Виды съемочной аппаратуры реферат

Обновлено: 02.07.2024

Различают контурную, комбинированную и стереоскопическую аэрофотосъёмку. При контурной получают на плане контуры местности. При комбинированной контурный план получают в результате аэросъёмки, а рельеф — наземной съёмкой. Стереоскопическая аэрофотосъёмка позволяет получать в камеральных условиях топографический план по результатам обработки на специальных приборах. Плановые сети сгущения… Читать ещё >

Основные виды съемки. Опорные геодезические сети ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Пояснительная записка к курсовой работе по геодезии Тула 2008

Общие сведения о съёмках
Опорные геодезические сети
Теодолитная съёмка
Методы тахеометрической съёмки
Создание плана тахеометрической съёмки
Камеральная обработка полевых измерений
Список литературы

Общие сведения о съёмках

Под съёмкой понимают совокупность измерений, выполняемых на местности с целью создания карты или плана. Различают горизонтальную (контурную), вертикальную и топографическую съёмки. При горизонтальной съёмке получают план, на котором изображены лишь предметы и контуры местности, без изображения рельефа. При вертикальной съёмке определяют высоты точек местности, которые используются для построения рельефа. Сочетание горизонтальной и вертикальной съёмок составляют топографическую съёмку, в результате которой изображаются рельеф и местные предметы.

Съёмка выполняется с точек, расположенных определённым образом на местности и положение которых заранее известно.

Применяют различные виды съёмок.

Теодолитная съёмка, в результате которой получают контурный или ситуационный план. При теодолитной съёмке измеряют горизонтальные углы, углы наклона и расстояния.

Нивелирование или вертикальная съёмка выполняется для получения высот точек. Различают тригонометрическое, геометрическое, барометрическое, гидростатическое и механическое нивелирование.

Тахеометрическая съёмка, в результате которой получают изображение рельефа и контуров предметов.

Мензульная съёмка, при выполнении которой топографический план (карта) строят непосредственно на местности. В этом заключается преимущество этой съёмки, так как имеется возможность уже в процессе съёмки сравнивать полученное изображение на плане (карте) с оригиналом.

Фототеодолитная съёмка выполняется фототеодолитом, который представляет собой сочетание теодолита и фотокамеры. Снимки являются основой для построения топографического плана.

съемка геодезическая сеть карта Аэрофотосъёмка — наиболее распространённый способ съёмки, выполняемый фотографированием местности при помощи специального аэрофотоаппарата (АФА), установленного на самолёте. Аэрофотосъёмка увязывается с наземными геодезическими работами, при помощи которых осуществляется привязка аэроснимков в плане и по высоте.

Глазомерная съёмка относится к упрощённым видам съёмок и выполняется в поле при помощи визирной линейки и компаса.

Съёмочные работы сопровождаются появлением погрешностей, которые накапливаются по мере удаления съёмки от начальных точек. Появление погрешностей может привести к искажению изображаемой на карте местности.

В процессе съёмочных работ необходим своевременный контроль измерений и вычислений.

Опорные геодезические сети

Пункты, обеспечивающие правильное изображение земной поверхности в горизонтальном направлении, называют пунктами плановой основы. Пункты, характеризующие положение земной поверхности по высоте, являются пунктами высотной основы. Координаты и высоты пунктов геодезической опорной сети определены в единой общегосударственной системе координат.

Система опорных пунктов, размещённая на территории нашей страны, составляют опорную сеть. Геодезические сети разделяют на государственные геодезические, геодезические сети сгущения и съёмочные геодезические сети.

По своему назначению и точности определения положения пунктов геодезические сети делят на классы. Пункты более высоких классов располагаются на больших расстояниях друг от друга, между ними размещаются пункты сетей более низких классов — сети сгущения.

Плановые положения пунктов в геодезических сетях определяются астрономическими и геодезическими способами. Астрономический способ, дающий возможность независимого определения небольшого числа пунктов, так называемых исходных. Остальные пункты связываются с исходными при помощи геодезических систем.

Государственные геодезические сети:

Опорные геодезические сети, называются государственными или основными опорными геодезическими сетями. Методами создания плановых государственных геодезических сетей являются триангуляция, трилатерация и полигонометрия 1, 2, 3 и 4 классов, высотных сетей — нивелирные сети I, II, III, IV классов.

При создании государственной опорной плановой сети основным является метод триангуляции, использующий сеть треугольников, расположенных в определённом порядке. В треугольниках измеряют все углы. Для определения линейных размеров сторон треугольников измеряется одна из сторон сети треугольника. Длины остальных сторон вычисляются.

В труднодоступных районах страны и на сильно застроенных территориях государственная геодезическая сеть создаётся в виде полигонометрических ходов, представляющих собой сомкнутые или разомкнутые многоугольники.

В последние годы получил распространение метод создания плановых геодезических сетей, называемый трилатерацией. Сущность трилатерации сводится к тому, что как и в триангуляции, строится сеть треугольников, но в них измеряются не углы, а длины сторон. Углы в каждом треугольнике вычисляют по трём сторонам.

В государственной высотной сети главной основой, на базе которой устанавливается единая система высот для всей территории страны, является нивелирная сеть I и II классов. Нивелирные сети III и IV классов обеспечивают топографические съёмки и решение различных задач.

Геодезические сети сгущения и съёмочные сети:

Геодезические сети сгущения развиваются на основе пунктов государственной геодезической сети.

Плановые сети сгущения выполняются в виде триангуляции и полигонометрии 1 и 2 разрядов. Триангуляция создаётся в виде сплошных сетей, цепочек треугольников и засечек. Полигонометрия может создаваться в виде одиночных ходов или системы ходов с узловыми точками, являющимися пунктами государственных геодезических сетей и пунктами триангуляционной сети 1 разряда.

Съёмочные сети строятся на основе пунктов геодезической опорной сети [7, "https://referat.bookap.info"].

Плановые съёмочные сети выполняют проложением теодолитных, тахеометрических, мензульных ходов, или в виде триангуляции.

