Составление карт по картографическим и аэрокосмическим материалам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»

Кафедра геоинженерии и кадастра

Картография

Реферат на тему:

“Составление карт по картографическим и аэрокосмическим материалам ”

Выполнил: ст.гр.331601

Иванов В.

Проверил: проф. Басова И.А.

Тула-2011

Содержание

Введение

1. Источники для создания карт

1.1 Картографические материалы

1.2 Материалы дистанционного зондирования

1.3 Аэрокосмическое картографирование

2. Фонд космических снимков

2.1 Дешифрирование аэроснимков и космических снимков

2.2 Создание фотокарт

2.3 Составление и обновление топографических карт

2.4 Тематическое картографирование

2.5 Оперативное картографирование

Заключение

Список использованных источников

Введение

Тема «Составление карт по картографическим и аэрокосмическим материалам» весьма актуальна и интересна для рассмотрения, ведь на протяжении нескольких последних десятилетий топографическое картографирование, включая крупномасштабное, выполняется преимущественно аэрофототопографическим методом. Этот метод завоевал всеобщее признание в силу его экономичности, высокой точности и производительности.

Анализ применения аэрокосмических снимков в разных направлениях исследований четко показывает, что при всем многообразии решаемых задач магистральный путь их практического использования лежит через карту, которая имеет самостоятельное значение и, кроме того, служит базовой основой ГИС.

Материалы аэрокосмической фотосъемки широко используются как в процессе создания карт, так и при их обновлении.

Общегеографические и тематические карты также используют в качестве источников при составлении карт. Однако их значение не ограничивается использованием их для привязки тематического содержания. Они обеспечивают географическую достоверность картографирования, играя роль основы, т.е. того каркаса, относительно которого производится нанесение и последующая увязка тематического содержания составляемой карты и взаимное согласование карт разной тематики.

В данной работе большое внимание уделяется аэрокосмическому картографированию, в частности таким вопросам, как фонд космических снимков, дешифрование аэроснимков и космических снимков, создание фотокарт и т.д.

При подготовке данной работы использовались учебные пособия, к примеру, «Картография» и «Картоведение» А.М. Берлянта, а также различные интернет - источники.

1. Источники для создания карт

1.1 Картографические материалы

Общегеографические карты используют в качестве источников при составлении любых тематических карт. Они служат основой для нанесения тематического содержания. Топографические, обзорно-топографические и обзорные карты -- это надежные и достоверные источники, которые создают по государственным инструкциям, в стандартной системе условных знаков с определенными, строго фиксированными требованиями к точности.

Значение общегеографических карт не ограничивается использованием

их для привязки тематического содержания. Они обеспечивают географическую достоверность картографирования, играя роль основы, т.е. того каркаса, относительно которого производится нанесение и последующая увязка тематического содержания составляемой карты и взаимное согласование карт разной тематики.

Тематические картографические материалы -- основной источник для составления тематических карт. К ним относятся результаты полевых тематических съемок (крупномасштабные планы, схемы, абрисы, маршрутные и стационарные съемки и т.п.), собственно тематические карты разного масштаба и назначения, а также разного рода специальные материалы, такие как схемы землепользовании, лесоустроительные планы и др.

Тематические карты крупных масштабов всегда служат источниками для мелкомасштабных карт, но особенно важно, что карты одной тематики часто используют при составлении карт смежной тематики. Так, при почвенном картографировании привлекают карты растительности и геоморфологические, при создании геоморфологических карт -- геологические и тектонические, при составлении карт транспорта совершенно необходимо использование карт расселения и т.д. А для составления синтетических карт районирования и оценки территории в качестве источников часто берут серии карт разной тематики. Современное обилие тематических материалов ставит задачу оптимизации их выбора при создании любой карты, а это требует от картографа глубоких географических знаний.

Особый вид источников -- кадастровые карты и планы. Они с документальной точностью отражают размещение, качественные и количественные характеристики явлений и природных ресурсов, дают их экономическую или социально-экономическую оценки, содержат рекомендации по рациональному использованию и охране. Таковы карты кадастра земельного, городского, полезных ископаемых, лесного, водного, промыслового и др.

1.2 Материалы дистанционного зондирования

Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных фото теодолитных станций.

Наиболее широко применяются в картографии материалы аэрокосмического зондирования, в особенности -- космической съемки, которая, будучи более экономичной, по детальности теперь приближается к аэросъемке. Эти материалы разнообразны по масштабу, охвату, разрешению и другим свойствам .

Они имеют важные преимущества перед другими источниками для составления карт.

* Обзорность космических изображений -- от глобального охвата до десятков километров при детальной съемке -- обеспечивает экономичное картографирование обширных пространств.

* Съемка из космоса одной и той же территории с разным разрешением и генерализацией позволяет параллельно создавать и обновлять карты разных масштабов, избавляя от необходимости составлять карты более мелких масштабов по крупномасштабным, что неизбежно удлиняло процесс картографирования.

* Центральная проекция, в которой строится изображение, при большой высоте центра проектирования близка к ортогональной, что упрощает фотограмметрическую обработку при создании карт.

* Повторные съемки с заданной периодичностью обеспечивают динамическое картографирование и мониторинг быстро меняющихся во времени процессов и явлений.

* Обеспечивается картографирование труднодоступных районов -- пустынь, маршей, высокогорий, полярных островов, Антарктиды. Мало того, решается проблема съемки других планет и их спутников.

* Выразительность и наглядность космических снимков обусловили появление новых видов картографической продукции -- фотокарт и спутниковых карт биофизических характеристик земной поверхности.

* Комплексное отображение на одном снимке всех компонентов земных ландшафтов способствует наиболее правильной передаче пространственных взаимосвязей картографируемых объектов.

Благодаря этому аэрокосмические снимки нашли в картографии разнообразное применение при составлении и оперативном обновлении топографических карт, создании тематических карт и фотокарт, картографировании малоизученных и труднодоступных районов.

