Аэрокосмические Съемки. 3 курс, 1 семестр.

Использование природных ресурсов Земли.

В отличии от атмосферы и гидросферы – литосфера неспособна восстанавливать свои природные ресурсы.

Классификация ресурсов недр.

--------------------------

Состоянием потребления, промышленно-производственной сущности, характеру применения в народном хозяйстве, степени изученности. Методологической основой такой классификации является рассмотрение ресурсов недр, как условий деятельности человека, в том числе пользователей недр. По природной сущности ресурсы недр подразделены на 3 вида:

1. Массив горных пород, как зоны земной коры

2. Полезные ископаемые или минеральные ресурсы

3. Земельные ресурсы, как источник получения биомассы

Организационная структура природопользование недр.

Литомониторинг является частью общей системы природопользования недр, не претендует на роль нового вида наблюдений. Пользователями недр накоплен богатый опыт количественного и качественного природных ресурсов геологической среды и их оценки на стадии разведки проектирования и эксплуатации места рождения полезных ископаемых.

Блок схема системы мониторинга биосферы

Инженерно-геологический мониторинг геотехнической системы.

Структурная блок схема литомониторинга.

В идеальном случае достоверность информации обеспечивается лишь при тщательных и всесторонних наблюдениях, за каждым проявлением изменения ресурсов недр, с акцентом на наиболее приоритетные факторы. В действительности, из-за ограниченной возможности технических средств измерений, высоких темпов освоения недр и недостаточности знаний о свойствах и особенностей «геологической среды» осуществить такую задачу невозможно, поэтому с одной стороны необходимо исходить из выделяемых объектов наблюдения, а с другой из намечаемых предметов наблюдения.

Выбор совокупности показателя оценки и метод инструментальных измерений параметров состояния ресурсов недр определяется для каждого конкретного случая. Литомониторинг является той информационной системой, которая определяет стратегию природупользования. Эффективность его зависит от полноты оперативности и регулярности наблюдений и контроля за состоянием ресурсов недр. Достоверности полученной информации о фоновом и техногенном их состоянии. Возможности использования результатов наблюдений для установления закономерностей изменений и прогноза состояния ресурсов на перспективу.

Целью литомониторинга является организация и осуществление системы натурных инструментальных наблюдений за ресурсами недр, а так же оценка, прогноз и контроль их состояния на перспективу. Эта цель достигается достигается решением следующих задач:

· Определение элементов «эксплуатируемой геологической среды» (отдельный зон, участков или конкретных ресурсов) в пределах рассматриваемых промышленных районов;

· Предварительные оценки фонового состояния ресурсов недр на основе данных предшествующего их изучения или аналогово сравнения с другими объектами. Для определения основных направлений организации наблюдения;

· Обоснованием(разработкой) методов наблюдений обеспечивающих изучения количественно-качественных характеристик элементов «геологической среды» и учет изменений отдельных ее элементов, а так же организаций проведением и обработки результатов натурных наблюдений;

· Общие оценки техногенного состояния природных ресурсов недр и постановка целей и задач изучения характера их изменений.

Предлагаемая структурная схема литомониторинга (см.рис), охватывает все основные этапы организации обоснований и осуществления наблюдения.

Информационные системы наблюдений за изменением природных ресурсов недр. Изменение природных ресурсов – литомониторинг.

Инструментальные измерения в системе природопользования недр.

Они являются основой литомониторинга и позволяют получать необходимый материал для управления использования ресурсов в системе природопользования недр. Изучение особенностей, зон и участков подверженных антропогенному воздействию, дает возможность выделить условия и факторы, влияющие на состояние ресурсов недр (см.табл.)

Пользуя данные таблицы, выбирают приемлемые методы инструментальных изменений.

Геодезические методы съемки по точности удовлетворяют поставленным требованиям, но по производительности они далеко отстают от темпов и масштабов антропогенного воздействия на природу.

Дистанционное зондирование, как основа литомониторинга.

