MINISTERIUM FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT DER RF Föderaler Staatshaushalt Bildungseinrichtung für höhere Berufsbildung „STAATLICHE UNIVERSITÄT WORONESCH“

FERNBEDIENUNG

SONDIERUNG DER ERDE WÄHREND DER GEOLOGISCHEN

FORSCHUNG

Lehrbuch für Universitäten

Zusammengestellt von: A. I. Tregub, O. V. Zhavoronkin

Verlags- und Druckzentrum der Staatlichen Universität Woronesch

Gutachter: Kandidat der geologischen und mineralogischen Wissenschaften, außerordentlicher Professor der Abteilung für Mineralressourcen und Untergrundnutzung Yu. N. Strik

Das Lehrbuch wurde am Institut für Allgemeine Geologie und Geodynamik der Fakultät für Geologie der Staatlichen Universität Woronesch erstellt.

Empfohlen für Vollzeit- und Teilzeitstudenten der Geologischen Fakultät der Staatlichen Universität Woronesch beim Studium der Kurse: „Fernerkundung der Erde“, „Luft- und Raumfahrtstudien der Lithosphäre“, „Luft- und Raumfahrtmethoden“.

Für die Wegbeschreibung: 020300 – Geologie

EINFÜHRUNG ................................................. .................................................... .......... ....
1. TECHNISCHE AUSRÜSTUNG UND TECHNOLOGIE
BILDER AUS DER LUFT- UND RAUMFAHRT................................................................................
1.1. Luftaufnahmen................................................. ......... ........................................
1.2. Weltraumfotografie................................................. ......... .........................
1.3. Kurze Eigenschaften von Weltraumbildgebungssystemen
einige Länder................................................ ... .......................................
2. FERNERKENNUNGSMATERIALIEN
ERDE IN DER GEOLOGISCHEN FORSCHUNG.................................
2.1. Physikalische Grundlagen der Erdfernerkundung......
2.2. Materialien zur Erdfernerkundung................................
2.3. Verarbeitung und Konvertierung von Fernbedienungsmaterialien
Erderkennung................................................. ........ .................................
2.4. Verarbeitung und Transformation des digitalen Reliefs................................
2.5. Softwarepakete zur Materialverarbeitung und -analyse
Erdfernerkundung................................................ .................... ....
3. METHODISCHE GRUNDLAGEN DER DEKORDUNG
FERNERKENNUNGSMATERIALIEN
ERDE ................................................. .................................................... .......... ..........
3.1. Allgemeine Prinzipien der Entschlüsselung von Materialien
Fernerkundung................................................ ........................
3.2. Entschlüsselungsfunktionen................................................ ......... ..............
3.3. Entschlüsselungsmethoden................................................ ................ ................
4. GEOLOGISCHE INTERPRETATION VON MATERIALIEN
FERNERKENNUNG...............................................
4.1. Grundgestein entschlüsseln................................................ ................... ..
4.2. Entschlüsselung quartärer Formationen.................................
4.3. Geomorphologische Interpretation................................................ ....
5. ANWENDUNG VON REMOTE-MATERIALIEN
SONDIERUNG DER ERDE WÄHREND DER GEOLOGISCHEN
Kartierungs- und Sucharbeiten.....................................
5.1. Fernerkundungsmaterialien für die Geologie
Kartierung................................................. .......................................................
5.2. Materialien zur Fernerkundung
in Vorhersage- und Suchstudien................................................ ...............
LITERATUR ................................................. .................................................... ....

EINFÜHRUNG

Erdfernerkundung (ERS) ist die Erforschung unseres Planeten mit Hilfe von Luft- und Raumfahrzeugen, die mit verschiedenen Sensoren (Sensoren) ausgestattet sind, die es ermöglichen, Informationen über die Beschaffenheit der Erdoberfläche, den Zustand ihrer Luft- und Wasserhüllen sowie ihre geophysikalischen Eigenschaften zu erhalten Felder. Fernerkundungsmaterialien werden in den unterschiedlichsten Bereichen der Volkswirtschaft eingesetzt. Auch in der geologischen Forschung sind sie von großer Bedeutung.

Geschichte der Entwicklung von Fernerkundungsmethoden

(MDZ) beginnen normalerweise im Jahr 1783 mit dem ersten Start des Ballons der Gebrüder Montgolfier, der den Beginn der aerovisuellen Beobachtungen der Erdoberfläche markierte. Im Jahr 1855 wurden die ersten Fotos aus einem Ballon, aufgenommen aus einer Höhe von etwa 300 m, genutzt, um einen genauen Plan der Stadt Paris zu erstellen. Für geologische Zwecke nutzte erstmals die französische Geologin Emme Civilier (1858–1882) das Fotografieren der Alpen von hohen Gipfeln aus.

Beginn des Einsatzes von Luftaufnahmen in Russland reicht zurück

1866, als Leutnant A. M. Kovalko St. Petersburg und Kronstadt aus einem Ballon in Höhen von 600 bis 1000 Metern fotografierte. Systematische Vermessungen in Russland zur Erstellung topografischer Karten und zur Untersuchung natürlicher Ressourcen begannen 1925, mit der Geburt der Zivilluftfahrt. Zu diesem Zweck im Jahr 1929

V In Leningrad wurde das Institut für Luftbildfotografie gegründet. Der Initiator seiner Gründung und erster Direktor war der Akademiemitglied Alexander Evgenievich Fersman. Seit 1938 ist die Verwendung von Luftbildmaterial beim Dirigieren Pflicht geologische Vermessungsarbeiten. In den vierziger Jahren wurde unter dem Geological Committee eine Aerophotogeological Expedition ins Leben gerufen, die 1949 in den All-Union Aerogeological Trust (VAGT) umgewandelt und später neu organisiert wurde

V Forschung und Produktion Geologischer Verein „Aerogeologie“ (heute Landeseinheitsbetrieb „Aerogeologie“). Gleichzeitig wurde das Labor für Aeromethoden „LAEM“ gegründet (heute „Forschungsinstitut für kosmo-aerogeologische Methoden“ – Staatliches Einheitsunternehmen „VNIIKAM“). Als Ergebnis ihrer Aktivitäten wurde bis 1957 eine kleine Vermessung des gesamten Territoriums der UdSSR durchgeführt und eine staatliche geologische Karte im Maßstab 1:1.000.000 erstellt. In den sechziger und siebziger Jahren wurde

Einführung neuer Arten regionaler Forschung: Gruppengeologische Untersuchung (GGS) und fotogeologische Luftbildkartierung (AFGK); Es erschienen spektrozonale, thermische und Radaruntersuchungen. Die Entwicklung luftgestützter Methoden prägte den Übergang der Fernerkundung der Erde auf eine neue qualitative Ebene – die Untersuchung der Erde aus dem Weltraum.

Entwicklung der Raumfahrt begann mit der Entwicklung ballistischer Raketen, die insbesondere zur Fotografie der Erdoberfläche aus großen Höhen (ca. 200 km) eingesetzt wurden. Die ersten Bilder wurden am 24. Oktober 1946 mit einer V-2-Rakete (deutsche Fau-2-Rakete) aufgenommen, die vom Testgelände White Sands (USA) in eine suborbitale Flugbahn gestartet wurde. Die Erdoberfläche wurde mit einer 35-mm-Filmkamera auf Schwarzweiß-Fotofilm aus einer Höhe von etwa 120 km fotografiert. Bis zum Ende der fünfziger Jahre wurde die Fotografie der Erdoberfläche von verschiedenen Ländern hauptsächlich zu militärischen Zwecken mit ballistischen Raketen durchgeführt.

Der weltweit erste künstliche Erdsatellit (AES) – PS-1 (der einfachste Satellit – 1) wurde gestartet. Für den Start in den Orbit wurde die ballistische Rakete R-7 (Sputnik) verwendet. Die Masse des Satelliten betrug 83,6 kg, sein Durchmesser betrug 0,58 m und seine Umlaufzeit betrug 96,7 Minuten. Perigäum – 228 km, Apogäum – 947 km. Der Satellit hatte die Form einer Kugel, war mit zwei Antennen und einem Funksender – einem Beacon – ausgestattet. Es machte 1440 Umlaufbahnen um die Erde, drang am 4. Januar 1958 in die dichten Schichten der Atmosphäre ein und hörte auf zu existieren. Während seines Fluges wurden neue Informationen über die Struktur der oberen Atmosphäre gewonnen.

Der erste Versuch, den Satelliten Vangard-1 mit einer Jpiter-C-Rakete am 6. Dezember 1957 in den USA zu starten, endete mit einem Unfall. Beim zweiten Versuch (1. Februar 1958) brachte dieselbe Rakete den Satelliten Explorer-1 in die Umlaufbahn. Der Satellit hatte die Form einer Zigarre und wog 13 kg. An Bord befanden sich Geräte zur Aufzeichnung von Mikrometeoriten und Strahlungswerten. Mit seiner Hilfe wurden die Strahlungsgürtel der Erde entdeckt. Der Satellit umkreiste die Erde 58.000 Mal und verglühte am 31. März 1970 in der Atmosphäre. Seine Umlaufbahnparameter: Apogäum – 2548 km, Perigäum – 356 km. Es war bis zum 23. Mai 1958 im aktiven Modus in Betrieb. Am 7. August 1959 wurde in den USA Explorer 6 gestartet, der das erste Fernsehbild der Erde aus dem Weltraum übertrug. Der erste Satellit zur Wetterbeobachtung (Tiros-1) wurde am 1. April 1960 in den Vereinigten Staaten gestartet. Ein Satellit mit einem ähnlichen

Am 26. November 1965 startete Frankreich seinen Satelliten Asterix 1. Am 11. Februar 1970 brachte Japan den Osumi-Satelliten in die Umlaufbahn. Am 24. April desselben Jahres wurde China eine Weltraummacht (Dongfanghong-Satellit). England startete seinen ersten Satelliten, Prospero, am 28. Oktober 1971 und Indien startete seinen ersten Satelliten, Rohini, am 18. Juli 1980.

Bemannte Flüge ins All begannen am 12. April 1961 durch Juri Alexejewitsch Gagarin auf dem Schiff "Wostok" und am 6. August desselben Jahres Deutscher Stepanowitsch Titow Zum ersten Mal fotografierte er die Erde von der bemannten Raumsonde Wostok aus. In der russischen Kosmonautik waren die Satelliten der Cosmos-Serie von großer Bedeutung. Der erste Start dieser Satellitenserie erfolgte am 16. März 1962 und bis 2007 wurden bereits 2.400 Satelliten für verschiedene Zwecke gestartet. Ungefähr alle drei Jahre wurden 250 Satelliten der Cosmos-Serie in die Umlaufbahn gebracht. Ein erheblicher Teil von ihnen war mit Geräten zur Durchführung von Ressourcenstudien ausgestattet. Mit ihrer Hilfe wurden hochwertige Weltraumfotos für das gesamte Territorium der UdSSR erstellt. Die moderne Konstellation russischer Satelliten umfasst mehr als 110 Geräte für verschiedene Zwecke. Wirtschaftlicher Effekt nur durch den Einsatz von Satelliten der Serie„Ressource-0“ belief sich auf etwa 1,2 Milliarden Rubel. pro Jahr und Satelliten der Serien Meteor und Electro - 10 Milliarden Rubel. Im Jahr.

Derzeit verfügen neben Russland und den Vereinigten Staaten auch Frankreich, Deutschland, die Europäische Union, Indien, China, Japan, Israel und andere Länder über eigene Satellitensysteme.

1. TECHNISCHE WERKZEUGE UND TECHNOLOGIEN DER BILDGEBUNG IN DER LUFT- UND RAUMFAHRT

Bei der Entwicklung der Fernerkundung der Erde gingen Luftbildfotografietechnologien den Weltraumbildgebungstechnologien voraus. In den Anfangsstadien der Entwicklung der Fernerkundung der Erde aus dem Weltraum wurden viele technologische Techniken zur Durchführung von Luftaufnahmen darauf übertragen, doch mit der Entwicklung der Weltraumforschung entstanden neue Instrumente sowie neue Technologien. In diesem Fall war die Bildung und schnelle Entwicklung von Computertechnologien zur Verarbeitung von Fernerkundungsdaten von größter Bedeutung.

1.1. Luftaufnahmen

Luftaufnahmen der Erdoberfläche können je nach Aufgabenstellung mit Flugzeugen und Hubschraubern, Ballons und sogar motorisierten Drachenfliegern sowie unbemannten Luftfahrzeugen durchgeführt werden. Es gibt fotografische, thermische, Radar- und multispektrale Luftaufnahmen. Am wichtigsten ist die fotografische Aufnahme (Luftbildaufnahme) zum Zweck der geologischen Kartierung, nicht nur weil sie den größten Informationsgehalt hat, sondern auch weil bei ihrer Durchführung eine erhebliche Menge an Luftbildmaterial unterschiedlicher Maßstäbe und in verschiedenen Regionen angesammelt wurde . Daher kann es bei der Durchführung geologischer Vermessungsarbeiten wirtschaftlicher sein, bereits im Fonds vorhandenes Luftbildmaterial zu verwenden, als die Anfertigung neuer Luftbilder anzuordnen.

Luftaufnahmen des Gebiets werden für verschiedene Zwecke genutzt, die wichtigsten davon sind die Erstellung und Korrektur topografischer Karten und geologische Untersuchungen. Luftaufnahmen können Punkt, Route und Bereich sein. Bei der Untersuchung von Punktobjekten wird Punktfotografie durchgeführt. Die Routenvermessung erfolgt entlang einer vorgegebenen Linie (Küstenlinie, entlang eines Flussbettes usw.). Die Flächenvermessung erfolgt innerhalb festgelegter Gebiete, die üblicherweise durch die Rahmen topografischer Tafeln bestimmt werden. Eine wichtige Voraussetzung für die Aufnahme ist die Forderung, dass sich die Bereiche benachbarter Bilder überlappen müssen. Entlang der Trassenlinie muss die Längsüberlappung mindestens 60 % und zwischen den Trassen (Querüberlappung) mindestens 30 % betragen. Auch die vorgegebene Flughöhe muss eingehalten werden. Die Einhaltung dieser Parameter ist erforderlich, um einen Stereoeffekt (dreidimensionales Bild der Umgebung) zu erzielen.

Luftaufnahmen können geplant und perspektivisch gemacht werden. Geplante Luftaufnahmen zur Lösung topografischer Probleme zeichnen sich durch erhöhte Anforderungen an die maximalen Abweichungen der Bildebene von der Horizontalebene aus. Perspektivische Fotos in Kombination mit Planfotos sind sehr nützlich für die Untersuchung der geologischen Struktur von Hochgebirgsgebieten mit steilen Hängen.

Für Luftaufnahmen auf dem Territorium Russlands werden am häufigsten die Flugzeuge An-2, An-28 FC, An-30 und Tu-134 SH verwendet.

Mehr als 60 Jahre lang (ein Rekord im Guinness-Buch!) war (und ist) das Hauptflugzeug die An-2 (ihre Luftbildmodifikation, die An-2F). Es ist äußerst zuverlässig,

technische Parameter, die die Bedingungen für die Durchführung von Luftaufnahmen erfüllen: die Möglichkeit, unbefestigte Flugplätze mit einer Landebahnlänge von nicht mehr als 200 m für den Start und 120 m für die Landung zu nutzen; maximale Flughöhe 5200 m (bei einer Dienstgipfelhöhe von 4500 m); sparsamer Kolbenmotor mit einer Leistung von 1000 PS. Mit.; Fluggeschwindigkeit von 150 bis 250 km/h, Flugreichweite (990 km), ausreichend für die Vermessung großer Gebiete; Großes Rumpfvolumen, das eine freie Platzierung der Ausrüstung und eine dreiköpfige Besatzung (einschließlich des Bedieners) ermöglicht.

Seit 1974 wird das Spezialflugzeug An-30 eingesetzt. Sein Kraftwerk besteht aus zwei Turboprop-Motoren mit einer Leistung von jeweils 2820 PS. s. und ein zusätzliches 500-PS-Strahltriebwerk. Mit. Die Reisegeschwindigkeit des Flugzeugs beträgt 435 km/h, die maximale Flughöhe beträgt 8300 m. Die Reichweite beträgt 1240 km, die Startstrecke auf einer Betonpiste beträgt 720 m, der durchschnittliche Treibstoffverbrauch beträgt 855 kg/Stunde. Das maximale Startgewicht des Flugzeugs beträgt 23 Tonnen. Das Gewicht der Fotoausrüstung beträgt 650 kg. Die Besatzung (inkl. Bediener) besteht aus 7 Personen. Luftaufnahmen werden im Maßstab 1:3.000 bis 1:200.000 durchgeführt. Derzeit stehen der Luftwaffe (Air Force) nicht mehr als 10 Fahrzeuge dieses Typs zur Verfügung. Die An-28 FC-Flugzeuge weisen ähnliche Eigenschaften auf.

Das Agrarflugzeug Tu-134 CX wurde 1984 entwickelt. Das Flugzeug ist mit einem Side-Scan-Radar (RLS) ausgestattet. Der spezielle Navigationskomplex „Mayak“ und das automatische Kontrollsystem halten einen vorgegebenen Kurs ein und fotografieren das Gebiet nach einem vorgegebenen Programm. Fünf Bordkameras ermöglichen Aufnahmen im Radiofrequenz-, sichtbaren und Infrarotbereich. In der Kabine befinden sich 9 Arbeitsplätze mit Spezialausrüstung, Bedienfeldern und einem Fotolabor (zur Bearbeitung von Fotomaterial im Flug). In einer Fahrt (4,5 Stunden) kann eine Fläche von 100 × 100 km fotografiert werden (10.000 km² ist die ungefähre Fläche von zwei topografischen Tafeln im Maßstab 1:200.000).

Luftaufnahmen werden mit speziellen Weitwinkelaufnahmen durchgeführt.

Carbon-Kameras, die in der Flugzeugrumpfluke eingebaut sind. Gyrosysteme werden verwendet, um die Kamera in einer horizontalen Ebene zu fixieren. Der Film wird in spezielle Kassetten mit einer Kapazität von 30 oder 60 m eingelegt. Die Breite des Films beträgt je nach Parameter der Kamera 18 cm oder 30 cm.

Zur Ausstattung gehört außerdem ein Zeitrelais (Uhrwerk), das für eine bestimmte Aufnahmebelichtung sorgt, sowie einen Filmrückspulmodus. Derzeit werden am häufigsten Kameras mit Objektiven der „Uran“-Serie verwendet: mit einer Brennweite von 250 mm, einem Sichtwinkel von 54 °, einer Bildgröße von 180 × 180 mm („Uran-9“) sowie mit einer Brennweite Länge 750 mm und Rahmengröße 300 x 300 mm („Uran-16“).

In den letzten Jahren wurden zunehmend digitale Aufnahmesysteme für Luftaufnahmen eingesetzt. . Im Allgemeinen sind digitale Ka-

Die Maßnahmen sind zuverlässiger im Betrieb, verkürzen die Dauer des technologischen Prozesses erheblich, digitale Bilder sind frei von „Körnigkeit“. Sie bieten die Möglichkeit, panchromatische, farbige und spektrozonale Bilder im sichtbaren und nahen Infrarotbereich zu erhalten. Das Aufnahmeintervall beträgt weniger als eine Sekunde, was großflächige Aufnahmen mit einer Längsüberlappung von bis zu 80–90 % ermöglicht. Unter den allgemeinen Eigenschaften digitaler Luftbildkameras verschiedener Systeme ist die Verwendung von Strahlungsempfängern vom Matrix- oder Lineartyp hervorzuheben; synthetisierter Rahmen (für Breitformatkameras) – der resultierende Rahmen des Systems wird aus einer Reihe von Unterrahmen, entsprechenden Matrizen oder linearen Empfängern gebildet; GPS/INS-Unterstützung – Raum- und Winkelkoordinaten von Luftbildkamera-Koordinatensystemen (Elemente der externen Orientierung) werden mithilfe von Trägheitsnavigationstools und GPS- oder GLONASS-Satelliten-Geopositionierungssystemen bestimmt.

Radar-(Radar-)Luftaufnahmen mit Hilfe durchgeführt

von seitlichen Radarsystemen (RLSSO), die an Bord des Flugzeugs installiert sind. Von der Mikrowellenstrahlungsquelle wird das Signal zur Erdoberfläche geleitet, von dieser reflektiert und zur Empfangsantenne zurückgesendet. Mithilfe spezieller Programme wird die Aufnahme der reflektierten Signale in ein fotografisches Bild der Erdoberfläche umgewandelt.

1.2. Weltraumfotografie

In den letzten Jahren hat sich die Weltraumfotografie der Erdoberfläche zu einem eigenständigen Zweig der Fernerkundung der Erde entwickelt. Weltraumsensorsysteme umfassen mehrere wichtige Elemente: Fahrzeuge zur Lieferung der notwendigen Ausrüstung in die erdnahe Umlaufbahn, Weltraumplattformen – Träger

Überwachungsgeräte, Sensoren (Sensoren), Informationsübertragungseinrichtungen und bodengestützte Zentren zum Empfangen, Verarbeiten dieser Informationen und deren Übermittlung an den Verbraucher.

Die wichtigsten Liefermittel sind notwendig -

Die gebräuchlichste Ausrüstung für erdnahe Umlaufbahnen sind Raketen verschiedener Klassen. In der UdSSR waren die ersten davon dreistufige leichte Wostok-Raketen. Mit ihrer Hilfe wurden bemannte Flüge durchgeführt, künstliche Erdsatelliten (AES) der Cosmos-Serie gestartet und Mondstationen gestartet. Darüber hinaus sind in dieser Klasse viele ausgemusterte Trägerraketen weit verbreitet, insbesondere die Zenit-Rakete, die auch als Element der Oberstufe des Energia-Buran-Systems gedacht ist.

Die dreistufige Sojus-Mittelklasserakete mit einer Nutzlastkapazität von etwa 7 Tonnen sowie die auf ihrer Basis entwickelte vierstufige Molnija-Rakete werden erfolgreich für den Start der Satelliten Prognoz und Molnija eingesetzt.

Die vor fast einem halben Jahrhundert entwickelte mehrstufige Schwerklasse-Rakete „Proton“ mit einer Nutzlastkapazität von mehr als 20 Tonnen wurde und wird heute für verschiedene Zwecke eingesetzt: zur Erforschung des Mondes, der Planeten des Sonnensystems, zum bemannten Start Stationen „Salyut“, „Mir“ in erdnahe Umlaufbahn, in geostationäre Umlaufbahnen der Satelliten „Horizon“, „Rainbow“, „Screen“ usw.

IN Im Mai 1987 wurde im Zusammenhang mit der Entwicklung des Programms zur Schaffung eines wiederverwendbaren Raumschiffs „Energia-Buran“ eingeführt

V Betrieb einer zweistufigen superschweren Rakete der Energia-Klasse mit einem Startgewicht von mehr als 2000 Tonnen und einer Nutzlastkapazität von etwa 200 Tonnen. Diese Rakete kann nicht nur dazu verwendet werden, wiederverwendbare Raumfahrzeuge in eine erdnahe Umlaufbahn zu bringen, sondern kann auch zum Transport anderer Frachten eingesetzt werden. Dies unterscheidet das Energia-Buran-System vom amerikanischen Space-Shuttle-System, das einen ähnlichen Zweck hat.

Die am häufigsten eingesetzten ausländischen Raketen sind die Raketen der Serien Delta (USA) und Arian (Frankreich).

Neben künstlichen Satelliten wurden in Russland auch Orbitalstationen (Salyut-4, 5, 6, Mir) sowie bemannte Raumschiffe der Sojus-Serie zur Ressourcenforschung eingesetzt.

IN In den Vereinigten Staaten spielte das Space-Shuttle-Projekt eine wichtige Rolle in der Weltraumforschung. Das Projekt wurde zunächst in Militärzentren entwickelt

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1. Grundkonzepte der Erdfernerkundung. Fernerkundungsschema

Fernerkundung der Erdgeodätik

Fernerkundung der Erde (ERS) – Gewinnung von Informationen über die Erdoberfläche und darauf befindliche Objekte, die Atmosphäre, den Ozean, die obere Schicht der Erdkruste durch berührungslose Methoden, bei denen das Aufnahmegerät vom Forschungsobjekt entfernt wird eine beträchtliche Entfernung.

Die physikalische Grundlage der Fernerkundung ist der funktionale Zusammenhang zwischen den erfassten Parametern der Eigen- oder Reflexionsstrahlung eines Objekts und seinen biogeophysikalischen Eigenschaften und seiner räumlichen Lage.

Mithilfe der Fernerkundung werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Objekten untersucht.

Die Fernerkundung identifiziert zwei miteinander verbundene Bereiche

Naturwissenschaften (Fernstudium)

Ingenieurwesen und Technik (Fernmethoden)

Fernerkundung

Fernerkundungstechniken

Gegenstand der Fernerkundung als Wissenschaft sind die raumzeitlichen Eigenschaften und Beziehungen natürlicher und sozioökonomischer Objekte, die sich direkt oder indirekt in ihrer eigenen oder reflektierten Strahlung manifestieren und aus der Ferne aus dem Weltraum oder aus der Luft in Form eines zweidimensionalen Bildes erfasst werden - ein Schnappschuss.

Methoden der Fernerkundung basieren auf dem Einsatz von Sensoren, die auf Raumfahrzeugen angebracht sind und elektromagnetische Strahlung in für die digitale Verarbeitung wesentlich besser geeigneten Formaten und in einem deutlich größeren Bereich des elektromagnetischen Spektrums aufzeichnen.

Die Fernerkundung nutzt den Infrarotbereich der reflektierten Strahlung, das thermische Infrarot und den Radiobereich des elektromagnetischen Spektrums.

Der Prozess der Erfassung von Fernerkundungsdaten und deren Verwendung in geografischen Informationssystemen (GIS).

2. Arten der Weltraumfotografie

Unter den verschiedenen Fernerkundungsmethoden nimmt die Weltraumfotografie einen der Spitzenplätze ein. Dies geschieht mit:

* Künstliche Erdsatelliten (AES),

* interplanetare automatische Stationen,

* langfristige Orbitalstationen,

* bemanntes Raumschiff.

Tisch Die wichtigsten Weltraumhäfen für den Start von Bildsatelliten.

Systeme (Komplexe) zur Überwachung der Weltraumumgebung umfassen (und führen):

1. Satellitensysteme im Orbit (Flug- und Vermessungskontrollzentrum),

2. Empfang von Informationen durch Bodenempfangspunkte, Relaissatelliten,

3. Lagerung und Verteilung von Materialien (Primärverarbeitungszentren, Bildarchive). Es wurde ein Informationsabrufsystem entwickelt, um die Akkumulation und Systematisierung von Materialien sicherzustellen, die von künstlichen Erdsatelliten empfangen werden.

Umlaufbahnen von Raumfahrzeugen.

Trägerbahnen werden in drei Typen unterteilt:

* äquatorial,

* polar (Pol),

* geneigt.

Umlaufbahnen werden unterteilt in:

* kreisförmig (genauer gesagt nahezu kreisförmig). Weltraumbilder, die von einem Raumträger aufgenommen wurden, der sich auf einer kreisförmigen Umlaufbahn bewegt, haben ungefähr den gleichen Maßstab.

* elliptisch.

Umlaufbahnen unterscheiden sich auch durch ihre Position relativ zur Erde oder zur Sonne:

* geosynchron (relativ zur Erde)

* heliosynchron (relativ zur Sonne).

Geosynchron – das Raumschiff bewegt sich mit einer Winkelgeschwindigkeit, die der Rotationsgeschwindigkeit der Erde entspricht. Dadurch entsteht der Effekt, dass der Raumträger an einem Punkt „schwebt“, was für die ständige Filmaufnahme desselben Bereichs der Erdoberfläche praktisch ist.

Heliosynchron (oder sonnensynchron) – das Raumschiff überfliegt bestimmte Bereiche der Erdoberfläche zur gleichen Ortszeit, was bei der Erstellung mehrerer Vermessungen unter den gleichen Lichtbedingungen verwendet wird. Sonnensynchrone Umlaufbahnen sind Umlaufbahnen, bei denen die Sonnenbeleuchtung der Erdoberfläche (die Höhe der Sonne) über längere Zeit (fast während der gesamten Jahreszeit) praktisch unverändert bleibt. Dies wird auf folgende Weise erreicht. Da sich die Ebene jeder Umlaufbahn unter dem Einfluss der Nichtsphärizität der Erde ein wenig dreht (präzessiert), erweist es sich als möglich, durch Wahl eines bestimmten Verhältnisses von Neigung und Höhe der Umlaufbahn den Präzessionswert sicherzustellen entspricht der täglichen Rotation der Erde um die Sonne, also etwa 1° pro Tag. Unter den erdnahen Umlaufbahnen lassen sich nur wenige sonnensynchrone Umlaufbahnen erzeugen, deren Neigung immer umgekehrt ist. Beispielsweise sollte bei einer Umlaufhöhe von 1000 km die Neigung 99° betragen.

Arten des Filmens.

Die Weltraumfotografie wird mit unterschiedlichen Methoden durchgeführt (Abb. „Klassifizierung von Weltraumbildern nach Spektralbereichen und Bildgebungstechnologie“).

Aufgrund der Art der Abdeckung der Erdoberfläche mit Satellitenbildern lassen sich folgende Erhebungen unterscheiden:

* Einzelfoto,

* Route,

* Sichtung,

* Globale Umfrage.

Einzelne (selektive) Fotografien werden von Astronauten mit Handkameras durchgeführt. Die Aufnahmen werden in der Regel perspektivisch mit deutlichen Neigungswinkeln aufgenommen.

Die Routenvermessung der Erdoberfläche erfolgt entlang der Flugbahn des Satelliten. Die Breite des Schießstreifens hängt von der Flughöhe und dem Blickwinkel des Schießsystems ab.

Ziel der gezielten (selektiven) Fotografie ist es, Bilder von speziell ausgewiesenen Bereichen der Erdoberfläche abseits der Route zu erhalten.

Die globale Bildgebung wird von geostationären und polar umlaufenden Satelliten durchgeführt. Satelliten. Vier oder fünf geostationäre Satelliten im äquatorialen Orbit sorgen für die nahezu kontinuierliche Erfassung kleinräumiger Vermessungsbilder der gesamten Erde (Weltraumpatrouille) mit Ausnahme der polaren Eiskappen.

Luft- und Raumfahrtfoto

Ein Luft- und Raumfahrtbild ist ein zweidimensionales Bild realer Objekte, das nach bestimmten geometrischen und radiometrischen (photometrischen) Gesetzen durch Fernaufzeichnung der Helligkeit von Objekten gewonnen wird und dazu dient, sichtbare und verborgene Objekte, Phänomene und Prozesse der umgebenden Welt zu untersuchen sowie zur Bestimmung ihrer räumlichen Lage.

Ein Satellitenbild unterscheidet sich in seinen geometrischen Eigenschaften nicht grundsätzlich von einem Luftbild, weist jedoch folgende Merkmale auf:

* Fotografieren aus großer Höhe,

* und hohe Geschwindigkeit.

Luft- und Raumfahrtfotografie wird im sichtbaren und unsichtbaren Bereich elektromagnetischer Wellen durchgeführt, wobei:

1. fotografisch – sichtbarer Bereich;

2. nichtfotografische – sichtbare und unsichtbare Bereiche, wobei:

· sichtbarer Bereich – Spektrometrie basiert auf dem Unterschied im spektralen Reflexionsvermögen geologischer Objekte. Die Ergebnisse werden auf Magnetband aufgezeichnet und auf der Karte vermerkt. Die Nutzung von Film- und Fotokameras ist möglich;

· Unsichtbarer Bereich: Radar (radiothermisches RT und Radarradar), ultraviolettes UV, infrarotes IR, optisch-elektronisch (Scanner), Laser (Lidar).

Sichtbarer und naher Infrarotbereich. Die umfassendste Informationsmenge wird in den am weitesten entwickelten sichtbaren und nahinfraroten Regionen gewonnen. Luft- und Weltraumfotografie im sichtbaren und nahinfraroten Wellenlängenbereich wird mit folgenden Systemen durchgeführt:

* Fernsehen,

* fotografisch,

* optisch-elektronisches Scannen,

3. Fotografische Systeme

Derzeit gibt es eine große Klasse von Fernerkundungssystemen

Erstellen eines Bildes der zu untersuchenden darunter liegenden Oberfläche – Innerhalb dieser Geräteklasse können mehrere Unterklassen unterschieden werden, die sich im Spektralbereich der verwendeten elektromagnetischen Strahlung und in der Art des Empfängers der aufgezeichneten Strahlung, auch je nach aktiver oder passiver Art, unterscheiden Methode (Sensor-, Foto- und Fotofernsehsysteme: Abtastsysteme des sichtbaren und IR-Bereichs, optische, mechanische und optisch-elektronische Abtastradiometer für das Fernsehen und Multispektralscanner; optische Fernsehsysteme: Seitenradarsysteme (RLSBO); abtastende Mikrowellenradiometer .

