// Вие четете...

Чиста вода

Оптически методи за морско картографиране.

„Който не споделя знанията си, е като светлина в стомна.“

За картографирането на морски акватории в настоящия момент се използват следните методи за дистанционно сондиране: измерване интензивността на отразеното от акваторията слънчево излъчване в оптическия диапазон с помощта на оптикоелектронни сканиращи системи, лазерни, радиолокационни и електромагнитни сондирания. Възможностите на тези методи за снимка на релефа на дъното се определя преди всичко от разрешаващата способност на бордовата апаратура за получаване на оптическо или радиолокационно изображение на акваторията, пространствената дискретност на измерителната апаратура за светлинна локация на дъното.

Необходими условия за тяхното използване се явяват също точността на модела, свързващите дистанционно измервани величини от дълбочината и позволяващи да се реши обратната задача за извличане значението на дълбочините от данните на дистанционно измерените параметри на светлинното поле, формирано от акваторията, радиолокационното изображение на повърхността на акваторията или насочено електромагнитно поле.

Координатното привързване на точки от изображението на акваторията или данните от нейното дистанционно сондиране изисква наличие на борда на космическия или на летателния апарат навигационни системи за определяне на тяхното местоположение и ориентирането на снимачната система, а също така фотограм метрически модел на оптическото и радиолокационното изображение на акваторията.

Ще разгледаме съвременното състояние и перспективите за решаване на споменатите проблеми за оптическите методи на дистанционно сондиране.

Към настоящия момент космическите апарати (КА) за дистанционно сондиране на Земята (ДСЗ) се оборудват със снимачна апаратура, позволяваща да се получи изображение от повърхността на Земята с разрешаваща способност, достатъчна за картографиране на релефа на дъното. Така през 2001 г. е изведен в орбита КА Quick Bird от фирмата Digital Global с фотограм метрическа цифрова камера, с помощта на която от височина 450 км е било получено изображение, имащо разрешаваща способност 0,6 м в панхоматически канал и 3,28 м в зонални канали. Снимачната апаратура на КА IKONOS-2 MSI може да направи снимка в полоса 11 км в четири спектрални зони: син (B) – 0,45-0,52 мкм, зелен (G) – 0,52-0,60 мкм, червен (R) – 0,63-0,69 мкм, близко до инфрачервен (NIR) – 0,76-0,9 мкм с разрешаваща способност от 4 м.

Израелски КА EROS-B11, в орбита от 2000 г., оборудван с апаратура, имаща разрешение на местността 1 м в панхроматически канал и 4 м – в зоналните канали на снимката. Индийския КА IRS-P5 (Cartosat-2), запуснат в орбита през 2004 г., оборудван с апаратура с разрешаваща способност от 2,5 м в панхроматически канал на снимката.

Апаратурата на КА „Orbview-4” има два оптически канала, пригодни за получаване на изображение на морското дъно, с разрешаваща способност 8 м. Индийския КА TES, в орбита от 2001 г., е оборудван с апаратура за снимки с разрешаваща способност 1 м. На КА е установен астроориентатор по звездите и приемник на спътникова навигационна система, което дава възможност да се осъществи координатно привързване на снимките на акваторията при отсъствие на геодезични опорни точки. Снимката е с разрешаваща способност от 1 м, което осигурява топографическо картографиране в мащаб 1:25000.

Към настоящия момент руската космонавтика е в период на преход от системи на фото наблюдения към космически системи на детайлно оптикоелектроно наблюдение.

Федералната космическа програма на Русия за периода до 2005 г. е предвиждала създаването на два перспективни космически комплекси ДДЗ с гражданско назначение, които започвайки от 2005 г. трябва да осигури заинтересованите отрасли с детайлна геопространствена информация. Първия от тях – това е космически комплекс с оптикоелектронно наблюдение „Ресурс-ДК1”, предназначен за получаване на много зонална информация с високо разрешение и предаването й по радиоканал на наземни пунктове за прием в мащаби от време, близки до реалните.

Бордовата апаратура на комплекса при снимка в надира с височина 350 км в полоса на захват от 28,3 км осигурява получаването на изображения в панхроматически канал (0,58-0,8) мкм) с разрешаваща способност на местността от 1 м и в три зоналните оптически канали (0,5-0,6); 0,6-0,7; 0,7-0,8 мкм) с разрешаваща способност на местността от 2-3 м. Снимка може да се извърши както на един канал, така и едновременно на два или три канала в три режима:

– с непосредствено предаване на информация в реално време на наземния пункт за прием в зоната на взаимна радио видимост;

– със запис на информацията в бордово записващо устройство, с максимален обем от 768 Гбит;

– възпроизвеждане на информация, записана в бордовото записващо устройство, и предаване към централния наземен пункт за прием със задръжка на не повече от 8 часа.

За координатно привързване на видео информацията е предвидена бордова апаратура за измерване ъгловите елементи на външното ориентиране и положението на центъра на масата на КА. Но, за създаване на измерителна основа с точност на определяне на взаимното положение на точките, съответстваща на точността на картите в мащаб 1:25000, се изисква да бъдат привлечени геодезични опорни точки. Следователно, дадения комплекс при недостатъчно количество (или отсъствие) на опорни точки на акваториите от морето няма да позволи да се реши тази задача с точност, изисквана за картографирането на мореплавателните акватории.

Аналогични характеристики трябва да има и втория комплекс за оперативно природно ресурсен мониторинг на Земята „Ресурс-О1”, оборудван с оптикоелектронна апаратура с високо, средно разрешителна способност, а също с видео спектрометри. Оптикоелектронната апаратура на спътника при снимка в надира с височина 680 км в полоса на захват от 48 км трябва да осигури получаването на изображения в един панхроматически (0,45-0,9 мкм) с разрешителна способност на местността от 1 м и в четири от шест възможни зонални оптически канала (0,43-0,47; 0,51-0,59; 0,61-0,69; 0,7-0,8; 0,8-0,9; 0,8-1,1 мкм) с разрешителна способност на местността от 4 м.

Видео спектрометъра, включен в състава на бордовата апаратура на комплекса „Ресурс-О1”, в полоса на захвата от 8 км осигурява снимка в 256 зони от спектралния диапазон 0,4-1,6 мкм с разрешителна способност на местността от 30 м.

Това което се касае за методите на извличане на батиметрическа информация от данните на оптическото сондиране, съществуват няколко направления, по които протича тяхното развитие в различните страни. Така, за картографирането на плитководни райони, особено в такива, в които интензивността на корабоплаването не е адекватна на стойността на работите, изпълнявани по обичайните методи, Хидрографската служба на Франция (SHOM) използва технология на основата на обработка на зоналните изображения, получени от оптически скенери на космическата система SPOT-5. Пространственото разрешение на тази апаратура е в понхроматическия канал 10х10 м и 20х20 м в зоналните канали.

Получаваните за обработка на изходните данни представляват масиви с измервания на яркостта, съответстващи на зоналните изображения от интересуващите ни акватории. Космическата снимка на зададения район се изпълнява по заявка на SHOM. При екраниране на акваторията от облачност се изпълняват повторни снимки.

Технологията по извличане на дълбочините е построена на модифициран обобщен метод по отношение на коефициентите на спектралната яркост (КСЯ) и на математически апарат на многомерен статистически анализ – метод на главните компоненти. В оптическите модели се използва измерване на яркостта на водата в два спектрални диапазона. За определяне на параметрите на модела се използват дълбочините на промера (не по-малко отколкото в един галс от брега в морето) от галси, прекарани през участъци от акваторията с отличаващи се оптически характеристики на грунта и водата.

Обработката включва радио метрическа и геометрическа корекция на изображението, а също разчет на батиметрическия модел. В резултат се съставя карта, на която се нанасят: бреговата линия, пристанищните съоръжения, дълбочините, получени по радио метрическата информация, съответстващи на изображението на акваторията в различни зони на спектъра, кораловите рифове. Тази карта се използва при търсенето проходи между коралите и при планиране на промера.

Радио метрическата корекция се извършва за установяване на полоси на изображението, предизвикващи особености в снимката с помощта на линии от фотоапарати.

Технологичния процес включва съвместна обработка на данните, получени в зелената, червената и близката до инфрачервената зони. Така за установяване на причините за изменението на тона на изображението (вследствие изменението на наклона на дъното и типа на грунта) се изчислява показателя на прозрачността nf=G2/R, където G – величина на сигнала, регистриран в зелената зона, R – в червената зона, и локалното стандартно отклонение на този показател. За да се намали влиянието на зависимостта на данните, получени в зелената и червената зона, се осъществява преход от правоъгълни координати (G, R) в полярна система (ρ, θ). За отделяне на участъци от изображението с растителност, изчисляват нормализирани разлики в индекса на растителността NDVI=(NIR-R)/(NIR+R), където NIR – яркост на пиксела в близката инфрачервена зона; R – яркост на пиксела в червената зона. По пътя на изчисленията на така наречения индекс на текстурата π=50(G/R) се формира масив от данни за изкуствен оптически канал. По нататък се изчисляват дълбочините на основата на обобщения метод по отношение на КСЯ в три зони G, R, π с използването на математическия апарат на главните компоненти. Използването на изкуствения оптически канал позволява да се преодолее някои трудности при използването на данните само от изходните зони.

Координатното привързване се заключава в определяне на параметрите за преобразуване на координатите на точките от изображението в картографски координати. За това се използват параметрите на орбитата, рисканието, тангажа и крена на КА, а също координатите на геодезичните опорни пунктове, Координатите на тези пунктове се определят по пътя на наземните измервания по технологията на диференциалния GPS (DGPS). За тази цел обектите, избрани в качеството на опорни точки на увеличено изображение, се идентифицират с обектите на местността. За координатното привързване на изображението се използват от една до пет опорни точки. Методът позволява при наличие само на една опорна точка да се достигне точност от порядъка на 10 м, което съответства на размера на пиксела.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар