Инфракрасная (тепловая) съемка.

Инфракрасная съемка среди дистанционных средств изучения земной поверхности занимает одно из главных мест.

 

В основе использования этого метода лежит ре­гистрация тепловых контрастов излучений (отражений) различных объектов Земли.

 

Инфракрасные системы преобразую т тепловые контрасты в тоновые и фиксируют их в виде фотографического изображения.

 

Тепловой инфракрасный диапазон охватывают длины волн от 3 до 1000 мкм. На эту часть спектра приходится максимум собственного излучения Земли (в области 10—12 мкм). По мате­риалам тепловой съемки можно получить данные либо о температуре поверхности, либо — косвенно — по различиям в интенсивности теп­лового излучения о других характерных особенностях излучающих объектов.

 

Регистрируют инфракрасное излучение Тепловые радиометры

А затем, в зависимости от температуры объектов дают сигналы разной силы.

В соответствии с этими сигналами строится изображение — тепловой инфракрасный снимок

Он дает пространственно локализо­ванные температурные различия заснятых объектов поверхности Земли.

Более холодные объекты на этих снимках отображаются, как правило, в светлых тонах,

теплые — в темных со всеми разно­образиями температурных переходов.

 

Современные радиометры имеют температурное разрешение око­ло 1 °С, но это недостаточно для решения ряда проблем картогра­фирования и исследования природных ресурсов Земли. В океа­нологии, например, необходимо разрешение в десятые доли гра­дуса.

 

Достоинства инфракрасной съемки следующие: тепловые лучи невидимы и при прохождении воздушной среды ослабляются мень­ше, чем видимые, съемку можно вести в двух окнах прозрачности атмосферы (3—5 и 10—12 мкм) круглогодично, днем и ночью, с ог­раничениями лишь при наличии облачности (когда регистрируется не температура снимаемого объекта, а температура верхней кромки облаков). Все метеорологические спутники широко используют съемку в этом диапазоне.

Пространственное разрешение при съемке с разных спутников различно: от 1 км до 600 м, с геостационарного спутника — 8 км.

Съемки в радиодиапазоне.

Пассивная радиометрия фиксирует собственное излучение Земли в микроволновом диапазоне радиоволн с длинами 1 мм — 1 м.

 

Такой вид съем­ки называется радиотепловой или микроволновой.

 

С помощью микроволновых радиометров регистрируется микроволновое излучение различных объектов (так называемые «радиояркостные температуры») Земли.

В космосе микро­волновые регистрирующие системы работали на метеорологических спутниках, которые давали снимки с небольшим разрешением — 25X25 км.

 

Пространственное изображение на микроволновом снимке фор­мируется по сигналам излучения объектов с различными излучательйыми свойствами, например имеющими разную влажность, со­леность, кристаллическую структуру, что имеет значение при оценке возможностей освоения минеральных ресурсов шельфа и добычи нефти, а также для решения транспортных проблем.

Заканчивая рассмотрение снимков в зависимости от выбранного спектрального диапазона, следует отметить, что вся информация, поступающая из космоса в виде снимков, примерно на 80% состоит из изображений, полученных в видимом и ближнем инфракрасном съемочном диапазоне.

Снимки в двух других диапазонах (тепловом инфракрасном и радиодиапазоне) пока еще не обладают высоким качеством изображения, но с техническим усовершенствованием съемочной аппаратуры их вес в съемках быстро возрастает.

 

 

 

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ (ЭЛЕКТРОННАЯ)

ОБРАБОТКА СНИМКОВ.

КОСМИЧЕСКАЯ СЪЕМКА И КАРТОГРАФИЯ

 

Количество информации, получаемой съемками из космоса, стало настолько объемным, что ее обработка традиционными ви­зуально-инструментальными способами невозможна (в единицу вре­мени со спутника можно получить в 1000 раз больше информации, чем с самолета).

 

В этой связи выделяют следующие последова­тельные этапы обработки снимков с помощью электронно-вычисли­тельных машин:

I — дешифрирование и представление информации в цифровой форме (преобразование снимка цифрованием для ввода в удобной для ЭВМ форме),

II — числовая (собственно машинная) обработка введенной информации,

III — вывод получен­ных результатов.

 

При визуальном дешифрировании снимков наряду с яркостными показателями объектов учитываются также геометрические и косвен­ные признаки. Для автоматизации процесса дешифрирования сним­ков необходимо представить все дешифровочные признаки в форма­лизованном (числовом) виде. Если яркостные признаки хорошо выражаются в числовом виде, то при формализации геометрических, а тем более косвенных признаков возникают значительные труд­ности.

Современные алгоритмы машинного дешифрирования в ос­новном приспособлены к использованию многозональных снимков.

Автоматизированное дешифрирование космических снимков осно­вано на опознавании снятых объектов по заранее заложенному в память ЭВМ их «спектральному образу», т. е. индивидуальной яркости объектов в различных диапазонах волн электромагнит­ного спектра.

 

Задача автоматизации процесса дешифрирования еще далека от своего окончательного решения. Пока еще нет универсальных методов для полного автоматического географического дешифри­рования снимков.

Диалоговая автоматизированная система «человек — машина» позволяет картографу, наблюдающему ход автоматического дешиф­рирования, вторгаться в этот процесс путем ручной отработки «узких мест» с помощью «светового пера» (марки) на дисплее. Разум картографа, учитывающий множество связей, которые не поддавались алгоритмизации, принимает правильное решение и вно­сит соответствующие коррективы в работе ЭВМ.

Сочетание работы оператора с оперативностью машины наиболее перспек­тивно в смысле реализации целей автоматизированной обработки снимков. Система позволяет автоматизировать не только процесс дешифрирования, но и последующую обработку снимков по прин­ципу «стереопара — цифровая модель местности — оригинал кар­ты».

 

В качестве примера следует указать, что цифрование (уста­новление только координат и высот точек, формирующих рельеф) одного листа топографической карты требует 1,1 миллиона опре­делений.

Такая работа под силу только автоматизированной карто-составительской системе, которая призвана действенно и эффективно помогать картографу в его работе.

 

Значение космической съемки для картографии. Внедрение аэро­космических методов создания карт и разработка автоматизиро­ванных картосоставительских систем — две основные проблемы современной теоретической и практической картографии, порожден­ные научно-технической революцией.

Развитие космических съемок дало новый толчок дистанционным методам картографирования. Они значительно расширили их воз­можности — глобальным охватом информации, включая недоступ­ные прежде территории Земли и поверхности других планет, регу­лярной оперативностью и повторяемостью поступления и обработки информации, отображением на космических снимках явлений, кото­рые другими способами невозможно было фиксировать.

Карты, составленные по космическим снимкам, отличаются более современными и достоверными очертаниями картографируемых объектов, оптимально взаимосвязаны и отображают явления, которые в отсутствии таких снимков вообще не могли быть картографированы (например глубинные разломы на геологических картах или распространение кратеров на Луне).

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ КОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

(А.В.Соломко, стр. 308 - 314)

 

С методологической точки зрения карты и космические сним­ки для географии являются документами одного порядка. С методической же точки зрения внедрение снимков в учебный процесс значительно его оптимизирует.

Тенденция к внедрению материалов космической съемки в процессе обучения географии проявляется во всем мире. С помо­щью снимков осуществляют формирование географических пред­ставлений и понятий, обучают умению видеть развитие явлений, повышают наглядность преподавания.

В середине 70-х годов в России был проведен эксперимент по использованию космической фотоинформации при изучении фи­зической географии. Были разработаны специальные учебные пособия: тематические фотомонтажи в виде стенных демонстра­ционных плакатов, фотокарты некоторых материков, отдельные космические снимки с изображением в основном метеорологи­ческих явлений. Результаты эксперимента продемонстрировали быстрое привыкание учащихся к новому виду наглядных посо­бий, а также повышенный интерес к материалу, изучаемому при помощи космических снимков, и его лучшее усвоение. Они по­зволили наметить пути внедрения материалов космических съе­мок в учебный процесс, основными из которых являются:

— разработка методики использования уже изданных матери­алов космических съемок;

— создание новых, специально разработанных учебных посо­бий.

 

Увеличение объема полученной космической информации позволило изучать атласы, фотоснимки, комплектовать наборы космических снимков разного назначения.

1. Атлас "Дешифрирование многозональных аэрокосмичес­ких снимков. Методика и результаты" (в 2 частях). Пред­ставляет собой результат совместной работы российских и не­мецких ученых по интерпретации материалов многозональной съемки. Снимки, помещенные в атласе, получены с космическо­го корабля "Союз-22"; их масштаб примерно 1:400 000 (масштаб снимков территории бывшей ГДР - 1:250 000). Каждый снимок сопровождается пояснительным текстом с краткой характерис­тикой особенностей местности, схемами дешифрирования, ме­тодика выполнения которых дана на отдельных листах. Мето­дические рекомендации разработаны для опознавания и получения информации об объектах подводного рельефа, типах лесной растительности, сети поселений, тектонических наруше­ниях и пр.

Атлас предназначен для специалистов по аэрокосмическим исследованиям, для работников народного хозяйства, использу­ющих материалы космических съемок, для преподавателей спец­курсов по аэрокосмическим методам, читаемым в основном в университетах.

Применение атласа в учебном процессе в педаго­гических вузах ограничено отсутствием подобных спецкурсов, малым его тиражом.

 

2. Фотоальбом "Земля из космоса". Включает 88 космичес­ких снимков, выполненных с борта космической станции " Салют-6" фотоаппаратом КАТЭ-140 (плановые снимки) и ручными переносными камерами (перспективные снимки). Территориаль­ный охват Земли неравномерен: 60 снимков попадает на Евра­зию, 4 - на Северную Америку, 1 - на Южную Америку, 10 - на Африку.

Все космические изображения относятся к одному типу - фотографическому. Часть их, преимущественно плановые, чер­но-белые, отличаются четкостью показа отдельных объектов, небольшими искажениями на краях. На перспективных сним­ках объекты искажены, их труднее распознать. Недостатком на­бора, затрудняющим его использование при обучении, является отсутствие пояснительных материалов.

В тематическом аспекте выделяются снимки, отображающие географические явления и процессы и отображающие отдельные территории.

На снимках в альбоме представлены в основном атмосферные явления (циклоны, тайфуны, облачность), зафиксированные в момент их развит ия.

Следует отметить, что проследить динами­ку явлений, этапы их формирования, что очень важно для обуче­ния, по единичным снимкам нельзя.

 

3. Альбом "СССР из космоса". Был выпущен с целью ознакомить широкий круг читателей с возможностями практи­ческого использования материалов космической съемки. Альбом включает 33 космических снимка.

Почти все они сопровождены схемами дешифрирования, наиболее характерные объекты обо­значены цифрами, комментарии к которым приведены в текстовом приложении к снимку.

Отбор материалов космической съемки для этого набора про­веден более направленно. В нем помещены изображения, полу­ченные разными камерами, а также телеизображения, сделанные со спутников серии "Метеор". Отобранные снимки представ­ляют почти все природные зоны бывшего СССР.

К недостаткам альбома можно отнести неравноценность пояснительных материалов,невысокое качество полиграфичес­кого воспроизведения отдельных снимков.

 

4. Учебный комплект космических снимков (издание МГУ). Комплект разработан в основном для использования в универси­тетах. Он создавался на отработанных принципах формирования учебных наборов, включающих материалы космических съемок. Исходя из них комплект должен:

- содержать снимки разного типа, изучаемые по программе (фотоснимки, сканерные и т.д.);

- содержать снимки, охватывающие природные комплексы всех рангов (от глобального до локального), отражающие основные географические закономерности (зональность, азональность, вер­тикальную поясность и т.д.);

- обеспечивать наглядное отображение основных типов гео­графических объектов и явлений, указанных в программах;

- содержать снимки, которые легко дешифрируются и опознаются при помощи учебных карт;

- быть разборным, что даст возможность комбинировать ма­териалы, содержать такие снимки, которые обеспечат все виды практических работ;

- содержать плановые цветные снимки, близкие к естествен­ным цветам;

- иметь в качестве приложения методическое руководство по использованию космических снимков, включающее их краткое описание, раздел программы, в котором может быть применен данный снимок, список карт, при помощи которых возможно его дешифрирование, что облегчит начальные этапы внедрения космических снимков в обучение;

- иметь примеры заданий и их выполнения.

 

К недостаткам комплекта следует отнести плохое качество полиграфического воспроизведения отдельных изображений.

 

Совместными усилиями картографов, географов, педагогов создаются учебные пособия с применением космической фотоин­формации. Это настенные пособия, предназначенные для заня­тий лекционного типа, и настольные пособия для индивидуаль­ной работы. Они ориентированы на использование в средней школе.

 

5. Комплект таблиц "Космические исследования и их народнохозяйственное значение". Посвящены отдельным природным компонентам. Для самостоятельной работы учащих­ся разработано 10 вариантов карточек, содержащих вопросы по материалу.

 

6. Комплект плакатов "Природные зоны на космических снимках". Предназначен для широкого использования при изучении географии в школе. На каждом плакате центральное место отведено космическому снимку участка природной зоны. Размер снимка - 50 х 60 см, масштаб - от 1:200 000 до 1:250 000.

На каждом плакате также размещаются: схема привязки кос­мического снимка, фотографии наиболее характерных участков территории, пояснительные материалы в виде схем дешифриро­вания. Природная характеристика дана на схеме ландшафтного дешифрирования, что является новым элементом в разработке школьных пособий. Ландшафтный подход позволяет показать взаимосвязь рельефа, почв и растительности, что невозможно было бы осуществить на схеме дешифрирования естественного расти­тельного покрова. К тому же в некоторых природных зонах (ле­состепь, степь) естественная растительность сохранилась лишь на отдельных участках, что хорошо видно на космических сним­ках. В этих местах на схеме помещены условные знаки наиболее типичных растений. При разработке легенд к ландшафтным схе­мам учитывались требования школьной программы, содержание учебников по географии.

Одна из главных задач пособия — формировать у школьников представления о различной хозяйственной нагрузке на разные зоны.

На космических снимках наглядное отражение находит сложившаяся система землепользования. При ее дешифрирова­нии основное внимание уделено сельскохозяйственному исполь­зованию земель с традиционным подразделением на пашни и ес­тественные кормовые угодья (пастбища и сенокосы). Элементом новизны по сравнению со школьными картографическими про­изведениями является разделение пастбищ по сезонам выпаса скота, а также показ селитебных и нарушенных земель, которые хорошо распознаются на космических снимках.

На одной из схем каждого плаката отображена плотность насе­ления и людность населенных пунктов. Наиболее крупные насе­ленные пункты отдешифрированы по космическим снимкам, ве­личина плотности населения установлена при помощи стенных и настольных, в том числе краеведческих, карт и уточнена за счет более детальной отрисовки ареалов расселения.

 

При работе с рассмотренными пособиями у учащихся формируются навыки дешифрирования.

Его логическая струк­тура может быть представлена в виде трех этапов:

 

1) обнаружение объектов;

2) распознавание объектов и формирование понятий и сужде­ний;

3) интерпретация или объяснение.

 

Обычно обнаружение тесно связано с распознаванием. Одна­ко для учащихся, не имеющих опыта работы со снимками, меж­ду этими ступенями бывает разрыв, т.е. переход от обнаружения к распознаванию затруднен. Облегчить этот переход возможно при помощи географических карт, дающих характеристику об­наруженного объекта. Постепенно у учащихся формируются ус­тойчивые представления о том, как выглядят на космических снимках многие географические объекты и каковы их дешифровочные признаки.

Таким образом, переход от обнаружения объектов к их распо­знаванию в обучении должен осуществляться посредством совмест­ного использования карт и космических снимков.

Начальным этапом при этом является привязка снимка. Она осуществляется по картам путем отождествления элементов местности на них и на снимках. Желательно, чтобы космические и картографические изображения были одного масштаба, хотя территорию, на которой есть четкие ориентиры (береговая линия морей и постоянных озер, гидрографическая сеть, магистральные дороги), нетрудно опознать при помощи карт более мелких масштабов.

После этапа привязки космического снимка, как правило, проводят выявление дешифровочных признаков объектов, подлежащих изучению. Этот процесс также требует привлече­ния карт, причем если привязку лучше осуществлять по общегео­графическим картам, то для дешифрирования нужно использо­вать еще и тематические карты.

Таким образом, на основе дешифровочных признаков можно более детально, чем показано на карте, исследовать территорию, изображенную на снимке.

В настоящее время стремительно развиваются методы автоматизированного дешифрирования космических снимков. Так, в Великобритании специально для использования в обуче­нии разработан Landsat-атлас. Он состоит из космических сним­ков, к каждому из которых прилагается выполненная автомати­чески карта на ту же территорию. Для учащихся разработаны обучающие программы упражнений разной сложности.

 

Лекция № 11

Тема: УЧЕБНЫЕ КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОИЗВЕДЕНИЯ

 

Вопросы лекции: Классификация учебных карт и атласов.

Глобусы и их использование в учебном процессе.

Методика использования школьных географических карт.

Рукописные карты и атласы.