Жерді қашықтықтан түсіру

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 38 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

1 Кіріспе

2 Жерді қашықтықтан түсіру

2. 1 Жерді қашықтықтан түсіру жүйесі

2. 2 Ғарыштық түсірілім және қашықтықтан зондтау технологияларының даму кезеңдері

2. 3 Ғарыштық түсіріс құрылғылары

3 Карталарды құру жүйесі

3. 1 Заманауи картография

3. 2 Спутниктік суреттерді өңдеу

3. 2 Стереожұптар

4 Қазақстанның жер карталары

4. 1 Целиноград ауданының жер жағдайы

4. 2 Қазақстан аумағы карталарының жағдайлары

5 Kazeosat - 1 стереожұбы негізінде топографиялық карта құру

5. 1 Целиноград ауданы ғарыштық суреттерін өңдеу

5. 2 Қорытынды өнім

6 Экономикалық бөлім

7 Қорытынды

8 Әдебиеттер тізімі

Кіріспе

Қолданылатын жерлердің мекені мен олардың пайдаланылуын суреттейтін карталар жерді пайдаланудың карталарына жатады Бұл карталар бірнеше түрге бөлінеді: жерді пайдалану динамикасының карталары, ауыл шаруашылығында пайдаланылатын жерлер карталары және пайдаланылатын мекеннің карталары (қала, елді-мекен) . Ауыл шаруашылығында пайдаланылатын және жыртуға жарамды жерлердің (ауыл шаруашылығы дақылдарының көлемі мен құрамы бойынша) және табиғи азықтық жерлердің (пайдаланудың маусымды және бағылатын малдың түрі бойынша) қалыптасқан нысандары ауыл шаруашылығында пайдаланылатын жерлердің карталарында; ормандар, жайылымдар, шабындықтар, егістік жерлер, тыңайған және тың игерілген жерлер, елді-мекендік аумақтар және басқалар - шаруашылықта пайдаланылатын жерлердің картасында көрсетіледі.

Ауыл шаруашылығы мақсатындағы жерді ұтымды пайдалану - бұл пайдаланылатын жер телімдерін және сондай-ақ, жерді пайдаланушылардың ауыл шаруашылық өнімін өндіру процесінде жерді дұрыс пайдалану мақсаттарын жүзеге асыра отырып, жердің құнарландырылуы мен табиғи факторлардың өзара оңтайлы әрекеттесуін есепке ала отырып, топырақтың өнімділігі мен жердің мелиоративтік күйінің едәуір нашарлауына жеткізбейтін әдістерді пайдалана отырып биік дәрежеге жетуді қамтамасыз ету болып табылады[1] .

Қазіргі таңда ғаламшардағы тіршілік ортасы аэроғарыштық навигациялық жүйелермен қатар заманауи техника мен технологиялары пайдаланыла отырып жер бедерін суретке түсіру арқылы зерттеледі. Қашықтықтан түрлі ақпараттарды алудың кең тараған, жетілдірілген түрі - ол қашықтықтан зондтау.

Бірақ бұл сала қазіргі таңда әлі де жеткілікті дамымаған. Себебі, Жер бетін зерттеудегі мәліметтерді пайдалану аясы күннен-күнге өсуде. Кең аумақты қамту деңгейінің жоғары мүмкіндігі бойынша аэрофототүсірілім спектрін кеңейту - жасалынатын жұмыстар санының күрт асырылуына себебін тигізеді. Спутниктік жүйелер арқылы су, ауа, топырақ, жануарлар мен өсімдікдер әлемін, пайдалы қазбалар мен кен орындарын зерттеумен қатар, топографиялық картографиялау мен түрлі масштабтағы караталардың жаңартылуына бірталай себебін тигізді. Мысалы, ғаламдық жерсеріктік жүйе (GPS) картографияға үлкен ықпалын тигізді. Сонымен қатар компьютерлік технологияның дамуы да алынған деректерді жинау, өңдеу және сақтау мүмкіндігін туғызды. Болып жатқан өзгерістерді, яғни, сарқылып жатқан кен орындарындағы жер бедерінің өзгеруін, жаңадан ашылған кен орындарын, қалалардың өсуін, жаңадан салынып жатқан зауыттарды, фабрикаларды, ғимараттар мен имараттарды бақылау үшін жаңартылған карталар талап етіледі. Сондықтан, қазіргі таңда алдыға қойылған басты мақсат ол - спутниктік навигациялық жүйені қолдана отырып, жер бедерінің өзгерісін зерттеу және оны карта бетіне түсіру. Бұл жердегі біздің міндетіміз замануи технологияларды қолдану жасалынатын жұмыстың тез және нақты нәтиже беретінін дәлелдеу.

