Для чего нужны аэрокосмические снимки в географии
Зачем нужны спутниковые фотографии и как наблюдать за изменениями на Земле из космоса
Лесные пожары, таяние ледников, перемещения беженцев и миграция птиц — спутниковые наблюдения дают массу полезной информации для политиков и бизнеса. Тайга.инфо объясняет, кто, как и зачем следит за Землей из космоса.
Зачем нужны спутниковые наблюдения?
Чтобы узнавать о природных бедствиях, отслеживать состояние полей, следить за вырубкой лесов и уровнем воды. Полученные из космоса данные нужны для картирования городской застройки и планирования объектов инфраструктуры. Космические наблюдения позволяют контролировать эффективность работы заводов и портов, оценивать транспортную доступность районов. Спутниковые снимки используют разведывательные службы разных стран, а еще они нужны журналистам, чтобы следить за перемещением беженцев.
Как можно следить за планетой из космоса?
Космические агентства запускают спутники со специальной аппаратурой. Камеры многих спутников позволяют делать снимки с разрешением меньше 30 сантиметров — лиц разглядеть не получится, но увидеть одежду людей уже можно. Недавно два школьника из Подмосковья проанализировали снимки, полученные со спутников разных стран, и нашли новый остров у архипелага Новая Земля.
Частная компания Planet Labs запустила больше 100 маленьких космических аппаратов на орбиту. Доступ к снимкам может получить кто угодно за абонентскую плату.
Космонавты и астронавты на борту МКС тоже смотрят за тем, что происходит на планете. Кроме фотоаппаратов с большими длиннофокусными объективами в их распоряжении есть научая аппаратура, например, ультрафиолетовые камеры, спектрометры, видеокамеры и многое другое.
В программу пребывания на МКС у космонавтов входят различные эксперименты по наблюдению за Землей. Например, для эксперимента по изучению физических процессов в околоземном космическом пространстве «Всплеск» космонавтом нужно смонтировать научную аппаратуру внутри станции и вне ее во время выхода в открытый космос. Этот эксперимент помогает понять природу сейсмомагнитных явлений и позволяет продвинуться в разработке методов прогноза землетрясений. А эксперимент «Молния-Гамма» позволяет получать новую информацию для обеспечения безопасности полетов в грозовой атмосфере.
Какие еще эксперименты проводят космонавты?
Фото- и видеосъемки космонавтов нужны, например, в эксперименте «Сейнер» для поиска и освоения промыслово-продуктивных районов Мирового океана. Эксперимент «Экон-М» проводится, чтобы получать информацию для оценки экологических последствий техногенной деятельности человека на территории России и других стран.
Благодаря эксперименту «Сейсмопрогноз» можно отрабатывать методы мониторинга предвестников землетрясений, чрезвычайных ситуаций и техногенных катастроф. За мониторинг лесных экосистем отвечает эксперимент «Дубрава» — с его помощью можно определять воздействия на лесной покров природных и техногенных факторов.
Эксперимент «Сценарий» нужен для определения скорости и момента схода ледников, оценки развития наводнений, загрязнений на водной поверхности (например, разлива нефти). Кроме того, благодаря «Сценарию» космонавты могут смотреть за перемещениями животных и птиц и по ним определять места возникновения природных катастроф.
Как передают данные наблюдений за планетой с МКС на Землю?
Результаты, полученные во время исследований, космонавты отправляют на Землю на жестких дисках, компакт-дисках, видеокассетах мини-DV, «флэшках» или даже дискетах.
Если нужно оперативно доставить до Земли информацию, то она сначала накапливается в памяти модуля контроля и сбора данных, оттуда передается в блок сервера полезной нагрузки, а затем в радиотехническую систему передачи информация для получения на Земле. Кажется, что это сложно и долго, но получается все равно быстрее, чем передавать данные непосредственно транспортировкой на Землю.
Какую технику используют космонавты при наблюдениях?
Кроме специальной аппаратуры, космонавты используют и привычные нам устройства — например, фотоаппараты и ноутбуки. Порой на фотоаппараты Nikon или видеокамеры Sony приходится ставить особые фильтры, о которых написано в инструкции по проведению опыта. Там же есть указания, каким из ноутбуков Lenovo нужно пользоваться и какой картой памяти. Для личных целей космонавты и астронавты чаще пользуются планшетами.
