Роль и значение аэрокосмических методов в географических исследованиях

Воздухоплавание

4 июня 1783г. в небольшом французском городке Анноне братья Жозеф и Этьен М онгольфь е впервые запустили воздушный шар, наполненный горячим воздухом и тем самым практически доказали возможность свободного полета. В этом же году был запущен воздушный шар заполненный водородом и клеткой с животными, а 21 ноября 1783 г. впервые на монгольфьере поднялись люди - Пилтар де Розье и маркиз д'Арманд. Первый полет на воздушном шаре в Минске состоялся только через 106 лет, его совершил Станислав Дравницкий.

Впервые воздушный шар в военных целях использовался во Франции в битве при Флерюсе 12 июля 1794 г., где французские войска одержали победу, в значительной степени благодаря аэростату «Предприимчивый».

В научных целях воздушные шары начинают использоваться с 1803 г. во Франции, где Робертсон предпринимает первые попытки изучения магнитного поля с аэростата, а 16 сентября 1804 г. Гей-Люссак с аэростатов на высотах более 6000 м занимался изучением атмосферы.

В 1833 г. впервые Ч.Уинстоном был изобретен прибор, названный стереоскопом, с помощью которого можно было получать объемное изображение объектов. Он впервые объяснил механизм зрительного восприятия трехмерного изображения.

Новый этап в развитии дистанционных методов изучения Земли связан с изобретением фотографии, которое относится к 7 января 1839 г. Именно в этом году было обнародовано изобретение дагерротипии - закрепление изображения, получаемое камерой, на посеребренной медной пластинке, покрытой светочувствительным слоем. Авторами изобретения были физик Ньепс и художник Д. Даггер, которые использовали открытие Шульца установившего в 1727 г. светочувствительность галлоидных солей серебра, а также изобретение Леонардо да Винчи, который еще в 1500 г. дал первое точное описание камеры-обскуры, без которой было бы невозможно получение изображений на светочувствительных слоях. Термин «фотография» появился также в 1839 г. и в этом же году Фредриком Перуа была получена первая фотография, на которой было запечатлено Солнце. С появлением первой фотографии уже в 1840 г. французским ученым Арго были отмечены большие возможности использования ее в топографических целях. В 1841г. был разработан и изготовлен фотографический объектив, состоящий из нескольких линз (Пецваль). Однако первая фотография с воздушного шара была получена Феликсом Турнашоном только почти через 20 лет после ее изобретения, известным больше под псевдонимом Надар, который был другом писателя Жюля Верна. В 1855 г. у Надара зародилась идея сфотографировать поверхность Земли для составления планов местности. В 1858 г. ему удалось получить с привязного аэростата единственную фотографию небольшой деревеньки под Парижем.

Последователями Надара стали американцы Кинг и Блок, которые в 1860г. с привязного шара фотографировали г. Бостон. В 1862 г. во время гражданской войны североамериканские войска успешно использовали фотоаппарат при рекогносцировках с привязных аэростатов г. Ричмонда. Полученные фотографии этого города с высоты 350 м отличались более высоким качеством, на них город был разбит на квадраты, а с рекогносцировочного воздушного шара передавались по телеграфу точные сведения о передвижении войск противника по этим квадратам. Сложность в получении качественных снимков с воздушных шаров заключалась в колебательных движениях шара и отсутствием высокочувствительных материалов.

Первое фотографирование со свободного аэростата фотоаппаратом, снабженным затвором, работающим с выдержкой 1/20 с и заряженными сухими пластинами, было выполнено в 1880г. Павлом Демарэ под Руаном с высоты 1100 м. В России первые фотографии с воздушного шара были получены поручиком А. М. Кованько 18 мая 1886г. с высот 800, 1000, 1200 м. На первой из них была запечатлена река Нева, на второй – Васильевский остров, на третьей – Петропавловская крепость.

Полученные первые фотографии с воздушного шара получили высокую картографическую оценку. Так Л.Н. Звагинцев, который выполнял воздушные съемки первым специальным аэрофотоаппаратом В.И.Серезневского в своей книге (1887г.) писал «... снимки с шара... далеко превосходят все, что до сих пор было сделано в области геодезических съемок. В особенности в местностях плоских и лесистых им без сомнения принадлежит будущность. Недалеко то время, когда будет казаться странным, как могли так долго обходиться без воздушных снимков».

