Jeodezide uzaktan algılama yöntemleri. Uzaktan algılama konsepti

Rusya Bilimler Akademisi Uzay Araştırma Enstitüsü Müdür Yardımcısı Teknik Bilimler Doktoru Evgeniy Lupyan ile Dünya uzaktan algılamanın (ERS) ne olduğunu ve hangi pratik uygulamalara sahip olduğunu konuştuk.

Casus uyduların devri bitti mi?

— Evgeniy Arkadyevich, şu anda uzayda Dünya yüzeyini gözlemleyen kaç cihaz var? Peki kaçı Rus?

— Toplamda, özellikle uzaktan algılamayla ilgilenen, yörüngede uçan yaklaşık 400 uydu var. 2020 yılına kadar 1200-1300 adet olması planlanıyor. Ne yazık ki aralarında çok az sayıda Rus cihazı var: sadece 9 adet. Katılıyorum, bu pek iyi bir durum değil. Ülkemizin bu alanda lider konumlardan birini işgal ettiği ancak daha sonra bundan vazgeçtiği bir dönem vardı. Şimdi onu restore etmeye çalışıyoruz.

Dünyanın uzaktan algılanması çok umut verici bir alandır, çünkü gezegeni uzaydan gözlemleyen sistemlerin yetenekleri sürekli artmaktadır. Birkaç yıl önce bu alanda bir devrim yaşandı. Amerikan şirketi PlanetLab, bir sürü küçük cihazı uzaya fırlattı: 200'den fazla uydu! Yaklaşık 3-4 metre çözünürlükte fotoğraf çekerken, bir günde aslında gezegenin tüm yüzeyini kaplıyorlar. Karşılaştırma için: Canopus serisi cihazlarımızla böyle bir araştırma yapmak (şu anda yörüngede bunlardan 6 tanesi var) birkaç ay sürecek.

MAKS-2013'te Kanopus-V. Fotoğraf: Commons.wikimedia.org / Vitaly V. Kuzmin

Dünyanın uzaktan algılanmasının gelişimini etkileyen bir diğer önemli olay birkaç yıl önce meydana geldi. Daha sonra Amerikan ve Avrupa uzay ajansları, çözünürlüğü 10 metreden daha kötü olan önemli miktardaki verilerine ücretsiz erişim açtı. Bu, verilerle çalışmak için yeni yöntemler ve teknolojiler oluşturma olanaklarını önemli ölçüde genişletti. Her şeyden önce çeşitli nesnelerin ve olayların sürekli izlenmesi için. Daha önce, bu tür sorunları çözmek, kural olarak, veri edinmenin yüksek maliyetleri nedeniyle kârsızdı.

- Görünüşe göre Dünya yüzeyinde bir şeyi saklamak zaten zor. Casus uyduların devri geri dönülemez biçimde bitti mi?

- Kesinlikle o şekilde değil. Bu tür uyduların görevleri elbette devam ediyor. Teknik olarak da gelişiyorlar. Ancak uzaktan algılama verilerinin kullanılmasının mümkün olduğu tamamen yeni alanlar ortaya çıktı.

Hava tahminlerinin yüzde 80'i uzaydan geliyor

— Uzaktan algılama uyduları hangi yükseklikte uçuyor?

— Düşük yörüngeli olanlar genellikle 400 ila 800 km arası yükseklikteki yörüngelerde bulunur. Dünya etrafında bir devrim onları yaklaşık 90 dakika sürer.

36 bin km yükseklikte uçan sabit uydular var. Daha doğrusu uçmazlar, sürekli bir noktada asılı kalırlar. Çözünürlükleri çok yüksek değil: en iyi cihazlar için 500 metre olabilir. Ancak gözlemlerin her 10 dakikada bir ve bazı durumlarda 2 dakikada bir yapılmasına izin veriyorlar. Hızla gelişen süreçleri takip ettiğimizde bu çok önemli. Örneğin volkanik patlamaların arkasında ve bunların fırlattığı kül bulutlarının hareketi.

— Volkanları izlemek için uydular mı fırlatılıyor? Bu kadar önemli mi?

— Moskova'da yaşayan insanlar için yanardağlardan çıkan kül emisyonları muhtemelen önemsiz bir şey gibi görünüyor. Ancak bu tam da Dünya'nın başka bir yerine uçmak için uçak bileti almaları gerekene kadar. 2010 yılında İzlanda'da meydana gelen volkanik patlama nedeniyle Avrupa hava sahasının birkaç gün hava yolculuğuna kapatıldığını hatırlatayım.

Dünya uzaktan algılamanın çok sayıda uygulaması vardır. Bu, doğal afetlerin izlenmesi ve tahmin edilmesidir: yalnızca volkanik patlamalar değil, aynı zamanda yangınlar, su baskını, kasırgalar vb. Bunlar hava durumu tahminleridir: Bu amaçlar için kullanılan bilgilerin %80'i uzaydan elde edilir.

Bu, örneğin tarımdır. Uyduların yardımıyla mahsullerin durumunu, toprak özelliklerini (nem, erozyon) değerlendirir ve belirli bir tarlada maksimum verim elde etmek için mahsullerin nasıl işlenmesi gerektiğini analiz ederler (hassas tarım görevleri olarak adlandırılır). Uydular, dünyanın farklı bölgelerinde belirli tarımsal ürünlerin zaman içinde nasıl geliştiğini anlamaya yardımcı olur. Örneğin buğday. Bir dizi uydu görüntüsüne bakarak ve bunları önceki yıllardaki gözlemlerle karşılaştırarak, diğer şeylerin yanı sıra, belirli bir yılın hasadına ilişkin erken bir tahminde bulunabiliriz.

Ormancılığı ele alalım. Uydu izleme olmadan bunu hayal etmek imkansızdır. Ormanın ülkemiz için ne anlama geldiğini hatırlatmaya herhalde gerek yok. Modern uydu yöntemleri, ormanların haritasını çıkarmayı, yangınları izlemeyi, hızlı bir şekilde tespit etmeyi ve söndürme çalışmalarını optimize etmeyi mümkün kılar. Ülke genelinde benzer sorunları çözen bir sistem 2005 yılında oluşturuldu. Ve o zamandan beri sürekli çalışıyor.

Ve bu seni kalp krizinden kurtaracak

“Uyduların okyanustaki balık sürülerini bile takip ettiğini duydum. Bu doğru?

- Doğrudan takip etmiyorlar. Orada aşağıdaki şema kullanılıyor. Balıkların planktonla beslendiği biliniyor. Uydudan planktonun nerede ne kadar olduğunu, ne renk olduğunu ve diğer özelliklerini net bir şekilde görebiliyorsunuz. Ve bu verilere dayanarak bu bölgeye balık gelip gelmeyeceğini tahmin edebiliyoruz. Buna göre balıkçı teknelerine tebligat gönderilebilecek.

Dünya uzaktan algılama teknolojileri halihazırda konutlardaki enerji kayıplarını ölçebilecek noktaya ulaştı. Ayrıntılı düzeyde! Bu da enerji ve kamu hizmeti şirketleri için yeni fırsatlar yaratıyor. Elde edilen bilgileri kullanarak binaların yalıtım yapısını değiştirebilirler.

Yakın zamanda Rusya Bilimler Akademisi Çevre Güvenliği Araştırma Merkezi'ndeki meslektaşlarımız St. Petersburg hakkında çok ilginç gerçekler aldılar. Orada farklı alanlarda ısı emisyonu ölçümleri yapıldı. Daha sonra çeşitli iklim değişikliği senaryolarını ele aldılar ve belirli kentsel bölgelerde kalp-damar hastalıklarından ölüm oranındaki artışa ilişkin bir tahmin elde ettiler. İşte Dünya'nın uzaktan algılanmasının tıbbi bakımın planlanması için nasıl bilgi sağlayabileceğine dair bir örnek. Zamanında alınan önlemler belirli kişilerin hayatlarının kurtarılmasına yardımcı olacaktır.

— Havanın çok sıcak olduğu bölgelerden daha soğuk bölgelere mi taşınacaklar?

— Daha az radikal önlemler var. Oraya ağaç dikebilir, evlerin çatılarını özel yansıtıcı boyalarla boyayabilirsiniz. Veya sadece beyaz.

— Uzaktan algılama uydusu sayısında ABD ve Çin'in çok gerisindeyiz. Siz kendiniz sadece 9 tanesine sahip olduğumuzu söylediniz. Peki bazı açılardan bu alanda önceliğimiz var mı?

- Sahibiz. Daha önce de söylediğim gibi birçok yabancı şirket artık verilerine erişime açtı ve bilgiyi ücretsiz hale getirdi. Ve Rusya'da çok iyi bir programlama ve veri işleme okulu var. Kamuya açık bu verilerden belirli özellikler elde eden, bunları analiz eden ve çeşitli sorunların çözümünde kullanılmasına olanak tanıyan algoritmalar oluşturduk.

Ülkede yeni teknolojiler çok hızlı gelişiyor ve bu sayede çeşitli uzaktan algılama sistemlerinden gelen son derece büyük veri akışlarıyla etkin bir şekilde çalışılabiliyor. Bu verilerin arşivleriyle dağıtılmış çalışma sağlayan merkezlerin oluşturulması konusunda ilerleme kaydedilmiştir. Mesela Rusya Bilimler Akademisi Uzay Araştırma Enstitümüzde böyle bir kolektif kullanım merkezi oluşturuldu. Ülkemizin (ve sadece ülkemizin değil) farklı şehirlerinde bulunan 80'e yakın bilimsel kuruluş, onun imkanlarından yararlanmaktadır.