Теодолитная съёмка

Съёмка местности, при которой в качестве угломерного прибора используется теодолит, а для измерения длин применяют мерные ленты (рулетки) или оптические дальномеры, называется теодолитной. В ней определяют только плановое положение снимаемых точек.

Съёмочным обоснованием чаще всего служат теодолитные ходы в виде системы линий, образующих сомкнутые или разомкнутые ходы. Внутри замкнутых теодолитных ходов в ряде случаев прокладывают дополнительные ходы, называемые диагональными.

В теодолитных ходах точки поворота отмечают на местности простейшими геодезическими пунктами в виде забитых в землю кольев, металлических стержней и т. п. Съёмку подробностей выполняют способами прямоугольных координат, полярным, угловых и линейных засечек.

Работа по прокладке теодолитных ходов заключается в камеральной подготовке, рекогносцировке и полевых измерениях. Камеральная подготовка включает включает в себя изучение задания, изучение имеющегося картографического материала и составление проекта будущих теодолитных ходов.

При прокладке теодолитных ходов на местности закрепляют вершины, измеряют горизонтальные углы, длины сторон и их углы наклона. Горизонтальные углы в теодолитных ходах измеряют одним полным приёмом теодолитом, обеспечивающим погрешность измерения не более 30″. Результаты угловых измерений заносятся в полевой журнал. Для контроля грубых погрешностей, возникающих при угловых измерениях, на каждой линии на задней точке определяют буссолью обратный магнитный азимут, на передней — прямой магнитный азимут. Длины сторон теодолитного хода измеряются дважды: в прямом и обратном направлениях. В тех случаях когда наклон линии превышает 1,5°, измеряют углы их наклона и вводят поправки за приведение длин линий к горизонту. Если при измерении расстояний лентой (рулеткой) встречаются недоступные для прямого измерения отрезки, используются косвенные методы определения расстояний.

Теодолитные ходы привязываются к пунктам опорной геодезической сети. Это выполняется для того, чтобы вершины теодолитных ходов были определены в существующей системе координат. Привязка может быть осуществлена различными способами. В результате её выполнения на стороны и вершины теодолитного хода должны быть переданы дирекционный угол и координаты x, y.

Теодолитный ход, не привязанный к пунктам опорной геодезической сети, называется свободным, привязанный лишь к начальной точке — висячим.

Методы тахеометрической съёмки

Тахеометрическая съёмка представляет собой вид топографических работ. При тахеометрической съёмке с одной установки прибора, называемой станцией, определяют на местности пространственные полярные координаты так называемых пикетных точек: горизонтальный угол в между исходным направлением и направлением на пикетную точку, угол наклона визирного луча н и наклонное расстояние до пикетной точки S. На пикетных точках устанавливается рейка для съёмки подробностей. Пикет, предназначенный для съёмки подробностей, называют контурным, для съёмки рельефа — высотным. Если пикет совмещает в себе обе характеристики, то его называют высотно-контурным.

В результате тахеометрической съёмки получают топографический план местности, рельеф на котором изображается в горизонталях.

Создание плана тахеометрической съёмки

Работа на станции при тахеометрической съёмке заключается в следующем:

1. Устанавливают тахеометр над точкой съёмочного обоснования, центрируют его и приводят в рабочее положение.

2. Измеряют высоту прибора i с точностью до 1 см.

3. При работе с точек тахеометрического хода измеряют угол поворота и углы наклона на смежные точки при двух положениях вертикального круга. По дальномеру при КП и КЛ определяют расстояния до смежных точек тахеометрического хода. При работе с точек теодолитного хода при КП и КЛ измеряют углы наклона на соседние точки хода.

4. Вычисляют место нуля.

5. Совмещают нуль лимба и алидады горизонтального круга и ориентируют прибор по задней стороне хода.

6. При неподвижном лимбе прибора визируют на рейки, устанавливаемые в характерных точках местности. Измерение углов наклона и горизонтальных углов производится при одном положении вертикального круга, расстояния до пикетных точек определяются с помощью дальномера. Отсчёты, производимые при измерениях на станции, заносятся в журнал тахеометрической съёмки.

7. После окончания работ на станции берут по горизонтальному кругу контрольный отсчёт на исходное направление. Расхождение в отсчётах не должно превышать 2'.

8. Съёмка пикетных точек сопровождается ведением абриса, в котором зарисовывается ситуация и указываются линии рельефа. Пикетные точки, между которыми имеется равномерный уклон, соединяются стрелками, показывающими направление ската.

Камеральная обработка полевых измерений

Составление тахеометрического плана съёмки.

Камеральную обработку начинают с проверки полевых журналов и составления схемы съёмочной сети, на которой записывают результаты полевых измерений.

При уравнивании тахеометрических ходов допустимая угловая невязка вычисляется по формуле:

где n — количество углов, а относительная линейная невязка хода не должна превышать

где S — длина хода, м; n — число линий. Предельная невязка суммы превышений хода не должна превышать

где S — средняя длина сторон в сотнях метров; n — число сторон.

Отметки пикетов вычисляют по формуле

где Н_ст — высота станции тахеометрической съёмки; h_i — превышения между станцией тахеометрической съёмки и пикетными точками.

После окончания вычислений составляют план тахеометрической съёмки. План вычерчивают на планшете, сначала строится координатная сетка, затем по координатам наносятся точки съёмочной сети. После чего с помощью транспортира и масштабной линейки наносятся пикетные точки, возле которых выписываются с округлением до 0,1 м их высоты. По абрису съёмки наносится ситуация, выполняется интерполирование и затем проводятся горизонтали.

План тахеометрической съёмки до его вычерчивания в туши тщательно проверяется в поле путём глазомерного сличения с местностью контуров и рельефа, нанесённых на план.

1. Борщ-Компониец В. И. Геодезия . Маркшейдерское дело: Учебник для вузов. — М.: Недра, 1989. — 512 с.: ил.

2. Условные знаки для топографических планов масштабов 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000, 1: 500. — М.: Недра, 1989. — 286 с.: ил.

