Материалы съемок из космоса. 
Классификация и современное использование в лесном хозяйстве и лесоинженерном деле

Виды съемок.

Космическую съемку ведут разными методами.

По характеру покрытия земной поверхности космическими снимками можно выделить следующие съемки:

• * одиночное фотографирование,
• * маршрутную,
• * прицельную,
• * глобальную съемку.

Одиночное (выборочное) фотографирование выполняется космонавтами ручными камерами. Снимки обычно получаются перспективными со значительными углами наклона.

Маршрутная съемка земной поверхности производится вдоль трассы полета спутника. Ширина полосы съемки зависит от высоты полета и угла обзора съемочной системы.

Прицельная (выборочная) съемка предназначена для получения снимков специально заданных участков земной поверхности в стороне от трассы.

Глобальную съемку производят с геостационарных и полярноорбитальных спутников. спутников. Четыре-пять геостационарных спутников на экваториальной орбите обеспечивают практически непрерывное получение мелкомасштабных обзорных снимков всей Земли (космическое патрулирование) за исключением полярных шапок.

Классификация космических снимков по спектральным диапазонам и технологии съемки.

Аэрокосмический снимок — это двумерное изображение реальных объектов, которое получено по определенным геометрическим и радиометрическим (фотометрическим) законам путем дистанционной регистрации яркости объектов и предназначено для исследования видимых и скрытых объектов, явлений и процессов окружающего мира, а также для определения их пространственного положения.

Космический снимок по своим геометрическим свойствам принципиально не отличается от аэрофотоснимка, но имеет особенности, связанные с:

• * фотографированием с больших высот,
• * и большой скоростью движения.

Так как спутник по сравнению с самолетом движется значительно быстрее, то требует коротких выдержек при съемке.

Космическая съемка различается по:

• * масштабам,
• * пространственному разрешению,
• * обзорности,
• * спектральным характеристикам.

Эти параметры определяют возможности дешифрирования на космических снимках различных объектов и решения тех геологических задач, которые целесообразно решать с их помощью.

Типы снимков подразделяются по обзорности, по масштабу, по пространственному разрешению (Табл. «Типы снимков»).

Типы снимков Масштаб и обзорность (форма, размер) космических снимков позволяют выявить объекты разного ранга, снятые в одно время и в одном режиме съемки.

Обзорность снимка зависит от размеров участков земной поверхности, отображенной на космоснимке, и измеряется в единицах площади.

Наиболее распространенный размер кадра космического снимка 18×18 см позволяет видеть все изображение одновременно, не «переводя взгляда», без последовательного обзора.

При увеличении масштаба снимка проекционным путем обзорность снимка сохраняется, а уровень генерализации снижается.

По обзорности (охвату территории одним снимком) снимки разделяют:

• 1. Глобальные, охватывающие всю планету. Ширина зоны охвата более 10 тыс. км, а территориальный охват составляет сотни миллионов квадратных километров.
• 2. Крупнорегиональные, отображающие материки, их части и крупные регионы, — снимки с метеорологических спутников на околоземных орбитах, а также снимки малого и среднего разрешения с ресурсных спутников. Ширина зоны охвата варьирует от З тыс. км у снимков малого разрешения до 500 км у снимков среднего разрешения, территориальный охват составляет миллионы квадратных километров. На одном снимке этого типа изобразится Западная Европа, почти вся Австралия, Средняя Азия, Тибет.
• 3. Региональные, на которых изображаются регионы и их части, — это снимки с ресурсных и картографических спутников, а также с пилотируемых кораблей и орбитальных станций. Наиболее характерный охват 350×350 км2, 180×180 км2, 60×60 км2. На снимке подобного охвата изобразится такое государство, как Бельгия, небольшая область, например Московская, крупные мегаполисы.
• 4. Локальные, на которых изображаются относительно небольшие участки местности, — снимки со спутников для детального наблюдения и крупномасштабного топографического картографирования с охватом порядка 10×10 км2. На таком снимке изобразится промышленный комплекс, крупное хозяйство, небольшой город, а для Москвы потребуется несколько снимков.

Масштабы космоснимков разные: от 1:1000 до 100 000 000, т. е. он может меняться в сто тысяч раз. Самые распространенные масштабы космических снимков: от 1:200 000 до 1:10 000 000.

Масштабы космоснимков зависят от:

• * высоты фотографирования,
• * фокусного расстояния аппарата,
• * коэффициента увеличения,
• * углов наклона,
• * кривизны земной поверхности.

Пространственное разрешение (или разрешение на местности) определяется размером наименьшего объекта, воспроизводимого на снимке, и определяется по формуле:

Д = m/2N.

где:

m — масштаб снимка;

N — разрешающая способность снимка, т. е. число раздельно фотографически воспроизводимых черно-белых штрихов на отрезке длиной 1 мм.

Распознавание объектов на снимках зависит от масштаба съемки и разрешающей способности. По соотношению масштабного ряда космических снимков с масштабным рядом геологических карт, принятых в России, космические снимки разделяются по уровням естественной генерализации на (табл. «Классификация карт и материалов дистанционных съемок»):

• * глобальные,
• * континентальные,
• * региональные,
• * локальные,
• * детальные.

Для сканирующих систем разрешения по маршруту и вдоль строки (края снимка) отличаются и могут изменяться в несколько раз зависимости от угла сканирования, поэтому при дешифрировании используют только центральную (рабочую) полосу. В некоторых случаях при увеличении снимков до минимального разрешения (до 5 линий на 1 мм) они могут охватывать несколько уровней распознавания (генерализации).

Снимки глобального уровня. Космические снимки глобального уровня генерализации получают с высот 20—30 тыс. км.:

• * с межпланетных автоматических станций,
• * высокоорбитальных ИСЗ («Молния» и др.)

Масштаб ряда карт: 1:5 000 000.

Космические снимки глобального уровня генерализации охватывают всю или большую часть полушария. Они позволяют:

• * выявлять наиболее протяженные глубинные разломы и зоны разломов,
• * гигантские кольцевые структуры,
• * выяснять характер сочленения крупных структурных элементов земной коры,
• * связь поверхностной геологии с глубинным строением литосферы.

Разработки НАСА космической системы глобального мониторинга ЕОS будет включена в первом десятилетии 21 века. Система предназначена для комплексного планетарного дистанционного изучения Земли как единой системы (химический состав атмосферы, движение волн цунами в океане и т. д.).

Предусматривается работа нескольких ИСЗ, передающих информацию каждые 10 мин. в реальном масштабе времени.

Снимки континентального уровня. Космические снимки континентального уровня генерализации имеют малое разрешение. Их получают телевизионными сканирующими системами с ИСЗ «Метеор» и др. Космические снимки этого уровня генерализации позволяют:

• * устанавливать структурно-геологические особенности крупных областей земного шара,
• * выделять вещественно-структурные комплексы горных пород,
• * глубинные разломы,
• * проводить или уточнять тектоническое районирование.

Масштаб ряда карт: 1:5 000 000.

Снимки регионального уровня. Космические снимки регионального уровня генерализации отличаются средним разрешением. Их получают фотографическими и сканирующими системами с ресурсных ИЗС «Метеор», «Лэндсат», а также с пилотируемых космических кораблей и долговременных орбитальных станций.

Масштаб ряда карт: 1:1 0 и 1:500 000.

Снимки локального уровня. Космические снимки локального уровня генерализации получают фотографическими системами с пилотируемых космических кораблей долговременных орбитальных станций с помощью высококачественной аппаратуры типа МКФ-6 и с ресурсного ИСЗ «Лэндсат».

Снимки локального уровня генерализации позволяют:

• * существенно уточнить геологическую структуру различных регионов,
• * представляют основной материал для геологического картирования в масштабах 1:500 000 и:1 0,
• * для составления специализированных тематических карт геологического содержания, в том числе прогнозно-минералогических.

Эта съемка использует цифровые сканеры, дающие высокое трехмерное изображение. Получаемые снимки пригодны для кадастра и инвентаризации, для изготовления среднемасштабных и крупномасштабных карт.

Масштаб ряда карт: 1:200 000 и 1:100 000.

Снимки детального уровня. Космические снимки детального уровня генерализации масштаба 1:100 000 и крупнее по своим свойствам близки к высотным аэрофотоснимкам и снимкам мелкого масштаба. Получают снимки при фотографировании высококачественными длиннофокусными съемочными камерами с орбит высотой около 200 км. Космические снимки детального уровня генерализации используют (как и аэрофотоматериалы) при космофотогеологических исследованиях.

Масштаб ряда карт: 1:50 000 и 1:25 000.

Все аэрокосмические снимки делятся на:

• * аналоговые (обычно фотографические),
• * цифровые (электронные).

