측지학의 원격탐사 방법. 원격 감지 개념

우리는 러시아 과학 아카데미 우주 연구소 부소장이자 기술 과학 박사인 Evgeniy Lupyan과 함께 지구 원격 감지(ERS)가 무엇인지, 그리고 그것이 어떤 실제 적용에 적용되는지에 대해 이야기했습니다.

스파이 위성의 시대는 끝났습니까?

— Evgeniy Arkadyevich, 지구 표면을 관찰하는 장치가 현재 우주에 몇 대나 있습니까? 그리고 그 중 러시아인은 몇 명입니까?

— 총 400개의 위성이 궤도를 비행하며 특히 원격 감지에 사용됩니다. 2020년에는 1200~1300개가 될 것으로 예상된다. 불행히도 그 중에는 러시아 장치가 거의 없습니다. 단지 9개뿐입니다. 동의합니다. 이것은 그다지 좋은 상황이 아닙니다. 우리나라가 이 분야에서 선두 자리를 차지했지만 포기했던 때가 있었습니다. 이제 우리는 그것을 복원하려고 노력하고 있습니다.

지구의 원격 탐사는 매우 유망한 분야입니다. 왜냐하면 우주에서 행성을 관찰하는 시스템의 역량이 지속적으로 성장하고 있기 때문입니다. 몇 년 전 이 분야에 혁명이 일어났습니다. 미국 회사인 PlanetLab은 200개가 넘는 위성 등 수많은 소형 장치를 우주로 발사했습니다! 그들은 약 3-4 미터의 해상도로 사진을 찍으며 하루 만에 실제로 행성 표면 전체를 덮습니다. 비교를 위해: Canopus 시리즈 장치(현재 궤도에 6개가 있음)를 사용하여 이러한 조사를 수행하려면 몇 달이 걸립니다.

MAKS-2013의 Kanopus-V. 사진: Commons.wikimedia.org / Vitaly V. Kuzmin

지구 원격 탐사의 발전에 영향을 미친 또 다른 중요한 사건은 몇 년 전에 일어났습니다. 그런 다음 미국과 유럽 우주국은 해상도가 10미터보다 낮은 상당량의 데이터에 대한 무료 접근을 허용했습니다. 이를 통해 데이터 작업을 위한 새로운 방법과 기술을 만들 수 있는 가능성이 크게 확대되었습니다. 첫째, 다양한 사물과 현상을 지속적으로 모니터링하기 위함이다. 이전에는 일반적으로 데이터 획득 비용이 높기 때문에 이러한 문제를 해결하는 것이 수익성이 없었습니다.

-지구 표면에 무언가를 숨기는 것은 이미 어려운 일인 것 같습니다. 스파이 위성의 시대는 돌이킬 수 없이 끝났는가?

- 꼭 그런 것은 아닙니다. 물론 그러한 위성의 임무는 남아 있습니다. 기술적으로도 발전하고 있습니다. 그러나 원격탐사 데이터를 사용할 수 있는 완전히 새로운 영역이 등장했습니다.

일기예보의 80%는 우주에서 온 것이다

— 원격 탐사 위성은 어느 고도에서 비행합니까?

— 소위 저궤도는 일반적으로 고도 400~800km의 궤도에 위치합니다. 지구를 한 바퀴 도는 데는 약 90분이 소요됩니다.

고도 36,000km를 비행하는 정지궤도 위성이 있습니다. 보다 정확하게는 날지 않고 항상 한 지점에 매달려 있습니다. 해상도는 그다지 높지 않습니다. 최고의 장치의 경우 500미터가 될 수 있습니다. 하지만 10분마다, 어떤 경우에는 2분마다 관찰이 가능합니다. 이는 빠르게 발전하는 프로세스를 모니터링할 때 매우 중요합니다. 예를 들어, 화산 폭발과 그에 의해 분출되는 화산재 구름의 움직임 뒤에 있습니다.

— 화산을 감시하기 위해 위성이 발사됩니까? 그게 그렇게 중요한가요?

— 모스크바에 사는 사람들에게는 화산에서 배출되는 화산재가 아마도 별것 아닌 것처럼 보일 것입니다. 그러나 이것은 지구상의 다른 곳으로 비행하기 위해 비행기 표를 구입해야 할 때까지입니다. 2010년 아이슬란드 화산 폭발로 인해 유럽 영공이 며칠 동안 항공 여행이 폐쇄되었음을 상기시켜 드립니다.

지구 원격 감지에는 수많은 응용 분야가 있습니다. 이는 화산 폭발뿐만 아니라 화재, 홍수, 허리케인 등 자연 재해를 모니터링하고 예측하는 것입니다. 이것은 일기 예보입니다. 이러한 목적으로 사용되는 정보의 80%는 우주에서 얻습니다.

예를 들어 이것은 농업입니다. 위성의 도움으로 작물의 상태, 토양 특성(습도, 침식)을 평가하고 특정 분야에서 최대 수확량을 달성하기 위해 작물을 어떻게 가공해야 하는지 분석합니다(소위 정밀 농업 작업). 위성은 지구의 여러 지역에서 시간이 지남에 따라 특정 농작물이 어떻게 발달하는지 이해하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어 밀. 일련의 위성 이미지를 보고 이를 전년도 관측치와 비교함으로써 우리는 무엇보다도 특정 연도의 수확량을 조기에 추정할 수 있습니다.

임업을 살펴보겠습니다. 위성 모니터링 없이는 상상할 수 없습니다. 숲이 우리나라에 어떤 의미인지 상기시켜주는 것은 아마도 가치가 없을 것입니다. 최신 위성 방법을 사용하면 숲 지도를 작성하고, 화재를 모니터링하고, 신속하게 감지하고, 진화 활동을 최적화할 수 있습니다. 전국적으로 유사한 문제를 해결하는 시스템이 2005년에 만들어졌습니다. 그 이후로 그것은 지속적으로 작동해 왔습니다.

그리고 그것은 당신을 심장 마비로부터 구해줄 것입니다

“위성이 바다의 물고기 떼까지 추적한다고 들었습니다. 이것이 사실입니까?

- 직접 추적하지는 않습니다. 거기에는 다음 구성표가 사용됩니다. 물고기는 플랑크톤을 먹는 것으로 알려져 있습니다. 위성을 통해 플랑크톤의 양, 색상 및 기타 특성을 명확하게 확인할 수 있습니다. 그리고 이 데이터를 바탕으로 우리는 물고기가 이 지역에 올지 여부를 추측할 수 있습니다. 이에 따라 어선에 통보할 수 있습니다.

지구 원격 감지 기술은 이미 주거용 건물의 에너지 손실을 측정할 수 있는 수준에 도달했습니다. 세부적인 수준에서! 그리고 이는 에너지 및 유틸리티 회사에 새로운 기회를 열어줍니다. 얻은 정보를 이용하여 건물의 단열 구조를 변경할 수 있습니다.

최근에 러시아 과학 아카데미 환경 안전 연구 센터의 동료들은 상트페테르부르크에 관해 매우 흥미로운 사실을 알게 되었습니다. 그곳에서 다양한 영역에서 열 방출을 측정했습니다. 그런 다음 그들은 다양한 기후 변화 시나리오를 취하여 특정 도시 지역에서 심혈관 질환으로 인한 사망률이 증가할 것이라는 예측을 얻었습니다. 다음은 지구의 원격 감지가 의료 계획에 대한 정보를 제공할 수 있는 방법에 대한 예입니다. 적시에 취해진 조치는 특정 사람들의 생명을 구하는 데 도움이 될 것입니다.

— 너무 더운 곳에서 시원한 곳으로 옮겨질까요?

— 덜 급진적인 조치가 있습니다. 거기에 나무를 심고 특수 반사 페인트로 집 지붕을 칠할 수 있습니다. 아니면 그냥 흰색.

— 우리는 원격탐사 위성의 수 측면에서 미국과 중국에 크게 뒤쳐져 있습니다. 당신은 우리가 9개밖에 없다고 말했는데, 어떤 면에서는 이 분야에서 우리가 우선권을 갖고 있습니까?

- 그랬어요. 이미 말했듯이, 이제 많은 외국 기업들이 자신들의 데이터에 접근할 수 있게 되었고 정보를 무료로 제공하고 있습니다. 그리고 러시아에는 프로그래밍과 데이터 처리에 관한 아주 좋은 학교가 있습니다. 우리는 공개적으로 사용 가능한 데이터에서 특정 특성을 얻고 이를 분석하여 다양한 문제를 해결하는 데 사용할 수 있는 알고리즘을 만들었습니다.

다양한 원격 감지 시스템의 대규모 데이터 흐름을 효과적으로 처리할 수 있는 새로운 기술이 국내에서 매우 빠르게 발전하고 있습니다. 이 데이터 아카이브를 통해 분산 작업을 제공하는 센터를 만드는 데 진전이 있었습니다. 예를 들어, 러시아 과학 아카데미 우주 연구소에 이러한 공동 사용 센터가 만들어졌습니다. 우리 나라뿐만 아니라 우리 나라의 여러 도시에 위치한 약 80개의 과학 기관이 그 능력을 활용하고 있습니다.

기능적인 측면에서 우리 센터는 비록 상위 3개 센터 중 하나는 아니지만 확실히 세계 상위 5개 유사한 센터 중 하나입니다. 물론 순전히 하드웨어 측면에서는 Google, Amazon과 경쟁하기는 어렵습니다. 우선, 개발 센터에 할당하는 재정 자원이 비교할 수 없기 때문입니다. 그러나 이로 인해 우리는 새로운 접근 방식과 솔루션을 찾게 됩니다. 그리고 우리는 그들을 찾습니다.

RF 연방 주 예산 교육 기관 "VORONEZH STATE UNIVERSITY"의 고등 전문 교육 기관의 교육 과학부

원격

지질 시대의 지구 탐사

연구

대학 교과서

편집자: A. I. Tregub, O. V. Zhavoronkin

보로네시 주립대학교 출판 및 인쇄 센터

검토자: 지질 및 광물학 후보자, 광물 자원 및 하층토 이용과 부교수 Yu.N. Strik

교과서는 보로네시 주립대학교 지질학부 일반 지질학 및 지구역학부에서 작성되었습니다.

Voronezh State University 지질 학부의 풀타임 및 파트타임 학생에게 "지구 원격 감지", "암석권에 대한 항공우주 연구", "항공우주 방법" 과정을 공부할 때 권장됩니다.

방향: 020300 – 지질학


소개 ................................................. .... ............................................. .......... ...
1. 기술 장비 및 기술
항공우주 이미지................................................................................
1.1. 항공 사진............................................ ......... .................................................
1.2. 우주 사진............................................ ......... .................................
1.3. 우주 영상 시스템의 간략한 특징
일부 국가.......................................................... ... ......................................
2. 원격 감지 재료
지질 연구에서의 지구................................................
2.1. 지구 원격 탐사의 물리적 기반........
2.2. 지구 원격탐사 재료..................................
2.3. 리모콘 소재 가공 및 변환
지구 감지........................................................... ........ ................................
2.4. 디지털 구호의 처리 및 변환................................................
2.5. 재료 처리 및 분석을 위한 소프트웨어 패키지
지구 원격 감지.......................................................... ......................... ...
3. 디코딩의 방법론적 기초
원격 감지 재료
지구 ................................................. .... ............................................. .......... ..........
3.1. 자료 해독의 일반 원칙
원격 감지................................................ .........................
3.2. 암호 해독 기능.......................................................... ......... ..............
3.3. 복호화 방법................................................................. ................ ................
4. 물질의 지질학적 해석
원격 감지...............................................
4.1. 기반암 해독.................................................. ................... ..
4.2. 4차 형태의 해독.....................................................
4.3. 지형학적 해석.......................................................................... ....
5. 원격 자료의 적용
지질학적 기간 동안 지구 탐사
매핑 및 검색 작업.....................................
5.1. 지질학용 원격탐사 재료
매핑........................................................... ....... ..................................................
5.2. 원격탐사재료
예측 및 검색 연구에서.......................................................... ...............
문학 ................................................. ... ................................................... ....