Применение космических снимков в начальном курсе географии
Разделы: География
С развитием компьютерных технологий и широким распространением географических информационных систем с конца ХХ в. стало развиваться более интенсивно использование космической информации. Изображения Земли из космоса позволяют наглядно представить земную поверхность, те процессы и явления, которые происходят в атмосфере, на суше и в океане. В настоящее время ведется дистанционное зондирование Земли – получение информации о земной поверхности без непосредственного контакта с ней, путем регистрации приходящего от нее электромагнитного излучения. Применение космических снимков на уроках географии позволит учащимся увидеть не только современное состояние географической оболочки, но и её изменение.
Методы учебной деятельности: частично-поисковый, репродуктивный.
Тип урока: изучение нового материала.
Оборудование: атлас 6класс издательство АСТ-Пресс, космические снимки, учебник «География 6 класс» А.А. Летягин
Конспект урока
Этапы урока
Деятельность учителя
Деятельность учащихся
II. Изучение нового материала
2.1. История космических наблюдений Землян.
2.2.Искусственные спутники Земли
2.3. Что можно увидеть с околоземной орбиты
2.4. Кому и как помогают космические снимки
2.5. Космическая информация о чрезвычайных ситуациях
III. Закрепление:
Вывод:
Домашнее задание:
Учитель: Планета Земля, которая кажется нам такой большой, по космическим меркам всего лишь крохотная песчинка, затерявшаяся в бескрайних просторах космоса. Но мир Земли неотделим от мира Вселенной. Солнце, Луна и другие небесные тела постоянно воздействуют на нашу планету. Поэтому чтоб лучше понять земной мир, люди пытливо обращают свой взор в наземное пространство. С каждым днем наука получает все больше фактов о единстве происхождения, развития и строения Земли и космоса.
У древних греков слово «космос» означало «подарок», «устройство». Знаменитый немецкий ученный Александр Гумбольд (1769–1859) свой научный труд назвал «Космос». Он исходил из того, что географические особенности нашей планеты зависят от устройства «Вселенной». Написанное с заглавной буквы слово «Космос» означает весь существующий Мир, всю Вселенную.
Методы исследования Земли, проводимые на значительном расстоянии от ее поверхности, называют дистанционными.
Выступление учащегося:
Во второй половине XX в. человечество вступило на порог Вселенной – вышло в космическое пространство. Дорогу в космос открыла наша Родина. Первый искусственный спутник Земли, открывший космическую эру, запущен бывшим Советским Союзом, первый космонавт мира – гражданин бывшего СССР.
12 апреля 1961 г. в Казахстане на советском космодроме Байконур состоялся запуск межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, в носовом отсеке которой размещался пилотируемый космический корабль «Восток» с майором ВВС Юрием Алексеевичем Гагариным на борту. Запуск прошел успешно. Космический корабль совершил один виток вокруг Земли за 89 мин. На 108-й мин после запуска он вернулся на Землю, приземлившись в районе деревни Смеловка Саратовской области. Таким образом, спустя 4 года после выведения первого искусственного спутника Земли Советский Союз впервые в мире осуществил полет человека в космическое пространство.
1969 – Первая высадка человека на Луне. В середине 1970-х годов министерство сельского хозяйства США приняли решение продемонстрировать возможности спутниковой системы в прогнозировании важнейшей сельскохозяйственной культуры пшеницы. Спутниковые наблюдения, оказавшиеся на редкость точными в дальнейшем были распространены на другие сельскохозяйственные культуры.
1971 – В Советском Союза произведен запуск первой орбитальной научной станции «Салют» для наблюдения за сельскохозяйственными культурами.
1973 – Запущена американская орбитальная станция Скайлэб.
1993 – В Москве руководителями России и США было подписано «Соглашение о порядке создания постоянной космической станции».