Цифровые снимки. Изображение цифровых снимков образовано из отдельных одинаковых элементов — пикселов. Яркость каждого пиксела характеризуется одним числом. Аэрокосмический снимок состоит из миллионов пикселов.

Технологические способы получения снимков разные (рис. «Классификация космических снимков по спектральным диапазонам и технологии съемки»).

Комплекс обработки информации детального разрешения.

По материалам космической съемки детального разрешения разрабатываются:

• 1. Цифровые изображения районов земной поверхности с линейным разрешением 1 м и 2 м.
• 2. Цифровые модели рельефа
• 3. Ортотрансформированные цифровые изображения (фотопланы).
• 4. Топографические карты различных масштабов.
• 5. Специальные и тематические карты различных масштабов.
• 6. Векторные геоинформационные слои (используются при создании специальных геоинформационных систем).
• 7. Тематически обработанные материалы (оценка экологической обстановки, обстановки в районах экологических и техногенных катастроф, урожайности сельскохозяйственных, состояния лесов и т. д.)

Материалы аэрофотосъемки и космической съемки Они несут ценную оперативную информацию о размещении и структуре лесов региона, значительно ускоряющую процесс создания карт и позволяющую отразить динамические явления в сложении лесной растительности, вызванные прежде всего антропогенным воздействием (рубки леса, трансформация земельных угодий, мелиорация и др.).

При картографировании, как и при таксации лесов, из материалов аэрофотосъемки и космической съемки используются контактные отпечатки (фотоснимки), репродукции накидного монтажа и фотопланы. Контактные фотоснимки печатаются непосредственно с пленки в снятом масштабе и представляют наиболее информативную и легко дешифрируемую часть материалов аэрофотосъемки и космической съемки. Особую ценность имеют спектрозональные снимки.

Масштаб используемых аэрофотоснимков колеблется от 1:10 000 до 1: 80 000 и мельче. Чаще же всего при картографировании лесов находят применение снимки масштабов 1:10 000, 1:25 000 и 1:50 000. Космические снимки могут быть самых различных масштабов. Их получают как в результате прямой контактной печати, так и увеличением до заданного масштаба. Наиболее информативна многозональная съемка структуры растительности, в том числе и лесов, полученная с долговременных орбитальных станций типа «Салют» .

Репродукция накидного монтажа представляет собою переснятый систематизированный по номенклатуре монтаж фотоснимков па тот или иной участок территории или регион в целом. Она значительно облегчает привязку снимков к местности, их подбор, обзорную читаемость и пользование ими в процессе картографических работ. Масштаб репродукции на 5−10 порядков мельче масштаба снимков.

Фотопланы — это монтаж рабочей части фотоснимков, строго приведенный к определенному масштабу, привязанный к геодезической сети местности и координатной разграфке карт. Они имеют довольно большую рабочую площадь, однако качество фотографического изображения контуров лесов значительно хуже, чем на фотоснимках. Используются в основном при мелкомасштабном (обзорном) картографировании лесов. В отдельных случаях при отсутствии высококачественных фотоснимков могут с успехом применяться при создании среднеи крупномасштабных карт лесов.

Нередко они хорошо дополняют имеющиеся фотоснимки, особенно в полосах смежеств. Изготавливаются фотопланы в различных масштабах, от 1: 5 000 до 1: 1 000 000, в зависимости от целевого назначения и использования. Материалы лесоустройства — лесотаксационные и картографические — играют основную роль при создании лесных карт. Из лесотаксационных материалов при картографировании лесов прежде всего используются таксационные описания лесничеств, отдельных лесных дач или хозяйств.

Они дают необходимую экологическую информацию о лесах, типологической структуре картируемых выделов и их древесных ресурсах, а также об интродуцированных и хозяйственно ценных сообществах, редких видах древесно-кустарниковых пород в составе лесных насаждений. К другим материалам, дающим дополнительные сведения о площади и структуре лесов, относятся сводные таблицы распределения обшей площади, но категориям земель, запасов и лесопокрытой площади по классам возраста, лесопокрытой площади по классам бонитета, по полнотам насаждений.

лес обследование ландшафт снимок.