Fotografische Bilder der Erdoberfläche werden von bemannten Raumfahrzeugen und Orbitalstationen oder von automatischen Satelliten gewonnen. Eine Besonderheit von Weltraumbildern (CS) ist der hohe Grad

Sichtbarkeit, Abdeckung großer Flächen mit einem Bild - Je nach Art der Ausrüstung und der verwendeten Fotofilme kann im gesamten sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums in seinen einzelnen Zonen sowie im nahen IR fotografiert werden ( Infrarot-Bereich

Der Umfang der Vermessung hängt von den beiden wichtigsten Parametern Aufnahmehöhe und Brennweite des Objektivs ab – Weltraumkameras ermöglichen je nach Neigung der optischen Achse planmäßige und perspektivische Aufnahmen der Erdoberfläche. Derzeit werden hochauflösende Fotogeräte verwendet, die es ermöglichen, (KS) mit einer Überlappung von 60 % oder mehr zu erhalten – Der Spektralbereich der Fotografie deckt den sichtbaren Teil der Nahinfrarotzone (bis zu 0,86 Mikrometer) ab. Bekannte Nachteile der fotografischen Methode sind die Notwendigkeit, Filme zur Erde zurückzubringen, und der begrenzte Filmvorrat an Bord. Allerdings stellt die fotografische Fotografie derzeit die informativste Art der Aufnahme aus dem Weltraum dar. Die optimale Druckgröße beträgt 18 x 18 cm, was erfahrungsgemäß der Physiologie des menschlichen Sehens entspricht und es ermöglicht, das gesamte Bild gleichzeitig zu sehen . Für eine einfachere Verwendung sind fotografische Diagramme (Fotomosaike) oder Fotokarten mit topografischer Referenz von Referenzpunkten mit einer Genauigkeit von 0,1 mm oder genauer geeignet. Für die Installation von Fotoschaltungen werden nur geplante CS verwendet

Um ein andersmaßstäbliches, meist perspektivisches Koordinatensystem in ein geplantes zu bringen, wird ein spezieller Prozess namens Transformation verwendet. Transformierte Koordinatensysteme werden erfolgreich zum Erstellen von Kosmofotoschemata und Kosmofotokarten verwendet und lassen sich normalerweise leicht mit einem geografischen Koordinatengitter verknüpfen.

4. Fernsehsysteme

Fernseh- und Scannerbilder. Durch die Fernseh- und Scannerfotografie ist es möglich, Bilder systematisch zu erfassen und an Empfangsstationen auf der Erde zu übertragen. Es kommen Rahmungs- und Scansysteme zum Einsatz. Im ersten Fall handelt es sich um eine Miniatur-Fernsehkamera, bei der das von der Linse auf dem Bildschirm erzeugte optische Bild in elektrische Signale umgewandelt und über Funkkanäle auf den Boden übertragen wird. Im zweiten Fall handelt es sich um den Schwingspiegel der Der an Bord befindliche Scanner fängt den von der Erde reflektierten Lichtfluss ein, der am Photomultiplier ankommt. Die umgewandelten Scannersignale werden über Funkkanäle zur Erde übertragen. An Empfangsstationen werden sie in Form von Bildern aufgezeichnet. Die Schwingungen des Spiegels formen die Linien des Bildes, die Bewegung des Trägers ermöglicht die Akkumulation der Linien und die Entstehung des Bildes. Fernseh- und Scannerbilder können in Echtzeit übertragen werden, d.h. während der Satellit das zu fotografierende Objekt überfliegt. Effizienz ist ein besonderes Merkmal dieser Methode. Allerdings ist die Qualität der Bilder etwas schlechter als bei fotografischen Aufnahmen. Die Auflösung von Scannerbildern wird durch das Scanelement bestimmt und beträgt derzeit 80-30 m. Bilder dieser Art zeichnen sich durch eine Liniennetzstruktur aus, die nur bei Vergrößerung auf hochauflösenden Bildern erkennbar ist. Scannerbilder mit großer Abdeckung weisen erhebliche geometrische Verzerrungen auf. Gescannte Bilder werden in digitaler Form empfangen, was die Computerverarbeitung erleichtert.

Die Fernseh- und Scannerfotografie erfolgt von Wettersatelliten und Ressourcensatelliten LandSat, Meteor-Priroda, Resrurs 0. In einer multispektralen Version.

Erdnahe Umlaufbahnen mit einer Höhe von 600–1400 km, Maßstäbe von 1:10.000.000 bis 1:1.000.000 und 1:100.000 mit einer Auflösung von 1–2 km bis 30 m. LandSat beispielsweise verfügt über 4 Spektralbereiche im Sichtbaren und Nahinfrarotreichweite mit einer Auflösung von 30 m. Mit den „Meteor-Nature“-Scannern können Sie eine niedrige (1,5 km), mittlere (230 m) und hohe Auflösung bis zu 80-40 m, Ressource -0 mittel (170 m) erhalten ) und hohe (40 m) Scanner .

Mehrelement-CCD-Bilder. Mit der Einführung elektronischer Kameras ist eine weitere Steigerung der Auflösung und Aufnahmegeschwindigkeit verbunden. Sie verwenden lineare und Matrix-Strahlungsdetektoren mit mehreren Elementen, die aus ladungsgekoppelten Geräten (lichtempfindliche Elementdetektoren) bestehen. Eine lineare Reihe von Detektoren implementiert eine Snapshot-Linie, die Ansammlung von Linien aufgrund der Bewegung des Trägers. (wie ein Scanner), aber keine schwingenden Spiegel und höhere Auflösung. Hochauflösende Ressourcenbilder (40 m) Ressource und der französische SPOT-Satellit, bis zu 10 m. Diese Technologie ist auf K`mcR`s, 6 - Foto-Fernsehbilder - Fernsehbilder haben eine niedrige Auflösung. Beim Fotofernsehen wird mit einer Kamera fotografiert (was zu einer guten Qualität führt) und über Fernsehkanäle übertragen. Dadurch werden die Vorteile der Fotografie mit ihrer hohen Auflösung und der schnellen Bildlieferung vereint.

5. Scansysteme

Derzeit werden multispektrale (multispektrale) Kameras am häufigsten für Filmaufnahmen aus dem Weltraum verwendet. optisch-mechanische Systeme – auf Satelliten installierte Scanner für verschiedene Zwecke. Mithilfe von Scannern entstehen Bilder, die aus vielen einzelnen, nacheinander gewonnenen Elementen bestehen. Der Begriff „Scannen“ bedeutet das Scannen eines Bildes mithilfe eines Scanelements (oszillierender oder rotierender Spiegel), das Element für Element den Bereich entlang der Bewegung des Trägers abtastet und einen Strahlungsfluss an die Linse und dann an einen Punktsensor sendet wandelt das Lichtsignal in ein elektrisches um.

Dieses elektrische Signal gelangt über Kommunikationskanäle zu den Empfangsstationen. Das Bild des Geländes wird kontinuierlich auf einem Band erstellt, das aus Streifen – Scans, zusammengesetzt aus einzelnen Elementen – Pixeln – besteht. Scannerbilder können in allen Spektralbereichen gewonnen werden, besonders effektiv sind jedoch der sichtbare und der Infrarotbereich. Beim Fotografieren der Erdoberfläche mit Scansystemen entsteht ein Bild, dessen jedes Element der Helligkeit der Strahlung eines Bereichs entspricht, der sich im momentanen Sichtfeld befindet. Ein Scannerbild ist ein geordnetes Paket von Helligkeitsdaten, die über Funkkanäle zur Erde übertragen werden, auf Magnetband (digital) erfasst werden und dann in Rahmenform umgewandelt werden können. Die wichtigsten Merkmale eines Scanners sind der Scan-(Betrachtungs-)Winkel und der momentane Betrachtungswinkel, dessen Wert die Breite des Bildstreifens und die Auflösung bestimmt. Abhängig von der Größe dieser Winkel werden Scanner in Präzisions- und Übersichtsscanner unterteilt. Bei Präzisionsscannern wird der Scanwinkel auf ±5° reduziert und bei Vermessungsscannern auf ±50° erhöht. Die Auflösung ist umgekehrt proportional zur Breite des fotografierten Streifens. Der Scanner der neuen Generation, der sogenannte „thematische Kartograph“, mit dem amerikanische Satelliten ausgestattet wurden, hat sich bestens bewährt

Landsat 5 und Landsat 7. Der thematische Kartenscanner arbeitet in sieben Bändern mit einer Auflösung von 30 m im sichtbaren Bereich und 120 m im Infrarotbereich. Dieser Scanner bietet einen großen Informationsfluss, dessen Verarbeitung mehr Zeit erfordert; Daher verlangsamt sich die Bildübertragungsgeschwindigkeit (die Anzahl der Pixel in den Bildern erreicht mehr als 36 Millionen auf jedem Kanal). Mit Scangeräten lassen sich nicht nur Bilder der Erde erstellen, sondern auch Strahlung messen – Scanradiometer und Strahlungsscanspektrometer.

6. Laserscansysteme

Noch vor zehn Jahren konnte man sich kaum vorstellen, dass sie ein Gerät entwickeln würden, das bis zu einer halben Million komplexer Messungen in einer Sekunde durchführen könnte. Heutzutage werden solche Geräte nicht nur entwickelt, sondern auch sehr häufig verwendet.

Laserscansysteme – in vielen Branchen wie Bergbau, Industrie, topografische Vermessung, Architektur, Archäologie, Bauingenieurwesen, Überwachung, Stadtmodellierung usw. ist es bereits schwierig, auf sie zu verzichten.

Die grundlegenden technischen Parameter terrestrischer Laserscanner sind Geschwindigkeit, Genauigkeit und Messbereich. Die Wahl des Modells hängt weitgehend von der Art der Arbeit und den Objekten ab, an denen die Scanner eingesetzt werden sollen. In großen Steinbrüchen ist es beispielsweise besser, Geräte mit erhöhter Genauigkeit und Reichweite zu verwenden. Für architektonische Arbeiten reicht eine Reichweite von 100-150 Metern völlig aus, allerdings benötigen Sie ein Gerät mit einer Genauigkeit von 1 cm. Wenn wir über die Arbeitsgeschwindigkeit sprechen, dann gilt in diesem Fall natürlich je höher, desto besser .

In jüngster Zeit wird die terrestrische Laserscanning-Technologie zunehmend zur Lösung ingenieurgeodäsischer Probleme in verschiedenen Bereichen des Bauwesens und der Industrie eingesetzt. Die wachsende Beliebtheit des Laserscannings ist auf eine Reihe von Vorteilen zurückzuführen, die die neue Technologie im Vergleich zu anderen Messmethoden bietet. Unter den Vorteilen möchte ich die wichtigsten hervorheben: erhöhte Arbeitsgeschwindigkeit und geringere Arbeitskosten. Das Aufkommen neuer, produktiverer Scannermodelle und verbesserter Softwarefähigkeiten lassen auf eine weitere Ausweitung der Einsatzgebiete des terrestrischen Laserscannings hoffen.

Das erste Ergebnis des Scannens ist eine Punktwolke, die maximale Informationen über das untersuchte Objekt enthält, sei es ein Gebäude, ein Ingenieurbauwerk, ein Baudenkmal usw. Mit der Punktwolke lassen sich künftig verschiedene Probleme lösen:

· Erhalten eines dreidimensionalen Modells des Objekts;

· Beschaffung von Zeichnungen, einschließlich Schnittzeichnungen;

· Identifizierung von Mängeln und verschiedenen Strukturen durch Vergleich mit dem Entwurfsmodell;

· Ermittlung und Bewertung von Verformungswerten durch Vergleich mit zuvor durchgeführten Messungen;

· Erstellung topografischer Pläne mittels virtueller Vermessung.

Bei der topografischen Vermessung komplexer Industrieanlagen mit herkömmlichen Methoden sind Anwender häufig mit der Tatsache konfrontiert, dass bei der Feldarbeit einzelne Messungen übersehen werden. Eine Fülle von Konturen und eine große Anzahl einzelner Objekte führen zwangsläufig zu Fehlern. Durch Laserscanning gewonnene Materialien liefern umfassendere Informationen über das fotografierte Motiv. Vor Beginn des Scanvorgangs erstellt der Laserscanner Panoramafotos, was den Informationsgehalt der erzielten Ergebnisse deutlich erhöht.

Die terrestrische Laserscanning-Technologie, mit der dreidimensionale Modelle von Objekten und topografische Pläne komplexer, belebter Gebiete erstellt werden, erhöht die Arbeitsproduktivität erheblich und senkt die Zeitkosten. Die Entwicklung und Implementierung neuer Technologien für geodätische Arbeiten erfolgt seit jeher mit dem Ziel, den Zeitaufwand für Feldarbeiten zu reduzieren. Man kann mit Sicherheit sagen, dass das Laserscannen diesem Prinzip voll und ganz entspricht.

Die terrestrische Laserscanning-Technologie entwickelt sich ständig weiter. Dies gilt auch für die Verbesserung des Designs von Laserscannern und die Weiterentwicklung der Funktionen der Software zur Steuerung der Geräte und zur Verarbeitung der erzielten Ergebnisse.

7. Stefan-Boltzmann-Gesetz

Erhitzte Körper geben Energie in Form elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Länge ab. Wenn wir sagen, dass ein Körper „glühend heiß“ ist, bedeutet dies, dass seine Temperatur hoch genug ist, damit Wärmestrahlung im sichtbaren, hellen Teil des Spektrums auftritt. Auf atomarer Ebene entsteht Strahlung durch die Emission von Photonen durch angeregte Atome. Das Gesetz, das die Abhängigkeit der Energie der Wärmestrahlung von der Temperatur beschreibt, wurde auf der Grundlage einer Analyse experimenteller Daten des österreichischen Physikers Joseph Stefan ermittelt und auch vom Österreicher Ludwig Boltzmann theoretisch untermauert.

Um zu verstehen, wie dieses Gesetz funktioniert, stellen Sie sich ein Atom vor, das in den Tiefen der Sonne Licht aussendet. Licht wird sofort von einem anderen Atom absorbiert, von diesem wieder abgestrahlt und so entlang einer Kette von Atom zu Atom weitergeleitet, wodurch sich das gesamte System in einem energetischen Gleichgewichtszustand befindet. Im Gleichgewichtszustand wird Licht einer genau definierten Frequenz von einem Atom an einer Stelle absorbiert, während gleichzeitig Licht derselben Frequenz von einem anderen Atom an einer anderen Stelle emittiert wird. Dadurch bleibt die Lichtintensität jeder Wellenlänge des Spektrums unverändert.

Die Temperatur im Inneren der Sonne sinkt, wenn sie sich von ihrem Zentrum entfernt. Wenn man sich also der Oberfläche nähert, scheint das Spektrum der Lichtstrahlung höheren Temperaturen als der Umgebungstemperatur zu entsprechen. Dadurch kommt es bei wiederholter Emission nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz zu niedrigeren Energien und Frequenzen, gleichzeitig wird aber aufgrund des Energieerhaltungssatzes eine größere Anzahl von Photonen emittiert. Wenn es also die Oberfläche erreicht, entspricht die Spektralverteilung der Temperatur der Sonnenoberfläche (ca. 5.800 K) und nicht der Temperatur im Zentrum der Sonne (ca. 15.000.000 K). Energie, die auf der Oberfläche der Sonne (oder der Oberfläche eines heißen Objekts) ankommt, verlässt diese in Form von Strahlung. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz sagt uns genau, was die abgestrahlte Energie ist. Dieses Gesetz ist wie folgt geschrieben:

Dabei ist T die Temperatur (in Kelvin) und y die Boltzmann-Konstante. Aus der Formel wird deutlich, dass mit steigender Temperatur die Leuchtkraft eines Körpers nicht nur zunimmt, sondern in viel stärkerem Maße. Verdoppeln Sie die Temperatur und die Leuchtkraft erhöht sich um das 16-fache!

