Использование данных дистанционного зондирования в геолого-геоморфологических исследованиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование данных дистанционного зондирования в геолого-геоморфологических исследованиях

1. Дешифровочные признаки основных геологических и геоморфологических элементов

Как и в любом другом тематическом дешифрировании, при геолого-геоморфологических исследованиях дешифровочные признаки, по которым распознаются объекты местности на снимке, принято подразделять на прямые и косвенные. Однако структура их классификации имеет различный характер у некоторых авторов. Также многие учёные не сходятся в оценках значимости и надёжности одних и тех же признаков дешифрируемых структур и придают разный вес наличию того или иного признака для максимальной точности распознавания объектов местности. Кроме этого, один признак на фотографическом снимке и цифровом изображении на экране монитора не всегда сохраняет равносильное значение.

Теперь рассмотрим более детально классификацию прямых и косвенных дешифровочных признаков, к которой чаще обращаются авторы разных источников применимо к геолого-геоморфологическому дешифрированию. В теории дистанционного зондирования Земли ученые прибегают, как правило, к классификации дешифровочных признаков, сформулированных И.А. Лабутиной в её учебном пособии для студентов вузов «Дешифрирование аэрокосмических снимков» (М.: Аспект Прес. 2004. С. 60-83).

1.1 Прямые признаки при геолого-геоморфологическом дешифрировании

Прямые дешифровочные признаки в соответствии с этой классификацией включают в себя три группы признаков: геометрические, яркостные, структурные. Некоторые учёные считают их основополагающими и полагают, что независимо от изображения и передаваемой им информации для дешифрирования объекта достаточно этих признаков (Введение в космическое землеведение / Э.К. Баррет, Л.Ф. Куртис; пер. с англ. В.В. Голосова, под ред. и с предисл. А.А. Лютого. - М.: Прогресс. 1979). К ним относят:

· форму - наиболее надежный и простой в распознаваемости дешифровочный признак, в его рамках также выделяют весьма знаковую и показательную объемную (стереоскопическую) форму;

· размер - даёт представление о ширине, длине, площади, объёме, высоте объекта, однако в силу ненадёжности этого признака в дешифрировании чаще пользуются относительными показателями, нежели абсолютными;

· тень - нередко помогает в определении формы, силуэта и протяженности объекта, однако в некоторых случаях мешает в распознавании объектов, например, затушевывает и искажает прочие признаки соседних объектов при значительных превышениях;

· яркостные, главным из которых является фототон, определяющий такие сопутствующие признаки, как цвет объекта, его освещённость, специфику отражательных свойств, может указывать на структуру поверхности;

· рисунок или облик и местности в целом на изображении, и локального объекта снимка - признак, на котором базируется метод подобия, обеспечивший теорию дешифрирования эталонной основой знаковых признаков;

· текстура и структура изображения, напрямую связанные с предыдущим признаком и отчасти определяющие его, имеют на местности крайне разнообразный характер и сложную иерархию, зависящую от масштаба снимка.

Следует ещё раз отметить, что существуют и другие классификации прямых признаков, но они либо частично повторяют рассмотренную выше, используя иные названия, либо имеют менее полный их перечень, сокращенный в соответствии с тематикой, в рамках которой они применяются.

1.2 Косвенные признаки при геолого-геоморфологическом дешифрировании

При этом дешифрировании особенно важны косвенные признаки, так как в его рамках необходимо определение именно тех объектов и их свойств для геолого-геоморфологического картографирования, которые зачастую не находят отражения на самом снимке (к примеру, формы рельефа, перекрытые растительностью, или не обнаженные геологические структуры), а интерпретируются опосредованно. Они характеризуются с помощью признаков объектов-индикаторов. В силу их многогранности и разнородности не существует единой классификации косвенных признаков, в соответствии с конкретной тематикой выделяют некий известный набор объектов-маркеров.

В геолого-геоморфологических исследованиях чаще всего обращают внимание на такие знаковые характеристики территории, как растительность, почвы, специфику гидрографической сети, расположение хозяйственных объектов и многие другие. Основная идея - рассмотрение территории в комплексе с учётом связей природных компонентов.

Таким образом, дешифрирование в геолого-геоморфологических исследованиях - многоуровневый процесс, сопряженный с определёнными сложностями, основная из которых - отсутствие непосредственного отражения большинства объектов исследований на материалах дистанционного зондирования местности. Кроме этого, необходимо обладать соответствующими знаниями для определения взаимосвязей элементов, иметь представление об особенностях картографируемой территории, ведь и местоположение нередко выступает в качестве важного индуцирующего признака.

Аэроснимок горного района: слева - с нормальным фотоизображением местности, справа - с ослабленным, по фону которого в условных знаках показаны: площади вулканогенных пород (расчлененный рисунок склонов хребта), песчаников (гладкий рисунок плато), площади ледниковых отложений и конусы выноса по долине, места обвалов и оползней, линии разрывов и др.

То есть помимо прочих работ нужно проводить сбор дополнительных материалов, не считая снимков исследуемой местности. Отсутствие общепринятых классификаций также тормозит этот процесс.

дешифровочный геоморфологический зондирование дистанционный

2. Основные приемы и методы дешифрирования геологических и геоморфологических элементов

2.1 Прямой метод

Как показывает название, этот метод основывается преимущественно лишь на прямых дешифровочных признаках объектов. Он заключается в непосредственном отождествлении и сопоставлении некоторого элемента на снимке с определенным геолого-геоморфологическим телом, характеристикой или явлением. Однако для использования этого метода такое свойство должно иметь на снимке демонстративное отображение, что в отношении особенно к геологическим единицам в природе встречается весьма редко. Определение форм рельефа и характера отложений возможно лишь на территории геологически открытых (обнаженных) районов с выходом коренных пород на поверхность и с почти полным отсутствием растительности. В силу этого ограничения А.В. Любимова дает вполне справедливую оценку: «Геологическое строение, в большинстве случаев, не находит прямого отражения на изображении… Поэтому для геологического дешифрирования метод прямого распознавания образов неприменим» (URL: http://lab12.geosys.ru/pageslab/articles/a_anna2.htm).

2.2 Контрастно-аналоговый метод по сопоставлению с эталонными снимками и показателями и сопоставлению и сравнению объектов в пределах одного снимка

Применение подобного метода подробно описано на примере геолого-геоморфологического исследования центральных пустынь Саудовской Аравии «Merged remotely sensed data for geomorphological investigations in deserts» (The Geographical Journal. Vol. 169. No. 2. June 2003. Р. 117-130).

В этой работе в качестве основного из применяемых методов выступал контрастно-аналоговый. Так, по исходным таблицам показателей фотопортрета эталонного образца дешифровочных признаков того или иного объекта рассчитывались коэффициенты корреляции и дисперсии (the correlation coefficients and the variances) показателей дешифрируемых объектов. На основе их анализа делалось заключение о свойствах рассматриваемых элементов: характере подстилающей поверхности, генезисе отложений, составе отложений. Далее проводился анализ объектов со схожими показателями в пределах одного снимка для определения формы рельефа и динамики отдешифрируемого объекта.

2.3 Метод логической дедукции

Этот метод построен на непосредственном контакте дешифровщика со снимком. Как правило, работник должен быть специалистом по тематике, в рамках которой проводится дешифрирование. Путем формирования множества сложных логических цепочек выявляется природа объекта. Сложность этого метода состоит в том, что при рассмотрении исследуемой территории необходимо включение в процесс всех или почти всех дешифровочных признаков, отразившихся на снимке. Также этот метод характеризуется многоуровневой структурой. В учебном пособии «Дешифрирование аэрофотоснимков» Л.А. Богомолов дает следующую оценку сложности структуры логической дедукции: «При анализе логической структуры следует исходить из ступеней познания. Исходя из этого можно выделить три ступени дешифрирования: обнаружение, опознавание, классификация. В зависимости от характера ландшафта, от параметров исходных материалов, от квалификации дешифровщика и от других причин ступени познания могут четко разделяться или незаметно переходить одна в другую вплоть до практического слияния их». Здесь также имеет место эталонное дешифрирование, которое в рамках логического метода определяется иначе: сравнение изображения на снимке с образом (эталоном), сформировавшимся ранее у дешифровщика при работе с другими снимками.

2.4 Ландшафтно-индикационный метод

При геолого-геоморфологических исследованиях также удобен ландшафтно-индикационный метод, описанный в работе С.П. Альтера («Ландшафтный метод дешифрирования аэрофотоснимков». М. - Л.: Наука. 1966). Он опирается на зависимость изображения от геометрических и физических характеристик объектов, на взаимосвязи между этими объектами, что, в свою очередь, определяет многие закономерности в распространении и положении сопутствующих объектов и явлений на местности. В этом методе главными выступают связи между компонентами природной среды, то есть по хорошо видимому рисунку одних объектов делается заключение о характере скрытых или нечетко выраженных объектов.

Разнообразие рельефа пустынь и его отражение на снимках: а - барханы; б - ячеистые пески; в-песчаные гряды, г - грядово-ячеистые пески

Итак, дешифрирование местности обеспечено наличием широкого перечня приемов и методов. Однако вышеупомянутые примеры вовсе не являются единственными. Например, в морской геоморфологии часто применяют специфический метод на основе анализа звуковых сигналов системы scanning SONAR - sound, navigation and ranging (URL: http://geography.tamu.edu/class/aklein/geog696/readings/rs_geomoprh.pdf). И методологическая основа постоянно обновляется в соответствии с развитием техники по мере возникновения новых задач дешифрирования, особенно в условиях развития автоматизации этого процесса.

3. Тематическое дешифрирование в геолого-геоморфологических исследованиях

В рамках геолого-геоморфологических исследований дешифрирование нередко подразделяется на типы в зависимости от поставленных задач. М.Н. Петрусевич в качестве основных выделяет (Петрусевич М.Н. Аэрометоды при геологических исследованиях. М.: Госгеолтехиздат, 1962. 407 с.):

· геоморфологическое;

· структурно-геологическое;

· геодинамическое;

· дешифрирование для поиска полезных ископаемых.

3.1 Геоморфологическое дешифрирование

Его структура заключается в проведении двух этапов: дешифрирование типов рельефа и дешифрирование форм рельефа. Каждый этап проводится в соответствии с масштабом и подробностью изображения на снимке. Таким образом, дешифрирование типов рельефа выполняется на значительных по величине площадях. Идет расчленение территории на геоморфологические типы. Выполняется, как правило, на материалах космических съемок в силу их большого пространственного охвата. При дешифрировании форм рельефа на снимках четко выделяются все формы, отражаемые на геоморфологических картах: склоны, сложенные коренными породами и склоны, покрытые продуктами разрушения, осыпи, оползни, делювиальные образования и пр. Отчетливо дешифрируются поймы рек со всеми их элементами, террасы, поверхности выравнивания и т.д. Дешифрирование форм рельефа производится на аэроснимках масштаба 1:50000 или 1:25000, а результаты чаще всего обосновываются полевыми исследованиями.

3.2 Структурно-геологическое дешифрирование

Оно основано на тесной взаимосвязи между особенностями рельефа и глубинным строением земной коры и литосферы. Методика проведения структурно-геологического дешифрирования полностью совпадает с методикой проведения геологического дешифрирования, то есть так же должна соблюдаться определенная этапность анализа, подчиняющаяся принципу от общего к частному. Конечными материалами являются структурно-геологические карты и схемы масштаба 1:50000, на которых представлены геологические элементы разных порядков, обнаженные на местности, и контуры погребенных локальных толщ. До сих пор является проблемой определение глубины залегания этих структур.

3.3 Геодинамическое дешифрирование

Под воздействием притяжения Луны, Солнца и других космических объектов, а также вследствие перегрузок, возникающих при неравномерном вращении Земли вокруг своей оси и в плоскости эклиптики, внешние воздействия оказывают влияние на значительные глубины земной коры вплоть до мантии. В закрытых регионах геодинамическое дешифрирование заключается в выявлении по снимкам индикаторов современной геодинамики и глубинного строения и их интерпретации.

На материалах дистанционного зондирования обзорного характера выявляются крупные элементы геодинамики данного исследуемого региона - прежде всего региональные зоны геодинамически активных нарушений (под нарушениями в геолого-геоморфологических исследованиях понимаются так называемые разрывные образования). Они являются основой карты более крупного масштаба результатов геодинамического дешифрирования. На последующих этапах дешифрирования выявляются более мелкие геодинамически активные складчатые структуры по методу последующей детализации. При геодинамическом дешифрировании на мелкомасштабных космоснимках выделяются районы со специфическим рисунком гидрографической сети, одинаковым фототоном, своеобразными типами и формами рельефа, с разделением их на положительные и отрицательные с различной степенью расчлененности. Устанавливаются и прослеживаются крупные линейные элементы ландшафта: прямолинейные границы между различными типами отложений, типами и формами рельефа, участки полос растительности, характерные речные излучины и прочие.

Это дает возможность наметить главные геодинамические особенности территории в целом, установить их отображение на снимке, проверить и уточнить основные признаки дешифрирования этих элементов.

3.4 Дешифрирование для поиска полезных ископаемых

Аэрофотоснимки давно применяются при поисках полезных ископаемых, выявляя косвенные признаки их месторождений. Для обнаружения искомых территорий или рудоносных структур рекомендуется использовать снимки различных масштабов и пространственного охвата. Объекты, перспективные на поиски нефти и газа, образуют на снимках аномалии, природа которых выявляется на основе комплексного анализа всех имеющихся на исследуемую территорию геологических, геофизических, геохимических, гидрогеологических и прочих материалов. Такой подход позволяет интерпретировать локальные структуры и выявлять среди них перспективные в нефтегазоносном отношении. Погребенные (не отразившиеся на снимке и перекрытые прочими объектами) системы нарушений, указывающие на размещение глубинной минерализации, ранее определялись по косвенным признакам на основе геоморфологических, структурных, геофизических и геохимических особенностей исследуемой территории. Использование материалов дистанционного зондирования расширило и открыло новые возможности при поиске таких структур. Например, одним из процессов, формирующих рудные месторождения, является вулканизм. Изучение космических снимков вулканических областей над современными и древними зонами его проявления вместе с геодинамической и петрографической информацией позволило выявить месторождения свинцово-цинково-медных массивных руд, а также медно-цинковых в ряде регионов мира.

Таким образом, тематическое дешифрирование при геолого-геоморфологических исследованиях может служить для многих практических целей и оценки важных особенностей объектов.

Заключение

Суммируя все вышесказанное, в первую очередь хочется отметить колоссальный вклад в развитие исследований в области геологии и геоморфологии материалов дистанционного зондирования. Использование их в научной деятельности не только обновило методику изучения, но также и открыло новые возможности. Тематическое картографирование исследуемых территорий движется по пути все большей автоматизации и упрощения этого сложного процесса. Для геолого-геоморфологических исследований снимки ДЗЗ сейчас выступают чуть ли не главными опорными материалами в силу своей разносторонней информативности и глобальности. Доступность данных будет максимально упрощаться, а качество материалов лишь повышаться во времени. Дистанционное зондирование - дисциплина будущего, и в связи с этим в ее области имеется ещё много недоработок, таких как наличие всеобъемлющей классификации разных ступеней иерархии в дешифрировании, отсутствие общепринятых концепций в применении методов. Однако надо сказать, что устранению этих пробелов в данный момент уже уделяется много внимания со стороны ученых и деятелей в области данной науки. Таким образом, она движется по вектору постоянного совершенствования.

Список литературы

1. Альтер, С.П. Ландшафтный метод дешифрирования аэрофотоснимков / С.П. Альтер. - М. - Л.: Наука. 1966. 167 с.

2. Богомолов, Л.А. Дешифрирование аэроснимков / Л.А. Богомолов. - М.: Недра. 1976. 145 с.

3. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. 1969-1978.

4. Введение в космическое землеведение / Э.К. Баррет, Л.Ф. Куртис; пер. с англ. В.В. Голосова, под ред. и с предисл. А.А. Лютого. - М.: Прогресс. 1979. 256 с.

5. Визуальные методы дешифрирования / Т.В. Верещака, А.Т. Зверев, С.А. Сладкопевцев, С.С. Судакова. - М.: Недра. 1990. 287 с.

6. Лабутина, И.А. Дешифрирование аэрокосмических снимков/ И.А. Лабутина. - М.: Аспект Пресс. 2004. 185 с.

7. Петрусевич, М.Н. Аэрометоды при геологических исследованиях / М.Н. Петрусевич. - М.: Госгеолтехиздат. 1962. 407 с.

8. The Geographical Journal. Vol. 169. No. 2. June 2003. P. 117-130.

Размещено на Allbest.ru