Учитель: Ученым приходится изучать и планету в целом, и район, где мы живем. Исследуются глобальные закономерности циркуляции атмосферы, процессы изменения живого вещества на Земле и состоянии растительности вокруг нашего города. Для этих целей нужны снимки разных масштабов, которые охватывают неодинаковые по размерам территории и имеют разную детальность.
Выступление учащегося:
В настоящее время существуют космические снимки разных масштабов. Их получают с разных высот. Вертолеты, самолеты, спутники с приборами для съемки поднимаются над земной поверхностью на высоту от сотен метров до тысяч километров. Размер наименьших объектов, изобразившихся на таких снимках, может меняться от дециметров до километров.
Обычно используются два основных типа спутников (см. Приложение 2).
Спутники первого типа обеспечивают постоянный обзор одной и той же части планеты. Это метеорологические спутники и спутники связи. Они располагаются на высоте 35800 км, а период их обращения на нашей планете точно соответствует периоду вращения Земли. Недостаток таких спутников в том, что приборы, установленные на них не «видят»
Спутники второго типа летают по полярным орбитам, т.е. пролетают вблизи полюсов Земли. Так как высота орбиты таких спутников значительно ниже первых, то их приборы позволяют получать данные более высокого качества. Эти спутники позволяют наблюдать за процессом увеличение оврагов, лесными вырубками, гарями, которые образовались в результате пожаров.
Учитель: Изображение Земли из космоса могут охватывать всю освещенную часть нашей планеты: на них можно различить не только материки и океаны, но и отдельные области и или маленькие поселки.
Снимки поверхности Земли, получаемые со спутников, используются во многих отраслях науки и хозяйства. В наши дни космическая съемка незаменима при составлении прогнозов и таких опасных явлений, как, например ураганы и смерчи.
Космические снимки применяют для современной разведки полезных ископаемых, для наблюдения ледовой обстановки и лесных пожаров, они позволяют изучать болота и места обитания различных животных.
Учащиеся записывают термин дистанционные методы.
Выступление учащегося подготовившего доклад, остальные учащиеся по ходу выступления заполняют таблицу «История наблюдений Земли из космоса» (Приложение 1).
Аэрокосмические съемки и их особенности
Основные цели и задачи аэрокосмических съемок в геодезии и исследовании природных ресурсов Земли. Фотопленки и объективы, применяемые в аэрофотосъёмке. Технология обработки результатов съемки камерой. Космическая фотосъемка, спутниковые изображения.
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Иркутский государственный технический университет»
Кафедра «Маркшейдерское дело и геодезия»
ТЕМА: «Аэрокосмические съемки и их особенности»
Выполнил: Хороших Е.Г. ИГ-11-1
Руководитель от кафедры
Подходя к изучению аэрокосмической съемки, важно отметить что это комплекс методов и средств дистанционного зондирования Земли и планет Солнечной системы.
Актуальность данной темы обусловлена тем, что наука XXI века не стоит на месте и научно-технические достижения последних лет в области создания и развития космических систем, технологий обработки, хранения, интерпретации и использования получаемых данных способствовали расширению круга задач, решаемых с помощью дистанционного зондирования Земли.
Методы аэрокосмической съёмки обеспечивают определение точного географического положения исследуемых объектов, процессов и явлений и получение их качественных и количественных биогеофизических характеристик.
Цели и задачи аэрокосмических съемок в геодезии и исследовании природных ресурсов Земли: метеорологические, природоресурсные (картографические), разведывательные (военные), геодезические
(навигационные), ретрансляционные (связь и телекоммуникации). Модель
аэрокосмической съемки природных и антропогенных объектов, основные
звенья информационного канала получения данных ДЗ.
Для полного и всестороннего рассмотрения работы, а также в качестве источника информации использованы некоторые научные методы исследования, в частности метод изучения и анализа научной литературы.
В работе представлены четыре основных раздела, которые полностью раскрывают суть данного исследования, а также приведены выводы к каждой главе. Материалами для написания работы послужили публикации известных ученых таких как: Пандул И.С., Уралов С.С., Абалакин В.К.
Первая аэрофотосъёмка состоялась в 1858 г. над Парижем. Произвёл её французский фотограф и воздухоплаватель Гаспар-Феликс Турнашон, более известный под псевдонимом Надар.