Merkezimiz işlevsellik açısından dünyadaki benzer merkezler arasında ilk üçte olmasa da kesinlikle ilk beşte yer alıyor. Elbette tamamen donanımsal anlamda Google ve Amazon ile rekabet etmemiz zor. Her şeyden önce kalkınma merkezlerine ayırdıkları mali kaynakların kıyaslanamazlığı nedeniyle. Ancak bu bizi yeni yaklaşımlar ve çözümler aramaya zorluyor. Ve onları buluyoruz.

RF FEDERAL DEVLET BÜTÇE EĞİTİM VE BİLİM BAKANLIĞI YÜKSEK MESLEKİ EĞİTİM EĞİTİM KURUMU “VORONEZH DEVLET ÜNİVERSİTESİ”

UZAK

JEOLOJİ SIRASINDA DÜNYANIN İNCELENMESİ

ARAŞTIRMA

Üniversiteler için ders kitabı

Derleyen: A. I. Tregub, O. V. Zhavoronkin

Voronej Devlet Üniversitesi Yayın ve Basım Merkezi

Hakem: Jeolojik ve Mineralojik Bilimler Adayı, Maden Kaynakları ve Yeraltı Kullanımı Bölümü Doçenti Yu.

Ders kitabı Voronej Devlet Üniversitesi Jeoloji Fakültesi Genel Jeoloji ve Jeodinamik Bölümü'nde hazırlanmıştır.

Voronezh Devlet Üniversitesi Jeoloji Fakültesi'nin tam zamanlı ve yarı zamanlı öğrencilerine şu dersleri okurken önerilir: “Dünyanın uzaktan algılanması”, “Litosferin havacılık çalışmaları”, “Havacılık yöntemleri”.

Yön için: 020300 – Jeoloji

GİRİİŞ

Dünya uzaktan algılama (ERS) Dünya yüzeyinin doğası, hava ve su kabuklarının durumu ve jeofiziği hakkında bilgi elde etmeyi mümkün kılan çeşitli sensörler (sensörler) ile donatılmış hava ve uzay araçlarının yardımıyla gezegenimizin incelenmesidir. alanlar. Uzaktan algılama malzemeleri ülke ekonomisinin çok çeşitli sektörlerinde kullanılmaktadır. Jeolojik araştırmalarda da büyük öneme sahiptirler.

Uzaktan algılama yöntemlerinin gelişim tarihi

(MDZ) genellikle 1783'te Montgolfier kardeşlerin balonunun ilk fırlatılmasıyla başlar ve bu, Dünya yüzeyinin görsel olarak gözlemlenmesinin başlangıcını işaret eder. 1855 yılında, yaklaşık 300 m yükseklikten çekilen bir balondan çekilen ilk fotoğraflar, Paris şehrinin doğru bir planını çizmek için kullanıldı. Jeolojik amaçlar için, Alplerin yüksek zirvelerden fotoğraflanması ilk kez Fransız jeolog Emme Civilier (1858-1882) tarafından kullanıldı.

Hava fotoğrafçılığının kullanılmaya başlanması Rusya'da geçmişi

1866, Teğmen A.M. Kovalko, St. Petersburg ve Kronstadt'ı 600 ila 1000 metre yükseklikte bir balondan fotoğrafladığında. Rusya'da topografik haritaların derlenmesi ve doğal kaynakların incelenmesine yönelik sistematik araştırmalar, 1925 yılında sivil havacılığın doğuşuyla başladı. Bu amaçlar için 1929'da

V Hava Fotoğrafçılığı Enstitüsü Leningrad'da kuruldu. Yaratılışının başlatıcısı ve ilk yönetmeni Akademisyen Alexander Evgenievich Fersman'dı. 1938 yılından itibaren hava fotoğrafçılığı malzemelerinin kullanımı zorunlu hale gelmiştir. jeolojik araştırma çalışması. Kırklı yıllarda, Jeoloji Komitesi bünyesinde bir Aerofotojeolojik Keşif oluşturuldu ve 1949'da All-Union Aerogeological Trust'a (VAGT) dönüştürüldü ve daha sonra yeniden düzenlendi.

V araştırma ve üretim jeolojik dernek "Aerojeoloji" (şimdi Federal Devlet Üniter Teşebbüsü "Aerojeoloji"). Aynı zamanda, Aeromethods Laboratuvarı “LAEM” kuruldu (şimdi “Kozmo-Aerojeolojik Yöntemler Araştırma Enstitüsü” - Devlet Üniter Teşebbüsü “VNIIKAM”). Faaliyetlerinin bir sonucu olarak, 1957 yılına kadar, SSCB topraklarının tamamında küçük ölçekli bir araştırma yapıldı ve altmışlı ve yetmişli yıllarda 1: 1.000.000 ölçekli bir Devlet Jeolojik Haritası derlendi.

yeni bölgesel araştırma türlerinin tanıtılması: grup jeolojik araştırması (GGS) ve havadan fotojeolojik haritalama (AFGK); Spektrobölgesel, termal ve radar araştırmaları ortaya çıktı. Havadan yöntemlerin geliştirilmesi, Dünya'nın uzaktan algılanmasının yeni bir niteliksel seviyeye geçişini önceden belirledi - Dünya'yı uzaydan incelemek.

Uzay biliminin gelişimiözellikle Dünya yüzeyinin yüksek (yaklaşık 200 km) rakımlardan fotoğraflanması için kullanılan balistik füzelerin geliştirilmesiyle başladı. İlk görüntüler 24 Ekim 1946'da White Sands test sahasından (ABD) yörünge altı yörüngeye fırlatılan bir V-2 roketi (Alman Fau-2 roketi) kullanılarak çekildi. Dünyanın yüzeyi 35 mm'lik film kamerasıyla siyah beyaz fotoğraf filmi üzerine yaklaşık 120 km yükseklikten fotoğraflandı. Ellili yılların sonuna kadar dünya yüzeyinin fotoğrafçılığı, farklı ülkeler tarafından balistik füzeler kullanılarak esas olarak askeri amaçlarla gerçekleştiriliyordu.

Dünyanın ilk yapay Dünya uydusu (AES) - PS-1 (En basit uydu - 1) fırlatıldı. Yörüngeye fırlatma için R-7 (Sputnik) balistik füzesi kullanıldı. Uydunun kütlesi 83,6 kg, çapı 0,58 m ve yörünge süresi 96,7 dakikaydı. Perigee – 228 km, apogee – 947 km. Uydu bir top şeklindeydi, iki anten ve bir radyo vericisi - bir işaret ışığı ile donatılmıştı. Dünya çevresinde 1440 tur attı ve 4 Ocak 1958'de atmosferin yoğun katmanlarına girerek varlığı sona erdi. Uçuşu sırasında üst atmosferin yapısı hakkında yeni bilgiler elde edildi.

6 Aralık 1957'de ABD'de Jpiter-C roketi kullanılarak Vangard-1 uydusunun fırlatılmasına yönelik ilk girişim kazayla sonuçlandı. İkinci denemede (1 Şubat 1958), aynı roket Explorer-1 uydusunu yörüngeye fırlattı. Uydu puro şeklindeydi ve 13 kg ağırlığındaydı. Gemide mikro meteoritleri ve radyasyon seviyelerini kaydetmek için ekipman vardı. Onun yardımıyla Dünya'nın radyasyon kuşakları keşfedildi. Uydu, Dünya çevresinde 58 bin tur atarak 31 Mart 1970'de atmosferde yandı. Yörünge parametreleri: apogee – 2548 km, yerberi 356 km. 23 Mayıs 1958'e kadar aktif modda çalıştı. 7 Ağustos 1959'da, Dünya'nın uzaydan ilk televizyon görüntüsünü aktaran Explorer 6 Amerika Birleşik Devletleri'nde fırlatıldı. Hava gözlemlerine yönelik ilk uydu (Tiros-1), 1 Nisan 1960'ta Amerika Birleşik Devletleri'nde fırlatıldı. Benzer özelliklere sahip bir uydu

26 Kasım 1965'te Fransa Asterix 1 uydusunu fırlattı. 11 Şubat 1970'de Japonya Osumi uydusunu yörüngeye fırlattı. Aynı yılın 24 Nisan'ında Çin bir uzay gücü (Dongfanghong uydusu) haline geldi. İngiltere ilk uydusu Prospero'yu 28 Ekim 1971'de, Hindistan ise ilk uydusu Rohini'yi 18 Temmuz 1980'de fırlattı.