Нефотографические системы разработаны с целью расширения технических возможностей аэро- и космических методов изучения земной поверхности. Одним из примеров таких систем являются сканирующие съёмочные системы. Сканирование основано на использо-вании оптико-механических устройств, представляющих собой быстро вращающиеся оптические элементы: плоские зеркала, зеркальные призмы, пирамиды и т. п.

Содержание работы

Введение. 3
1. Нефотографические съёмочные системы…………………………………………3
2. История………………………………………………………………………………………..………3
3. Понятие сканирующих съемочных систем…………………………………………4
4. Сканирующие оптико-механические системы. ……………….6
5. Сканирующие оптико-электронные системы ………………….……………………….9
6. Сканирующие устройства и траектории сканирования. 11
7. Современные сканирующие системы. …………………………………………..12
Заключение. 13
БИБЛИОГРФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

Файлы: 1 файл

Сканирующие.docx

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Кафедра геодезии и картографии

СКАНИРУЮЩИЕ СЪЁМОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

Выполнила студентка гр.616-а

Проверила: Патрушева Т.В.

Нефотографические съёмочные системы…………………………………………3
История…………………………………………………………… …………………………..………3
Понятие сканирующих съемочных систем…………………………………………4
Сканирующие оптико-механические системы. ……… ……….6
Сканирующие оптико-электронные системы ………………….……………………….9
Сканирующие устройства и траектории сканирования. . 11
Современные сканирующие системы. …………………………………………..1 2

БИБЛИОГРФИЧЕСКИЙ СПИСОК. . . 14
ВВЕДЕНИЕ

Нефотографические системы разработаны с целью расширения технических возможностей аэро- и космических методов изучения земной поверхности. Одним из примеров таких систем являются сканирующие съёмочные системы. Сканирование основано на использовании оптико-механических устройств, представляющих собой быстро вращающиеся оптические элементы: плоские зеркала, зеркальные призмы, пирамиды и т. п.

1. НЕФОТОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

К нефотографическим системам относят несколько классов съемочных устройств, которые разработаны с целью расширения технических возможностей аэро- и космических методов изучения Земли. Принципиальное их отличие от фотографических систем - применение иных сенсоров, регистрирующих широкий спектр излучения от земной поверхности, иных способов построения и передачи изображения. Съемочные системы, установленные на космических летательных аппаратах, позволяют получать информацию о процессах, проходящих на Земле, в реальном или близреальном времени. Специфика космических полетов потребовала конструирования съемочных систем специального вида: компактных, малой массы и энергопотребления, с возможностью передачи без искажения информации на пункт приема непосредственно в процессе съемки и т. д. Съемочные системы, применяемые при космических съемках, успешно используют в аэросъемочном процессе.

3. СКАНИРУЮЩИЕ СЪЕМОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

Сканирующие съемочные системы (сканеры) отличаются от других прежде всего принципом построения изображения, которое строится построчным сканированием (просматриванием) местности (рис. 1, а).

Сканирующее устройство воспринимает отраженный (излученный) электромагнитный поток от элементарных площадок снимаемого объекта 1, расположенных вдоль строки. Размер площадки зависит от высоты съемки, мгновенного угла 2а изображения оптической системы 2 сканера и положения относительно оси сканирования (рис 1, б). Угол захвата 2 α определяет ширину полосы на местности. Переход от одной строки к другой (построчная развертка) происходит в результате поступательного движения летательного аппарата. Для исключения разрывов между строками скорость сканирования согласуется с высотой и скоростью полета. В качестве сканирующих устройств 4 используют вращающиеся оптические элементы: плоские зеркала, зеркальные призмы, пирамиды и т. п.

В сканирующих системах применяют различные типы приемников электромагнитного излучения: тепловые (теплоэлектрические) и фотонные (фотоэлектрические). Тепловые системы работают на основе преобразования тепловой энергии в электрический сигнал, в фотонных системах уровень сигнала определяется количеством поглощенных фотонов. Наибольшее применение получили сканеры, приемниками в которых служат линейки ПЗС. Различные типы сенсоров имеют различную спектральную чувствительность и охватывают спектральный интервал от видимой зоны до дальней инфракрасной зоны (0,4. 16 мкм). Выбор приемника излучения и его спектральной чувствительности зависит от спектрального интервала съемки.

В сканерах устанавливают несколько сенсоров, позволяющих получать изображение одновременно в различных спектральных каналах. Непосредственно поступившее в приемник электромагнитное излучение измеряют, сравнивая возникший аналоговый видеосигнал от объекта с эталонным видеосигналом, создаваемым эталонным (искусственным или естественным) источником излучения. Результирующему сигналу присваивают цифровой код, пропорциональный данному сигналу. Кодированные видеосигналы составляют цифровое изображение.

Результаты съемки передаются на пункт приема по радиоканалу. Поступившие кодированные сигналы записываются на магнитный носитель. Далее может быть выполнено преобразование кодированных сигналов и получение аналогового изображения, подобного фотографическому. Результаты съемок удобнее передавать пользователю на магнитных носителях, например на СД-дисках, с последующей визуализацией на местах обработки снимков.

Рис. 1. Схема сканирования местности:

1 — площадка мгновенного обзора, элемент местности; 2— объектив; 3— механизм вращения зеркала; 4 — сканирующее зеркало; 5 — приемник излучения; б — устройство магнитной записи; 7— передающее устройство; 8— направление сканирования; 9— направление полета.