소개

지구 원격 감지(ERS) 지구 표면의 특성, 공기 및 물 껍질의 상태, 지구 물리학에 대한 정보를 얻을 수 있는 다양한 센서(센서)가 장착된 항공 및 우주선의 도움으로 우리 행성을 연구하는 것입니다. 필드. 원격탐사 재료는 국가 경제의 다양한 분야에서 사용됩니다. 그들은 또한 지질학 연구에서도 매우 중요합니다.

원격탐사 방법 개발의 역사

(MDZ)는 일반적으로 1783년에 몽고피에 형제의 기구가 최초로 발사되면서 시작됩니다. 이는 지구 표면에 대한 항공시각 관측의 시작을 알렸습니다. 1855년에 약 300m 높이에서 찍은 최초의 풍선 사진이 파리 시의 정확한 계획을 그리는 데 사용되었습니다. 지질학적 목적으로 높은 봉우리에서 알프스를 촬영하는 방법은 프랑스 지질학자 Emme Civilier(1858~1882)에 의해 처음 사용되었습니다.

항공촬영의 시작 러시아에서는 날짜가 거슬러 올라갑니다

1866년 A.M. Kovalko 중위가 600~1000m 고도의 열기구에서 상트페테르부르크와 크론슈타트를 촬영했습니다. 지형 지도를 작성하고 천연자원을 연구하기 위한 러시아의 체계적인 조사는 민간 항공의 탄생과 함께 1925년에 시작되었습니다. 이러한 목적을 위해 1929년

V 항공 사진 연구소가 레닌그라드에 설립되었습니다. 창설의 창시자이자 첫 번째 감독은 Academician Alexander Evgenievich Fersman이었습니다. 1938년부터 항공촬영 자료의 사용이 의무화되었습니다.지질 조사 작업. 40년대에는 지질위원회 산하 항공사진지질학 탐험대가 창설되었으며, 1949년에 All-Union Aerogeological Trust(VAGT)로 전환되었으며 나중에 재조직되었습니다.

V 연구와 생산지질학 협회 "Aerogeology"(현재 연방 국가 단일 기업 "Aerogeology"). 동시에, 항공법 연구소 "LAEM"이 설립되었습니다(현재는 "우주-항공지질학 방법 연구소" - 국가 단일 기업 "VNIIKAM"). 이들의 활동 결과, 1957년까지 소련 전 영토에 대한 소규모 조사가 이루어졌고, 1:1,000,000 축척의 국가 지질도가 편찬되었습니다.

새로운 유형의 지역 연구 도입: 그룹 지질 조사(GGS) 및 항공 사진 지질 지도 작성(AFGK); 분광 구역, 열 및 레이더 조사가 나타났습니다. 항공 방법의 개발은 지구의 원격 감지를 새로운 질적 수준, 즉 우주에서 지구를 연구하는 전환으로 미리 결정했습니다.

우주 비행의 발전특히 높은 (약 200km) 고도에서 지구 표면을 촬영하는 데 사용되는 탄도 미사일 개발로 시작되었습니다. 첫 번째 이미지는 1946년 10월 24일 미국 화이트샌즈 시험장에서 준궤도 궤도로 발사된 V-2 로켓(독일 Fau-2 로켓)을 사용하여 촬영되었습니다. 지구 표면은 약 120km 상공에서 흑백 사진 필름에 35mm 필름 카메라로 촬영되었습니다. 50년대 말까지 지구 표면 사진 촬영은 주로 군사 목적으로 여러 나라에서 탄도 미사일을 사용하여 수행되었습니다.

세계 최초의 인공지구위성(AES) - PS-1(가장 간단한 위성 - 1)이 발사됐다. R-7(스푸트니크) 탄도 미사일은 궤도 발사에 사용되었습니다. 위성의 질량은 83.6kg, 직경은 0.58m, 공전주기는 96.7분이다. 근지점 – 228km, 원지점 – 947km. 위성은 공 모양이었고 2개의 안테나와 무선 송신기(비콘)가 장착되었습니다. 그것은 지구 주위를 1440번의 궤도를 돌았고, 1958년 1월 4일에 대기의 조밀한 층에 들어가 더 이상 존재하지 않게 되었습니다. 비행 중에 상층 대기의 구조에 대한 새로운 정보가 얻어졌습니다.

1957년 12월 6일 미국에서 Jpiter-C 로켓을 사용하여 Vangard-1 위성을 발사하려는 첫 번째 시도는 사고로 끝났습니다. 두 번째 시도(1958년 2월 1일)에서 동일한 로켓이 Explorer-1 위성을 궤도로 발사했습니다. 위성은 시가 모양이었고 무게는 13kg이었습니다. 기내에는 미세운석과 방사선 수준을 기록하는 장비가 있었습니다. 그것의 도움으로 지구의 방사선 벨트가 발견되었습니다. 위성은 지구 주위를 5만 8천 바퀴 돌다가 1970년 3월 31일 대기권에서 불타버렸다. 궤도 매개변수: 원지점 – 2548km, 근지점 356km. 1958년 5월 23일까지 활성 모드로 작동했습니다. 1959년 8월 7일, 익스플로러 6호가 미국에서 발사되어 우주에서 지구의 최초의 텔레비전 이미지를 전송했습니다. 최초의 기상 관측 위성(Tiros-1)은 1960년 4월 1일 미국에서 발사되었습니다. 비슷한 위성

1965년 11월 26일 프랑스는 아스테릭스 1호 위성을 발사했습니다. 1970년 2월 11일 일본은 오스미 위성을 궤도에 진입시켰다. 같은 해 4월 24일 중국은 우주강국(동방홍위성)이 되었다. 영국은 1971년 10월 28일 첫 위성 프로스페로(Prospero)를 발사했고, 인도는 1980년 7월 18일 첫 위성 로히니(Rohini)를 발사했다.