Осы тұстағы біздің мақсатымыз жер бедерінің сызбасын қашықтықтан түсіре отырып алынған аэрофотосуреттерді компьютерлік бағдарламаларға жүктеу арқылы карталардың жаңартылу тиімділігін, оның теория мен практикалық тұстарын салыстыру арқылы, картография саласының маңызын көрсету.

Қазіргі ХХІ ғасыр спутниктік жүйелердің кеңінен және терең дамыған ғасыр. Қазіргі таңда жер бетін суретке түсіруде әлемдік деңгейдегі Landsat 8, Aster, Sentinel 2b, Spot 5 секілді спутниктер қолданылады. Ерекше атап өтетсек олар - Landsat 8, Aster, Sentinel 2b. Бұл спутниктердің ерекшелігі кез-келген аумақтың ғарыштық суретін тез және тегін алуға мүмкіндік беретіні. Қоғам үшін бұл расымен де өте қажетті және тиімді мүмкіндік. Өйткені, спутниктік суреттер көптеген салаларда қолданылады, мысалы қоршаған ортаны қорғау мен зерттеуде, геологиялық және гидрологиялық зерттеулерде, аумақтарды жоспарлауда, ауыл шаруашылығында, білім беру, барлау, логистика және әскери мақсатта[2] және басқа да көптеген салаларда.

Спутниктік өлшемдерді толықтай автоматтандыру және жаңа технологияларды құрастыру - қашықтықтан картографиялаудың жақын болашақтағы даму бағыты. Арнайы әдістерді пайдалану әдеттегі стандарттық технологияларға қарағанда кез - келген бір өлшемді өте жоғары дәлдікпен жылдам алуға мүмкіндік береді. Технологиялардың даму прогресі қағаз карталардың толығымен ығыстырылып сандық карталарға ауыстырылуына себебін тигізеді.

Қазақстанның топографиялық карталарының жағдайында талай қиындықтар туындағалы тұр. Қазіргі уақытта заманауи даму өз әсерін тигізгеніменде бізде әлі де толықтай сіңбеген.

Топографиялық карталар әскери мақсатта әлі негізгі ақпарат көзі болып табылады. Бірақ соңғы кезде тұрғын аудандардың аумағы күн сайын өзгеруіне байланысты, карталар да 3-5%- ға ескіреді. Тіптен 10 жылдан кейін бұл карталардағы апараттардың жартысы дәл болмауы мүмкін. Сол себепті әскери арнайы операцияларды жүргізуде мұндай карталарды қолдану әрине қиынға соғады. Сондықтан, карталар үнемі жаңартылып, әскерге уақытылы жеткізілуі тиіс. Әрбір 15 жылда ауылдық жерлерді, әр 5 жылда тығыз қоныстанған жерлерді өзгертіп, карта бетіне түсіріп отыру керек, сонымен бірге жаңа заңдылықтар енгізілуі тиіс.

Осы дипломдық жұмыста ғарыштан түсірілген өнімдерді өңдеудің артықшылықтары тәжірибе жүзінде ашып көрсетілді. Бұл жасалатын ғарыштық жұмыстардың орындалу барысында кездесетін қиыншылықтары мен жеңілдіктері, олардың адамдарға тигізетін пайдасы, мақсаттары іс жүзінде дәлелденіп, қорытынды нәтижелері салыстырмалы тәжірибе түріне оқырмандардың назарына ұсынылып отыр.