Масштабные темпы воздействия хозяйственной деятельности человека превзошли те пределы, при которых традиционные методы геодезически-макркшейдерских наблюдений отвечает требованиям рационального освоения недр.

Причем трудности заключаются не только в своеввременном фиксировании состояния горных выработок и природной среды. Эту задачу можно было бы решить путем, значительного увеличения штатов в геодезически-маркшейдерской службе. Другая наиболее важная задача заключается в создании средств прогноза, изменения состояния природной среды, решить которую только можно на базе современных прогрессивных методов съемки. Такими методами являются методы и средства аэрофотосъемки и космосъемки (фотограмметрии) или точнее дистанционного зондирования.

Развитие средств съемки и обработки ее результатов в последнии годы существенно расширило область применения методов фотограмметрии. Прежде всего расширилось понятия изображения. Под изображением можно понимать все то, что содержит информацию об объекте съемки. По изображениям стали определять не только размеры, форму и положение объектов, но и устанавливать их качественные и количественные характеристики т.е. выявлять и распознавать снимаемые объекты. Решение этих задач достигается без непосредственного контакта с объектом, поэтому правомерно появление термина «дистанционное зондирование». Методы дистанционного зондирования непрерывно связаны с традиционными методами фотограмметрии, когда измерения ведутся по фотоснимкам. Если «центром тяжести» фотограмметрии является описание геометрической обработки изображения, то дистанционное зондирование ставит своей целью обработки его содержания.

Фотосъемка (воздушная, космическая и наземная) широко применяется при недропользовании и не только. Необходимо использовать не только геометрическую информацию снимка (информация 1ого рода) но и энергетические характеристики изображения на снимке (информация 2ого рода). При съемке регистрируется видимая и ближняя, инфракрасная область спектра электромагнитного излучения местности на светочувствительном слое. В зависимости от величины энергии излучения изображение имеет большую или меньшую плотность т.е. ее тон изображения отражает фронт излучения, характеризуя как его амплитудное, так и частотные показатели. Посколько излучение зависит от физических свойств объектов местности, то измерения тоновых параметров изображения позволяет решать задачи, которые требуют определения качественных показателей ресурсов, анализ их изменения и пространственного распространения.

Такой подход к использованию фотоснимков широко применяется в картировании земной поверхности по аэрокосмической съемке.

17.09.2012

Организация дистанционного зондирования

Кроме геометрических элементов объектов (x y h) необходимо из изображения использовать информацию второго рода, т.е. информацию об энергетических показателях снимаемых объектов. Основным источником энергии излучаемыми объектами Земли является солнце, поэтому область спектра излучения относится к оптическому диапазону электромагнитных волн. Распространение энергии солнечного излучения в оптическом диапазоне подчинено закону Планка. Поскольку солнце как источник энергии можно отождествить с абсолютно черным телом.

На рис.9 изображены кривые характеризующие распределений интенсивности аналитической яркости излучения в спектрах солнца (1) и абсолютно черного тела (2) при Т=6000К, крива (3) на этом рисунке в относительной мере выражает способность человеческого глаза видеть излучения зависимости от длинны волны λ Максимальная чувствительность человеческого глаза и максимум солнечного излучение соответствует одной и той же длине волны λ_макс=0,5 мкм.

Проходя через атмосферу излучение солнца частично поглощается и рассеивается. На рис.10 кривая (1) в относительной мере отображается интенсивность энергии излучения солнца на границе атмосферы, а кривая (2) на земной поверхности. Значительная часть попавшего на поверхность земли излучения отражается(кривая 3), что и позволяет выполнять радиационную съемку местность, а в частности фотосъемку.

Пропускание атмосферы по спектру различно. В УФ области до λ=0,29мкм атмосфера практически непрозрачна. В видимой части спектра λ=0,4-0,75мкм пропускание достаточно высокое, хотя и неодинаковое по спектру. Имеются отдельные узкие полосы поглощения световой энергии водяными парами, углекислым газом, озоном. Отражательная способность объектов на поверхности Земле неодинаково. Она характеризуется спектральным или интегральным коэффициентом яркости с сочетанием с индикатрисой отражения. Спектральный коэффициент яркости r_λ для узкого спектрального интервала длин. r_λ=B_λ/B_о.λ. где B_λ монохроматическая яркость горизонтальной поверхности в нормальной к ней направлении; B_о.λ монохроматическая яркость горизонтальной ортотропной полностью отражающей поверхности в нормальном к ней направлении при освещении обеих поверхностей суммарным потоком солнечного излучения. Спектральные коэффициенты яркости r_λ некоторых природных образований по Е.Л.Кринову приведены на рис.11. Кривая (1) соответствует следующим типам – пески, обнажение пустынь, горные породы. Кривая (2) суходольные луга, хвойные лесные насаждения в летний период. Кривая (3) - водная поверхность под некоторым достаточно большим углом к нормали, т.е. отражающие голубое небо. Кривая (4) известняки, глины, различные светлые пятна.

Если определить значение коэффициента яркости аналогично r_λ по различным направлениям, относительно отвесной линии и отложить их по этим направлениям то получим некоторую поверхность характеризующую индикатрису отражения. Различают 4 типа индикатрис отражения. Для гладких матовых поверхностей из мелких прозрачных или полупрозрачных элементов (например мелкозернистые пески, свежевыпавший снег и т.д.) характерны Ортотропные индикатрисы, близкие по форме к полусфере, такуюже индикатрису имеют так называемые изрытые поверхности (например леса, кустарники, взрытая почва).

Гладкие поверхности(например почва покрытая обильной росой, снег покрытый настом и т.д.) обладающие свойством зеркального отражения имеют индикатрисы второго типа, которые вытянуты в направление зеркального отражения луча.

Для шероховатых иссеченных поверхностей характерны индикатрисы вытянутые в направление источников света (3 типа)

К четвертому типу относятся индикатрисы характеризующие наличие 2х максимумов, один направлен в сторону зеркального отражения, другой к источнику излучения.

Приведенные спектрофотометрические характеристики показывают что излучения объектов содержат значительную информацию, которую можно зафиксировать и расшифровать и т.о. без непосредственного контакта с объектом съемки получить данные о его свойствах и параметрах, однако при этом следует учитывать различные факторы которые формируют сигнал, попадающий на приемник излучения. Общая схема формирования такого сигнала показана на рисунке 12.

Излучение солнца проходя через атмосферу и частично поглощаясь молекулами воздуха и аэрозолями (мелкими взвешенными твердыми частицами) под углом z0 с точечкой попадает на элементарную площадку объекта отражаясь под углом z излучение опять проходит через атмосферу, ослабляется и попадает в приемник. Кроме того преемник попадает часть излучения солнца которое рассеялось в атмосфере. Это явление называется воздушной дымкой. Влияние дымки на принимаемы сигнал не одинаково в различных частях спектра. Измерение коэффициента отражения атмосфера показали, что он зависит от прозрачности атмосферы(rf) и длины волны излучения. Рис 13. Кривые показывает что в голубой части спектра коэффициент отражения Rа состоявляет от 20-60%.и чем больше прозрачность атмосферы тем меньше рассеянного излучения попадает в приемник.

Спектрофотометрические показатели объекта съемки зависят от соотношений направления излучений попадающие в приемник. Это приводит к тому что один и тот же объект имеет разные показатели яркости излучения зависимости от направления освещения и наблюдений. См рис ниже.(вставить). Схема расположения элементарных площадок при измерении излучения

Таким образом, для решения поставленных задач необходимо при съемке измерять излучении со сравнительно малых элементарных площадок с телесным углом эпселент. С фиксированием его пространственного расположения с помощью угла альфа. Только в этом случае будет обеспечена информация, как первого, так и второго рода.