Роль фотографий получаемых с воздушных шаров значительно возросла с открытием новой технической дисциплины под названием фотограмметрия. Изобретателем фотограмметрии считается французский инженер Э.Лосседа. В его честь французская академия наук учредила премию имени Э.Лосседа, которой был награжден русский создатель нескольких поколений отечественных объективов для фотоаппаратов М.М.Русинов.

Еще до появления фотографии в 1791г. французским гидрографом Ботаном-Бопрэ был реализован способ развертывания перспективного рисунка местности в ее план. Этот способ был описан автором в 1835 г. и основывался на труде Ламберта по свободной измерительной перспективе, опубликованной еще в 1759г. С именем Ламберта связаны два важных направления дистанционных методов – фотограмметрия и оптика ландшафта, он также подготовил решение задачи по построению планов с помощью фотоизображений.

В 1898г. русским инженером Р.Ю. Тилле был сконструирован и создан для воздушных съемок новый аппарат - панорамограф. Аппарат состоял из семи объективов: один в центре, а остальные шесть - по окружности вокруг него. С помощью этого аппарата можно было получить фотографию земной поверхности от горизонта до горизонта. С помощью панорамографа Тилле впервые осуществил маршрутное фотографирование для создания плана местности.

Конец XIX столетия ознаменовался открытием К.Пульрихом новой дисциплины стереофотограмметрии, а в начале 1900г. им же был создан стереокомпаратор, для стереоизмерений пары снимков полученных с помощью фототеодолита, в котором был применен способ двух марок.

Конец ХIХв. начало XXв. ознаменовалось широким использованием аэростатов в различных областях науки и практики. Решаются различные научные задачи, связанные с изучением атмосферы и для метеорологических целей. В 1904-1905гг. воздушные рекогностировки и фотографирование с аэростатов широко использовались в русско-японской войне.

Большую роль для развития дистанционных методов в России сыграло Русское техническое общество, в котором было организовано два отдела: V отдел - фотографический (1878г.) и VII отдел - воздухоплавания (1880г.). Значительное участие в проведении научных исследований с воздушных шаров принимает Русское географическое общество.

Дальнейшее развитие воздухоплавания шло по двум направлениям. Первое направление заключалось в разработке управляемых воздушных шаров. Второе направление было связано с конструированием аэростатов для полетов на большие высоты.

Авиация

Первый аэроплан изобрели и подняли в воздух в декабре 1903г. американцы братья Вильбур и Орвил Райт, который смог продержаться в воздухе 39с. Авиаконструированием занимались и другие французы, которые стремились первыми взлететь в воздух. Первому это удается осуществить в 1906г. Сантосу-Дюмону, который поднимается в воздух на самолете своей конструкции и пролетает 70 м. Однако первое фотографирование с самолета все же было выполнено Вильбуром Райтом в 1909г.

В 1910г. в России С.А.Ульянин создал фотоаппарат для съемки с аэроплана. В 1913г. офицер русской армии В.Ф.Потте впервые изобрел и создал пленочный полуавтоматический аэрофотоаппарат для маршрутной и площадной съемки. Фотопленка из гибкого материала была создана в России в 1879г. И.В.Болдыревым.

Авиация начинает широко использоваться не только как транспортное средство, но и для проведения фотографирования и визуальных наблюдений. Быстрому развитию аэрофотосъемки способствует уже имеющаяся техническая база, которая была создана в период воздухоплавания. Широко начинают использоваться, многообъективные аэрофотоаппараты конструкции Ф.В.Дробышева, немецкой фирмы К.Цейс, которые отличались от панорамографов тем, что у них использовалась одна камера с несколькими объективами. Другим направлением в развитии аэрофотоаппаратостроения явилось и конструирование и создание широкоугольных и сверхширокоугольных камер, снабженных ортоскопическими объективами, позволяющими вести фототопографические работы. В СССР это направление возглавлял известный конструктор М.М. Русинов. Определенный вклад в конструирование фотоаппаратов внес белорусский фотограф Сизигмунд Сикорский, который в 30-е годы изобрел затворку для фотоаппарата.

Авиация начинает широко использоваться в научно-практических целях. В 1914г. русским летчиком И.И. Нагурским были выполнены аэровизуальные наблюдения в Арктике при поисках экспедиции Седова. В 1915г. уже по аэрофотоснимкам была составлена карта Мазурских болот. В 1919-1920гг. аэрофотосъемка использовалась во Франции при гидрографических работах, а в США и Канаде в лесном деле.

Становление гражданской аэрофотосъемки в России, которое происходило в 20-е годы, связано с именем М.Д. Бонч-Бруевича, которого по праву называют, дедушкой русской аэрофотосъемки. Автоматические аэрофотоаппараты, приобретенный опыт аэрофотосъемочного самолетовождения позволили сплошь покрывать аэрофотоснимками значительные территории. Одной из первых таких крупных работ была аэрофотосъемка марийских лесов с изготовлением по аэрофотоснимкам уточненных фотосхем.

Топографо-геодезическая служба приняла на вооружение аэрофотосъемку, для производства которой нужна ясная солнечная погода, не сразу, а лишь в 30-е годы. Сначала внедряется в картографическое производство комбинированная съемка (Н.М. Алексапольский, Г.Ф. Гапочко, 1930), при которой по аэрофотоснимкам составлялась только контурная часть, а затем и стереотопографическая съемка, предусматривающая и рисовку рельефа по стереопарам аэрофотоснимков путем трассирования горизонталей на оригинальном приборе-стереометре (Ф.В.Дробышев, 1934). Рассчитан и изготовлен широкоугольный ортоскопический с достаточной светосилой аэрофотосъемочной объектив (М.М.Русинов, 1935) упростивший задачу получения топографических аэрофотоснимков обширных территорий. Интенсивно развиваются теоретические вопросы аэрофототопографии (Л.М.Гольдман, Н.Г.Кель, М.Д.Кокшин, В.Я.Михайлов и др.).

Получают развитие спектрофотометрические исследования (Е.Л.Кринов, 1947). Химическая промышленность освоила выпуск цветофотографических материалов обеспечив производственное применение цветных и спектрозональных аэрофотоснимков.

Для сгущения опорной геодезической сети по аэрофотоснимкам разработан метод пространственного фототриангулирования, аналитический вариант которого предусматривал выполнение громоздких вычислений на ЭВМ еще первого поколения (А.Н.Лобанов, 1952).

Интенсивное применение аэрофотосъемки в различных отраслях науки и народного хозяйства потребовало создания целого рядя институтов и специализированных предприятий. В 1929г. в Ленинграде был организован научно-исследовательский институт аэросъемки, первым директором которого был А. Е.Ферсман. Позже на базе слияния институтов аэросъемки (Ленинград) и геодезии и картографии (Москва) был создан Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии. В 1939г. для координации аэрометодических работ при Отделении геолого-географических наук АН СССР была создана комиссия по применению аэрометодов, которую возглавил А.Е.Ферсман. В 1944г. комиссия была преобразована в Лабораторию аэрометодов АН СССР (ЛАЭМ), которую с 1947г. возглавил Н.Г.Келль. В ЛАЭМ проведены большие работы по развитию аэрофотографии, фотограмметрии и применению авиации в различных направлениях, связанных с геолого-географическим изучением Земли. В связи с широким применением аэрофотосъемки в различных областях народного хозяйства назревает необходимость создания специализированных предприятий, для координации работ по ее внедрению и использованию: «Сельхозаэросъемка» (1931г.), «Аэрогеология» (1946г.), «Леспроект» (1947г.)

В послевоенные годы аэрометоды начали широко внедряться в различных науках о Земле. Становилась все более очевидным их высокая эффективность. Кроме того, аэрометоды расширяют диапазон электромагнитного спектра для съемок, на 60-е годы приходится применение тепловой и радиолокационной съемок.

Ракеты

История ракетостроения измеряется веками и до недавнего времени, вопрос авторства идеи создания первой ракеты с несколькими ступенями был открытым. Ясность в данный вопрос внесли в своей работе 1992г. белорусские историки А.М. Бельский и М.А. Ткачев.

