота вокруг Земли он пройдет уже над точкой 2 экватора, затем над точкой 3 и так далее. Время возврата КЛА в исходную (или заданную) точку над поверхностью Земли в зависимости от параметров полета составляет 1...30сут и более. Положение КЛА, а следовательно, положение съемочной аппаратуры в пространстве определяют в географических координатах.
Высота полета КЛА при круговых орбитах находится в пределах от 200 до 1000 км.
В зависимости от фокусного расстояния используемой съемочной системы и высоты полета КЛА снимки получают в масштабе от 100 000 до 10000000.
Один из главных факторов, влияющих на качество изображений - огромная скорость движения КЛА, приводящая к фотографическому смазу.
Особенности космической фотосъемки
Технические средства получения космических снимков аналогичны фотографическим системам, применяемым при аэрофотосъемке. Существуют топографические фотокамеры и дешифровочные.
Формат космических снимков различен — от размера 70 х 90 мм до 30 х 30 см и более. Например, снимок, полученный панорамной камерой высокого разрешения КВР-1000, имеет формат 190 х 700 мм. При одинаковых параметрах съемки (f, H, рх, ру) использование снимков с большим форматом имеет преимущества: во-первых, позволяет увеличить площадь захвата на поверхности Земли, во-вторых, при фотограмметрической обработке повышается точность определения высот точек местности.
При съемке с КЛА, движущихся по эллиптическим орбитам, изменяется высота фотографирования. Вследствие этого средние масштабы смежных снимков имеют значительные различия.
В связи с изменением высот фотографирования при постоянной скорости движения КЛА возникает необходимость изменять интервал времени между моментами съемки. Это необходимо для обеспечения постоянного заданного значения продольного перекрытия снимков. Интервал фотографирования меняют с помощью специального автоматического устройства, входящего в комплект космического фотоаппарата.
При космическом фотографировании поперечное перекрытие снимков обеспечивается тремя приемами. В первом случае за счет вращения Земли: при этом снимки, получаемые с последующего витка, перекрываются со снимками предыдущего витка (виток аналогичен маршруту при аэрофотосъемке). Если съемка выполняется при движении КЛА по полярной или близполярной орбите, поперечное перекрытие снимков будет непостоянным. Вблизи экватора перекрытие будет минимальным, в районе полюсов — максимальным. Чтобы поперечное перекрытие находилось в заданных пределах, необходимо согласование скорости обращения КЛА со скоростью вращения Земли.
Во втором случае перекрытие снимаемой полосы осуществляется поперечным наклоном (креном) летательного аппарата. Угол крена должен обеспечить заданное поперечное перекрытие снимков.
В третьем случае продольное перекрытие снимков обеспечивается разворотом КЛА, при котором выполняется наклон главной оптической оси съемочной системы «вперед» по направлению полета — предыдущий снимок и «назад» — последующий снимок.
Рис. 7 Схема съемки с разворотом КЛА
Существенное отличие космической съемки – изображение на одном снимке территории площадью в несколько тысяч квадратных километров. При этом на геометрии построения плоского изображения сказывается кривизна Земли. Точки земной сферической поверхности проецируются по законам центральной проекции на плоскость, в которой находится фотопленка. За счет этого на краях снимка масштаб изображения мельче по сравнению с его центральной частью.
При съемке с круговых орбит фотосъемку выполняют таким образом, чтобы оптическая ось фотокамеры была направлена по направлению нормали к поверхности Земли. Это частный случай конвергентной съемки. При этом взаимный угол, образованный оптическими осями двух смежных снимков стереопары, не превышает нескольких градусов.
Космические съемочные системы
На рубеже XX века в нашей стране, наряду с государственными программами выполнения космических съемок, появились коммерческие космические программы. Первый коммерческий спутник был запущен российской ракетой-носителем с космодрома на Дальнем Востоке в январе 1997 г. Крупнейшие авиационные и космические компании участвуют в осуществлении собственных программ. Образовался рынок фотографических и цифровых изображений. Потребитель в соответствии с решаемой задачей, из публикаций или по Интернету выбирает из предлагаемых каталогов наиболее приемлемые для него материалы съемок. На околоземных орбитах находятся несколько десятков космических летательных аппаратов с различными съемочными системами на борту. Получаемая при этом разноплановая информация — изображения или результаты измерений определенных характеристик объектов на поверхности Земли или атмосферы — передается на пункты приема тех стран или коммерческих структур, по заказу которых осуществляют данную съемку. Космические летательные аппараты отличаются параметрами полета, а съемочные системы имеют различные характеристики. Наземные комплексы приема и первичной обработки космической информации находятся в различных городах страны.
Наиболее известные и используемые в мире данные получают с зарубежных космических аппаратов NOAA, LANDSAT, SPOT, IRS, RADARSAT, ERS (табл.1).
Высокие изобразительные и метрические качества имеют фотографические снимки, полученные с отечественного спутника «Комета» камерами специального назначения КВР-1000 и топографической ТК-350. Среди российских пользователей для изучения природных ресурсов используют снимки со спутников типа «Метеор», «Ресурс-Ф», «Ресурс-О, «Океан», съемочные системы «Фрагмент», МСУ-Э, МСУ-СК (табл.2). Съемка с периодически запускаемых на орбиты спутников позволила создать архивы изображений на различные районы земной поверхности, что дает возможность осуществлять мониторинг территорий и отдельных объектов и явлений.
Серия спутников LANDSAT (США) функционирует с начала семидесятых годов XX века. Съемку проводят с высоты орбиты 900 км. На спутниках используются многозональные съемочные системы типа MSS с линейным разрешением на местности 55 х 80 м.
В целях мониторинга кадастровой информации и создания картографической продукции масштабов 1:М = 1:5000...1:10 000 могут быть использованы космические съемочные системы высокого разрешения. Например, космические изображения земной поверхности, получаемые со спутников IKONOS и QUICK BIRD (США). Они имеют соответственно разрешение на местности 0,61 м и 1 м. Точность фотограмметрического определения координат точек по снимкам спутника QUICK BIRD, снятых в панхроматической зоне (0,45...0,95 мкм) и с использованием опорных точек, составляет 2 м, без опорных точек — 23 м.
Французская съемочная система SPOT IMAGE, установленная на спутниках типа SPOT, имеет четыре спектральных канала (4-й канал соответствует 1,55...1,75 мкм). Линейное разрешение при панхроматической съемке равно 5... 10 м, а при многозональной — 20 м. Важное преимущество данной системы — возможность получения снимков с перекрытием (получение стереопар), что позволяет проводить стереофотограмметрическую обработку снимков. Снимок захватывает участок на земной поверхности размером примерно 60 х 60 км.
Индийские спутники последнего поколения (IRS-1C, IRS-1D) оснащены съемочными системами, работающими в четырех спектральных каналах. Панхроматические снимки получают с разрешением 5...6 м, а зональные — 23 м и более.
Разработка компактных радиолокационных съемочных систем с малым потреблением энергии позволила использовать их при космических съемках. Радарные изображения, получаемые, например, с канадского спутника RADARSAT или европейского ERS, имеют разрешение 25 м. Современные методы радиолокации позволяют получать изображения с разрешением на местности до 5 м и менее. Изменяя ориентацию спутника в полете на соседних орбитах, можно производить стереорадиолокационную съемку. Существующие компьютерные программы позволяют выполнять фотограмметрическую обработку радарных снимков. При этом учитывается специфическая геометрия радиолокационных изображений, производится построение цифровых моделей рельефа как по стереопаре, так и с использованием методов радарной интерферометрии (определение геометрических параметров объектов на основе интерференции отраженных от них радиоволн).
Фотографические снимки, полученные со спутника «Комета» кадровыми камерами КВР-1000 (фокусное расстояние f= 1000 мм), имеют разрешение 2 м. Топографическая камера ТК-350, установленная на спутнике «Комета», позволяет производить съемку с перекрытиями. Разрешение изображения данных снимков — 10м. Результаты стереофотограмметрической обработки снимков используют для создания и обновления мелкомасштабных планов и карт. Спутники «Комета» запускают на срок до 1 мес.
Широко используют фотографические изображения, получаемые со спутников серии «Ресурс-Ф», оснащенные фотографическими камерами КФА-1000, КФА-3000, КАТЭ-200 и четырехканальным фотоаппаратом МК-4.
На территории страны имеется большое число региональных пунктов приема космических изображений, получаемых со спутника «Ресурс - О». На спутнике установлены многозональные сканеры МСУ-Э с разрешением 45 м и МСУ-СК с разрешением 150 м. Благодаря свободному доступу снимки широко используют в отечественных организациях, занимающихся исследованиями природных ресурсов.
Существуют многолетние космические проекты исследования земной поверхности, разрабатывают и реализуют новые. Информацию о них и процедуре заказа снимков можно узнать через Интернет.
Для широкого пользования разработаны и применяют станции приема и обработки изображений (низкого и среднего разрешения) земной поверхности. Аппаратно-программные комплексы включают: персональные компьютеры, антенную систему, устройство сопряжения антенной системы с компьютером и программное обеспечение. С помощью параболической антенны, установленной на поворотном устройстве, принимают передаваемые со спутника изображения. Программные средства обеспечивают слежение за спутником, автоматический прием данных, их визуализацию, просмотр и оценку. Визуализация изображения производится в черно-белом или цветном варианте, осуществляется синтезирование зональных снимков. Проводится географическая привязка всего снимка или его фрагмента, а также программными средствами рассчитываются географические координаты для каждого пикселя изображения. Выполняется фотограмметрическое преобразование изображений, составляются накидные монтажи. Программные средства позволяют выполнить тематическую обработку изображений и представить результаты обработки в картографическом виде.
8. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)
Дистанционное зондирование, говоря обобщенно, - это способы получения информации об объекте на расстоянии без вступления с ним в прямой контакт, т.е. без непосредственного контакта приемных чувствительных элементов аппаратуры с поверхностью исследуемого объекта.
К методам дистанционного зондирования относятся все методы неконтактного получения информации, такие как сейсморазведка, гравиразведка и т.д. Среди них особое место занимают методы ДЗЗ из космоса.
Под дистанционным зондированием (Remote Sensing) поверхности Земли понимается наблюдение и измерение энергетических и поляризационных характеристик излучения объектов в различных диапазонах электромагнитного (ЭМ) спектра с целью определения местоположения, вида, свойств и временной изменчивости объектов окружающей среды без непосредственного контакта с ним измерительного прибора.
В рамках изучаемой дисциплины к методам ДЗЗ относится группа методов получения изображения земной поверхности в определенных участках ЭМ спектра с авиационных и космических летательных аппаратов для изучения состояния или тематического картографирования поверхности.
Таким образом, данные ДЗЗ – это, прежде всего, аэрофотоснимки и космические снимки (КС) поверхности Земли.
ДЗЗ имеет широкий круг приложений, начиная с военной разведки. В невоенной сфере большинство приложений относится к категории исследования окружающей среды:
1. Атмосфера: температура, осадки, распределение и тип облаков, концентрация газов и т.д.
2. Земная поверхность: топография, температура, альбедо, влажность почвы, тип и состояние растительности, антропогенные нагрузки и т.д.