Рис. 1. Первая фотография с воздуха
В 1887 году французский фотограф Артур Батут разработал и выполнил фотосъёмку с помощью воздушного змея.
Так в начале XX века немецкий аптекарь Юлиус Нойброннер запатентовал свой «Способ и средства для фотографирования пейзажей сверху» с помощью почтовых голубей.
Рис. 2. Голубь с камерой для аэрофотосъемки
Первая полуавтоматическая камера, специально предназначенная для аэрофотосъёмки, была разработана русским военным инженером, полковником В.Ф. Потте в 1911 г. Применение аэрофотосъёмки для картографирования впервые произошло тоже на фронтах Первой мировой войны.
Фотопленки и объективы, применяемые в аэрофотосъёмке
Для увеличения качества и точности, полученных аэроснимков в настоящее время применяются аэрофотообъективы с высокой разрешающей способностью и малой дисторсией. Также широкое применение нашла аэроплёнка с очень малой деформацией. Падение освещённости по полю зрения должно быть наименьшим, а затвор должен обеспечить очень короткие (до 1/1000 с) выдержки, чтобы уменьшить нерезкость. Сама же аэроплёнка в момент фотографирования должна быть строго выровнена в плоскости.
На сегодняшний день аэрофотографирование производят на следующие типы плёнок:
· спектрозональную (особый тип пленок на которой изображение получается с преобразованной передачей цветов, дающей возможность резче подчеркнуть различия объектов).
К концу XX века использование нецифрового оборудования в профессиональной аэрофотосъёмке прекратилось.
Сканерная аэросъемочная система Геометрия сканерных снимков такова, что изображение формируется не одномоментно (как в фотографических системах), а построчно. Поэтому получаемые снимки не соответствуют центральному проектированию и требуют применения специальных методов фотограмметрической обработки. Первой съемочной системой такого типа является камера ADS40, впервые представленная фотограмметрическому сообществу в 2000 году на конгрессе ISPRS в Амстердаме (в настоящее время эксплуатируется около 50-ти таких камер).
Рис.5. Принципиальная схема сканирования камерой ADS40
В качестве примера использования камер среднего формата приведем данные, полученные в ОАО «Мосгипротранс». Для выполнения работ использовалась камера DSS 301
(f = 35 мм) канадской компании Applanix, лазерный сканер компании Leica ALS 50. Съемочное оборудование устанавливалось на вертолете МИ-8; съемка выполнялась с высоты 300 м, при скорости полета 120-150 км/час. Калибровка съемочной системы выполнена по предварительно замаркированным опорным точкам, размещенным по стандартной схеме. Наличие на борту вертолета комплекса GPS/UMI, представленного GPS-оборудованием и инерциальной системой, позволило получить угловые и линейные элементы внешнего ориентирования каждого снимка и автоматически получить накидной монтаж снимков, и выполнить прямое геопозиционирование. В этом проекте проводилась комбинированная обработка цифровых снимков и материалов лазерного сканирования с большим количеством точек (порядка 5 млн.), что позволило получить цифровую модель рельефа в автоматическом режиме, без выполнения стереофотограмметрических измерений. Дальнейшая фотограмметрическая обработка проводилась по стандартной схеме и предполагала изготовление ортомозаики в масштабе 1: 1000 (рис.6). В результате выполнения проекта было установлено, что точность результатов существенно зависит от того, какие данные использованы, в частности:
? прямое геопозиционирование по данным системы глобального позиционирования и инерциальной системы (GPS/UMI) выполняется с точностью порядка 30 см;
Рис.6. Фрагмент ортоизображения масштаба 1: 1000
? дополнительное использование фотограмметрических связей повышает точность получения выходной продукции до 25 см;
? совместное использование данных геопозиционирования, фотограмметрических связей и хотя бы минимального числа опорных точек повышает точность результатов до 15 см. В целом эти выводы подтверждают результаты многочисленных экспериментальных работ, в соответствии с которыми максимальная точность прямого геопозиционирования достигается при использовании некоторого количества наземных опорных точек.
