Аэрокосмические методы в геологии

    Самолётные  съёмки ведутся на разные виды плёнки, чувствительные к разным участкам спектра: в видимой области спектра - это  аэрофотография; в более длинных  волнах - это инфракрасная и тепловая, а также активная радиолокационная. Наиболее важной из них является аэрофотосъёмка, которая в зависимости от направления оптической оси съёмочной камеры разделяется на плановую и перспективную. В зависимости от характера покрытия местности снимками, аэросъёмку подразделяют на выборочную, маршрутную и многомаршрутную.

    На  практике наибольшее распространение  получила плановая площадная многомаршрутная  аэрофотосъёмка. При этом прокладывается ряд параллельных маршрутов, расположенных  с таким расчётом, чтобы аэрофотосъёмки, получаемые по смежным маршрутам, перекрывали друг друга. Такое перекрытие является поперечным и составляет, как правило, 20-30 % площади снимка. Продольное перекрытие, т.е. перекрытие снимков вдоль маршрута - много больше и составляет обычно 60-80 %. Как правило, для составления карт территорий с сильно расчленённым рельефом требуется большее перекрытие. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4.СОВРЕМЕННЫЕ  СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЙ

    4.1. Российская космическая система  ДЗЗ    

    Быстрое развитие технических средств ДЗЗ  с авиа-, а затем и с космических  носителей в конце ХХ в. – с  вовлечением в сферу практического  использования всё новых участков спектра электромагнитного излучения, повышением разрешающей способности аппаратуры и материалов, переходом на цифровые системы приёма и передачи информации приводят к коренному обновлению технологий космоаэрогеологических исследований.

    Эксперт CNews, анализировавший подготовленную Роскосмосом Концепцию развития российской космической системы  ДЗЗ на период до 2025 года, остался  не вполне удовлетворен увиденным. Вопросы  фундаментальной для отрасли  и страны значимости остались в стороне. Авторы концепции, текст которой был обнародован ГИС-Ассоциацией, резонно отмечают, что на сегодняшний день орбитальная группировка спутников ДЗЗ России практически разрушена: правда, на орбите находятся спутники "Монитор-Э" и "Ресурс-ДК", однако их полноценная эксплуатация еще не началась, а реальные характеристики и возможности по-разному оцениваются специалистами.     

    Недостаточно  проработанным видится состав будущей  системы ДЗЗ. Предусматривается, что  при полном развертывании в 2020-2025 гг. российская орбитальная группировка должна будет включать не менее 9 космических систем и комплексов ДЗЗ. Такого обилия систем и комплексов сегодня нет ни у кого в мире - это слишком дорого и никому не нужно. Вопросы вызывает и идея совместного размещения оптической аппаратуры сверхвысокого разрешения (0,5-1 м) и среднего разрешения на спутниках оперативного наблюдения. Дело в том, что принцип работы спутников сверхвысокого разрешения требует наведения телескопа на цель и быстрого перенацеливания аппарата, что практически исключает возможность одновременной работы других датчиков среднего разрешения. По крайней мере, на всех спутниках с разрешением 1 м и менее (Ikonos, QuickBird, OrbView-3, Ресурс-ДК) дополнительные системы среднего разрешения отсутствуют.

    В то же время Россия остро нуждается в спутниках оперативной съемки с набором датчиков среднего и низкого разрешения одновременно - типа IRS-P6, SPOT-5. Комбинация таких датчиков позволяет оперативно обнаруживать изменения сканерами низкого и среднего разрешения (10-250 м), а затем детализировать их с помощью систем разрешением 2-6 м. Кроме того, России крайне нужна система класса Landsat с многоспектральным широкозахватным сканером, который бы позволял ежегодно покрывать съемками всю территорию России с разрешением 15-30 м с 7-8 спектральными каналами для контроля природопользования, геологической разведки и экологического мониторинга. Россия уже много лет нуждается в космических радарах для съемки полярных областей и ледовой разведки из-за малого числа ясных дней, благоприятных для оптических наблюдений. Канада, создавшая успешную коммерческую программу RADARSAT-1, планирует создать систему из 4 малых радарных спутников для оперативного мониторинга Арктики, где сегодня многие страны активизировали хозяйственную деятельность (это предмет особого беспокойства Канады). Но в России, которая имеет обширные территории в Арктике, Роскосмос не планирует создание многоспутниковой системы космических радаров.

    Зато  в концепции фигурируют две многоспутниковые системы мониторинга землетрясений и ЧС, а также лесопожарного мониторинга, эффективность которых еще предстоит доказать. Пока другие страны мира не спешат разворачивать аналогичные средства. Возможность уверенного прогнозирования землетрясений датчиками с орбиты предстоит еще довести от стадии экспериментов до серийных образцов, поэтому непонятно уверенное стремление Роскосмоса быстрее создать многоспутниковую систему из аппаратов с неотработанной технологией.

    Наконец, для картографии не обязательно  запускать специализированный картографический космический комплекс, как предусмотрено Концепцией - сегодня только Индия вывела на орбиту аналогичный аппарат, и разумность подобного решения еще предстоит доказать.