Uzaya insanlı uçuşlar 12 Nisan 1961'de Yuri Alekseevich Gagarin tarafından başladı. "Vostok" gemisinde ve aynı yılın 6 Ağustos'unda Alman Stepanoviç Titov İlk kez Dünya'yı insanlı Vostok uzay aracından fotoğrafladı. Rus kozmonotiğinde Cosmos serisi uydular büyük önem taşıyordu. Bu uydu serisinin ilk fırlatılışı 16 Mart 1962'de gerçekleşti ve 2007 yılına gelindiğinde çeşitli amaçlara yönelik 2.400 uydu zaten fırlatılmıştı. Yaklaşık her üç yılda bir Cosmos serisine ait 250 uydu yörüngeye fırlatılıyor. Bunların önemli bir kısmı kaynak çalışmalarının yapılmasına yönelik ekipmanlarla donatılmıştı. Onların yardımıyla SSCB'nin tamamı için yüksek kaliteli uzay fotoğrafları elde edildi. Rus uydularının modern takımyıldızı, çeşitli amaçlara yönelik 110'dan fazla cihaz içermektedir. Yalnızca serideki uyduların kullanımından kaynaklanan ekonomik etki"Kaynak-0" yaklaşık 1,2 milyar ruble olarak gerçekleşti. yılda ve Meteor ve Electro serisinin uyduları - 10 milyar ruble. yıl içinde.

Şu anda Rusya ve ABD'nin yanı sıra Fransa, Almanya, Avrupa Birliği, Hindistan, Çin, Japonya, İsrail ve diğer ülkelerin de kendi uydu sistemleri var.

1. HAVACILIKTA GÖRÜNTÜLEMEDE TEKNİK ARAÇLAR VE TEKNOLOJİLER

Hava fotoğrafçılığı teknolojileri, Dünya'nın uzaktan algılanmasının geliştirilmesinde uzay görüntüleme teknolojilerinden önce geldi. Dünyanın uzaydan uzaktan algılanmasının geliştirilmesinin ilk aşamalarında, havadan fotoğraf çekmek için birçok teknolojik teknik ona aktarıldı, ancak uzay araştırmaları geliştikçe yeni araçların yanı sıra yeni teknolojiler de ortaya çıktı. Bu durumda uzaktan algılama verilerinin işlenmesine yönelik bilgisayar teknolojilerinin oluşması ve hızla gelişmesi büyük önem taşıyordu.

1.1. Hava fotoğrafçılığı

Yer yüzeyinin havadan fotoğrafçılığı, verilen görevlere bağlı olarak, insansız hava araçlarının yanı sıra uçaklar ve helikopterler, balonlar ve hatta motorlu yelken kanatlar kullanılarak gerçekleştirilebilmektedir. Fotografik, termal, radar ve multispektral hava fotoğrafçılığı vardır. Jeolojik haritalama amacıyla yapılan fotografik araştırma (hava fotoğrafçılığı), yalnızca en büyük bilgi içeriğine sahip olduğu için değil, aynı zamanda uygulanması sırasında çeşitli ölçeklerde ve çeşitli bölgelerde önemli miktarda hava fotoğrafı malzemesinin birikmiş olması nedeniyle en önemlisidir. . Bu nedenle, jeolojik araştırma çalışmaları yürütülürken, yeni hava fotoğrafçılığı üretimi sipariş etmek yerine, fonda halihazırda mevcut olan hava fotoğrafçılığı malzemelerini kullanmak ekonomik açıdan daha uygun olabilir.

Bölgenin hava fotoğrafçılığı, en önemlileri topoğrafik haritaların derlenmesi ve düzeltilmesi ve jeolojik araştırmalar olmak üzere çeşitli amaçlarla kullanılmaktadır. Hava fotoğrafçılığı nokta, rota ve alan olabilir. Nokta fotoğrafçılığı, nokta nesneleri incelenirken gerçekleştirilir. Güzergah araştırması belirli bir hat boyunca (sahil şeridi, nehir yatağı boyunca vb.) gerçekleştirilir. Alan araştırması, genellikle topografik tabletlerin çerçeveleri ile belirlenen belirli alanlar dahilinde gerçekleştirilir. Çekim için önemli bir gereklilik, bitişik görüntülerin alanlarının üst üste gelmesi gerekliliğidir. Güzergah hattı boyunca - uzunlamasına örtüşme, en az% 60 ve yollar arasında (enine örtüşme) - en az% 30 olmalıdır. Belirtilen uçuş yüksekliği de korunmalıdır. Bir stereo efekti (alanın üç boyutlu görüntüsü) elde etmek için bu parametrelere uygunluk gereklidir.

Hava fotoğrafçılığı planlı ve perspektifli olabilir. Topografik sorunları çözmek için tasarlanan planlı hava fotoğrafçılığı, görüntü düzleminin yatay düzlemden maksimum sapmalarına yönelik artan gereksinimlerle karakterize edilir. Perspektif fotoğraflar, plan fotoğraflarıyla birlikte, dik yamaçlı yüksek dağlık alanların jeolojik yapısının incelenmesinde çok faydalıdır.

Rusya topraklarında hava fotoğrafçılığı için en sık An-2, An-28 FC, An-30, Tu-134 SH uçakları kullanılır.

60 yıldan fazla bir süredir (Guinness Kitabında bir rekor!) ana uçak An-2'ydi (ve hala da öyledir) (hava fotoğrafçılığı modifikasyonu, An-2F). Son derece güvenilirdir,

hava fotoğrafçılığı yapma koşullarını karşılayan teknik parametreler: kalkış için 200 m'yi ve iniş için 120 m'yi geçmeyen pist uzunluğuna sahip asfaltsız hava alanlarını kullanma olasılığı; maksimum uçuş yüksekliği 5200 m (4500 m servis tavanıyla); 1000 hp gücünde ekonomik pistonlu motor. İle.; 150 ila 250 km/saat uçuş menzili (990 km) arasında değişen uçuş hızı, geniş alanlarda araştırma yapmak için yeterlidir; Ekipmanın ve üç kişilik mürettebatın (operatör dahil) serbestçe yerleştirilmesine izin veren büyük gövde hacmi.

1974'ten beri özel An-30 uçağı kullanılıyor. Enerji santrali, her biri 2820 hp gücünde iki turboprop motordan oluşuyor. s. ve ilave 500 hp jet motoru. İle. Uçağın seyir hızı 435 km/saat, maksimum uçuş irtifası 8300 m, menzili 1240 km, beton pistte kalkış koşusu 720 m, ortalama yakıt tüketimi 855 kg/saattir. Uçağın maksimum kalkış ağırlığı 23 ton, fotoğraf ekipmanlarının ağırlığı ise 650 kg. Mürettebat (operatör dahil) 7 kişiden oluşmaktadır. Hava fotoğrafçılığı 1: 3.000'den 1: 200.000'e kadar ölçeklerde gerçekleştirilmektedir. Şu anda Hava Kuvvetlerinin (Hava Kuvvetleri) emrinde bu türden 10'dan fazla araç kalmamıştır. An-28 FC uçağı da benzer özelliklere sahiptir.

Tu-134 CX tarım uçağı 1984 yılında geliştirildi. Uçak, yan tarama radarı (RLS) ile donatılmıştır. Özel navigasyon kompleksi "Mayak" ve otomatik kontrol sistemi, belirli bir rotayı korur ve belirli bir programa uygun olarak alanın fotoğraflarını çeker. Beş yerleşik kamera, radyo frekansı, görünür ve kızılötesi aralıklarda çekim yapılmasına olanak tanır. Kabinde özel ekipmanlara, kontrol panellerine ve bir fotoğraf laboratuvarına (uçuş sırasında fotoğraf malzemelerinin işlenmesi için) sahip 9 iş istasyonu bulunmaktadır. Bir yolculukta (4,5 saat) 100 × 100 km'lik bir alanın fotoğrafı çekilebilir (10.000 km², 1: 200.000 ölçeğinde iki topografik tabletin yaklaşık alanıdır).

Hava fotoğrafçılığı özel geniş ekran kullanılarak gerçekleştirilir.

kömür kameraları, uçağın gövde kapağına takılıdır. Gyrosistemler kamerayı yatay bir düzlemde sabitlemek için kullanılır. Film 30 veya 60 m kapasiteli özel kasetlere yerleştirilir. Filmin genişliği kameranın parametrelerine bağlı olarak 18 cm veya 30 cm'dir.

Ekipman ayrıca belirli bir çekim pozlaması ve film geri sarma modu sağlayan bir zaman rölesi (saat mekanizması) içerir. Şu anda, "Uran" serisi lenslere sahip kameralar en sık kullanılmaktadır: odak uzunlukları 250 mm, görüş açısı 54°, çerçeve boyutu 180 × 180 mm ("Uran-9") ve odak uzaklığı 750 mm ve çerçeve boyutu 300 x 300 mm (“Uran-16”).

Son yıllarda hava fotoğrafçılığında dijital çekim sistemleri giderek daha fazla kullanılıyor. . Genel olarak dijital ca-

önlemler operasyonda daha güvenilirdir, teknolojik sürecin süresini önemli ölçüde azaltır, dijital görüntülerde "grenlenme" olmaz. Görünür ve yakın kızılötesi aralıklarda pankromatik, renkli ve spektrozonal görüntüler elde etme olanağı sağlarlar. Fotoğraf çekme aralığı bir saniyeden kısadır ve bu da %80-90'a varan boylamsal örtüşmeyle büyük ölçekli çekime olanak tanır. Çeşitli sistemlerdeki dijital hava kameralarının genel özellikleri arasında matris veya doğrusal tipte radyasyon alıcılarının kullanımına dikkat edilmelidir; sentezlenmiş çerçeve (geniş formatlı kameralar için) - sistemin ortaya çıkan çerçevesi bir dizi alt çerçeveden, karşılık gelen matrislerden veya doğrusal alıcılardan oluşur; GPS/INS desteği – hava kamerası koordinat sistemlerinin uzaysal ve açısal koordinatları (dış yönlendirme unsurları), eylemsiz navigasyon araçları ve GPS veya GLONASS uydu coğrafi konumlandırma sistemleri kullanılarak belirlenir.

