Аэросъёмка, её виды и методы.

Аэросъёмкой называют процесс получения изображений местности с летательных аппаратов. Если её ведут фотоаппаратами, то её называют аэрофотосъёмкой, если с помощью специальных телевизионных или электронных сканирующих устройств, то – электронной аэросъёмкой, если с помощью тепловизоров в инфракрасной части спектра, то - тепловой или инфрарасной съёмкой, а если радиолакаторами, при которых получают изображение в отражённых от поверхностных слоёв электромагнитных радиоволн – радиолакационной съёмкой.

Регистрацию изображений местности можно вести в разных зонах спектра электромагнитных волн: видимой с длинами волн (0, 38 – 0, 78 мкм), ультрафиолетовой ближней (0, 28 – 0, 32 мкм), инфракрасной (0, 18 – 10 мкм), или микрорадиоволновой (0, 01 – 100 см). Съёмку выполняют либо водной зоне электромагнитного излучения, либо одновременно в нескольких.

Одним из современных методов сбора и обработки данных о местоположении объектов и рельефе местности, а также их качественных и количественных характеристиках, является комбинированный метод на основе лазерной локации и цифровой аэрофотосъёмки.

При инфракрасной аэросъёмке регистрируется электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 0, 7 – 12 мкм, которое излучают или отражают различные объекты местности. Инфракрасное излучение как носитель информации близко к свету и радиосигналам, зависит от температуры источника излучения, характеризует его вещество и состояние. Оно выявляет внутренние свойства объектов, позволяет изучать процессы в верхнем слое Земли. Инфракрасные системы имеют оптическую часть, приёмное устройство, устройство обработки и выдачи информации. Излучение природной среды в ифракрасной области спектра регистрируется тепловизорами в трёх зонах: ближней (0, 7 – 2, 5 мкм), средней (3, 0 – 5, 5) мкм) и дальней (8 – 12 мкм). На практике установлена важность совместного дешифрирования панхроматических и инфракрасных аэрофотоснимков.

Российский тепловизор «Вулкан» производит аэрофотосъёмку преимущественно в средней инфракрасной зоне спектра, а тепловизор шведской фирмы «AGA» - в дальней инфракрасной зоне спектра. Их применение особенно эффективно при выявлении и изучении переувлажнённых и мерзлотных участков земной поверхности, течений грунтовых вод, гидрологии мелководий и речных отложений, выделении отдельных горных пород.

При радиолокационной съёмке получают изображения местности в радиоволновом диапазоне электромагнитного излучения. Существуют специально приспособленные для глубинных геологических гидрологических работ многочастотные радиолакационные установки, использующие сантиметровые дециметровые волны. Радиолакационные съёмки особенно эффективны при исследовании влажности, мерзлотных явлений, болот, геологических и гидрологических образований.

Радиолокационная съёмка (РЛС) делится на съёмку бокового обзора и съёмку кругового обзора. Наибольшее расстояние до объектов, при котором они обнаруживаются, называется дальностью действия. Разрешающая способность – это минимальное расстояние между двумя объектами, имеющими один и тот же азимут или угол, при котором отражённые сигналы не сливаются на экране индикатора, то есть же диаграмма направленности, тем выше разрешающая способность РЛС.¢ когда на экране электроннолучевой трубки начало импульса от от второго объекта отстаёт от конца импульса от первого объекта на время, превышающее длительность одного импульса. При радиолокационной съёмке посылаются сигналы, излучающие энергию в определённых направлениях и принимают сигналы так же с определённых направлений. Чем у

Наиболее интенсивно развиваются и широко распространены для картографических целей методы аэрофотосъёмки, космической съёмки и комбинированный метод лазерной локации и цифровой аэрофотосъёмки, который применяется преимущественно для крупномасштабного картографирования и особенно эффективно для линейных объектов. Эти методы рассматриваются далее более детально.

1. Метод аэрофотосъёмки.