2 Жерді қашықтықтан түсіру

2. 1 Жерді қашықтықтан түсіру жүйесі

Жерді қашықтықтан зондтау, ол деген жердің бедерін арнаулы түсіруші құрал-саймандармен, жабдықтармен қамтамасыздандырылған әуелік және ғарыштық аппараттармен бақылау. Бұндай құрылғылардың жұмыс істеу диапазонының өлшемі - микрометрден (көрінетін оптикалық сәулелену) метрге (радиотолқын) дейін. Қашықтықтан түсіру әдісі белсенді және белсенді емес болып екіге ажыратылады. Екеуіне анықтама беріп кетер болсақ:

Белсенді емес әдістер күннің белсенділігіне негізделе келе, Жер бетіне табиғи бейнені немесе екілік жылулық сәулелендіруді қолдануы мүмкін.
Белсенді әдіс - жасанды бағытталған іс-әрекет арқылы нысандарды сәулелендіру.

Жер бетін қашықтықтан зондтаудың жаһандық, жоғарғы кеңістіктік, спектрлік және уақыттық көлемде шұғыл түрде мәлімет жинауға мүмкіндік береді. Бұл ғарыштық жүйенің ұлкен ақпаратты жинау, сақтау мүмкіндіктерін анықтап, нәтижесінде мәліметтердің түпкілікті қолдануына мүмкіндік береді[3] .

Ал ғарыштық түсірістің фотографиялық және сканер жүйелерін қолдану арқылы түсіру деген екі түрлі технологиялары бар.

Қашықтықтан зондтау өзіндік датчикті- құрылғыларды пайдалану арқылы жүргізіледі. Құрылғылардың орнатылған сенсорлары активті көрініс және пассивті деп бөлінеді және түрлі сигналдар жіберу нәтижесінде объектінің бейнесін тұрақтап ұстап алады.

Датчиктердің пассивті сенсорлары оптикалық скан жүргізу құрылғыларын және көрінетін, ультракүлгін және жақын инфрақызыл желілері, оның ішінде көрініс күн сәулелерімен шағылысатын ажыратымдылығын қамтиды.

Датчикті белсенді сенсорларға лазерді сканерлеу, радар құрылғылары, радиометрлердің микротолқынды және тағы көптеген түрлері кіреді.

Ғарыштық сканерлердің сандық бейнесін қолдану арқылы жұмыс жүргізу - осы күнгі жерді қашықтықтан түсірудің кең таралған түрі болып табылады. Олар жер бетіндегі түрлі спектрлі сәулелердің диапазондарында - инфрақызыл көрінетін, сол себепті бейнелер, яғни түсірілім өнімдері цифрлық нысанда көрсетілген өсімдік жамылғысының құрылымын мен жай-күйі туралы сапалы ақпараттың үлкен көлемін орындайды.

Сканерлік түсірілімдердің оптоэлектрондық, оптикалық-механикалық, көпсалалы (мультизон) түрлері бар[4] .

Сканердің жазба деректерінің құрылымы

Бір уақытта спектрлердің санын қолдану арқылы жүзеге асырылу дәрежесіне қарай, олар:

панхроматикалық тез алынған бейне - бір кескін суреті деп аталады;
барлық көрінетін спектрдің диапазонында;
Бір жиындағы кескіндер қосындысы - мультизонды кесіндер болып табылады. Көп жағдайда бұл кескіндер синтез барысында әрдайым нақты-нақты түстер болып шығады, себебі спектральды арналар түс гаммасын енгізетін толқын ұзындығына әрдайым сәйкес келмейді.

Бір тар спектральды диапазонда қоршаған ортамен өткір контрастқа ие объектіні бақылап отыру қажет болған жағдайда, спектроскопиялық кескіндерді қолдануға болады. Суреттер қажетті спектрлік интервалда бөлек алынған. Мұндай бейнелер спектрлік суреттер деп аталады.

Қамту дәрежесі үлкен аймақты алу[5]

Көптеген келеңсіздіктердің, проблемалардың алдын алу үшін ең бастысы- көп аумақты жабатын, яғни қамтитын бейнелерді қолдану.

Көбінесе жағдайлар үшін объектілер оптикалық спектрде, спектральды аймақтардың біреуінде болуымен (бейне сигналының деңгейі) ерекшеленеді. Таңдалған аймақтағы керекті нысандардың спектральды жарықтық қисықтары мүмкіндігінше қабаттаспауы тиіс.

