Фізичні основи і техніка аерокосмічних зйомок
Дистанційні методи дозволяють вивчати фізичне поле Землі на відстані з метою отримання інформації про будову літосфери.
Фізичною основою дистанційного зондування є відбите або власне випромінювання електро-магнітних хвиль природними об`єктами.
Під електромагнітним випромінюванням розуміють поширенням страненіе енергії в просторі у вигляді хвиль або прямолінійного потоку світлових частинок (фотонів). Електромагнітні коливання мають широкий діапазон довжин хвиль. Загальний спектр електромагнітного випромінювання різниться по частоті ти ділиться на кілька областей, які називаються зонами (діапазонами) спектра. Для ізмеенія довжин хвиль в короткохвильовому ділянці спектра в більшості випадків використовують такі одиниці: мікрон або мікрометр (мкм) і нанометр (нм). 1мм = 103мкм = 106 нм. Виділяють наступні основні діапазони електромагнітних хвиль: ультра-фіолетовий, видимий, інфрачервоний і радіодіапазон.
Дистанційне зондування Землі проводиться через товщу атмосфери. При проходженні через атмосферу електро-магнітні хвилі взаємодіють з містяться в ній частинками пилу, диму, кристалами льоду краплями води і т.п. Атмосфера пропускає сонячні промені певних довжин хвиль. Інша частина променів атмосфера затримує, відбиваючи, розсіюючи і поглинаючи їх. Ділянки спектру, в межах яких електромагнітні хвилі добре проходять крізь атмосферу, досягаючи прийомних пристроїв систем дистанційного зондування, називають вікнами прозорості атмосфери (рис.1). Для зйомки земної поверхні з авіаційних і космічних апаратів використовуються наступні діапазони хвиль:
-видимий діапазон 0,4 - 0,8 мкм-
-ближній інфрачервоний діапазон 0,8 - 1,5 мкм-
-теплової інфрачервоний діапазон 3,5 - 5 і 8,0 - 14 мкм;
-надчастотних радіодіапазон 0,3 - 100 см.
Причому для геологічних цілей найбільшою Геоінформу-тивностью отлтчается видимий і ближній інфрачервоний (ІК) діапазон. На думку космонавта, професора В.П.Савіних близько 80% інформації, що надходить в даний час з космосу, доводиться на цей діапазон.
Геологічні об`єкти (гірські породи, структурні елементи, форми рельєфу земної поверхні) випускають електромагнітні хвилі, які містять як власне випромінювання, так і відбите випромінювання енергії Сонця. Експериментальними дослідженнями встановлено, що величина і характер електромагнітних коливань в чому залежить від структурних і літологічних особливостей поверхні літосфери. Існуючі відмінності в електромагнітному випромінюванні різнорідних геологічних утворень дозволяє застосовувати для їх випромінювання методи дистанційного зондування.
Аналіз спектральної відбивної здатності геоло-ня утворень показує, що отримання його обсягу геоінформації можливо при дистанційному зондуванні у видимій та ближній ІЧ області спектра - 0,4 - 1,5 км. За даними Е.Л.Крінова і Ю.С.Толчельнікова спектральні коефіцієнти яскравості геологічних об`єктів мають тенденцію зростати в міру просування в довгохвильову частину спектру. Деякі криві спектральної відбивної здатності проходять через максимум в різних ділянках спектра. Як приклад на рис.2 і 3 наведені криві спектральної яскравості вивержених, метаморфічних і осадових гірських порід, а також основних типів грунтів.
Техніка аерокосмічних зйомок включає різні види апаратури реєстрації електромагнітного випромінювання природних об`єктів, встановленої на авіаційні або космічні носії. Знімальні системи, що застосовуються в дистанційних методах, повинні забезпечити отримання зображені жений земної поверхні, придатних для геологічного дешифрування (візуального, автоматизованого). Подібні технічні засоби поділяють на фотографічні і оптико-електронні. Залежно від апаратури, викорис-зуемое при дистанційній реєстрації відбитого або власного електромагнітного випромінювання Землі, виділяють такі основні види аерокосмічних зйомок земної поверхні: фотографування (0,4 - 0,9 мкм), телевізійна зйомка (0,4 - 1,1 мкм ), багатоспектральних сканерна зйомка (0,3 - 12,6 - км), спектрометрірованіе (0,4 - 2,5 мкм), теплова інфрачервона зйомка (3,5 - 5 і 8,0 - 14 мкм) і радіолакаціонная зйомка ( 0,3 м і більше).Слід зазначити, що фотографування, спектрометрірованіе, телевізійна, багатоспектральну і інфрачервона зйомки земної поверхні вважаються пасивними дистанційними методами, так як вони використовують природне відбите або вторинне теплове випромінювання об`єктів, а також температурні неоднорідності земних надр. Радіолокаційні методи зондування називають активними, оскільки вони працюють мікрохвильовій області випромінювання, що створюється штучним джерелом направленої дії.
Аерокосмічні носії апаратури дистанційного зондування забезпечують проведення зйомок Землі з різних висот. Носії знімальної апаратури ділять на дві основні групи - авіаційні та космічні. Аерозйомку виробляють з літаків, вертольотів та інших повітряних літальних апаратів. Для виконання аерос`емочних робіт широко застосовується спеціальний літак АН-30, який обладнаний комплексом аерос`емочних апаратури і забезпечує фотографування в масштабах від 1: 5 000 до 1: 140 000. Новий літак-зондіровщік «Геофізика» розрахований для аерос`мок (фотографічної, багатоспектральної, теплової, радіолокаційної) з висоти польоту до 21 тис. метрів.
Аерос`емочних апаратура встановлюється також на вертолітні носії Ка-26, Мі-4 і ін. Для дистанційного зондування природного середовища і вирішення прикладних, в тому числі геологічних завдань, в РНТЦ «Екосвіт» (м.Мінськ) розроблена і ефективно застосовується вертолітний лабораторія МІ- 8МТ, оснащена фотографічними та оптико-електронними системами.
Штучні супутники Землі (ШСЗ) є найбільш поширеними носіями оптико-електронної апаратури. Великий обсяг космічної інформації, використовуваної при вирішенні геологічних задач, отриманий з метеорологічних ШСЗ «Метеор», «Тайрос», «Німбус» та ін. До теперішнього часу за російською програмою «МЕТЕОР» запущено більше 50 космічних апаратів. Якщо ви шукали, де можна , пропонуємо вам відвідати офіційний інтернет-магазин adidas з доставкою по всій Росії на сайті adidas.ru.
Для геологічних цілей важливу роль відіграють запуски ресурсних супутників серії «Ресурс», «Алмаз», «Лендсат», «Спот» та інших космічних систем, оснащених оптико-електронною апаратурою з високим просторовим дозволом. Автоматичні ШСЗ серії «Космос» обладнуються для зйомок земної поверхні фотографічними камерами. Технологія фотозйомки розрахована на повернення знятих фотоплівок за допомогою апаратів, що спускаються на Землю апаратів.
Космічна фотозйомка земної поверхні здійснювалася з пілотованих космічних кораблів ( «Схід», «Схід», «Союз», «Меркурій», «Джеміні», «Аполлон», та ін.), Орбітальних станцій ( «Салют», «Мир», «Скайлеб») і кораблів многразового використання серії «Спейс Шаттл» ( «Колумбія», «Діскавері» і ін.). Космонавти виконують зйомку більш цілеспрямовано, вибираючи сприятливі зовнішні умови і об`єкти фотографування.
У складі орбітальної станції «Мир» діяв модуль дистанційного зондування Землі «Природа». Пристикування модуля до станції «Мир» здійснена в квітні 1996 р Встановлена на модулі «Природа» апаратура дистанційного зондування, дозволяла проводити зйомку практично в усіх спектральних інтервалах, включаючи ультрафіолетове, видиме, ІК і мікрохвильової діапазони. Причому спостереження земної поверхні здійснювалося як в пасивному режимі, так і за допомогою активної радіолокації.
В даний час на навколоземній орбіті створюється Міжнародна Космічна станція. Серед планованих на ній науково-технічних досліджень і експериментів важливу роль буде грати відпрацювання нових систем і приладів космічної зйомки Землі.
При дистанційному зондуванні земної поверхні велика увага приділяється визначенню орієнтації авіаційних і космічних засобів. Для цих цілей застосовуються супутникові навігаційні системи. У них закладаються радіотехнічні принципи отримання навігаційних даних.
Однією їх подобнх супутникових систем є NAVSTARGPS. Вона обслуговує необмежене число рухомих і стаціонарних об`єктів, які можуть перебувати в будь-якій точці Землі, в повітрі, навколоземному космічному просторі, в будь-яких метеорологічних умовах. В системі NAVSTAR використовується навігаційна інформація супутників, розміщених на шести орбітах. Така структура дає можливість впевнено працювати не менше, ніж з чотирма супутниками. система NAVSTAR включає передавач дециметрових хвиль, який безперервно передає сигнали, призначені для визначення навігаційно-тимчасових па-раметров.
Бортовий комплекс NAVSTARGPS, встановлений на авіаційних носіях, служить для прийому навігаційних повідомлень. Система дозволяє оперативно визначити місце-положення, шляхову швидкість, істинний шляховий кут, час польоту до вибраних шляхових точок і інші характеристики.
На борту вертольота-лабораторії МІ-8МТ застосовується навігаційна система GPS з приймальною апаратурою TRANSPAK. Вона забезпечує роботу з 8 - 10 ШСЗ, дозволяючи визначити місцезнаходження повітряного судна в географічній системі координат в градусах, хвилинах, секундах. Точність навігаційних даних: координати - 15 м, висота - 50 м, швидкість - 0.5м / с. Бортовий обчислювальний комплекс пов`язаний з аерофотоапаратом для позначки координат центрів знімків і з сканирующим багатозональна комплексом видимого і теплового ІЧ-діапазону для нанесення міток координат на теплові картини земної поверхні.
Супутникові навігаційні системи GPS мають важливе практичне значення для топографо-геодезичних робіт. Використання супутникових приймачів WILDGPS-SYSTEM 200 дозволяє створити геодезичну основу для проведення геологічної зйомки (прив`язка геофізичних профілів, бурових свердловин і ін.), Забезпечення аерокосмічного моніторингу геологічного середовища на регіональному, локальному і детальному рівнях досліджень.
