Топографическое дешифрирование

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТОПОГРАФИЧЕСКОЕ ДЕШИФРИРОВАНИЕ» 650400 5 семестр Лекция 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ДЕШИФРИРОВАНИЯ. 1. Сущность дешифрирования. Главное назначение дешифрирования – получение смысловой информации об объектах местности и других объектах, расположенных на ней. Д. – это теория и способы получения информации о внешних и внутренних элементах местности и объектах на ней по аэрофотоизображениям, установление взаимосвязей с другими объектами, обозначение распознанных объектов условными знаками, принятыми для топокарт. При создании крупномасштабных топокарт более 25% всех работ по обработке изображений занимает процесс Д. Ряд особенностей аэрокосмических снимков делает Д. непростой задачей, требующей определённых навыков и знаний: • На снимках находят отражение не все, а только определённые свойства объектов: некоторые свойства оказываются утерянными, другие – частично искажёнными; • Объект представлен на изображении в обобщенном виде – отсутствуют многие детали; • На изображении запечатлён только определённый момент состояния объекта; • Изображение на снимке одного и того же объекта изменчиво в зависимости от многих факторов; • На снимке изображаются объекты, не видимые с земли из-за слишком большого размера (геологические структуры, массивы растительности, города); • Изображение на снимках не соответствует привычному ракурсу (вид сверху). По снимкам различаются детали ландшафта соответственно определённому уровню, а именно: детально – на крупномасштабных снимках, глобально – на мелкомасштабных. Дисциплина «Д» возникла и развивается на стыке целого ряда дисциплин: фотографии, картографии, стереофотограмметрии, ландшафтоведения и отраслевых наук: геологии, геоботаники. В основу Д. положены два основных фактора: географический и физико-математический. В географической части Д. опирается на изучении свойств ландшафта и пространственного размещения объектов. В физико-математической – на изучении изобразительных и измерительных свойств аэроснимков, то есть необходимы знания оптики, геометрии изображения. 2. История развития Д. Термин Д. - русского происхождения, хотя имеет иностранный корень. В западной литературе применяется термин «интерпретация», что по нашему звучит, как толкование. Самые первые шаги Д. были связаны с первыми аэрофотоснимками, которые были получены в России с воздушного шара в 1886 году начальником воздухоплавательной команды поручиком Кованько А.М., а в Европе французский офицер Надар в 1859 году сфотографировал с воздушного шара деревню близь Парижа. В 1887 году русский инженер Зверинцев Л.Н. фотографировал Петербург с воздушного шара и был унесён ветром в открытое море. Находясь на высоте 2500м, инженеры были поражены отчётливым изображением мелей, фарватера, глубокой воды и после благополучного возвращения на заседании Русского технического общества объявили о новых возможностях и задачах фотографии. Первое фотографирование с самолёта аэрофотоаппаратом на фотоплёнку было произведено в 1914 году при осаде города Перемышля подполковником Поте М.В. В Советской России в 1919 году был издан Декрет о учреждении геодезического управления и в тот же год было выполнено аэрофотографирование местности в районе г.Твери на площади 100 кв.км. 2. Логическая структура дешифрирования. Д. заключается в обнаружении, распознавании и определении характеристик объектов по их фотоизображениям. Результаты Д. регистрируются в графической, цифровой или текстовой формах. Обнаружение- начальный этап Д. его низший уровень. Оно состоит в поиске на снимке участков, где вероятнее всего изображены объекты местности. Никакого толкования характера изображения не происходит. Основное умозаключение дешифровщика –«Здесь что-то есть». Распознавание – второй этап Д, его средний уровень (самый важный). Оно заключается в определении сущности изображённых на снимке и обнаруженных объектов. Зависит от свойств фотоизображения. Различают два подхода к распознаванию : интерпретационный и формальный. Интерпретационный – это толкование физической сути каждого объекта (например, сооружение в поле, что это ферма, клуб , сельпо или ещё что-нибудь). Формальный – это простое разделение объектов на классы (например, это здание, а не огород). Определение характеристик вскрытых объектов – третий, высший уровень Д. Количественные и качественные характеристики объектов местности определяются путём измерения параметров изображения : геометрических размеров, параллаксов, плотностей. В результате оценки удаётся выяснить состав пород леса, характер грунта, материал покрытия дорог, линейные размеры объектов, расстояние между объектами. 3. Задачи дешифрирования и виды. Все задачи Д аэрофотоснимков можно разделить условно на две группы: 1. Задачи по получению обобщённой информации о поверхности Земли: региональное районирование земной поверхности, вскрытие системы гидрографии, дорожной сети, населённых пунктов, растительности, составление и обновление топокарт. 2. Задачи по определению характеристик отдельных совокупностей объектов, располагающихся на земной поверхности и в атмосфере: геологическое картирование, разведка полезных ископаемых, кадастровые съёмки , метеоисследования, военная разведка. В зависимости от поставленных задач Д подразделяют на 2 вида : общее или комплексное ( топографическое, ландшафтное), которое решает первую задачу и отраслевое или специальное (геологическое, с/х), которое относится к решению второй задачи Общее или комплексное Д. является сплошным (то есть всё обо всём), а параметры а/съёмки усредняются. Отраслевое или специальное Д является избирательным, а параметры а/снимков конкретизируются (например, сенсибилизация плёнки для соответствующего типа растительности, коэффициент контрастности в зависимости от яркости подстилающей поверхности). 4.Методы дешифрирования. В зависимости от принципов организации работ и условий их выполнения различают четыре метода дешифрирования : полевой, камеральный, аэровизуальный и комбинированный. Полевой метод Д предусматривает выполнение работ непосредственно на местности. В результате полевого Д могут быть вскрыты все заданные объекты , в том числе и не изобразившиеся на снимке. Полевое Д. может быть полным или неполным. При полном Д. происходит распознание всех подробностей, подлежащих вскрытию. Неполное полевое Д. обеспечивает распознавание только тех объектов, которые не могут быть надёжно отдешифрированы камерально. Полевое Д. применяется при съёмке и обновлении карт на районы, имеющие особо важное хозяйственное или оборонное значение. Недостаток полевого Д. – трудоёмкость и значительные материальные затраты. Аэровизуальный метод Д. заключается в распознавании изображений объектов с самолёта или вертолёта, этот метод позволяет увеличить производительность в труднодоступных районах и снизить стоимость работ. А\В Д. выполняется с борта вертолёта или лёгкого самолёта. Выбор зависит от многих факторов, в частности от требуемой детальности дешифрирования, необходимости и возможности совершать посадку для наземных наблюдений. При высоких требованиях к детальности и насыщенной контурами местности скорость полёта не должна превышать 100 км/час, а высота – 200-400м. Организация работ приобретает в условиях полёта особое значение: вертолёт пролетает в минуту около 2 км, следовательно даже небольшой сбой в работе приведёт к пропуску деталей. Выполняется Д. или из пилотской кабины, или из блистера(бокового люка), но в любом случае наблюдателей двое. Но А/в метод требует специальной подготовки у операторов (быстрое ориентирование и распознавание объектов за сравнительно ограниченное время). Фиксация результатов – с помощью диктофона или полевого дневника, где информация представляется упрощенными условными знаками. Камеральный метод Д. предусматривает распознавание объектов и получение характеристик без выхода в поле путём изучения свойств изображений. Основой для принятия решений служат демаскирующие признаки объектов. Камеральный метод является в настоящее время основным во всех видах дешифрирования. Недостаток – нет 100% достоверности получения информации. В комбинированном методе основная работа по обнаружению и распознаванию объектов выполняется в камеральных условиях, а в поле или в полёте выявляются те объекты, которые невозможно вскрыть камерально. 