Фотограмметрия. 2

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Фотограмметрия — технология дистанционного зондирования Земли, позволяющая определять геометрические, количественные и другие свойства объектов на поверхности земли по фотографическим изображениям, получаемым с помощью летательных аппаратов любых видов. В настоящее время изображения для фотограмметрии получают как кадровыми, щелевыми и панорамными фотоаппаратами, так и с помощью радиолокационных, телевизионных, тепловых и лазерных систем.

Фотограмметрия появилась в середине XIX века, практически одновременно с появлением самой фотографии. Применять фотографии для создания топографических карт впервые предложил французский геодезист Доминик Ф. Араго примерно в 1840 г.

В простейшем случае пространственные координаты точек объекта определяются путём измерений, выполняемых по двум или более фотографиям, снятым из разных положений. При этом на каждом изображении отыскиваются общие точки. Затем луч зрения проводится от местоположения фотоаппарата до точки на объекте. Пересечение этих лучей и определяет расположение точки в пространстве. Более сложные алгоритмы могут использовать другую, известную заранее, информацию об объекте: например, симметрию составляющих его элементов, в определённых случаях позволяющую реконструировать пространственные координаты точек лишь по одному фотографическому изображению.

Алгоритмы, применяемые в фотограмметрии, имеют целью минимизировать сумму квадратов множества ошибок, решаемую обычно с помощью алгоритма Левенберга — Марквардта(или метода связок), основанного на решении нелинейных уравнений методом наименьших квадратов.

Цель курсовой работы : научиться делать дешифровку по условным знакам.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  О РАЙОНЕ РАБОТ

1.1 Климатические условия

Климат региона обуславливается особым географическим положением наибольшим удалением на материке от океанов. Территория открыта арктическому бассейну, но изолирована от влияния Индийского океана высочайшими горными системами Азии.

Погодные условия в городе складываются под влиянием резко континентального климатического пояса. Отмечаются большие колебания температур, как в суточном, так и в годовом значении. 

Зимы в большей части морозные и умеренно снежные. Средние показания термометров в январе достигают -14…-16 градусов, в последнее время, в связи с общим потеплением климата на планете, зимой чаще отмечаются оттепели, продолжительность которых так же увеличивается. Но, несмотря на все погодные изменения, все же зимы могут преподносить и очень морозные дни, когда столбики термометров могут опуститься и до -40 и ниже. 

Летние периоды напротив стали более продолжительные, средние температуры в июле, согласно многолетним наблюдениям выросли на 1,5 градуса и составляют +21…+22. Прогноз погоды так же информирует об увеличении количества осадков в летнее время. Непродолжительные дожди и грозы носят ливневый характер. 

Осень единственное время года, на которое не повлияло потепление, этот период, так же как и прежде может радовать относительно теплыми и сухими днями, изменения в погоде происходят в середине октября, на территорию города приходят прохладные и пасмурные дни. Всего за год выпадает до 350 мм осадков.

С географическим положением связаны такие особенности климата, как различия в степени континентальности и увлажненности, изменения температурных условий по сезонам года, большое разнообразие типов климата. Благодаря разнообразию сложного рельефа территории климатические условия природно-территориального комплекса западного региона в большей мере подчиняются закону широтной запальности.

2.  Физико-географические положение

Семей является вторым по величине крупным городом ВКО в западном регионе. Он расположен по обоим берегам Иртыша. Территория – 27,5 тыс кв.км, включая сельские округа.

Климат региона обуславливается особым географическим положением наибольшим удалением на материке от океанов. Территория открыта арктическому бассейну, но изолирована от влияния Индийского океана высочайшими горными системами Азии.

Ресурсы строительных материалов Западного субрегиона достаточно велики. В районе поселка Суыкбулак к югу от Семея находится богатейшее месторождение высококачественных известняков и мрамора, к северу от поселка Аул – месторождение гипса. Достаточно разнообразны строительные и декоративные камни, гравий, стекольные пески, глины. Есть месторождение цементного сырья, графита и асбеста, фарфорофаянсовое сырье.

Топливно-энергетические ресурсы Западного субрегиона намного уступают Восточному и представлены в основном энергоресурсами Иртыша, Шульбы и более мелких рек, стекающих с Тарбагатая. Известны небольшие месторождения углей бурых и каменных, а также горючих сланцев, которые в основном залегают в Зайсанской котловине, но большого промышленного значения они пока не представляют, прежде всего, потому что их балансовые запасы невелики, они невысокого качества, но пригодны для сжигания в топках электростанций.

На территории Западного субрегиона имеются небольшие месторождения химического сырья (поваренная соль, мирабилит и др.). 
К озерным ресурсам относится сама вода водоемов различной степени солености, различные соли, рыба, заросли тростника вокруг водоемов, отложения торфа, лечебные грязи, строительные материалы в виде озерных песков, галечников, гравия и илов. Ресурсы, косвенно связанные с озерами, - это приозерные заливные луга – хорошие пастбища и сенокосные угодья. 
Известны минеральные и термальные источники на территории Западного субрегиона, которые издавна использовались как лечебные (Барлыкские источники). Располагает субрегион и ресурсами лечебных грязей – органо-минеральныхи органических (оз. Алаколь).

Леса субрегиона в основном имеют водоохранное, почвозащитное и рекреационное значение. Это ленточные сосновые боры вдоль Иртыша и древних ложбин стока, это островки сосновых боров в Чингизтау, березово-осиновые рощицы горных массивах мелкосопочника, это заросли диких яблонь в Тарбагатае.

Ресурсы животного мира Западного субрегиона могут быть объектами спортивной и промысловой охоты и рыболовства.

Почвенные ресурсы для развития сельского хозяйства равнины Прииртышья (Бельагачская степь), слабо холмистые местности и низкие предгорья модно использовать для земледелия. Большую часть территории субрегиона представляют пастбища разных сезонов. Но в связи с засушливостью климата почти везде необходимо не только орошение полей, но и обводнение пастбищ и сенокосов.

Таким образом, Западный субрегион располагает разнообразным комплексом естественных природных ресурсов и полезных ископаемых. 
Рудные полезные ископаемые. Ими особенно богат Рудный Алтай.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДЕШИФРИРОВАНИИ

2.1 Понятие дешифрирования

Дешифрирование аэроснимков, один из методов изучения местности по её изображению, полученному посредством аэросъёмки. Заключается в выявлении 

 и распознавании заснятых объектов, установлении их качественных и количественных характеристик, а также регистрации результатов в графической (условными знаками), цифровой и текстовой формах. Дешифрирование имеет общие черты, присущие методу в целом, и известные различия, обусловленные особенностями отраслей науки и практики, в которых оно применяется наряду с др. методами исследований.

 
    Для получения аэроснимков с наилучшими для данного вида Дешифрирование информационными возможностями определяющее значение имеют учёт при аэрофотографировании природных условий (облика ландшафтов, освещённости местности), размерности и отражательной способности объектов, выбор масштаба, технических средств  и режимов аэросъёмки (лётносъёмочные и фотолабораторные работы).

                Эффективность дешифрирование, т. е. раскрытия содержащейся в аэроснимках информации, определяется особенностями изучаемых объектов и характером их передачи при аэросъёмке (дешифровочными признаками), совершенством методики работы, оснащённостью приборами и свойствами исполнителей дешифрирование. В ряду дешифровочных (демаскирующих) признаков различают прямые и косвенные (нередко с выделением комплексных). К прямым признакам относят: размеры, форму, тени собственные и падающие (иногда их считают косвенным признаком), фототон или цвет и сложный признак - рисунок или структуру изображения. К косвенным - указывающие на наличие или характеристику объекта, хотя он и не получил непосредственного отображения на аэроснимке в силу условий съёмки или местности. Например, растительность и микрорельеф являются индикаторами при дешифрирование задернованных почв.

               В методическом отношении для дешифрирование характерно сочетание полевых и камеральных работ, объём и последовательность которых зависят от их назначения и изученности местности. Полевое дешифрирование заключается в сплошном или выборочном обследовании территории с установлением необходимых сведений при непосредственном изучении дешифрируемых объектов. На труднодоступных территориях полевое дешифрирование осуществляют с применением аэровизуальных наблюдений. Камеральное Дешифрирование заключается в определении объектов по их дешифровочным признакам на основе анализа аэроснимков с использованием различных приборов, справочно-картографических материалов, эталонов (полученных путём полевого дешифрирование «ключевых» участков) и установленных по данному району географических взаимозависимостей объектов («ландшафтный метод»). Хотя камеральное Дешифрирование значительно экономичнее полевого, но его полностью не заменяет, т.к. некоторые данные могут быть получены только в натуре.