Radar (radar) hava fotoğrafçılığı yardımıyla gerçekleştirildi

Uçağa monte edilmiş yana bakan radar sistemleri (RLSSO). Mikrodalga radyasyon kaynağından gelen sinyal, dünyanın yüzeyine yönlendirilir, ondan yansıtılır ve alıcı antene geri gönderilir. Özel programlar kullanılarak yansıyan sinyallerin kaydı, dünya yüzeyinin fotografik görüntüsüne dönüştürülür.

1.2. Uzay fotoğrafçılığı

Son yıllarda dünya yüzeyinin uzay fotoğrafçılığı, dünyanın uzaktan algılanmasının bağımsız bir dalı haline geldi. Uzay algılama sistemleri birkaç önemli unsuru içerir: gerekli ekipmanı alçak Dünya yörüngesine ulaştırmak için araçlar, uzay platformları - taşıyıcılar

bu bilgilerin alınması, işlenmesi ve tüketiciye iletilmesi için gözetleme ekipmanı, sensörler (sensörler), bilgi iletim tesisleri ve yer merkezli merkezler.

Ana teslimat araçları gereklidir -

Alçak Dünya yörüngeleri için en yaygın ekipman, çeşitli sınıflardaki roketlerdir. SSCB'de bunların en eskileri üç aşamalı hafif Vostok füzeleriydi. Onların yardımıyla insanlı uçuşlar gerçekleştirildi, Cosmos serisinin yapay Dünya uyduları (AES) fırlatıldı ve ay istasyonları başlatıldı. Ayrıca, Energia-Buran sisteminin üst aşamasının bir unsuru olarak tasarlanan Zenit füzesi başta olmak üzere, hizmetten kaldırılan birçok fırlatma aracı bu sınıfta yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yaklaşık 7 ton taşıma kapasitesine sahip üç aşamalı Soyuz orta sınıf roketin yanı sıra Prognoz ve Molniya uydularını fırlatmak için oluşturulan dört aşamalı Molniya roketi başarıyla kullanılıyor.

Neredeyse yarım yüzyıl önce yaratılan, 20 tondan fazla taşıma kapasitesine sahip çok aşamalı ağır sınıf roket "Proton", çeşitli amaçlar için kullanılıyordu ve şimdi de kullanılıyor: Güneş sisteminin gezegenleri olan Ay'ı keşfetmek, insanlı fırlatma için. "Salyut", "Mir" istasyonları Dünya'ya yakın yörüngeye, “Horizon”, “Rainbow”, “Screen” vb. uyduların sabit yörüngelerine.

İÇİNDE Mayıs 1987, yeniden kullanılabilir bir uzay aracı "Energia-Buran" yaratmaya yönelik bir programın geliştirilmesiyle bağlantılı olarak tanıtıldı

V 2000 tondan fazla fırlatma ağırlığı ve yaklaşık 200 ton taşıma kapasitesi olan Energia sınıfı iki aşamalı süper ağır roketin işletilmesi. Bu roketi yeniden kullanılabilir uzay aracını alçak Dünya yörüngesine fırlatmak için kullanmanın yanı sıra, başka kargoları taşımak için de kullanılabilir. Bu, Energia-Buran sistemini amaç olarak benzer olan Amerikan Uzay Mekiği sisteminden ayırıyor.

En sık kullanılan yabancı füzeler Delta (ABD) ve Arian (Fransa) serisi füzelerdir.

Rusya'da kaynak araştırması için yapay uyduların yanı sıra yörünge istasyonları (Salyut-4, 5, 6, Mir) ve Soyuz serisinin insanlı uzay aracı kullanıldı.

İÇİNDE Amerika Birleşik Devletleri'nde Uzay Mekiği projesi uzay araştırmalarında önemli bir rol oynadı. Proje başlangıçta askeri merkezlerde geliştirildi

Dünya uzaktan algılama (ERS)- Dünyanın yüzeyi ve üzerindeki nesneler, atmosfer, okyanus, yer kabuğunun üst katmanı hakkında, kayıt cihazının çalışma nesnesinden önemli bir mesafeden çıkarıldığı temassız yöntemler kullanılarak bilgi elde edilmesi. Uzaktan algılamanın genel fiziksel temeli, bir nesnenin kendi veya yansıyan radyasyonunun kaydedilen parametreleri ile biyojeofiziksel özellikleri ve mekansal konumu arasındaki işlevsel ilişkidir.

Uzaktan algılamanın modern görünümünde, birbiriyle ilişkili iki yön ayırt edilir: yaygın olarak kullanılan İngilizce terimlere yansıyan doğa bilimleri (uzaktan algılama) ve mühendislik (uzaktan yöntemler). uzaktan Algılama Ve uzaktan algılama teknikleri. Uzaktan algılamanın özünü anlamak belirsizdir. Moskova Üniversitesi Havacılık ve Uzay Okulu. M.V. Lomonosov, bilimsel bir disiplin olarak uzaktan algılama konusu olarak, uzaydan veya havadan uzaktan kaydedilen, doğrudan veya dolaylı olarak kendi veya yansıyan radyasyonda ortaya çıkan doğal ve sosyo-ekonomik nesnelerin uzay-zamansal özelliklerini ve ilişkilerini ele alır. iki boyutlu bir görüntünün biçimi - anlık görüntü. Uzaktan algılamanın bu önemli kısmına denir havacılık sondajı (ASS) Geleneksel hava yöntemleriyle sürekliliğini vurgulayan. Havacılık sondaj yöntemi, uygulamanın gösterdiği gibi, dünya yüzeyinin kapsamlı bir çalışması için en büyük fırsatları sağlayan görüntülerin kullanımına dayanmaktadır.

Tüm ülkelerde askeri departmanlardan gelen talepler, havacılık ve uzay algılamanın geliştirilmesi için etkili bir teşvik görevi görüyor. Uzay yöntemleri ve modern dijital teknolojilerin tanıtılmasıyla birlikte, havacılık algılaması ekonomik olarak giderek daha önemli hale geliyor ve doğa tarihi üniversitelerinde yüksek öğrenimin zorunlu bir unsuru haline geliyor ve bireysel bileşenlerin yerel çalışmalarından küresel çalışmalara kadar Dünya'yı incelemek için güçlü bir araca dönüşüyor. Gezegenin bir bütün olarak incelenmesi. Bu nedenle, havacılık sondajının çeşitli yönlerini sunarken, bunun tüm yer bilimlerinde ve hepsinden önemlisi coğrafyada etkin bir şekilde kullanılan bir araştırma yöntemi olarak değerlendirilmesi tavsiye edilir.

Havacılık ve uzay algılamanın geçmişi ve mevcut durumu

Uzaktan algılama teknikleri Dünya araştırmalarında çok uzun zamandır kullanılmaktadır. Başlangıçta kullanıldı elle çizilmiş resimler incelenen nesnelerin mekansal konumunu kaydeden. Fotoğrafın icadıyla birlikte, dağlık alanların haritalarının perspektif fotoğraflar kullanılarak çizildiği yer tabanlı fototeodolit fotoğrafçılığı ortaya çıktı. Havacılığın gelişmesi sağlandı hava fotoğrafları Alanın üstten görüntüsüyle birlikte planda. Bu, Yer bilimlerini güçlü bir araştırma aracı olan hava yöntemleriyle donattı.

Havacılık ve uzay yöntemlerinin gelişim tarihi, bilim ve teknolojideki yeni ilerlemelerin görüntü elde etme teknolojilerini geliştirmek için hemen kullanıldığını göstermektedir. Bu, bilgisayarlar, uzay aracı ve elektronik görüntüleme sistemleri gibi yeniliklerin geleneksel hava fotoğrafçılığı yöntemlerinde devrim niteliğinde değişiklikler yaptığı 20. yüzyılın ortalarında gerçekleşti; havacılık algılaması doğdu. Uydu görüntüleri bölgesel ve küresel düzeydeki sorunların çözümü için coğrafi bilgi sağlamıştır.

Şu anda, havacılık ve uzay algılamanın ilerleyen gelişimindeki aşağıdaki eğilimler açıkça görülmektedir.

• İnternette anında yayınlanan uzay görüntüleri, hem profesyonel uzmanlar hem de halk için bölgeyle ilgili en popüler video bilgileri haline geliyor.
• Açık erişimli alan görüntülerinin çözünürlüğü ve metrik özellikleri hızla gelişiyor. Hava fotoğraflarıyla başarılı bir şekilde rekabet eden ultra yüksek çözünürlüklü yörünge görüntüleri (metre ve hatta desimetre) yaygınlaşıyor.
• Analog fotoğraf görüntüleri ve bunların işlenmesine yönelik geleneksel teknolojiler eski tekel değerlerini kaybediyor. Ana işlem cihazı, özel yazılım ve çevre birimleriyle donatılmış bir bilgisayardı.
• Her türlü hava koşuluna uygun radarın geliştirilmesi, onu, havacılık ve uzay algılamanın optik teknolojileriyle etkili bir şekilde entegre olmaya başlayan, metrik olarak doğru mekansal coğrafi bilgi elde etmek için ilerici bir yönteme dönüştürüyor.
• Çeşitli havacılık ve uzay yer algılama ürünlerine yönelik bir pazar hızla ortaya çıkıyor. Yörüngede faaliyet gösteren ticari uzay araçlarının, özellikle de yabancıların sayısı giderek artıyor. En yaygın kullanılan görüntüler kaynak uydu sistemleri Landsat (ABD), SPOT (Fransa), IRS (Hindistan), haritalama uyduları ALOS (Japonya), Cartosat (Hindistan), ultra yüksek çözünürlüklü uydular Ikonos, QiuckBird, GeoEye (ABD) tarafından elde edilmektedir. ), tandem interferometrik araştırma gerçekleştiren radar TerraSAR-X ve TanDEM-X (Almanya) dahil. RapidEye (Almanya) uzay izleme uyduları sistemi başarıyla çalıştırılıyor.