5 Способы дешифрирования. Во всех методах Д. применяют три способа работ : визуальный, машинный (автоматический) и комбинированный. Визуальный – это непосредственное рассматривание а/с. Восприятие и обработку информации снимка осуществляют глаз и мозг оператора. Если глаз не вооружён, то этот способ непосредственного визуального Д. Если используется хотя бы лупа, то называется инструментальное визуальное Д. Для успешного решения задач Д. часто применяют снимки, на которых показан пример дешифрирования подобного района работ. Такие снимки называются снимками-эталонами, а Д. – визуальным по эталонам. Машинный (автоматический) способ Д. предусматривает выполнение всех этапов Д. с помощью специальных устройств. Разновидности машинной обработки: микрофотометрический, фотоэлектронный, пространственной фильтрации и комбинированный). Микрофотометрический способ Д. основан на связи между свойствами объектов и статистическими характеристиками их изображений. Например, связь фотометрических (средняя плотность, контрастность) и геометрических (средние размеры, кривизна) характеристик. Фотоэлектрический способ – аналогичен м/ф , но занимается площадным сканированием. Способ пространственной фильтрации основан на математических преобразованиях Фурье и связях между свойствами объектов и спектрами пространственных частот их фотоизображений. Комбинированный способ предусматривает связь оператора-дешифровщика с автоматизированной системой, которая должна давать максимум сведений для принятия решений по распознаванию. 6. Классификация объектов дешифрирования. Для теории и практики Д. имеет значение классификация распознаваемых объектов. Наиболее представительная группа – группа топографических объектов: гидрография, растительность, с/х и естественные угодья, грунты, формы рельефа, населённые пункты, отдельные строения и сооружения, железные и автодороги, ЛЭП, границы и ограждения. Любые объекты подразделяют на естественные (произвольность формы контуров, отсутствие строгой упорядочности), и искусственные (специфические, часто стандартные формы, постоянство состава, типовые размеры). Объекты могут быть компактными, линейными и площадными. Компактные(точечные) это – малые размеры, соизмеримые с разрешающей способностью снимка ( например, отдельные постройки, родники, колодцы, люки). Линейные (протяжённые) – длина более, чем в три раза превосходит ширину (реки, ручьи, улицы). Площадные – имеют большие размеры (лес, луга, болота, н/п, аэродромы). Объекты могут быть простыми и сложными. Например, веранда – простое сооружение, но часть сложного – всего дома.; взлётная полоса – простое сооружение, а сложное – весь аэродром. Сложное – упорядоченные совокупности простых, объединённые целевым назначением (н/п, аэродром, предприятие). По степени отражения солнечной радиации объекты могут быть малоконтрастными, контрастными и высококонтрастными ( дороги с искусственным покрытием, реки, гидрография). По степени длительности существования объекты бывают динамичными и стационарными. Динамичные – меняют свои свойства в короткие сроки – часы, дни, недели. Стационарные – могут менять характеристики, но в течение сезона, нескольких лет. Это важно при изучении, например, ледовой обстановки вулканов. ЛЕКЦИЯ 2. Информационная ёмкость аэрофотоизображений. 1 Дистанционные методы изучения окружающей среды Д. то есть получение информации об объектах местности – один из дистанционных методов изучения окружающей среды. Д.М. – это исследования Земли, верхнего слоя атмосферы с любого летательного аппарата. Этапы Д.М. 1. получение исходных материалов, то есть съёмка; 2. обработка материалов ( т.е. геодезическая привязка, учёт геометрических искажений, дешифрирование); 3. создание карт или некартографических материалов. Д.М. подразделяются на аэрометоды (съёмка из атмосферы) и космические методы (съёмка из космоса). В зависимости от применяемой аппаратуры Д.М. могут быть визуальными, фотографическими, электронными и геофизическими. Визуальная съёмка – наблюдение за местностью с Л.А. с регистрацией на снимке, магнитной ленте, в виде текста. Используется в основном для дальнейшего детального планирования съёмочных работ. Помимо обычной аэровизуальной съёмки используются подспутниковые наблюдения, смысл которых заключается в единовременном получении информации о состоянии объектов на земле из космоса с тем, чтобы исключить влияние атмосферы или фактора времени, так как Д. проводится после съёмки в условиях, не соответствующих условиям съёмки. Полный комплекс визуальной съёмки значительно увеличивает возможность распознавания снимаемых объектов, но является весьма сложным мероприятием в организационном отношении. Фотосъёмка – один из основных методов дистанционной съёмки. Используют видимую и ближнюю И.К. зону спектра (0.4 – 1.1 мкм). Фотографические снимки получают в интервале 0,4-0,9 мкм, характеризующемуся большой прозрачностью атмосферы. Электронная или нефотографическая съёмка- регистрация большого диапазона длин волн от нанометра до метра. Наиболее распространены : телевизионная съёмка из космоса в видимой части спектра; тепловые (инфракрасные) с длиной волн от 1 до 15 мкм; радиолокационные при регистрации радиоволн длиной от мм до метра; лазерные, регистрирующие отражённые сигналы, излучаемые узким пучком лучей. В тепловом инфракрасном диапазоне (3-1000 мкм) регистрируется собственное излучение Земли, а также температурные различия объектов. Причём максимум теплового излучения Земли приходится на интервал от 10 до 12 мкм. Пространственное разрешение тепловых снимков 1-5 км для метеоспутников и 60-600 м для ресурсных. Температурное разрешение – десятые доли градуса. Преимущественное использование снимков в тепловом диапазоне – излучение температурного режима Мирового океана, облачного покрова, для прогнозирования извержений вулканов, а также для выявления очагов возгорания в лесах и на торфяниках, учёт термальных загрязнений от сброса промышленных вод. Радиолокационная съёмка имеет ряд преимуществ: 1. Всепогодность: качество съёмки не зависит от уровня естественной освещённости, времени суток, метеорологических условий. 2. Радиосигнал в зависимости от его частоты и характера грунта частично проникает на глубину. Отражённый сигнал зависит от диэлектрической проницаемости объекта, которая напрямую связана с влагосодержанием (чем влагосодержание выше, тем сильнее сигнал и тем выше яркость на снимке) и от геометрических свойств объекта (например, чем больше шероховатость объекта, тем сильнее сигнал, тем выше яркость на снимке). Чувствительность сигнала к геометрическим характеристикам поверхности позволяет с высокой точностью определять топографические и геологические структуры, а также производить измерения параметров рельефа. Наибольшее пространственное разрешение радиолокационных снимков - 25 м и больше. Геофизическая съёмка – регистрация параметров электромагнитного и гравитационного полей и гамма-излучений , отражающих различные физические свойства местности в цифровой или графической форме. Изображения, полученные последними двумя методами по объёму информации уступают фотографическим изображениям, но мобильны и дают дополнительную информацию за пределами видимой зоны спектра. Преимущества фотографического способа съёмки является возможность получать снимки с очень высоким разрешением, высокими геометрическими и фотометрическими свойствами. Кроме того, фотографическая плёнка – экономичный способ хранения информации. Фотографическая съёмка целесообразна для аэрофотографирования, при съёмке из космоса она является неоперативной из-за несвоевременной доставки. Поэтому фотографические космические снимки представляют информацию для долговременного использования, а аэрофотосъёмка - для оперативных целей. 2. Физиологические основы дешифрирования. Зрительное восприятие изображения можно условно разделить на восприятие яркости, цвета, размера и объёма. Восприятие яркости – величина физиологическая и характеризует ощущение света человеком. Д. изображений – это физиологический процесс, связанный с работой зрительного анализатора. От порога чувствительности зрительного анализатора зависят эффективность зрительного процесса. Порог чувствительности – минимальное световое воздействие, которое ещё может быть зарегистрировано приёмником излучения. Различают три порога чувствительности: различительный, разрешающий и стереоскопический. Различительный порог- определяется контрастом изображения, то есть резкостью оптических плотностей изображения соседних деталей. δ = Д1 –Д2 Эта величина , определённая опытным путём составляет 0.06. Для размытого, нерезкого изображения различительный порог снижается. Порог чувствительности неодинаков для разных цветов. Цвет – это ощущение человека, возникающее при восприятии света с разными длинами волн. Глаз воспринимает различия в длинах волн света в диапазоне 0,390-0,70 мкм. Наиболее чувствителен глаз к жёлтому и голубому цвету, где порог чувствительности δ =0,001. Количество оттенков цвета измеряется тысячами, то есть человек значительно лучше различает цвета, чем оттенки серого. Для надёжного различения соседних объектов существенным фактором является наличие контура. Постепенный переход от низкой яркости к высокой или наоборот – плохо воспринимается глазом. Для Д. это имеет решающее значение : ареалы, имеющие чёткие границы, то есть контрастирующие с окружающим фоном, различаются лучше, чем имеющие размытые границы. Кроме того, светлые ступени яркости глаз различает лучше, поэтому некоторые объекты лучше распознаются на негативах (например, тёмные объекты –зелёные посевы на чернозёмах), а светлые – на позитивных отпечатках ( детали рельефа снежной поверхности). Разрешающий порог- (острота зрения) – минимальный размер, воспринимаемый глазом. Обычно при нормальном контрасте а=0,12 мм (кружок диаметром 0,12 мм). Восприятие малых объектов зависит от контраста между объектом и фоном, резкости его границ: чем больше контраст и резче границы, тем меньше размер воспринимаемой детали. На восприятие площадных объектов влияет их форма: чем компактнее объект, тем легче она опознаётся. Стереоскопический порог- (глубина зрения) – способность воспринимать глубину пространства и оценивать относительное расположение объектов в пространстве. Глубина зрения связана с удалением объекта и минимальным расстоянием между объектами в глубину, при котором они не сливаются друг с другом. Это величина угловая, обычно от 10 до 2511 . Разрешающая способность монокулярного зрения в 2 раза ниже (20-40). 