4.ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СКАНИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Сканирование основано на использовании оптико-механических устройств, представляющих собой быстро вращающиеся оптические элементы: плоские зеркала, зеркальные призмы, пирамиды и т. п. Сканирующее устройство воспринимает отраженный электромагнитный поток от элементарных площадок снимаемого объекта, расположенных вдоль строки сканирования. Размер площадки зависит от высоты съемки, мгновенного угла изображения оптической системы сканера и положения относительно оси сканирования. Угол захвата определяет ширину полосы на местности. Переход от одной строки к другой (построчная развертка) происходит в результате поступательного движения | летательного аппарата. Для исключения разрывов между строками скорость сканирования согласуется с высотой и скоростью полета. Попадающие на поверхность сканирующего элемента фрагменты изображения местности направляются через зеркальный объектив на точечный приемник, который преобразует лучистую энергию в электрический сигнал. Этот сигнал заносится на магнитный носитель в виде цифрового кода, зависящего от амплитуды сигнала, и в последующем передается на Землю. Как правило, различается 256 уровней видеосигнала, соответствующих изменению яркости объектов (0 -черный, 255 - белый). В многозональных системах поступающий сигнал с помощью системы фильтров разделяется на спектральные каналы с очень узкой полосой. В сканирующих системах применяют различные типы приемников электромагнитного излучения: тепловые (теплоэлектрические) и фотонные (фотоэлектрические). Тепловые системы работают на основе преобразования тепловой энергии в электрический сигнал, в фотонных системах уровень сигнала определяется количеством поглощенных фотонов.

Различают несколько типов оптико-механических сканирующих систем, базирующихся на использовании линейной, конической горизонтальной и конической вертикальной разверток.

В системах с линейной строчной разверткой (рис. 2, а) сканирование выполняется путем вращения оптического элемента (зеркала или призмы) в плоскости, перпендикулярной к направлению полета носителя. Формируемое изображение соответствует полосе местности, перпендикулярной к направлению полета. Расстояние от сканирующего устройства до приемника неизменно, поэтому все точки принимаемой строки изображения равноудалены от сканирующего устройства и образуют дугу окружности. Очередная строка изображения формируется за счет перемещения носителя относительно объекта, а их совокупность образует цилиндрическую поверхность.

В системах с вертикальной конической разверткой (рис. 2, б) плоскость сканирования в общем случае наклонна, и сканирующий луч, образованный вращающимся зеркалом, скользит по образующей конуса. Формируемое изображение соответствует полосе местности в виде дуги окружности с центром в точке надира. Все точки принимаемой строки проектируются на плоскость, так как располагаются на образующей конуса, на одинаковом расстоянии от его вершины, равном расстоянию от сканирующего элемента до приемника. Строки изображения формируются за счет перемещения носителя относительно объекта, а их совокупность образует панораму.

Рис. 2. Геометрия сканера с линейной строчной (а), вертикальной (б) и горизонтальной (в) конической разверткой

В системах с горизонтальной конической разверткой (рис. 2, в) сканирование выполняется за счет вращения носителя вокруг нормали к поверхности Земли. Формируемое изображение (строка развертки) соответствует полосе местности в виде гиперболы. Так как при этом расстояние между центром фокусирующей системы и приемником остается неизменным, а развертка строки осуществляется вращением аппаратуры, то поверхностью проектирования является цилиндр. Очередная строка изображения формируется путем дискретного изменения угла наклона зеркала, размещенного перед оптической системой, а совокупность строк образует панораму, соответствующую поверхности цилиндра.

5. СКАНИРУЮЩИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ

Сканирующие оптико-электронные системы получили в последние годы наибольшее распространение, что объясняется простотой их конструкции, отсутствием подвижных элементов и стабильностью, высокой точностью обработки. Оптико-электронными называют системы, в которых информация об исследуемом объекте переносится оптическим излучением, а ее первичная обработка сопровождается преобразованием энергии излучения в электрический сигнал.

Структура многих современных оптико-электронных приборов достаточно сложна. Она включает большое число различных по своей природе и принципу действия звеньев – аналоговых и цифровых преобразователей электрических сигналов, микропроцессоров, механических и электромеханических узлов и др.
Действие оптико-электронных приборов основано на способности к приему и преобразованию электромагнитного излучения в различных диапазонах оптической области спектра: от ультрафиолетовой, до видимой и инфракрасной.
Строка изображения в таких системах формируется одномоментно, с помощью линеек, построенных на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС), располагающихся в фокальной плоскости приемной оптики перпендикулярно к направлению движения носителя. Сформированная в приемнике строка изображения преобразуется в цифровые сигналы, характеризующие отражательную способность элементов объекта в том или ином диапазоне волн, и запоминается на магнитных устройствах. Несколько тысяч фотоприемников (детекторов) размером в несколько микрометров каждый создают строку первичного изображения. Развертка в панораму осуществляется за счет движения носителя съемочной аппаратуры.

Геометрическая особенность материалов оптико-электронного сканирования заключается в том, что строка изображения, состоящие из детектора формируются по законам центрального проектирования из точки S, расположенной на удалении f от главного детектора. Панорама, построенная путем объединения строк, соответствует законе линейно-строчного сканирования. Изображение в оптико-электронной съемочной системе строится с помощью зеркального объектива, размеры которого в два-три раза меньше, чем линзового. Такие системы характеризуются высокой радиометрической точностью, малым углом зрения и большим фокусным расстоянием.

Стремление повысить эффективность эксплуатации сканерных систем тем привело к разработке конструкции, обеспечивающей съемки местности, расположенной не только по трассе полета, но и в стороне от нее. Это достигается путем отклонения оптической оси съемочной системы (направления обзора) от вертикали в произвольном направлении в зависимости от размещения нужного объекта, причем, величина такого отклонения в различных системах колеблется от 20 до 40°. Такая возможность позволяет получать стереоскопические снимки не только с разных витков орбиты, но и с различных точек одного витка при разных отклонениях оптической оси от вертикали.

К нефотографическим системам относят несколько классов съёмочных устройств, которые разработаны с целью расширения технических возможностей аэро и космических методов изучения Земли.

Принципиальным их отличием от фотографических систем является применение иных сенсоров, регистрирующих широкий спектр излучения от земной поверхности, иных способов построения и передачи изображения, представлении результатов съёмки в цифровом виде.

Съёмочные системы, установленные на космических летательных аппаратов позволяют получать информацию о процессах, проходящих на Земле в реальном или близреальном времени.