유인 우주 비행은 1961년 4월 12일 Yuri Alekseevich Gagarin에 의해 시작되었습니다. 배 "Vostok"에서 그리고 같은 해 8월 6일에독일 스테파노비치 티토프 그는 처음으로 유인 보스토크 우주선에서 지구를 촬영했습니다. 러시아 우주 비행에서는 코스모스 시리즈 위성이 매우 중요했습니다. 이 시리즈 위성의 첫 번째 발사는 1962년 3월 16일에 이루어졌으며, 2007년까지 다양한 목적을 위한 2,400개의 위성이 이미 발사되었습니다. 대략 3년마다 250개의 코스모스 시리즈 위성이 궤도로 발사되었습니다. 그들 중 상당 부분은 자원 연구를 수행하기 위한 장비를 갖추고 있었습니다. 그들의 도움으로 소련 전체 영토에 대한 고품질 우주 사진을 얻었습니다. 현대 러시아 위성 집합체에는 다양한 목적을 위한 110개 이상의 장치가 포함되어 있습니다. 시리즈 위성 사용만으로 인한 경제적 효과"리소스-0" 약 12 억 루블에 달했습니다. 연간 및 Meteor 및 Electro 시리즈의 위성-100 억 루블. 년에.

현재 러시아와 미국 외에도 프랑스, 독일, 유럽 연합, 인도, 중국, 일본, 이스라엘 등 국가에서 자체 위성 시스템을 보유하고 있습니다.

1. 항공우주 이미징의 기술 도구 및 기술

항공 사진 기술은 지구 원격탐사 개발에서 우주 영상 기술보다 앞선다. 우주에서 지구를 원격 감지하는 개발의 초기 단계에서는 항공 사진을 수행하기 위한 많은 기술이 이전되었지만 우주 연구가 발전함에 따라 새로운 도구와 새로운 기술이 등장했습니다. 이 경우 원격탐사 데이터 처리를 위한 컴퓨터 기술의 형성과 급속한 발전이 무엇보다 중요했다.

1.1. 항공 사진

지구 표면의 항공 사진 촬영은 할당된 작업에 따라 비행기, 헬리콥터, 풍선, 전동 행글라이더, 무인 항공기를 사용하여 수행할 수 있습니다. 사진, 열, 레이더 및 다중 스펙트럼 항공 사진이 있습니다. 지질도 작성을 위한 사진측량(항공사진)은 정보량이 가장 많을 뿐만 아니라, 그 실시 과정에서 다양한 규모, 다양한 지역의 상당한 양의 항공사진 자료가 축적되었기 때문에 가장 중요하다. . 따라서 지질조사업무를 수행할 때에는 새로운 항공사진 제작을 주문하는 것보다 기금에 이미 보유되어 있는 항공사진자료를 이용하는 것이 경제적으로 타당할 수 있다.

해당 지역의 항공 사진은 다양한 목적으로 사용되며, 그 중 가장 중요한 것은 지형도 편집 및 수정과 지질 연구입니다. 항공 사진은 지점, 경로 및 영역이 될 수 있습니다. 점 촬영은 점 물체를 연구할 때 수행됩니다. 경로 조사는 주어진 선(해안선, 강바닥 등)을 따라 수행됩니다. 지역 측량은 일반적으로 지형도의 틀에 따라 결정되는 특정 지역 내에서 수행됩니다. 촬영 시 중요한 요구 사항은 인접한 이미지의 영역이 겹쳐야 한다는 것입니다. 경로 선을 따라 - 세로 방향 겹침은 최소 60%, 경로 간(가로 겹침) - 최소 30%여야 합니다. 지정된 비행 고도도 유지되어야 합니다. 스테레오 효과(해당 영역의 3차원 이미지)를 얻으려면 이러한 매개변수를 준수해야 합니다.

항공 사진은 계획과 관점이 가능합니다. 지형 문제를 해결하기 위해 설계된 계획된 항공 사진은 수평면에서 이미지 평면의 최대 편차에 대한 요구 사항이 증가하는 것이 특징입니다. 평면 사진과 결합된 투시 사진은 경사가 급한 고산 지역의 지질 구조를 연구하는 데 매우 유용합니다.

러시아 영토 내 항공 사진의 경우 An-2, An-28 FC, An-30, Tu-134 SH 항공기가 가장 자주 사용됩니다.

60년 넘게(기네스북에 등재된 기록!) 주요 항공기는 An-2(항공 사진 수정 버전인 An-2F)였습니다(그리고 지금도 그렇습니다). 신뢰성이 높고,

항공 사진 촬영 조건을 충족하는 기술 매개변수: 이륙 시 활주로 길이가 200m 이하이고 착륙 시 120m 이하인 비포장 비행장을 사용할 수 있는 가능성 최대 비행 고도 5200m(서비스 천장 4500m) 1000마력의 경제적인 피스톤 엔진. 와 함께.; 비행 속도 150~250km/시간 비행 범위(990km)로 넓은 지역에 대한 측량을 수행하기에 충분합니다. 동체의 부피가 커서 장비를 자유롭게 배치할 수 있고 승무원 3명(운전자 포함)이 가능합니다.

1974년부터 특수 An-30 항공기가 사용되었습니다. 발전소는 각각 2820마력의 출력을 지닌 두 개의 터보프롭 엔진으로 구성됩니다. s. 및 추가 500 마력 제트 엔진. 와 함께. 항공기의 순항 속도는 435km/h, 최대 비행 고도는 8300m, 항속 거리는 1240km, 콘크리트 활주로에서의 이륙 거리는 720m, 평균 연료 소비량은 855kg/시간입니다. 항공기의 최대 이륙 중량은 23톤이며, 사진 장비 중량은 650kg입니다. 승무원(운영자 포함)은 7명으로 구성됩니다. 항공촬영은 1:3,000부터 1:200,000까지의 규모로 진행되며, 현재 공군(Air Force)이 처리할 수 있는 이 유형의 차량은 10대 이하입니다. An-28 FC 항공기는 비슷한 특성을 가지고 있습니다.

Tu-134 CX 농업용 항공기는 1984년에 개발되었습니다. 이 항공기에는 사이드 스캔 레이더(RLS)가 장착되어 있습니다. 특수 내비게이션 컴플렉스인 "마야크(Mayak)"와 자동 제어 시스템은 주어진 코스를 유지하고 주어진 프로그램에 따라 해당 지역의 사진을 찍습니다. 5개의 온보드 카메라를 사용하면 무선 주파수, 가시광선 및 적외선 범위에서 촬영할 수 있습니다. 기내에는 특수 장비, 제어판 및 사진 실험실(비행 중 사진 자료 처리용)을 갖춘 9개의 워크스테이션이 있습니다. 한 번의 여행(4.5시간)으로 100×100km의 면적을 촬영할 수 있습니다(10,000km²는 1:200,000 척도의 두 지형판의 대략적인 면적입니다).

항공 사진은 특수 광각을 사용하여 수행됩니다.

카본 카메라, 항공기 동체 해치에 설치됩니다. 자이로시스템은 카메라를 수평면에 고정하는 데 사용됩니다. 필름은 30m 또는 60m 용량의 특수 카세트에 넣고 카메라 매개 변수에 따라 필름 너비는 18cm 또는 30cm입니다.

이 장비에는 특정 촬영 노출과 필름 되감기 모드를 제공하는 시간 릴레이(시계 메커니즘)도 포함되어 있습니다. 현재 "Uran" 시리즈 렌즈가 장착된 카메라가 가장 많이 사용됩니다. 초점 거리 250mm, 시야각 54°, 프레임 크기 180 × 180mm("Uran-9") 및 초점 거리 750mm, 프레임 크기 300 x 300mm(“Uran-16”).

최근에는 항공 사진 촬영에 디지털 촬영 시스템이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. . 일반적으로 디지털 CA는

이 조치는 작동 시 더 안정적이고 기술 프로세스 기간을 크게 단축하며 디지털 이미지에 "거친 느낌"이 없습니다. 가시광선 및 근적외선 범위에서 전색성, 컬러 및 분광 영역 이미지를 얻을 수 있는 기능을 제공합니다. 촬영 간격은 1초 미만으로 최대 80~90%까지 세로로 겹치는 대규모 촬영이 가능합니다. 다양한 시스템의 디지털 항공 카메라의 일반적인 특성 중에서 매트릭스 또는 선형 유형의 방사선 수신기의 사용을 지적해야 합니다. 합성 프레임(와이드 포맷 카메라용) – 시스템의 결과 프레임은 일련의 서브프레임, 해당 행렬 또는 선형 수신기로 구성됩니다. GPS/INS 지원 – 항공 카메라 좌표계(외부 방향 요소)의 공간 및 각도 좌표는 관성 항법 도구와 GPS 또는 GLONASS 위성 위치 확인 시스템을 사용하여 결정됩니다.

레이더(Radar) 항공촬영 도움을 받아 수행

항공기에 설치된 측면 감시 레이더 시스템(RLSSO)의 모습입니다. 마이크로파 방사선 소스에서 신호는 지구 표면으로 향하고 표면에서 반사되어 수신 안테나로 반환됩니다. 특수 프로그램을 사용하여 반사된 신호를 기록하면 지구 표면의 사진 이미지로 변환됩니다.

1.2. 우주 사진

최근 몇 년 동안 지구 표면의 우주 사진 촬영은 지구 원격 탐사의 독립적인 분야가 되었습니다. 우주 감지 시스템에는 저궤도에 필요한 장비를 전달하는 차량, 우주 플랫폼 - 캐리어 등 몇 가지 중요한 요소가 포함됩니다.

이 정보를 수신, 처리하고 소비자에게 전달하기 위한 감시 장비, 센서(센서), 정보 전송 시설 및 지상 센터.

주요 배송 수단이 필요합니다.

저지구 궤도를 위한 가장 일반적인 장비는 다양한 등급의 로켓입니다. 소련에서 가장 초기의 것은 3단 경보스토크 미사일이었다. 그들의 도움으로 유인 비행이 수행되고 코스모스 시리즈의 인공 지구 위성(AES)이 발사되었으며 달 관측소가 발사되었습니다. 또한 이 클래스에서는 서비스가 중단된 많은 발사체, 특히 Energia-Buran 시스템의 상위 단계 요소로 사용되는 Zenit 미사일이 널리 사용됩니다.

탑재량 약 7톤의 3단 Soyuz 중형 로켓이 Prognoz 및 Molniya 위성 발사를 위해 이를 기반으로 제작된 4단 Molniya 로켓과 함께 성공적으로 사용되었습니다.

거의 반세기 전에 제작된 탑재량 20톤 이상의 다단계 중형 로켓 '프로톤'은 태양계 행성인 달 탐사, 유인 발사 등 다양한 목적으로 사용되었으며 현재도 사용되고 있습니다. "Salyut", "Mir" 스테이션을 지구 근처 궤도로, 위성 "Horizon", "Rainbow", "Screen" 등의 정지 궤도로

안에 1987년 5월 재사용 가능한 우주선 "Energia-Buran"을 만드는 프로그램 개발과 관련하여 도입되었습니다.

V 발사 중량이 2000톤 이상이고 탑재 용량이 약 200톤인 Energia급 2단 초중형 로켓의 작동. 이 로켓을 사용하여 재사용 가능한 우주선을 지구 저궤도로 발사하는 것 외에도 다른 화물을 운반하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이는 Energia-Buran 시스템과 목적이 유사한 미국 우주 왕복선 시스템을 구별합니다.

가장 많이 사용되는 외국 미사일은 델타(미국)와 아리안(프랑스) 시리즈 미사일이다.

인공위성 외에도 궤도 관측소(Salyut-4, 5, 6, Mir)와 Soyuz 시리즈의 유인 우주선이 러시아의 자원 연구에 사용되었습니다.

