Полезное

Календарь
Март
Пн   6 13 20 27
Вт   7 14 21 28
Ср 1 8 15 22 29
Чт 2 9 16 23 30
Пт 3 10 17 24 31
Сб 4 11 18 25  
Вс 5 12 19 26  

Аэрокосмические методы. Фотосъемки



Скачать: Аэрокосмические методы. Фотосъемки

План реферата

1.Возникновение аэрофотосъемки

2 Использование аэрофотосъемки в народном хозяйстве

3. Возникновение космических методов

4 Изучение по космическим снимкам географических особенностей Земли

Список используемой литературы

1.Возникновение аэрофотосъемки

Возникновение аэрофотосъемки относится к концу XIX в. Первые фотографии земной поверхности были сделаны с воздушных шаров. Хотя они отличались множеством недостатков, сложностью получения и последующей обработки, изображение на них было достаточно четким, что позволяло различить множество деталей, а также получить общую картину исследуемого региона. Дальнейшее развитие и совершенствование фотографии, фотоаппаратов а также воздухоплавания привели к тому, что съемочные устройства стали устанавливать на летающих аппаратах, называемых аэропланами. Во время Первой мировой войны фотографирование с аэропланов производилось с целью воздушной разведки. Фотографировались расположение войск противника, их укрепления, количество техники. Эти данные использовались для разработки оперативных планов ведения боевых действий.

После окончания Первой мировой войны, уже в послереволюционной России, аэрофотосъемку стали использовать для нужд народного хозяйства.

2. Использование аэрофотосъемки в народном хозяйстве

В 1924 г. под г. Можайск был создан аэрофотосъемочный полигон, на котором производилось испытание вновь создаваемых аэрофотоаппаратов, аэрофотосъемочных материалов (фотопленки, специальной бумаги, оборудования для проявления и печатания снимков). Эту аппаратуру устанавливали на существовавшие тогда самолеты типа Як, Ил, новый самолет Ан. Эти исследования давали положительные результаты, что и позволило перейти к широкому использованию аэрофотосъемки в народном хозяйстве. Аэрофотографирование производилось с помощью специального фотоаппарата, который устанавливался в днище самолета с приспособлениями, устраняющими вибрацию. Кассета фотоаппарата имела пленку длиной от 35 до 60 м и шириной 18 или 30 см, отдельный снимок имел размеры 18х18 см, реже — 30х30 см. До 50-х гг. ХХ в. изображение на снимках было черно-белым, позже стали получать цветные, а затем спектральные изображения.

Спектральные изображения выполняются с помощью светофильтра в определенной части видимого солнечного спектра. Например, возможно фотографирование в красной, синей, зеленой, желтой части спектра. При этом используется двухслойная эмульсия, покрывающая пленку. Такой способ фотографирования передает ландшафт в необходимых цветах. Так, например, смешанный лес при спектральном фотографировании дает изображение, которое легко можно подразделять по породам, имеющим на снимке разные цвета. После проявления и сушки пленки готовят контактные отпечатки на фотобумаге размером соответственно 18х18 см или 30х30 см. Каждый снимок имеет номер, круглый уровень, по которому можно судить о степени горизонтальности снимка, а также  часы, фиксирующие время в момент получения данного снимка.

Фотографирование какой-либо местности осуществляется в полете, при котором самолет совершает перелеты с запада на восток, затем с востока на запад. Аэрофотоаппарат работает в автоматическом режиме и выполняет снимки, располагающиеся по маршруту самолета один за другим, перекрывая друг друга на 60 %. Перекрытие снимков между маршрутами составляет 30 %. В 70-х гг. ХХ в. на базе самолета Ан был сконструирован для этих целей специальный самолет Ан-30. Он снабжен пятью фотоаппаратами, управление которыми осуществляется с помощью счетной машины, а в настоящее время — с помощью компьютера. Кроме того, самолет обеспечен противовибрационным устройством, исключающим боковой снос за счет ветра. Он может выдерживать заданную высоту полета. После изготовления снимков осуществляется процесс дешифрирования. Под дешифрированием понимают распознавание изображенных на снимках объектов и явлений. Для этого используются дешифровочные признаки. К ним относятся форма, размеры объектов, форма их теней на земной поверхности, цвет, взаимное расположение объектов. Примерами использования дешифровочных признаков могут быть различия в формах тени хвойных и лиственных деревьев. Так,например, ель отбрасывает тень в виде треугольника, тень же лиственных деревьев имеет округлую или овальную форму. Примером взаимного расположения объектов может служить расположение дороги на обеих берегах реки без моста между ними. Это говорит о наличии в реке брода.