3. Информационные свойства аэроснимков. От фотографического канала требуется передавать информацию о местности без искажений. Всякая информация имеет две стороны : качественную и количественную, а также несёт избыточный и недостаточный характер. Для Д. важным является и общее количество информации о местности, получаемое по изображению, и качественный вид сообщения, его конкретное содержание. Избыток информации вызван тем, что на а/с изображаются те объекты, которые не отображаются на топокартах (движение транспорта, копны сена ит.д.). Недостаток информации вызван трудностью определения качественных и количественных характеристик объектов в камеральных условиях. Назначение дешифрирования – получение как можно больше информации с а/с. На результаты Д. влияет информационная ёмкость, то есть объём сведений о сфотографированном участке. Различают формальную, вероятностную и оценочную информационные ёмкости. Формальная информация – отражает связь объёма сведений, зарегистрированных на снимке, с разрешающей способностью и контрастностью снимка. Объём информации зависит от размера точек – зёрен эмульсии, из которых складывается изображение. Изображение, состоящее из n точек (зёрен), каждая из которых может иметь любой из m тонов, способно принимать N=mn число различных состояний. Обычно, информационная ёмкость выражается через логарифм числа состояний I = logN =n logm. Зная площадь снимка и его разрешающую способность можно подсчитать число дискретных элементов фотографического изображения. n=R * (2S). Например, при R=10 лин/мм n=15*106 . С одной стороны, количество информации должно возрастать с ростом R. Но эта зависимость в свою очередь зависит от характера рельефа. Если поверхность однородная (снег, луг, песок), то большое количество точек вряд ли увеличит информационную ёмкость. Значит, гораздо большее значение имеет увеличение количества тонов. Т.е. , чем больше ступеней тональности, тем больше различаемых контуров. В этом случае вводится понятие вероятностной информации. Количество информации связано с вероятностью или частотой появления того или иного объекта. В этом случае минимальная информация подсчитывается по формуле Шеннона H= - P(x) logP(x), где Н-энтропия, через которую количественно выражается неопределённость опознавания. То есть, чем больше энтропия (неопределённость), тем меньше информация. P(x) – вероятность появления объекта, которая увеличивается с уменьшением количества тонов. Оценочная информация –подразделяется на полезную, условно полезную и бесполезную. Полезная – это информация, составляющая цель дешифрирования. Условно полезная- сведения, служащие индикатором для получения полезной информации. Бесполезная- сведения, не представляющие ценности ( фотографический шум). Например, река- полезная информация, подходы к реке – условно полезная (возможен брод), транспорт на мосту – информация о грузоподъёмности. На основании информационных свойств а/с оценивается его дешифрируемость. 4. Требования к качеству дешифрирования. Какое бы не было Д. (по виду), требования к качеству Д. обычно бывают четырёх категорий : полнота, достоверность, своевременность и наглядность. Полнота – оценивается качественным показателем : удовлетворяет или не удовлетворяет полученная информация поставленным задачам. Для оценки полноты находят отношение между количеством вскрытых подробностей к общему их числу. Абсолютная дешифрируемость I мах – выражается через информационную ёмкость ( в битах). Относительная дешифрируемость- Д= I/ I мах отношение полезной к полной информации. Достоверность –отношение правильно распознанных объектов к количеству всех распознанных. Д= n/ N. Камеральное Д. имеет достоверность ниже 100% и зависит : от возможностей исполнителя, от качества а/с, от характера ландшафта (географического положения). В лучшем случае считается приемлемой вероятность распознавания о,75 или 75%. Для увеличения достоверности необходимо полевое обследование. ЛЕКЦИЯ №3. Дешифровочные признаки При дешифрировании а/с объекты опознаются по тем их свойствам, которые непосредственно передаются на а/с и воспринимаются наблюдателем. Эти свойства называют прямыми дешифровочными признаками . К ним относятся: форма, размер, тон и цвет , тень, структура и текстура изображения. Этих признаков бывает недостаточно, так как некоторые объекты могут быть закрыты другими (например, лесом), или вообще не изобразились (трубопровод). В связи с этим используют косвенные признаки, которые указывают на наличие объекта с помощью относительного расположения , следов деятельности, взаимосвязи, а также устраняют многозначность или неопределённость прямых признаков (тоннель, плотина, колодец). Часто выделяют ещё комплексные признаки, к которым относятся сочетание в определённой закономерности природно-территориальных комплексов. Комплексные признаки связаны со структурой объектов и рисунком изображения, отражающего характер ландшафта (чаще для мелкомасштабных изображений). Прямые дешифровочные признаки Форма- основной прямой признак , характеризующийся очертанием предмета. В центре снимка форма передаётся без искажения в соответствующем масштабе, на краях – с наклоном от центра снимка. На космических снимках форма объектов передаётся практически без искажений из-за отсутствия вертикального масштаба. Различают типы формы : • геометрически определённая и неопределённая - соответственно присуща искусственным и естественным сооружениям. Для объектов природного происхождения типична неправильная , часто сложная форма. Прямолинейные границы или строгие округлые формы встречаются значительно реже и обычно они бывают обусловлены геологическим строением (приурочены к тектоническим трещинам, разломам • Компактная и линейная (вытянутая). Вытянутую форму легче распознать на а/с мелкого масштаба. По извилистости вытянутой формы можно судить о характере местности (извилистая река – меандры), а также определить некоторые характеристики объекта (например, течение реки. Определяют по направлению притоков, по размытости островов, по омутам у берега) • Плоская или объёмная форма – определяется под стереоскопом, причём можно определить, где насыпь на дороге, а где выемка. Размер – менее определённый признак, зависит от масштаба. Размер объекта можно определить по формуле L=l*m, где m – знаменатель масштаба. По размеру косвенным путём получают характеристику объекта (назначение постройки: низкая - железная дорога, высокая – трансформаторная будка; характер растительности – лес, поросль, кустарник.). В лесной и степной зоне большую ширину имеют шоссейные или улучшенные грунтовые дороги, меньше – полевые. В тундровых и пустынных районах наоборот необустроенные дороги шире, так как рядом много разбитых колей. Яркостные дешифровочные признаки: тон, цвет. Тон изображения – зависит от степени почернения фотоэмульсии и является логарифмической функцией яркости объекта. Глаз способен различить 25 ступеней серого цвета, однако при дешифрировании используют 7-бальную шкалу тональности. Балл тона Название тона Принцип выделения Д 1 Белый Крайний визуально различимый тон шкалы 0,1 и меньше 2 Почти белый Плотность вуали 0,2-0,3 3 Светло-серый Минимальная плотность большинст- ва изображений 0,4-0,6 4 Средне-серый Средняя плотность большинства изображений. 0,7-1,1 5 Тёмно-серый Максимальная плотность большин- ства изображений 1,2-1,6 6 Почти чёрный Тон, превышающий максимальную плотность большинства изображений 1,7-2,1 7 Чёрный Крайний визуально различимый тон шкалы 2,2 и больше ( Чертёж характеристической кривой) Тон изображения зависит : 1. от отражательной способности предмета, чем интенсивнее отражается свет, тем светлее изображение, т,е. снег в 14 раз светлее чернозёма. 2. от освещенности предмета – чем больше он освещён, тем он светлее. Наиболее светлый получается при освещении отвесными лучами. 3. от внешнего строения поверхности предмета, чем глаже поверхность, тем она светлее. 4. от времени года : летом большее разнообразие тонов, осенью и весной в основном пёстро-тёмный тон из-за влажности земли. 5. от светочувствительности плёнки, условий х/ф обработки. Цвет отличается большим постоянством, чем тона на чёрно-белом снимке, к тому же глаз легче воспринимает цветовые различия, чем оттенки серого. От всех перечисленных факторов (с1 по 5) изменяется в основном насыщенность, но не цвет. Цветовых различий значительно больше, чем чёрно-белых, но нет объективных стандартных критериев оценки цвета. Цвета объектов обычно изменяются при изменении высоты Солнца, с удалением съёмочной камеры, от условий проявления. Соответствие цвета какому-нибудь объекту оценивается по специальным альбомам. Тень – в одних случаях помогает найти объект, в другом наоборот скрывает его. Собственная тень - тень, покрывающая часть объекта, не освещённую Солнцем. Собственная тень подчёркивает объёмность предмета: резкая граница тени угловатых объектов характерна для крыш домов Падающая тень – тень, отбрасываемая предметом. Она передаёт форму и силуэт объекта, которая выглядит близко к действительному, но нет абсолютного подобия из-за проектирования косыми лучами. Тень существенно помогает при дешифрировании микрорельефа плоских равнин, породы деревьев. Значение тени как признака Д. велико на крупномасштабных снимках, при переходе к мелкомасштабным оно снижается. Рисунок изображения- сложный дешифровочный признак, представляющий сочетание формы, размера, тона и пространственного размещения элементов изображения, их повторяемостью. Обычно к этому термину относят структуру и текстуру изображения. Текстура изображения – сочетание элементов изображения на низшем уровне, воспринимаемых как различие в фототоне (или яркости на экране) неопределённой формы. Различают мелкозернистую, крупнозернистую и нормальнозернистую текстуру. Например, лес – крупнозернистая или нормальнозернистая, кустарник – мелкозернистая, редколесье – крупнозернистая текстура. Текстура подразделяется на регулярную (связанную с деятельностью человека – пример сады и нерегулярную( природные объекты пример лесной растительности) Это признак – основной для мелкомасштабных изображений. Структура изображения - более крупные элементы на снимке, у которых распознаются форма и размер, количество деталей. Зависит в первую очередь от характера эмульсии, условий х/ф обработки и характера объекта. Структура бывает звёздчатая, пятнистая, губчатая, сетчатая, линейная, полосчатая, струйчатая, точечная, лопастная, а также словосочетания: пятнисто-зернистая, пятнисто-ячеистая, пятнисто-линейчатая, линейчато-точечная, радиально-струйчатая, параллельно-струйчатая, параллельно-полосчатая. Косвенные признаки Указывают на наличие или характеристику объекта, не изобразившегося на а/с или не определяемого по прямому признаку. Д. по косвенным признакам производится на основе географической изученности района, знания топографии. Например, более тёмный тон свидетельствует о большей увлажнённости, а значит о более низком месте (впадина, лощина, мочажинка). Косвенные признаки базируются на закономерной взаимосвязи между объектами и их взаимообусловленности: приуроченности одних объектов к другим, изменения свойств объектов в результате влияния других. Например, по приуроченности различаются: • в сёлах вдоль улиц – жилые здания,, в глубине огородов – нежилые. • Болото – обязательно мох, камыш даже если их не видно. • По изменению свойств ( из-за пожухлости травы) – возможно подземные объекты • Угнетённые леса – возможно присутствует заболоченность. • Мокрое место в н/ п – колодец. Косвенные признаки разделяют на три вида: 1. Определяющие сами объекты 2. Определяющие свойства объектов 3. Определяющие движения или изменения. В первом случае выявляются объекты, не изобразившиеся на снимке (дороги обрываются у реки – либо паром, либо брод; скопление судов – пристань). По косвенным признакам определяют скрытые свойства отчётливо читающихся на снимке объектов, чаще это относится к объектам хозяйственной деятельности (например, вытянутые строения на окраине н/п со сбитой растительностью вокруг - ферма). Третьи признаки позволяют по динамике движения объектов выявить некоторые характеристики (например, мутьевые потоки характеризуют направление течения, формы эолового рельефа- направление преобладающих ветров). Роль косвенных признаков тем больше, чем мельче масштаб снимков и больше охват территории. Комплексные признаки – отражают структуру природно-территориальных комплексов и складываются в основном из двух компонентов: формы и тона. Комплексные признаки классифицируют по геометрическому, оптическому и генетическому признаку. Геометрическая классификация основана на взаимном положении точек, линий, площадей. Оптическая – на изменчивости тона. Генетическая _ взаимосвязь природных комплексов (например, болота – на них не может быть сосен). ЛЕКЦИЯ № 4 Аэрофототопографические основы дешифрирования. Возможность Д. , его полнота и достоверность зависят от отчётливого изображения объектов на снимке. Отчётливое изображение зависит от географических факторов, технических средств и оптических свойств ландшафта. 1. Географические факторы. Основной фактор – освещённость, которая складывается из прямой и рассеянной. Солнечное излучение, достигая Земли, частично отражается её поверхностью, а частично поглощается, превращается в тепловую энергию и составляет собственное излучение Земли. Прямая и рассеянная освещённость зависят от высоты Солнца над горизонтом, а значит от географических координат, времени года и суток, облачности, прозрачности атмосферы. Прозрачность атмосферы неодинакова по спектру. Излучение одних участков спектра (их называют окнами прозрачности) почти беспрепятственно проходит через атмосферу, излучение других большей частью отражается (рассеивается) или поглощается ею. В видимой области спектра атмосфера достаточно прозрачна, только облака могут существенно поглощать излучение. В инфракрасной области поглощение самое высокое, здесь существуют лишь окна прозрачности (ближнее от 3 до 5 мкм) и (дальнее от8 до 14 мкм). Для волн радиодиапазона атмосфера полностью прозрачна, что делает актуальным совершенствование средств регистрации излучения в этой части спектра. При высоком стоянии Солнца преобладает прямая радиация, что приводит к резким различиям в освещённости равнинной территории и с вертикальным рельефом (например, освещённость склонов в безоблачный день в полдень может различаться в четыре-шесть раз). На Д. сказывается контраст освещённости на солнце и в тени, длина падающей тени, её прозрачность.При низком Солнце возрастает доля рассеянной радиации, тени становятся более прозрачными, но длинными. Собственная тень в сочетании с фотоизображением объекта образуют тональную структуру рисунка, падающая - даёт изображение профиля, что позволяет производить измерения. В горной местности при съёмке вертикальных объектов необходимо исключить появление длинных падающих теней, которые мешают распознаванию других объектов. Прозрачность теней обеспечивает лучшую проработку деталей, она возрастает при уменьшении высоты Солнца. При большой высоте Солнца (полдень) для исключения плотных теней съёмку надо выполнять в облачную погоду. Но для гор опасна низкая облачность. Сезон съёмки. 1. В тундре – съёмку лучше выполнять в конце лета, когда площадь ледников наименьшая. 2. Лесные массивы – лучше, когда нет листьев, т.е. ранней весной, чтобы листва не закрывала землю. Но в этом случае невозможно отдешифрировать породы деревьев. Поэтому съёмку делают спустя пол-месяца и желательно на чёрно-белую и спектрозональную плёнку. Для дешифрирования пород деревьев самый благоприятный период – осенью на цветную плёнку. 3. Степь – начало лета, когда отчётливо видны различия между разнотравьем и злаковыми. 4. Горные районы –лучше вторая половина лета при наиболее высокой снеговой линии. Время съёмки. 1. Равнина – рано утром или поздно вечером, т.к. тени помогают обнаружить микрорельеф. 2. Пустыня – рано утром, так как потом будет мешать дымка. 3. Лесные массивы – в такое время, когда тень деревьев приблизительно равна их высоте.( то есть при высоте Солнца более 400 ) 4. Горы – полдень, когда тени короткие. 5. Городская территория –утренние и предвечерние часы, когда тени прозрачные. 