Специфика космических полётов потребовала конструирование съёмочных систем специального вида: компактных, малого веса и энергопотребления, с возможностью передачи без искажения информации на пункт приёма непосредственно в процессе съёмки и т.д. Конструктивные принципы, применяемые в космических съёмочных системах, успешно используют при разработке нефотографических аэросъемочных системах.

Кадровые телевизионные системы

Недостатком фотографической съёмки местности является необходимость доставки фотоплёнки на Землю для обработки, после её экспонирования на борту летательного аппарата. Этот недостаток устраняется при телевизионной съёмке. Аэрокосмической телевизионной съёмкой называется процесс получения изображений поверхности Земли, Луны, планет Солнечной системы с летательных аппаратов с помощью оптических, электронных и радиотехнических средств. Этот вид съёмки даёт возможность систематического получения изображения поверхности Земли в течение длительного времени при быстрой передаче его на приёмные станции. При выполнении съёмок этим методом используют кадровые телевизионные съёмочные системы.

Телевизионные системы могут регистрировать и передавать объёмное, плоскостное и линейное изображения объектов съёмки. Если происходит регистрация изображения, обеспечивающая получение информации о распределении яркости объектов в трёхмерном пространстве В (х, у, z), то такая система называется стереоскопической, если в двухмерном B (x, y), то передача плоскостная, если в одномерном B (x), то линейная.

При кадровой телевизионной съёмке используется миниатюрная телевизионная камера, в которой оптическое изображение, построенное объективом на экране, при считывании электронным лучом переводится в форму электросигналов и по радиоканалам передаётся на Землю.

Телевизионные снимки могут передаваться на Землю в режиме online. Оперативность получения снимков составляет отличительную черту этого метода. Телевизионная аппаратура без проблем устанавливается на ИСЗ, запускаемых на полярные орбиты, что позволяет охватывать такой съёмкой всю земную поверхность.

Отличительной чертой кадровой телевизионной съёмочной системы является наличие специального сенсора - фотоэлектрического устройства, называемого фотомишенью. Фотомишень является главной деталью основного прибора кадровой телевизионной съёмки - видикона.

Методы космической телевизионной съёмки можно подразделить по спектральному диапазону, по назначению материалов съёмки, количеству информационных каналов, по приёмнику световой энергии, способу передачи информации и т.д.

Телевизионная съёмка производится в диапазоне длин волн 300 - 1100нм(). Всё большее применение находит косвенный метод ультрафиолетовой телевизионной съёмки, использующий датчики, чувствительные к ультрафиолетовому излучению снимаемой поверхности, сканирование которой осуществляется телесным углом зрения оптико - механическим способом с летательного аппарата. Фототелевизионные изображения могут быть получены как чёрно - белые, так и цветные. Телевизионные системы, применяемые на космических летательных аппаратах, можно классифицировать в соответствии с кругом решаемых задач на: системы для съёмок поверхности Земли и метеорологического наблюдения облачного покрова, Луны, съёмки поверхности планет Солнечной системы; системы ретрансляции; видеотелеметрические системы для контроля состояния космонавтов и бортовой аппаратуры; инспекцию состояния других космических летательных аппаратов и слежение за их движением; системы управления космическими аппаратами; системы для астрономических наблюдений.

Сканирующие съёмочные системы

Сканирующие съёмочные системы (сканеры) отличаются от других, прежде всего принципом построения изображения. Изображение строится путём построчного сканирования (просматривания) местности. Сканирующее устройство воспринимает отраженный (излученный) электромагнитный поток от элементарных площадок снимаемого объекта, расположенных вдоль строки. Размер площадки зависит от высоты съёмки, мгновенного угла 2α изображения оптической системы сканера 2 и положения относительно оси сканирования. Угол захвата 2β определяет ширину полосы на местности. Переход от одной строки к другой (построчная развёртка) происходит в результате поступательного движения летательного аппарата. Для исключения разрывов между строками скорость сканирования согласуется с высотой и скоростью полёта. В качестве сканирующих устройств 4 используют вращающиеся оптические элементы: плоские зеркала, зеркальные призмы, пирамиды и т.п. Сканирующее устройство воспринимает отраженный (излученный) электромагнитный поток от элементарных площадок снимаемого объекта, расположенных вдоль строки. Размер площадки зависит от высоты съёмки, мгновенного угла изображения оптической системы сканера и положения относительно оси сканирования. Угол захвата определяет ширину полосы на местности. Переход от одной строки к другой (построчная развёртка) происходит в результате поступательного движения летательного аппарата. Для исключения разрывов между строками скорость сканирования должна быть согласована с высотой и скоростью полёта. Подобный способ построения изображения приводит к неодномоментности экспонирования строки; изменению масштаба изображения вдоль оси сканирования; изменению размер пикселя вдоль оси сканирования, что приводит или к перекрытиям элементов строки или к их разрыву и т.п.

Тепловые съёмочные системы

Широкое развитие и применение получили тепловые сканирующие системы, относящиеся к пассивным. Данные системы работают в инфракрасной и тепловой зонах электромагнитного излучения. Для этого используют многозональные радиометры, радиометрические комплексы, тепловизионные системы. В зависимости от вида получаемой информации и возможностей используемой аппаратуры съёмку проводят в одном или нескольких спектральных интервалах одновременно.

На тепловых снимках отображаются контрасты, а не абсолютные величины радиационной температуры, поэтому между тоном снимка и радиационной температурой на местности нет однозначного соответствия. Два идентичных объекта с одинаковой энергетической яркостью отображаются на снимке одним тоном только при условии их размещения на одинаково излучающем фоне.

Радиационный контраст в значительной мере определяется временем съемки. Один и тот же объект на тепловых снимках, полученных в различных радиационных условиях, может менять свой контраст с фоном вплоть до противоположного. Выделение объектов наблюдения на тепловых изображениях производится по совокупности дешифровочных признаков, основными из которых являются — яркостной контраст, пространственная характеристика и конфигурация тепловой аномалии.

Оптико-электронные системы

Использование в качестве приёмников излучения ПЗС-линейки или ПЗС-матрицы расширяет класс съёмочных систем, имеющих на выходе цифровое изображение. При использовании компьютерных технологий фотограмметрической обработки снимков подобные съёмочные системы становятся перспективными, так как не требуют дополнительного преобразования снимка в цифровое изображение. Принцип работы ПЗС, прибора с зарядной связью, заключается в следующем. Светочувствительный слой представляет собой сетку кремниевых диодов, расположенную за оптической системой. Каждый кремниевый диод соединён с ячейкой хранения заряда. Когда световой поток, в виде оптического изображения, поступает на диод, генерируется некоторое количество электрического заряда пропорционально падающему потоку. Заряд переносится в ячейку хранения заряда (ячейку памяти). Из ячеек памяти информация последовательно считывается и преобразуется в цифровой код (цифровое изображение). Изображение строится по законам центральной 20 проекции (кадровые системы) или путём сканирования местности. Линейное разрешение цифровых съёмочных систем зависит от размера элементов, составляющих ПЗС - матрицу.

Лазерные съёмочные системы

Лазерные съёмочные системы относятся к активным съёмочным системам, работающим в оптическом диапазоне. В основе лазерной съёмки заложен принцип работы светодальномера без отражателя- лазерная локация. Отражателем является поверхность снимаемого объекта. В качестве облучателя используется полупроводниковый лазер, генерирующий излучение в ближней ИК-зоне в импульсном режиме. С помощью лазера производится направленное облучение поверхности. Сигнал, отражённый от элементарной площадки земной поверхности (объекта), принимается оптической системой. При каждом элементарном измерении в процессе сканирования регистрируется наклонная дальность до площадки отражения и направление относительно осей системы координат лазерного локатора. Положение локатора в геодезической системе координат (X,Y,Z) определяется бортовым GPS- приёмником. Углы наклона и разворота зондирующего луча относительно осей геодезической системы координат определяется с помощью инерциальной аппаратуры. Это позволяет получить после обработки результатов измерений геодезические координаты элемента поверхности, вызвавшего отражение зондирующего луча. Точность пространственных координат обратно пропорциональна высоте съёмки.

Радиофизические системы

Заключается в зондировании земной поверхности радиосигналом. На борту носителя самолета или спутника устанавливается радиолокатор активный микроволновый датчик, способный передавать и принимать поляризованные радиоволны в заданном диапазоне частот. Развертка сигнала производится по принципу сканера, т.е. переход от одной строки к другой идет за счет перемещения носителя. Количество энергии, возвращенной на антенну локатора, называется "обратным рассеянием". Каждый пиксель радиолокационного снимка показывает суммарный коэффициент отражения данного участка поверхности, или мощность возвратившегося к антенне сигнала. Значения яркости пикселя могут быть преобразованы в удельную эффективную поверхность рассеяния (УЭПР) величину, использующуюся в различных физических моделях отраженных радиоволн. Высокая яркость пикселя означает, что большая часть сигнала вернулась к антенне, низкая - наоборот.

Отличительная особенность радиолокационных изображений -наличие так называемого спекл-шума.

По типу конструкции различают радиолокационные системы бокового обзора (РЛС БО) и с синтезированием апертуры антенны (РСА), обеспечивающие получение снимков с разным пространственным разрешением.

В последние годы появились и приобретают все большее значение видеосъемка и съемка цифровыми камерами, основанные на использовании волоконной оптики.

Радиолокационная съёмка заключается в зондировании земной поверхности радиосигналом. На борту носителя (самолёта или спутника) устанавливается радиолокатор - активный микроволновой датчик, способный передавать и принимать поляризованные радиоволны в заданном диапазоне частот. Развёртка сигнала производится по принципу сканера, т. е. переход от одной строки к другой. Количество энергии возвращённой на антенну локатора называется (обратным рассеиванием). Каждый пиксель радиолокационного снимка показывает суммарный коэффициент отражения данного участка поверхности или мощность возвратившегося к антенне сигнала. В последние годы появились и приобретают всё большее значение видеосъемка и съёмка цифровыми камерами, основанные на использование волоконной оптики.

Заключение

Отличие нефотографических от фотографических систем: применение сенсоров, регистрирующих широкий спектр излучения от земной поверхности; способов построения; передачи изображения. Съёмочные системы, установленные на КЛА, позволяют получать информацию о процессах, проходящих на Земле, в реальном или близреальном времени.

Список использованной литературы

1)Учебно-методическое пособие: Обиралов А.И., Лиманов А.Н. Фотограмметрия и дистанционное зондирование. - М.: Колосс, 2006.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Реферат по дисциплине

Введение (с.3)

Виды съёмок (c .6)

Космическая картография (с.8)

Контроль из космоса за окружающей средой (с.12)

Список литературы (с.16)

Цель работы: рассмотрение сути космической фотосъёмки.

Космическая фотосъемка - технологический процесс фотографирования земной поверхности с летательного аппарата с целью получения фотографических изображений местности (фотоснимков) с заданными параметрами и характеристиками. К основным задачам космических съемок относятся: исследования планет Солнечной системы; изучение и рациональное использование природных ресурсов Земли; изучение антропогенных изменений земной поверхности; исследование Мирового океана; исследование загрязнения атмосферы и океана; мониторинг окружающей среды; исследование акваторий шельфов и прибрежных частей суши .

Основным отличием фотографирования из космоса является: большая высота, скорость полета и их периодическое изменение при движении КЛА по орбите; вращение Земли, а следовательно, и объектов съемки относительно плоскости орбиты;быстрое изменение освещенности Земли по трассе полета КЛА; фотографирование через весь слой атмосферы; фотографическая аппаратура полностью автоматизирована. Большая высота съемки вызывает уменьшение масштаба снимка. Выбор высоты орбиты осуществляется исходя из задач, которые решаются при съемке, и необходимости получения фотографических снимков определенного масштаба. В связи с этим повышаются требованияк оптической системе фотоаппаратов с точки зрения качества изображения, которое должно быть хорошим по всему полю. Особенно высоки требования к геометрическим искажениям.