Первые опыты использования аэрофотосъемки в народном хозяйстве относятся к концу 20-х гг. ХХ в. Снимки были использованы в труднодоступных местах в бассейне реки Мологи. С их помощью производилось изучение, обследование и определение качества и продуктивности (таксация) лесов этой территории. Кроме того, немного позже производилось изучение фарватера Волги. Эта река на некоторых участках часто меняла фарватер, возникали мели, косы, пересыпи, сильно мешающие судоходству до создания водохранилищ.

Аэрофотосъемочные материалы позволили выявить закономерности в образовании и отложении речных наносов. Во время Второй мировой войны аэрофотосъемка также широко использовалась в народном хозяйстве для разведки полезных ископаемых, а также на фронте для выявления перемещения живой силы и техники противника, съемки укреплений, возможных театров военных действий. В послевоенный период аэрофотосъемка также использовалась во многих направлениях.

Очень важным направлением использования аэрофотосъемки являются топография и картография. В 1948 г. с помощью аэрофотосъемки была составлена карта всего СССР в масштабе 1:100 000. Только аэрофотосъемка позволила составить подобную карту в таких труднодоступных районах, как Восточная Сибирь, Прибайкалье, Чукотка. Материалы аэросъемки использовались и используются в настоящее время для составления как крупномасштабных (1:10 000, 1:25 000, 1:50 000),так и среднемасштабных (1:100 000, 1:200 000, 1:500 000, 1:1 000 000) карт. Использование аэроснимков позволяет выполнять трудоемкие картографические работы быстро и дешево.

Аэрофотосъемка используется во множестве направлений. Очень большую роль играет она в геологических исследованиях. Трест "Аэрогеология" обладает огромнейшим архивом снимков практически всей территории России, а также всех республик бывшего СССР. С помощью аэросъемки были разведаны запасы газа и нефти, в Тюменской области -- месторождения Уренгоя, Ямала и многие другие; были открыты алмазоносные территории в Архангельской области; новые золотоносные районы на Колыме, Сеймчане. Большую роль играют фотоматериалы в деле охраны природы. Особенно важно это в северных районах, где при обустройстве месторождений нефти и газа часто причиняется огромной вред уязвимой природе Севера. На аэроснимках прекрасно просматривается нарушение почвенного покрова при перемещении тяжелой техники, оттаивание многолетней мерзлоты и последующее заболачивание, участки дорог, которым угрожают просадки и затопление. Вообще аэросъемка очень много дала для изучения территорий, занятых многолетней мерзлотой. С ее помощью было изучено множество криогенных форм -- наледи на реках, бугры пучения при замерзании подпочвенного слоя воды, аласы (многолетние сезонные просадки); были изучены различные типы тундр и их эволюция. Очень важно применение аэросъемки в вулканологии в связи с опасностью и труднодоступностью изучения вулканов. На Камчатке периодически производятся полеты с целью съемки многочисленных действующих вулканов. Такое наблюдение позволяет довольно точно предсказать возможные извержения как основного конуса, так и побочных. Интересно, что при приближении к жерлам пока не действующего вулкана на пленке соответствуют яркие светлые пятна. Создание множества водохранилищ поставило перед наукой новые неожиданные задачи. Началась интенсивная работа на берегах затопленных водохранилищ. Здесь неоценимую помощь оказала аэрофотосъемка. Была организована систематическая съемка береговой линии Волгоградского, Рыбнинского, Саратовского водохранилищ. При этом было установлено, что на разных участках береговая линия ведет себя неодинаково. В некоторых местах идет интенсивное разрушение и отступление берега, в других происходит интенсивное отложение материала, образуются отмели, прибрежные мели, косы, идет заболачивание. На правом берегу Волгоградского водохранилища затопление берегов привело к усилению оползневых процессов. Все эти наблюдения позволяют принимать меры по укреплению берегов водохранилищ и предотвращению опасных явлений. Подобные же работы проводились на побережье Черного моря с целью сохранения пляжей в курортной зоне. Изучение аэроснимков дало возможность принимать меры, препятствующие размыву пляжей. Были построены волноломы, волноприбойные стенки, боны.