Съемки ведут в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном (ИК), среднем ИК, тепловом ИК, радиоволновом диапазонах спектра. Съемка в видимом и ближнем ИК диапазонах регистрирует солнечное излучение, отраженное объектами в соответствии с их спектральной отражательной способностью. На снимках отображаются оптические характеристики объектов -- их спектральная яркость. Для съемки необходимо освещение, а облачность в этом случае мешает съемке. В тепловом ИК диапазоне регистрируется собственное излучение Земли и температурные характеристики объектов. Съемка в этом диапазоне не зависит от освещения, может выполняться ночью, но облачность и здесь является помехой. При съемке в радиодиапазоне радиоволны, почти не поглощаясь, свободно проходят через облачность и туман, съемку ведут при любой погоде и в любое время суток. На снимках хорошо видны рельеф и шероховатость поверхности, ее влажность, иногда -- под поверхностные структуры. При съемке в разных спектральных диапазонах используют различные технологии и получают снимки разных типов.

Фотографические снимки -- это результат по кадровой регистрации на фотопленку солнечного излучения, отраженного земными объектами. Аэрофотоснимки получают с самолетов и вертолетов, космические снимки -- со спутников, космических кораблей и орбитальных станций, подводные -- фотокамерами, опускаемыми на глубину, а наземные -- с помощью фототеодолитов.

Кроме одиночных плановых снимков картографическими источниками

служат стереопары, фотосхемы и фотопланы, фронтальные (вертикальные) фотоснимки и др.

Космические фотоснимки отличаются хорошими геометрическими свойствами и высоким качеством изображения. Разрешение снимков, доступных гражданскому пользователю, -- до 2 м (с разведывательных спутников получают снимки с разрешением до 0,2 м), что достаточно для создания топографических карт масштаба 1:50 000 с точностью 10 м по высоте и 15 м в плане. Недостаток этого вида съемки -- необходимость доставки отснятой пленки на Землю для обработки.

Основной объем информации дают сканерные снимки -- результат поэлементной и построчной регистрации излучения объектов земной поверхности и передачи информации по радиоканалам. Само слово «сканирование» означает управляемое перемещение светового (лазерного и др.) луча с целью последовательного обзора какого-либо участка. В ходе съемки с самолета или спутника сканирующее устройство (качающееся зеркало) последовательно, полоса за полосой, просматривает местность поперек направления движения носителя. Световой сигнал поступает на фотоэлектрический приемник, преобразуется в электрический, по радиоканалу передается на наземное приемное устройство в цифровой форме, а затем записывается в виде изображения. В результате получают снимки со строчной структурой, причем строки состоят из небольших элементов -- пикселов, т.е. элементарных ячеек сканерного изображения. Каждый пиксел отражает интегральную яркость участка местности, соответствующего мгновенному угловому полю зрения сканера; детали внутри этого участка неразличимы.

В полете съемку ведут постоянно, сканируя широкую непрерывную полосу местности. В целом качество сканерных изображений уступает фотоснимкам, но оперативность и цифровая форма передачи в реальном режиме времени дают этому методу неоценимые преимущества.

ПЗС-снимки. Кроме механического сканирования в 1980-х годах начали использовать новый вариант сканирования, когда приемником излучения служит линейка, состоящая из множества миниатюрных (размером в несколько мкм) приемников излучения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Это дает изображение сразу целой строки, а движение носителя аппаратуры -- накопление строк. Отсутствие подвижных элементов конструкции обеспечивает хорошие геометрические качества изображения, а малые размеры приемников -- получение изображения очень высокого разрешения (менее 1 м).

Обычно под сканерными снимками имеют в виду снимки в видимом и ближнем ИК диапазонах, но принцип сканирования применяется и при съемке в других диапазонах спектра.

Тепловые инфракрасные радиометрические снимки (или тепловые снимки) получают в результате съемки в тепловом ИК диапазоне. ИК радиометры механически сканируют собственное тепловое излучение Земли. Снимки имеют не очень высокое разрешение, в лучшем случае -- десятки метров.

Микроволновые радиометрические снимки получают в коротковолновом (СВЧ -- сверхвысокочастотном) радиодиапазоне также с использованием принципа механического сканирования. Приемниками излучения служат антенны, разрешение снимков ограничено несколькими километрами.

Радиолокационные снимки получают при активном методе съемки, когда антенна съемочной системы генерирует радиоизлучение, оно отражается поверхностью и улавливается регистрирующей аппаратурой. Отражение сигнала зависит от рельефа поверхности, ее шероховатости, структуры и состава слагающих пород, характера растительности и влажности почв. При определенных длинах радиоволн они способны проникать под поверхность и отражать, например, линзы подземных вод. Разрешение снимков зависит от размера антенны и при антенне длиной в несколько метров составляет 1-2 км. Искусственно удлиняя антенну (так называемая синтезированная апертура), выполняют съемку с разрешением порядка 20 м. На самолетах и космических носителях используют радиолокаторы бокового обзора, они ведут съемку поперек направления движения носителя. Поэтому пересеченный рельеф дает радиотени, что обеспечивает выразительное изображение. Основное достоинство радиолокационной съемки -- ее всепогодность: очень удобна для исследования океана -- его волнения, загрязнения. Радиолокацию применяют и при изучении планет, в частности, Венеры, постоянно закрытой плотными облаками.

Принцип бокового обзора используют и для получения гидролокационных снимков с помощью аппаратуры, генерирующей и регистрирующей звуковые волны. Среди новых видов локационных изображений следует отметить снимки, получаемые с помощью лазерных локаторов -- лидаров. Непрерывное совершенствование сканерных и локационных систем, множественность съемочных диапазонов, их широкое комбинирование -- все это дает поистине неисчерпаемое разнообразие источников для тематического картографирования.

При этом особое значение имеют многозональные снимки, когда одна и та же территория (или акватория) одновременно фотографируется или сканируется в нескольких зонах спектра. Комбинируя зональные снимки, получают цветные синтезированные изображения, наилучшим образом представляющие леса разных пород, сельскохозяйственные угодья, увлажненные территории и т.п. Материалы многозональной съемки -- ценнейший источник для составления тематических карт.

На рубеже веков появился еще один вид съемки -- гиперспектральная, когда излучение регистрируется в большом числе узких (до 10 нм) спектральных зон -- от нескольких десятков до нескольких сотен. Это позволяет определять даже минералогический состав горных пород, расширяет возможности исследования атмосферы и океана, их загрязнения. Материалы гиперспектральной съемки особенно ценны для экологического мониторинга и картографирования.

1.3 Аэрокосмическое картографирование

Из истории аэрокосмического картографирования [2]

Первые аэрофотоснимки появились в середине XIX в., и этому способствовали два важных события -- изобретение в 1839 г. фотографии и создание летательных аппаратов. В 1839 г. француз Г.Ф. Турнашон (известный под псевдонимом Надар) впервые взял в полет на воздушном шаре фотоаппарат, чтобы изготовить план окрестностей своего города. В 1886 г. А.М. Кованько и Л.Н. Зверинцев, выполнив съемку над Петербургом первым специальным аэрофотоаппаратом, писали: «Недалеко то время, когда будет казаться странным, как могли так долго обходиться без воздушных снимков». Уже в годы Первой мировой войны военные летчики выполняли разведывательную фотосъемку. В 30-х годах XX в. Аэрофотосъемка стала основным методом создания крупномасштабных карт -- топографических, геологических, лесных, почвенных, сельскохозяйственных.

К середине 1950-х годов с помощью аэрофотосъемки были составлены топографические карты всей территории нашей страны в масштабе 1:100 000, а через четверть века завершился огромный труд по созданию карты масштаба 1:25 000 из 300 тыс. листов. Аэротопографическое картографирование энергично вели США, Канада, страны Европы и Азии. Но к 1997 году картографическая изученность мира по данным ООН составляла для карт масштаба 1:25 000 и крупнее всего 42%, а для масштаба 1:100 000 -- не более 65%.

После запуска в 1957 г. первого искусственного спутника Земли и пилотируемых космических кораблей появился новый источник для составления карт -- космические снимки, позволившие вести картографирование быстрей и экономичней. Однако в первом космическом полете Юрия Гагарина фотокамеры на борту корабля не было. Но уже второй космонавт Герман Титов работал с фотоаппаратом. Разные виды аппаратуры были опробованы на пилотируемых кораблях («Восток», «Восход», «Союз», Mercury, Geminy, Apollo) и орбитальных станциях («Салют», Skylab, Spacelab, Мир, МКС)

В первые годы космических исследований начали оборудовать специальные спутники со съемочной аппаратурой для съемки Земли, Луны, планет. С 1960 г. начались запуски метеорологических спутников (TIROS, Nimbus, ESSA, «Метеор», NOAA), выполнявших вначале телевизионную, а затем сканерную съемку (SMS, GOES,GMS, Meteosat, Электро, Indsat, Fy).

Сразу же после запуска первого спутника стали разрабатывать аппаратуру для детальной съемки. Такие работы велись в США с 1958 г. в целях космической разведки. С 1960 г. осуществлялись запуски спутников с фотографической системой Key-Hole («замочная скважина»), а с 1976 г. -- с оптико-электронной аппаратурой для передачи снимков по радиоканалам.

Параллельное развитие имели разведывательные съемочные системы в СССР. В 1962 г. запущен первый автоматический спутник фоторазведки «Зенит». Он стал прообразом системы «Ресурс-Ф», с которых, начиная с середины 1970-х годов, регулярно велась фотосъемка для решения природно-ресурсных задач и тематического картографирования. На этой основе выполнялась программа ККИПР -- комплексная картографическая инвентаризация природных ресурсов. Спутники обеспечивали всю страну фотоснимками высокого разрешения. В 1990-х годах накопление материалов продолжила система космической съемки двойного назначения «Комета». Ее снимки с разрешением до 2 м, предназначенные для топографического картографирования, стали затем достоянием гражданских организаций, и материалы фотографической съемки вышли на мировой рынок. Таким образом, до конца XX в. фотографическая съемка поставляла в нашей стране основную информацию высокого разрешения.

Другие страны интенсивно развивали оперативную съемку с ресурсных спутников. Наиболее значимой в 1970--1980-е годы была программа США Landsat, по которой с 1972 г. работали шесть спутников, многократно покрывшие Землю съемками. В результате был создан используемый во всем мире и постоянно пополняемый фонд сканерных снимков с разрешением 80 и 30 м, достаточным для тематического картографирования. А с середины 1970-х годов и в нашей стране разрабатывалась система ресурсных спутников по программе «Метеор-Природа», ориентированная на получение сканерных снимков малого и среднего разрешения.

До середины 1980-х годов в мире было два основных источника космической информации: советские фотографические снимки высокого разрешения системы «Ресурс- Ф» и американские сканерные снимки с ресурсных спутников Landsat. Они стали основными материалами космической съемки и для остальных стран мира. С 1975 г. к числу космических держав присоединился Китай, однако он запускал только спутники военной разведки и не участвовал в формировании мирового фонда космических снимков.

Положение изменилось в 1986 г. в связи с запуском французских спутников SPOT. Использование оптико-электронной съемочной системы с приемниками излучения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) повысило разрешение цифровых снимков, передаваемых по радиоканалам, до 10 м и сделало их пригодными для создания не только тематических, но и топографических карт. В течение десятилетия до середины 1990-х годов эти снимки оставались лучшими в мире материалами оперативной съемки. Что же касается сканерной съемки среднего и высокого разрешения для мониторинга природной среды и тематического картографирования, то с конца 1980-х годов эти задачи успешно решала российская система «Ресурс-О».