                Ведутся разработки по автоматизации дешифрирование в направлениях: а) отбора аэроснимков, обладающих нужной информацией, и преобразования их с целью улучшения изображения изучаемых объектов, для чего используются методы оптической, фотографической и электронной фильтрации, голографии, лазерного сканирования и др.; б) распознавания объектов сопоставлением при помощи ЭВМ закодированных формы, размеров данного изображения и плотности фототона данного изображения и эталонного, что может быть эффективным только при стандартизованных условиях аэросъёмки и обработки снимков. В связи с этим ближайшие перспективы автоматизации дешифрирование связывают с применением так называемой многоканальной аэросъёмки, позволяющей получать синхронные изображения местности в различных зонах спектра.

 Виды и методы  дешифрирования

Дешифрирование аэрофотоснимков для составления топографических карт относится к общему дешифрированию. Методика общего дешифрирования в настоящее время полно и широко освещена в литературе. Дешифрирование аэрофотоснимков с целью исследования почвенных, геоботаническйх, геологических и т. д. объектов относится к специальному дешифрированию.

В зависимости от поставленных задач дешифрирование может быть упрощенным,, схематическим и детальным. В зависимости от способов дешифрирования оно подразделяется на:

1) морфографическое  дешифрирование, состоящее из визуального рассматривания, определения и характеристики исследуемых по аэрбфотоснимкам объектов;

2) морфометрическое  дешифрирование, слагающееся из  различного вида измерительных  исследований содержания аэрофотоснимков;

3) инструментальное  дешифрирование, состоящее из фотометрических  исследований аэронегативов.

При производственном исследовании почвенного покрова аэрофотрграфическим методом пользуются только двумя первыми способами дешифрирования в связи с недостаточной разработкой метода. По месту своего проведения дешифрирование подразделяется на полевое и камеральное. При полевом дешифрировании аэрофотоснимок ориентируется на местности, объекты на аэроснимке сличаются с объектами на местности, опознаются и характеризуются путем изучения их на местности и на снимке. При камеральном дешифрировании опознавание и характеристика наземных объектов производится на основании изучения дешифровочных показателей их на аэрофотоснимках.

В ряде случаев по аэроснимку трудно дать исчерпывающую характеристику природного ландшафта, поэтому одного камерального дешифрирования бывает недостаточно. В той или иной степени оно должно быть дополнено наземными работами. Поэтому, как правило, камеральное дешифрирование сочетается с полевым дешифрированием типичных ключевых участков.

Различают дешифрирование контурное, лесотаксационное  и специальное. При контурном дешифрировании выделяют однородные участки лесных и нелесных площадей; при лесотаксации. Дешифрирование в пределах выделенных контуров определяют таксацию показатели насаждений или не покрытых лесом площадей.

Визуальное дешифрирование осуществляется, как правило, при стереоскопическом рассматривании снимков. Основано на комплексном использовании дешифровочных признаков: цвет, тон, структура фотоизображения (аморфная, зернистая, пятнистая и др.) и закономерности ландшафтной приуроченности таксации. показателей насаждений. Дешифровочные признаки выявляются при сопоставлении данных частичного наземного обследования объектов с их изображениями на фотоснимках. Система дешифровочных признаков разрабатывается применительно к конкретному ландшафту и материалам съёмки, которые зависят от сезона выполнения работы, погодных условий, типа фотоплёнки, фотобумаги и процесса их фотохимической обработки. В зависимости от этих условий каждая древесная порода, тип леса, категория площадей и т. п. отображаются на фотоснимках по-разному. Это и обусловливает составление локальных, а не общих систем дешифровочных признаков.

Измерительное дешифрирование выполняется в комплексе с визуальным и дополняет его оптические, стереоскопические или линейными измерениями отдельных элементов фотоизображения объекта. При этом наиболее часто измеряют ср. высоты древостоя, ширину кроны, степень сомкнутости полога, а также подсчитывают число деревьев.

Широко разрабатываются автоматизированный методы дешифрирование снимков, основанные на использовании оптико-электронных устройств в сочетании с визуальным или инструментальным дешифрированием., т. к. многие стороны процесса дешифрирования не поддаются математической формализации. С помощью синтеза многозональных мелкомасштабных сканерных изображений и последующей их математической обработки выделяют контуры категорий земель и преобладающих пород. При Д. средне- и крупномасштабных снимков, где основная доля информации заключена в структурных признаках, контурное дешифрирование выполняется человеком. С помощью оптико-электронных устройств построчно сканируют изображение заданного контура, в результате чего в ЭВМ записывают регистрограммы плотностей изображения объекта. Спец. машинной обработкой этих регистрограмм получают «машинные» дешифровочные признаки (кол-во максимумов и минимумов регистрограммы на 1 км местности, среднее значение плотности изображения и его дисперсию, а также соотношение этих характеристик, полученных за разными светофильтрами). Сопоставлением данных наземной таксации и результатов машинной обработки изображений устанавливают зависимость дешифровочных признаков, в т. ч. и визуальных, от таксационных показателей.

Различают прямой, контрасно-аналоговый и ландшафтно-индикацион-ный методы.

Прямой метод дешифрирования применяется только в геологически открытых районах, где коренные породы выходят на поверхность. Фототоновые различия, а также особенности структуры и рисунки изображения на снимках этих районов обусловлены геологическими телами, их окраской, вещественным составом, условиями залегания. Поэтому здесь возможно непосредственное отождествление выделенных на снимках объектов с геологическими телами и прямое сопоставление геолого-геофизических материалов с данными дешифрирования.

Прямой метод дешифрирования позволяет устанавливать поля развития горных пород различного состава и генезиса, границы стратиграфических подразделений осадочных и вулканогенных пород, характер их залегания, тектонические нарушения (пликативные и дизъюнктивные). Например, слоистые толщи образуют на снимках полосчатый рисунок, по которому можно судить о форме залегания отложений, переслаивании пород различного состава; по их выраженности в рельефе – об относительной устойчивости к процессам денудации.

По смещению слоев, маркирующих горизонтов, резкой смене фототона и рисунка изображения, вызванных сменой геоморфологического и геологического строения, дешифрируются разрывные нарушения. Особенно высок эффект применения дистанционных материалов в районах со сложным геологическим строением, где горные породы резко различаются по физико-механическим свойствам и устойчивости к выветриванию. Опытным путем установлено, что в открытых районах в результате полевых работ подтверждается до 90-100% выявленных при дешифрировании объектов. 

Контрасно-аналоговый (или контурно-геологический) метод дешифрирования используют как в геологически открытых, так и в геологически закрытых районах при работе с аэрофотоматериалами и космическими снимками всех уровней генерализации.

Замечено, что геологические объекты, аналогичные по строению и истории развития, имеют сходные изображения на снимках. На снимках эталонных участков проводится дешифрирование неоднородностей фототона и рисунков фотоизображения. Затем наземными полевыми исследованиями устанавливается геологическая природа отдешифрированных объектов, т.е. проводится их интерпретация. На основании результатов этих исследований составляются таблицы дешифровочных признаков. Таким образом получают эталоны геологических объектов с их типичным фотоизображением, т.е. их «фотопортреты». При дешифрировании новых площадей задача сводится к отысканию объектов, сходных с «фотопортретом» эталонной геологической структуры.

Применяя этот метод дешифрирования, необходимо помнить, что одинаковые или сходные, особенно древние геологические образования могут иметь различное проявление в ландшафте. Кроме того, необходимо учитывать, что при переходе от высоко- к средне- и низкоразрешимым КС происходит переход геометрической (рисунок и структура изображения) группы признаков в фотометрические (фототон). Для крупномасштабных снимков достоверным признаком является рисунок фотоизображения. Для КС масштаба 1:2500000 значение рисунка изображения объекта и фототона примерно одинаково, а для телеснимков того же масштаба, но более низкого разрешения, основной дешифровочный признак – фототон.

Дешифровочные признаки изменяются в зависимости от уровней генерализации КС, технических и природных условий съемки, и это накладывает определенные ограничения на диапазон их экстраполяции. Дешифровочные признаки, установленные для геологических объектов на КС одного уровня генерализации, нельзя механически использовать при работе с КС иного уровня генерализации.

Ландшафтно-индикационный метод дешифрирования применяют с геологически закрытых районах при работе с АС и КС среднего и высокого разрешения.

Ландшафт – это однородная по происхождению и развитию территория, обладающая единым геолого-тектоническим строением, однотипным рельефом, общими характеристиками подземных и поверхностных вод, почв, общим климатом, растительными и животными сообществами.

Индикатор – это наблюдаемый на снимке признак, который позволяет установить труднонаблюдаемый или скрытый геологический объект.

Индикационные связи – это связи явных (прямых) физиономичных компонентов ландшафта со скрытыми геологическими структурами.

В основе ландшафтно-индикационного метода дешифрирования лежат связи между дешифровочными признаками (прямыми и косвенными), выявленными на снимках с геологическими объектами данной территории. В этом случае косвенные признаки (растительность, линеанементы и т.д.) являются индикаторами поверхностных или погребенных геологических структур.

3. Дешифрировочные  признаки

Дешифровочные признаки – свойства объектов, которые прямо или косвенно находят отображение на снимках и обеспечивают распознавание объектов.

Использование дешифровочных признаков составляет основу визуального дешифрирования снимков, которое, наряду сизмерениями, представляет собой основной метод извлечения информации со снимков.

Дешифровочные признаки делят прямые и косвенные. Свойства объектов, находящие непосредственное отображение на снимках, принято называть прямыми дешифровочными признаками. К ним относятся три группы признаков:

• геометрические (форма, тень, размер),
• яркостные (фототон, уровень яркости, цвет, спектральный образ),
• структурные (текстура, структура, рисунок изображения).

Прямые дешифровочные признаки позволяют распознать объекты, изобразившиеся на снимке, однако по ним не всегда удается определить их свойства, то есть интерпретировать их, а также картографировать объекты, не изобразившиеся на снимках, изучать процессы и явления.

Используя измерения формы объектов, определение количественных статистических показателей распределения объектов массового распространения, особенности рисунка изображения, выполняют морфометрическое дешифрирование. Количественные характеристики ландшафтных рисунков изучаются для разработки на их основе компьютерных алгоритмов морфометрического ландшафтного дешифрования.

Дешифровочные признаки были сформулированы применительно к дешифрированию аэрофотоснимков, но большинство их них сохраняет значение при работе с космическими снимками, в том числе при получившем широкое распространение визуальном дешифрировании цифровых снимков на экране компьютера.

По используемым средствам дешифрирование делится на:

1. Визуальное;
2. Визуально-инструментальное, производящееся с помощью стереоскопов, параллаксометров и др. простейших приборов;
3. Инструментальное, выполняемое с помощью специальных приборов и машин.

Геологи чаще всего пользуются двумя первыми видами.

При геологическом дешифрировании используют как прямые признаки (форма, размер, фототон), отображающие на снимке объект непосредственно, так и косвенные, передающие те или иные свойства объектов не прямо, а через посредство других явлений: растительность, почву, обводненность и т.д.

Условность подразделения дешифрировочных признаков на прямые и косвенные побудила некоторых исследователей либо вообще отказаться от дробных классификаций, либо вести классификацию иным способом.

Э.Баррет и А.Куртис считают, что независимо от изображения и передаваемой им информации, для дешифрирования объекта достаточно 9 признаков:

1. Форма. Объекты ландшафта можно достаточно уверенно распознать по их очертаниям или форме. Это справедливо как для природных, так и антропогенных объектов.

2. Размер. Во многих случаях важно учитывать длину, ширину, высоту, площадь или объем изображенных объектов. Часто о примерном масштабе их на снимке судят, сравнивая их со знакомыми элементами местности (например, дороги).
3. Фототон – степень почернения изображения на снимке. Нормальное зрение различает 32-35 оттенков от белого до черного цвета. На фототон влияют отражательная способность объекта, его цвет, освещенность, структура поверхности и др.
4. Тень. По теневому силуэту можно определить форму объекта. Глубокие тени на снимках горных областей мешают дешифрированию – например, затушевывают слоистость, складчатость и т.д. В то же время повышение плотности фототона говорит в данном случае о расчлененности рельефа.

5. Облик. На снимках часто обнаруживаются объекты сходного облика. Это обстоятельство во многом облегчает дешифрирование,

особенно при анализе и картировании сложных геологических образований (метод подобия).

6. Текстура – важная качественная характеристика фотоизображения тесно связана с фототоном и позволяет выделить участки изображения с одинаковым рисунком, обусловленных сочетанием микротоновых различий. К числу распространенных текстур можно отнести гладкие, волнистые, пятнистые, линейные и др. Текстура применяется в совокупности с др. признаками. Например, снимки разных пород могут иметь одинаковый фототон, но разную текстуру.

7. Местоположение. На заключительных этапах дешифрирования интерпретацию и классификацию ряда объектов можно уточнить по их местоположению относительно других, уже расшифрованных объектов. Например, складка неясной природы, расположенная между двумя антиклиналями, является, скорее всего, синклиналью и т.д.. 
8. Разрешение на местности. Разрешающая способность снимка зависит от особенностей аппаратуры, с помощью которой он получен, от состояния окружающей среды во время наблюдения и от последующей обработки полученной информации. Разрешающая способность лимитирует размер объектов, которые могут быть опознаны.
9. Стереоэффект. Стереоскопическая модель изображения дает информацию, которую невозможно получить с отдельного снимка.