by akk 1 6 years ago
336
More like this
Взаимодействие случайного количества электромагнитной энергии с объектом зависит от молекулярного и атомного строение вещества объекта. Энергия может быть направленно отражена, рассеяна, передана или поглощена. Процесс определяется взаимодействием фотона с электроном, расположенным в оболочке атома, в результате чего происходит возбуждение электрона и отрыв его от оболочки. Соотношение между отраженным (во всех направлениях), переданным и поглощенным потоками или свечением и поступившей к объекту радиацией выражается через коэффициент отражения, коэффициент передачи и коэффициент поглощения.
Коэффициент отражения объекта имеет критическое значение для дистанционного зондирования. Он меняется у различных спектральных диапазонов для специфичного объекта и характеризуется так называемой радиометрической функцией, зависящей от трех углов.
Нормальные коэффициенты отражения существенно отличаются для объектов разного типа.
Поглощение – это процесс, в котором энергия более высокой частоты (например, видимый свет) преобразуется в энергию более низкой частоты (тепло).
Электромагнитная передача через атмосферу замедляет распространение волны в зависимости от коэффициента передачи n:
λ=c/v*n
Более того, часть энергии поглощается, когда кванты энергии поражают молекулы и атомы атмосферных газов. Другая часть отражается от них, 3 вызывая рассеивание энергии. Согласно Рэлею, соотношение между оригинальной и переданной интенсивностью выражается формулой:
Itransmitted=Ioriginal*exp(-k*r)
где, k – коэффициент поглощения, r – пройденное энергией расстояние, причем k пропорционально λ-4.
Такое поглощение имеет место в инфракрасных диапазонах. В них передача возможно только в атмосферных окнах
Характер всех электромагнитных волн одинаков. Они распространяются в вакууме со скоростью света и отличаются друг от друга собственной частотой, длиной волны и энергией, занимая соответствующее положение в электромагнитном спектре. Распределение энергии по длинам волн является непрерывным и спектр испускания излучения – непрерывный. (Спектр излучения – распределение излучения по длинам волн или частиц.)
Общий спектр, встречающийся в природе электромагнитного излучения охватывает волны длиной от фемтометров (1 фемтометр фм=10-15 м) до километров (или десятки километров). Спектр делится на несколько областей, которые называются зонами или диапазонами. Границы между ними уловные.
1Å = 10-10 м
1нм = 10-9 м
1мкм = 10-6 м
1мм = 10-3 м
1см = 10-2 м
1м = 1000мм = 106мкм
1м = 1000мм = 106мкм
10-6м = 1мкм
1000мкм = 10-3 м
1000мкм = 1мм = 0,1см
Процесс излучения связан с возбуждением молекул внутри вещества. В результате чего возникают излучательные переходы электронов. Выделяющаяся энергия уносится квазичастицами – квантами (фотонами) электромагнитного поля, которые имеют энергию W. Т.е. тело обладает электромагнитным полем. Освобожденная в форме излучения энергия W характеризуется длиной волны λ:
W=hc/λ, где h=6,63*10-34 Дж*с - постоянная Планка,с=3*108 м\с - скорость света.
Электромагнитное излучение может быть описано волновыми параметрами:
Электромагнитным излучением или электромагнитной энергией называется распространение энергии в пространстве в виде волн как прямолинейного потока световых частиц - фотонов (двойственность природы электромагнитного излучения). Материя непрерывно испускает и поглощает электромагнитное излучение.
Электромагнитная энергия, излучаемая или отражаемая исследуемым объектом - величина, которая измеряется или регистрируется (фиксируется датчиками) в дистанционное зондирование (ДЗ).
Новой разработкой являются гиперспектральные сенсорные устройства, которые даже при низких разрешающих способностях позволяют сканировать Землю более чем в 1000 узких полосах спектра и распознавать объекты по характерным особенностям их спектра. Мультисенсорные, многоспектральные, разновременные изображения и даже изображения с разной поляризацией, как в случае с радаром, раскрывают обширные возможности для анализа изображения в дистанционном зондировании, которые полностью еще не исследованы.
В 1960-х годах были предприняты усилия в использовании спутниковых платформ для дистанционного зондирования. Tiros был первым метеорологическим спутником. Программа подготовки к высадке на Луну по проектам НАСА «Apollo» включала в себя полный компонент 3 дистанционного зондирования от разработки датчика до анализа изображений. После высадки на Луну НАСА обратила свой интерес к дистанционному зондированию поверхности Земли.
В 1972 году спутник для исследования природных ресурсов Земли (ERTS-1), который позже назвали Landsat 1, стал первым спутником для дистанционного зондирования всей поверхности Земли с разрешением 80 м в четырех каналах видимой и ближней инфракрасной области спектра.