К концу XX в. начались активная разработка малых космических аппаратов, более экономичных, быстро создаваемых и легче запускаемых. Прогресс оптоэлектроники и миниатюризация съемочной аппаратуры, подключение коммерческих фирм привели к тому, что космическая деятельность перестала быть прерогативой двух-трех стран. Круг расширился в первую очередь за счет наиболее нуждающихся в съемках стран Юго-Восточной Азии.

Большого успеха в середине 1990-х годов достигла Индия, получив в 1996 г. со спутника IRS лучшие в мире на то время оперативные цифровые снимки с разрешением 5,6 м.

К 2000 г. стало более 20 стран, ведущих космическую съемку или создающих спутники. Главным образом, это запуски малых космических аппаратов для оперативной съемки высокого разрешения и стереосъемки для топографического картографирования. Этот период характеризуется также интенсивным развитием всепогодной радиолокационной съемки -- ее выполняли спутники «Алмаз», ERS, JERS, Radarsat, Envisat.

Осознание к концу тысячелетия серьезности глобальных экологических

проблем побудило начать долговременную программу EOS с запуском спутников Terra, Aqua и др. с комплексом новой аппаратуры, в частности для гиперспектральной съемки MODIS, ASTER, многоугловой съемки MISR и др. Инициированная и финансируемая НАСА, эта программа выходит за национальные рамки благодаря широкому информированию о поступлении материалов и свободному получению их по сети Интернет.

Ближайшие перспективы развития космической съемки связаны с освоением космической стереосъемки высокого разрешения, с гиперспектральной съемкой, сочетанием съемок в разных диапазонах:

· разрабатывается аппаратура Ресурс-ДК для оперативной съемки высокого разрешения в России;

· создается усовершенствованная аппаратура (типа ЕТМ, но более легкая и экономичная) для съемки с ресурсных спутников США;

· выполняется съемка с французского спутника SPOT-5 c повышением разрешения до 5--2,5 м и применением системы для стереосъемки;

· разработаны специализированные картографические спутники -- индийский (Cartosat), японский (Alos) и др., выполняющие стереосъемку и сочетающие съемки высокого разрешения в оптическом и радиодиапазоне;

· развиваются гиперспектральная съемка и методы обработки ее материалов.

Параллельно с прогрессом съемок Земли совершенствовалось дистанционное зондирование планет, прошедшее этапы фотографической (Зонд) и фототелевизионной съемки (Lunar Orbiter) Луны, телевизионной и сканерной съемки Марса, Меркурия (Mariner). Выполнены съемки дальних планет земной группы --Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и их спутников (Voyadger), радиолокационная съемка Венеры (Венера-16, Magellan), детальная ПЗС-съемка Марса (Mars Global Serveyer).

2. Фонд космических снимков

Созданные по национальным государственным и частично коммерческим программам современные и архивные фонды материалов космической съемки можно рассматривать как мировой фонд космических снимков. Широкое внедрение электронных каталогов снимков обеспечивает возможность ознакомления с ними и заказ по сети Интернет.

Наиболее обширен фонд снимков в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, включающий в себя базовые фотографические снимки и оперативные сканерные и ПЗС-снимки.

Фонд фотографических снимков, кроме снимков 1960-х годов с советских и американских пилотируемых кораблей, имеющих в основном историческое значение, содержит материалы съемки 1970--1980-х годов с орбитальных станций «Салют», «Мир», главным образом камерами КАТЭ-140 и МКФ-6, а также с американской орбитальной станции Skylab (1973) и европейской Spacelab (1981). Эти снимки имеют разрешение в первые десятки метров.

Главную часть фонда фотографических снимков составляют снимки с российских автоматических спутников системы «Ресурс-Ф», регулярно работавших с середины 1970-х годов. К 1997 г. запущено 104 спутника, съемкой полностью покрыта наша страна и по заказам -- многие районы мира. Основная часть снимков получена камерами КАТЭ-200, КФА-1000, МК-4. Снимки предназначены для крупномасштабного тематического картографирования, а при высоком разрешении (5--8 м) по ним можно составлять топографические карты в масштабе 1:100 000. Материалы съемки хранятся и распространяются Госцентром «Природа» Федеральной службы геодезии и картографии. Конверсионная деятельность и ассоциация оборонных ведомств «Совинформ спутник» пополнили фонд фотографическими материалами со спутников «Комета», специально предназначенными для стереотопографического картографирования в масштабах до 1:50 000. Снимки камерой ТК-350 имеют разрешение 10 м, а камерой КВР-1000 -- 2 м.

В связи с конверсионной деятельностью американских ведомств фонд фотографических снимков пополнен также снимками со спутников Key-Hole с разрешением до 2 м.

Фонд оперативных сканерных и ПЗС-снимков в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне очень разнообразен по детальности и назначению. С метеорологических («Метеор», NOAA, Nimbus и др.) и океанологических («Океан-О», Sea Star и др.) спутников получают обзорные снимки низкого и среднего разрешения. Основную роль играют многозональные снимки AVHRR/NOAA, CZCS/Nimbus, Sea WIFS/Sea Star с разрешением около 1 км, по которым регулярно создают и предлагают потребителю различные производные изображения -- спутниковые карты вегетационного индекса, концентрации фитопланктона и др.

С ресурсных спутников ведут многозональную съемку относительно высокого разрешения для тематического картографирования. Наибольший фонд накоплен при работе с 1972 г. шести американских спутников Landsat, многократно заснявших Землю сканерами MSS с разрешением 80 м и ТМ (Тематический Картограф) с разрешением 30 м, работавшими соответственно в четырех и семи спектральных каналах. На спутнике Landsat-1 к ним добавлен панхроматический канал с разрешением 15 м.

Количество снимков с этих спутников исчисляется десятками миллионов. Более 20 станций приема изображений работают на всех континентах, хорошо налажена система первичной обработки и распространения снимков, созданы электронные каталоги, а возможность заказа через Интернет способствует их широкому применению во всем мире.

Нужды российских потребителей с 1989 по 2000 г. удовлетворяли многозональные снимки со спутников системы «Ресурс-О», получаемые механическим сканером конического типа среднего разрешения (МСУ-СК, 150 м) и оптико-электронным сканером высокого разрешения (МСУ-Э, 35 м). Кроме стационарных пунктов приема в системе Российской Гидрометслужбы, их принимают также европейская станция в Кируне (Швеция) и локальные коммерческие станции приема изображений.

Фонд оперативных цифровых снимков пополнился снимками нового уровня разрешения с французских спутников SPOT, с которых поступали панхроматические снимки с разрешением 10 м и многозональные -- с разрешением 20 м с возможностью стереосъемки за счет отклонения съемочной оси поперек трассы полета. Снимки рассчитаны на создание топографических карт масштаба 1:100 000 и крупномасштабных тематических карт. На пятом спутнике этой серии предусмотрено повышение разрешения панхроматических снимков до 5 м (а при специальной технологии обработки и до 2,5 м) и многозональных -- до 10 м, а также выполнение стереосъемки с разрешением 10 м специальной камерой с оптическими осями, отклоненными вперед и назад по маршруту. С запуском спутников SPOТ оперативная съемка впервые по качеству изображений приблизилась к фотографической. Однако большой спрос на такие снимки не находит удовлетворения из-за высокой их стоимости.

Качественно новый уровень оперативных снимков достигнут с запуском индийских ресурсных спутников IRS. Камера PAN даёт панхроматические ПЗС-снимки с разрешением 5,6 м при возможности стереосъемки. Фонд этих снимков, первоначально планировавшийся как национальный, приобрел мировое значение не только благодаря высокому качеству оперативных снимков, но и в связи с временными перебоями в работе системы Landsat. Близкие по разрешению снимки (8 м) получены в 1997-1998 г. с японского спутника ADEOS.

В последнее десятилетие XX в. мировой фонд снимков, формировавшийся в основном при выполнении национальных космических программ, стал пополняться за счет подключения к космической деятельности новых стран, использующих малые космические аппараты, более экономичные, чем прежние многотонные платформы. Малые спутники оснащены оптико-электронной ПЗС- аппаратурой для съемки очень высокого разрешения. Наиболее детальные снимки получены с американских коммерческих спутников Ikonos (0,8 м), Quick Bird (0,5 м), израильского EROS (1,8 м). Обычно на этих спутниках параллельно с панхроматической выполняется многозональная съемка несколько худшего разрешения. Такую съемку с разрешением в несколько метров ведут спутники Китая, Кореи, Японии, европейских стран, но формирование фонда снимков имеет ряд особенностей. С одной стороны, успешно работающие коммерческие фирмы получают большие заказы на съемку высокого разрешения, а с другой --технологии обработки новых типов стерео снимков остаются секретом этих фирм, а заказчики получают готовую продукцию в виде фотокарт, ортофотокарт, топографических карт. К тому же ряд стран, например Китай, оставляют для национального использования не только снимки, но и какую-либо информацию о них.

Таким образом, фонд снимков в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах постоянно пополняется благодаря прогрессу оперативной съемки. В ближайшей перспективе его пополнят материалы специальных картографических спутников оперативной съемки высокого разрешения -- российского «Ресурс-ДК», японского Alos, индийских Cartosat 1 и 2.

Фонд снимков в тепловом инфракрасном диапазоне достаточно велик, хотя и не столь разнообразен. Их получают со всех метеоспутников для наблюдения за облачностью над неосвещенной частью Земли. Современные тепловые инфракрасные снимки имеют такое же разрешение, как снимки в видимом диапазоне, -- 1 км, при температурном разрешении 0,1°. Их успешно используют для исследования динамической структуры океана, а для изучения объектов земной поверхности требуется более высокое разрешение. Его обеспечивают ресурсные спутники, многозональные съемочные системы которых дополнены тепловым каналом. Снимки с ресурсных спутников и составляют вторую часть фонда снимков в тепловом инфракрасном диапазоне.

Со спутников «Ресурс-О» получают тепловые снимки с разрешением 600 м, а со спутников Landsat -- с улучшением разрешения на новых съемочных системах: MSS -- 240 м, ТМ -- 120 м, ЕТМ+ -- 60 м. Существенно пополнен фонд тепловых снимков за счет гипер-спектральной съемки, значительная часть каналов которой приходится обычно на тепловой инфракрасный диапазон. Особенно значимой оказалась съемка со спутника Terra (ЕО-АМ1) по американской программе глобальных наблюдений Земли EOS. 36-канальная съемочная система MODIS дает обзорные снимки в 10 тепловых каналах с разрешением 1 км, а 14-канальная система ASTER -- более детальные снимки в 6 тепловых каналах с разрешением 90 м. Хорошее информирование о поступающих материалах съемки, возможность свободного доступа к ним по сети Интернет обеспечили их широкое использование и значимое место в мировом фонде космических снимков.

Фонд снимков в радиодиапазоне включает два типа снимков. Микроволновые радиометрические снимки, получаемые при пассивной съемке в радиодиапазоне, пока имеют очень низкое разрешение в несколько километров. Это материалы всего нескольких съемочных экспериментов с американских спутников Nimbus-5 и 7 (разрешение соответственно 25 и 12 км), DMSP(50 км). В перспективе -- получение таких снимков с европейского метеоспутника «МЕТЕОР» с разрешением 7 км.

Фонд радиолокационных снимков, формирование которого начато запуском в 1978 г. первого океанологического спутника Seasatn продолжено в полетах возвращаемого корабля Shuttle в 1981 и 1983 гг., существенно пополнился в 1990-е годы, когда радиолокационную съемку вели российская станция Алмаз, европейские ресурсно-океанологические спутники ERS, японский JERS, канадский Radarsat, европейский Envisat. Радиолокаторы с синтезированной антенной обеспечивали разрешение 20-30 м, а со спутника Radarsat -- от 8 до 100 м при разных режимах съемки. Большой массив информации для создания глобальной цифровой модели поверхности Земли дала радиолокационная съемка с возвращаемого корабля Endeavor, на котором работали съемочные системы, антенны которых были разнесены на 83 м с помощью выдвижной штанги. Фонд радиолокационных снимков совершенствуется за счет съемок в разных частотных диапазонах и при разной поляризации излучения.

Важнейшая черта современного фонда космических снимков, обеспечивающая его всеобщее использование, -- информирование о программах и результатах съемок, а также получение материалов по сети Интернет.

2.1 Дешифрирование аэроснимков и космических снимков

Дешифрирование снимков -- метод исследования по ним территорий, акваторий и атмосферных явлений на основе зависимости между свойствами объектов и характером их воспроизведения на снимках.

Дешифрирование включает обнаружение, распознавание, интерпретацию, а также определение качественных и количественных характеристик объектов и отображение результатов в графической (картографической), цифровой или текстовой формах.

Различают дешифрирование снимков общегеографическое (топографическое), ландшафтное и тематическое (отраслевое) геологическое, почвенное, лесное, гляциологическое, сельскохозяйственное и др.

Дешифрирование делят на визуальное и компьютерное, однако это деление условно, так как визуально дешифрируют и фотоотпечатки, и пиксельные снимки на экране компьютера. Визуальное распознавание объектов базируется на знании их дешифровочных признаков, а глубина интерпретации существенно зависит от географической подготовки дешифровщика. Компьютерное дешифрирование включает также методы автоматизированной классификации исследуемых объектов.

Дешифрирование выполняется по принципу от общего к частному. Всякий снимок -- прежде всего информационная модель местности, воспринимаемая исследователем как единое целое, а объекты анализируются в развитии и неразрывной связи с окружающей их средой.

Тематическое дешифрирование выполняют по двум логическим схемам. Первая предусматривает вначале распознавание объектов, а затем их графическое выделение, вторая -- вначале графическое выделение на снимке однотипных участков, а затем их распознавание. Обе схемы завершаются интерпретацией, научным толкованием результатов дешифрирования. При компьютерном дешифрировании эти схемы реализуются в технологиях кластеризации и классификации с обучением.

Объекты на снимках различают по дешифровочным признакам, которые делят на прямые и косвенные. К прямым относят форму, размер, цвет, тон и тень, а также сложный объединяющий признак -- рисунок изображения. Косвенными признаками служат местоположение объекта, его географическое соседство, следы взаимодействия с окружением.

При косвенном дешифрировании, основанном на объективно существующих связях и взаимообусловленности объектов и явлений, дешифровщик выявляет на снимке не сам объект, который может и не изобразиться, а его индикатор. Такое косвенное дешифрирование называют индикационным, географическую основу которого составляет индикационное ландшафтоведение. Его роль особенно велика, когда прямые признаки теряют значение из-за сильной генерализованности изображения. При этом составляют особые индикационные таблицы, где для каждого типа или состояния индикатора указан соответствующий ему вид индицируемого объекта.

Индикационное дешифрирование позволяет от пространственных характеристик переходить к временным. На основе пространственно-временных рядов можно установить относительную давность протекания процесса или стадию его развития. Например, по гигантским речным меандрам, оставленным в долинах многих сибирских рек, по их размерам и форме оценивают расходы воды в прошлом и происходившие изменения.

Индикаторами движения водных масс в океане часто служат битые льды, взвеси и др. Движение вод хорошо визуализируют и температурные контрасты водной поверхности -- именно по тепловым инфракрасным снимкам выявлена вихревая структура Мирового океана.

Дешифрирование многозональных снимков. Работа с серией из четырех-шести зональных снимков сложнее, чем с одиночным снимком, и их дешифрирование требует некоторых особых методических подходов. Различают сопоставительное и последовательное дешифрирование.

Сопоставительное дешифрирование состоит в определении по снимкам спектрального образа, сравнении его с известной спектральной отражательной способностью и опознавании объекта. Вначале на зональных снимках выявляют совокупности объектов, различные в разных зонах, а затем, сопоставляя их (вычитая зональные схемы дешифрирования), выделяют в этих совокупностях индивидуальные объекты. Наиболее эффективно такое дешифрирование для растительных объектов.

Последовательное дешифрирование основано на том, что зональные снимки оптимально отображают разные объекты. Например, на снимках мелководий благодаря неодинаковому проникновению лучей разных спектральных диапазонов в водную среду видны объекты, расположенные на разных глубинах, и серия снимков позволяет выполнить послойный анализ и затем поэтапно суммировать результаты.

Дешифрирование разновременных снимков обеспечивает изучение изменений объектов и их динамики, а также косвенное дешифрирование изменчивых объектов по их динамическим признакам. Например, сельскохозяйственные культуры опознают по смене изображения в течение вегетационного периода с учетом сельскохозяйственного календаря.

Различают полевое и камеральное дешифрирование. При полевом дешифрировании объекты опознают на местности, сличая их с натурой. Это наиболее достоверный вид дешифрирования, но и наиболее дорогой. Его разновидностью можно считать аэровизуальное дешифрирование.

При камеральном дешифрировании объект распознают по прямым и косвенным признакам без непосредственного выхода на местность. На практике обычно комбинируют оба вида дешифрирования, заранее подготавливают дешифровочные эталоны -- снимки типичных объектов с нанесенными результатами дешифрирования. Их используют при камеральном дешифрировании, дополняя географической интерполяцией и экстраполяцией.

2.2 Создание фотокарт

картографирование аэрокосмический снимок

Наглядное, выразительное отображение местности на снимках вызывает естественное стремление использовать аэрокосмическое изображение в дополнение к карте, а иногда и вместо нее. Это привело к созданию нового вида картографической продукции --фотокарт.

Фотокарты начали создавать в 1950-х годах, используя материалы аэросъемки. Тогда их изготовляли только в сравнительно крупных масштабах, до 1: 50 000. Построить высококачественные фотокарты более мелких масштабов не удавалось, так как мозаичное фотоизображение, смонтированное из многих снимков, было неоднородным, пестрым. Появление космических снимков, с большим пространственным охватом и генерализованностью, получаемых в широком диапазоне масштабов и разрешения, вызвало к жизни быстрое развитие этого нового вида картографических произведений, весьма разнообразных по содержанию и форме. Высококачественные фотокарты начали составлять в масштабах 1:100 ООО и мельче. Но производственное изготовление фотокарт стало возможным лишь после накопления фондов снимков на обширные территории.

Тенденция соединения снимков в фотокарты проявлялась начиная с первых космических экспериментов. Массовое получение снимков с первой долговременно работавшей орбитальной станции «Салют-4» завершилось созданием серии фотокарт южных республик бывшего Советского Союза. Через несколько месяцев работы первого американского ресурсного спутника Landsat была смонтирована из почти 600 снимков фотокарта США, репродуцированная затем в широком диапазоне масштабов от 1:250 000 до 1:5 000 000. Позже по снимкам со спутника Landsat созданы фотокарты многих стран и даже континентов. Известна, например, фотокарта Центральной Европы в естественных цветах с нанесенными границами государств и подписями населенных пунктов, изданная в постраничной нарезке в атласе Diercke Weltraumbild-Atlas.

С появлением новых, более совершенных и детальных снимков возрос интерес к фотокартам туристических объектов, национальных парков. Стала традиционной красочная печать фотокарт из снимков Тематического Картографа Landsat с впечатыванием на обороте топографической карты того же масштаба. Массовое распространение получили фотокарты городов, созданные по детальным снимкам SPOT, KBР/Комета.

Цифровая полиграфия и использование цифровых моделей рельефа сделали фотокарты особенно выразительными. Так, прекрасная серия фотокарт материков создана по снимкам AVHRR/NOAA с отмывкой рельефа суши и морского дна на основе цифровой модели. Чрезвычайно выразительна созданная по радиолокационным снимкам со спутника Radarsat фотокарта Антарктиды, где контрастное изображение рельефа льда подчеркнуло ледниковые потоки.

Кроме общегеографических создаются специальные фотокарты объектов и явлений, требующих оперативного слежения за их динамикой, -- снежного покрова материков, морских льдов Северного полярного бассейна и т.п. Иногда фотокарты дополняют тематической нагрузкой -- результатами дешифрирования геологических структур, контурами типов почв. Их можно считать тематическими фотокартами.

К фотокартам можно отнести и особые виды спутниковой картографической продукции, получаемой на основе обработки данных съемки путем расчета различных индексов -- вегетационного, цветового, активной радиации фотосинтеза и др., которые фиксируют распределение, нередко в глобальном масштабе, биофизических характеристик земной поверхности. Наиболее распространены карты вегетационного индекса NDVI и цветового индекса вод океана, коррелирующего с содержанием фитопланктона.

Фото основы тематических карт. Фотопланы и фотокарты используют в географических исследованиях не только как самостоятельные картографические произведения, но, кроме того, и в качестве фото основ тематических карт. Математические элементы фото основы должны полностью соответствовать требованиям к математическим элементам соответствующих топографических карт (масштаб, проекция, нарезка листов). Картографическая сетка на фото основе не вычерчивается, а обозначается выходами меридианов и параллелей за внутренней рамкой. Общегеографическая нагрузка должна быть минимальной, чтобы не закрывать фотографическое изображение местности. Картографическими знаками наносят гидросеть, рельеф, крупные населенные пункты и связывающие их важнейшие дороги, политико-административные границы.

Технология изготовления фото основ включает два этапа:

· фотограмметрическая обработка для изготовления фотоплана;

· картографические работы, включая нанесение на фотоплан общегеографических элементов содержания (при этом совмещают два процесса -- дешифрирование снимков и составление основы карты).

Программа создания по космическим снимкам геологических карт страны масштабов 1:200 000, 1:1000 000 нового поколения, а также обзорных региональных и общероссийских карт масштабов до 1: 10 000 000 предусматривает использование фото основ, создаваемых на основе космических съемок. Для этого материалы космической съемки трансформируют в картографическую проекцию с устранением фотометрических искажений, потом снимки монтируют в единое изображение, преобразуют для улучшения дешифрируемости, координатно привязывают. Фото основа дается в масштабе и нарезке топографических карт в черно-белом и цветном вариантах. Для основы карт масштаба 1:200000 используют снимки с разрешением 20-30 м (КАТЭ-200/Ресурс-Ф), для 1:1000 000 - с разрешением 80 м (MSS/Landsat), 1:2500 000 - 1:5 000 000 -- с разрешением 200 м (МСУ-СК/Ресурс-О) и 1:10 000 000 -- с разрешением 1 км (AVHRR/NOAA).

2.3 Составление и обновление топографических карт

Топографическая изученность мира остается далеко не полной. Особенно слабо изучены труднодоступные районы высокогорий, пустыни, марши, приполярные острова.

В странах, необеспеченных топографическими картами и материалами аэросъемок, космические снимки представляют реальную основу для топографического и общегеографического картографирования. Иногда они остаются единственно возможными съемочным и материалами для непроходимых и сложных для аэросъемки территорий.

Создание топографических карт предъявляет к материалам космической съемки повышенные требования в отношении их разрешения и возможности стерео обработки. Исходя из графической точности (0,1 мм), снимки для стереофотограмметрической обработки при создании карт масштаба 1:100 000 должны иметь разрешение не хуже 10 м, а для дешифрирования ряда топографических объектов -- и более высокое разрешение -- 1-2 м. К 2000 г. единственной съемочной системой, предназначенной специально для топографического картографирования, была фотографическая система спутника «Комета», где камера ТК-350 дает стереопары снимков с разрешением 10 м, а панорамная камера высокого разрешения КВР-1000 с разрешением 2 м обеспечивает детальные снимки для дешифрирования.

Стремление получать снимки такого качества не фотографическими, а оперативными методами пронизывает всю историю развития космической съемки. Французская система SPOT, начавшая работать в 1986 г., с разрешением панхроматических снимков 10 м и возможностью получения стереопар была рассчитана на топографическое картографирование в масштабе 1:100 000 с сечением рельефа 20 м. Однако экспериментальные работы в разных странах Европы показали, что полный набор элементов содержания топографической карты нельзя получить только при камеральном дешифрировании и автоматизированной обработке этих снимков, необходимы дополнительные полевые исследования. Поэтому разработка спутниковых съемочных систем топографического картографирования продолжает оставаться актуальной.

По опыту Российского госцентра «Природа» космические фотоснимки используют на всех этапах построения и сгущения фотограмметрических сетей для планового обоснования топографических съемок и высотного обоснования мелкомасштабных съемок. Контурную нагрузку получают при дешифрировании космических снимков, для чего используют богатый опыт дешифрирования аэрофотоснимков. Рисовку рельефа на первых порах проводили на традиционных фотограмметрических приборах, но переход к цифровой обработке снимков потребовал пересмотра всей технологической линии и приборной базы топографического картографирования. Вместо громоздких стереофотограмметрических приборов стали внедрять компьютерные комплексы, получившие название цифровых фотограмметрических систем. С их помощью выполняют автоматические стерео измерения, строят цифровые модели рельефа и трассируют горизонтали, изготовляют ортофотопланы и графические оригиналы карт.

По космическим снимкам составляют и обзорно-топографические карты, минуя многоступенчатый переход от крупных масштабов к средним и мелким. Есть опыт создания по космическим снимкам и общегеографических карт, например базовой карты страны в масштабе 1:2 50 000, составление которой проведено с использованием фотопланов на основе космических снимков масштаба 1:1 000 000.

Обновление карт. Повторные аэрокосмические съемки весьма удобны для регулярного обновления топографических карт, что особенно актуально для нашей страны, где картографирование в масштабе 1:100 000 завершено в середине 1950-х годов, а в масштабе 1:25 000 - к 1980 годам.

Космические фотоснимки, в отличие от аэрофотоснимков, позволяют начинать обновление масштабного ряда топографических карт в любой последовательности. Другое важное преимущество использования космических снимков -- возможность обновления карт одновременно всего масштабного ряда.

При обновлении карт по снимкам вначале определяют степень устаревания карт и выделяют районы первоочередного обновления, к которым относят территории сельскохозяйственного освоения, интенсивной добычи полезных ископаемых, городского, дорожного, гидротехнического строительства, где обновление приходится выполнять через один--два года, тогда как в малообжитых районах достаточно проводить его через пять--десять лет. От степени устаревания зависит, необходимо ли проводить полное обновление с пересоставлением оригинала карты или можно ограничиться внесением исправлений в издательский оригинал карты камеральным путем.

Применение космических снимков для обновления карт снижает продолжительность и трудоемкость составительских и редакционных процессов. Сокращается время на подбор источников, ознакомление со спецификой территории, упрощается генерализация. Одновременно повышаются детальность и точность карт.

Обновление карт выполняют разными методами. В последнее время получают развитие цифровые технологии. Обновление карты на фотопланах осуществляют в тех случаях, когда изменения контуров составляют более 40% или плановая точность карты не соответствует предъявляемым к ней требованиям. Процесс создания фотоплана включает сгущение опоры, трансформирование снимков, изготовление фотоплана и репродукций к нему, дешифрирование. Обновление на издательских оригиналах, выполняемое в случаях, когда изменяется менее 20% контуров карты, предусматривает дешифрирование изменений на снимках и перенос их на издательский оригинал карты.

2.4 Тематическое картографирование

Разрешение большей части космических снимков в первые десятки метров соответствует размерам многих исследуемых географами объектов земной поверхности. Космические снимки с ресурсно-картографических спутников хорошо отражают рельеф и структуру внешнего покрова Земли -- почв и растительности, а следовательно, и ландшафтов. Они стали ценным материалом для тематического картографирования.

В нашей стране накоплен немалый опыт тематического картографирования во всем спектре направлений. Наиболее значителен и интересен опыт геологического картографирования. На первых порах освоения новых источников информации создавались так называемые космофотогеологинеские и космофототектонические карты, содержавшие принципиально новые данные о строении земной коры, главным образом о разломах и кольцевых структурах, что определило их особую ценность для прогнозно-минерагенических построений. Такие карты созданы для всей страны в масштабах 1: 10 000 000, 1: 5 000 000, 1: 2 500 000.

Успех работы геологов привел к тому, что теперь при создании комплектов Государственных геологических карт масштабов 1: 200 000 (2-го издания) и 1: 1 000 000 (3-го издания), а также сводных региональных и общероссийских карт масштабов от 1:500 000 до 1:10 000 000 материалы аэрокосмических съемок используются в обязательном порядке наряду с геофизической и геохимической информацией.

Крупный проект с использованием космической информации выполнен в области почвенного картографирования. Завершение многолистной почвенной карты страны масштаба 1:1 000 000 для северных и восточных районов и создание Почвенной карты России масштаба 1:2 500 000 стало возможным именно благодаря применению космических снимков. Они обеспечили почвенное мелкомасштабное картографирование нового уровня, когда особое внимание уделяется изучению и отображению пространственных структур почвенного покрова.