안에 미국에서는 우주 왕복선 프로젝트가 우주 연구에서 중요한 역할을 했습니다. 이 프로젝트는 처음에 군사 센터에서 개발되었습니다.

지구 원격 감지(ERS)- 비접촉 방법을 사용하여 지구 표면과 그 위의 물체, 대기, 해양, 지각 상층에 대한 정보를 얻습니다. 이 방법에서는 기록 장치가 연구 대상에서 상당한 거리에서 제거됩니다. 원격 탐사의 일반적인 물리적 기초는 물체 자체 또는 반사된 복사의 기록된 매개변수와 생물지리학적 특성 및 공간 위치 간의 기능적 관계입니다.

원격 감지의 현대적인 모습에서는 자연 과학(원격 감지)과 공학(원격 방법)이라는 두 가지 상호 연관된 방향이 구별되며 이는 널리 사용되는 영어 용어에 반영됩니다. 원격 감지그리고 원격 감지 기술.원격 감지의 본질을 이해하는 것은 모호합니다. 모스크바대학교 항공우주학교. M.V. Lomonosov는 과학 분야로서 원격 감지의 주제로서 자연 및 사회 경제적 물체의 시공간적 특성과 관계를 고려하며, 자체 또는 반사 방사선에서 직접 또는 간접적으로 나타나며 우주 또는 공중에서 원격으로 기록됩니다. 2차원 이미지의 형태 - 스냅샷 . 원격탐사의 이 필수적인 부분을 항공우주 측심(ASS), 이는 전통적인 공중 방법과의 연속성을 강조합니다. 항공우주 측심 방법은 실습에서 알 수 있듯이 지구 표면에 대한 포괄적인 연구를 위한 가장 큰 기회를 제공하는 이미지 사용을 기반으로 합니다.

모든 국가에서 군부처의 요청은 항공우주 감지 개발을 위한 효과적인 인센티브 역할을 합니다. 우주 방법과 현대 디지털 기술의 도입으로 항공우주 감지는 경제적으로 점점 더 중요해지고 있으며 자연사 대학의 고등 교육의 필수 요소가 되어 개별 구성 요소에 대한 지역 연구에서 글로벌 연구에 이르기까지 지구를 연구하는 강력한 수단으로 변모하고 있습니다. 행성 전체에 대한 연구. 따라서 항공우주 측심의 다양한 측면을 제시할 때에는 모든 지구과학, 특히 지리학 분야에서 효과적으로 활용되는 연구 방법으로 고려해 보는 것이 바람직하다.

항공우주 센싱의 역사와 현황

원격탐사 기술은 오랫동안 지구 연구에 사용되어 왔습니다. 처음에 사용됨 손으로 그린 그림, 연구 대상 물체의 공간적 위치를 기록했습니다. 사진의 발명과 함께 투시 사진을 사용하여 산악 지역의 지도를 그리는 지상 기반 광경위 사진이 등장했습니다. 항공 발전 제공 항공 사진위에서 본 지역의 이미지를 계획에 포함합니다. 이것은 지구 과학에 강력한 연구 도구인 항공 방법을 제공했습니다.

항공우주 방법 개발의 역사를 보면 과학과 기술의 새로운 발전이 이미지 획득 기술을 개선하는 데 즉시 사용된다는 것을 알 수 있습니다. 이는 컴퓨터, 우주선, 전자 이미징 시스템과 같은 혁신이 전통적인 항공 사진 촬영 방식에 혁명적인 변화를 가져온 20세기 중반에 일어났습니다. 항공우주 감지가 탄생했습니다. 위성 이미지는 지역 및 글로벌 수준의 문제를 해결하기 위한 지리정보를 제공했습니다.

현재 항공우주 감지의 점진적인 발전에서 다음과 같은 추세가 분명하게 드러납니다.

인터넷에 즉시 게시되는 우주 이미지는 전문가는 물론 일반 대중 모두에게 해당 지역에 대한 가장 인기 있는 영상 정보로 자리잡고 있습니다.
개방형 공간 이미지의 해상도와 미터법 특성은 빠르게 향상되고 있습니다. 초고해상도 궤도 이미지(미터, 심지어 데시미터)가 널리 보급되어 항공사진과 성공적으로 경쟁하고 있습니다.
아날로그 사진 이미지와 이를 처리하는 전통적인 기술은 이전의 독점 가치를 잃어가고 있습니다. 주요 처리 장치는 전문 소프트웨어와 주변 장치를 갖춘 컴퓨터였습니다.
전천후 레이더의 개발은 이를 계량적으로 정확한 공간 지리정보를 얻기 위한 진보적인 방법으로 전환시켰으며, 이는 항공우주 감지의 광학 기술과 효과적으로 통합되기 시작했습니다.
다양한 항공우주 지구 감지 제품 시장이 빠르게 성장하고 있습니다. 궤도에서 작동하는 상업용 우주선, 특히 외국 우주선의 수는 꾸준히 증가하고 있습니다. 가장 널리 사용되는 이미지는 자원 위성 시스템 Landsat(미국), SPOT(프랑스), IRS(인도), 매핑 위성 ALOS(일본), Cartosat(인도), 초고해상도 위성 Ikonos, QiuckBird, GeoEye(미국)에서 얻습니다. ), 레이더 TerraSAR-X 및 TanDEM-X(독일)를 포함하여 직렬 간섭계 측량을 수행합니다. 우주 감시 위성 RapidEye(독일) 시스템이 성공적으로 운영되었습니다.

지구 원격 탐사의 개략적 흐름도

쌀. 1

그림 1은 항공우주 연구의 기본 다이어그램을 요약한 것입니다. 여기에는 주요 기술 단계가 포함됩니다. 연구 대상의 이미지 획득 및 이미지 관련 추가 작업(디코딩 및 사진 측량 처리, 연구의 최종 목표), 이미지에서 편집된 지도, 지리 정보 시스템 및 발전된 예측. 대부분의 경우 현장 정의가없는 사진만으로는 "세상의 진실"을 참조하지 않고 연구 대상의 필요한 특성을 얻는 것이 불가능하므로 표준화가 필요합니다. 이미지 연구의 중요한 요소는 얻은 결과의 신뢰성과 정확성을 평가하는 것입니다. 그러기 위해서는 다른 정보를 끌어와서 다른 방법으로 처리해야 하므로 추가 비용이 발생합니다.