В 1978 году Соединенные Штаты Америки запустили спутник Seasat с первой когерентной радиолокационной системой на борту, который, к сожалению, просуществовал недолго.
В 1991 году Европейское космическое агентство (ESA) приступило к реализации программы запуска радарных спутников ERS-1 и 2, вслед за которыми в 1994 году были запущены японский спутник JERS-1 с радарным датчиком на борту, канадский Radarsat в 1995 году и российский Алмаз в 1995 году.
В последующие годы была улучшена и пространственная и спектральная разрешающая способность первого спутника Landsat. Landsat 3, запущенный в 1982 году, имел шесть каналов для видимой и ближней инфракрасной части спектра с размером пикселя на поверхности Земли 30 м и один тепловой канал с пикселем 120 м.
Более высокое пространственное разрешение (10 м для панхроматического режима и 20 м для многозонального) достигнуто на французских спутниках SPOT, запускаемых с 1986 года. Индийские спутники IRS-1C и 1D уже в 1996 году имели разрешение 6 м для панхроматического режима. Еще более высокое разрешение (3 м) обеспечили фотографические съемочные системы установленные на борту спутников, запущенных по американской военной программе Corona в 1960-х годах, и российские камеры KVR 1000 (1 м) в 1991 г. С 1999 года американский коммерческий спутник Ikonos 2 находится на орбите и передает на землю цифровые панхроматические изображения с разрешением 1 м. Его превзошел американский коммерческий спутник Quickbird с разрешением 0,6 м и GeoEye-1 с разрешением 0,41 м.
В Великобритании и Германии началась разработка инфракрасных датчиков, а Британия преуспела в разработке первого радара в виде «индикатора планового положения».
Дальнейшие работы по созданию приборов для дистанционного зондирования проводились Соединенными Штатами Америки в послевоенный период. В 1950-х годах появилась спектрозональная фотопленка. Другим новшеством явился самолетный радар бокового обзора (SLAR, SAR).
Во время первой мировой войны в 1915 году C. Месстером и, сотрудником фирмы Карл Цейсс в Германии, был сконструирован первый аэрофотоаппарат. Дешифрирование аэрофотоснимков нашло широкое применение в различных областях (гляциология, лесоводство, сельское хозяйство, археология), а во время второй мировой войны дешифрирование снова стало главным инструментом аэрофоторазведки для всех воюющих сторон.
Первым сенсором, способным сохранять изображение, которое впоследствии можно было интерпретировать, оказалась фотоэмульсия, изобретенная французами Жозефом Нисефор Ньепсе и Луи Жан Манде Дагерром в 1839 году. Когда изображения стали проектировать через линзы на фотоэмульсию (около 1850 года), фотографическая камера стала практически первым устройством для дистанционного зондирования
Дистанционное зондирование можно рассматривать как получение информации об объекте косвенными методами с применением естественно существующих или искусственно созданных силовых полей. Наибольшее значение имеют системы, использующие силовые поля электромагнитного спектра, позволяющие пользователю непосредственно фиксировать отраженную энергию от объекта, превращая ее в совокупность изображений
Средства дистанционного зондирования и методы обработки материалов, полученных различными съёмочными системами, интенсивно развиваются. Увеличивается количество спутников, несущих аппаратуру для ДЗ. В настоящее время на орбите находится более 20-ти спутников среднего, высокого и сверхвысокого разрешения. Разрешающая способность съёмочных систем в оптическом диапазоне постоянно увеличивается и достигла 0.44 метра на местности. Совершенствуются системы для получения цифровых моделей рельефа и цифровых моделей поверхности — появились космические съёмочные стереосистемы, цифровые сканеры, формирующие стереоизображение.
Развитие цифровых космических и аэросъемочных систем, методов цифровой обработки изображений и цифровой фотограмметрии чрезвычайно расширило круг задач, решаемый по снимкам. Дистанционное зондирование стало основным методом получения пространственных данных при картографировании поверхности земли, изучении различных процессов и объектов.
Космические съемочные системы имеют различную разрешающую способность, большую полосу обзора и высокую периодичность, что позволяет вести мониторинг территорий практически с любой периодичностью (менее суток) и детальностью (с разрешением до 0.5 метра). Кроме того, возможность получения многоспектральных и гиперспектральных изображений в оптической зоне спектра позволяет выявлять различные объекты на поверхности Земли и определять их свойства.
Космические съёмочные системы высокого и сверхвысокого разрешения составляют серьёзную конкуренцию аэрофотосъёмке: практически такие снимки соответствуют аэрофотосъёмке масштаба 1:40 000, что позволяет создавать карты масштаба 1:5 000, причём обновление карт можно выполнять до масштаба 1:2 000 включительно.
Но основное преимущество космической съёмки — это возможность получения изображения в нескольких спектральных каналах, что существенно повышает дешифровочные свойства снимков.