В те времена, когда только в фантастической литературе появились первые описания воображаемых полетов человека с помощью последовательно срабатывающих пороховых ракет (Сирано де Бержерак «Путешествие на Луну» 1649г.). В столице Нидерландов Амстердаме (1650г.) в типографии Яна Янсона вышла книга «Вялікае мастацтва артылерыі» на латинском языке, автором которой был выходец из Беларуси Казимир Семянович. Объем этой книги составил 300 страниц с 206 иллюстрациями и 260 ссылками на литературные источники. Впоследствии она была переведена на французский, голландский и немецкий языки. Она состояла из трех разделов. Третий раздел книги полностью посвящен конструкции, производству и боевым характеристикам ракет, и в этом же разделе впервые было дано описание многоступенчатой ракеты. Кроме того в данном разделе К.Семянович дает описание батарейной ракеты с двигателями установленными по кругу, а также ракетного стабилизатора типа «Дельта». Это было единственное фундаментальное пособие по артиллерии и ракетостроению до конца 18 столетия. Английский переводчик Джорж Шелван (1929г.) писал: «Авторитет автора этой книги был и до сегодняшнего дня остается для ракетчиков и феерверкеристов священным».

В России первые упоминания об использовании ракет относятся к 1725г. Впервые съемка с ракеты была выполнена саксонским инженером Маулем. Его аппарат для съемки был размещен на пороховой ракете и имел ряд приспособлений, включая парашют для его спуска после экспозиции, а также гироскоп для стабилизации фотоаппарата. Фотографирование проводилось с высоты 500-600м. Однако в довоенные годы фотографирование с ракет широкого применения не нашли.

Первый запуск ракеты с жидким топливом был осуществлен американцем Робертом Годдартом в 1926г. В январе 1945г. была запущена немецкая двухступенчатая ракета А-4 (Фау-2), конструкции фон Брауна, которая впервые достигла космической высоты в 450 км. С 1945г. в России начато фотографирование с ракет. Осенью 1951г. впервые была запущена советская метеорологическая ракета МР-1 для измерения температуры, давления, плотности атмосферы и скорости ветра на высотах 80-90 км, а также впервые было выполнено фотографирование облачности.

С конца 1933г. в Москве начал работу Реактивный научно-исследовательский институт. В этом же году были осуществлены первые запуски отечественных ракет ГИРД-09 и ГИРД-Х. С 1947г. на исследовательских ракетах начали устанавливать научные приборы и фотографическую аппаратуру. Большой вклад в развитие ракетной техники внесли ученые и конструкторы В.П. Глушко (Ленинград) и С.П. Королев (Москва).

В США для фотографирования в исследовательских целях использовались ракеты У-2, Аэроби, Викинг и Атлас. В Англии, Австралии и Аргентине для изучения природных ресурсов Земли, запускались специальные ракеты «Скатлан» с аэрофотосъемочными камерами и «Хассельблад».

Однако вследствие ограниченности по времени и территории фотографических съемок Земли с исследовательских ракет это позволяло решать только задачи на локальном уровне и они не могли конкурировать с космическими летательными аппаратами. Поэтому ракеты как средство съемок Земли сыграли свою роль только на этапе подготовки фотографирования с ИСЗ.

Собственное излучение Земли

Все объекты, имеющие температуру выше -273°К излучают электромагнитные волны. Земля в целом, поглощая солнечную энергию, сама является источником радиации. В соответствии с температурой Земли максимум энергии земного излучения приходится на инфракрас­ные лучи с длиной волны около 10 мкм. У аномально нагретых тел максимум излучения смещается на длине волн 5-7 мкм. Земное инфра­красное излучение, простираясь в сторону коротких воли, при длине волны 3-4 мкм имеет интенсивность, примерно одинаковую с инфра­красным солнечным излучением. В сторону длинных волн оно распрост­раняется до метровых радиоволн. Основная энергия уходящего излу­чения Земли приходится на волны длиной 3-30 мкм.

Для регистрации инфракрасного теплового излучения в настоя­щее время используются две области спектра: 3-5 мкм и 8-12 мкм. Регистрируемая тепловая энергия излучения, сильно зависящая от температуры (она в соответствии с законом Стефана-Больцмана быстро растет с увеличением температуры), позволяет дистанционно измерить температуру объектов. Но даже в случае регистрации не абсолютных температур, а только температурных контрастов, возможно эффективное выделение объектов и характеристика их свойств по температурным аномалиям. По температурному режиму объекты на земной поверхности можно разделить на объекты с температурой, обусловленной внутренним теплом (вулканы, термальные воды, промышленные объекты и т.д.), и объекты, нагреваемые Солнцем. Максимальные температурные контрасты объектов второй группы наблюдаются около полудня: они меньше вечером и значительно сглаживаются ночью, достигая минимума в предутренние часы. Температуры этих объектов существенно зависит от их отражательной способности, экспозиции и крутизны склонов, силы ветра, а также от их теплофизических характеристик. Например, температура лиственных и хвойных лесов различается на 1-2°С; больные растения имеют более высокую температуру. Очень важно, что объекты имеют закономерный суточный ход температуры. Если глубинные источники вод имеют стабильную температуру в тече­ние суток, то поверхностные воды ночью теплее, а днем холоднее окружающей суши. Большое влияние на температурные контрасты ока­зывает увлажненность поверхности в связи с ее охлаждением при испарении. Так в утренние часы на полях хорошо выделяются, по своей температуре холодные увлажненные участки.

Нагретые объекты излучают энергию не только в инфракрасном, но и в радиодиапазоне, хотя радиотепловое излучение по интенсивности значительно уступает инфракрасному. Радиотепловое излучение формируется определённым излучательным слоем, так называемым скин-слоем. Мощность этого слоя тем больше, чем длиннее волна излучения. Основным показателем радиотеплового излучения является радиояркостная температура Т_я, измеряемая в К˚ - произведение абсолютной температуры Т_t и коэффициента излучения æ (закон Релея-Джинса). Т_я= æ Т_t.

Радиояркостная температура реального объекта равна абсолютной температуре абсолютно черного тела, создающего излучение такой же мощности как и данный объект. Коэффициент излучения, входящий в формулу радиояркостной температуры для абсолютно черного тела равен единице, а для остальных реальных объектов он меньше. Этот коэффициент или, как говорят, степень черноты объекта, значитель­но варьирует, он зависит от электрических свойств объекта, характера его поверхности, длины волны. Наименьшую радиояркостную температуру имеет вода (~100°К), наибольшую – растительность (~300°К). На радиояркостную температуру водной поверхности оказы­вает существенное влияние волнение. Волны на водной поверхности увеличивают ее яркостную температуру, так как пористые пенистые гребни имеют более высокий коэффициент излучения, чем вода. Радиояркостная температура льда обычно на несколько десятков градусов выше чем воды. Это объясняется более высоким коэффициентом излучения льда, причем излучательная способность пресноводных льдов выше, чем морских.

Радиационные характеристики почвенного покрова в СВЧ-диапазоне помимо температуры зависят от механического состава, рассеченности поверхности, но наибольшее влияние оказывает влажность почв. Перепад уровней радиоизлучения сухой почвы и почвы в состоянии полной влагоемкости составляет 50-100°К. Излучение разных длин волн несет информацию о влажности почвы на разных глубинах. По радиотепловому излучению удается определить влагосодержание по­верхностного слоя почвы толщиной 1-2 дм.

Растительный покров обладает наиболее высокими излучателъными свойствами, которые приближаются к свойствам идеального излу­чателя – абсолютно черного тела. Коэффициент излучения раститель­ного покрова близок к единице. Его радиояркостная температура увеличивается пропорционально высоте и густоте растений. Радиотепловое излучение почвенно-растителъного покрова различных зон (тайга, тундра, степь, пустыня) заметно различается. Оно имеет выраженный годовой ход с максимумом в летний период.

Опыт показывает, что радиотепловое излучение, регистрируемое в разных зонах, целесообразно использовать для характеристики вполне определенных объектов и явлений. Так, миллиметровые волны наиболее пригодны для изучения атмосферы, сантиметровые – льдов, дециметровые – засоленности водоемов и т.д.

Искусственное излучение

В аэрокосмических методах помимо естественного излучения ис­пользуется и искусственное. Принципиально для искусственного из­лучения можно использовать электромагнитные волны всех диапазонов. В настоящее время наибольшее значение имеет использование радиоизлучения СВЧ-диапазона, беспрепятственно достигающего земной поверхности независимо от метеорологических условий. Например, при радиолокационной съемке снимаемая местность облучается импульсами радиоволн, вырабатываемых генератором, установленным на носителе. Отраженные радиоволны, несущие информацию о изучаемых объектах, регистрируются приемником, находящимся на том же носителе. Важнейшими характеристиками отражения радиоволн, так же как и световых являются коэффициент и индикатриса отражения. Коэффициент отражения зависит от таких параметров объекта, как диэлектрическая проницае­мость и плотность, а индикатриса отражения - от его шероховатости. Отражательная способность объектов в радиодиапазоне изучена зна­чительно хуже, чем в световом. Но уже сейчас установлено, что ин­тенсивность отраженного радиолуча зависит от влажности почв, минералнзации водоемов, вида сельскохозяйственных культур и т.п.

Интенсивность отражения в радиодиапазоне зависит от направленности зондирующих волн. Если плоскость поляризации параллельна ориентировке линейных элементов местности, то отражение будет интенсивнее, нежели при перпендикулярной поляризации сигнала. Это свойство наиболее ярко проявляется при отражении от взволнованной водной поверхности. Чем больше волнение, тем больше различие в интенсивности отраженных сигналов разной поляризации. Регистрация этих сигналов позволяет более надежно характеризовать объект или явле­ние.

Весьма ценное свойство радиоизлучения – его проникающая способность. Глубина проникновения увеличивается пропорционально длине волны излучения и зависит от физико-химических свойств по­верхности, главным образом диэлектрической постоянной. В качестве примера отметим, что короткие радиоволны рассеиваются растительностью, а длинные проникают сквозь нее. Проникновение радиоволн в воду, особенно морскую, значительно слабее, чем в грунт. В пресную воду радиоизлучение проникает лучше. При коротких длинах волн и глинистой влажной почве глубина проникновения составляет миллиметры, при длинных волнах и сухой песчаной почве – десятки метров.

Отражение радиоволн меняется при наличии неоднородностей в строении отражающего слоя, например водоносных слоев, интенсивно отражающих радиоволны, что используется для поиска линз грунтовых вод и для определения глубины их залегания. При этом удается достигать глубин в десятки метров, а для сухих верхних грунтов - до сотен метров.

ВИДЫ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОК

Фотографическая съёмка

Под фотографической съемкой следует понимать сложный технологический процесс, включающий работы от проведения фотографирования с летательных аппаратов до получения фотографических снимков.

Фотографическая съемка выполняется в видимом диапазоне спектра электромагнитных волн (0,4-0,9 мкм). При ее проведении обязательным условием является наличие на борту носителя аппаратуры фотографической системы (объектив + фотопленка). Фотоаппараты используемые при фотографической съемке подразделяются на картографические, предназначенные для получения снимков с высокими измерительными геометрическими свойствами и некартографические – для рекогностировочных съемок. Общий вид аэрофотоаппарата и его схема приведены на рис. 11, 12.

По формату получаемых снимков фотоаппараты подразделяются н а малоформатные (размер снимка 6×8 см; 11,5×11,5 см; 13×18 см), нормальные (18×18 см) и крупноформатные (23×23 см; 24×24 см; 30×30 см).

В фотоаппаратах используются объективы, наиболее широкое применение получили объективы конструкции М.М.Русинова типа «Руссар». В зависимости от фокусного расстояния объективов фотоаппарата подразделяются на короткофокусные (f =36-150мм), среднефокусные (f =150-300мм) длиннофокусные (f =300-500мм) и сверхдлиннофокусные (f =1000-3000мм). По величине угла поля зрения объективов фотоаппараты различаю т узкоугольные (угол зрения <50°), нормальные (50-70°), широкоугольные (>70°) и сверхширокоугольные (133, 137, 140 и 148°).

Нормальные объективы применяются для проведения крупно- и среднемасштабной фотосъемки, широкоугольные - для мелкомасштабной. По количеству объективов существуют однообъективные и многообъективные фотокамеры. Примером многообъективных фотокамер может служить автоматизированные многозональные фотокамеры МК-4 и МКФ-6, последняя имеет шесть идентичных объективов с фокусным расстоянием 125мм и синхронно работающими затворами. Формат кадра 55×80мм. Каждый объектив снабжен светофильтром, который в сочетании с пленкой разной спектральной чувствительности обеспечивает съемку в сравнительно узких спектральных зонах.

Фотографирование земной поверхности с летательных аппаратов может проводиться при различных положениях оптической оси фотоаппарата относительно отвесной линии в момент фотографирования. В зависимости от этого различают плановую и перспективную съемки.

При аэрофотосъемке, плановой считается съемка, если отклонение оптической оси фотоаппарата от отвесной линии не превышает 3°, а космической 5°, если более данных величин, то она называется перспективной. Фотоснимки, полученные при данных видах съемки называются плановыми и наклонными или перспективными.

В зависимости от характера покрытия местности снимками фотографическую съемку подразделяют на выборочную, маршрутную и площадную.

Выборочная фотосъемка заключается в фотографировании отдельных объектов или участков местности одиночными кадрами.

Маршрутная фотосъемка представляет собой фотографирование полосы местности в виде отдельного маршрута. При воздушной съемке эти маршруты могут быть прямые, криволинейные и ломаные, при космической в виде прямых полос. Маршрутная съемка используется для съемки линейных объектов (дорожная сеть, поймы рек, береговая линия морей и т.д.), а также отдельных трасс земной поверхности.

Площадная фотосъемка применяется для съемки земной поверхности путем покрытия определенной площади параллельными и прямолинейными маршрутами. Степень перекрытия снимков в маршрутах и между ними рассчитывается в зависимости от целей, для которых проводится съемка.

Фотографическая съемка проводится с самолетов, пилотируемых кораблей и орбитальных станций, картографических спутников и т.д., кадровыми, панорамными и щелевыми фотокамерами работающими в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режиме.

Основной задачей фотографической съемки является повышение информативности изображений, что в свою очередь связано с увеличением разрешающей способности фотографий, выбором определенных спектральных зон, обеспечением высоких фотографических, фотометрических и фотограмметрических качеств. Решение данных вопросов требует комплексирования на борту летательных аппаратов различных типов фотоаппаратов.

Материалы фотографической съемки обладают высокими геометрическими, изобразительными и информационными свойствами. Их отличает высокая разрешающая способность, надежность и освоенность аппаратуры для получения и обработки снимков. Легкость зрительного восприятия изображения позволяет их использовать для визуального дешифрирования различных объектов. С целью улучшения дешифровочных свойств фотографическое изображение может быть подвергнуто различным видам преобразования (квантование, фильтрация, синтезирование). Для количественного и качественного анализа фотоснимков может быть применены фотометрические и фотограмметрические приборы, а также компьютерная техника.

Ограничение в использовании фотографической съемки связано с невысокой оперативностью обуславливаемое необходимостью возвращения пленки на Землю для фотохимической обработки и получения снимков, а также ограниченностью ее запасов на борту летательного аппарата.

Материалы фотографической съемки широко используются для изучения природных явлений, составления тематических и топографических карт.

6.1.2. Многозональная фотографическая съёмка

Фотографическое изображение объекта на аэрокосмическом снимке формируется в зависимости от его способности поглощать или отражать электромагнитные волны определенной длины. В этом можно убедиться, наблюдая местность через разные цветные стекла – светофильтры. Например, если наблюдать ель и березу через синий светофильтр, их яркость будет одинаковой, а через красный – кроны ели будут темнее, чем у березы. Еще больше различия между лиственными и хвойными породами в инфракрасных лучах. При наблюдении через красный светофильтр мутная и чистая вода будут иметь одинаковую спектральную яркость, а через сине-голубой – мутная вода выглядит значительно светлее. Таким образом, если получить черно-белые снимки в различных зонах спектра, то на них можно распознать объекты и их свойства по различиям их спектральной яркости. Такой вид съемки получил название многозональной.

Сущность многозональной фотографической съемки заключается в том, что одна и та же территория или участок местности одновременно фотографируются в нескольких узких зонах электромагнитного спектра, при одних и тех же технических и погодных условиях съемки.

Впервые одновременное фотографирование в двух зонах видимого спектра было выполнено русским астрономом Г.А. Тиховым в 1911г. При помощи 30-дюймового Пулковского рефрактора была произведена съемка Марса и Сатурна с различными светофильтрами. В результате были получены цветные изображения.

В конце 20-х Г.А. Тихов предложил, а в 1930г. В.А. Фаас реализовал двухцветный метод фотографирования. С помощью двух аэрофотоаппаратов путем одновременного фотографирования проводилась аэрофотосъемка через различные светофильтры на две различные пленки.

В 1955-1956гг. А.Н. Иорданским был предложен метод двухзонального цветного фотографирования, получивший название спектрозональной фотографии.

В 60-х гг. многозональная съемка начала производится из космоса. На первых этапах разработки многозональных съемочных систем, велся поиск оптимального количества спектральных каналов и шел он в ряде стран разными путями. Иногда для эксперимента использовались блоки из 48 и 24 отдельных камер. Однако столкнулись со сложностью и трудоемкостью обработки большого количества изображений. В итоге широкое практическое применение нашли фотосистемы, обеспечивающие фотографирование от 3 до 6 спектральных каналов.

На космическом корабле «Союз-22», подготовленном совместно специалистами СССР и ГДР по программе «Интеркосмос» для многозональной съемки использовались многообъективные камеры. Наиболее широкое применение получили многозональные камеры МКФ-6 и МК-4.

Для съемки на корабле «Союз-22» использовалась шестизональная камера МКФ-6. Многозональный космический фотоаппарат МКФ-6 и его модификация МКФ-6м имеет шесть фотокамер, объединенных в едином литом корпусе, снабженных высококачественными объективами с фокусным расстоянием 125 мм и имеющими формат кадра 81×56 мм. Каждая камера обеспечена отдельной кассетой. Перед объективами устанавливаются светофильтры, обеспечивающие фотографирование в шести узких зонах спектра, охватывающий спектральный интервал от 475 до 840 нм.

Российский космический аппарат типа «Ресурс-Ф» (серии «Космос») оснащен многозональной четырехканальной съемочной камерой МК-4 производства белорусского предприятия АО «Пеленг».

Аппаратура МК-4 обеспечивает фотографирование земной поверхности в четырех зонах спектра электромагнитного излучения, выбираемые для данного комплекта аппаратуры из шести заданных зон в диапазоне длин волн от 400 до 900 нм.

Многозональная съемка является одним из перспективнейших направлений в вопросах изучения различных природных явлений. Отличительной особенностью данного вида съемки от обычной является то, что одновременное фотографирование одного и того же объекта в нескольких узких зонах спектра дает дополнительный дешифровочный признак, т.е. различие в спектральной яркости одного и того же объекта в разных зонах спектра, обусловленное определенными его свойствами. Например, если на снимках, полученных в красной зоне спектра, контрастно светлым тоном выделяются горные хребты, покрытые снегом и льдом, то на снимках, полученных в инфракрасной зоне спектра очень четко темным тоном изображаются гидрографические объекты (реки, озера), а так же переувлажненные участки.

Синтезирование многозональных снимков. Преобразование исходных снимков носит характер специализированной обработки, направленной по повышению информационных свойств изображений применительно к решению определенных задач. Варианты преобразования многообразны. Эти операции выполняются как при помощи аналоговых средств, так и на базе цифровых комплексов. Проводимые преобразования предназначены для выделения на снимке необходимой информации, отвечающей задачам картографирования. К ним относится прежде всего синтез многозональных изображений. Для изготовления цветных синтезированных изображений используются многозональные синтезирующие проекторы.

Чтобы получить цветное синтезированное изображение с помощью проектора, для этого три зональных черно-белых изображения проектируются соответственно через зеленый, синий и красный светофильтры на экран многоканального проектора. В результате на экране проектора формируется цветное изображение. Кроме того, цветное изображение можно зафиксировать на цветную фотобумагу или пленку. Подбор цветной гаммы синтезированных снимков производится так, чтобы обеспечить наилучшую дешифрируемость снимков. Хотя цветное изображение на синтезированных снимках формируется в ложных цветах, однако это повышает выразительность изображения и дешифрируемость объектов. В отличие от черно-белых зональных снимков, синтезированные изображения обеспечивают большую наглядность фотоинформации, что облегчает процесс визуального дешифрирования.

Исходя из вышеизложенного, можно отметить следующие основные достоинства многозональной съемки:

1. Снимки получаются в один момент времени, что позволяет проводить сравнительный анализ объектов.

2. Снимки обладают высокой геометрической точностью и высокой разрешающей способностью.

3. По снимкам можно проводить стереоскопические наблюде