스냅샷 - 항공우주 감지의 기본 개념

항공우주 이미지- 다양한 항공 및 우주 캐리어가 사용되는 항공 우주 측량의 주요 결과(그림 2). 항공우주사진은 다음과 같이 분류됩니다. 수동적인, 반사된 태양광 또는 지구 자체 방사선의 등록을 제공합니다. 활동적인, 반사된 인공 방사선의 등록이 수행됩니다.

쌀. 2

항공우주 이미지는 실제 물체의 2차원 이미지로, 물체의 밝기를 원격으로 기록하여 특정 기하학적 및 방사성(측광) 법칙에 따라 획득되며 가시적이거나 숨겨진 물체, 주변 세계의 현상 및 프로세스를 연구하기 위한 것입니다. , 공간적 위치를 결정합니다.

현대 항공우주 이미지의 스케일 범위는 엄청납니다. 1:1000에서 1:100,000,000, 즉 10만 배까지 다양할 수 있습니다. 동시에 항공 사진의 가장 일반적인 축척은 1:10,000~1:50,000 범위에 있고 우주 사진의 축척은 1:200,000~1:10,000,000입니다. 모든 항공우주 사진은 일반적으로 다음과 같이 나뉩니다. 비슷한 물건(보통 사진) 그리고 디지털(전자). 디지털 사진의 이미지는 개별적으로 동일한 요소들로 구성됩니다. 픽셀(영어로부터 그림 요소— 픽셀); 각 픽셀의 밝기는 하나의 숫자로 표시됩니다.

지형의 정보 모델인 항공우주 이미지는 회화적, 방사성(광도계) 및 기하학적 속성을 포함한 다양한 속성을 특징으로 합니다. 괜찮은속성은 물체의 미세한 디테일, 색상 및 색조 그라데이션을 재현하는 사진의 능력을 특징으로 하며, 방사성이미지로 물체 밝기의 정량적 기록의 정확성을 나타냅니다. 기하학적사진을 통해 물체의 크기, 길이, 면적 및 상대적 위치를 결정할 수 있는 가능성을 특징으로 합니다.

이미지의 중요한 지표는 적용 범위와 공간 해상도입니다. 일반적으로 연구에는 넓은 범위의 고해상도 이미지가 필요합니다. 그러나 단일 이미지에서는 이러한 상충되는 요구 사항을 충족하는 것이 불가능합니다. 일반적으로 결과 이미지의 적용 범위가 클수록 해상도는 낮아집니다. 따라서 매개변수가 다른 여러 시스템을 사용하여 절충하거나 동시에 촬영해야 합니다.

항공우주 영상 획득 기술 및 주요 유형

항공우주 사진 촬영은 빛(가시광선, 근적외선, 중적외선), 열적외선 및 무선 범위 등 다양한 스펙트럼 범위의 방사선을 사용하여 대기 투명 창(그림 3)에서 수행됩니다.

쌀. 삼

각각은 서로 다른 이미지 획득 기술을 사용하며 이에 따라 여러 유형의 이미지가 구별됩니다(그림 4).

그림 4

빛 범위의 이미지는 사진과 스캐너로 나뉘며, 이는 다시 광학-기계적 스캐닝(OM-스캐너)과 전하 결합 소자(CCD-스캐너) 기반의 선형 방사선 수신기를 사용하는 광학-전자로 구분됩니다. 이러한 이미지는 밝기, 스펙트럼 밝기 등 물체의 광학적 특성을 표시합니다. 다중 스펙트럼 촬영 원리를 적용하면 이 범위에서 다중 스펙트럼 이미지가 얻어지며, 많은 수의 촬영 영역(초분광 영역)을 사용하여 촬영 대상 개체의 스펙트럼 반사율과 스펙트럼 밝기를 기반으로 사용됩니다.

열 복사 수신기를 사용하여 측량(열 측량)을 수행하여 열적외선 이미지를 얻습니다. 무선 범위에서의 사진 촬영은 수동적 방법과 능동적 방법을 모두 사용하여 수행되며, 이에 따라 이미지는 연구 대상 물체의 자체 방사선을 기록하여 얻은 마이크로파 방사 측정과 전송 된 반사 무선 방출을 기록하여 얻은 레이더 이미지로 나뉩니다. 캐리어에서-레이더 사진.

이미지에서 정보를 얻는 방법: 해석 및 사진측량 측정

연구에 필요한 정보(주제 관련 및 기하학)는 두 가지 주요 방법인 디코딩 및 사진 측량 측정을 통해 이미지에서 추출됩니다.

주요 질문에 답해야 하는 암호 해독 - 무엇그림에 표시된 것을 통해 연구 중인 개체 또는 프로세스, 주변 개체와의 연결에 대한 실질적이고 주제별(주로 질적) 정보를 얻을 수 있습니다. 시각적 해석에는 일반적으로 사진을 읽고 해석(해석)하는 작업이 포함됩니다. 사진을 읽는 능력은 해독 가능한 사물의 특징과 사진의 시각적 특성에 대한 지식에 기초합니다. 해석적 해독의 깊이는 연주자의 훈련 수준에 따라 크게 달라집니다. 해독자가 연구 주제를 더 잘 알수록 이미지에서 추출된 정보는 더 완전하고 신뢰할 수 있습니다.

사진 측량 처리(측정)은 다음 질문에 답하기 위한 것입니다. 어디연구 중인 물체의 위치를 확인하고 기하학적 특성은 무엇입니까: 크기, 모양. 이를 위해 이미지가 변환되고 해당 이미지가 특정 지도 투영으로 가져옵니다. 이를 통해 이미지에서 물체의 위치와 시간 경과에 따른 변화를 확인할 수 있습니다.

