// Вие четете...

Чиста вода

Оптически методи за морско картографиране.

„Няма по-сляп от онзи, който не иска да види.“

Друг подход за извличане на батиметрична информация от данните на космическа сканирана снимка е реализиран в Центъра за дистанционно сондиране на Великобритания. При условие на еднородност на отразяващата способност на дъното и висока прозрачност на водата се използва методът на регресивния анализ. За отчитане на изменчивостта на отразяващата способност на дъното също се използва обобщения метод по отношение на коефициента на спектралната яркост (КСЯ) на основата на математическия апарат на главните компоненти. В резултат на обработката на данните от сканирана снимка в няколко зони се получават два нови реда от данни: един, зависещ само от дълбочината, а друг – само от типа на грунта на дъното. Първия ред се използва за получаване на опорните дълбочини по уравнението за регресия, след което се изчисляват дълбочините по цялото изображение, а втория – за определяне на типа на грунта. Но даже за идеални условия възможностите на тези методи се оценяват по такива показатели: определяне на дълбочините до 12 м с разрешаваща способност по дълбочина 1-2 м и погрешност ±2 м. Счита се, че в диапазона от 12 до 20 м е достижимо само триизмерно разрешение по дълбочина. По указаните причини, получените дълбочини не могат да бъдат използвани за осигуряване на навигационната безопасност. Счита се, че получаване на дълбочини по-големи от 20 м е възможно при много висока прозрачност на водата.

За последното десетилетие в областта на ДСЗ значително развитие е получила спектрометрията. Хиперспектрални – в съответствие със задграничната терминология, а по-правилната – свръх много зонални, спектрометрите осигуряват измерването на интензивността на отразеното от земната повърхност слънчево излъчване в няколко десетки и даже в няколко стотици тесни спектрални зони едновременно.

Всеки обект има уникален спектрален образ, който с помощта на прибори от даден тип могат да регистрират в широк диапазон на оптическия спектър, включително и инфрачервения диапазон. Подобна система се явява разработената в САЩ от фирма ITRES Research Limited хипер зонален скенер CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager). Оптическите канали на системата регистрират отразеното слънчево излъчване в полосата на оптическите и ИЧ дължини на вълните със спектрално разрешение от 0,003 мкм и пространствено разрешение от 2 до 10 м в зависимост от скоростта на полета на самолета и времето за интегриране на приемания сигнал.

Системата се явява една от 19 известни авиационни свръх много зонални датчици. Тя може да действа в режим с оптимизация по спектрално разрешение или пространствено разрешение. При оптимизация по спектрално разрешение полосата на захвата е 390 м. Изображенията в системата от такъв тип, както и при сканирана снимка, се получава по така наречената „метелочна” технология в тясна полоса, в перпендикулярно направление на направлението на полета на самолета. А за сметка на преместване на самолета изображението се формира от тези полоси по протежение на трасето на полета. CASI може да действа в два режима – пространствен и спектрален. Пространственото разрешение на CASI зависи от височината и скоростта на полета, а също от времето за експозиция на датчиците. В системата се използват пространствени корекции на мигновеното поле на зрение, за да се получи еднакви по размер пиксели по цялата полоса. Спектралния диапазон, който е важен за океанографско приложение е 0,4-0,7 мкм. Приборът може да бъде използван на всеки тип самолет при височина на полета 335-3084 м.

Други авиационни свръх много зонални системи, такива като подобрената авиационна хипер зоналната AAHIS и цифровия авиационен изобразяващ скенер DAIS, която се използва за изучаването на морската среда (картографиране на кораловите рифове и идентификация на дадената растителност). При спектрална разрешаваща способност 0,003 мкм при оптималния за снимки на морски акватории от 0,5-0,6 мкм диапазон могат да бъдат създадени около 30 канала, което открива възможност за повишаване на точността на разгледания метод по отношение на коефициента на спектралната яркост (КСЯ) за определяне на дълбочините по данни от много зонална снимка.

Апаратура от този тип дава възможност да се получава информация за прозрачността на водата и нейната температура, типа на грунта, растителността на дъното. Разработения за това алгоритъм за обработка на регистрираната от датчиците информация позволява изключването на смущенията, изкривяващи получения спектрален образ на всеки елементарен участък от повърхността на Земята. Например, при регистрация на сигнала, отразен от морското дъно, се изключват смущенията, свързани с отблясъците от повърхността на морето, от разсейването на светлината в атмосферата и слоя вода и от отслабването на светлината във водата. При комбиниране на получените от такава система данни с измерени оптични характеристики на водата по този метод се решава задачата по определяне типа на грунта на дъното по неговата отражаваща способност в различните участъци на спектъра.