Используются аэрофотоснимки и при проектировании и строительстве дорог, особенно в труднодоступных районах. Большие фотосъемочные работы производились при проектировании и строительстве Байкало-Амурской магистрали. Была выбрана наиболее удобная, менее дорогостоящая и безопасная трасса. При этом были установлены места для добычи строительного материала, необходимого для создания дороги. Используют аэроснимки и при проектировании и строительстве новых городов, и реконструкции старых. Очень много значат эти методы при изучении почвенного покрова. На аэроснимках черно-белых, а особенно цветных и спектральных, четко видны различия в типах почв. Особенно важно изучение почв в последнее время в связи с сильным нарушением естественного растительного покрова. Непродуманное применение различных агротехнических Мероприятий, таких как орошение, осушение, неправильная распашка, вырубка леса, приводит к нежелательному засолению, эрозии, сильному смыву, ветровой эрозии почвенного покрова. Очень большую помощь при составлении карт растительности оказывают цветные, а в особенности спектральные снимки.

Очень интересные работы по изучению ледников, их сезонных и годовых изменений, скорости движения ледовых масс, накопление снега в фирновых бассейнах, ледниковых отложений проводились в 50—60-х гг. ХХ в. на Кавказе и в особенности на Эльбрусе.

Кроме обычных фотографических снимков, возможно получение изображения земной поверхности в невидимой части электромагнитного спектра. В инфракрасной части спектра получают так называемые тепловые снимки. Изображение на тепловых снимках строится на основе разности температур различных объектов земной поверхности. Так, например, местность, сфотографированная днем в инфракрасной зоне спектра, будет выглядеть на снимке таким образом: водные и увлажненные объекты (речки, озера, болота) будут более темными, а сухие участки -- светлыми. Та же местность, сфотографированная в инфракрасной зоне ночью, будет выглядеть на снимке в противоположных цветах: увлажненные участки и водные объекты более светлыми, а сухие -- более темными. Это связано со значительной удельной теплоемкостью воды, что приводит к длительному сохранению тепла, сухие участки быстро остывают и охлаждаются.

Съемка в инфракрасной зоне спектра очень эффективна для изучения современных вулканических районов. Очаги будущих извержений ярко и отчетливо изображаются на тепловых снимках в виде очень заметных светлых точек, пятен и ореолов. Хорошо видны свежие потоки лавы с высокой температурой. Тепловая съемка использовалась и используется в настоящее время на Камчатке, позволяя достаточно точно предсказывать время извержения ее многочисленных вулканов.

Кроме инфракрасной аэросъемки, для получения изображений земной поверхности используется съемка в радиодиапазоне. Эта съемка ведется с самолетов с помощью радиолокатора, испускающего и принимающего отраженные от земной поверхности радиоволны. Для этой цели используются длинные (1500 м и более) радиоволны. Они имеют очень хорошую проходимость, им не мешают облака, туман, дождь, время суток. Радиолокационную съемку называют всепогодной. Этот вид съемки особенно широко используется в геологических изысканиях, поскольку на радиолокационных снимках очень четко просматриваются геологические структуры, линии сбросов, разломов и других тектонических нарушений. Радиолокационная съемка используется также в высокоширотных районах для изучения морских льдов.

Кроме аэроснимков в виде отпечатков на фотобумаге, уже с начала ХХ в. в военной разведке и естественных исследованиях используется аэровизуальные наблюдения, когда земную поверхность рассматривает и изучает визуально, то есть собственными глазами, наблюдатель-исследователь. Этот способ очень эффективен при изучении быстро меняющейся обстановки. Здесь можно назвать маневры, перемещения войск и военной техники, возникновение пожаров, в особенности лесных, изменение ледовой обстановки на реках и морях. В настоящее время при проводке судов по Северному морскому пути в обязательном порядке ведется аэровизуальное наблюдение за льдами по маршруту следования судов. Кроме того, на крупных реках во время весеннего ледохода возможны заторы, которые могут привести к разрушению мостов, плотин, береговых сооружений. В этом случае также используются аэровизуальные наблюдения. Еще одна сфера применения этого метода -- лавинная служба. Накопление снега в лавинных лотках, образование опасных карнизов легко можно наблюдать с самолета и затем предотвратить опасный сход лавины. Кроме того, аэровизуальные наблюдения могут обезопасить горные долины, населенные пункты, дороги от разрушительных селевых потоков и камнепадов.

3. Возникновение космических методов

В истории космического фотографирования может быть выделено три этапа. К первому этапу следует отнести фотографирование Земли с высотных, а затем с баллистических ракет, относящееся к 1945--1960 гг. Первые фотография земной поверхности были получены еще в конце XIX в. — начале ХХ в., то есть еще до использования в этих целях авиации. Первые опыты по подъему фотоаппаратов на ракетах начал проводить в 1901--1904 гг. немецкий инженер Альфред Мауль в Дрездене. Первые снимки были получены с высоты 270--800 м, имели размер кадра 40х40 мм. В этом случае фотографирование проводилось при спуске ракеты с фотоаппаратом на парашюте. В 20--30 гг. ХХ в. в ряде стран производились попытки использования ракет для съемки земной поверхности, однако в связи с малыми высотами подъема (10--12 км) они оказались не эффективными.

Съемки Земли с баллистических ракет сыграли важную роль в предыстории изучения природных ресурсов с различных космических летательных аппаратов. С помощью баллистических ракет были получены первые мелкомасштабные изображения Земли с высоты более 90--100 км. Самые первые космические фотографии Земли были сделаны в 1946 г. с помощью баллистической ракеты "Викинг-2" с высоты около 120 км на полигоне Уайт-Сэнд (Нью-Мексико, США). В течение 1946--1958 гг. на этом полигоне производились запуски баллистических ракет в вертикальном направлении и после достижения максимальной высоты (около 400 км) происходило их падение на Землю. На траектории падения осуществлялось получение фотографических изображений земной поверхности в масштабе 1:50 000 -- 1:100 000. В 1951--1956 гг. на советских метеорологических ракетах также стала устанавливаться фотоаппаратура. Снимки выполнялись при спуске на парашюте головной части ракеты. В 1957--1959 гг. для съемок в автоматическом режиме использовались геофизические ракеты. В 1959--1960 гг. на высотных стабилизированных в полете оптических станциях были установлены фотографические камеры кругового обзора, с помощью которых были получены фотографии Земли с высоты 100--120 км. Фотографирование производилось в разные стороны, в разное время года, в разные часы дня. Это позволило проследить сезонные изменения космического изображения природных особенностей Земли. Снимки, полученные с баллистических ракет, были весьма несовершенны: были большие расхождения в масштабе изображения, малая площадь, нерегулярность запусков ракет. Но эти работы были необходимы для отработки техники и методики съемок земной поверхности с искусственных спутников Земли и пилотируемых кораблей.

Второй этап фотографирования Земли из Космоса охватывает период с 1961 по 1972 г. и носит название экспериментального. 12 апреля 1961 г. первый космонавт СССР (России) Ю. А. Гагарин впервые вел визуальное наблюдение Земли через иллюминаторы корабля "Восток". 6 августа 1961 г. космонавт Г. С. Титов на корабле "Восток-2" выполнял наблюдение и съемку земной поверхности. Съемка производилась через иллюминаторы отдельными сеансами на протяжении всего полета. Уникальную научную ценность имеют исследования, выполненные в этот период на космических пилотируемых кораблях серии "Союз". С борта корабля "Союз-3" проводилось фотографирование дневного и сумеречного горизонта Земли, земной поверхности, а также наблюдение тайфунов, циклонов, лесных пожаров. С борта корабля "Союз-4" и "Союз-5" велись визуальные наблюдения за земной поверхностью, фото- и киносъемка, в том числе районов Каспийского моря. Эксперименты большого хозяйственного значения были выполнены по совместной программе научно-исследовательским судном "Академик Ширшов", спутником "Метеор" и пилотируемым космическим кораблем "Союз-9". Программой исследований в этом случае было предусмотрено наблюдение Земли с использованием оптических приборов, фотографирование геолого-географичеких объектов с целью составления геологических карт и возможных районов залегания полезных ископаемых, наблюдение и фотографирование атмосферных образований с целью составления метеорологических прогнозов. В этот же период была проведена радиолокационная и тепловая съемка Земли и экспериментальное фотографирование в разных зонах видимого солнечного спектра, позднее названного многозональным фотографированием.

Большую научную ценность представляют работы американских астронавтов по фотографированию земной поверхности, выполненные в этот период во время пилотируемых полетов на кораблях серии "Джемини" и "Апполон". Запущенный в 1966 г. Советским Союзом спутник "Молния-1" позволил впервые получить телевизионное изображение Земли с расстояния около 40 000 км. Аппаратура спутников "Метеор" дает возможность получать изображение Земли на освещенной и теневой сторонах. На теневой стороне изображение получается с помощью инфракрасной аппаратуры.

Третий период истории космических съемок начинается с 1973 г. и продолжается по настоящее время.

Его основными задачами являются разработка и совершенствование технических средств производства космической съемки, совершенствование методов обработки полученных космических изображений, разработка и совершенствование методов машинной обработки космических снимков и внедрение полученных результатов в различные отрасли науки и народного хозяйства. Используя космическую информацию, сейчас решают задачи прогнозирования погоды, изучения ресурсов Земли, охраны окружающей среды. В 1977 г. в СССР был запущен специализированный космический аппарат для получения информации о естественных ресурсах "Метеор-Природа". Информация такого рода используется для изучения почв, состояния растительности и посевов, земляных работ, роста оврагов, льдов, паводков, условий морской навигации. Кроме того, эта информация используется в лесном хозяйстве, рыболовном морском промысле, геологии и т. д.

Космическая информация обладает рядом качественно новых достоинств. Это быстрое получение и быстрая передача, возможность многократного повторного получения изображения одной и той же территории, большая обзорность изображений. Космические изображения обладают тремя особенностями. Во-первых, это объединение в одном снимке обширных, отдаленных друг от друга объектов и явлений. Это позволяет выявить крупные черты земной поверхности -- широтную зональность, вертикальную поясность в горах, комбинации растительности и почв различных географических районов. Во-вторых, космические изображения Земли обладают свойством объединять множество компонентов -- климата, гидрографии, растительности, почвенного покрова, культурных ландшафтов. Это единство позволяет выявлять связи между ними. Третьей особенностью космических изображений является их свойство передавать явления в динамике, то есть в движении и развитии. Это позволяет сделать возможным получать повторные снимки.

4. Изучение по космическим снимкам географических особенностей земли

На космических снимках хорошо видны различные формы рельефа с разной высотой -- горы, плоскогорья, равнины, долины рек, вулканы и т. д. Четко выделяются районы с сильным овражным расчленением, карстовыми формами, оползневые участки. Выделяются также ложбины древнего стока, то есть русла и долины давно исчезнувших рек. В горных районах отчетливо выделяются территории, занятые ледниками и снежными покровами. По космическим снимкам также легко выделяются различные формы рельефа песков -- дюны, барханы, песчаная рябь, ячеистые пески. Очень большую помощь оказывают космические изображения при изучении прибрежной зоны крупных озер, морей и океанов. Выделяются современные и древние формы берегового рельефа -- береговые волны, пляжи, пути перемещения наносов, древние береговые линии. Космические снимки открывают новые возможности в изучении гидрологических ресурсов Земли. На них можно увидеть речную и озерную сеть во всей ее полноте и связи, с другими компонентами природы. Регулярно повторяемые космические снимки открывают пути к выявлению изменений в жизни рек и озер, в различные сезоны и отдельные годы. Кроме рек с постоянным течением, на космических снимках хорошо видны пересыхающие реки. Значительный интерес представляют космические изображения, передающие качество воды в водоемах -- прозрачность, загрязненность, наличие растительности. Возможно также выяснение обстановки на крупных озерах и реках  в зимний период, а также во время ледохода, —  толщина льда, ледовые заторы. При изучении по космическим снимкам морей и океанов можно установить характер волнения, приливов и отливов, течения теплые и холодные, соленость и загрязнения, наличие растительности и скопления планктона, косяков промысловой рыбы.