2. Технические условия . Высота фотографирования. Чем меньше высота фотографирования, тем усиливается стереоэффект и восприятие мелких деталей. Но растёт смаз изображения. На Д. снимков в системе фотоаппарат –плёнка оказывают влияние фокусное расстояние, угол поля зрения, светосила объектива, разрешающая способность, тип светофильтра. Широкоугольный короткофокусный АФА: • Наилучшее получение вертикальных деталей • Улучшение условий распознавания и измерения микрорельефа, низкоярусной растительности, грунтов. Нормально угольные и узко угольные длиннофокусные АФА Наилучшие условия (без искажения вертикального масштаба) при Д. горных, городских территорий, лесных массивов. Требования к объективу • Наибольшая светосила (чтобы обеспечить минимальную экспозицию). • Просветлённая оптика (не было центрального пятна), для улучшения общей насыщенности. Требования к АФА • Скорость действия затвора • Возможность диафрагмирования • Стабилизация С учётом перечисленных факторов выдержка для фотографирования рассчитывается по формуле -относительное отверстие объектива --Кратность светофильтра - светочувствительность плёнки - Суммарная освещённость Т - прозрачность атмосферы - коэффициент пропускания объектива - средний коэффициент яркости ландшафта -яркость дымки -коэффициент светорассеяния атмосферы Угол поля зрения объектива. 4. Оптические характеристики подстилающей поверхности. Земная поверхность представляет собой совокупность элементов, различающихся по своим отражательным свойствам- спектральным и пространственным. Объекты земной поверхности изображаются на снимках в прямой зависимости от этих свойств. Спектральные свойства объектов при съёмке в оптическом диапазоне принято характеризовать коэффициентами интегральной и спектральной яркости. Коэффициент яркости (ахроматической) – это отношение интегральной яркости отражающей поверхности (В) к яркости белой идеально рассеивающей матовой поверхности В0 : rо =В/ В0 Коэффициенты яркости природных образований колеблются в пределах от 1,0 для свежевыпавшего снега до 0,2-0,03 для влажного вспаханного чернозёма. Большинство природных образований обладает различиями в спектральной отражательной способности, то есть по-разному отражает солнечное излучение в различных участках спектра электромагнитных колебаний. Поэтому они воспринимаются как различающиеся по цвету. Коэффициент спектральной яркости (СКЯ) r= В/ В0 СКЯ определяют в процессе спектрометрировния с помощью спектрографов. Принцип их работы заключается в том, что отразившиеся от объектов излучение проходит через оптическую систему и с помощью диспергирующих устройств разлагается в спектр. Ширина выделяемых участков спектра обычно составляет 1-10 нм, а общее число каналов может превышать 200. Спктрометрирование проводится для использования оптических характеристик объектов земной поверхности в качестве дешифровочных признаков ( для распознавания объектов по их спектральной отражательной способности, для выявления продуктивности сельскохозяйственных угодий, состояния лесов и т.п. Характер подстилающей поверхности описывается коэффициентом яркости, интервалом яркости, спектральным коэффициентом яркости в зависимости от типа погоды (мокрая поверхность – один коэффициент яркости, сухая – другой), а также зависят от сезона съёмки (весна, лето, осень). СКЯ одного и того же объекта может изменяться 1. из-за изменения состояния поверхности 2. изменения освещённости поверхности 3. изменения состояния промежуточной среды. Все природные объекты можно классифицировать в зависимости от СКЯ на 4 группы (по данным Кринова Е.Н (1947г). 1. Объекты неживой природы – с почти неизменным значением СКЯ ( горные породы, почвы до появления растительности, строения). Спектральная яркость таких объектов зависит прежде всего от оптических свойств минералов, а также от их дисперсности и влажности. Растительный покров – обладает наибольшей спектральной селективностью по сравнению с другими объектами. Отражательные свойства растительных покровов в основном определяются четырьмя основными факторами: ◦ Оптическими свойствами зелёных листьев ◦ Геометрией растений ◦ Отражательной способности поверхности почвы, если растения не образуют сплошного покрова. ◦ Структурой растительного покрова. 70-90% солнечных лучей синего и красного участков света поглощается пигментами растений (хлорофиллом) и преобразуется в энергию, необходимую для фотосинтеза. В зелёной зоне – максимум отражения, поэтому глаз и воспринимает зелёный цвет растений. При всём многообразии кривые спектральной яркости зелёных растений имеют общую закономерность: два минимума  (синий диапазон)= 0,45 -0,47 мкм., в красном 0,68-0,69 мкм, два максимума - в зелёном 0,54-0,58 мкм и ближнем инфракрасном 0,7-1,3 мкм. Отражательная способность здоровых растений области длин волн более 1,3 мкм связана с содержанием воды в листьях – чем оно больше, тем ниже яркость. По мере роста и вызревания элементов растительности меняется их отражательная способность: молодая листва имеет наибольшую яркость, к середине лета (из-за увеличения содержания хлорофилла) яркость несколько снижается, при старении листьев (при потере хлорофилла) отражение снова увеличивается. На оптические свойства влияют недостаток питательных веществ, болезни, повреждение вредителями, что приводит к уменьшению поглощения и повышению отражательной способности. Геометрия растений существенно влияет на отражательные свойства, а из-за многократного отражения слоями листвы происходит увеличение отражательной способности. Основным же фактором является влияние почвенного покрова, структура растительного покрова и направление падающего излучения. 2. травянистая растительность 3. Сельскохозяйственные культуры 4. Леса и кустарники. Водные объекты Спектральная яркость воды падает с возрастанием длины волны солнечного излучения. Лучи ближней зоны ИК практически полностью поглощаются тонкой плёнкой воды, то есть можно дешифрировать только границы и поверхность водных объектов. Информация о водной толщи, а также о подводных объектах может быть получена в видимой области спектра. Свойство воды поглощать инфракрасное излучение широко используется для Д. границ водных объектов. Это свойство влияет на отражательные свойства содержащих воду объектов- почв, тающих снегов, льда, покровов болотной и водной растительности, понижая их интегральную яркость и яркость в ближнем ИК участке спектра. Так, яркость насыщенного водой снега примерно раза в три ниже , чем сухого. ЛЕКЦИЯ № 5 Географические основы дешифрирования 1. Компоненты ландшафта. Объекты местности встречаются не случайно, а образуют закономерные сочетания, которые называются природно-территориальными комплексами. Перед Д. тщательно изучают географические особенности ПТК по литературным и картографическим источникам. Основная единица ПТК – географический ландшафт. Это территория, однородная по происхождению, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием почв, растительности, животных. Компоненты ландшафта : геологический фундамент, рельеф, климат, гидрография, почвы, растительные и животные сообщества. Основные морфологические единицы ландшафта ( внешний признак) – фация и урочище. Фация- самый простой ПТК, в котором обнаруживается однородность природных условий (микроклимат, рельеф, почвы, элементарные растительные сообщества). Например, в овраге – склоны северные и южные, дно оврага. Составные части фаций, различающиеся между собой не более, чем на 10% свойствами почв, растительности и превышающие в поперечнике 25 см называются фрагментариями. Урочище –ПТК, состоящий из фаций, тесно связанных друг с другом (овраг, пойма реки, междуречье). Урочище –это участок, отличающийся от окружающей местности какими-либо естественными признаками. Например, поляна (луг) среди лесного массива и т.п. Набор закономерных урочищ представляют ландшафт. В ландшафте выделяют внешние и внутренние элементы строения. Внешние : рельеф, гидрография, растительность – изображаются на а/с и дешифрируются по прямым признакам. Внутренние : почвы – не изображаются на а/с и дешифрируются по косвенным признакам. 2. Основы индикационного дешифрирования. Индикатор – наблюдаемый на снимке признак (растительность, формы рельефа). Который характеризует труднонаблюдаемый объект (геологическое строения, глубина, минерализация поверхности). Индикаторы, применяемые при Д. подразделяют: 1. геоиндикаторы (характеризуют геологические условия) 2. литоиндикаторы (характеризуют механический состав отложений) 3. галоиндикаторы (характеризуют тип и степень засоленности почв) 4. гидроиндикаторы (характеризуют подземные воды). Рельеф – один из важных индикаторов внутреннего строения ландшафта. Его особенности зависят от формировавших его процессов. Его особенности зависят от формировавших его процессов. Например, по форме речной долины, её глубине можно судить о геологической структуре. Рельеф характеризует условия увлажнения, накопление минеральных и органических веществ. Крутизна склонов определяет развитие растительности, механический состав почв. Индикаторные свойства растительности основаны на тесных связях с местом обитания, то есть в пределах определённого данного ландшафта Основные индикаторные признаки растительности 1. облик (деревья, кустарник, трава) 2. видовой состав 3. ярусность и характер распределения отдельных видов и экземпляров. По виду растительности, её фототону можно судить о почвообразующих породах. На равнинах растительность служит индикатором рельефа: посевы сельскохозяйственных культур приурочены к выровненным участкам, с углами наклона обычно не превышающими 100 , в то время как лесная растительность занимает более крутые склоны. В горных районах наоборот – высота и крутизна склонов определяют характер почвенно-растительного покрова и служат индикаторами для распознавания растительности. Гидрография как индикатор характеризует форму рельефа, черты геологического строения, уровень грунтовых вод, условия микроклимата, тектонические изменения. Речная сеть характеризуется различными типами рисунков : радиальным, древовидным, параллельным, перистым, решетчатым. Радиальный – отражает антиклинальное или синклинальное залегание слоёв. Древовидный – слабо наклонённое или горизонтальное залегание. Параллельный – параллельное направление геологической структуры. Решетчатый – характеризует складчатые области с длинными складками. 