Dünyanın uzaktan algılanmasının şematik akış diyagramı

Pirinç. 1

Şekil 1 havacılık ve uzay araştırmalarının temel diyagramını özetlemektedir. Ana teknolojik aşamaları içerir: araştırma nesnesinin bir görüntüsünün elde edilmesi ve görüntülerle daha fazla çalışma - kod çözme ve fotogrametrik işlemenin yanı sıra araştırmanın nihai hedefi - görüntülerden derlenen bir harita, bir coğrafi bilgi sistemi ve geliştirilmiş bir tahmin. İncelenen nesnenin gerekli özelliklerinin, hiçbir alan tanımı olmaksızın, “dünyevi hakikate” atıf yapılmadan sadece fotoğraflardan elde edilmesi çoğu zaman mümkün olmadığından, bunların standartlaştırılması gerekmektedir. İmaj araştırmasının önemli bir unsuru da elde edilen sonuçların güvenilirliğinin ve doğruluğunun değerlendirilmesidir. Bunun için başka bilgilerin çekilmesi ve başka yöntemler kullanılarak işlenmesi gerekir ki bu da ek maliyetler gerektirir.

Anlık görüntü - havacılık ve uzay algılamanın temel konsepti

Havacılık görüntüleri- çeşitli havacılık ve uzay taşıyıcılarının kullanıldığı havacılık araştırmalarının ana sonucu (Şekil 2). Havacılık fotoğrafçılığı ikiye ayrılır pasif Yansıyan güneş enerjisinin veya Dünyanın kendi radyasyonunun kaydedilmesini sağlayan ve aktif Yansıyan yapay radyasyonun kaydının yapıldığı yer.

Pirinç. 2

Havacılık görüntüsü, nesnelerin parlaklığını uzaktan kaydederek belirli geometrik ve radyometrik (fotometrik) yasalara göre elde edilen ve çevredeki dünyanın görünür ve gizli nesnelerini, olaylarını ve süreçlerini incelemeyi amaçlayan gerçek nesnelerin iki boyutlu bir görüntüsüdür. ve mekansal konumlarını belirlemek için.

Modern havacılık görüntülerinin ölçek aralığı çok büyüktür: 1:1000 ile 1:100.000.000 arasında, yani yüzbinlerce kez değişebilir. Aynı zamanda, hava fotoğraflarının en yaygın ölçekleri 1:10.000–1:50.000 aralığındadır ve uzay fotoğrafları – 1:200.000–1:10.000.000 aralığındadır. Tüm havacılık fotoğrafları genellikle ikiye ayrılır. analog(genellikle fotoğrafik) ve dijital(elektronik). Dijital fotoğrafların görüntüsü bireysel özdeş unsurlardan oluşur - piksel(İngilizceden resim öğesi— piksel); Her pikselin parlaklığı bir sayıyla tanımlanır.

Arazinin bilgi modelleri olarak havacılık görüntüleri, aralarında resimsel, radyometrik (fotometrik) ve geometrik olan bir dizi özellik ile karakterize edilir. İyiözellikler, fotoğrafların nesnelerin ince ayrıntılarını, renklerini ve ton geçişlerini yeniden üretme yeteneğini karakterize eder, radyometrik görüntüye göre nesne parlaklıklarının niceliksel kaydının doğruluğunu gösterir, geometrik Fotoğraflardan nesnelerin boyutlarını, uzunluklarını ve alanlarını ve bunların göreceli konumlarını belirleme olasılığını karakterize eder.

Bir görüntünün önemli göstergeleri kapsama alanı ve uzaysal çözünürlüktür. Tipik olarak araştırma, geniş kapsamlı, yüksek çözünürlüklü görüntüler gerektirir. Ancak bu çelişkili gereksinimleri tek bir görüntüde karşılamak mümkün değildir. Tipik olarak, ortaya çıkan görüntülerin kapsamı ne kadar geniş olursa, çözünürlükleri de o kadar düşük olur. Bu nedenle, farklı parametrelere sahip birçok sistemle aynı anda taviz vermeniz veya çekim yapmanız gerekiyor.

Edinme teknolojileri ve ana havacılık görüntüleri türleri

Havacılık ve uzay fotoğrafçılığı, ışık (görünür, yakın ve orta kızılötesi), termal kızılötesi ve radyo aralığı gibi farklı spektral aralıklardaki radyasyon kullanılarak atmosferik şeffaf pencerelerde (Şekil 3) gerçekleştirilir.

Pirinç. 3

Her biri farklı görüntü elde etme teknolojileri kullanır ve buna bağlı olarak çeşitli görüntü türleri ayırt edilir (Şekil 4).

Şekil 4

Işık aralığındaki görüntüler fotoğraf ve tarayıcıya ayrılır; bunlar da optik-mekanik tarama (OM-tarayıcı) ve yük bağlantılı cihazlara (CCD tarayıcılar) dayalı doğrusal radyasyon alıcıları kullanılarak optik-elektronik ile elde edilenlere bölünür. Bu tür görüntüler nesnelerin optik özelliklerini (parlaklıklarını, spektral parlaklıklarını) gösterir. Çok spektral çekim prensibini uygulayarak, bu aralıkta ve çok sayıda çekim bölgesi ile - kullanımı fotoğrafı çekilen nesnelerin spektral yansımasına, spektral parlaklıklarına dayanan hiperspektral - çok spektral görüntüler elde edilir.

Termal radyasyon alıcıları - termal araştırmalar - kullanılarak araştırmalar yapılarak termal kızılötesi görüntüler elde edilir. Radyo aralığındaki fotoğrafçılık hem pasif hem de aktif yöntemler kullanılarak gerçekleştirilir ve buna bağlı olarak görüntüler, incelenen nesnelerin kendi radyasyonunun kaydedilmesiyle elde edilen mikrodalga radyometrik ve gönderilen yansıyan radyo emisyonunun kaydedilmesiyle elde edilen radar görüntüleri olarak ikiye ayrılır. taşıyıcıdan - radar fotoğrafçılığı.

Görüntülerden bilgi elde etme yöntemleri: yorumlama ve fotogrametrik ölçümler

Araştırma için gerekli bilgiler (konuya ilişkin ve geometrik) görüntülerden iki ana yöntemle elde edilir: kod çözme ve fotogrametrik ölçümler

Ana soruyu cevaplaması gereken kod çözme - Ne resimde gösterilen, incelenen nesne veya süreç, çevredeki nesnelerle bağlantıları hakkında önemli, tematik (çoğunlukla niteliksel) bilgi edinmenizi sağlar. Görsel yorumlama genellikle fotoğrafların okunmasını ve yorumlanmasını (yorumlanmasını) içerir. Fotoğrafları okuyabilme becerisi, nesnelerin deşifre edilebilir özelliklerinin ve fotoğrafların görsel özelliklerinin bilinmesine dayanmaktadır. Yorumlayıcı kod çözmenin derinliği önemli ölçüde sanatçının eğitim düzeyine bağlıdır. Şifreyi çözen kişi araştırmasının konusunu ne kadar iyi bilirse, görüntüden elde edilen bilgiler de o kadar eksiksiz ve güvenilir olur.

Fotogrametrik işleme(ölçümler) soruyu cevaplamayı amaçlamaktadır - Nerede incelenen nesnenin konumu ve geometrik özellikleri nelerdir: boyut, şekil. Bunu yapmak için görüntüler dönüştürülür ve görüntüleri belirli bir harita projeksiyonuna dönüştürülür. Bu, nesnelerin konumunu ve zaman içindeki değişikliklerini görüntülerden belirlemenize olanak tanır.

Görüntülerden bilgi elde etmeye yönelik modern bilgisayar teknolojileri, aşağıdaki sorun gruplarının çözülmesine olanak tanır:

• dijital görüntülerin görselleştirilmesi;
• düzeltilmesi de dahil olmak üzere görüntülerin geometrik ve parlaklık dönüşümleri;
• birincil görüntülerden yeni türev görüntülerin oluşturulması;
• nesnelerin niceliksel özelliklerinin belirlenmesi;
• görüntülerin bilgisayarla yorumlanması (sınıflandırma).

