Расчет аэрозалетов

1  ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 Под аэрокосмическими  методами понимается комплекс  исследований поверхности Земли  и объектов трубопроводных систем, осуществляемый с помощью искусственных  спутников, орбитальных космических  станций и пилотируемых кораблей, самолетов и вертолетов, путем  регистрации собственного и отраженного  электромагнитного излучения природных  и искусственных объектов приемными  устройствами с последующей обработкой, интерпретацией и анализом полученных  данных.

Аэрокосмические исследования являются составной частью работ  по комплексному изучению трубопроводных геотехнических систем и окружающей среды.

АКМ применяются для решения  следующих основных задач: оценки состояния  МТ (определения пространственного  положения и динамики его изменения, выявления деформированных участков и оценки их напряженно-деформированного состояния. поиска утечек перекачиваемого  продукта, определения степени разрушения обвалования и обнажения трубопровода, оценки состояния балластировочных и крепежных устройств и т.д.);

оценки состояния окружающей среды (степени загрязнения, антропогенной  нарушенности и возможности поддержания  среды в экологическом равновесии);

уточнения особенностей геологического строения исследуемого региона с  выделением аномальных физических полей, контролирующих развитие современного ландшафта, его переформирование и  перераспределение;

выявления взаимодействия внутренних и внешних факторов, влияющих на ландшафт, и оценки степени устойчивости ландшафтов к техногенным воздействиям при строительстве и эксплуатации трубопроводов;

комплексного изучения процессов  взаимодействия трубопроводов с  окружающей средой;

проведения тематического  районирования и картирования территории (по природно-техническим условиям эксплуатации трубопроводов, по степени  экологической нарушенности окружающей среды и т.п.);

разработки рекомендаций по рациональной эксплуатации, ремонту  и реконструкции МТ;

разработки рекомендаций по рациональному природопользованию и охране окружающей среды;

контроля практической реализации на трассах МТ разработанных рекомендаций (оценка объемов отсыпанного или  намытого грунта, правильность обустройства систем инженерной защиты и т.д.);

определения целесообразного  местоположения, методов строительства  и эксплуатации объектов крупномасштабного  вмешательства в природу (например, при решении задач сооружения и реконструкции трубопроводов, площадных объектов различного назначения).

Аэрокосмические методы должны обеспечивать получение одинаково  достоверной информации необходимой  точности и детальности на всю  исследуемую территорию.

Основными требованиями, предъявляемыми к материалам аэрокосмических съемок, являются: наиболее благоприятные природные  условия их получения, оптимальные  технические параметры проведения съемочных работ, последующей фотохимической обработки и различных преобразований первичного изображения (оптических, оптико-электронных, цифровых).

Применение аэрокосмических  методов в интересах трубопроводного  транспорта характеризуется следующими особенностями:

направленностью на исследование процессов взаимодействия МТ с окружающей средой, выявление аномальных для  эксплуатации районов трассы и определение  потенциально опасных участков;

проведением работ в три  этапа - предполевой, полевой и камеральный, на каждом этапе - вначале на эталонных  и потенциально опасных участках, а затем - по всей трассе;

комплексным характером проведения исследований (как среди собственно дистанционных методов, так и  с наземными работами);

рациональным сочетанием принципов исследования трубопроводных ГТС и окружающей среды "от общего - к частному" (последовательная детализация) и "от частного - к общему" (последовательная генерализация);

преимущественно камеральным  выполнением работ;

необходимостью обработки  и анализа всех имеющихся материалов предшествующих исследований трубопроводной ГТС и их частичной переинтерпретации.

Комплексный характер проведения аэрокосмических исследований предполагает:

использование всех имеющихся  сведений о ландшафте и его  компонентах (рельефе, гидросети, растительности и др.), а также результатов  исследований состояния трубопровода;

использование информационных материалов, различных по масштабам, зонам спектра, природным условиям съемки и технологическим параметрам последующей обработки;

выполнение различных  видов тематического дешифрирования (геоморфологического, топогеодезического, ландшафтного и др.);

применение различных  видов аэрокосмических съемок;

выполнение натурных исследований комплексно не только в методическом, но и технологическом отношении.

Относительная эффективность  существующих аэрокосмических методов  вызывает необходимость их рационального  сочетания (комплексирования) с учетом их особенностей, характеристик и  способов применения, что повышает полноту и достоверность итоговой информации. Этого также требуют  различия физико-географических и геолого-структурных  условий исследуемых территорий.