Nach diesem Gesetz gibt also jeder Körper, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt, Energie ab. Warum also, könnte man fragen, sind nicht alle Körper schon vor langer Zeit auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt? Warum kühlt sich beispielsweise Ihr Körper, der ständig Wärmeenergie im Infrarotbereich abgibt, der für die Temperatur des menschlichen Körpers (etwas mehr als 300 K) charakteristisch ist, nicht ab?

Die Antwort auf diese Frage besteht eigentlich aus zwei Teilen. Erstens erhalten Sie mit der Nahrung Energie von außen, die im Prozess der metabolischen Aufnahme von Nahrungskalorien durch den Körper in Wärmeenergie umgewandelt wird, die die von Ihrem Körper aufgrund des Stefan-Boltzmann-Gesetzes verlorene Energie wieder auffüllt. Ein verstorbenes Warmblüter kühlt schnell auf Umgebungstemperatur ab, da die Energiezufuhr zu seinem Körper unterbrochen wird.

Noch wichtiger ist jedoch die Tatsache, dass das Gesetz ausnahmslos für alle Körper gilt, deren Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt. Vergessen Sie daher bei der Abgabe Ihrer Wärmeenergie an die Umgebung nicht, dass die Körper, an die Sie Energie abgeben – zum Beispiel Möbel, Wände, Luft – wiederum Wärmeenergie abgeben und diese auf Sie übertragen. Wenn die Umgebung kälter ist als Ihr Körper (was in den meisten Fällen der Fall ist), kompensiert seine Wärmestrahlung nur einen Teil des Wärmeverlusts Ihres Körpers und gleicht das Defizit durch interne Ressourcen aus. Liegt die Umgebungstemperatur nahe oder höher als Ihre Körpertemperatur, können Sie die überschüssige Energie, die im Stoffwechsel durch Strahlung in Ihrem Körper freigesetzt wird, nicht abtransportieren. Und dann kommt der zweite Mechanismus ins Spiel. Sie beginnen zu schwitzen und zusammen mit den Schweißperlen verlässt überschüssige Wärme Ihren Körper über die Haut.

In der obigen Formulierung gilt das Stefan-Boltzmann-Gesetz nur für einen vollständig schwarzen Körper, der alle auf seine Oberfläche einfallende Strahlung absorbiert. Reale physikalische Körper absorbieren nur einen Teil der Strahlungsenergie, der restliche Teil wird von ihnen reflektiert, allerdings bleibt das Muster, nach dem die spezifische Strahlungsleistung von ihrer Oberfläche proportional zu T 4 ist, in diesem Fall in der Regel gleich Allerdings muss in diesem Fall die Boltzmann-Konstante durch einen anderen Koeffizienten ersetzt werden, der die Eigenschaften eines realen physischen Körpers widerspiegelt. Solche Konstanten werden üblicherweise experimentell bestimmt.

8. Geschichte der Entwicklung von Fernerkundungsmethoden

Gezeichnete Fotografien - Fotografien - Bodenphototheodolit-Vermessung - Luftaufnahmen - Luftmethoden. - Das Konzept der Fernerkundung entstand im 19. Jahrhundert. - Anschließend begann man, die Fernerkundung im militärischen Bereich einzusetzen, um Informationen über den Feind zu sammeln und strategische Entscheidungen zu treffen . - Nach dem Zweiten Weltkrieg begann man, die Fernerkundung zur Überwachung der Umwelt und zur Beurteilung der territorialen Entwicklung sowie in der zivilen Kartographie einzusetzen.

In den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts gelangte mit dem Aufkommen von Weltraumraketen und Satelliten die Fernerkundung in den Weltraum. - 1960 - Start von Aufklärungssatelliten im Rahmen der Programme CORONA, ARGON und LANYARD. -Mercury-Programm - Es wurden Bilder der Erde aufgenommen. Projekt Gemini (1965–1966) – systematische Sammlung von Fernerkundungsdaten. Apollo-Programm (1968–1975) – Fernerkundung der Erdoberfläche und Landung eines Menschen auf dem Mond – Start der Raumstation Skylab (1973–1974) – Erforschung der Erdressourcen. Flüge wiederverwendbarer Raumfahrzeuge (1981). Erhalten multispektraler Bilder mit einer Auflösung von 100 Metern im sichtbaren und nahen Infrarotbereich unter Verwendung von neun Spektralkanälen.

9. Elemente der Satellitenbildorientierung

Die Position des Bildes zum Zeitpunkt der Aufnahme wird durch drei Elemente der inneren Orientierung bestimmt – die Brennweite der Kamera f, die Koordinaten x0, y0 des Hauptpunkts o (Abb. 1) und sechs Elemente der äußeren Orientierung – die Koordinaten des Projektionszentrums S - XS, YS, ZS, die Längs- und Querneigungswinkel des Bildes b und u und Drehwinkel h.

Es besteht ein Zusammenhang zwischen den Koordinaten eines Objektpunkts und seinem Bild im Bild:

wobei X, Y, Z und XS, YS, ZS die Koordinaten der Punkte M und S im OXYZ-System sind; X", Y", Z" - Koordinaten des Punktes m im SXYZ-System parallel zu OXYZ, berechnet aus den flachen Koordinaten x und y:

a1 = cos bcosch - sinb sin

a2 = - cosÑsinch - sinÑsin ücosч

a3 = - sinbcos

b2 = cosшcosч (3)

c1 = sinÑcosч + cosÑsinþsinch,

c2 = - sinбcoсч + cosбsinьчcoсч,

Richtungskosinus.

Formeln für den Zusammenhang zwischen den Koordinaten des Objektpunkts M (Abb. 2) und den Koordinaten seiner Bilder m1 und m2 auf dem Stereopaar P1 - P2 haben die Form:

BX, BY und BZ sind Projektionen der Basis B auf die Koordinatenachsen. Wenn die äußeren Orientierungselemente eines Stereopaares bekannt sind, können die Koordinaten des Objektpunkts mit Formel (4) bestimmt werden (direkte Schnittmethode). Anhand eines einzelnen Bildes kann die Position eines Objektpunkts im Sonderfall ermittelt werden, wenn das Objekt flach ist, beispielsweise flaches Gelände (Z = const). Die x- und y-Koordinaten der Bildpunkte werden mit einem Monokomparator oder einem Stereokomparator gemessen. Elemente der inneren Orientierung sind aus den Ergebnissen der Kamerakalibrierung bekannt, Elemente der äußeren Orientierung können beim Fotografieren eines Objekts oder im Rahmen der Fototriangulation ermittelt werden (siehe Fototriangulation). Wenn die äußeren Orientierungselemente der Bilder unbekannt sind, werden die Koordinaten des Objektpunkts mithilfe von Kontrollpunkten ermittelt (Resektionsverfahren). Ein Referenzpunkt ist ein Konturpunkt eines im Bild identifizierten Objekts, dessen Koordinaten durch geodätische Messungen oder durch Fototriangulation ermittelt wurden. Bestimmen Sie mittels Resektion zunächst die Elemente der relativen Orientierung der Bilder P1 - P2 (Abb. 3) - b"1, h"1, a"2, w"2, h"2 im S1X"Y"Z" System; dessen X-Achse mit der Basis übereinstimmt und die Z-Achse in der Hauptbasalebene S1O1S2 von Bild P1 liegt. Anschließend werden die Koordinaten der Modellpunkte im gleichen System berechnet. Fahren Sie abschließend mithilfe der Ankerpunkte fort. von den Koordinaten der Modellpunkte zu den Koordinaten der Objektpunkte.

Mit Elementen der relativen Ausrichtung können Sie Fotos in der relativen Position zueinander positionieren, die sie beim Fotografieren des Objekts eingenommen haben. In diesem Fall schneidet sich jedes Paar entsprechender Strahlen, zum Beispiel S1m1 und S2m2, und bildet einen Punkt (m) des Modells. Die zum Bild gehörende Strahlengruppe wird als Bündel bezeichnet, und der Mittelpunkt der Projektion – S1 oder S2 – ist der Scheitelpunkt des Bündels. Der Maßstab des Modells bleibt unbekannt, weil der Abstand S1S2 zwischen den Scheitelpunkten der Bänder wird willkürlich gewählt. Die entsprechenden Punkte des Stereopaares m1 und m2 liegen in derselben Ebene, die durch die Basis S1S2 verläuft. Daher

Unter der Annahme, dass die Näherungswerte der Elemente der relativen Orientierung bekannt sind, können wir Gleichung (6) in linearer Form darstellen:

a db1" + b db2" + s dch2" + d dch1" + e dch2" + l = V, (7)

wobei db1",... e dm2" Korrekturen der Näherungswerte der Unbekannten sind, a,..., e partielle Ableitungen der Funktion (6) in Bezug auf Variablen b1",... h2", l ist der Wert der Funktion (6), berechnet aus mir bekannten Näherungswerten. Um die Elemente der relativen Orientierung zu bestimmen, werden die Koordinaten von mindestens fünf Punkten des Stereopaares gemessen und anschließend die Gleichungen (7) erstellt und nach der Methode der sukzessiven Approximationen gelöst. Die Koordinaten der Modellpunkte werden mit den Formeln (4) berechnet, wobei die Länge der Basis B willkürlich gewählt und angenommen wird

Xs1 = Ys1 = Zs1 = 0, BX = B, BY = BZ = 0.

In diesem Fall werden die räumlichen Koordinaten der Punkte m1 und m2 mithilfe der Formeln (2) und die Richtungskosinusse mithilfe der Formeln (3) ermittelt: für Bild P1 mithilfe der Elemente b1",

und für Bild P2 durch die Elemente b2", sch2", ch2".

Mithilfe der X-, Y- und Z-Koordinaten bestimmen die Modellpunkte die Koordinaten des Objektpunkts:

Dabei ist t der Nenner des Modellmaßstabs. Richtungskosinusse werden gemäß den Formeln (3) erhalten, wobei anstelle der Winkel b, y und h der Längsneigungswinkel des Modells o, der Querneigungswinkel des Modells z und der Drehwinkel des Modells u eingesetzt werden.

Um die sieben Elemente der externen Ausrichtung des Modells zu bestimmen – Gepostet auf http://www.allbest.ru/

О, з, и, t – stellen Sie Gleichungen (8) für drei oder mehr Referenzpunkte auf und lösen Sie sie. Die Koordinaten von Referenzpunkten werden mithilfe geodätischer Methoden oder Phototriangulation ermittelt. Eine Reihe von Objektpunkten, deren Koordinaten bekannt sind, bildet ein digitales Modell des Objekts, das zur Erstellung einer Karte und zur Lösung verschiedener technischer Probleme verwendet wird, beispielsweise um die optimale Straßenroute zu finden. Neben analytischen Methoden der Bildverarbeitung kommen auch analoge zum Einsatz, basierend auf dem Einsatz photogrammetrischer Instrumente – Fototransformator, Stereograph, Stereoprojektor etc.

Schlitz- und Panoramafotos sowie Fotos, die mit Radar-, Fernseh-, Infrarot-Wärmebild- und anderen Bildgebungssystemen aufgenommen wurden, erweitern die Möglichkeiten der Fotografie, insbesondere in der Weltraumforschung, erheblich. Allerdings verfügen sie über kein einziges Projektionszentrum und ihre äußeren Orientierungselemente ändern sich während des Bildkonstruktionsprozesses ständig, was die Verwendung solcher Bilder für Messzwecke erschwert.

10. Eigenschaften von Luft- und Raumfahrtbildern

Luft- und Raumfahrtbilder sind das Hauptergebnis von Luft- und Raumfahrtuntersuchungen, für die eine Vielzahl von Luft- und Raumfahrtmedien verwendet werden. Hierbei handelt es sich um ein zweidimensionales Bild realer Objekte, das nach bestimmten geometrischen und radiometrischen (photometrischen) Gesetzen durch Fernaufzeichnung der Helligkeit von Objekten gewonnen wird und zur Untersuchung sichtbarer und verborgener Objekte, Phänomene und Prozesse der umgebenden Welt bestimmt ist sowie zur Bestimmung ihrer räumlichen Position. Luft- und Raumfahrtuntersuchungen werden in passive Untersuchungen unterteilt, bei denen reflektierte Sonnenstrahlung oder die eigene Strahlung der Erde aufgezeichnet werden. aktiv, in dem reflektierte künstliche Strahlung aufgezeichnet wird. Maßstabsbereich von Luft- und Raumfahrtbildern: von 1:1000 bis 1:100.000.000

Die gebräuchlichsten Maßstäbe: Luftaufnahmen 1:10.000 – 1:50.000, Weltraum – 1:200.000 – 1:10.000.000.

Luft- und Raumfahrtbilder: analog (meist fotografisch), digital (elektronisch). Das Bild digitaler Fotografien besteht aus einzelnen identischen Elementen – Pixeln (vom englischen Bildelement – ​​Pixel); Die Helligkeit jedes Pixels wird durch eine Zahl gekennzeichnet. Eigenschaften von Luft- und Raumfahrtbildern: Visuell, radiometrisch (fotometrisch), geometrisch.

Visuelle Eigenschaften charakterisieren die Fähigkeit von Fotografien, feine Details, Farben und Tonabstufungen von Objekten wiederzugeben.

Radiometrische Daten geben Aufschluss über die Genauigkeit der quantitativen Erfassung von Objekthelligkeiten per Bild.

Geometrisch charakterisieren die Fähigkeit, anhand von Fotografien die Größe, Länge und Fläche von Objekten sowie deren relative Position zu bestimmen.

11. Verschiebung von Punkten auf einem Satellitenbild

Vorteile der Weltraumfotografie. Ein fliegender Satellit erfährt keine Vibrationen oder starke Schwankungen, sodass Satellitenbilder mit höherer Auflösung und hoher Bildqualität als Luftaufnahmen aufgenommen werden können. Die Bilder können für die anschließende Computerverarbeitung in digitale Form umgewandelt werden.

Nachteile der Weltraumfotografie: Informationen können ohne vorherige Transformationen nicht automatisch verarbeitet werden. Bei der Weltraumfotografie verschieben sich die Punkte (unter dem Einfluss der Erdkrümmung), ihr Wert an den Bildrändern erreicht 1,5 mm. Innerhalb des Bildes ist die Maßstabskonsistenz verletzt, der Unterschied kann an den Rändern und in der Bildmitte mehr als 3 % betragen.

Der Nachteil der Fotografie ist ihre Langsamkeit, denn... Ein Behälter mit Folie landet höchstens alle paar Wochen auf der Erde. Daher werden fotografische Weltraumaufnahmen selten für betriebliche Zwecke genutzt, sondern liefern langfristige Informationen.

Wie Sie wissen, ist ein Foto eine zentrale Projektion des Gebiets und eine topografische Karte ist orthogonal. Eine horizontale Fotografie einer ebenen Fläche entspricht einer orthografischen Projektion, also einer Projektion eines begrenzten Bereichs einer topografischen Karte. Wenn Sie in diesem Zusammenhang ein schräges Bild in ein horizontales Bild eines bestimmten Maßstabs umwandeln, entspricht die Position der Konturen auf dem Bild der Position der Konturen auf einer topografischen Karte eines bestimmten Maßstabs. Das Gelände führt auch dazu, dass sich die Punkte im Bild relativ zu ihrer Position auf der orthogonalen Projektion des entsprechenden Maßstabs verschieben.

12. Phasen der Fernerkundung und Datenanalyse

Stereofotografie.

Mehrzonenaufnahmen. Hyperspektrale Fotografie.

Mehrfachaufnahme.

Mehrstufiges Schießen.

Multipolarisationsaufnahmen.

Kombinierte Methode.

Interdisziplinäre Analyse.

Technologie zur Gewinnung von Fernerkundungsmaterialien

Luft- und Raumfahrtfotografie wird in atmosphärischen Transparenzfenstern durchgeführt, wobei Strahlung in verschiedenen Spektralbereichen verwendet wird – Licht (sichtbares, nahes und mittleres Infrarot), thermisches Infrarot und Radiobereich.

Fotografie

Hohe Sichtbarkeit, die große Flächen mit einem Bild abdeckt.

Fotografie im gesamten sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, in seinen einzelnen Zonen, sowie im nahen IR (Infrarot)-Bereich.

Der Umfang des Schießens hängt davon ab

Schusshöhen

Brennweite des Objektivs.

Abhängig von der Neigung der optischen Achse erhält man planare und perspektivische Bilder der Erdoberfläche.

CS mit einer Überlappung von 60 % oder mehr. Der Spektralbereich der Fotografie umfasst den sichtbaren Teil der Nahinfrarotzone (bis 0,86 Mikrometer).

Scan-Umfrage

Am häufigsten werden multispektrale optisch-mechanische Systeme verwendet – Scanner, die für verschiedene Zwecke auf Satelliten installiert werden.

Bilder bestehend aus vielen einzelnen, aufeinanderfolgenden Elementen.

„Scannen“ ist das Scannen eines Bildes mit einem Scanelement, das Element für Element den Bereich entlang der Bewegung des Trägers abtastet und einen Strahlungsfluss an die Linse und dann an einen Punktsensor sendet, der das Lichtsignal in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses elektrische Signal gelangt über Kommunikationskanäle zu den Empfangsstationen. Das Bild des Geländes wird kontinuierlich auf einem Band erstellt, das aus Streifen – Scans, zusammengesetzt aus einzelnen Elementen – Pixeln – besteht.

Scan-Umfrage

Scannerbilder können in allen Spektralbereichen gewonnen werden, besonders effektiv sind jedoch der sichtbare und der Infrarotbereich.

Die wichtigsten Merkmale eines Scanners sind der Scan-(Betrachtungs-)Winkel und der momentane Betrachtungswinkel, dessen Wert die Breite des Bildstreifens und die Auflösung bestimmt. Abhängig von der Größe dieser Winkel werden Scanner in Präzisions- und Übersichtsscanner unterteilt.

Bei Präzisionsscannern wird der Scanwinkel auf ±5° reduziert und bei Vermessungsscannern auf ±50° erhöht. Die Auflösung ist umgekehrt proportional zur Breite des fotografierten Streifens.

Radarvermessung

Dank des Prinzips des aktiven Radars können unabhängig von den Wetterbedingungen tagsüber und nachts Bilder der Erdoberfläche und der darauf befindlichen Objekte erstellt werden.

Die Technologie wurde in den 1930er Jahren entwickelt.

Die Radarbildgebung der Erde erfolgt in mehreren Bereichen des Wellenlängenbereichs (1 cm – 1 m) bzw. Frequenzen (40 GHz – 300 MHz).

Die Art des Bildes in einem Radarbild hängt von der Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Größe der Geländeunregelmäßigkeiten ab: Die Oberfläche kann in unterschiedlichem Maße rau oder glatt sein, was sich in der Intensität des Rücksignals und dementsprechend in der Intensität des Rücksignals äußert Helligkeit des entsprechenden Bereichs im Bild. Thermische Untersuchungen

Es basiert auf der Identifizierung thermischer Anomalien durch die Aufzeichnung der Wärmestrahlung von Erdobjekten, die durch endogene Wärme oder Sonneneinstrahlung verursacht wird.

Der Infrarotbereich des elektromagnetischen Schwingungsspektrums wird üblicherweise in drei Teile (in Mikrometern) unterteilt: nah (0,74–1,35), mittel (1,35–3,50), fern (3,50–1000).

Solare (externe) und endogene (interne) Wärme erwärmen geologische Objekte auf unterschiedliche Weise. IR-Strahlung, die die Atmosphäre durchdringt, wird selektiv absorbiert, weshalb Wärmefotografie nur in dem Bereich durchgeführt werden kann, in dem sich die sogenannten „Transparenzfenster“ befinden – Orte, an denen IR-Strahlen durchgelassen werden.

Vier Haupttransparenzfenster (in Mikrometern) wurden empirisch identifiziert: 0,74–2,40; 3,40-4,20; 8,0-13,0; 30,0-80,0.

Weltraumbilder

Drei Hauptmethoden zur Datenübertragung von einem Satelliten zur Erde.

Direkte Datenübertragung zur Bodenstation.

Die empfangenen Daten werden auf dem Satelliten gespeichert und dann mit einiger Zeitverzögerung zur Erde übertragen.

Verwendung des geostationären Kommunikationssatellitensystems TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System).

13. ERDAS IMAGINE-Liefersets

ERDAS IMAGINE ist eines der weltweit beliebtesten Softwareprodukte im Bereich der Arbeit mit Geodaten. ERDAS IMAGINE vereint in einer leistungsstarken und praktischen Software die Fähigkeit, eine Vielzahl von Raster- und Vektor-Geodaten zu verarbeiten und zu analysieren, sodass Sie Produkte wie georeferenzierte Bilder, die verbesserten Transformationen unterzogen wurden, Orthomosaike, Vund Flugvideos im „Virtuellen“ erstellen können Welt“, Vektorkarten, die durch die Verarbeitung von Luft- und Satellitenbildern gewonnen werden.

IMAGINE Essentials ist ein Einstiegsprodukt, das grundlegende Werkzeuge zur Visualisierung, Korrektur und Kartierung enthält. Ermöglicht die Verwendung der Stapelverarbeitung.

IMAGINE Advantage umfasst alle Funktionen von IMAGINE Essentials. Darüber hinaus bietet es erweiterte Funktionen für Spektralverarbeitung, Änderungsanalyse, Orthokorrektur, Mosaike und Bildanalyse. Ermöglicht die parallele Stapelverarbeitung.

IMAGINE Professional umfasst alle Funktionen von IMAGINE Advantage. Darüber hinaus bietet es eine Reihe fortschrittlicher Tools zur Verarbeitung von Spektral-, Hyperspektral- und Radardaten sowie zur räumlichen Modellierung. Enthält ERDAS ER Mapper.

Zusätzliche Module wie SAR Interferometry, IMAGINE Objective und andere erweitern die Funktionalität des Softwarepakets und machen es zu einem universellen Werkzeug für die Arbeit mit Geoinformationen.

14. Digitale Daten. Schematische Darstellung der Konvertierung von Rohdaten in Pixelwerte

Beim Scannen digitaler Daten erzeugt der Sensor ein elektrisches Signal, dessen Intensität je nach Helligkeit des Bereichs auf der Erdoberfläche variiert. Bei der multispektralen Bildgebung entsprechen unterschiedliche Spektralbereiche separaten unabhängigen Signalen. Jedes dieser Signale ändert sich im Laufe der Zeit kontinuierlich und muss für die anschließende Analyse in einen Satz numerischer Werte umgewandelt werden. Um ein kontinuierliches analoges Signal in digitale Form umzuwandeln, wird es in Teile unterteilt, die gleichen Abtastintervallen entsprechen (Abbildung 11). Das Signal innerhalb jedes Intervalls wird nur durch den Durchschnittswert seiner Intensität beschrieben, sodass alle Informationen über Signalschwankungen innerhalb dieses Intervalls verloren gehen. Somit ist der Wert des Abtastintervalls einer der Parameter, von denen die Auflösung des Sensors direkt abhängt. Es sollte auch beachtet werden, dass bei digitalen Daten üblicherweise eine relative statt einer absoluten Grauskala gewählt wird, sodass diese Daten nicht die tatsächlichen radiometrischen Werte widerspiegeln, die für eine bestimmte Szene erhalten wurden.

15. Entwurf eines technogenen Systems

Beim Entwurf eines künstlichen Systems, einschließlich Informationssystemen, werden zunächst die zu erreichenden Ziele und die vorrangigen Aufgaben festgelegt, die während des Betriebs des Systems gelöst werden müssen.

Definieren wir das Hauptziel des GIS-Projekts „Kaspian“ wie folgt: Schaffung eines Mehrzweck-Mehrbenutzersystems betrieblicher Informationsdienste für zentrale und lokale Behörden, staatliche Umweltkontrollbehörden, die Agentur und ihre Abteilungen für Notfallsituationen , Unternehmen der Öl- und Gasindustrie sowie andere offizielle oder private Organisationen und Personen Interesse an der Lösung territorialer Probleme der Region.

Auf der Grundlage einer kurzen Beschreibung des Gebiets können primäre Ziele formuliert werden. Diese Aufgaben lauten unserer Meinung nach wie folgt:

Kartierung natürlicher Strukturen und Objekte mit Analyse und Beschreibung geologischer, landschaftlicher und anderer territorialer Muster;

thematische Kartierung der Infrastruktur der Öl- und Gasindustrie mit ziemlich genauem Bezug zur topografischen Basis und Landschafts-, Geomophologie- und Umweltkarten der Küste;

Betriebskontrolle und Prognose der Dynamik der Küste mit Analyse der dabei auftretenden territorialen Probleme (Zerstörung von Dämmen, Überflutung von Ölquellen, Entfernung von Ölverschmutzungen ins Meer, Verölung von Küstengebieten usw.);

Überwachung der Eisbedingungen, insbesondere in Schelfgebieten, in denen die Ölförderung von Offshore-Plattformen aus erfolgt.

Basierend auf der Liste der vorrangigen Aufgaben formulieren wir inhaltliche Anforderungen an das System:

In der ersten Phase der Systemimplementierung die verfügbaren NOAA/AVHRR- und TERRA/MODIS-Weltraumressourcen nutzen und dementsprechend große und mittlere Prozesse überwachen – thermische Felder, Eisbedeckungen, Wasseroberflächen. Sorgen Sie für die Möglichkeit, das System mithilfe aktiver (RADARSAT-1, 2 ERS-1) und passiver (Landsat-7. SPOT-4,1RS) hochauflösender Vermessungen zu entwickeln;

Das System muss den Empfang, die Archivierung und die Verarbeitung von bodengestützten Beobachtungsdaten ermöglichen, die sowohl an einem Netzwerk agrarmeteorologischer Stationen als auch an Subsatelliten-Teststandorten und Teststandorten gewonnen werden. Die Zusammensetzung der Ausrüstung richtet sich nach dem zu lösenden Problem;

*Expeditionelle Boden- und Flugzeugbeobachtungen können ebenfalls als zusätzliche Informationsquelle dienen. Abhängig von der Ausrüstung dieser Expeditionen können Informationen online oder nach der Bearbeitung am Schreibtisch eingeholt werden.

Systemvereinbarungen über den Zugang zu Informationen, Speicherfristen, Preise für Primär- und verarbeitete Daten usw. sollten gemeinsam mit interessierten Ministerien, regionalen und regionalen Akimaten und anderen staatlichen Verbrauchern von Überwachungsdaten entwickelt werden. Der Systementwurf muss die Möglichkeit vorsehen, entsprechende Steuerungs- und Serviceprogramme einzubinden.

Diese Grundanforderungen legen den Rahmen fest, über den der Designer kein Recht hat. Wir stellen jedoch fest, dass es umso einfacher zu entwerfen und zu programmieren ist, je enger der Rahmen ist und je strenger die Einschränkungen sind. Daher strebt ein kompetenter Designer bei der Entwicklung technischer Spezifikationen eine enge Interaktion mit dem Kunden an.

Die Machbarkeit der Schaffung eines solchen Systems wurde durch zahlreiche Beispiele für den effektiven Einsatz von GIS bei der Lösung einer Vielzahl territorialer Probleme bewiesen. Die Besonderheit dieser Arbeit ist die Konzeption und Umsetzung der GIS-Überwachung und Modellierung territorialer Prozesse im betrachteten Gebiet unter Berücksichtigung der aktuell vorhandenen informationstechnischen Infrastruktur.

Im ersten Schritt formulieren wir die verbindlichen Mindestbedingungen, die für ein Informationssystem (oder besser gesagt für jedes vom Menschen geschaffene System) gelten, um seine „Lebensfähigkeit“ sicherzustellen. Das System kann effektiv funktionieren und sich weiterentwickeln, wenn:

sein funktionaler Zweck entspricht den Bedürfnissen der Umgebung (normalerweise auch des Systems), in die es eingebettet ist;

seine Struktur widerspricht nicht der Architektur der Systeme, mit denen es interagiert;

seine Struktur ist in sich nicht widersprüchlich und weist ein hohes Maß an Flexibilität und Modifizierbarkeit auf;

die darin eingebauten Verfahren werden effektiv zu technologischen Ketten zusammengefasst, die dem allgemeinen technologischen Funktionsschema des Systems entsprechen;

Seine Reduzierung oder Erweiterung führt nicht zur Zerstörung der Struktur, und jede Phase des „Lebenszyklus“ des Systems, jede Version davon wird zur Leistung verwendet

entsprechenden Funktionen.

Die aufgeführten Bedingungen für die Wirksamkeit technogener Systeme können sein

anhand vieler Beispiele veranschaulichen. Besonders deutlich werden diese Bedingungen durch die sogenannten Monitoring-Systeme nachgewiesen. Ein markantes Beispiel dafür ist das leistungsstarke Überwachungssystem – der World Meteorological Service.

16. Entschlüsselungsmethoden

Bei der Entschlüsselung eines Radar-Luft- und Raumfahrtbildes ist unabhängig von der gewählten Methode Folgendes erforderlich:

ein Ziel oder Geländeobjekt im Bild erkennen;

ein Ziel oder ein Geländemerkmal identifizieren;

ein erkanntes Ziel oder Geländeobjekt analysieren und deren quantitative und qualitative Eigenschaften bestimmen;

Formatieren Sie die Entschlüsselungsergebnisse in Form eines Grafik- oder Textdokuments.

Abhängig von den Bedingungen und dem Ort der Ausführung kann die Interpretation von Radarbildern in Feld-, Flug-, Büro- und kombinierte Interpretation unterteilt werden.

Keine Entschlüsselung

Bei der Felddecodierung orientiert sich der Decoder direkt am Boden an charakteristischen und leicht identifizierbaren Objekten in der Umgebung und vergleicht die Konturen der Objekte mit ihren Radarbildern und stellt die Identifizierungsergebnisse mit herkömmlichen Zeichen auf einem Foto oder einer topografischen Karte dar.

Bei der Feldinterpretation werden nebenbei durch direkte Messungen die numerischen und qualitativen Eigenschaften von Objekten ermittelt (Eigenschaften von Vegetation, Stauseen, daran angeschlossenen Bauwerken, Eigenschaften von Siedlungen etc.). In diesem Fall können Objekte auf dem Foto oder der Karte platziert werden, die aufgrund ihrer geringen Größe oder weil sie zum Zeitpunkt der Aufnahme nicht vorhanden waren, nicht auf dem Foto abgebildet sind. Bei der Felddekodierung werden eigens oder nebenbei Standards (Schlüssel) erstellt, mit deren Hilfe später im Bürobetrieb die Identifizierung von Objekten gleicher Geländeart erleichtert wird.

Die Nachteile der Feldbildinterpretation sind ihr zeit- und kostenintensiver Charakter sowie die Komplexität ihrer Organisation.

Aerovisuelle Interpretation von Luft- und Raumfahrtbildern

In der Praxis der Luftbildfotografie wird in jüngster Zeit zunehmend die aerovisuelle Methode zur Interpretation von Luftbildern eingesetzt. Diese Methode könnte erfolgreich bei der Entschlüsselung von Radarbildern eines Gebiets eingesetzt werden.

Der Kern der aerovisuellen Methode besteht darin, Bilder eines Objekts aus einem Flugzeug oder Hubschrauber zu identifizieren. Die Beobachtung kann mit optischen und Infrarotgeräten erfolgen. Durch die aerovisuelle Interpretation von Radarbildern können Sie die Produktivität steigern und die Kosten für die Interpretation vor Ort senken.

Die durch die Entschlüsselung dieses Bildes gewonnenen Daten ermöglichen die Standortbestimmung von Verschmutzungsquellen und die Beurteilung ihrer Intensität (Abb. 12).

Bürointerpretation von Luft- und Raumfahrtbildern

Beim Entschlüsseln von Bildern am Schreibtisch erfolgt die Identifizierung von Objekten und deren Interpretation ohne Vergleich der Bilder mit der Natur, indem Bilder von Objekten anhand ihrer entschlüsselbaren Merkmale untersucht werden. Die Entschlüsselung von Bildern wird häufig bei der Erstellung von Konturradarkarten, der Aktualisierung topografischer Karten, der geologischen Forschung sowie bei der Korrektur und Ergänzung kartografischen Materials in schwer zugänglichen Gebieten eingesetzt.

Die Schreibtischentschlüsselung hat jedoch einen erheblichen Nachteil: Es ist unmöglich, alle erforderlichen Informationen über das Gebiet vollständig zu erhalten. Darüber hinaus beziehen sich die Ergebnisse der Kameradekodierung von Bildern nicht auf den Zeitpunkt der Dekodierung, sondern auf den Zeitpunkt der Aufnahme. Daher erscheint es sehr sinnvoll, Schreibtisch- und Feld- bzw. Luftbildinterpretation zu kombinieren, also zu kombinieren.

Bei der kombinierten Bildinterpretation wird die Hauptarbeit zur Erkennung und Identifizierung von Objekten unter Bürobedingungen durchgeführt, und im Feld oder im Flug werden Objekte oder deren Eigenschaften ausgeführt und identifiziert, die im Büro nicht identifiziert werden können.

Die Office-Entschlüsselung ist in zwei Methoden unterteilt:

direkte oder halbinstrumentelle Dekodierung;

instrumentelle Dekodierung.

Direkte Entschlüsselungsmethode

Bei der direkten Dekodierungsmethode untersucht der Darsteller visuell, ohne Instrumente oder mit Hilfe von Vergrößerungsgeräten, das Bild und identifiziert und interpretiert auf der Grundlage der Dekodierungsmerkmale des Bildes und seiner Erfahrung Objekte.

Bei der direkten Methode der Bildinterpretation dienen die verwendeten Geräte als Hilfsmittel und verbessern die Beobachtungsbedingungen. Bei einigen Geräten kann der Entschlüsseler die quantitativen Eigenschaften der zu entschlüsselnden Objekte bestimmen. Aber der Mensch spielt die Hauptrolle bei der Erkennung, Erkennung und Interpretation.

Zu den Hilfsgeräten und Werkzeugen gehören Lupensets mit unterschiedlichen Vergrößerungen, Messskalen, Stereoskope, Parallaxenlineale, Parallaxometer, spezielle Interpretationsgeräte, Projektionswände, Fernseher und elektrooptische geschlossene Systeme, die die Bedingungen für die Bildinterpretation verbessern.

17. Verzerrung von Weltraumbildern

Die Analyse des Subsystems eines realen Satellitenbildes führt zu dem Schluss, dass die Verzerrungsquellen (Rauschen) bei der Weltraumfotografie durch drei Subsysteme verzerrender Faktoren dargestellt werden können:

Fehler bei der Bedienung von Film- und Aufnahmegeräten;

„Rauschen“ des Ausbreitungsmediums elektromagnetischer Strahlung und Merkmale der Oberfläche des fotografierten Objekts;

Ändern der Ausrichtung des Mediums während der Aufnahme.

Diese Systematisierung ermöglicht es uns, eine Strategie zur Untersuchung und Korrektur von Verzerrungen in Satellitenbildern zu entwickeln, da sie zu folgenden Schlussfolgerungen führt:

Die Art der Verzerrungen, die durch Quellen des zweiten und dritten Typs verursacht werden, ist mit geringfügigen Änderungen, die hauptsächlich mit dem verwendeten Spektralbereich zusammenhängen, für jedes Bildgebungssystem gleich. Aus diesem Grund können solche Verzerrungen untersucht werden, indem man bis zu einem gewissen Grad von der spezifischen Art der Filmausrüstung abstrahiert;

Die Art der durch Quellen der ersten Gruppe verursachten Verzerrungen wird durch eine umfassende Untersuchung der Ausrüstung ermittelt, während es notwendig ist, Methoden zu ihrer Kalibrierung und Steuerung während des Betriebs im Orbit zu entwickeln, die die Korrektur der meisten durch Unvollkommenheiten verursachten Verzerrungen ermöglichen sollen Funktionsfähigkeit der Geräte.

Verzerrungsfaktoren können auch nach der Methode zur Berücksichtigung von Verzerrungen, die durch eine bestimmte Geräuschquelle verursacht werden, unterteilt werden:

Faktoren, deren Einfluss relativ einfach und mit ausreichender Genauigkeit berücksichtigt werden kann, indem Korrekturen an den Koordinaten von Punkten im Bild vorgenommen werden und diese Korrekturen mit endlichen mathematischen Formeln berechnet werden;

Faktoren, deren Berücksichtigung den Einsatz moderner Methoden der mathematischen Statistik und der Theorie der Messverarbeitung erfordert.

In ausländischen Veröffentlichungen zur Weltraumfotografie werden die angegebenen Subsysteme verzerrender Faktoren als vorhersehbar bzw. messbar bezeichnet, d. h. sie erfordern Messungen und eine mathematisch-statistische Verarbeitung ihrer Ergebnisse.

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Sammlung von Informationen über ein Objekt oder Phänomen mithilfe eines Aufnahmegeräts, das nicht in direktem Kontakt mit diesem Objekt oder Phänomen steht. Der Begriff „Fernerkundung“ umfasst üblicherweise die Registrierung (Aufzeichnung) elektromagnetischer Strahlung durch verschiedene Kameras, Scanner, Mikrowellenempfänger, Radare und andere derartige Geräte. Mithilfe der Fernerkundung werden Informationen über den Meeresboden, die Erdatmosphäre und das Sonnensystem gesammelt und aufgezeichnet. Die Durchführung erfolgt mit Schiffen, Flugzeugen, Raumfahrzeugen und bodengestützten Teleskopen. Auch feldorientierte Wissenschaften wie Geologie, Forstwirtschaft und Geographie nutzen häufig die Fernerkundung, um Daten für ihre Forschung zu sammeln. siehe auch KOMMUNIKATIONSSATELLIT; ELEKTROMAGNETISCHE STRAHLUNG.

Bursha M. Grundlagen der Weltraumgeodäsie. M., 1971-1975
Fernerkundung in Meteorologie, Ozeanologie und Hydrologie. M., 1984
Seibold E., Berger V. Meeresboden. M., 1984
Mishev D. Fernerkundung der Erde aus dem Weltraum. M., 1985

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Fernerkundung der Erde(ERS) – Beobachtung der Erdoberfläche durch Luft- und Raumfahrzeuge, die mit verschiedenen Arten von Bildgebungsgeräten ausgestattet sind. Der Arbeitsbereich der von Filmgeräten empfangenen Wellenlängen reicht von Bruchteilen eines Mikrometers (sichtbare optische Strahlung) bis hin zu Metern (Radiowellen). Erfassungsmethoden können sein passiv, das heißt, die durch Sonnenaktivität verursachte natürliche reflektierte oder sekundäre Wärmestrahlung von Objekten auf der Erdoberfläche zu nutzen, und aktiv– Verwendung der stimulierten Emission von Objekten, die durch eine künstliche Richtungsquelle ausgelöst wird. Von Raumfahrzeugen gewonnene Fernerkundungsdaten zeichnen sich durch eine hohe Abhängigkeit von der atmosphärischen Transparenz aus. Daher verwendet das Raumschiff Mehrkanalgeräte passiver und aktiver Art, die elektromagnetische Strahlung in verschiedenen Bereichen erfassen.

Fernerkundungsausrüstung des ersten Raumfahrzeugs, das in den 1960er und 1970er Jahren gestartet wurde. war vom Spurentyp – die Projektion des Messbereichs auf die Erdoberfläche war eine Linie. Später erschienen und verbreiteten sich Panorama-Fernerkundungsgeräte – Scanner, deren Projektion des Messbereichs auf die Erdoberfläche ein Streifen ist.

Erdfernerkundungsraumfahrzeuge werden zur Erforschung der natürlichen Ressourcen der Erde und zur Lösung meteorologischer Probleme eingesetzt. Raumfahrzeuge zur Erforschung natürlicher Ressourcen sind hauptsächlich mit optischen oder Radargeräten ausgestattet. Letzteres hat den Vorteil, dass Sie die Erdoberfläche zu jeder Tageszeit beobachten können, unabhängig vom Zustand der Atmosphäre.

Datenverarbeitung

Die Qualität der aus der Fernerkundung gewonnenen Daten hängt von ihrer räumlichen, spektralen, radiometrischen und zeitlichen Auflösung ab.

Räumliche Auflösung. Sie wird durch die Größe des Pixels (auf der Erdoberfläche) charakterisiert, das in einem Rasterbild aufgezeichnet wird – sie kann zwischen 1 und 1000 m variieren.

Spektrale Auflösung. Landsat-Daten umfassen sieben Bänder, einschließlich des Infrarotspektrums, im Bereich von 0,07 bis 2,1 Mikrometer. Der Hyperion-Sensor des Earth Observing-1-Geräts ist in der Lage, 220 Spektralbänder von 0,4 bis 2,5 Mikrometer mit einer spektralen Auflösung von 0,1 bis 0,11 Mikrometer aufzuzeichnen.

Radiometrische Auflösung. Die Anzahl der Signalpegel, die der Sensor erkennen kann. Variiert typischerweise zwischen 8 und 14 Bit, was 256 bis 16.384 Ebenen ergibt. Diese Eigenschaft hängt auch vom Geräuschpegel im Instrument ab.

Vorübergehende Lösung. Die Frequenz, mit der der Satellit über den interessierenden Oberflächenbereich fliegt. Wichtig bei der Untersuchung von Bildserien, beispielsweise bei der Untersuchung der Walddynamik. Ursprünglich wurde die Analyse der Serie für den Bedarf des militärischen Geheimdienstes durchgeführt, insbesondere um Veränderungen in der Infrastruktur und feindliche Bewegungen zu verfolgen.

Um aus Fernerkundungsdaten genaue Karten zu erstellen, ist eine Transformation erforderlich, die geometrische Verzerrungen beseitigt. Ein Bild der Erdoberfläche durch ein direkt nach unten gerichtetes Gerät enthält nur in der Bildmitte ein unverzerrtes Bild. Je weiter man sich den Rändern nähert, desto unterschiedlicher werden die Abstände zwischen Punkten im Bild und die entsprechenden Abstände auf der Erde. Die Korrektur solcher Verzerrungen erfolgt im Rahmen der Photogrammetrie. Seit Anfang der 1990er Jahre werden die meisten kommerziellen Satellitenbilder vorkorrigiert verkauft.

Darüber hinaus kann eine radiometrische oder atmosphärische Korrektur erforderlich sein. Die radiometrische Korrektur wandelt diskrete Signalpegel, beispielsweise 0 bis 255, in ihre tatsächlichen physikalischen Werte um. Die Atmosphärenkorrektur eliminiert spektrale Verzerrungen, die durch das Vorhandensein einer Atmosphäre entstehen.

Im Rahmen des NASA Earth Observing System-Programms wurden Ebenen der Verarbeitung von Fernerkundungsdaten formuliert:

Ebene	Beschreibung
	Daten kommen direkt vom Gerät, ohne Overhead (Synchronisierungsframes, Header, Wiederholungsversuche).
1a	Rekonstruierte Gerätedaten, ausgestattet mit Zeitmarkierungen, radiometrischen Koeffizienten und Ephemeriden (Orbitalkoordinaten) des Satelliten.
1b	Daten der Ebene 1a in physikalische Einheiten umgerechnet.
	Abgeleitete geophysikalische Variablen (Meereswellenhöhe, Bodenfeuchtigkeit, Eiskonzentration) mit der gleichen Auflösung wie Tier-1-Daten.
	Auf einer universellen Raum-Zeit-Skala dargestellte Variablen, möglicherweise ergänzt durch Interpolation.
	Daten, die als Ergebnis von Berechnungen auf der Grundlage früherer Niveaus ermittelt wurden.

Reis. 9. . Das elektromagnetische Spektrum und seine Aufteilung geben die von verschiedenen Geräten ermittelten Wellenlängen an

Fernerkundungssysteme. Diese Art von System besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Bildgebungsgerät, einer Datenerfassungsumgebung und einer Sensorbasis. Ein einfaches Beispiel für ein solches System ist ein Amateurfotograf (Basis), der eine 35-mm-Kamera (Bildaufnahmegerät, das ein Bild erzeugt) mit hochempfindlichem Fotofilm (Aufnahmemedium) verwendet, um einen Fluss zu fotografieren. Der Fotograf befindet sich in einiger Entfernung vom Fluss, zeichnet jedoch Informationen darüber auf und speichert sie dann auf einem Fotofilm.

Bildgebende Geräte, Aufzeichnungsmedium und Basis. Bildgebende Instrumente lassen sich in vier Hauptkategorien einteilen: Foto- und Filmkameras, Multispektralscanner, Radiometer und aktive Radare. Moderne Spiegelreflexkameras erzeugen ein Bild, indem sie die von einem Motiv ausgehende ultraviolette, sichtbare oder infrarote Strahlung auf einen fotografischen Film fokussieren. Sobald der Film entwickelt ist, entsteht ein dauerhaftes Bild (das über einen langen Zeitraum konserviert werden kann). Mit der Videokamera können Sie ein Bild auf dem Bildschirm empfangen. Die dauerhafte Aufzeichnung ist in diesem Fall die entsprechende Aufzeichnung auf dem Videoband oder ein vom Bildschirm aufgenommenes Foto. Alle anderen Bildgebungssysteme verwenden Detektoren oder Empfänger, die bei bestimmten Wellenlängen im Spektrum empfindlich sind. Photomultiplier-Röhren und Halbleiter-Fotodetektoren ermöglichen in Kombination mit optisch-mechanischen Scannern die Aufzeichnung von Energie im ultravioletten, sichtbaren sowie nahen, mittleren und fernen Infrarotbereich des Spektrums und deren Umwandlung in Signale, die Bilder auf Film erzeugen können . Mikrowellenenergie (Mikrowellenenergie) wird in ähnlicher Weise von Radiometern oder Radargeräten umgewandelt. Sonargeräte nutzen die Energie von Schallwellen, um Bilder auf fotografischem Film zu erzeugen.

Für die Bildgebung verwendete Instrumente befinden sich auf einer Vielzahl von Stützpunkten, darunter am Boden, auf Schiffen, Flugzeugen, Ballons und Raumfahrzeugen. Täglich werden spezielle Kameras und Fernsehsysteme eingesetzt, um physikalische und biologische Objekte von Interesse an Land, im Meer, in der Atmosphäre und im Weltraum zu fotografieren. Mit speziellen Zeitrafferkameras werden Veränderungen der Erdoberfläche wie Küstenerosion, Gletscherbewegung und Vegetationsentwicklung aufgezeichnet.

Datenarchive. Fotos und Bilder, die im Rahmen von Bildgebungsprogrammen für die Luft- und Raumfahrt aufgenommen wurden, werden ordnungsgemäß verarbeitet und gespeichert. In den USA und Russland werden Archive für solche Informationsdaten von Regierungen erstellt. Eines der wichtigsten Archive dieser Art in den Vereinigten Staaten, das dem Innenministerium unterstellte EROS-Datenzentrum (Earth Resources Obsevation Systems), speichert etwa 5 Millionen Luftbilder und etwa 2 Millionen Bilder von Landsat-Satelliten als Kopien aller von der NASA gespeicherten Luftbilder und Satellitenbilder der Erdoberfläche. Diese Informationen sind frei zugänglich. Verschiedene Militär- und Geheimdienstorganisationen verfügen über umfangreiche Fotoarchive und Archive mit anderem Bildmaterial.

Bildanalyse. Der wichtigste Teil der Fernerkundung ist die Bildanalyse. Eine solche Analyse kann visuell, mit computergestützten visuellen Methoden oder vollständig per Computer durchgeführt werden; Bei den beiden letzteren handelt es sich um eine digitale Datenanalyse. Anfänglich wurden die meisten Arbeiten zur Fernerkundungsdatenanalyse durch die visuelle Untersuchung einzelner Luftbilder oder durch die Verwendung eines Stereoskops und die Überlagerung der Fotos zur Erstellung eines Stereomodells durchgeführt. Die Fotografien waren in der Regel schwarzweiß und farbig, manchmal schwarzweiß und farbig im Infrarotbereich oder – in seltenen Fällen – multispektral. Die Hauptnutzer der aus Luftaufnahmen gewonnenen Daten sind Geologen, Geographen, Förster, Agronomen und natürlich Kartographen. Der Forscher analysiert das Luftbild im Labor, um daraus direkt nützliche Informationen zu gewinnen, diese dann auf einer der Basiskarten einzutragen und die Gebiete zu bestimmen, die während der Feldarbeit besucht werden müssen. Nach der Feldarbeit wertet der Forscher die Luftbilder erneut aus und erstellt anhand der daraus und aus Feldaufnahmen gewonnenen Daten die endgültige Karte. Mit diesen Methoden werden viele verschiedene thematische Karten zur Veröffentlichung vorbereitet: geologische, Landnutzungs- und topografische Karten, Karten von Wäldern, Böden und Nutzpflanzen. Geologen und andere Wissenschaftler führen Labor- und Feldstudien zu den spektralen Eigenschaften verschiedener natürlicher und zivilisatorischer Veränderungen auf der Erde durch. Die Ideen dieser Forschung fanden Anwendung bei der Entwicklung von Multispektralscannern MSS (Multi-Spectral-Scanners), die in Luft- und Raumfahrzeugen eingesetzt werden. Die künstlichen Erdsatelliten Landsat-1, -2 und -4 (Landsat-1, -2 und -4) hatten MSS mit vier Spektralbändern an Bord: von 0,5 bis 0,6 μm (grün); von 0,6 bis 0,7 µm (rot); von 0,7 bis 0,8 µm (nahes IR); von 0,8 bis 1,1 µm (IR). Auch der Satellit Landsat 3 nutzt ein Band von 10,4 bis 12,5 Mikrometer. Standard-Kompositbilder mit der Methode der künstlichen Färbung werden durch die Kombination von MSS mit dem ersten, zweiten und vierten Band in Kombination mit Blau-, Grün- bzw. Rotfiltern erhalten. Auf dem Landsat 4-Satelliten mit dem fortschrittlichen MSS-Scanner liefert der thematische Mapper Bilder in sieben Spektralbändern: drei im sichtbaren Bereich, eines im nahen Infrarotbereich, zwei im mittleren Infrarotbereich und eines im thermischen Infrarotbereich. Bereiche. Dank dieses Instruments wurde die räumliche Auflösung im Vergleich zu der des Landsat-Satelliten, der nur den MSS-Scanner nutzte, fast um das Dreifache (auf 30 m) verbessert. Da die empfindlichen Satellitensensoren nicht für die stereoskopische Bildgebung ausgelegt waren, war es notwendig, bestimmte Merkmale und Phänomene innerhalb eines bestimmten Bildes anhand spektraler Unterschiede zu unterscheiden. MSS-Scanner können zwischen fünf großen Kategorien von Landoberflächen unterscheiden: Wasser, Schnee und Eis, Vegetation, Aufschluss und Boden sowie menschbezogene Merkmale. Ein Wissenschaftler, der mit dem Untersuchungsgebiet vertraut ist, kann ein Bild analysieren, das in einem einzelnen breiten Spektralband aufgenommen wurde, beispielsweise ein Schwarzweiß-Luftbild, das typischerweise durch Aufzeichnen von Strahlung mit Wellenlängen von 0,5 bis 0,7 µm (grün und grün) gewonnen wird rote Bereiche des Spektrums). Mit zunehmender Zahl neuer Spektralbänder wird es für das menschliche Auge jedoch immer schwieriger, zwischen wichtigen Merkmalen ähnlicher Töne in verschiedenen Teilen des Spektrums zu unterscheiden. Beispielsweise enthält nur eine Vermessungsaufnahme des Landsat-Satelliten mit MSS im 0,5-0,6-Mikrometer-Band etwa 7,5 Millionen Pixel (Bildelemente), von denen jedes bis zu 128 Graustufen im Bereich von 0 (Schwarz) bis 128 ( Weiß). Wenn man zwei Landsat-Bilder desselben Gebiets vergleicht, hat man es mit 60 Millionen Pixeln zu tun; Ein von Landsat 4 aufgenommenes und vom Mapper verarbeitetes Bild enthält etwa 227 Millionen Pixel. Daraus folgt eindeutig, dass zur Analyse solcher Bilder Computer eingesetzt werden müssen.

Digitale Bildverarbeitung. Bei der Bildanalyse werden Computer verwendet, um die Graustufenwerte (Bereich diskreter Zahlen) jedes Pixels in Bildern zu vergleichen, die am selben Tag oder an mehreren verschiedenen Tagen aufgenommen wurden. Bildanalysesysteme klassifizieren spezifische Merkmale einer Vermessung, um eine thematische Karte des Gebiets zu erstellen. Moderne Bildwiedergabesysteme ermöglichen die Wiedergabe eines oder mehrerer von einem Satelliten mit einem MSS-Scanner verarbeiteter Spektralbänder auf einem Farbfernsehmonitor. Der bewegliche Cursor wird auf einem der Pixel oder auf einer Pixelmatrix platziert, die sich innerhalb eines bestimmten Merkmals, beispielsweise eines Gewässers, befindet. Der Computer korreliert alle vier MSS-Bänder und klassifiziert alle anderen Teile des Satellitenbildes, die ähnliche digitale Zahlensätze aufweisen. Der Forscher kann dann „Wasser“-Bereiche auf einem Farbmonitor farblich kennzeichnen, um eine „Karte“ zu erstellen, die alle Gewässer im Satellitenbild zeigt. Dieses als regulierte Klassifizierung bezeichnete Verfahren ermöglicht die systematische Klassifizierung aller Teile des analysierten Bildes. Es ist möglich, alle wichtigen Arten der Erdoberfläche zu identifizieren. Die beschriebenen Computerklassifizierungsschemata sind recht einfach, aber die Welt um uns herum ist komplex. Wasser beispielsweise weist nicht unbedingt eine einzige spektrale Eigenschaft auf. In derselben Aufnahme können Gewässer sauber oder schmutzig, tief oder flach, teilweise mit Algen bedeckt oder gefroren sein, und jedes von ihnen hat sein eigenes spektrales Reflexionsvermögen (und damit seine eigene digitale Charakteristik). Das interaktive digitale Bildanalysesystem IDIMS verwendet ein nicht reguliertes Klassifizierungsschema. IDIMS ordnet jedes Pixel automatisch einer von mehreren Dutzend Klassen zu. Nach der Computerklassifizierung können ähnliche Klassen (z. B. fünf oder sechs Wasserklassen) zu einer zusammengefasst werden. Allerdings weisen viele Bereiche der Erdoberfläche recht komplexe Spektren auf, was eine eindeutige Unterscheidung erschwert. Beispielsweise kann es auf Satellitenbildern vorkommen, dass ein Eichenhain spektral nicht von einem Ahornhain zu unterscheiden ist, obwohl dieses Problem am Boden sehr einfach gelöst werden kann. Eiche und Ahorn gehören aufgrund ihrer spektralen Eigenschaften zu den Laubarten. Die Computerverarbeitung mit Algorithmen zur Identifizierung von Bildinhalten kann das MSS-Bild im Vergleich zum Standardbild erheblich verbessern.

Notiz. Fernerkundungsdaten dienen als Hauptinformationsquelle bei der Erstellung von Landnutzungs- und topografischen Karten. NOAA- und GOES-Wetter- und geodätische Satelliten werden zur Überwachung von Wolkenveränderungen und der Entwicklung von Wirbelstürmen, einschließlich Hurrikanen und Taifunen, eingesetzt. NOAA-Satellitenbilder werden auch verwendet, um saisonale Veränderungen der Schneedecke auf der Nordhalbkugel für die Klimaforschung abzubilden und Veränderungen der Meeresströmungen zu untersuchen, was dazu beitragen kann, die Transportzeiten zu verkürzen. Mikrowelleninstrumente auf den Nimbus-Satelliten werden verwendet, um saisonale Veränderungen der Eisbedeckung in den arktischen und antarktischen Meeren zu kartieren.

Zur Überwachung natürlicher Graslandschaften werden zunehmend Fernerkundungsdaten von Flugzeugen und künstlichen Satelliten genutzt. Luftaufnahmen sind in der Forstwirtschaft aufgrund der hohen Auflösung, die sie erreichen können, sowie der genauen Messung der Pflanzenbedeckung und ihrer Veränderungen im Laufe der Zeit sehr nützlich.

Die Infrarot-Luftthermografie aus dem Weltraum ermöglicht es, Bereiche lokaler Golfstromströmungen zu unterscheiden.

Dennoch findet die Fernerkundung in den geologischen Wissenschaften die größte Anwendung. Mithilfe von Fernerkundungsdaten werden geologische Karten erstellt, die Gesteinsarten sowie strukturelle und tektonische Merkmale des Gebiets angeben. In der Wirtschaftsgeologie dient die Fernerkundung als wertvolles Instrument zur Lokalisierung von Mineralvorkommen und geothermischen Energiequellen. Die Ingenieurgeologie nutzt Fernerkundungsdaten, um geeignete Baustellen auszuwählen, Baumaterialien zu lokalisieren, den Tagebau und die Landgewinnung zu überwachen und Ingenieurarbeiten in Küstengebieten durchzuführen. Darüber hinaus werden diese Daten bei der Bewertung seismischer, vulkanischer, glaziologischer und anderer geologischer Gefahren sowie in Situationen wie Waldbränden und Industrieunfällen verwendet.

Fernerkundungsdaten sind ein wichtiger Bestandteil der Forschung Glaziologie(im Zusammenhang mit den Eigenschaften von Gletschern und Schneedecke), in Geomorphologie(Formen und Merkmale des Reliefs), in Meeresgeologie(Morphologie des Meeres- und Ozeanbodens), in Geobotanik(aufgrund der Abhängigkeit der Vegetation von darunter liegenden Mineralvorkommen) und in Archäologische Geologie. IN Astrogeologie Fernerkundungsdaten sind für die Erforschung anderer Planeten und Monde im Sonnensystem von größter Bedeutung Vergleichende Planetologie um die Geschichte der Erde zu studieren. Der aufregendste Aspekt der Fernerkundung besteht jedoch darin, dass erstmals in der Erdumlaufbahn platzierte Satelliten Wissenschaftlern die Möglichkeit geben, unseren Planeten als vollständiges System zu beobachten, zu verfolgen und zu untersuchen, einschließlich seiner dynamischen Atmosphäre und Landformen, die sich unter dem Einfluss verändern von natürlichen Faktoren und menschlichen Aktivitäten. Von Satelliten gewonnene Bilder können dabei helfen, den Schlüssel zur Vorhersage des Klimawandels zu finden, einschließlich solcher, die durch natürliche und vom Menschen verursachte Faktoren verursacht werden. Obwohl die USA und Russland seit den 1960er Jahren. Auch andere Länder beteiligen sich an der Fernerkundung. Die japanischen und europäischen Raumfahrtbehörden planen, eine große Anzahl von Satelliten in erdnahe Umlaufbahnen zu schicken, um das Land, die Meere und die Atmosphäre der Erde zu untersuchen.

Der erste sowjetische Satellit, Zenit-2, wurde bei OKB-1 erstellt. Von 1965 bis 1982 erstellte TsSKB-Progress auf der Grundlage des Zenit-Satelliten sieben Modifikationen von Erdfernerkundungssatelliten. Insgesamt hat TsSKB-Progress bisher 26 Arten automatischer Satelliten zur Beobachtung der Erdoberfläche entwickelt und damit die gesamte Bandbreite an Problemen im Interesse der nationalen Sicherheit, Wissenschaft und Volkswirtschaft gelöst.

Von 1988 bis 1999 wurden 19 erfolgreiche Starts der Raumsonden Resurs-F1 und Resurs-F1M durchgeführt. Von 1987 bis 1995 wurden neun erfolgreiche Starts der Raumsonde Resurs-F2 durchgeführt.

Der Weltraumkomplex Resurs-F2 ist für die Durchführung multispektraler und spektrozonaler Fotografie der Erdoberfläche im sichtbaren und nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Strahlungsspektrums mit hohen geometrischen und photometrischen Eigenschaften im Interesse verschiedener Sektoren der Volkswirtschaft und der Erde konzipiert Wissenschaften.

Der Weltraumkomplex Resurs-DK ist eine einzigartige Entwicklung von TsSKB-Progress, die bewährte technische Lösungen und fortschrittliche Errungenschaften bei Designideen kombiniert. Der Weltraumkomplex Resurs-DK ermöglicht die multispektrale Fernerkundung der Erdoberfläche und die zeitnahe Übermittlung hochinformativer Bilder per Funk zur Erde.

Im November 2010 fielen mehrere Resursa-DK-Systeme aus, woraufhin das Gerät nicht mehr bestimmungsgemäß verwendet werden konnte.

Resurs-P soll den alten Satelliten Resurs-DK ersetzen.

Die Einzigartigkeit des neuen Erderkennungsgeräts „Resurs-P“ liegt in der Reihe der Scanner – darauf werden vier oder fünf Bildgebungssysteme installiert. Dadurch wird es möglich, Informationen von der Erde nicht wie bisher in drei Farben, sondern im gesamten Farbraum und im Nahinfrarotbereich zu empfangen.

Der neue Satellitenkomplex wird genauer und effizienter sein als sein Vorgänger. Nach Angaben der Entwickler wird „Resurs-P“ es ermöglichen, die Entwicklung des Klimas zu untersuchen, Weltraumdaten über groß angelegte Prozesse in der Atmosphäre und auf der Erdoberfläche zu erhalten, Notfallsituationen zu überwachen, Erdbeben vorherzusagen und über Tsunamis und Brände zu informieren , Ölverschmutzungen und vieles mehr.

Reis. Resurs-DK

Kosmos-1076 ist der erste sowjetische spezialisierte ozeanografische Satellit. Dies ist einer von zwei Satelliten, die am Ocean-E-Experiment teilgenommen haben (der zweite ist Kosmos-1151). Beide basieren auf dem Raumschiff vom Typ AUOS-3. Chefdesigner: V. M. Kovtunenko, B. E. Khmyrov, S. N. Konyukhov, V. I. Dranovsky. Die vom Satelliten gewonnenen Daten ermöglichten die Erstellung der ersten sowjetischen Weltraumdatenbank über den Weltmeer:18 Der Satellit war mit schienengebundenen Erdfernerkundungsgeräten (ERS) ausgestattet.

Yuzhnoye Designbüro

ozeanographische Forschung

Startfahrzeug

11K68 („Zyklon-3“)

Startrampe

Plesetsk, Startkomplex Nr. 32/2

Deorbitieren

Technische Eigenschaften

Orbitale Elemente

Orbit-Typ

Subpolar

Stimmung

Umlaufzeitraum

Apozentrum

Perizentrum

Monitor ist eine Reihe kleiner Raumfahrzeuge zur Fernerkundung der Erde, die im gleichnamigen State Research and Production Space Center entwickelt wurden. M. V. Khrunichev auf Basis der einheitlichen Weltraumplattform „Yacht“. Es wurde angenommen, dass die Serie aus den Satelliten „Monitor-E“, „Monitor-I“, „Monitor-S“, „Monitor-O“ mit verschiedenen optisch-elektronischen Geräten und „Monitor-R“ mit Radarsystemen bestehen würde .“ Derzeit gibt es keine Satelliten der Monitor-Serie im Bundesraumfahrtprogramm.

Monitor-E

Der erste Satellit der Serie, Monitor-E (experimentell), soll neue Zielausrüstung und Servicesysteme der Yachta-Plattform testen. Der 750 kg schwere Satellit ist mit zwei Kameras mit einer Auflösung von 8 m im panchromatischen Modus (ein Kanal) und 20 m im Mehrkanalmodus (3 Kanäle) ausgestattet. Monitor-E-Bilder werden ein Gebiet von 90 x 90 km und 160 x 160 km abdecken. Die integrierte Speicherkapazität beträgt 50 Gigabyte (2×25). Der Satellit ist in druckloser Bauweise modular aufgebaut, was bei Bedarf eine Erweiterung der Fähigkeiten des Raumfahrzeugs durch zusätzliche Ausrüstung ermöglicht. Die Zielausrüstung ist in der Lage, Informationen nahezu in Echtzeit zu übertragen. Der Satellit ist mit einem elektrischen Antriebssystem (EPS) ausgestattet, das Xenon als Arbeitsmedium des EPS verwendet. Die geschätzte aktive Lebensdauer des Geräts beträgt 5 Jahre.

Monitor-E wurde am 26. August 2005 vom Kosmodrom Plesetsk mit einer Rokot-Trägerrakete gestartet. Der Satellit wurde in eine sonnensynchrone Umlaufbahn in einer Höhe von 550 km gebracht. Nach dem Eintritt in die Umlaufbahn konnte aufgrund des Ausfalls der Bodenausrüstung der Funksteuerleitung für die Bordausrüstung keine Kommunikation mit dem Gerät hergestellt werden. Erst nach einem Tag konnte eine Kommunikation mit dem Satelliten hergestellt werden. Allerdings traten bereits am 18. Oktober schwerwiegende Probleme bei der Steuerung des Geräts auf, woraufhin es in einen unorientierten Modus überging. Dies geschah aufgrund eines vorübergehenden Ausfalls eines der Kanäle des gyroskopischen Win(GYVUS). Bald war dieses Problem gelöst und bereits am 23. November 2005 wurde die Funktionsfähigkeit der Funkverbindungen zur Übertragung von Bildern vom Raumschiff überprüft. Am 26. November 2005 wurden die ersten Bilder der Erdoberfläche mit einer Kamera mit einer Auflösung von 20 Metern aufgenommen, am 30. November wurde eine Kamera mit einer Auflösung von 8 Metern getestet. Somit kann argumentiert werden, dass der Betrieb der Raumsonde Monitor-E vollständig wiederhergestellt wurde.

Im Jahr 2011 wurde der Betrieb der Raumsonde eingestellt.

Das Landsat-Programm ist das am längsten laufende Projekt zur Gewinnung von Satellitenfotos des Planeten Erde. Der erste Satellit des Programms wurde 1972 gestartet; das aktuellste Datum, Landsat 7 – 15. April 1999. Die auf den Landsat-Satelliten installierte Ausrüstung hat Milliarden von Bildern aufgenommen. In den Vereinigten Staaten und von Satellitendatenstationen auf der ganzen Welt aufgenommene Bilder stellen eine einzigartige Ressource für eine Vielzahl wissenschaftlicher Forschungen in den Bereichen Landwirtschaft, Kartographie, Geologie, Forstwirtschaft, Nachrichtendienste, Bildung und nationale Sicherheit dar. Landsat-7 liefert beispielsweise Bilder in 8 Spektralbereichen mit einer räumlichen Auflösung von 15 bis 60 m pro Punkt; Die Häufigkeit der Datenerfassung für den gesamten Planeten betrug zunächst 16 Tage.

Im Jahr 1969, dem Jahr des Fluges des Menschen zum Mond, begann das Hughes Santa Barbara Research Center mit der Entwicklung und Produktion der ersten drei Multispektralscanner (MSS). Die ersten MSS-Prototypen wurden innerhalb von 9 Monaten, im Herbst 1970, hergestellt und anschließend auf der Granitkuppel des Half Dome im Yosemite-Nationalpark getestet.

Das ursprüngliche optische Design des MSS wurde von Jim Kodak entworfen, einem Ingenieur für optomechanische Systeme, der auch die optische Kamera auf der Pioneer-Mission entworfen hat, die das erste optische Instrument war, das das Sonnensystem verließ.

Bei seiner Gründung im Jahr 1966 hieß das Programm Earth Resources Observation Satellites, 1975 wurde das Programm jedoch umbenannt. Im Jahr 1979 übertrug US-Präsident Jimmy Carter mit der Präsidialdirektive 54 die Kontrolle über das Programm von der NASA an die NOAA und empfahl die Entwicklung eines langfristigen Systems mit vier zusätzlichen Satelliten nach Landsat 3 sowie die Übertragung des Programms an den privaten Sektor . Dies geschah 1985, als ein Team der Earth Observation Satellite Company (EOSAT), Hughes Aircraft und RCA von der NOAA ausgewählt wurde, das Landsat-System im Rahmen eines Zehnjahresvertrags zu betreiben. EOSAT betrieb Landsat 4 und 5, hatte die exklusiven Rechte zum Verkauf der durch das Programm generierten Daten und baute Landsat 6 und 7.

Satellitenfoto von Kalkutta in simulierter Farbe. Aufgenommen vom NASA-Satelliten Landsat 7.

Im Jahr 1989, als der Programmübergang noch nicht vollständig abgeschlossen war, hatte die NOAA ihr Budget für das Landsat-Programm ausgeschöpft (die NOAA hatte keine Finanzierung beantragt und der US-Kongress hatte nur für die Hälfte des Geschäftsjahres Mittel bereitgestellt) und die NOAA beschloss, Landsat 4 zu schließen und 5. . Der Vorsitzende des neuen National Space Council, Vizepräsident James Quayle, machte auf die aktuelle Situation aufmerksam und verhalf dem Programm zu einer Notfinanzierung.

In den Jahren 1990 und 1991 stellte der Kongress der NOAA erneut nur die Hälfte des Jahres Mittel zur Verfügung und verlangte von anderen Agenturen, die die vom Landsat-Programm gesammelten Daten nutzen, die verbleibende Hälfte der erforderlichen Mittel bereitzustellen. Im Jahr 1992 wurden Anstrengungen unternommen, die Finanzierung wiederherzustellen, doch Ende des Jahres hatte EOSAT die Verarbeitung von Landsat-Daten eingestellt. Landsat 6 wurde am 5. Oktober 1993 gestartet, ging jedoch bei einem Unfall verloren. Die Datenverarbeitung von Landsat 4 und 5 wurde 1994 von EOSAT wieder aufgenommen. Landsat 7 wurde am 15. April 1999 von der NASA gestartet.

Die Bedeutung des Landsat-Programms wurde vom Kongress im Oktober 1992 mit der Verabschiedung des Land Remote Sensing Policy Act (Public Law 102-555) anerkannt, der den fortgesetzten Betrieb von Landsat 7 ermöglichte und die Verfügbarkeit von Landsat-Daten und -Bildern sicherstellte Die niedrigstmöglichen Preise. Preise sowohl für aktuelle als auch für neue Benutzer.

Chronologie starten

Landsat-1 (ursprünglich ERTS-1, Earth Resources Technology Satellite -1) – gestartet am 23. Juli 1972, eingestellter Betrieb am 6. Januar 1978

Landsat 7 – gestartet am 15. April 1999, betriebsbereit. Seit Mai 2003 ist das Modul Scan Line Corrector (SLC) ausgefallen. Seit September 2003 wird es in einem Modus ohne Abtastzeilenkorrektur verwendet, wodurch die empfangene Informationsmenge auf 75 % des Originals reduziert wird.

Technische Details

Der nächste Satellit im Programm soll die Landsat Data Continuity Mission sein. Der Start ist für 2012 geplant. Der neue Satellit wird in Arizona von der Orbital Sciences Corporation gebaut.

Fernerkundung:

Was ist Fernerkundung?

Erdfernerkundung (ERS)- Dies ist die Beobachtung und Messung der Energie- und Polarisationseigenschaften der eigenen und reflektierten Strahlung der Elemente des Landes, des Ozeans und der Atmosphäre der Erde in verschiedenen Bereichen elektromagnetischer Wellen, die zur Beschreibung des Ortes, der Natur und der Zeit beitragen Variabilität natürlicher Parameter und Phänomene, natürlicher Ressourcen der Erde, der Umwelt sowie anthropogener Objekte und Formationen.

Bei der Untersuchung der Erdoberfläche mit Fernmethoden ist die Informationsquelle über Objekte diese Strahlung (intrinsische und reflektierte).
Strahlung wird auch in natürliche und künstliche Strahlung unterteilt. Unter natürlicher Strahlung versteht man die natürliche Beleuchtung der Erdoberfläche durch die Sonne bzw. Wärmestrahlung – die erdeigene Strahlung. Künstliche Strahlung ist Strahlung, die entsteht, wenn ein Bereich von einer Quelle bestrahlt wird, die sich auf dem Träger des registrierten Geräts befindet.

Strahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Länge, deren Spektrum im Bereich von Röntgenstrahlung bis hin zu Radioemission variiert. Für Umweltstudien wird ein engerer Teil des Spektrums genutzt, von optischen Wellen bis hin zu Radiowellen im Längenbereich von 0,3 µm – 3 m.
Wichtiges Merkmal Fernerkundung ist das Vorhandensein eines Zwischenmediums zwischen Objekten und Aufzeichnungsgeräten, das die Strahlung beeinflusst: Dies ist die Dicke der Atmosphäre und der Bewölkung.

Die Atmosphäre absorbiert einen Teil der reflektierten Strahlen. In der Atmosphäre gibt es mehrere „Transparenzfenster“, die elektromagnetische Wellen mit minimaler Verzerrung durchlassen.

Aus diesem Grund ist es logisch anzunehmen, dass alle bildgebenden Systeme nur in den Spektralbereichen arbeiten, die Transparenzfenstern entsprechen.

Fernerkundungssysteme

Derzeit gibt es eine breite Klasse Fernerkundungssysteme, wodurch ein Bild der darunter liegenden Oberfläche entsteht, die untersucht wird. Innerhalb dieser Geräteklasse lassen sich mehrere Unterklassen unterscheiden, die sich im Spektralbereich der verwendeten elektromagnetischen Strahlung und in der Art des Empfängers der aufgezeichneten Strahlung sowie in der Art der Erfassung (aktiv oder passiv) unterscheiden:

• fotografisch und Fotofernsehsysteme;
• Scansysteme für den sichtbaren und infraroten Bereich(optisch-mechanische und optisch-elektronische Fernsehgeräte, Scan-Radiometer und Multispektralscanner);
• Optische Fernsehsysteme;
• Seitenradarsysteme (RLSSO);
• Scannende Mikrowellenradiometer.

Gleichzeitig wird der Betrieb und die Entwicklung von Fernerkundungsgeräten fortgesetzt, die darauf abzielen, quantitative Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung zu erhalten, räumlich integral oder lokal, aber kein Bild zu erzeugen. In dieser Klasse von Fernerkundungssystemen können mehrere Unterklassen unterschieden werden: nicht scannende Radiometer und Spektroradiometer, Lidars.

Auflösung von Fernerkundungsdaten: räumlich, radiometrisch, spektral, zeitlich

Diese Art der Klassifizierung von Fernerkundungsdaten ist mit Merkmalen verbunden, die von der Art und Umlaufbahn des Trägers und der bildgebenden Ausrüstung abhängen und den Maßstab, die Flächenabdeckung und die Auflösung der Bilder bestimmen.
Es gibt räumliche, radiometrische, spektrale und zeitliche Auflösung, auf deren Grundlage Fernerkundungsdaten klassifiziert werden.

Spektrale Auflösung wird durch die charakteristischen Wellenlängenintervalle des elektromagnetischen Spektrums bestimmt, für die der Sensor empfindlich ist.
Das am weitesten verbreitete Verfahren zur Fernerkundung aus dem Weltraum ist das Transparenzfenster, das dem optischen Bereich (auch Licht genannt) entspricht und sichtbares (380...720 nm), nahes Infrarot (720...1300 nm) und mittleres Infrarot kombiniert. Infrarotbereich (1300...3000 nm). Die Nutzung des kurzwelligen Bereichs des sichtbaren Spektrums ist aufgrund der erheblichen Schwankungen der Transmission der Atmosphäre in diesem Spektralintervall in Abhängigkeit von den Parametern ihres Zustands schwierig. Daher praktisch bei Fernerkundung Aus dem Weltraum wird im optischen Bereich ein Spektralbereich mit Wellenlängen größer 500 nm genutzt. Im fernen Infrarot (IR)-Bereich (3...1000 µm) gibt es bisher nur drei relativ schmale Transparenzfenster: 3...5 µm, 8...14 µm und 30...80 µm Bei Fernerkundungsmethoden aus dem Weltraum werden nur die ersten beiden verwendet. Im ultrakurzwelligen Bereich der Radiowellen (1 mm...10 m) gibt es ein relativ breites Transparenzfenster von 2 cm bis 10 m. Bei Fernerkundungsmethoden aus dem Weltraum wird dessen kurzwelliger Teil (bis 1 m) genannt B. im Ultrahochfrequenzbereich (Mikrowellenbereich).

Eigenschaften von Spektralbereichen

Spektrumbereich

Breite des Spektralbereichs
Sichtbare Fläche, µm
Farbzonen
lila	0.39-0.45
Blau	0.45-0.48
Blau	0.48-0.51
Grün	0.51-0/55
Gelbgrün	0.55-0.575
Gelb	0.575-0.585
orange	0.585-0.62
Rot	0.62-0.80
IR-Strahlungsfläche, µm
nahe	0.8-1.5
Durchschnitt	1.5-3.0
entfernt	>3.0
Radiowellenbereich, cm
X	2.4-3.8
C	3.8-7.6
L	15-30
P	30-100

Räumliche Auflösung - ein Wert, der die Größe der kleinsten im Bild erkennbaren Objekte charakterisiert.

Klassifizierung von Bildern nach räumlicher Auflösung:

• Bilder mit sehr niedriger Auflösung 10.000 - 100.000 m;
• Bilder mit niedriger Auflösung 300 - 1.000 m;
• Bilder mittlerer Auflösung 50 - 200 m;
• Hochauflösende Bilder:
  1. relativ hoch 20 - 40 m;
  2. hoch 10 - 20 m;
  3. sehr hoch 1 - 10 m;
  4. Bilder mit ultrahoher Auflösung von weniger als 0,3 - 0,9 m.

Zusammenhang zwischen Kartenmaßstab und räumlicher Auflösung von Bildern.

Sensor

Pixel Größe

Möglicher Maßstab

Landsat 7 ETM+

15 m

1:100 000

SPOT 1-4

10 m

1:100 000

IRS-1C und IRS-1D

6 m

1:50 000

SPOT 5

5 m

1:25 000

EROS

1,8 m

1:10 000

OrbView-3-Schwenk

4 m

1:20 000

OrbView-3

1m

1:5 000

IKONOS-Pfanne

4 m

1:20 000

IKONOS*

1m

1:5 000

QUICKBIRD-Pfanne

2,44 m

1:12 500

QUICKBIRD

0,61 m

1:2 000

Radiometrische Auflösung wird durch die Anzahl der Farbwertabstufungen bestimmt, die dem Übergang von der Helligkeit von absolut „Schwarz“ zu absolut „Weiß“ entsprechen, und wird in der Anzahl der Bits pro Pixel des Bildes ausgedrückt. Das bedeutet, dass wir bei einer radiometrischen Auflösung von 6 Bit pro Pixel insgesamt 64 Farbabstufungen haben (2(6) = 64); im Fall von 8 Bit pro Pixel – 256 Abstufungen (2(8) = 256), 11 Bit pro Pixel – 2048 Abstufungen (2(11) = 2048).

Vorübergehende Lösung bestimmt durch die Häufigkeit der Aufnahme von Bildern eines bestimmten Bereichs.

Methoden zur Verarbeitung von Satellitenbildern

Methoden zur Verarbeitung von Satellitenbildern werden in Methoden der vorläufigen und thematischen Verarbeitung unterteilt.
Vorläufige Bearbeitung Satellitenbilder sind eine Reihe von Operationen mit Bildern, die darauf abzielen, verschiedene Bildverzerrungen zu beseitigen. Verzerrungen können folgende Ursachen haben: fehlerhafte Aufnahmegeräte; Einfluss der Atmosphäre; Störungen im Zusammenhang mit der Übertragung von Bildern über Kommunikationskanäle; geometrische Verzerrungen im Zusammenhang mit der Satellitenbildmethode; Lichtverhältnisse des Untergrundes; Prozesse der fotochemischen Verarbeitung und Analog-Digital-Bildumwandlung (bei der Arbeit mit Fotomaterialien) und andere Faktoren.
Thematische Behandlung Weltraumbilder sind eine Reihe von Operationen mit Bildern, die es Ihnen ermöglichen, daraus Informationen zu extrahieren, die im Hinblick auf die Lösung verschiedener thematischer Probleme von Interesse sind.

Ebenen der Satellitendatenverarbeitung.

Art der Verarbeitung

Verarbeitungsebenen

Inhalt der Operationen

Vorläufige Bearbeitung

Entpacken des Bitstroms nach Geräten und Kanälen

Verknüpfung der Bordzeit mit der Bodenzeit

Normalisierung

Rahmenteilung

Radiometrische Korrektur basierend auf dem Sensordatenblatt

Bildqualitätsbewertung (% schlechte Pixel)

Geometrische Korrektur gemäß Sensordatenblatt

Geografische Referenz basierend auf Orbitaldaten und Winkelposition des Raumfahrzeugs

Geografische Referenz basierend auf Informationen aus der GCP-Datenbank

Bildqualitätsbewertung (% Wolkenbedeckung)

Standardmäßige branchenübergreifende Abwicklung

Konvertieren Sie in eine bestimmte Kartenprojektion

Vollständige radiometrische Korrektur

Vollständige geometrische Korrektur

Individuelle thematische Bearbeitung

Bildbearbeitung (Segmentierung, Stitching, Drehung, Verknüpfung usw.)

Bildverbesserung (Filterung, Histogrammoperationen, Kontrast usw.)

Spektralverarbeitungsoperationen und Mehrkanal-Bildsynthese

Mathematische Bildtransformationen

Synthese von Bildern mit mehreren Zeiträumen und mehreren Auflösungen

Konvertieren von Bildern in den Raum der Entschlüsselungsfunktionen

Landschaftsklassifizierung

Gliederung

Raumanalyse, Bildung von Vektoren und thematischen Ebenen

Messung und Berechnung von Strukturmerkmalen (Fläche, Umfang, Länge, Koordinaten)

Erstellung thematischer Karten