-
- Для того чтобы правильно понимать изображения Земли, отснятые из Космоса, нужно хорошо знать многие науки. Например, географию, физику, биологию, информатику. Именно физика, объясняет взаимодействие электромагнитных излучений с земными объектами наблюдений и раскрывает механизм получения изображения поверхности нашей планеты.
На снимке из Космоса земные объекты могут быть совершенно непохожими на свои реальные образы. Поэтому дешифровщики космических снимков, конечно же,
обязательно зная механизм изучаемых явлений (например, биологический), местоположение и природно-хозяйственные условия опорных наземных объектов, очень часто пользуются методом аналогий, при котором основную роль играют такие характеристики снимков, как
цвет, яркость, геометрия, размер, текстура.
А на земле, на опорных объектах работниками специальных служб (агрометеорологами, гидрологами, гидрогеолого-мелиораторами, лесомелиораторами) измеряются наземные параметры, характеризующие состояние наблюдаемых объектов: урожайность сельскохозяйственных культур, засоленность, влажность, гумусность почвы, площадь листовой поверхности сельскохозяйственных растений, толщина снегового покрытия, толщина ледового покрытия, загрязненность водных поверхностей нефтепродуктами или поверхностно-активными веществами (ПАВ)
и многие другие параметры, величины которых имеют тесную связь с яркостными характеристиками космических снимков.
Такие опорные объекты называются
тематическими полигонами. Тематические полигоны могут быть самого разнообразного назначения, например: геологические, сельскохозяйственные, гидрологические, лесные.
Снимки могут быть цветными и черно-белыми. Цветные снимки информативнее, чем черно-белые, но в большинстве случаев они состоят из «псевдоцветов».
Это не значит, что такие цвета всегда «не настоящие». Просто глаз человека и съемочная аппаратура имеют различные возможности для регистрации электромагнитных излучений, и у них по-разному может происходить восприятие цвета (например, как у собаки и человека).
Желательно, чтобы цвет, допустим, растительного покрова на снимке был зеленым, а цвет моря - синим. Но это вовсе не обязательно. Опознание на снимке по местоположению
тематического полигона, например, активно вегетирующей сельскохозяйственной растительности, пусть даже отображенного красным цветом, позволяет по аналогии все красные объекты снимка отнести к категории активно вегетирующей сельскохозяйственной растительности. Соответственно
яркость тона (темно-красный или светло-красный) подскажет, где биомасса больше, а где меньше (см.
рис. 1).
Рис. 1
Геометрия и размер объекта укажут,
естественный это покров или искусственный. Множество красных кружочков совсем не означает, что на объекте совершили массовую посадку летающие тарелки. Кружочки характеризуют растительный покров,
пространственная геометрия которого вызвана искусственным поливом дождевальной машины, которая поливает по кругу. Таким образом, красные кружочки – это орошаемые земли, и поэтому растительный покров на них лучше всего развит. Желтый цвет говорит о полях, где нет активной вегетации растительного покрова. На этих полях произошло созревание сельскохозяйственной культуры или она засохла. Черный цвет говорит о том, что эти участки представляют собой вспаханные поля. Размеры участков говорят о том, что на снимке присутствуют поля как с естественным растительным покровом, т.е. непахотные земли, расположенные в юго-восточной части снимка, так и с искусственным растительным покровом, т.е. пахотные орошаемые и неорошаемые земли.
Рис. 2
В данном случае (см. рис. 2) псевдоцвет
подчеркивает лишь текстуру изображения кружочков. Неоднородность этой текстуры на отдельных цветных полях говорит о том, что внутри этих полей неоднороден растительный покров, и главной причиной этого является грубейшее нарушение правил полива дождевальной машиной. Такие регулярные нарушения через 2-3 года приводят к резкому снижению плодородия почвы, подтоплению и засолению земель.
Все снимки из Космоса выполняются в трех основных диапазонах электромагнитных излучений:
видимом (то, что видит человеческий глаз),
тепловом и микроволновом. Снимки в тепловом и микроволновом диапазонах дают человеку возможность увидеть такие явления, которые он никогда бы не увидел собственными глазами.
Например, прямое измерение температуры поверхности интересующих нас объектов на тепловых снимках позволяет увидеть
заморозок на поверхности почвы (рис.
3).
 |
 |
| 07.05.99 03час 36мин |
08.05.99 03час 24мин |
Рис. 3. Поздневесенний заморозок в Крыму
При анализе пространственного распределения температур на тепловых снимках часто выявляются температурные аномалии.
Это могут быть пожары, металлургические комбинаты, теплообменники атомных электростанций, утечки воды из оросительных каналов и водохранилищ, загрязнения водных поверхностей нефтепродуктами.
В одной из таких задач по температурным аномалиям оперативно определяются случаи загрязнения водных поверхностей нефтепродуктами (рис. 4).
 |
 |
| 25.07.99 03час51мин |
26.07.99 03час 40мин |
Рис. 4. Загрязнение Азовского моря в районе
Северо-Казантипского газового месторождения
Загрязнение моря нефтепродуктами очень хорошо наблюдается на снимках, полученных в микроволновом (радиолокационном) диапазоне (рис. 5).