Bilgisayarla kod çözme işlemini gerçekleştirmek için, multispektral bir görüntü tarafından kaydedilen bir dizi spektral parlaklıktan oluşan spektral özelliklere dayalı en yaygın yaklaşım kullanılır. Bilgisayarlı görüntü kod çözmenin resmi görevi, sınıflandırmaya, yani dijital görüntünün tüm piksellerinin çeşitli gruplara sıralı olarak "sınıflandırılmasına" dayanır. Bu amaçla, eğitimli ve eğitimsiz veya kümeleme (İngiliz kümesinden - küme, grup) olmak üzere iki tür sınıflandırma algoritması önerilmektedir. Denetimli sınıflandırmada, çok bantlı bir görüntünün pikselleri, her bir spektral bölgedeki parlaklıklarının referans değerlerle karşılaştırılmasına dayalı olarak gruplandırılır. Kümeleme sırasında tüm pikseller, eğitim verilerine başvurmadan bazı resmi kriterlere göre küme gruplarına bölünür. Daha sonra piksellerin otomatik olarak gruplanması sonucu elde edilen kümeler, şifre çözücü tarafından belirli nesnelere atanır. Bilgisayar kod çözmenin güvenilirliği, resmi olarak doğru sınıflandırılmış piksel sayısının toplam sayısına oranıyla karakterize edilir.

Bireysel piksellerin spektral özelliklerine dayanan hesaplamalı algoritmalar yalnızca en basit sınıflandırma problemlerine güvenilir bir çözüm sağlar; bunlar, havacılık görüntülerinden doğal ve sosyo-ekonomik bilgilerin çıkarılmasında hala ana yöntem olmaya devam eden karmaşık görsel yorumlama sürecine rasyonel bir şekilde dahil edilirler.

Haritalama ve Dünya keşfinde havacılık algılama uygulamaları

Havacılık ve uzay görüntüleri Dünya araştırmalarının tüm alanlarında kullanılmaktadır, ancak bunların kullanım yoğunluğu ve farklı araştırma alanlarındaki uygulamalarının etkinliği farklıdır. Litosferin incelenmesinde son derece önemlidirler, jeolojik temelin doğrusal faylar ve halka yapılarıyla parçalanmasını gösterir ve maden yataklarının araştırılmasını kolaylaştırır; görüntülerin meteorolojik tahminlere temel oluşturduğu atmosferik araştırmalarda; Uzaydan alınan görüntüler sayesinde okyanusun girdap yapısı keşfedildi, Dünya bitki örtüsünün yüzyılın başındaki durumu ve son yıllardaki değişimleri kaydedildi. Sosyo-ekonomik araştırmalarda şimdiye kadar uzay görüntüleri çok daha az kullanılıyor. Farklı konu alanlarındaki görseller kullanılarak çözülen problem türleri de farklılık göstermektedir. Bu nedenle, envanter sorunlarının çözümü, doğal kaynakların incelenmesinde, örneğin toprak ve bitki örtüsünün haritalanması sırasında uygulanır, çünkü görüntüler toprağın ve bitki örtüsünün karmaşık mekansal yapısını en iyi şekilde yansıtır. Okyanusların biyolojik verimliliği, deniz buzu örtüsü ve ormanlardaki yangın tehlikesi durumunun izlenmesine yönelik çalışmaların bir parçası olarak değerlendirme görevleri ve ekosistemlerin durumunun hızlı bir şekilde değerlendirilmesi gerçekleştirilmektedir. Tahmin görevleri, modelleme ve tahmin için görüntülerin kullanımı en çok, analizlerinin hava tahminlerinin temelini oluşturduğu meteorolojide ve nehirlerin, sellerin ve su baskınlarının erimesini tahmin etmek için hidrolojide geliştirilmiştir. Litosferin ve üst atmosferin durumunun analizine dayanarak sismik aktiviteyi ve depremleri tahmin etmeye yönelik araştırmalar başlıyor.

Görüntülerle çalışırken, her türlü işleme kullanılır, ancak en yaygın olarak geliştirilen, öncelikle görsel olmak üzere görüntü kod çözmedir ve bu, artık bilgisayarla geliştirilmiş dönüşümler ve görüntülerden incelenen nesnelerin sınıflandırılması yetenekleriyle desteklenmektedir. Fotoğraflardan spektral indekslere dayalı çeşitli türev görüntülerin oluşturulması büyük gelişme göstermiştir. Hiperspektral görüntülemenin uygulanmasıyla birlikte bu tür indeks görüntülerin onlarca türü oluşturulmaya başlandı. Radar araştırma malzemelerinin interferometrik işlenmesine yönelik yöntemlerin geliştirilmesi, dünya yüzeyinin yer değiştirmelerinin yüksek doğrulukta belirlenmesi olasılığını ortaya çıkardı. Dijital araştırma yöntemlerine geçiş, dijital stereoskopik araştırmaların geliştirilmesi ve dijital fotogrametrik sistemlerin oluşturulması, esas olarak topografik haritaların oluşturulması ve güncellenmesi için kullanılan uzay görüntülerinin fotogrametrik olarak işlenmesi yeteneklerini genişletmiştir.

Uzay görüntülerinin ana avantajlarından biri, araştırmanın karmaşıklığını sağlayan, dünya kabuğunun tüm bileşenlerinin ortak gösterimi olmasına rağmen, yine de, görüntülerin Dünya çalışmasının çeşitli alanlarında kullanımı, derinlemesine derinlemesine araştırma yapılmasından dolayı şimdiye kadar dağınıktır. her yerde kendi yöntemlerinin geliştirilmesi gerekiyordu. Kapsamlı araştırma fikri, ülkemizdeki doğal kaynakların kapsamlı bir kartografik envanteri programının uygulanması sırasında, görüntülerden birbirine bağlı ve karşılıklı olarak üzerinde mutabakata varılan bir dizi harita oluşturulduğunda tam anlamıyla gerçekleştirildi. Yüzyılın başında insanlığın üzerinde beliren çevre sorunlarının farkındalığı ve Dünya'yı bir sistem olarak inceleme paradigması, karmaşık disiplinlerarası araştırmaları bir kez daha yoğunlaştırdı.

Farklı araştırma alanlarında görüntülerin kullanımının analizi, tüm çeşitli problemlerin çözülmesiyle birlikte, havacılık ve uzay görüntülerinin pratik kullanımına giden ana yolun, bağımsız bir öneme sahip olan ve ayrıca bir harita olarak hizmet veren bir haritadan geçtiğini açıkça göstermektedir. CBS'nin temel temeli.

Önerilen Kaynaklar

1. Knizhnikov Yu.F., Kravtsova V.I., Tutubalina O.V.. Coğrafi araştırmaların havacılık yöntemleri - M .: Yayın Merkezi Akademisi. 2004. 336 s.

3. Krasnopevtsev B.V. Fotogrametri. - M.:MIIGAiK, 2008. - 160 s.

2. Labutina I.A. Havacılık görüntülerinin yorumlanması. - M .: Aspect Press. 2004. -184 s.

4. Smirnov L.E. Coğrafi araştırmaların havacılık yöntemleri. - St. Petersburg: St. Petersburg Üniversitesi Yayınevi, 2005. - 348 s.

5. Şek. G.U. Uzaktan algılamanın temelleri. -M.: Tekhnosfer, 2006, 336 s.

6. Jensen J.R.Çevrenin uzaktan algılanması: Dünya kaynakları perspektifi. - Prentice Hall, 2000. - 544 s.

Havacılık ve uzay görüntü atlasları:

8. Multispektral havacılık görüntülerinin yorumlanması. Metodoloji ve sonuçlar. - M.: Bilim; Berlin: Akademie-Verlag. - T.1. - 1982. - 84 s.;

9. Multispektral havacılık görüntülerinin yorumlanması. Sistem "Parça". Metodoloji ve sonuçlar. - M.: Bilim; Berlin: Akademie-Verlag. T.2. - 1988. - 124 s.

10. Jeoekolojinin uzay yöntemleri. - M .: Moskova yayınevi. Üniversite, 1998. - 104 s.

Dünya uzaktan algılama (ERS) - Dünya'nın yüzeyi ve üzerindeki nesneler, atmosfer, okyanus, yer kabuğunun üst katmanı hakkında, kayıt cihazının araştırma nesnesinden önemli ölçüde çıkarıldığı temassız yöntemler kullanılarak bilgi elde edilmesi mesafe. Uzaktan algılamanın genel fiziksel temeli, bir nesnenin kendi veya yansıyan radyasyonunun kaydedilen parametreleri, biyojeofizik özellikleri ve mekansal konumu arasındaki işlevsel ilişkidir. Yöntemin özü, bir nesne tarafından yansıtılan veya yayılan ve uzayda ondan uzak bir noktada kaydedilen elektromanyetik radyasyonun ölçülmesinin sonuçlarını yorumlamaktır.

Uzaktan algılama teknikleri Dünya araştırmalarında çok uzun zamandır kullanılmaktadır. İlk başta, incelenen nesnelerin mekansal konumunu kaydetmek için elle çizilmiş fotoğraflar kullanıldı. Fotoğrafın icadıyla birlikte, dağlık alanların haritalarının perspektif fotoğraflar kullanılarak çizildiği yer tabanlı fototeodolit fotoğrafçılığı ortaya çıktı. Havacılığın gelişmesi, araziyi yukarıdan planlı olarak gösteren hava fotoğrafları elde etmeyi mümkün kıldı. Bu, Yer bilimlerini güçlü bir araştırma aracı olan hava yöntemleriyle donattı.