На радиолокационных аэроснимках четче воспроизводятся наземные объекты, приуроченные к глубоко затененным участкам. Поскольку по этим снимкам может быть построена стереоскопическая модель местности (с точностью определения высот до 15 м), они используются при изучении некоторых труднодоступных районов (полярные пустыни, экваториальные джунгли с постоянной облачностью и др.) для создания топографических карт обзорного характера.
Глава 3. Космическая фотосъемка
Первая фотография Земли из космоса была получена 24 октября 1946г. Запущенная в США с полигона White Sands автоматическая ракета V-2 вышла на суборбитальную траекторию с апогеем 105 км и сделала серию снимков Земли. Съемка производилась 35-ммкинокамерой на чёрно-белую киноплёнку.
Рис.7. Первая фотография земли из космоса
Дешифрование и анализ спутниковых снимков в настоящее время все больше выполняется с помощью автоматизированных программных комплексов, таких как ERDAS Imagine или ENVI. В начале развития этой отрасли некоторые из видов улучшений изображений по заказу правительства США выполнялись фирмами-подрядчиками. Например, фирма ESL Incorporated разработала один из первых вариантов двухмерного преобразования Фурье для цифровой обработки изображений.
Разрешение спутниковых фотографий различно в зависимости от инструмента фотографирования и высоты орбиты спутника. Например, в ходе проекта Landsat была выполнена съёмка поверхности Земли с разрешением в 15 м, однако большинство из этих изображений до сих пор не обработаны.
Новые коммерческие спутники серии WorldView-1 фирмы DigitalGlobe имеют разрешающую способность в размере 50 см, то есть позволяют опознавать объекты на поверхности Земли размером менее полуметра. Спутник GeoEye-1 корпорации GeoEye имеет разрешение в надире в размере 41 см в панхроматическом диапазоне, но коммерческим потребителям до июня 2014 года были доступны снимки только с разрешением 50 см. В июне 2014 года министерство торговли США дало разрешение на продажу снимков с более высоким разрешением. В 2014 году GeoEye и DigitalGlobe планируют вывести на орбиту спутники третьего поколения GeoEye-2 и WorldView-3 с разрешением 25-30 см.
Спутниковая фотосъёмка часто дополняется аэрофотосъёмкой, которая позволяет получить более высокое разрешение, но имеет большую удельную стоимость (выражаемую в затратах денежных единиц на мІ). Также спутниковая фотосъёмка может быть скомбинирована с уже готовыми векторными или растровыми изображениями в ГИС-системах (при условии что на снимках устранены искажения перспективы и они соответствующим образом выровнены и смасштабированы).
Кроме того, фотокамеры, установленные на спутниках, весьма чувствительны к погодным условиям, которые существенно влияют на качество снимков. Обычно крайне сложно получить изображения районов с высокой облачностью, например, вершин горных пиков.
Компании, запускающие коммерческие спутники, не переводят свои изображения в статус общественного достояния, а предлагают каждому лицензировать полученные от них изображения, поэтому возможность легального создания на их основе других продуктов сведена к минимуму.
аэрокосмическая съемка геодезия спутниковый
Глава 4. Космическая съемка
Космическая съёмка Земли, небесных тел, туманностей и различных космических явлений, выполняемая приборами, находящимися за пределами земной атмосферы. Снимки земной поверхности, полученные путём К. с., отличаются тем, что при целостном (и более объективном, чем на картах) характере изображения местности они охватывают огромные площади (на одном снимке от десятков тысяч км 2 до всего земного шара). Это позволяет изучать по космическим снимкам основные структурные, региональные, зональные и глобальные особенности атмосферы, литосферы, гидросферы, биосферы и ландшафты нашей планеты в целом. При К. с. возможна повторная съёмка местности в течение одного и того же полёта носителя, т.е. через краткие промежутки времени, что позволяет изучать динамику как природных явлений, периодических (суточных, сезонных и др.) и эпизодических (извержения вулканов, лесные пожары и др.), так и различных проявлений хозяйственной деятельности (уборка урожая, заполнение водохранилищ и др.).К. с. даёт основу для разработки комплексных мероприятий по борьбе с загрязнением воздуха, суши и морей.