Практикада көптеген нысандар үшін, бұл жағдайдың бір мезетте жасалуы, яғни орындалуы мүмкін болмайтын жағдайлар да болып тұрады. Соңында, көптеген объектілердің, нысандардың оптикалық негізде, суретте, айырмашылықтар болуы мүмкін.

Физиканың оптика бөлімінен белгілі болғандай, нақты бір нысанның спектр диапазоны болады. Ол деген, көзге көрінетін (оптикалық), инфрақызыл спектрдер диапазондарында көрсетілетін нәтиже, әр түрлі болып шығады.

Бір уақытта, бір бағытта жүргізіліп жатқан түсірілім кезінде, әр сәуле түрлі спектрлік диапазондардың жалпы қарқындылығын бейнелеп шығарады.

Ажыратымдылық (рұқсат) - белгілі бір тұрақты уақыт аралығында экранда бейнеленетін пикселдердің мөлшерін, санын немесе суреттегі пиксельге сәйкес келетін жердегі аумақты сипаттау үшін қолданылатын жалпы термин. Қашықтықтан жер бедерін түсіруде, көбінесе ерекшеленетін төрт түрі қолданылады:

кеңістік - жер бетіндегі аумақ, бұл кескіндегі әрбір пикселге (сурет шкаласы) сәйкес келеді;

спектральды - толқын ұзындығының белгілі бір интервалы арқылы, яғни белгілеп көрсететін сенсор жұмыс істейді;

уақыттық - сенсордың бұл түрімен керекті ауданның суреттерін алудың максималды жиілігі нәтижесінде.

радиометриялық - кескіндегі сұр түсінің мөлшері, саны, яғни әрбір спектральды диапазонда файл деректерінің ықтимал мәндерінің саны (әр жазбадағы биттердің саны көрсетіледі) ;

Кеңістіктік ажыратымдылық(сурет 1)

Төмен >1000 м
Орташа, 100-1000 м
Жоғарғы, 10-100 м
30-100 м
10-30 м
1-10 м
< 1 м

Сурет 1 Кеңістіктік ажыратымдылық

Мультиспектралдық зерттеудің негізгі мақсаты - алынған мәліметтерді талдау және оларды қоршаған ортада объектілер мен аумақтарды ашып, шығарып бөлуге мүмкіндік беретін(сурет 2), [6] .

Сурет 2 Жұмыс жүйесі

2. 2 Ғарыштық түсірістерді және қашықтықтан зондтау технологияларын дамыту үрдістері

Әдетте қашықтан зондтау әдістерімен деректер алудың ең жақсы уақыты - бұл жаз мезгілі (атап айтқанда, осы айларда күн сәулесінің түсу бұрышы және күннің ұзақтығы) . Бұл ереженің ерекшелігі - белсенді датчиктерді (мысалы, Радар, Лидар), сондай-ақ ұзын толқын ұзындығы диапазонындағы жылу деректерін пайдаланып деректерді алу. Термальды бейнелеуде, онда сенсорлар жылу энергиясын өлшейді, жер мен ауа температурасы арасындағы температуралық айырмашылық үлкен болған кезде уақыт аралығын қолдану жақсы. Осылайша, осы әдістердің ең жақсы уақыты - суық айлар, сондай-ақ жылдың кез келген мезгілінде таң атпай бірнеше сағат бұрын(сурет 3), [7] .

Сурет 3 Ғарыштық түсіріс

Сонымен қатар, қарастыруға болатын кейбір жағдайлар бар. Мысалы, радиолокациялық станцияның көмегімен жер бетінің қалың қар жамылғысымен суретке түсіру мүмкін емес; Лидар туралы да айтуға болады. Дегенмен, бұл белсенді сенсорлар жарыққа (немесе олардың болмауына) сезімтал, оларды жоғары ендікке қолдану үшін керемет таңдау жасайды (мысалы) . Сонымен қатар, радар мен лидар (пайдаланылатын толқын ұзындығына байланысты) орман жамылғысының астындағы бетінің суретін алуға мүмкіндік береді, бұл оларды қатты қарқынды жерлерде пайдалануға жарамды етеді. Екінші жағынан, спектралды деректерді алу әдісі (стерео және мультиспектральды әдістер) негізінен күннің күндерінде қолданылады; Төмен жарық жағдайларында жиналған деректер, әдетте, сигналдан шу деңгейіне ие, бұл оларды өңдеуді және түсіндіруді қиындатады. Бұған қоса, стерео бейнелер өсімдіктер мен экожүйелерді көрсете алады және осы әдісті (мульти спектралды дыбыстау сияқты) пайдалана отырып, ағаштардың шырмауына еніп, жер бетінің бейнелерін алу мүмкін емес[8] .

Сондай-ақ, таңертеңгілікке дейін бірнеше сағат бұрын, радарлар негізінен әуе қозғалысын бақылау, ертерек ескерту жүйелері, орман жамылғысының мониторингі, ауыл шаруашылығына және үлкен метеорологиялық деректер алуға мүмкіндік береді. Доплерлік радиолокацияны құқық қорғау органдарының көлік құралдарының жылдамдығын қадағалауға, сондай-ақ желдің жылдамдығы мен бағыты бойынша, метеорологиялық деректерді, жауын-шашынның орналасуын және қарқындылығын алу үшін пайдаланады. Алынған ақпараттың басқа түрлері ионосферада иондалған газ мәліметтерін қамтиды. Интерферометриялық радар жасанды апертуралы жердің үлкен жер учаскелерінің нақты сандық үлгілерін алу үшін қолданылады (RADARSAT, TerraSAR-X, Magellan және тағы басқалары) .

Спутниктердегі лазерлі және радарлық алтиметрлер - деректердің кең ауқымын ұсынады. Теңіз деңгейінің гравитациядан туындаған ауытқуларын өлшеу, бұл құрылғылар бір миль тәртібімен теңіз түбі топографиясының ерекшеліктерін көрсетеді. Альтиметрлер көмегімен мұхит толқындарының биіктігі мен толқын ұзындығын өлшеу арқылы сіз желдің жылдамдығы мен бағытын, сондай-ақ бетіндегі мұхит токтарының жылдамдығын және бағытын біле аласыз[9] .

Ультрадыбыстық (акустикалық) және радарлық сенсорлар теңіз деңгейін, толқындарды өлшеуге және жағалаудағы аймақтардағы толқындар бағытын анықтауға арналған.

Жеңіл анықтау және диапазонын анықтау технологиясы (LIDAR) әскери салада, атап айтқанда, ракеталардың лазермен навигациясында жақсы танымал. LIDAR сонымен қатар атмосферада әртүрлі химиялық заттардың концентрациясын анықтау және өлшеу үшін пайдаланылады, ал LIDAR әуе кемесіндегі жер бетіндегі объектілер мен құбылыстардың биіктігін радиолокациялық технология көмегімен қол жеткізуге қарағанда жоғары дәлдікпен өлшеуге болады. Өсімдіктерді қашықтықтан зондтау да LIDAR-тың негізгі қосымшаларының бірі болып табылады.

Радиометрлер мен фотометрлер - ең таралған құралдар. Олар кең жиілік диапазонында шағылысқан және шығарылатын сәулеленуді қолданады. Ең жиі көрінетін және инфрақызыл диапазондардың сенсорлары болып табылады, содан кейін микротолқынды пешті, гамма-сәуле сенсорларын және сирек ультракүлгін сезгіштерді қоса кетуге болады. Бұл құралдар атмосферада олардың концентрациясы туралы деректер беретін түрлі химиялық заттардың эмиссиялық спектрін анықтау үшін де пайдаланылуы мүмкін.

Аэротүсірілім көмегімен алынған стерео бейнелер жиі Жер бетіндегі өсімдіктерді зерттеуге, сондай-ақ жер бетіндегі әдістермен алынған модельдік экологиялық сипаттамалармен үйлестірілген жер бетіндегі суреттерді талдау арқылы әлеуетті маршруттар жасау үшін топографиялық карталарды құруға арналған[10] .

70-жылдардан бастап Landsat сияқты көпфункционалды платформалар белсенді пайдаланылуда. Бұл құралдар электромагниттік спектрдің бірнеше толқын ұзындығындағы суреттерді алу арқылы (мульти спектрлер) тақырыптық карталарды құрастыруға, әдетте, Жердің байқау спутниктерінде қолданылған. Мұндай миссиялардың үлгілері «Landsat» бағдарламасына немесе IKONOS жер серігін қосады. Тақырыптық картамен өндірілетін жер учаскелері мен жерді пайдалану карталарын жерді минералды барлауға, жерді іздестіруге және бақылауға, өсімдіктер мен өсімдіктердің жағдайларын зерттеуге, ауыл шаруашылығы жерлерінің немесе ормандардың үлкен жерлерін қоса алғанда, пайдалануға болады. Landsat бағдарламасының ғарыштық суреттерін судың сапа көрсеткіштерін, оның ішінде тереңдігін, хлорофиллдің тығыздығын және жалпы фосфор мазмұнын бақылау үшін реттегіштер пайдаланады. Метеорологиялық жерсеріктер метеорология және климатологияда қолданылады.

Спектралды суреттеу әдісін пайдалану кезінде әр пикселдің үздіксіз спектрде кең спектральды диапазондарды бейнелейтін толық спектрлік ақпараты бар суреттер алынады. Спектрлік бейнелеу құрылғылары минералогияда, биологияда, әскери ғылымда және қоршаған ортаның параметрлерін өлшеуде пайдаланылатын түрлі мәселелерді шешу үшін қолданылады.

Шөлейттенумен күресу шеңберінде қашықтан зондтау ұзақ мерзімді перспективада тәуекелге ұшырайтын аймақтарды бақылауға, шөлдену факторларын анықтауға, олардың әсер ету тереңдігін бағалауға және қоршаған ортаны қорғау бойынша тиісті шараларға қатысты шешімдер қабылдауға жауапты тұлғаларға қажетті ақпаратты ұсынуға мүмкіндік береді[11] .

2. 3 Ғарыштық түсіріс құрылғылары

ІKONOS (ежелгі грек εἰκών- Eikon сурет, іске асуы) - 1 м панхроматикалық ажыратымдылығында түсіріс жасауды қамтамасыз ететін бірінші коммерциялық спутник. Бұл Geoheye (қазір DigitalGlobe) үшін Lockheed Martin әзірледі[12] .

Спутниктік бір түсіріс жасап өту, үлкен аумақтарды түсіру үшін жоғары маневр, қабілеті бар (5 мың кв. км. ), өз кезегінде бір стерео жұп алу мүмкіндігі бар.

IKONOS-2 (қыркүйек 24, 1999) орбитаға қондырылды. Оның сипаттамалары біріншіге қарағанда біршама жақсартылған(сурет 4) .

Сурет 4 Иконос

Landsat-8 - американский спутник дистанционного зондирования Земли, восьмой в рамках программы Landsat (седьмой выведенный на орбиту) . Изначально назывался Landsat Data Continuity Mission (LDCM), создан совместно NASA и USGS. Выведен на орбиту 11 февраля 2013 года.

Спутник был построен на базе платформы LEOStar-3 компанией Orbital Sciences Corporation. Полезная нагрузка космического аппарата создана компанией Ball Aerospace и Центром космических полётов Годдарда (NASA), запуск произведен United Launch Alliance.

Landsat-8 - жердің қашықтан зондтауда қолданылатын, аса кең тарағаны американдық спутник Landsat бағдарламасының сегізінші жобасы (жетінші орбитаға шығарылған) . Бастапқыда NASA және USGS бірлесіп құрылған Landsat Data Continuity Mission (LDCM) деп аталды. Бұл жоба 2013 жылдың 11 ақпанында басталды(сурет 5) .

Спутник ORBITAL SCIENCE CORPORATION компаниясының LEOStar-3 платформасы негізінде құрастырылған. Ғарыш аппараттарының пайдалы жүктемесі Ball Air Aerospace және Goddard Space Flight Center (NASA), Біріккен Launch Alliance компаниясы ұсынған(кесте 1) .

Кесте 1

Landsat-8 сипаттамасы

Спектралдық каналдар

Толқын ұзындығы

Ажыратымдылық

(1 пиксельге)

Спектралдық каналдар: Канал 1 - побережья и аэрозоли (Coastal / Aerosol, New Deep Blue)

Толқын ұзындығы: 0, 433-0, 453 мкм