Uzaktan algılama kavramı 19. yüzyılda fotoğrafın icadından sonra ortaya çıkmış ve bu yöntemin uygulanmaya başladığı ilk alanlardan biri de astronomi olmuştur. Daha sonra askeri alanda düşman hakkında bilgi toplamak ve stratejik kararlar vermek amacıyla uzaktan algılama kullanılmaya başlandı. Amerikan İç Savaşı sırasında birlik hareketlerini, malzemeleri, tahkimatları ve topçu ateşinin etkilerini izlemek için drone fotoğrafları kullanıldı. Çeşitli devletler tarafından finanse edilen araştırmalar sonucunda, bu yöntemin önce askeri amaçlı, ardından sivil kullanıma yönelik sensörler oluşturulmasını mümkün kılan teknolojiler geliştirildi. İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra, sivil haritacılığın yanı sıra çevreyi izlemek ve bölgelerin gelişimini değerlendirmek için uzaktan algılama kullanılmaya başlandı. 1960'larda uzay roketleri ve uyduların ortaya çıkışıyla uzaktan algılama uzaya girdi.

Uzaktan algılamanın yeni dönemi insanlı uzay uçuşlarını, keşifleri, meteorolojik ve kaynak uydularını içeriyor.

Amacı alçak yörüngelerden fotoğraf elde etmek olan CORONA, ARGON, LANYARD programları çerçevesinde keşif uydularının fırlatılması sonucunda askeri alanda uzaktan algılama yetenekleri önemli ölçüde arttı. Kısa süre sonra 2 metre çözünürlüğe sahip stereo görüntü çiftleri elde edildi. İlk uydular yörüngede yedi ila sekiz gün boyunca görev yaptı, ancak bu cihazların sonraki nesilleri birkaç ay boyunca veri sağlayabildi.

1961 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde başlayan insanlı uçuş programları sonucunda insanoğlu ilk kez Ay yüzeyine indi (1969). Dikkate değer olan, Dünya'nın görüntülerini üreten Merkür programı, Gemini projesi (1965-1966) sırasında uzaktan algılama verilerinin sistematik olarak toplanması ve dünya yüzeyinin uzaktan algılanmasının gerçekleştirildiği Apollo programı (1968-1975)'dir. ) ve insanın Ay'a inişi gerçekleşti, dünyanın kaynakları üzerinde araştırmalar yapan Skylab uzay istasyonunun lansmanı (1973-1974), 1981'de başlayan yeniden kullanılabilir uzay aracının uçuşları ve çok bantlı görüntüler elde edildi Dokuz spektral kanal kullanarak görünür ve yakın kızılötesinde 100 metre çözünürlüğe sahip.

Sovyetler Birliği'nde ve daha sonra Rusya'da uzay programları ABD'nin uzay programlarına paralel olarak gelişti. Yuri Gagarin'in 12 Nisan 1961'deki uçuşu, uzaya ilk insan uçuşu oldu, Vostok (1961-1963), Voskhod (1964-1965) ve Soyuz uzay aracının fırlatılması, uzay istasyonlarının yörüngesinde çalışıyor " Selam" (ilk Nisan) 19, 1971).

İlk meteoroloji uydusu 1 Nisan 1960'ta Amerika Birleşik Devletleri'nde fırlatıldı. Hava durumu tahmini, siklonların hareketinin izlenmesi ve diğer benzer görevler için kullanıldı. Dünya yüzeyindeki geniş alanların düzenli olarak görüntülenmesinde kullanılan uydulardan ilki TIROS-1 (Televizyon ve Kızılötesi Gözlem Uydusu) oldu.

İlk özel uydu 1972'de fırlatıldı. ERTS-1 (Dünya Kaynakları Teknolojisi Uydusu) olarak adlandırıldı ve esas olarak tarımsal amaçlarla kullanıldı. Şu anda bu serideki uydulara Landsat adı verilmektedir.

Orta çözünürlüklü bölgelerin düzenli multispektral araştırmaları için tasarlanmıştır. Daha sonra 1978'de ilk tarama uydusu SEASAT fırlatıldı, ancak yalnızca üç ay boyunca veri aktardı. Stereo çift görüntü elde etmenin mümkün olduğu SPOT serisinin ilk Fransız uydusu 1985 yılında yörüngeye fırlatıldı. IRS (Indian Remote Sensing) adı verilen ilk Hindistan uzaktan algılama uydusu 1988'de fırlatıldı. Japonya ayrıca JERS MOS uydularını yörüngeye fırlattı.

Çin 1975'ten bu yana periyodik olarak kendi uydularını fırlatıyor ancak bunların aldığı veriler hâlâ kamuya açık değil. Avrupa Uzay Konsorsiyumu, ERS radar uydularını 1991 ve 1995'te, Kanada'nın RADARSAT uydusunu ise 1995'te yörüngeye fırlattı.

Havacılık ve uzay yöntemlerinin gelişim tarihi, bilim ve teknolojideki yeni ilerlemelerin görüntü elde etme teknolojilerini geliştirmek için hemen kullanıldığını göstermektedir. Bu, bilgisayarlar, uzay aracı ve elektronik görüntüleme sistemleri gibi yeniliklerin geleneksel hava fotoğrafçılığı yöntemlerinde devrim niteliğinde değişiklikler yaptığı 20. yüzyılın ortalarında gerçekleşti; havacılık algılaması doğdu. Uydu görüntüleri bölgesel ve küresel düzeydeki sorunların çözümü için coğrafi bilgi sağlamıştır.

Şu anda, havacılık ve uzay algılamanın ilerleyen gelişimindeki aşağıdaki eğilimler açıkça görülmektedir.

• İnternette anında yayınlanan uzay görüntüleri, hem profesyonel uzmanlar hem de halk için bölgeyle ilgili en popüler video bilgileri haline geliyor.
• Açık erişimli alan görüntülerinin çözünürlüğü ve metrik özellikleri hızla gelişiyor. Hava fotoğraflarıyla başarılı bir şekilde rekabet eden ultra yüksek çözünürlüklü yörünge görüntüleri (metre ve hatta desimetre) yaygınlaşıyor.
• Analog fotoğraf görüntüleri ve bunların işlenmesine yönelik geleneksel teknolojiler eski tekel değerlerini kaybediyor. Ana işlem cihazı, özel yazılım ve çevre birimleriyle donatılmış bir bilgisayardı.
• Her türlü hava koşuluna uygun radarın geliştirilmesi, onu, havacılık ve uzay algılamanın optik teknolojileriyle etkili bir şekilde entegre olmaya başlayan, metrik olarak doğru mekansal coğrafi bilgi elde etmek için ilerici bir yönteme dönüştürüyor.
• Çeşitli havacılık ve uzay yer algılama ürünlerine yönelik bir pazar hızla ortaya çıkıyor. Yörüngede faaliyet gösteren ticari uzay araçlarının, özellikle de yabancıların sayısı giderek artıyor. En yaygın kullanılan görüntüler kaynak uydu sistemleri Landsat (ABD), SPOT (Fransa), IRS (Hindistan), haritalama uyduları ALOS (Japonya), Cartosat (Hindistan), ultra yüksek çözünürlüklü uydular Ikonos, QiuckBird, GeoEye (ABD) tarafından elde edilmektedir. ), tandem interferometrik araştırma gerçekleştiren radar TerraSAR-X ve TanDEM-X (Almanya) dahil. RapidEye (Almanya) uzay izleme uyduları sistemi başarıyla çalıştırılıyor.

Havacılık görüntüsü, nesnelerin parlaklığını uzaktan kaydederek belirli geometrik ve radyometrik (fotometrik) yasalara göre elde edilen ve çevredeki dünyanın görünür ve gizli nesnelerini, olaylarını ve süreçlerini incelemeyi amaçlayan gerçek nesnelerin iki boyutlu bir görüntüsüdür. ve mekansal konumlarını belirlemek için.

Modern havacılık görüntülerinin ölçek aralığı çok büyüktür: 1:1000 ile 1:100.000.000 arasında değişebilir. yüz binlerce kez. Aynı zamanda, hava fotoğraflarının en yaygın ölçekleri 1:10.000 - 1:50.000 ve uzay fotoğrafları - 1:200.000 - 1:10.000.000 aralığındadır. Tüm havacılık fotoğrafları genellikle analog (genellikle fotoğrafik) ve ikiye ayrılır. dijital (elektronik). Dijital fotoğrafların görüntüsü, bireysel özdeş öğelerden - piksellerden (İngilizce Resim öğesi pikselinden) oluşur; Her pikselin parlaklığı bir sayıyla tanımlanır.

Arazinin bilgi modelleri olarak havacılık görüntüleri, aralarında resimsel, radyometrik (fotometrik) ve geometrik olan bir dizi özellik ile karakterize edilir. Görsel özellikler, fotoğrafların nesnelerin küçük ayrıntılarını, renklerini ve ton geçişlerini yeniden üretme yeteneğini karakterize eder; radyometrik özellikler, nesnelerin parlaklığının bir fotoğrafla nicel olarak kaydedilmesinin doğruluğunu gösterir; geometrik özellikler, fotoğraflardan boyutlarını, uzunluklarını ve özelliklerini belirleme yeteneğini karakterize eder; nesnelerin alanları ve göreceli konumları.

Uydulardan alınan Dünya gözlem verilerini kullanmanın en iyi yolu, bunları diğer kaynaklardan gelen bilgilerle birlikte analiz etmektir.

Birbirini takip eden birkaç yörünge noktasından üst üste binen görüntüler almak (stereo fotoğrafçılık), üç boyutlu nesnelerin daha doğru bir görüntüsünü elde etmenize ve sinyal-gürültü oranını iyileştirmenize olanak tanır.