Мы являемся свидетелями того, как человек постепенно осваивает околоземное пространство и автоматами, засылаемыми с Земли, успешно изучают другие планеты солнечной системы. Созданные людьми и запущенные в космос искусственные спутники Земли передают на Землю фотографии нашей планеты, сделанные с больших высот.

Таким образом, сегодня можно говорить о космической геодезии , или, как ее еще называют спутниковой геодезии. Мы являемся свидетелями зарождения нового раздела картографии, который модно было бы назвать космической картографией.

Уже в настоящее время снимки, сделанные из космоса, используются для внесения изменения в содержании карт, являясь наиболее оперативным средством для выявления этих изменений. Дальнейшее развитие космической картографии приведет еще к более значительным результатам.

Значимость, преимущество снимков Земли из Космоса по сравнению с обычными аэрофотоснимками, бесспорны. Прежде всего, их обзорность – снимки с высоты в сотни и тысячи километров позволяют получать и изображения с охватом аэросъемки, и изображения территории протяженностью в сотни и тысячи км. Кроме того, они обладают свойствами спектральной и пространственной генирализации, т. е. отсеиванием второстепенного, случайного и выделением существенного, главного. Космическая съемка дает возможность получать изображение через регулярные промежутки времени, что в свою очередь, позволяют исследовать динамику любого процесса.

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

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

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

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

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

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

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

• фотографированием с больших высот,

• и большой скоростью движения.

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

Космическая съемка различается по:

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

Космическая картография

Особенно широкое применение снимки из космоса нашли в картографии. И это понятно, потому что космический фотоснимок точно и с достаточной подробностью запечатлевает поверхность Земли и специалисты могут легко перенести изображение на карту.

Чтение (дешифрирование) космических снимков, так же как и аэрофотоснимков, основано на опознавательных (дешифровочных) признаках. Основными из них служат форма объектов, их размеры и тон. Реки, озера и другие водоемы изображаются на снимках темными тонами (черным цветом) с четким выделением береговых линий. Для лесной растительности характерны менее темные тона мелкозернистой структуры. Подробности горного рельефа хорошо выделяются резкими контрастными тонами, которые получаются на фотографии в результате различной освещенности противоположных склонов. Населенные пункты и дороги также можно опознать по своим дешифровочным признакам, но только под большим увеличением. На типографских оттисках этого сделать нельзя.

Использование космических снимков в картографических целях начинают с определения их масштаба и привязки к карте. Эту работу обычно выполняют по карте более мелкого масштаба, чем масштаб снимка, так как на нее приходится наносить границы не одного, а целого ряда снимков.

Сличая снимок с картой, можно узнать, что и как изображено на снимке, как это показано на карте и какие дополнительные сведения о местности дает фотоизображение земной поверхности из космоса. И даже в том случае, если карта будет того же масштаба, что и фотоснимок, все равно по снимку можно получить более обширную и главное - свежую информацию о местности по сравнению с картой.

Составление карт по космическим снимкам выполняют так же как и по аэрофотоснимкам. В зависимости от точности и назначения карт применяют различные методы их составления с использованием соответствующих фотограмметрических приборов. Наиболее легко изготовить карту в масштабе снимка. Именно такие карты и помещают обычно рядом со снимками в альбомах и книгах. Для их составления достаточно скопировать на кальку со снимка изображения местных предметов, а затем с кальки перенести их на бумагу.

Такие картографические чертежи называют картосхемами. Они отображают только контуры местности (без рельефа), имеют произвольный масштаб и не привязаны к картографической сетке.

В картографии космические снимки используют прежде всего для создания мелкомасштабных карт. Достоинство космического фотографирования в этих целях заключается в том, что масштабы снимков сходны с масштабами создаваемых карт, а это исключает ряд довольно трудоемких процессов составления. Кроме того, космические снимки как бы прошли путь первичной генерализации. Это происходит в результате того, что фотографирование выполняется в мелком масштабе.

В настоящее время по космическим снимкам созданы разнообразные тематические карты. В ряде случаев характеристики некоторых явлений можно определить только по космическим снимкам, а получить их другими методами невозможно. По результатам космического фотографирования обновлены и детализированы многие тематические карты, созданы новые типы геологических ландшафтных и других карт. При составлении тематических карт особенно полезными являются снимки, полученные в различных зонах спектра, так как они содержат богатую и разностороннюю информацию.

Космические снимки нашли широкое применение при изготовлении промежуточных картографических документов - фотокарт. Их составляют так же, как и фотопланы, путем мозаичного склеивания отдельных снимков на общей основе. Фотокарты могут быть двух видов: на одних показано только фотографическое изображение, а другие дополнены отдельными элементами обычных карт. Фотокарты, как и отдельные снимки, служат ценными источниками изучения земной поверхности. Вместе с тем они являются дополнительным материалом к обычной карте и в полной мере заменить ее не могут.

Облик Земли постоянно меняется, и любая карта постепенно стареет. Космические снимки содержат самые свежие и достоверные сведения о местности и успешно используются для обновления карт не только мелкого, но и крупного масштаба. Они позволяют исправлять карты больших территорий земного шара. Особенно эффективно космическое фотографирование в труднодоступных районах, где полевые работы связаны с большой затратой сил и средств.

Карта Марса, составленная по космическим снимкам, менее подробна по сравнению с картой Луны, но все же она наглядно и достаточно точно отображает поверхность планеты (рис. 55). Карта сделана на тридцати листах в масштабе 1:5000000 (в 1 см 50 км). Два околополюсных листа составлены в азимутальной проекции, 16 околоэкваториальных листов - в цилиндрической, а остальные 12 листов - в конической проекции. Если все листы склеить друг с другом, то получится почти правильный шар, т. е. глобус Марса.

Рис. 55. Фрагмент фотокарты Марса

Основой для карты Марса, как и для карты Луны, послужили сами фотоснимки, на которых поверхность планеты изображена при боковом освещении, направленном под определенным углом. Получилась фотокарта, на которой рельеф изображен комбинированным способом - горизонталями и естественной теневой окраской. На такой фотокарте хорошо читается не только общий характер рельефа, но и его детали, особенно кратеры, которые нельзя отобразить горизонталями, так как высота сечения рельефа составляет 1 км.