Очень интересны космические снимки в отношении изучения снегового покрова. Возможно определение сроков и особенностей залегания и схода снегового покрова. Это очень важно для определения объема водных ресурсов планеты. Можно также установить положение снеговой границы и возраст снегового покрова в горах. Хороший материал предоставляют космические снимки для изучения ветрового перераспределения снегового покрова, образования и схода снежных лавин и, таким образом, выявления лавиноопасных районов. Во всех подробностях могут быть изучены горные ледники -- их форма, размеры, возраст, скорости движения, области их таяния. Такие сведения позволяют уточнить изображение ледников на физических и топографических картах. На космических снимках почвенный покров  хорошо виден. Особенно четко определяются типы почв, связанные с зональными типами растительности, а также на этих снимках хорошо видна пестрота почвенного покрова, связанная с мелкими деталями и неровностями рельефа. Отображается на космических снимках и засоленность почвенного покрова различной степени. По космическим снимкам возможно различить почвы с различной температурой и влажностью. Растительность, образующая внешний покров земной поверхности, в первую очередь хорошо различима.

С помощью естественной и культурной растительности облегчается распознавание различных типов почв, рельефа земной поверхности, геологических пород, грунтовых вод. По космическим снимкам выделяются горные и равнинные растительные формации, зональные типы растительности, высотные пояса в горных областях. Наиболее четко выделяются контуры лесной растительности -- как большие массивы значительной площади, так и небольшие участки леса типа колков. Наилучшим образом на космических снимках отражаются типы леса, а также редколесья, вырубки, места пожаров. Изучение Земли из космоса дает возможность выявить очаги лесных пожаров на ранней стадии их возникновения, когда еще речь идет о низовом пожаре. Особенно хорошо такие участки просматриваются на инфракрасных или тепловых снимках, видны также полезащитные лесные полосы. С большой детальностью передается растительность на засоленных почвах.

Космические снимки позволяют выявить растительный покров в динамике, то есть в развитии, а также степень нарушения его в результате деятельности человека. Это явление носит название антропогенного воздействия. Получение повторных изображений одних и тех же территорий позволяет выявить направленность и скорость воздействия человеческой деятельности на географическую среду и в том числе на почвы и растительность. Космические снимки дают самую современную информацию о растительности Земли, позволяют составить представление о соотношении площадей естественной и культурной растительности, определить перспективы наиболее рационального хозяйственного использования растительных ресурсов. В отношении культурной растительности космические снимки дают богатейшую информацию. По ним можно определить урожайность, сроки созревания, количество участков, пораженных вредителями и болезнями, составлять оперативные карты ведение сельского хозяйства.

Список используемой литературы

1. Виноградов Б. В., Веденин Л. А. Применение высотных ракет для локальных исследований природной среды.  В кн.: Исследование природной среды космическими средствами. Т. 4. М., 1975.

2. Виноградов Б. В. Космические методы изучения природной среды. М., 1976.

3. Кравцова В. И. Почвенный покров. В кн.: Исследование природной среды космическими средствами. т. 4. М., 1975.

4. Попова В. Б. Аэрокосмические методы в географических исследованиях. Саратов, 1984.



  © Реферат плюс


Поиск
Реклама

  © REFERATPLUS.RU  

Яндекс.Метрика