Multispektral görüntülerin kullanımı, çeşitli nesnelerin benzersiz ton özelliklerine dayanmaktadır. Farklı spektral aralıklardaki görüntülerden gelen parlaklık verilerini birleştirmek, belirli mekansal yapıları doğru bir şekilde tanımlamanıza olanak tanır. Çok sayıda (10'dan fazla) dar araştırma bölgesi kullanılarak yapılan ölçümlere hiperspektral denir. Hiperspektral fotoğrafçılıkla, örneğin kirlilik gibi tipik bir durum olan soğurma bantlarının varlığıyla karakterize edilen nesnelerin tanımlanması olasılığı artar. Multispektral ve hiperspektral araştırmalar, fotoğrafı çekilen nesnelerin spektral parlaklıklarındaki farklılıkları yorumlamak için daha etkili bir şekilde kullanmayı mümkün kılar.

Bu tür görüntü, hem farklı uzunluklarda yansıyan radyo dalgalarının kaydedilmesiyle hem de farklı polarizasyonlarla elde edilen radar görüntülerini de içerebilir.

Çok zamanlı araştırma, özellikleri zamanla değişen nesnelerin görüntülerinin karşılaştırmalı analizine olanak tanıyan, önceden belirlenmiş tarihlerde planlı bir araştırmadır.

Çok düzeyli araştırma: Çalışma alanı hakkında daha ayrıntılı bilgi elde etmek için farklı örnekleme seviyeleriyle araştırma kullanılır.

Tipik olarak tüm veri toplama süreci üç seviyeye ayrılır: uzay görüntüleme, havadan görüntüleme ve yer bazlı araştırma.

Çoklu polarizasyonlu çekim yöntemiyle elde edilen görüntüler, yansıyan ışınımın polarizasyon özelliklerindeki farklılıklara dayalı olarak nesneler arasında sınırlar çizmek için kullanılır. Örneğin, su yüzeyinden yansıyan radyasyon genellikle bitki örtüsünden yansıyan radyasyona göre daha yüksek polarizasyona sahiptir.

Kombine yöntem, çok zamanlı, çok spektrumlu ve çok kutuplu araştırmaların kullanılmasından oluşur.

Dünyanın uzaydan (ERS) uzaktan algılanmasına yönelik teknolojiler gezegenimizi incelemek ve sürekli izlemek için vazgeçilmez bir araçtır, kaynaklarının etkin bir şekilde kullanılmasına ve yönetilmesine yardımcı olur. Modern uzaktan algılama teknolojileri hayatımızın hemen her alanında kullanılmaktadır.

Günümüzde Roscosmos işletmelerinin geliştirdiği uzaktan algılama verilerinin kullanılmasına yönelik teknolojiler ve yöntemler, güvenliğin sağlanması, doğal kaynakların arama ve üretim verimliliğinin artırılması, tarımda en son uygulamaların tanıtılması, acil durumların önlenmesi ve sonuçlarının ortadan kaldırılmasına yönelik benzersiz çözümler sunulmasını mümkün kılmaktadır. , çevreyi korumak ve iklim değişikliğini kontrol etmek.

Uzaktan algılama uyduları tarafından iletilen görüntüler tarım, jeolojik ve hidrolojik araştırmalar, ormancılık, çevre koruma, arazi planlama, eğitim, istihbarat ve askeri amaçlar gibi birçok endüstride kullanılmaktadır. Uzaktan algılama uzay sistemleri, geniş alanlardan (ulaşılması zor ve tehlikeli alanlar dahil) gerekli verilerin kısa sürede elde edilmesini mümkün kılar.

Roscosmos, 2013 yılında Uluslararası Uzay ve Büyük Afetler Şartı'nın faaliyetlerine katıldı. Uluslararası Şart'ın faaliyetlerine katılımını sağlamak için, Şart ve Rusya Acil Durumlar Bakanlığı ile etkileşim için özel bir Roscosmos Merkezi oluşturuldu.

Roscosmos State Corporation'ın Dünya uzaktan algılama bilgilerinin alımını, işlenmesini ve dağıtımını organize etmeye yönelik ana organizasyonu, Rus Uzay Sistemleri holdinginin (Roscosmos State Corporation'ın bir parçası) Operasyonel Dünya İzleme Bilimsel Merkezi'dir (SC OMZ). NC OMZ, Rus uzaktan algılama uzay aracından uzay bilgilerinin planlanması, alınması, işlenmesi ve dağıtılması için yer tabanlı bir kompleksin işlevlerini yerine getiriyor.

Dünya uzaktan algılama verilerinin uygulama alanları

• Topografik haritaların güncellenmesi
• Navigasyon, yol ve diğer özel haritaların güncellenmesi
• Taşkın gelişiminin tahmini ve kontrolü, hasar değerlendirmesi
• Tarım izleme
• Rezervuar kademelerindeki hidrolik yapıların kontrolü
• Deniz taşıtlarının gerçek konumu
• Orman kesiminin dinamiklerini ve durumunu takip etmek
• Çevresel izleme
• Orman yangını hasar tespiti
• Maden yataklarının geliştirilmesi sırasında lisans anlaşmalarına uyum
• Petrol sızıntılarının ve petrol tabakasının hareketinin izlenmesi
• Buz izleme
• İzinsiz inşaatların kontrolü
• Hava tahminleri ve doğal tehlikelerin izlenmesi
• Doğal ve insan yapımı etkilerle ilişkili acil durumların izlenmesi
• Doğal ve insan kaynaklı afet alanlarında acil müdahale planlaması
• Ekosistemlerin ve antropojenik nesnelerin izlenmesi (şehirlerin, sanayi bölgelerinin, ulaşım yollarının genişletilmesi, rezervuarların kurutulması vb.)
• Karayolu ulaşım altyapı tesislerinin inşaatının izlenmesi

Jeo-uzamsal bilgilerin elde edilmesi ve kullanılmasına ilişkin prosedürü tanımlayan düzenleyici belgeler

• « 2025'e kadar olan dönem için Dünya'nın uzaktan algılanmasına yönelik Rus uzay sisteminin geliştirilmesi konsepti»
• 28 Şubat 2015 tarih ve 182'de değiştirilen 10 Haziran 2005 tarih ve 370 sayılı Rusya Federasyonu Hükümeti Kararı " "Resurs-DK" tipi uzay aracından yerden yüksek doğrusal çözünürlüklü Dünya uzaktan algılama verilerinin uzay araştırmalarının planlanması, alınması, işlenmesi ve dağıtılmasına ilişkin Yönetmeliğin onaylanması üzerine»
• 28 Mayıs 2007 tarih ve 326 sayılı Rusya Federasyonu Hükümeti Kararnamesi “ Jeo-uzamsal bilgilerin elde edilmesi, kullanılması ve sağlanmasına ilişkin prosedür hakkında»
• Rusya Federasyonu Cumhurbaşkanı'nın 13 Nisan 2007 tarih ve Pr-619GS sayılı Emri ve 24 Nisan 2007 tarih ve SI-IP-1951 sayılı Rusya Federasyonu Hükümeti Kararı. " Rusya Federasyonu'nda uzaydan uzaktan algılama verileri kullanılarak sağlanan federal, bölgesel ve diğer hizmet operatörlerinden oluşan bir sistem oluşturmak için bir dizi önlemin geliştirilmesi ve uygulanması hakkında»
• 11 Mayıs 2007'de Roscosmos Başkanı tarafından onaylanan bu talimatların uygulanmasına ilişkin plan " Rusya Federasyonu'nda uzaydan uzaktan algılama verileri kullanılarak sağlanan federal, bölgesel ve diğer hizmet operatörlerinden oluşan bir sistem oluşturmaya yönelik bir dizi önlemin uygulanması hakkında»
• Rusya Federasyonu'nun devlet programı " 2013 - 2020 Rusya uzay faaliyetleri» 15 Nisan 2014 tarih ve 306 sayılı Rusya Federasyonu Hükümeti Kararnamesi ile onaylanmıştır
• 19 Nisan 2013 tarih ve Pr-906 sayılı Rusya Federasyonu Cumhurbaşkanı tarafından onaylanan, 2030 ve sonrasına kadar olan dönem için Rusya Federasyonu'nun uzay faaliyetleri alanındaki devlet politikasının temelleri
• 27 Temmuz 2006 tarihli Federal Kanun N 149-FZ “Bilgi, bilgi teknolojileri ve bilginin korunması hakkında» Değişiklik ve eklemelerle: 27 Temmuz 2010, 6 Nisan, 21 Temmuz 2011, 28 Temmuz 2012, 5 Nisan, 7 Haziran, 2 Temmuz, 28 Aralık 2013, 5 Mayıs 2014

Eyalet ihtiyaçlarını karşılamak için federal, bölgesel ve yerel yürütme makamlarına, birinci düzey standart işleme (radyometrik ve geometrik düzeltmeden geçmiş uzay görüntüleri) uydu görüntüleri malzemeleri ücretsiz olarak sağlanmaktadır. Belirtilen kuruluşların daha yüksek seviyede standart işleme tabi tutulmuş uydu görüntüsü malzemeleri temin etmesi gerekli olduğu takdirde, bunların yapım hizmetlerine ilişkin olarak onaylanmış fiyat listesine göre ücret alınır.