Значительно сложнее обстоит дело со съемкой Венеры. Ее нельзя сфотографировать обычным путем, потому что она укрыта от средств оптического наблюдения плотными облаками. Тогда появилась мысль сделать ее портрет не в световых, а в радиолучах. Для этого разработали чувствительный радиолокатор, который мог как бы прощупывать поверхность планеты.

Сущность радиолокационной съемки заключается в следующем. Установленный на станции радиолокатор посылает отраженные от Венеры радиосигналы на Землю в центр обработки радиолокационной информации, где специальное электронно-вычислительное устройство преобразует полученные сигналы в радиоизображение.

Контроль из космоса за окружающей средой

В настоящее время проблема охраны окружающей среды носит глобальный характер. Вот почему все большее значение приобретают космические методы контроля, позволяющие увеличить объем исследований и ускорить получение и переработку данных. Основное средство осуществления контроля - это система космических съемок, опирающаяся на сеть наземных пунктов. Эта система включает фотографирование с искусственных спутников Земли, пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций. Полученные фотоизображения поступают в наземные приемные центры, где ведется переработка информации.

Что же видно на космических снимках? Прежде всего - почти все формы и виды загрязнений окружающей среды. Промышленность - главный источник загрязнения природы. Деятельность большинства производств сопровождается выбросами отходов в атмосферу. На снимках отчетливо фиксируются шлейфы таких выбросов и простирающиеся на многие километры дымовые завесы. При большой концентрации загрязнений сквозь них не просматривается даже земная поверхность. Известны случаи, когда вблизи некоторых североамериканских металлургических предприятий погибала растительность на площади несколько квадратных километров. Здесь уже сказывается не только воздействие вредных выбросов, но и загрязнение почвы и грунтовых вод. Эти районы представляются на снимках блеклой сухой безжизненной полупустыней среди лесов и степей.

На фотоснимках хорошо заметны выносимые реками взвешенные частицы. Обильные загрязнения особенно характерны для дельтовых участков рек. К этому приводят эрозия берегов, сели, гидротехнические работы. Интенсивность механического загрязнения можно установить по плотности изображения водной поверхности: чем светлее поверхность, тем больше загрязненность. Мелководные участки также выделяются на снимках светлыми пятнами, но в отличие от загрязнений носят постоянный характер, в то время как последние меняются в зависимости от метеорологических и гидрологических условий. Космическая съемка позволила установить, что механическое загрязнение водоемов возрастает в конце весны, начале лета, реже - осенью.

Химическое загрязнение акваторий может быть изучено с помощью многозональных снимков, которые фиксируют, насколько угнетена водная и окаймляющая побережье растительность. По снимкам можно установить и биологическое загрязнение водоемов. Оно выдает себя чрезмерным развитием особой растительности, различимой на снимках в зеленой области спектра.

Выбросы промышленными и энергетическими предприятиями теплой воды в реки хорошо выделяются на инфракрасных снимках. Границы распространения теплой воды позволяют прогнозировать изменения в природной среде. Так, например, тепловые загрязнения нарушают становление ледяного покрова, что хорошо заметно даже в видимом диапазоне спектра.

Большой ущерб народному хозяйству наносят лесные пожары. Из космоса они заметны прежде всего благодаря дымовому шлейфу, простирающемуся иногда на несколько километров. Космическая съемка позволяет быстро определить масштабы распространения пожара. Кроме того, космические снимки помогают обнаружить поблизости облачность, из которой вызывают обильный дождь при помощи специальных распыленных в воздухе реактивов.

Большой интерес представляют космические снимки пылевых бурь. Впервые стало возможно наблюдать их зарождение и развитие, следить за перемещением масс пыли. Фронт распространения пылевой бури может достигать тысячи квадратных километров. Чаще всего пылевые бури проносятся над пустынями. Пустыня - это не безжизненная земля, а важный элемент биосферы и поэтому нуждается в постоянном контроле.

А теперь перенесемся на север нашей страны. Часто спрашивают, почему так много говорят о необходимости охраны природы Сибири и Дальнего Востока? Ведь интенсивность воздействия на нее пока во много раз меньше, чем в центральных районах.

Дело в том, что природа Севера значительно ранимее. Кто был там, тот знает, что после проехавшего по тундре вездехода почвенный покров не восстанавливается и развивается эрозия поверхности. Очищение водных бассейнов происходит в десятки раз медленнее, чем обычно, и даже небольшая вновь проложенная дорога может быть причиной труднообратимого изменения природной обстановки.

Северные территории нашей страны простираются на 11 млн. км 2 . Это - тайга, лесотундра, тундра. Несмотря на тяжелые жизненные условия и материально-технические трудности на Севере появляется все больше городов, увеличивается население. В связи с интенсивным освоением территории Севера особенно остро ощущается нехватка исходных данных для проектирования населенных пунктов и промышленных объектов. Вот почему космическое изучение этих районов так актуально сегодня.

В настоящее время два родственных метода - картографический и аэрокосмический - тесно взаимодействуют при изучении природы, хозяйства и населения. Предпосылки такого взаимодействия заложены в свойствах карт, аэроснимков и космических снимков как моделей земной поверхности.

Космические съемки, решают разные задачи, связанные с дистанционным зондированием земли, и свидетельствуют об их широких возможностях. Поэтому космические методы и средства уже сегодня играют значительную роль в изучении Земли и около земного пространства. Технологии идут вперед, в ближайшем будущем их значение для решения этих задач будут существенно возрастать.

Список литературы

Богомолов Л. А., Применение аэросъёмки и космической съёмки в географических исследованиях, в кн.: Картография, т. 5, М., 1972 (Итоги науки и техники).

Виноградов Б. В., Кондратьев К. Я., Космические методы землеведения, Л., 1971;

Читайте также: