В России в начале 1990-х годов начали функционировать космические многоспектральные и радиолокационные системы получения дистанционной информации в цифровом виде МСУ-М, МСУ-СК, МСУ-Э, Алмаз, а также фотографические системы высокого пространственного разрешения КФА-1000, МК-4, КФА-3000, ТК-350, КВР-1000. За рубежом широко используются данные многоспектральных и радиолокационных космических съемок систем Landsat MSS, EТМ+ (США), Spot (Франция), ERS (Европа), JERS-1, ADEOS (Япония), RADARSAT (Канада). В настоящее время общедоступными и активно распространяемыми для потребителей являются данные спутниковых съемочных систем LANDSAT, SPOT, IRS, QUICKBIRD, IKONOS, ORBVIEW, Ресурс.
Возможность и необходимость использования материалов ДЗ для решения широкого круга задач в области геологии и недропользования были показаны на различных примерах и декларативно отражены в ряде инструкций. Но работы такого плана, не смотря на их очевидную высокую информативность и относительную дешевизну, не нашли самого широкого применения, за исключением отдельных ведомства (во времена СССР) или компаний (в настоящее время). В первую очередь это обусловлено неудачными попытками фирм геологоразведочного профиля, не имеющих специальной базы (подготовленных специалистов по обработке и дешифрированию космоматериалов и в области ГИС-технологий, специальных программных продуктов и соответствующей вычислительной техники), получить качественную информацию из материалов КС.
Современные данные ДЗЗ представлены мультиспектральными и радиолокационными материалами, геологическая и прогнозно-поисковая информативность которых значительно выше, нежели космоснимков «видимых» диапазонов. Но это требует специальных знаний и технологий в их обработке.
1.3. ГИС
Было проведено исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы.
· Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах.
· Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х.
· Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров.
· Создание формальных методов пространственного анализа.
· Создание программных средств управления базами данных.
Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям:
· Автоматизированные системы навигации.
· Системы вывоза городских отходов и мусора.
· Движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т. д.
Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.
Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.
2. ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
Объект исследований с точки зрения аэрокосмических методов рассматривается как пространственно-временная категория иерархического строения – мелкие объекты включены в более крупные, кратковременные процессы – в долговременные. Важнейшая характеристика объектов съёмки – их отражательно-излучательная способность. То есть объектами изучения является Земля, земная поверхность, ландшафты, горы, реки и другое множество составляющих нашей планеты. Физическое поле Земли является главным предметом исследования.
Цели, которые ставят учёные: достижение новых технологий, усовершенствование уже имеющихся и разработка способов получения подробной информации о местности по снимку.
При дешифровании геологических объектов на аэрокосмических снимках задачами являются изучение ландшафтной оболочки земной поверхности, геоморфологических особенностей территории и их анализ. Также изучение характера тектоники, морфологии структурных форм. Уточнение, детализация или создание новых карт (геологических, тектонических, геоморфологических, сейсмического районирования, инженерно-геологических, прогнозных и других) и изучение современных геологических процессов составляют основные задачи.
3. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИСТАНЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Под аэрокосмическими методами принято понимать совокупность методов исследований атмосферы, земной поверхности, океанов, верхнего слоя земной коры с воздушных и космических носителей путём дистанционной регистрации и последующего анализа идущего от Земли излучения. Аэрокосмические методы обеспечивают определение точного географического положения изучаемых объектов или явлений и получение их качественных или количественных характеристик. Они не только упрощают изучение труднодоступных территорий, но и обеспечивают географа такой геопространственной информацией, которую другими способами получить не удаётся.
В зависимости от характера регистрируемого физического поля и типа используемого приёмника аэрокосмические методы принято подразделять на четыре группы: аэрофотографические, аэрофотоэлектронные, аэровизуальные и аэрогеофизические. Аэрофотографические методы используют для регистрации электромагнитных колебаний.
С помощью дистанционных исследований изучают физическое поле Земли на расстоянии с целью получения информации о строении земной коры. Физической основой дистанционных методов исследования является излучение или отражение электромагнитных волн природными объектами. При геологических изысканиях, которые проводятся с самолётов, космических кораблей и спутников, применяются методы дистанционного исследования, использующие видимый и ближний инфракрасный диапазоны электромагнитного спектра и специальные виды съёмок. Последние включают в себя методы, использующие область электромагнитного спектра, невидимую человеческим глазом, и методы, основанные на изучении геофизических параметров Земли. К дистанционным методам исследования относятся:
1. Методы дистанционного излучения земной поверхности в видимой и ближней инфракрасной области электромагнитного спектра: а) визуальные наблюдения; б) фотосъёмка; в) телевизионная съёмка.
2. Методы дистанционного излучения земной поверхности, регистрирующие невидимую часть электромагнитного спектра излучения Земли: а) инфракрасная съёмка; б) радиолокационная съёмка; в) спектрометрическая съёмка; г) ряд специальных съёмок (лазерная, ультрафиолетовая, магнитная, радиационная), не нашедших пока сколько-нибудь широкого применения в геологии.
В настоящее время современная аппаратура, применяемая при фотографировании телевизионной съёмке, позволяет проводить исследования в более широком диапазоне спектра, включая ультрафиолетовый и инфракрасный.
Таблица 1. Диапазоны длин волн спектральных цветов (Бузинов Б.И. и др., 1997)
| Длина волны, нм | Спектральный цвет |
| 380-450 450-480 480-510 510-560 560-585 585-620 620-780 | фиолетовый синий голубой зелёный жёлтый оранжевый красный |
Таблица 2. Диапазоны спектра, важные для данных дистанционного зондирования (Бузинов Б.И. и др., 1997; Китов А.Д., 2000)
| Диапазон спектра | Длина волны |
| дальний ультрафиолетовый средний ультрафиолетовый ближний ультрафиолетовый видимый ближний инфракрасный (фотографический) средний инфракрасный средний инфракрасный (тепловой) дальний инфракрасный микроволновой радиоволны сверхвысоких частот (СВЧ) | менее 200 нм 200-300 нм 300-380 нм 380-780 нм 780-1100 нм 1500-2500 нм 3500-5000 нм 8000-14000 нм 0,3-10 см более 10 см |
Особое значение при работе с данными дистанционного зондирования Земли имеет пространственное разрешение съёмки. Дело в том, что космические снимки, полученные с помощью сканерных систем некоторых спутников (например, Ресурс-О, Метеор, Landsat, SPOT, IRS, Ikonos, QuickBird и др.), передаются на Землю уже в цифровом виде. Такие снимки представляют собой сложные, зачастую многослойные, растровые изображения. Каждой ячейке (пикселю) таких растров соответствует определенный квадрат земной поверхности. Поэтому, как правило, пространственное (геометрическое) разрешение ДДЗ измеряется в метрах на пиксель или просто в метрах. Например, когда говорят о цифровом космическом снимке 10-метрового разрешения - это значит, что каждый пиксель этого снимка отображает квадрат земной поверхности размером 10х10 м. Считается, что чем меньше размер пикселя (в метрах) на снимке, тем крупнее масштаб изображения и выше разрешение снимка. Чем выше разрешение снимка, тем более мелкие объекты можно дешифрировать. Самое высокое разрешение имеют цифровые космические снимки с размером пикселя 1 м и даже менее. На снимках с таким разрешением можно различить объекты размером в один метр (автомобили, отдельно стоящие деревья, группы людей и т.п.). Примеры космических снимков с различным разрешением приведены на рисунках 1 и 2.