Хорошие результаты достигаются  при комплексном применении методов, базирующихся на разных физических принципах. Для практической реализации такого подхода может быть рекомендовано  применение самолетов-лабораторий, имеющих  пилотажно-навигационное оборудование для выполнения съемочных полетов  и несущих комплекс различных  съемочных средств.

Выполнение комплексных  исследований состояния трубопроводных ГТС и окружающей среды предполагает совместное применение широкого круга  дистанционных и наземных методов.

Основными задачами комплексирования аэрокосмических и наземных методов  являются:

совместный анализ и обобщение  имеющихся сведений о трубопроводной ГТС и окружающей среде;

"обучение" дистанционных  методов решению рассматриваемых  задач в конкретных физико-географических  условиях;

получение новой информации о состоянии МТ и окружающей среды  на территориях трассы, расположенных  между эталонными участками, на основе всесторонней обработки материалов дистанционного зондирования;

целенаправленная переинтерпретация  материалов наземных исследований с  учетом информации, полученной дистанционными методами;

получение принципиально  новых результатов (например, выявление  инвариантных зависимостей взаимодействия МТ с окружающей средой).

Применение АКМ в интересах  диагностики трубопроводных ГТС  и мониторинга окружающей среды  требует привлечения квалифицированных  специалистов, обладающих соответствующей  подготовкой и, что особенно важно, опытом применения дистанционных методов  на объектах трубопроводного транспорта. Поэтому исследования должны проводиться  специализированными организациями, оснащенными необходимыми методиками и техническими средствами, располагающими опытным персоналом.

2 Приборы аэрокосмической съемки

Съемка больших территорий в настоящее время осуществляется методами фотограмметрии, изучающей  способы и технологию определения  форм, размеров, положения в пространстве, количественные и качественные характеристики объектов по их изображениям.

Изображения местности получают с помощью специальной аппаратуры, устанавливаемой на авиационных  или космических носителях. Для  аэросъемки используют самолеты (например, АН-30, ТУ-134, ИЛ-18), сверхлегкие летательные  аппараты (малые самолеты, мотодельтапланы) и вертолеты. Космическая съемка выполняется с искусственных  спутников Земли, пилотируемых космических  кораблей и орбитальных станций.

Среди аэрокосмических различают  съемки фотографические, сканерные, тепловые инфракрасные, радиолокационные и др.

Основным видом аэрокосмической  съемки является аэрофотосъемка, которую выполняют с помощьюаэрофотоаппаратов (рис. 12.1, а). Аэрофотоаппаратом изображение местности фиксируется на фотопленке - черно-белой, цветной или спектрозональной. Наиболее распространены форматы снимков: в нашей стране - 18×18 см и 30×30 см, за рубежом -18×18 см и 23×23 см.

В аэрофотоаппаратах применяют  сфокусированные на бесконечность  линзовые объективы с фокусным расстоянием  от 35 до 1000 мм (наиболее часто используются объективы с фокусным расстоянием 70, 100, 200 мм). Формат кадра и фокусное расстояние определяют угол поля зрения аэрофотоаппарата 2b (рис. 12.1, б). У узкоугольных аэрофотоаппаратов 2b < 50°, у широкоугольных - достигает 140°.

Возможность раздельно различать  на снимке мелкие близко расположенные  детали изображения называетсяразрешающей способностью снимка. В настоящее время аэрофотоснимки имеют разрешающую способность 10-40 линий на миллиметр.

При фотографировании на аэроснимке фиксируется изображение местности, а также координатные метки, которые  определяют плоскую систему координат  снимка (см. рис. 12.1, б).

а) б)

Рис. 12.1 Аэрофотоаппарат:

а – устройство: 1 – кассета; 2 – камерная часть; 3 – часть объектива;

4 – командный прибор; б – схема фотосъемки: S – центр проектирования снимка;

f – фокусное расстояние; H – высота фотографирования

Аэрофотоснимок, угол наклона  которого при фотографировании был  равен нулю, называется горизонтальным, при угле наклона, не превышающем 3°, - плановым, при угле наклона более 3° - перспективным.

Различают аэрофотосъемку одинарную - это съемка отдельных объектов, маршрутную - фотографирование полосы местности вдоль заданной линии (например, железной дороги) и площадную - фотографирование местности несколькими параллельными маршрутами. Фотографирование выполняют так, чтобы смежные снимки одного маршрута имели продольное перекрытие не менее 60%, а снимки соседних маршрутов – поперечное перекрытие не менее 30%.

Аэрофотоснимок представляет собой центральную проекцию точек  местности на плоскость снимка (см. рис. 12.1, б). Масштаб горизонтального снимка определяется по формуле

, (12.1)

где М – знаменатель масштаба, Н - высота полёта и f - фокусное расстояние аэрофотоаппарата.

Для выполнения космических  съемок используют космические фотоаппараты, являющиеся длиннофокусными модификациями  аэрофотоаппаратов.

Наряду с аэрофотоаппаратами при аэросъемке стали применять  цифровые электронные камеры, сканеры  и другие съемочные системы, создающие  цифровые изображения местности.

Цифровая электронная  камера снабжена ПЗС-приемником (прибором с зарядовой связью). ПЗС-приемник представляет собой многоэлементный фотоэлектрический приемник излучения, состоящий из миниатюрных фотодиодов, соединенных в линейку или двумерную матрицу. Размер отдельного чувствительного элемента - меньше 0,01 мм. Лучи света от разных участков местности попадают на разные фотодиоды, создавая в совокупности изображение местности.

Сканеры бывают оптико-механические и оптико-электронные. В оптико-механическом сканере сканирующее устройство – быстрокачающееся зеркало, которое, просматривая местность поперек движения носителя, посылает лучистый поток в объектив и далее на точечный фотоприемник.

В оптико-электронном сканере  для регистрации излучения используется ПЗС-линейка, располагаемая перпендикулярно  к направлению движения носителя аппаратуры. Периодически ПЗС-линейкой фиксируется строка изображения  местности. Последовательное соединение строк формирует изображение  полосы местности (рис. 12.2).

Разрешающую способность  цифровых снимков принято характеризовать  числом точек на дюйм - dpi (от англ. dots per inch) и размером пикселя на местности - PIX. В частности, размер пикселя в системе TM, установленной на ИСЗ Landsat, равен 30 м, а МСУ-Э/Ресурс-О – 45 м. 

Рис. 12.2 Сканерная съемка

Сканерный метод позволяет  выполнять съемки местности в  течение длительного времени, передавая  собираемую информацию по радиоканалам на Землю.

Лазерный сканер - сканирующий  лазерный дальномер. Местность и  расположенные на ней объекты  отображаются множеством точек, для  каждой из которых получают пространственные координаты и которые при визуализации на мониторе образуют объемное изображение  объекта.

Съемка местности сопровождается определением координат аэросъёмочной  аппаратуры с помощью спутникового приемника GPS/ГЛОНАСС, а также измерением высоты съемки радиовысотомером.

3  Использование материалов съемок

Материалы , получаемые в результате выполнения аэро- и космических съемок, используют при решении разнообразных задач изучения земной поверхности. По снимкам, полученным с воздушных или космических носителей, изготавливают карты и планы, используемые в земельном кадастре и землеустройстве, определяют геодезические координаты изобразившихся точек местности, границы изучаемых объектов, их принадлежность к соответствующему классу, а также их качественные характеристики.

Точность решения этих задач в значительной степени  зависит от величины геометрических деформаций используемых снимков и  искажений яркостей изображенных объектов при выполнении съемки.

Особенности съемочной аппаратуры и условия получения снимка –  главные факторы, приводящие к деформациям  и яркостным искажениям изображений.

Под первичными информационными  моделями в фотограмметрии и дистанционном  зондировании понимают начальные результаты аэро- и космических съемок (снимки) в любой записи.

Для решения инженерных задач  организации территории, формирования банка земельно-кадастровой  информации используются крупномасштабные планы, созданные по законам ортогонального проецирования. Эти планы в настоящее время составляются в результате фотограмметрической обработке снимков, полученных с помощью кадровых АФА. Изображение на снимках строится по законам центрального проецирования. Резултаты этих видов проецирования будут одинаковыми при аэрофотосъемке равнинной местности и отвесном положении оптической оси объектива АФА.

К первичным информационным моделям относятся также фотосхемы. Масштаб исходных снимков при  использовании прецензионных АФА  значительно меньше масштаба изготавливаемых  планов (до 10 и более крат). Но непрерывное  изображение обширных пространств, составленное из рабочих площадей исходных снимков, - фотосхема предоставляет  возможность пользователю анализировать  одновременно общие закономерности и особенности ландшафта и  решать многие задачи семантического характера, относящиеся к сфере  дистанционного зандирования.

4 Инвентаризация земель

Целью проведения инвентаризации земель населенных пунктов является создание основы для ведения государственного земельного кадастра в городах и других населенных пунктах, обеспечивающей регистрацию прав собственности, прав владения, создание банка данных на бумажном и электронном носителях, обеспечение контроля за использованием земель.

В задачи инвентаризации земель входит:

• выявление всех землепользователей на данной территории;
• выявление неиспользуемых земель, в последствии - принятия по ним управленческих решений;
• установление границ землепользований и границ городской черты;
• вынос и закрепление границ на местности.

Исходными материалами для  инвентаризации служат фотопланы масштаба 1:1000 -1:2000.

Порядок выполнения работ.

1. Разобьем территорию населенного пункта на кварталы. В зависимости от величины населенного пункта выбирается общая структура его разбивки, которая должна учитывать существующее административно-территориальное деление и особенности территории населенного пункта. Небольшие населенные пункты в зависимости от их площади и структуры могут не иметь квартальной разбивки.

В качестве учетной кадастровой  единицы выступает конкретное землепользование, а в качестве рабочей кадастровой  единицы должен выступать квартал, либо другой компактный массив, ограниченный красными линиями или естественными границами.

2. На аэрофотоснимке масштаба 1:2000 границы кварталов наносятся всеми возможными способами, в том числе:

• переносятся по контурным точкам с имеющегося картографического материала;

• по контурным точкам на аэрофотоснимок переносится сетка координат, причем перенос каждой вершины осуществляется независимо. С учетом масштаба, определяемого по перенесенной сетке, наносятся границы кварталов по координатам.

Аэрофотоснимок будет  использоваться в качестве рабочего инвентаризационного плана, на который  наносится схема границ землепользований внутри квартала.

3. При возможности непосредственного опознавания поворотных точек границ землепользователей или граничных линий производят по аэрофотоснимку.
4. Произведем дешифрирование аэрофотоснимка с соблюдением инструкции и единой технологии кадастровых и топографо-геодезических съемок для целей инвентаризации и ведения кадастра в городах.
1. При кадастровом дешифрировании для инвентаризации земель на масштабированный фотоснимок должны быть нанесены границы фактического использования земельных участков, их кадастровые номера, выявлены неиспользуемые и нерационально используемые земли в черте данного населенного пункта в соответствии с требованиями руководства по инвентаризации земель.
2. Каждому земельному участку присваивается кадастровый номер – индивидуальный, неповторяющийся на территории РФ, номер объекта недвижимости, который присваивается при его формировании.

Земельный участок – часть  земной поверхности, имеющая замкнутые  границы, фиксированное местоположение, площадь, правовой режим.

Первичные объекты недвижимости – непосредственно связанные  объекты с землей, перемещение  которых без соразмерного ущерба их назначению невозможно (здание, лес и т.д.).

Вторичные объекты недвижимости – пространственная часть первичного объекта, имеющая правовой статус.

Кадастровый квартал –  совокупность земельных участков, образующих компактный земельный массив, границы  которого совпадают с внешними границами  образования его участков.

Кадастровый массив – совокупность кадастровых кварталов, образующая планировочно обособленный район города; населенный пункт в сельской местности;

Кадастровая зона – территориально-целостная  совокупность нескольких кадастровых  массивов, характеризующаяся значительной степенью связанности.

Кадастровое зонирование  – деление территории на кадастровые  единицы и нанесение их границ на дежурные кадастровые карты.

Кадастровый номер имеет  следующую структуру:

А : Б : В….В : Г : Д : Е

где А – двухразрядное  десятичное число, задающее номер субъекта РФ;

Б– двухразрядное десятичное число, задающее номер административно -территориального образования в составе субъекта РФ;

В…В – иерхический составной  номер кадастровой зоны (В1,В2, В3) включает в себя:

В1 – двухразрядное десятичное число, задающее номер кадастровой  зоны;

В2 – двухразрядное десятичное число, задающее номер массива внутри зоны;

В3 – двухразрядное десятичное число, задающее номер квартала внутри массива;

Г – двухразрядное десятичное число, задающее номер земельного участка  в пределах кадастрового квартала;

Д – n-разрядное десятичное число, задающее номер первичного объекта  недвижимости;

Е – n-разрядное десятичное число, задающее номер вторичного объекта  недвижимости в пределах первичного объекта недвижимости;

: – разделитель составных  частей кадастрового номера.

5. Произведем инвентаризацию земель с целью получения данных по фактическому состоянию и использованию городских территорий. А также произведем определение площадей земельных участков и первичных объектов недвижимости.

Полученные данные занесем  в журнал учета кадастровых номеров.

5  Мониторинг границ земли и землепользования.

В систему мониторинга  земель входят наземная, авиационная  и космическая подсистемы.

Космическую подсистему используют для федерального и регионального  мониторинга земель на территориях  площадью 1 тыс. и более. Состоит она:

Из космических летательных  аппаратов;

бортовой аппаратуры дистанционного зондирования;

средств приема, регистрации  и хранения информации на специальных  пунктах, расположенных на Земле;

технических и программных  средств отраслевой и межотраслевой  обработки получаемой информации.

В космической подсистеме используют КЛА, съемочные и технические  средства, разрабатываемые специально для решения задач государственного мониторинга земель и экологического мониторинга территорий. Так же можно  использовать спутники и бортовую аппаратуру, принадлежащие другим ведомствам. Для  обеспечения комплексного многоцелевого  мониторинга земель на борту космического аппарата устанавливают несколько съемочных систем, работающих в различных спектральных зонах: фотоаппаратура, многозональные сканеры, радиолокаторы и другие.

Для реализации космического мониторинга земель разрабатывают  комплексные план космических съемок, включающий следующие сведения: тип  используемого космического летательного  аппарата; типы съемочных систем, требуемая  периодичность съемок; объекты съемки с указанием географических координат  границ. План космических съемок формируется  на основе заявок, поступающих от фирм и организаций, осуществляющих мониторинг земель.

Для проведение анализа многолетних  изменений категорий земель и  экологических систем  существуют отечественные и зарубежные архивные фонды материалов космических съемок. В Российских фондах содержатся снимки, полученные с космических аппаратов серии «РЕСУРС-Ф», «ОКЕАН-О», «АЛМАЗ», станции «МИР» и др.

Авиационную подсистему используют для проведения мониторинга на региональном и локальном уровнях.

Съемки проводят с высотных (тяжелых), средневысотных и низколетающих (легких) воздушных аппаратов.

Высотные летательные  аппараты: ТУ-134СХ, АН-30, ИЛ-20 и другие средства применяют при съемке достаточно больших площадей. Они оборудованы  комплексами автоматического самолетовождения, использующими для навигации  данные GPS-аппаратуры. Самолеты подобного класса представляют собой летающие лаборатории с комплексом различной аппаратуры дистанционного зондирования.

Например, с самолета ТУ-134СХ можно выполнять съемку: многозональной сканерной системой, обеспечивающей получение информации в цифровом виде в нескольких спектральных зонах (в том числе и тепловом интервале); радиолокационной станцией бокового обзора «Нить-С1СХ» - длина волны радиоизлучения 3 см, полоса обзора обзора земной поверхности  с высот съемки 3,5 и 6,5 км соответственно 15 и 37,5 км, масштабы радиолокационных изображений 1:М=1:10 0000…500 000; аэрофотоаппаратами типа ТАФА-10, MRВ, многозональной фэрофотокамерой МСК-4 и др.

Средневысотные самолеты АН-2, АН-25, ВСХС и другие используют для аэрофотосъемки, аэровизуальных наблюдений, съемок с использованием видеоаппаратуры.

Низколетающие летательные  аппараты (ЛА) используют для проведения локального мониторинга земель. Широко применяют мотодельтапланы и  беспилотные дистанционно управляемые  ЛА.

Например, на малом дистанционно управляемом летательном аппарате (МДПЛА) устанавливают съемочные  системы для регистрации пассивного излучения в спектральном интервале (0,5… 14 мкм), проводят аэрофотографирование в крупных масштабах и малыми аэрофотоаппаратами типа АФА-39. Управление полетом и съемкой выполняют  на удалении до 50 км при высотном потолке 3000 м и крейсерской скорости ЛА до 100…110 км/ч.

В подсистему наземных работ  входят:

-обеспечение дистанционного  мониторинга земель опорной информацией  для организации без данных, используемой  при обучении интепретационных  систем (автоматизированный метод  дешифрирования). Оценка дешифрирования  материалов аэро- и космических  съемок;

-калибровка технических  средств дистанционного зондирования, учет влияний атмосферы, географическая (геодезическая) привязка материалов  аэро- и космических съемок, организация  пунктов первичной обработки данных, подготовка экспресс-информации.

Наземные наблюдения проводят на тестовых участках, соответсвенно  локального, регионального и федерального значения. Основной критерий выбота тестоваого участка (полигона) – представительность (репрезентативность) объектов, гарантирующая  достоверность получаемой информации. Тестовые участки выбирают на основании  изучения многолетних статистических данных: климатических показателей, категорий земель и состояния  земельного фонда, наличия и интенсивности  эрозии, заболачивания, засоления, загрязнения  почв, размещения транспортных и промышленных предприятий, состояния водных объектов и т.п. Район, располагающий группой  представительных тестовых участков, принимают как базовый.