3. Приборы, применяемые при дешифрировании. Увеличительные – монокулярные и бинокулярные лупы в основном с увеличением от 2 до 12Х. Существуют измерительные лупы, некоторые построены по схеме микроскопа, есть объектив и окуляр. Измерительные – синусные линейки, параллактические пластинки. Стереоскопические – стереоскопы, а также фотограмметрические приборы. Преимущества Д. на СПР, СД: 1. хорошие условия для стереонаблюдений 2. результаты фиксируются сразу на оригинале карты ( т.е не надо чертить на а/с). 3. процесс Д. совмещён с рисовкой рельефа, т.е. иногда горизонтали помогают отдешифрировать некоторые объекты. Недостатки : малая обзорность стереомодели и невозможность всё время следить за Д. по ходу процесса. Комбинированные приборы : интерпретоскоп. Обрабатывает снимки 30х30, 24х24 см, причём позволяет Д. негативы и позитивы. Увеличение от 2 до 15Х. Есть панкратическая система (сменные объективы), которая позволяет обрабатывать разномасштабные снимки. Для определения размеров предусмотрены перемещения по оси Х иУ, а также смещение параллакса по оси Х. Два наблюдательных тубуса (бинокулярных) для инструктора и ученика. Для цветных негативов могут применяться цветные светофильтры. Для изменения контраста снимка существует легко изменяемый диапазон освещённости. На приборе хорошо выполнять обновление, если карта выполнена на пластике, её тогда накладывают на изображение снимка. Недостаток – оформление результатов на приборе затруднено. Многоканальный синтезирующий проектор МСП -4 Зональные фотографии проектируются на один экран с увеличением 5Х. Фотографирование с экрана производят фотокамерой Пентакон -6 на цветную позитивную или негативную плёнку. Существуют также телевизионо-оптические приборы Д. снимков, где изображение сканируется электронно-лучевой трубкой. Но разрешение меньше, чем у а/с. Лекция № 6 Методы дешифрирования. 1.Топографическое Д. производится путём сочетания камеральных и полевых работ. В зависимости от технологии топографических работ, характера и изученности района применяются : 1. сплошное полевое Д. 2. Избирательное полевое Д. с последующим камеральным.( Маршрутное). 3. Камеральное сплошное. 4. Камеральное с последующим избирательным полевым. 1. Сплошное полевое Д. применяется в районах с большим количеством населённых пунктов и различных сооружений. Исполнитель обследует подряд все топографические объекты, сопоставляя их с а/с, определяет количественные и качественные характеристики и обозначает их упрощенными условными знаками. Хорошо видимые объекты на а/с вычерчивать не надо. Отсутствующий объект перечёркивается. Если объекты не изображены на снимках из-за малости размера, низкого контраста, замаскированности или старого а/с , их наносят промерами, накалывают и подписывают с обратной стороны. Абрис промеров иногда составляют в специальных журналах. Все опознанные объекты должны фиксироваться в этот же день согласно принятым условным знакам. По окончании Д. – полевой контроль. (Привести примеры производственных снимков, абрисы). 2. Маршрутное Д. – применяется в районах, сложных для Д. и одновременно географически недостаточно изученных, а также на местности, бедной контурами. Методика Д. включает: 1). Проектирование маршрутов перед выходом в поле; 2).Сплошное Д. намеченной полосы маршрута; 3). Камеральное Д. межмаршрутных пространств. Маршруты прокладывают по такой местности, чтобы полностью распознать сложные объекты, определить их характеристики, а остальные легко определить в камеральных условиях. Маршруты обязательно должны проходить по дорогам, тропам, вдоль ЛЭП, долинам рек. Маршруты проектируются по репродукциям накидного монтажа красным карандашом (оси), а затем переносятся на снимки. Обычно от оси маршрута откладываются в обе стороны 150-250 м ( в закрытой территории) и по 500м в открытой местности. Кроме полосы намеченного маршрута необходимо отдешифрировать определённые участки снимков с характерным сочетанием для данной местности фототонов. Такие участки называются станциями наблюдения. Станции охватывают площадь от 4 до 10 см2 , выбираются в местах, типичных для данного масштаба. Описание станций даётся в журнале, где отмечается, какому тону и текстуре соответствует какой тип растительности. Выделенный участок станции не заполняют условными знаками, а нумеруют. По мере необходимости на станциях делают зарисовки и фотографии объектов растительного покрова. (Привести пример описания станции). Камеральное Д. начинают с переноса на единую основу всех данных полевого Д. по маршрутам, станциям. Причём сейчас камеральное Д. проводится прямо в процессе составления графического оригинала карты. 3. Камеральное Д. может быть сплошным и с полевой доработкой. Сплошное камеральное Д. включает этапы: 1). Изучение редакционных указаний , содержащих краткую географическую характеристику района, сведения о съёмке, подбор существующего материала ( схемы, карты), описанием дешифровочных признаков, рекомендации по последовательности Д. 2). Общее ознакомление с изображением путём просмотра под лупой и стереоскопом. 3). Д. основных отчётливо распознающихся контуров (гидрографической сети, дорог, крупных контуров растительности). 4). Детальная последовательная обработка каждой стереопары с использованием эталонов. Д. или аэрофотографическим эталоном служит типичное фотоизображение того или иного объекта, которое характеризует изображение объектов данной категории при определённых условиях а/съёмки. Путём сопоставления с эталоном может производится Д. однотипных объектов на аналогичной территории. Эталоны классифицируют по содержанию и принципу выделения. По содержанию: 1). Отраслевые (содержат только один элемент- рельеф, гидрографию, геологическое строение). 2). Комплексные - аннотации всех природных фаций комплекса. По принципу выделения : 1). Систематические , которые характеризуют отдельные объекты в последовательности классификации (лес-редколесье-дерево-кустарник-трава-мох); 2). Территориальные – характеризуют комбинации объектов по ландшафтам, урочищам, фациям. Графически эталон может вычерчиваться условными знаками или обозначаться индексами. Чтобы не скрывался фототон, рядом прилагается чистый а/с. К эталону прилагаются наземные фотографии. Неоднократно делались попытки создать дешифровочный определитель, где по фототону, структуре, текстуре можно было определить любой объект. Но так как фототон зависит от СКЯ, от времени съёмки, даты, сезона, погоды, то это не увенчалось успехом. Поэтому ограничились созданием альбома, где показывается объект на обычной фотографии, а/с и его изображение условными знаками.(ПРИМЕРЫ ЭТАЛОНОВ). 4. Камеральное Д. с последующей полевой доработкой. Является основным методом. Сначала Д. и вычерчиваются уверено распознаваемые топографические объекты . На кальке отмечают участки, требующие детального обозначения. Обычно в осеннее-зимний период выполняют основной объём, а летом – полевые работы. Подлежащие Д. объекты разделяются на 2 категории :1). Объекты, которые изобразились на снимке , но их содержание известно не в достаточной степени (например, дома – КЖ илиДЖ, этажность, административность). Для этих объектов достаточно опросные сведения ( в администрации), их посещать не обязательно ; 2). Объекты, которые не изобразились , но они известны (источники, пещеры). Эти объекты необходимо исследовать на месте. Полевая доработка выполняется одновременно с полевым контролем качества камеральных работ. 2. Генерализация при дешифрировании. Информационная ёмкость снимков в тысячи раз превышает И.Ё. карты того же масштаба. Поэтому надо Д. только те объекты, которые будут потом изображаться на карте. Сущность генерализации – исключение избыточной информации при переходе от снимка к карте. Генерализация имеет 2 аспекта: 1). Картографический, базирующийся на правилах картографирования; 2). Оптический –выполняемый механически за счёт уменьшения масштаба а/с (исключаются мелкие детали). ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ – процесс выявления и отображения на картах существующих типичных свойств и характерных особенностей объектов. При Г. Надо учитывать типичные и особенные признаки местности. Особенные – то, что выходит за рамки типичного, но без них карта превратится в абстрактную схему. Отбор объектов производится по цензам и нормативам. Способ цензов – устанавливает минимальные размеры объектов ( например, дома с площади 4мм2 ). Способ нормативов – установление количества объектов, подлежащих нанесению. В этом случае от индивидуальных характеристик переходят к общим, присваивая им единый условный знак (например, характеристики леса). Цензы и нормативы зависят: от предельно допустимой нагрузки карты (здесь исходят из зрительного восприятия) и от требований потребителей карты, от характера местности( если незалесённый район - 5-10мм2 , залесённый – 25мм2 ).При установлении минимальных размеров передаваемых объектов исходят из того , чтобы в контур могло поместиться 2-3 условных знака (редко, когда преобладает один лишь тип растительности). А для установления количества объектов, надо хорошо ориентироваться а ландшафтоведении. Например, тундра состоит из 8 отдельных фаций : редколесье, кустарник, трава, лишайник, мох, болото, микрорельеф. А оставить надо 3-4 основных (редколесье, кустарник, болото). Иногда меняется форма оконтуренности. Конкретные правила генерализации устанавливаются после тщательного изучения географических особенностей и обычно перечисляются в редакционных указаниях. е. изображаться на карте. аба. имо иследовать ома - КЖ ик-трава-мох) материа ЛЕКЦИЯ №7 Дешифрирование различных топографических объектов. Рельеф Выявляются формы рельефа, имеющие обнажённые, незадернованные склоны и не показывающиеся горизонталями : береговые валы, уступы и бровки, ямы и бугры, курганы, промоины, обрывы, осыпи, скалы, горные ледники. Искусственные сооружения: насыпи, выемки, плотины, рвы, карьеры даются с обязательной характеристикой ( характер грунта, глубина, высота, характер разработок). Гидрография – распознаются по чётким очертаниям береговой линии и фототону. На тон изображения влияют : глубина, цвет дна, чистота и прозрачность воды, её окраска, волнение, наличие водной растительности. Чем темнее тон – тем глубже река, но тёмный тон дают также илистые, глинистые или торфяные грунты. Мелкие реки с песчаным или каменистым дном имеют светлый тон на а/с. Берега подразделяют на отлогие и обрывистые, с пляжем и без пляжа, а по характеру грунта – на скалистые, каменистые, галечниковые, песчаные, илистые. При полевом Д. устанавливают : географические названия, судоходные участки, ширину, глубину и грунт на дне реки, качество воды (солёное или несолёное), поверхностная скорость. Указываются также объекты водоснабжения и мелиорации: каналы, дамбы, естественные и искусственные источники, плотины, шлюзы с их характеристиками. Часто береговая линия скрыта кронами деревьев, поэтому её уточняют с помощью стереоскопа, а при полевом Д. – уточняют размер кроны. Растительность Разграничение растительности производят по облику : деревья, кустарники, травы, мхи, лишайники. Лесом считается совокупность древесных растений, высотой свыше 4м и занимаемой площади 20% от всего снимка. Д. растительности бывает контурное и таксационное. Контурное – выделение различных площадей одинаковых категорий. Таксационное - выделение растительности в фациях, урочищах, ландшафтах. Древостой Д. по фототону, зернистости , величина которой зависит от размеров и строения крон на местности. Еловые и пихтовые леса : Н от 25-40 м, тон тёмный, тени конусообразные и иглообразные. Сосновые – Н до 35 м, тёмно-серый тон, кроны округлые, «без провалов», как у елей. Лиственные леса - Н= 25-30м, дубовые до 40м. Кроны –однообразно округлой формы светло-серого тона, тени эллипсообразные. Редколесье – небольшие серые пятна с тёмными промежутками. Поросль леса – высота деревьев до 4м. Нечёткая зернистая структура, ровный полог и светлый тон изображения. Кустарники – мелкозернистая «смазанная» форма рисунка, серый или тёмно-серый тон, небольшие падающие тени, округлая форма контуров. Приурочены к поймам рек, днищам оврагов, балок, опушкам степных дубрав. Большинство видов травянистой и моховой растительности не создаёт специфического фоторисунка и не имеет прямых дешифровочных признаков, Д. в основном по косвенным. Болотам – присуща неправильная форма и плавные круглые очертания, извилисто-полосчатый рисунок. Бугристые болота выделяются мозаичным рисунком. Солончаки – очень светлый тон с серыми, размытыми пятнами. Населённые пункты – дешифрируются полевым методом. Показываются все промышленные объекты с указанием рода производства. Основная часто встречающаяся ошибка – здания показываются не по основанию. Дороги. Железные дороги более прямолинейны, а повороты округлые с большим радиусом кривизны, они в основном на насыпях, вдоль – наличие различных казарм, будок в полосе очуждения. Автострады – более широкие, имеют разделительную линию, путепроводы, многочисленные дороги-съезды. Отличить от простого шоссе по фототону трудно. Также трудно различить щебень или гравий. Имеют более крутые повороты, и чем ниже класс дороги, тем меньше радиус кривизны. Улучшенные дороги или шоссе обязательно имеют канавы. Чем светлее тон просёлочных дорог – тем наезжаней дорога. Трассы линий электропередач и трубопроводов меняют направление под углом. ЛЕКЦИЯ № 8 Дешифрирование космических изображений. 1. Общие сведения Космическая съёмка в настоящее время выполняется : 1. метеорологическими искусственными спутниками Земли –ИСЗ. 2. пилотируемыми космическими кораблями- ПКК. 3. автоматическими космическими кораблями –АКК. 4. пилотируемыми орбитальными станциями 0ПОС. 5. межпланетными автоматическими станциями – МАС. 6. долговременными орбитальными станциями –ДОС. 7. другими космическими летательными аппаратами – КЛА. При космической съёмке используются в обязательном порядке следующие типы бортовой аппаратуры 1. системы среднего разрешения (200-300м) с захватом до 1000 км, работающие в 4-6 спектральных интервалах, включая ИК-область. 2. системы высокого разрешения (50-80 м) с захватом до 400 км, работающие в 6-8 спектральных каналах, включая ИК-область. 3. системы сверхвысокого разрешения (10-30 м) с захватом до 150 км, работающие в 4-8 спектральных каналах и ИК-области. Фотографические системы чаще устанавливают на ПКК, ДОС, на ИСЗ – телевизионная аппаратура. 2. Классификация космических снимков. А) по обзорности. Тип обзорности Элемент охвата Космическая Съёмочная система Высота съёмки Масштаб Разрешение Глобальные Освещённая часть плане- ты, весь ма- терик. МАС –«Зонд» ИСЗ»Молния» 20-30 тыс. км 1:100000000 И мельче Несколько десятков и Сотен км. Региональные Часть мате- рика, пло- щадь 100000 км2 ИСЗ «Метеор», «Тайрос», «НИмбус», ПКК и ДОС 2-3 тыс. км 1:10000000 1:5000000 Единицы км, Сотни м. Локальные Части гео-графических районов , площадь десятки тыс. км2 ПКК, ДОС, АКК, ИСЗ, «ЛАНдсат» 400-600 Км. 1:1000000- 1:5000000 Десятки меторв Детальные Отдельные участки местности ПКК, АКК 200 км. 1:1000000- 1:100000 Несколько метров. Б). По масштабу Мелкомасштабные - 1:100000000 – 1:10000000 Среднемасштабные – 1:10000000 – 1:1000000 Крупномасштабные – 1:1000000 и крупнее. В). По пространственной разрешающей способности ( по величине размера на местности) Очень малое разрешение - десятки км ( с МАС, ПКК, ИСЗ, с помощью сканирующих радиометров). Малое разрешение – 1км (телевизионные снимки с ИСЗ). Среднее разрешение – 100м (телевизионные снимки с ИСЗ»Метеор», «Ландсат», а также с ПКК и ДОС широкоугольной фотоаппаратурой. Высокое разрешение – десятки метров (ПКК, ДОС,АКК- фотоаппараты). Очень высокое разрешение – единицы и доли метра (с низких орбит длиннофокусными ф/аппаратами). По разрешающей способности позитивного отпечатка снимки бывают : 1). Малодетальные R=5мм-1 (снимки с метеоспутников). 2). Среднедетальные R=10мм-1 (стандартная ф/аппаратура). 3). Информативные R=20мм-1 (МКФ-6). Основное отличие космических снимков от а/с – обзорность, мелкомасштабность и генерализация изображений. Мелкомасштабность с одной стороны увеличивает обзорность, что необходимо в геологии и метеорологии, с другой стороны приводит к потере деталей. Генерализация имеет естественный характер и приводит к интеграции небольших деталей, элементов естественного и культурного ландшафта, что составляет основу содержания обычного снимка. Поэтому на космическом снимке на первый план выступают наиболее крупные детали регионов. Генерализация зависит от 3 факторов6 1. масштаба. 2. атмосферы (уменьшается интервал яркости, прорабатываются только среднеяркие детали). 3. кривизна Земли. 4. Технология дешифрирования космических снимков. 