Преимущества и недостатки спутниковых систем дистанционного мониторинга

РУДН

Экологический факультет

Курсовая работа

на тему:

Москва

2004 год.

Введение

На сегодняшний день сложно себе представить, что полвека назад люди могли обходиться без использования аэрокосмической техники. Аэрокосмические технологии нашли свое применение во многих науках, в первую очередь географических дисциплинах.

Первый снимок земной поверхности с высоты 120 км был получен в результате запуска ракеты немецкого производства с установленным на ней фотоаппаратом в 1945 году. До конца 50-х годов космическая съемка поверхности Земли осуществлялась с высоты до 200 км. Началом нового этапа развития аэрокосмической техники можно считать запуск американского метеорологического спутника 1 апреля 1960 года (1, с. 7).

'Космологизация наук о Земле, происходящая в последнее время, и становление космического землеведения обязаны прежде всего новой информации о нашей планете, которую стали получать благодаря космическим съемкам' (2, с.5).

Аэрокосмические методы исследования приобрели большую популярность, благодаря тому, что отражают динамическую картину исследуемого объекта.

'Современный этап развития науки, когда осознаны ограниченность земных ресурсов и опасность чрезмерных антропогенных изменений окружающей среды, должен стать этапом усиленного внимания к системному изучению географических явлений, их взаимосвязи и взаимодействия в динамике' (2, с.5).

Система дистанционного мониторинга и ее устройство

Системы получения и распространения данных оперативного мониторинга основываются на:

· Носитель съемочной аппаратуры;

· Собственно аппарат дистанционного зондирования;

· Бортовые средства передачи данных на Землю по радиолокатору;

· Наземный компонент приема информации.

Носители съемочной аппаратуры

Для дистанционного зондирования Земли используют два основных типа спутников:

- геостационарные;

- полярноорбитальные;

Если первые искусственные спутники Земли постоянно обеспечивают обзор одной и той же территории Земли, сохраняя неизменное положение относительно определенной точки на экваторе, то вторые, находясь на орбите, плоскость которой примерно перпендикулярна плоскости вращения Земли, через определенный период времени, продолжительность которого зависит о ширины полосы обзора искусственного спутника Земли (ИСЗ), оказывается над заданным районом наблюдения, таким образом, зона обзора со спутника на геостационарной орбите ограничивается широтным районом 50оС.Ш. – 50оЮ.Ш.

Полярноорбитальная система наблюдения сталкивается с иной трудностью; спутник может оказаться над одним и тем же объектом съемки в различные периоды времени. При этом сопоставление данных, полученных при различных условиях освещенности, оказывается весьма затруднительным, поэтому такие спутники выводят на «солнечносинхронизированные орбиты» (1, с.7).

Съемочная аппаратура дистанционного зондирования Земли

Съемочная аппаратура, устанавливаемая на спутнике, может работать в четырех основных диапазонах: УФ, видимое излучение, ИК, микроволновое – только в этих областях спектра земная атмосфера прозрачна для электромагнитных волн. В видимом диапазоне датчики (фотоэлементы, матрицы приборов с зарядовой связью) регистрируют отраженное от земных покровов и прошедшее через атмосферу солнечное излучение; в ИК диапазоне превалирует собственное тепловое излучение поверхности Земли; в микроволновом диапазоне используют собственное излучение планеты, либо отраженные сигналы искусственного источника облучения, установленного на борту ИСЗ. Возможности аппаратуры дистанционного мониторинга (ДЗ) в различных спектральных диапазонах различны: оптические дают наиболее качественные, привычные для наблюдателя, цветные изображения с высоким пространственным разрешением, синтезированные из нескольких монохроматических снимков; ИК съемку можно проводить в темное время суток, наблюдая температурные аномалии поверхности; а для специфических случаев зондирование в микроволновом диапазоне не является помехой даже облачный покров.

Важнейшими характеристиками формирования изображения пространственные (r) и радиометрические (яркостные, температурные) ( I) разрешающие способности радиоаппаратуры. Пространственное разрешение зависит от длины волны принимаемого излучения, диаметр объектива D и высоты орбиты H:

Радиометрические разрешающие способности определяются прежде всего шириной динамического диапазона используемого датчика, т. е. количеством уровней дискретизации, соответствующим переходу от яркости абсолютно «черного» к абсолютно «белому» телу. Таким образом, существует компромисс между разрешающей способностью аппаратуры и оперативностью получения информации о состоянии наблюдаемого объекта или участка местности.

Снимки содержат данные, получаемые от датчиков и съёмочных систем, размещённых на платформах Д.З. – спутниках, самолётах или вертолётах, т.е. различают космические снимки и аэроснимки (3, с.7 ).

Временные изменения отражательной способности объектов

Динамика географических объектов может проявляться по-разному и характеризуется различными показателями. При аэрокосмических исследованиях изучают только те изменения, которые проявляются в вариационных отражателях – излучаемые способности объектов регистрируются повторными съёмками. Поэтому результаты исследований динамики спектральной яркости объектов представляют несомненный интерес для динамического аэрокосмического зондирования.

Горные породы и почвы

Отражательная особенность объектов этого класса относительно нестабильна. Спектральная яркость горных пород определяется как оптическими свойствами входящих в их состав минералов и химических элементов, так и свойствами поверхностных выцветов, налётов и корок, спектры отражения которых, могут существенно отличаться от аналогичных характеристик исходной породы (при химическом выветривании пород кривые спектральные яркости получают отчётливый максимум в оранжево-красной зоне).

Спектральная отражательная способность почв зависит от их гумусности, засоленности, что стало основой дистанционного изучения этих свойств. Изменение влажности приводит к увеличению (уменьшению при повышенной влажности) яркости почв, но не изменяет характера кривой отражения (2, с.18).

Растительный покров

Объекты этого класса, и прежде всего вегетирующие высшие растения, имеют специфическую форму спектральной кривой с рядом характерных минимумов и максимумов.

Растительный покров наиболее изменчив по сезонам, с орбитальных высот обнаруживаются закономерные сезонные изменения отражательной способности в масштабе полушарий.

Так, из космоса прослежено глобальное явление прохождения весенней «зеленой волны», связанной с развитием травянистого и лиственного покрова, и прохождения «коричневой волны» - опада листьев (2, с. 19).

С возрастом отражательная способность растений меняется, обычно она выше у молодых и ниже у находящихся в стадии полной зрелости. При заболевании растения его листья сразу же уменьшают отражение в ближней инфракрасной зоне.

С развитием листа происходит сглаживание кривой спектральной яркости в области главной полосы поглощения хлорофилла. В фазе спелости отмечается общее изменение спектральной яркости, связанное с разложением хлорофилла и высыханием растения (2, с.19).

Водные поверхности, снежный и облачный покров

Водные объекты отличаются оптической однородностью; пространственные вариации спектральной яркости чистой водной поверхности невелики.

Однако на характер кривой и величину коэффициентов спектральной яркости водных объектов сильно влияет их загрязнение и развитие растительности в водоеме.

При аэрокосмических исследованиях динамики следует учитывать, что ход яркости водных объектов, как и многих объектов суши, зависит не только от изменения их свойств, но и от геометрии визирования их освещения.

Из сказанного выше следует, что из всех объектов земной поверхности растительный покров имеет наиболее информативную кривую спектральной способности, которая чутко реагирует на изменчивость растения, их состояние (2, с.20).