Одним из важнейших применений фотографии является воздуш­ное и космическое фотографирова­ние, т. е. получение снимков земной поверхности с лета­тельных аппаратов – самолетов, вер­толе­тов, искусственных спут­ников Земли и др.

Аэрофотосъемкой называют совокупность работ по получе­нию аэронегативов и аэ­роснимков или цифровых снимков местности с целью последующего их ис­пользования для создания планов и карт местности. Термин «Аэ­рофо­то­съемка» объединяет ряд взаимосвязанных процессов, в частности:

- летно-съемочные работы, включающие разработку техни­че­ских условий аэро­фо­тосъемки, составление проекта и его исполнение;

- полевые фотолабораторные работы, в случае традиционной аэрофотосъёмки, включающие фото­графи­че­скую обра­ботку экспонированных аэрофильмов, из­го­товление по ним отпечатков и иной пер­вичной продукции;

- полевые фотограмметрические работы, включающие регистра­цию мате­риа­лов аэрофотосъемки и оценку качества ис­полнен­ной фотосъемки.

Результатом традиционных работ являются аэронегативы, аэро­снимки, а также зафиксиро­ван­ные в полете показания специальных прибо­ров.

Аэронегативы (аэроснимки) – фотографические изображе­ния мест­ности, по­кры­вающие без разрывов заданный участок земной по­верх­ности – используются для после­дую­щего преобразования и соз­дания по ним карт и планов. Для обеспечения последующих работ смежные аэро­негативы (аэроснимки) должны иметь перекрытия рас­чет­ной величины. Мет­рические и фотометрические характеристики аэроне­гативов в значи­тельной степени за­висят от выполнения техни­ческих ус­ловий аэрофото­съемки и выбора параметров применяе­мых для аэрофо­тосъемки фотогра­фических материалов и оптических сис­тем. Точность и ка­чество аэроне­гативов, в свою очередь, определяет качество созда­ваемых по ним карт и пла­нов, сроки фотограмметриче­ской обработки, организацию работ и т.п. Для получения пол­ноцен­ных аэронегативов и их эффективного использо­вания необходимо со­гласование летно-съе­мочных работ, и в первую оче­редь их парамет­ров, с организацией всего топографо-геоде­зи­ческого про­изводства.

В отличие от традиционной аэрофотосъёмки цифровая аэрофотосъёмка выполняется по двум технологиям, которые зависят от типа цифровых камер:

· летно-съемочные работы, в которых используют камеры с ПЗС линейками обязательно сочетаются две системы GPS + INS, то есть Глобальная система позиционирования и Инерциальная система, для определения положения изображения ПЗС-линейки в пространстве в каждый момент времени. Эта съёмочная система часто используется также при космических съёмках. Бортовой компьютер и программное обеспечение позволяют интегрировать обработку данных GPS -приёмника и данных INS – инерциальной системы и объединить трансформированное по ним изображение в полные снимки.

В самолётном варианте изменения в высоте платформы, на которой установлена камера, трудно предсказуемы. Поэтому разработан и реализован второй технологический подход – матричный сенсор.

· летно-съемочные работы, выполняемые на основе матричного сенсора (ПЗС – матрица), больше напоминают традиционный аналоговый метод аэрофотосъёмки, когда все элементы матрицы одновременно экспонируются. В этом методе внутри пиксельная геометрия известна и строго определена, по сравнению с линейной технологией, в которой размеры пикселя меняются в зависимости от продольной скорости носителя. В матричной технологии в настоящее время проблема в том, что большие матричные решётки сложны в изготовлении. Поэтому комбинируют: делают большие по площади решётки из нескольких маленьких по площади. Например, из четырёх. Четырех линзовый объектив формирует четыре отдельных изображения, которые трансформируют в центральную проекцию и автоматически стыкуют. Такие снимки обрабатываются по существующим программам аналитической обработки.

- ориентирование камеры относительно осей координат).c, w, aРезультатом цифровой аэрофотосъёмки являются цифровые аэрофото­снимки, а также зафиксиро­ван­ные в полете элементы внешнего ориентирования (линейные - Xs, Ys, Zs – координаты центра фотографирования; угловые -

В соответствии с законами центрального проектирования, по кото­рым строится изо­бра­жение местности, аэронегатив (аэроснимок) содер­жит ряд искажений, величины которых определяются углом на­клона оптической оси аэрофотоаппарата и колебанием рельефа мест­ности. Устранение этих искажений осуществляется в процессе их фо­тограм­метрической об­ра­ботки, и в частности – фотографического или цифро­вого преобразования, называемого трансформированием. В связи с этим использование аэроснимков без их предвари­тельного трансформи­рования для картогра­фического (топографического) обес­печения вы­пол­няемых работ, в том числе в качестве основы ГИС, ог­раничивается влиянием указанных иска­жений.

Показания специальных приборов и оборудования, зафик­сиро­ванные в про­цессе аэрофотосъемки, обеспечивают стабилизацию съемочной ка­меры в полете или последующее опре­деление по ним простран­ст­вен­ного положения аэроснимков в абсолютной или относи­тель­ной сис­теме коор­динат с целью последующего их использования при вы­полне­нии фо­то­грамметрических работ и преобразовании аэро­снимков в планы и карты. К числу таких при­боров относят гироскопы, системы глобального пози­ционирования, оборудование для опре­деле­ния вы­соты полета, пре­выше­ний между центрами фотографирования, а также аэро­нави­гацион­ные сис­темы и др. Наличие указанных данных во многом определяет тех­нологию ка­меральной обработки материалов аэрофото­съемки, сущест­венно влияет на оперативность, точность фо­тограм­метрических по­строений и объ­емы полевых работ по их обес­печению.

Аэрофотосъемочные работы выполняются спе­циали­зированными подразделениями топографо-геодези­ческой или землеустроительной службами на специально оборудованных лет­ных средствах.

2. Метод космической фотосъёмки.

Космическая информация на сегодняшний день становится всё более разнообразной и точной. Возможность её получения, обработки и обновления становится всё более лёгкой и доступной. Широкое применение для космических съёмок нашли электронно-оптические съёмочные системы. Например SPOT 2 используют более 10 лет для картографирования в масштабе 1: 50000 (разрешение на земле в панхроматическом варианте 10 м, у нового SPOT 5 разрешение 2, 5 м; 5 м) и последний обладает возможностью стереообработки. Но у этой системы снимки в стереопаре растянуты по времени. От этого недостатка избавлены стереосистемы, имеющие два или три пучка визирования – вперёд, вниз, назад.

Элементы ориентирования сканера получают из совместного уравнивания орбитальных, наземных и данных навигационной системы. Преимущество снимков, полученных сканерами, перед фотоснимками заключаются в том, что изображения получаются непосредственно в цифровой форме, исключая процессы фотохимической обработки и сканирования. Сдерживает их применение более низкая разрешающая способность, сложный характер геометрических искажений изображений и большое количество информации, которую трудно хранить и передавать.

В настоящее время десятки космических съёмочных систем передают космические снимки высокого разрешения (от 5 м до 0, 6 м) на любую территорию Земли. В России и за рубежом созданы и функционируют банки и архивы данных цифровых снимков всего земного шара. Особенно важна доступность для потребителя этих материалов. Причём та территория России, которая считается у нас засекреченной за рубежом можно получить снимки на неё без всяких ограничений. По системе Интернет можно осуществить оперативный поиск, сделать заказ и получить необходимую информацию, а также заказать проведение съёмок любой территории и получение корректированных снимков в цифровой форме.

Космические снимки высокого разрешения имеют практическое применений в большом количестве коммерческих направлений, таких как картографирование, землепользование, кадастр, сельское и лесное хозяйство, изменение окружающей среды, мониторинг стихийных бедствий.