3. Лесные картографические произведения, создаваемые при инвентаризации лесов Самые крупномасштабные лесные карты — это лесоустроительные планшеты, которые выполняются в масштабах 1: 10 000 — 1:25 000 на листах формата А2 с рабочим полем по внутренней рамке 40×50 см (новый стандарт), либо на листах нестандартного формата с рабочим полем 50×50 см (старый стандарт). Разграфка листов может быть произвольной, с таким расчетом, чтобы на каждом листе размещалось полностью несколько лесных кварталов. Минимальным площадным объектом этих карт является выдел — участок леса, считающийся в целом однородным по параметрам лесонасаждений и лесорастительным условиям, — учетная единица лесного хозяйства. Планшеты, как правило, выполняются без раскраски площадных объектов с небольшой тематической нагрузкой (площади выделов, кварталов) и являются основным рабочим картографическим материалом для лесного хозяйства. Фактически все вместе планшеты образуют многолистную крупномасштабную карту лесничества. В традиционных лесных технологиях на планшетах выполняется картографическая составляющая проектирования отводов леса, например в рубку, на планшеты также наносятся изменения, произошедшие в результате хозяйственной деятельности либо стихийных явлений.

Следующими по масштабу являются планы лесонасаждений, а также тематические карты, в разграфке планов лесонасаждений, например лесопатологические или карты противопожарных мероприятий. Они выполняются обычно в масштабах 1: 25 000 — 1:50 000 и показывают лесничество в целом. Форма исполнения — в складном варианте с размером форматки (клапана) А4 или A3. Фактически это карты на той же картографической основе, что и лесоустроительные планшеты, но более мелкомасштабные и имеющие значительную тематическую нагрузку — на планах лесонасаждений выделы окрашиваются по преобладающим породам и другим параметрам леса, кроме того, ряд числовых параметров вписывается в специальную текстовую метку — таксационную формулу выдела, карта дополняется различными точечными и линейными условны ми знаками. Окраска и/или площадной условный знак для выдела зависит от категории земель — естественные насаждения, лесные культуры различных типов, прогалины, вырубки, сенокосы и др., — преобладающей породы леса и возраста насаждений. Это, наверное, наиболее нагруженные лесные карты.

Схемы лесничеств различного назначения, включая карты лесов лесничеств, являются следующими по масштабу картографическими материалами. Они выполняются в масштабах 1:100 000— 1: 500 000 на лесничество в целом или на его части. На них, кроме лесных территорий, частично изображаются и территории между лесными массивами — показываются населенные пункты, транспортная сеть, гидрография. На схему наносятся также все объекты инфраструктуры лесничества — конторы лесничеств, складов, лесных кордонов, средств противопожарного назначения и др. Карта лесов лесничеств обычно раскрашивается по преобладающим породам с генерализацией выдельной сети. Для других схем того же масштаба минимальной площадной единицей является квартал, а тематическая раскраска может быть различной, например, по степени пожарной опасности. Форма исполнения — в складном варианте с размером форматки (клапана) А4 или A3 или в настенном варианте.

Следующий уровень лесных карт — карты лесов субъектов Российской Федерации — областей, республик, краев. Выполняются они в масштабах 1:200 000 и мельче, минимальной площадной единицей этих карт, как правило, является квартал. Тематическая раскраска карт лесов субъектов федерации может быть различной: по преобладающим породам, по степени пожарной опасности, по степени поражения лесов вредителями, болезнями и др.

И, наконец, самыми мелкомасштабными лесными картами являются карты лесов Российской Федерации в целом. Масштабы таких карт — от 1:2 500 000 и мельче, а тематика характеризует леса с различных точек зрения и отражает различные стороны производственной деятельности лесной отрасли. Это могут быть и крупные картографические произведения, как Карта лесов России (по преобладающим породам) или Карта лесорастительного районирования по Курнаеву, и небольшого формата — карты, отражающие статистическую информацию текущего учета лесов по субъектам Федерации. Следует отметить, что на этом уровне не существует жесткой регламентации масштабов и содержания лесных карт, и все зависит от текущих потребностей органов управления лесной отраслью.

Карты трех самых крупных масштабов ряда — лесоустроительные планшеты, планы лесонасаждений и схемы лесхозов — создаются лесоустройством в процессе планового цикла работ по инвентаризации лесов. Карты лесов субъектов Федерации составляются либо лесоустройством, либо отраслевыми проектными институтами по заказу Управлений, комитетов, министерств лесного хозяйства этих субъектов. Сроки обновления таких карт могут быть различны и зависят от сроков прохождения лесоустройства, которое не одновременно для всех лесхозов. Карты федерального уровня создаются различными научными и проектными организациями и как научные разработки, и как иллюстрации к отчетным материалам по учету лесов, к проектам развития отрасли, либо как информационные материалы для целей управления лесным хозяйством.