1. Географическая привязка : установление района съёмки, подбор карт (тематических и географических), определение масштаба, съёмочного канала и сезона выполнения съёмки. Съёмочные каналы используются в многозональных (многоспектральных) фотографических системах. Изображение с помощью светофильтров получают в интервале спектра от 0,4 до 1,1 мкм в сравнительно узком спектральном интервале (0.1 мкм) при использовании 4-6 и более каналов. Размер негатива 70х91 мм, полезная площадь 55х81 мм, оптимальными каналами в видимой части спектра являются 0,54 -0.56; 0,66-0,68; 0,77-0,81 мкм. Для географической привязки используются карты, масштаб которых в 1,5-2 раза крупнее снимков. 2. Визуальное дешифрирование. Основным дешифровочныи признаком является тон и структура изображения, особая маскирующая или индикационная роль отводится растительности. Д. космических снимков ближе к Д. фотосхем. Наиболее предпочтительны контактные снимки или проекционные с 3-4 кратным увеличением. Использование стереоприборов затруднено, так как из-за кривизны Земли и больших углов наклона снимков стереоэффект наблюдается на ограниченном участке снимка. 3. Дешифрирование отдельных топографических объектов на К.С. Лекция № 9 Автоматизация дешифрирования. Всё разнообразие приёмов и способов получения информации со снимков сводится к двум основным методам :визуальному и автоматизированному. Под визуальным дешифрированием понимается процесс, выполняемый исполнителем независимо от того, в каком виде представлен снимок : в виде фотоотпечатков или изображения на экране компьютера, в противоположность автоматизированному Д., то есть запрограммированной обработке снимков на компьютере или на специально предназначенных для этого приборах. Существовавшее некоторое время назад представление о том, что автоматизированное Д. полностью заменит визуальное, оказалось неверным. По мере более широкого использования цифровых снимков получило развитие визуальное Д. изображений на экране компьютера Это объясняется тем, что способности анализировать изображение пока существенно превосходят возможности вычислительной техники. Сопоставление двух методов Д (основные черты и специфика). СТР,98 Визуальное дешифрирование Автоматизированное дешифрирование Анализ изображения выполняется на уровне объектов, размеры которых в несколько раз больше разрешения (пикселов) Анализ изображения выполняется на уровне отдельных пикселов Количественные оценки (площадей, длин) может быть получены лишь приближённо: для точного определения необходимы дополнительные действия и инструменты Количественные оценки площадей, длин и т.п. могут быть получены с высокой точностью (с учётом размера пиксела) Анализ яркостей (тона изображения) на чёрно-белых изображениях возможен в пределах 7-12 ступеней, при этом преобладают относительные оценки (сопоставление яркостей) Детальный и точный анализ яркостных различий ограничен лишь свойствами цифрового снимка, возможны яркостные преобразования, направленные на улучшение дешифрируемости объектов (увеличение контраста, квантование, цветокодирование) Совместный анализ зональных снимков ограничен, т.к. сопоставление более чем двух снимков затруднительно; более эффективен анализ цветного синтезированного снимка Возможен исчерпывающий анализ многозонального снимка, включая вычисления по зональным изображениям разного рода показателей, компонентный анализ, классификацию Фома объектов в плане определяется легко и однозначно Определение формы объектов в плане – сложная задача, в настоящее время программными средствами не решается Форма объектов в пространстве (их вертикальная протяжённость) легко определяется по паре смежных снимков с использованием простых стереоприборов , а на одиночном снимке – по тени объектов Форма объектов в пространстве может быть определена на паре смежных снимков с использованием соответствующих программ и стереоочков, на одиночном снимке определение практически невозможна. Получение пространственной информации (выявление особенностей пространственного размещения объектов) не вызывает затруднений Технические возможности получения пространственной информации ограничены Анализ изображения выполняется по совокупности дешифровочных признаков, широко используются косвенные признаки, а также логические заключения На современном уровне преобладает анализ лишь одного дешифровочного признака (яркости или структуры изображения), использование всей совокупности, а тем более косвенных признаков практически невозможно Возможно дешифрирование сразу в логически выверенной легенде Используются простые, часто лишённые логики легенды; для перехода к окончательной легенде может потребоваться несколько промежуточных этапов Результаты Д. в определённой степени субъективны Результаты цифровой обработки (математических операций) объективны, на в существенной степени зависят от параметров, заданных исполнителем. Проблема автоматизации Д. возникла в связи с большим объёмом доставляемой информации. Это сложная проблема, т.к. при автоматизации необходимо выявить и распознать объект среди массы других в том виде, в каком он получился на снимке. Кроме того объекты часто перекрывают или маскируют друг друга. Успеха можно ожидать для автоматического Д. в узко специальных областях. Автоматы для распознавания образов находят применение при обработке материалов метеорологической информации, а также при ландшафтном Д. Автоматы позволяют определять таксационные характеристики лесных массивов, количество крон данной породы, общую протяжённость массива, средний диаметр ствола, запасы древесины в куб. метрах. Значительно меньше автоматизация коснулась топографического Д. Причины: 1. упрощается и искажается информация снимка. 2. сложное явление расчленяется на сумму простых, при этом теряется целостность явлений. 3. А.Д. производится в отрыве от окружающей среды без учёта всех дешифровочных признаков. Направления А.Д. : 1. Автоматизация распознавания по прямым демаскирующим признакам – осуществляется фильтрацией избыточной информации с выделением одного вида (или небольшого числа видов) объектов, либо определённого характера участка местности. (Распознающая система «Прецептрон»). 2. Распознавание объектов фотометрическим способом – основано на статистическом анализе микрофотометрических регистрограмм исследуемого и эталонного фотоизображений. Статистический анализ сводится к вычислению с помощью ЭВМ средних значений и средних квадратических отклонений элементов рагистрограмм и эталонов. 3. Спетрофотометрический способ предполагает использование геометрических, фотометрических и спектрофотометрических характеристик. Автоматизация ускоряет процесс Д., но полностью не устраняет участие в ней человека, поэтому первая цель автоматизации – освобождение дешифровщика от непроизводительного поиска дешифрируемых объектов. Например, из большого числа фотоснимков открытой, однообразной местности с малым числом искусственных объектов можно быстро обнаружить и выделить фотоснимки, содержащие изображение объектов с правильным геометрическим очертанием (т.е. искусственные объекты). Устройства для автоматизации распознавания разделяют на 2 группы: 1.Устройства, распознающие изображение по определённым, заранее подобранным признакам. 2.Самообучающиеся устройства, которые сами вырабатывают оптимальные признаки. Автоматы первой группы делятся : • На детерминированные устройства, которые опознают изображения путём сопоставления размеров и формы опознаваемых изображений. • Устройства, опознающие изображения по статистическим характеристикам (метод оптической корреляции). Детерминированные устройства применимы к опознаванию силуэтных и контурных изображений, характеризующихся двумя градациями тонов. В случае опознавания полутонового изображения, его нужно предварительно преобразовать в двухградационное. Простейший метод опознавания – метод шаблонов (совмещения с шаблоном). Метод предусматривает оптическое проецирование опознаваемого объекта на шаблоны, набор которых исчерпывает всю совокупность классов изображений. Измерение светового потока, прошедшего через шаблон, позволяет установить степень соответствия изображения и данного шаблона. Недостаток : необходимость одинаковой ориентации изображения и шаблона, многие объекты закрыты или полузакрыты деревьями, поэтому неизбежны ошибки. Метод оптической корреляции использует последовательное сопоставление опознаваемого изображения с шаблонами, но учитывает соответствие лишь наиболее существенных элементов формы, проявляющихся в наличии корреляционной связи между определённым классом изображений и соответствующим эталоном. Основным отличием самообучающихся автоматов является то, что машина в процессе обучения сама извлекает необходимые признаки, выбирает оптимальные их варианты, которые накапливаются в её памяти и в дальнейшем по этим признакам опознаёт объект. Эти автоматы используют при классификации однородных изображений.