Рис. 5 Загрязнение Черного моря
в юго-западной части Крыма
Каждый из диапазонов разбивается на спектральные каналы. Чем больше каналов имеет бортовая аппаратура, тем выше информативность космических снимков, тем выше
спектральное разрешение космической информации, что очень бывает важным при решении экологических задач, особенно связанных с определением загрязнения атмосферы, состоянием растительного покрова. В основном, спутниковая бортовая аппаратура имеет от одного до восьми
спектральных каналов.
А вот на американском спутнике Terra находится аппаратура Modis, которая имеет 36 (!!!) спектральных каналов и все космические снимки с этого спутника предоставляются по системе
Интернет в режиме свободного доступа.
Существует еще один вид разрешения снимков – радиометрическое разрешение. Радиометрическим разрешением называется способность съемочной аппаратуры передавать количество яркостных оттенков черно-белой палитры изображения. Для сравнения можно представить себе, что человеческий глаз способен различить не более 8-10 тонов серого цвета, в то время, как снимок может содержать несколько тысяч тонов, которые могут быть выделены только с помощью компьютера.
Основные объекты на космических снимках - облака, дымы, снег, лед, вода, почвенная влага, растительный и почвенный покров, песок, скальные породы изображаются по-разному в зависимости от используемого спектрального канала и состояния основного объекта.
Например, облака: высокие или низкие, «сухие» или влагонасыщенные. Снег: свежевыпавший, рыхлый или слежавшийся, «сухой» или мокрый, талый. Лед: молодой или старый, тонкий или толстый. Вода: глубокая или мелкая, пресная или соленая. Растительность: вегетирующая или увядшая, влагообеспеченная или подверженная засухе.
Эти объекты являются основными, потому что очень часто играют роль индикаторов в задачах по определению состояния окружающей среды.
Например, облака подсказывают направление ветра, наличие тектонических разломов, места выпадения атмосферных осадков. Пространственное распределение снега характеризует мелиоративную эффективность лесополос, чистота снежного покрова определяет степень загрязненности территории, прилегающей к промзонам и крупным индустриальным городам отходами дымовых выбросов. Состояние растительного покрова почвы на отдельном сельскохозяйственном поле замечательно характеризует почвенное плодородие, пространственно-временное состояние растительного покрова в региональном масштабе позволяет выполнять уникальный анализ природно-хозяйственных условий произрастания основных фитоценозов в регионе.
На снимки, полученные в видимом диапазоне, приходится в настоящее время около 80% всей информации, поступающей с борта космических аппаратов. Снимки в двух других, не менее информативных диапазонах (тепловой и радиодиапазон) лишь относительно недавно начали получать с высокой детальностью и хорошим качеством изображения. Но с течением времени их значение будет быстро возрастать.
Так по данным экспертных оценок при сравнении информативных возможностей снимков оптического и радиодиапазонов основная масса задач из разряда рационального природопользования
потенциально может быть решена наиболее эффективным способом, если используются:
- снимки в оптическом диапазоне - в 40% случаев;
- снимки в радиодиапазоне - в 60% случаев;
- комбинированные материалы снимков оптического и радиодиапазонов - в 70%
случаев.
Космические снимки Земли получают с высоты более ста километров. По высоте можно
выделить три группы наиболее часто используемых орбит:
а) 100-500 км (это орбиты пилотируемых кораблей, орбитальных станций, и
разведспутников, имеющих наиболее характерные высоты 200-400 км);
б) 500-2000 км (орбиты ресурсных и метеорологических спутников, ресурсные пониже
(600-900 км), метеорологические - повыше (900-1400 км));
в) 36000-40000 км (орбиты геостационарных спутников).
Орбиты разной высоты обеспечивают необходимые условия съемки для различных
целевых задач:
- низкие околоземные орбиты предназначены для детальной съемки;
- орбиты средней высоты для менее детальной, но более оперативной и
территориально более захватной съемки;
- удаленные орбиты для постоянного наблюдения за определенным районом.
Интервал повторяемости съемок может быть любой: годы, месяцы, дни, часы, минуты. Одна из главных характеристик космического снимка – его детальность или так называемое
геометрическое разрешение. Геометрическим разрешением снимка называется физическая площадь прямоугольного (чаще квадратного) участка местности, который на снимке отображается самой мельчайшей точкой (пикселом). Величина геометрического разрешения выражается в длине сторон этого прямоугольника (чаще квадрата).
По геометрическому разрешению все космические снимки делятся на три основные группы:
малое (километры – десятки километров),
среднее (сотни метров) и высокое (метры-десятки метров).
Геометрическое разрешение снимков, как правило, определяет их стоимость. Снимки малого разрешения могут быть бесплатными. А вот цена снимка высокого разрешения доходит до пяти тысяч американских долларов.
В противоположность детализации снимки имеют такое свойство, как
генерализация. Генерализацией называется степень обобщения изображения, т. е. когда изображение многих черт земной поверхности на снимках освобождается от мелких деталей. Разрозненные детали объединяются в единое целое. Более четко выступают объекты крупных региональных и глобальных структур, выделяются зональные и планетарные закономерности. Как говорится: «большое видится на расстоянии». Примером положительного влияния генерализации на дешифрируемость космических снимков, когда на космоснимках
более мелких масштабов выявляются важные объекты, скрытые на снимках более
крупных масштабов, может быть обнаружение геологических структур,
указывающих на наличие полезных ископаемых (газа, нефти). Как шутят геологи:
«чем снимок хуже, тем лучше».