    За  пределами Концепции осталась и  существующая до сих пор в России несовершенная организационная схема разработки и эксплуатации программ ДЗЗ. За рубежом для повышения ответственности разработчиков и создания совершенных по параметрам систем ДЗЗ практикуется разделение ответственности: космическое агентство (например, NASA или ESA) отвечает за разработку и запуск спутника, а организация-оператор (например, NOAA, USGS, EUMETSAT) принимает спутник к эксплуатации и отвечает за оперативную эксплуатацию системы. Организации-операторы несут ответственность также за формирование облика перспективных систем. В России исполнение всех функций взяло на себя агентство Роскосмос. Неизвестно, пойдет ли это на пользу делу - даже в двадцатилетней перспективе.

    Реальность: анализ снимков "Ресурс-ДК"

    А теперь о том, что есть: первые изображения, переданные российским спутником дистанционного зондирования Земли "Ресурс-ДК", не только подтверждают работоспособность бортовых систем и целевой аппаратуры, но и наглядно демонстрируют масштабы успеха отечественных разработчиков, а также те трудности, которые им удалось преодолеть. Научный Центр оперативного мониторинга Земли представил первые изображения, полученные камерами российского спутника "Ресурс-ДК". Аппарат был выведен в космос 15 июня 2006 года ракетой-носителем "Союз-У". По данным фрагментам можно получить представление о характеристиках получаемой информации на начальном этапе летных испытаний. По завершении этапа летных испытаний и после ввода "Ресурса-ДК" в штатную эксплуатацию потребители получат возможность заказа информации.

    Таблица 3. Тактико-технические и целевые характеристики спутника "Ресурс-ДК" (данные НЦ ОМЗ)

    Специалисты по системам приема спутниковой информации, анализируя первые изображения, в первую очередь подчеркивают их крайнюю важность для страны. Важность создания в России такой системы нельзя недооценивать - она представляет собой существенный шаг вперед по сравнению с космическими системами предыдущего поколения, без которого дальнейшее развитие систем мониторинга Земли из космоса невозможно. Заслуги разработчиков аппарата из самарского ЦСКБ "Прогресс" достойны высших оценок. Разумеется, от принципиально нового спутника нельзя требовать невозможного.

    Отмечаются  характерные особенности изображений, обусловленные спецификой камер  аппарата - например, характерные разноцветные штрихи от движущихся автомобилей на синтезированном из цветного изображении (г. Измир), вызванные не одновременной съемкой различных каналов. Ряд признаков (в частности, эллиптичность цистерн на снимке) изображения аэродрома во Франкфурте, снятого с малым креном, могут говорить о том, что, вероятно, оно подверглось заметной геометрической коррекции. Но, тем не менее, представленные изображения наглядно демонстрируют главное - у России появился собственный аппарат дистанционного зондирования, способный стать основой для создания аппаратов, которые ни в чем не будут уступать даже лучшим мировым аналогам.

    4.2. Цифровые системы съёмки

    Из  космических цифровых (сканерных) систем съёмки представляют интерес американские спутники серии LANDSAT, функционирующие с 1972 г. На спутниках LANDSAT устанавливали два типа цифровой аппаратуры: MSS (multispectral scanner) и TM (Thematic Mapper). MSS снимает 4 зоны спектра. Пространственное разрешение около 80 м, радиометрическое разрешение - 6 бит (64 градации яркости в каждой зоне спектра). Сканер TM имеет 7 зон съёмки. Пространственное разрешение 30 м, радиометрическое разрешение - 8 бит (256 градаций яркости в каждой зоне спектра). Площадь кадра LANDSAT 185x170 км, т.е 31 450 км² (рис. 4).

    Американские  метеоспутники NOAA запускаются с 1960 г. Их полярная орбита имеет наклонение 98,89 градусов, т.е. они в состоянии  снимать практически всю поверхность  Земли, включая полярные районы. Съёмки ведутся в 5 каналах, пространственное разрешение 1 100 м, полоса охвата 2 700 км.

    Французская космическая система SPOT функционирует  с 1986 г. Пространственное разрешение 10 м в чёрно-белом панхроматическом диапазоне и 20 м в многозональном режиме (три диапазона). Размер кадра 60x60 км (рис. 5).

    Индийские спутники IRS ведут съёмку в 4 диапазонах с разрешением около 20 м. Размер кадра 145 км.

    Самое высокое пространственное разрешение в панхроматическом режиме на сегодняшний  день имеют: корейский спутник Kompsat-2 - 1 м (рис. 6), израильский спутник EROS-B1 - 70 см (рис. 7) и американские спутники Ikonos - 1 м (рис. 8), Quick Bird II - 61 см (рис. 9) и WorldView-1 - 47 см (рис. 10).

    В России работают цифровые системы низкого  и среднего разрешения на базе ИСЗ  серии «Метеор», а также цифровые системы высокого разрешения на базе спутников серии «Ресурс-О» и «Океан». Снимки со спутника «Метеор» распространяет НПО «Планета» (Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды). Пространственное разрешение этих снимков 700x1400 м, ширина полосы охвата 3 100 км.

    Определённый интерес в целях использования в ГИС представляют снимки со спутников серии «Ресурс-О» и «Океан». Эти спутники оборудованы сканерами МСУ-СК (5 диапазонов съёмки, пространственное разрешение 160 м) и МСУ-Э (три диапазона съёмки, пространственное разрешение 40-45 м) (рис. 1).