이미지에서 정보를 얻는 최신 컴퓨터 기술을 통해 다음과 같은 문제 그룹을 해결할 수 있습니다.

디지털 이미지의 시각화;
수정을 포함한 이미지의 기하학적 및 밝기 변환;
기본 이미지로부터 새로운 파생 이미지를 구성합니다.
물체의 정량적 특성 결정;
이미지의 컴퓨터 해석(분류).

컴퓨터 디코딩을 수행하기 위해 다중 스펙트럼 이미지에 의해 기록된 스펙트럼 밝기 세트인 스펙트럼 특징을 기반으로 하는 가장 일반적인 접근 방식이 사용됩니다. 컴퓨터 이미지 디코딩의 공식적인 작업은 분류, 즉 디지털 이미지의 모든 픽셀을 여러 그룹으로 순차적으로 "정렬"하는 것입니다. 이를 위해 훈련이 있거나 없는 두 가지 유형의 분류 알고리즘 또는 클러스터링(영어 클러스터-클러스터, 그룹)이 제안됩니다. 감독 분류에서는 다중 스펙트럼 이미지의 픽셀이 각 스펙트럼 영역의 밝기와 기준 값의 비교를 기반으로 그룹화됩니다. 클러스터링 시 모든 픽셀은 훈련 데이터에 의존하지 않고 일부 공식 기준에 따라 클러스터 그룹으로 나뉩니다. 그런 다음 자동 픽셀 그룹화의 결과로 얻은 클러스터는 해독기에 의해 특정 개체에 할당됩니다. 컴퓨터 디코딩의 신뢰성은 공식적으로 총 픽셀 수에 대한 올바르게 분류된 픽셀 수의 비율로 특징지어집니다.

개별 픽셀의 스펙트럼 특징을 기반으로 하는 계산 알고리즘은 가장 단순한 분류 문제에 대해서만 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공합니다. 이는 항공우주 이미지에서 자연 및 사회 경제적 정보를 추출하는 주요 방법으로 여전히 남아 있는 복잡한 시각적 해석 과정의 요소로 합리적으로 포함됩니다.

매핑 및 지구 탐사에 항공우주 감지 적용

항공우주 이미지는 지구 연구의 모든 분야에서 사용되지만 다양한 연구 분야에서 사용 강도와 적용 효과는 다릅니다. 이들은 선형 단층과 고리 구조에 의한 지질 기저의 단편화를 보여주고 광물 매장지 검색을 용이하게 하여 암석권 연구에서 매우 중요합니다. 이미지가 기상 예측의 기초를 제공하는 대기 연구; 우주에서 촬영된 이미지 덕분에 바다의 소용돌이 구조가 발견되었고, 세기 전환기의 지구의 식생 피복 상태와 최근 수십 년 동안의 변화가 기록되었습니다. 지금까지 사회경제적 연구에서는 우주 이미지가 훨씬 덜 사용되었습니다. 다양한 주제 영역의 이미지를 사용하여 해결되는 문제 유형도 다릅니다. 따라서 재고 문제의 해결책은 예를 들어 토양과 식생을 매핑할 때와 같은 천연 자원 연구에서 구현됩니다. 왜냐하면 이미지는 토양과 식생 덮개의 복잡한 공간 구조를 가장 완벽하게 반영하기 때문입니다. 생태계 상태에 대한 평가 작업과 신속한 평가는 해양 생물 생산성, 해빙 면적 및 산림의 화재 위험 상황 모니터링에 대한 연구의 일환으로 수행됩니다. 예측 작업, 모델링 및 예측을 위한 이미지 사용은 분석이 일기 예보의 기초가 되는 기상학과 수문학에서 강, 홍수 및 범람의 용융 유출을 예측하기 위해 가장 많이 개발되었습니다. 암석권과 상층 대기의 상태 분석을 바탕으로 지진 활동과 지진을 예측하는 연구가 시작되었습니다.

이미지 작업 시 모든 유형의 처리가 사용되지만 가장 널리 개발된 것은 주로 시각적인 이미지 해석이며, 이는 이제 이미지에서 연구 대상 개체를 분류하고 변환하는 컴퓨터 강화 기능을 통해 지원됩니다. 사진의 스펙트럼 지수를 기반으로 다양한 파생 이미지를 만드는 것이 크게 발전했습니다. 초분광 이미징이 구현되면서 이러한 인덱스 이미지가 수십 가지 유형으로 생성되기 시작했습니다. 레이더 조사 자료의 간섭계 처리 방법이 개발되면서 지구 표면의 변위를 매우 정확하게 결정할 수 있는 가능성이 열렸습니다. 디지털 측량 방법으로의 전환, 디지털 입체 측량의 개발 및 디지털 사진 측량 시스템의 생성은 주로 지형도 생성 및 업데이트에 사용되는 공간 이미지의 사진 측량 처리 기능을 확장했습니다.

우주 이미지의 주요 장점 중 하나는 지구 껍질의 모든 구성 요소를 함께 표시하여 연구의 복잡성을 보장한다는 점이지만, 그럼에도 불구하고 지구 연구의 다양한 영역에서 이미지의 사용은 지금까지 분산되어 있습니다. 모든 곳에서 자신만의 방법을 개발해야 했습니다. 포괄적 인 연구 아이디어는 우리나라에서 천연 자원의 포괄적 인지도 제작 목록 프로그램을 구현하는 동안 가장 완벽하게 실현되었습니다. 이때 일련의 상호 연결되고 상호 합의 된지도가 이미지에서 생성되었습니다. 세기가 바뀌면서 인류에게 다가오는 환경 문제에 대한 인식과 지구를 하나의 시스템으로 연구하는 패러다임은 다시 한번 복잡한 학제간 연구를 강화했습니다.

다양한 연구 분야의 이미지 활용 분석을 통해 다양한 문제가 해결되는 가운데 항공우주 이미지를 실제로 활용하는 주요 경로는 독립적인 의미를 가지며 추가로 GIS의 기본 기반.