1) съёмки с высот 150-300 км с недолговременных носителей и возвращением экспонированных плёнок и регистрограмм на Землю;
2) съёмки с высот 300-950 км с долговременных носителей (на орбитах, при которых спутник находится как бы постоянно над освещенной стороной Земли) и передачей изображений на Землю с помощью радиотелевизионных систем;
3) съёмки с высоты примерно 36 тыс. км с т. н. стационарных спутников с доставкой фотоинформации на Землю путём применения тех же систем;
4) съёмки с межпланетных автоматических станций с ряда последовательно увеличивающихся высот (например, со станции «Зонд» с 60 и 90 тыс. км и т.д.);
5) съёмки Земли с поверхности Луны и ближайших планет, автоматически выполняемые доставленной туда регистрирующей фотоэлектронной и передающей радиотелевизионной аппаратурой;
Перечисленные методы съемок, решают разные задачи, связанные с дистанционным зондированием земли, и свидетельствуют об их широких возможностях. Поэтому космические методы и средства уже сегодня играют значительную роль в изучении земли и около земного пространства. Технологии идут в перед, в ближайшем будущем их значение для решения этих задач будут существенно возрастать.
Подобные документы
Сущность мензульной съемки. Анализ основных приборов и устройств этого метода геодезии. Проверка приборов и устройств мензульной съемки, подготовительные работы. Порядок выполнения мензульной съемки, ее недостатки и достоинства, современное состояние.
презентация [1,3 M], добавлен 29.11.2015
Понятие съемки как совокупности измерений, выполняемых на местности с целью создания карты или плана местности. Государственные геодезические сети. Особенности теодолитной съемки. Методы тахеометрической съемки. Камеральная обработка полевых измерений.
реферат [21,7 K], добавлен 27.08.2011
Топографо-геодезическая сеть и масштаб съемки. Обоснование точности съемки магниторазведочных работ, аппаратуры для рядовой съемки и наблюдения вариаций. Установка к работе магнито-вариационной станции. Методика полевой съемки и подготовка аппаратуры.
курсовая работа [490,5 K], добавлен 11.03.2015
Геодезические методы определения деформаций инженерных сооружений. Виды деформаций и причины их возникновения, исполнительные съемки. Геодезические знаки, применяемые при выполнении наблюдений за деформациями. Определение горизонтальных смещений.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 10.05.2015
Сети и съемки, геодезические сети Российской Федерации. Получение контурного плана местности с помощью теодолита и мерной ленты. Работы по прокладке теодолитных ходов. Камеральная обработка результатов съемки. Вычисление дирекционных углов и координат.
лекция [397,2 K], добавлен 09.10.2011
Дешифрирование мелкомасштабных изображений представляет собой научную дисциплину, которая совершенствуется из года в год. Космическая съемка для решения народнохозяйственных задач становится все более планомерной. Программы космических фотосъемок Земли.
реферат [16,6 K], добавлен 20.04.2008
Геодезия как наука о Земле, измерениях, проводимых для определения ее формы и размеров с целью изображения на плоскости. Основные разделы геодезии и их задачи. Характеристика геодезических понятий. Методы и средства определения формы и размеров Земли.
презентация [61,8 K], добавлен 22.08.2015
Методы топографических съемок. Теодолит Т-30 и работа с ним. Горизонтирование теодолита. Мензуальная съемка. Нивелирование поверхности. Тахеометрическая съемка. Решение инженерных задач на плане. Сравнительный анализ методов топографической съемки.
курсовая работа [45,8 K], добавлен 26.11.2008
Общие сведения о хвостохранилищах, состав работ при тахеометрической съемке. Способы съемки ситуации и рельефа. Проектирование строительства хвостохранилища месторождения «Секисовское». Обработка результатов тахеометрической съемки в программе EZYsurf.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 17.06.2013
Способы создания планового и высотного обоснования и способы геодезических съемок местности теодолитом и кипрегелем. Методика проведения плановой съемки теодолитом и кипрегелем. Разработка схемы плана местности в горизонталях. Обработка данных в Excel.
лабораторная работа [30,5 K], добавлен 14.10.2009