Към настоящия момент все по-широко използване за снимка на релефа на дъното намират авиационните лазерни батиметрични системи (АЛБС), които зад граница по аналогия с радарите и със сонарите получават названието лидари като устройства, реализиращи принципа за светолокация. През 2001 г. такива лазерни системи в света се наброяват повече от 60. За сравнително кратък промеждутък от време е извършено съществено разширение на възможностите на подобните системи: честотата на излъчване на лазерните сондиращи импулси е нараснала от 25-33 Хц до 1000 Хц и повече, което осигурява снимка със зададена подробност с голяма скорост и в по-широка полоса. В резултат производителността на такива системи е нараснала до 65 км2 в час. Недостатък на системата се явява необходимостта от след полетна обработка на данните от измерването. За възможността на последващ анализ и повишаването на достоверността на данните за снимката в повечето АЛБС се предвижда възможност да се регистрира в полета, в специален файл, значенията на интензивността на отразения сигнал.

Хидрографска служба на ВМС на Холандия разглежда в качеството на алтернатива традиционния метод на снимка на плитководните акватории с едно лъчеви и много лъчеви ехолоти, снимка с помощта на АЛБС, от ново поколение с честота на излъчване на импулси от 900 Хц.

В Австралия през последните години използването на АЛБС, за снимка на релефа на дъното в крайбрежните акватории, е придобило производствен характер. Така, за картографирането на териториалните води и изключителната икономическа зона се използват АЛБС RAN LADS и LADS MK II, LADS, разработени в Австралия за снимка на големи площи с дълбочини до 70 м.

В частност системата RAN LADS е разработена в съответствие с държавна програма за снимка на крайбрежните зони, неосигурени с корабни промери, които постоянно се използват от Хидрографска служба на ВМС на Австралия за сбор на данни за съставяне на навигационни морски карти (НМК). Качеството на снимката с помощта на LADS съответстват на снимка от първа категория, определена със Стандарт S-44 на МХО. Системата е установена на самолет F-27 производство на фирмата Fokker.

Системата LADS MK II, установена на самолет Havilland Dash 8-202, се явява собственост и се използва от фирмата LADS Corp. за извършване на снимачни работи по договор.

АЛБС от разгледаните типове има авиационна и наземна компонента. Първата включва полупроводников лазер, монтиран на стабилизирана платформа и излъчваща светлинни импулси с дължина на вълните 1,064 мкм и 0,532 мкм. Приемането на лазерните импулси, отразявани от морската повърхност и морското дъно в пределите на фиксирани ъгли на клатене на самолета, се осъществяват от приемна оптическа система, също монтирана на стабилизирана платформа. Данните от снимката се регистрират и преминават предварителна обработка на борда. Окончателната обработка се извършва в наземната под система.

Дълбочината на сондиране зависи от прозрачността на водата. В общия случай LADS може да измери дълбочина 2-3 пъти по-голяма от дълбочината, на която изчезва видимо белият диск на Секи. По такъв начин, в прозрачните океански води тя ще е около 70 м, в прозрачните крайбрежни води – 40-50 м, в по-малко прозрачните крайбрежни води – 30-35 м, в умерено мътни води – 15-25м, а в много мътни води – 0-15 м.

Снимка с помощта на LADS се извършва, ако вълнението не превишава 3-4 бала. При по-силно вълнение и наличие на бели гребени се изисква корекция при обработката на данните и намаляването на достоверността на получените резултати от снимката.

АЛБС притежават следните характеристики:

– възможност за изменение на подробността на снимката в зависимост от морфо метрическите особености на обследвания район;

– възможност за получаване на резултатите от снимката не по-късно от 24 часа след нейното провеждане;

– висока мобилност при необходимост от преместване към отдалечени места на снимката (в пределите на няколко дена от момента на получаване на задание за извършване на работата);

– възможност за координиране на действията със снимащите съдове, за да се осигури пълно покритие на плитководните и дълбоководните райони;

– адаптивност към условията на снимка: наличие на вълнение и физическата прозрачност на водата.

LADS осигурява снимка от 10000 км2 ежегодно, което представлява 50% от целия обем хидрографски снимки, изпълнени от Хидрографска служба на ВМС на Австралия. Освен това, с помощта на LADS MK II са изпълнени снимки за правителствените агенции и частни компании от Норвегия, Великобритания, Нова Зеландия, Австралия. При това LADS се използва в различни природни условия за решаване на разнообразни снимачни задачи и е демонстрирала следните възможности. Снимачния полет обикновено има продължителност от 6,5 до 7,5 часа. Производителността зависи от отдалечението на района за снимка от оперативната база, размерите и формите на снимачната площадка. Дневната производителност е в пределите на 75-300 км2 за едно излитане.

Снимка, независимо от височината на полета и дълбочината, може да се извърши с подробност една дълбочина на 4х4, 3х3 и 2х2 м2. Със стандартна снимачна скорост на полета с 175 възела – една дълбочина на 5х5 м2 в полоса с ширина 240 м.

С помощта на LADS MK II са извършени снимки на крайбрежните води на Норвегия, Нова Зеландия и водите по крайбрежието на Антарктика. Общата площ на снимките превишава 2000 км2, най-голяма производителност за един полет е достигнала 234 км2. Максималното отдалечение на пункта за базиране от района на снимка е било 1100 км. Били са открити над 300 неизвестни по-рано плитчини.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар