Научные публикации (журналы ВАК)

 

 

 

 

 

 

Жерді қашықтықтан зондтау арқылы кескіндерді өңдеу

Обработка снимков полученных ДЗЗ

Processing of images obtained by remote sensing of the Earth

Нысанбаева А.Б.  Оразбаева Ұ.М.  Темирбаева А.С.

Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия Ұлттық университеті

 

Мақалада Жерді қашықтықтан зондтаудың техникасы мен әдістеріне қысқаша шолу беріледі. ЖҚЗ (ДЗЗ) жүйесімен алынған кескіндердің басты қасиеті - олардың рұқсаттылығы, аумақты қамтуы, кескіндердің ақпараттылығы болып табылады. Кескінді өңдеу рұқсаттылығының төрт түрі қарастырылады.

В статье дается краткий обзор основных методов ДЗЗ. Основными свойствами снимков, полученных при ДЗЗ, является – разрешение снимков, охват территории, а также информационность полученного снимка. Приводится четыре методы обработки разрешения снимка.

This article gives a short overview of the methods of remote sensing of the Earth. The main properties of images obtained by remote sensing is - picture resolution, coverage area, as well as information obtained image. Provides four methods for processing image resolution.

 

Кіріспе

Жерді қашықтықтан зондтаудың деректері қоршаған орта жағдайын жедел және анық зерттеуге  және табиғи ресурстарды қолдану мен әлемнің объективті бейнесін алуға мүмкіндік беретін тиімді құрал болып табылады.

Жерді қашықтықтан зондтау (ЖҚЗ) – жер үсті және ондағы объектілер: атмосфера, мұхит, жер қабығының жоғарғы қабаты  туралы электромагниттік сәулеленудің әсерінен тіркеуші құрылғының  зерттелетін объектіден айтарлықтай қашықтықта болатын түйіспесіз әдістер  арқылы ақпарат алу. Түсірілімдік аппаратуралардың қабылдайтын толқын ұзындықтарының жұмыс диапазондары микрометрден (көрінетін оптикалық сәуле) метрге (радиотолқындар) дейін болады. Жерді қашықтықтан зондтаудың жалпы физикалық негізі объектінің өзіндік және шағылысқан сәулеленуінің тіркелген параметрлерінің арасындағы функционалдық тәуелділік және оның биогеофизикалық сипаттамалары мен кеңістіктік орналасуы болып табылады.

 

1-сурет. Жерді қашықтықтан зондтау жүйесінің  құрылымдық схемасы

 

Жерді қашықтықтан зондтау технологиясы мен әдістері

ЖҚЗ материалдары күрделі өңдеу, тіркеу және деректерді қолдану  жүйесінің бөлігі болып табылады. Оның техникалық жүйесі ғарыштық тасушылардың орбиталарын таңдау, датчиктер жиыны, бірінші деректі жердегі кешендерге өңдеу және тасымалдау жиынының сипаттамасы және тұтынушыға ұсынылған материалдар типі сияқты  нақты тапсырмаларды шешуге бағдарланған.

Бүгінгі таңда ЖҚЗ – электромагнитті спектрдің толқын ұзындығының барлық диапазонында және радиодиапазонда бейнені алудың сан түрлі әдістерін, бейнені әр түрлі жағынан шолуды – бүкіл жарты  шарды қамтитын метеорологиялық геостанциялық спутниктердің кескіндерінен жүздеген квадрат метр участоктардағы аэротүсірілімдерге дейін қамтиды.

 Фототүсірілім

Жер үстінің фотографиялық түсірілімдерін пилотталатын корабльдер мен орбиталық станциялардан немесе автоматты спутниктерден алады. Съемка масштабы екі маңызды параметрге тәуелді: түсірілім биіктігіне және объективтің фокустық қашықтығына. Ғарыштық фотоаппараттар оптикалық осьтің иілуіне байланысты жер үстінің жоспарлы және перспективті түсірілімдерін алуға мүмкіндік береді.

Фотографиялық әдістің белгілі кемшіліктері пленканы жерге қайтару қажеттілігімен және борттағы шектеулі қорымен байланысты. Дегенмен фотографиялық әдіс – қазіргі таңда ғарыш кеңістігінен түсірудің  ең ақпаратты түрі. Таңбаның тиімді өлшемі 18х18 см, тәжірибе көрсеткендей бұл адамның көру физиологиясымен сәйкес келіп, барлық бейнені бір уақытта көруге мүмкіндік береді.

Жеке ҒС-нан қолданудың ыңғайлығы үшін фотосхемалар немесе топографиялық тіреу нүктелерінің дәлдігі 0,01 болатын фотокарталар құрастырылады. Фотосхемаларды монтаждауға тек жоспарлы ҒС қолданылады.

Сканерлі түсірілімдер

Сканерлер көмегімен көптеген жекелеген тізбектеліп алынатын элементтерден тұратын кескіндер құралады. Сканерлі жүйелер көмегімен жер үсті түсірілімінде әр элементке лезде көру өрісінің шегінде тұратын жер телімінің  сәулелену жарықтылығы сәйкес келетін кескін қалыптасады. Сканерлік кескін – радиоканалдар арқылы Жерге жіберілген жарық деректерінің реттелген пакеті, олар магнитті лентаға бекітіліп, содан кейін кадрлық пішінге келтіріледі.

2-сурет. Жер үстін сканерлеудің 2 түрлі әдістері

Сканердің маңызды сипаттамасы болып сканерлеу (шолу) бұрышы мен шамасына түсірілетін жолақтың ені тәуелді болатын лезде көру бұрышы табылады. Осы бұрыштардың шамасына қарай сканерлер дәл және шолу болып бөлінеді. Дәл сканерлерде сканерлеу бұрышын ±5°-қа дейін азайтады, ал шолу сканерлерінде ±50°-қа дейін көбейтеді.

«Тематикалық картограф» типті  жаңа заман сканері көрінетін диапазон спектрінде 30 м және ИҚ-диапазонда 120 м рұқсат етілген жеті диапазонда жұмыс атқарады. Бұл сканер өңделуі көп уақытты алатын өте үлкен ақпарат ағынын береді; соған байланысты кескінді жіберу жылдамдығы азаяды (әрбір каналда түсірілімдегі пикселдер саны 36 млн-ға дейін барады).

Радарлық түсірілімдер

Радиолокациондық (РЛ) немесе радарлық  түсірілімдер – қашықтықтан зерттеулердің маңызды түрі. Планеталар үстін тікелей бақылау әр түрлі табиғи шарттармен: қалың бұлттылық, тұман, т.с.с қиындық туғызғанда қолданылады. Ол белсенді болғандықтан қараңғы уақытта да жүргізіле береді.

 

3-сурет. Оптикалық және радарлық түсірілімдердің ерекшеліктері

Жоғарыда көрсетілген түсірілім әдістері негізгі болып табылады, сондай-ақ жылулық, спектрометрикалық және лидарлы түсірілім әдістері бар.

 

Алынған кескіндерді өңдеу

Қашықтық барлау нәтижесінде алынатын деректердің сапасы оның кеңістіктік, спектралдық, радиометрлік және уақыт бойынша рұқсатына байланысты.

 

Кеңістіктік рұқсат

Картинкаға жазылатын пиксель өлшемі бойынша сипатталады, 1 – 1000 метр шамасында түрленеді. Суреттердің  кеңістіктік шешу қабілеттілігі мына формула арқылы анықталады:

                                                           wH

                                                      R≈—                                         (1)

     f

w- датчиктің сызықтық өлшемі

H- орбита биіктігі

f- оптикалық жүйенің анық көрінетін қашықтығы.

Пиксел өлшемі мен кеңістіктік шешу қабілеттілігін айыру өте маңызды, өйткені олар бір-бірінің орнын баса алмайды. Егер датчиктің кеңістіктік шешу қабілеттілігі 20метр болып, ал датчикпен қалыптасқан сурет  толық шешу қабілеттілігінде ұсынылса, онда әрбір пиксель жердегі 20х20 аумақты қамтиды.

Спектралдық рұқсат

Спектрлі рұқсат электромагнитті спектрдің қабылдайтын диапазонының спетрлі белдігінің санына және түсіру зонасының өлшеміне лайық. Суретті қашықтықтан қалыптастырудың көпшілік жүйесі қабылдайтын сәулеленудің толқын ұзындығының диапазоны болады. Спектрлі белдіктің саны бірнеше жүзге дейін түрленеді. Спектрлі белдіктің қажет етілетін саны сүзгілермен қамтамасыз етіледі. Неғұрлым жоғары спектрлі шешу қабілеттілігіне призма және дифракциялық торды қолдану арқылы жетеді. Спектрлі диапазонның санына байланысты спутниктік суреттер бірнеше түрге бөлінеді: монохроматикалы (бірзоналық, интегралды жәинтегралды және панхроматикалық); мультиспектрлі (2-10 дейінгі спектрлі белдіктер); гиперспектрлі (мүмкін 100 спектрлі белдіктер).

Радиометрлік рұқсат

Сенсор тізбектей алатын  сигналдың деңгей саны. Әдетте 256 – 16384 деңгей беретін 8-14 бит аралығында түрленеді.  Бұл сипаттама сондай-ақ  инструменттегі шуға да байланысты. Радиометрлік шешу қабілеттілігі абсолютті қара түстен абсолютті ақ түске ауысуға лайық динамикалық диапазонның дискреттелу деңгейінің санымен сипатталады. Динамикалық диапазон екілік форматтағы спутниктік суреттің бастапқы сандық мағыналарын сиқырлау үшін қолданылатын бит санына сәйкес келеді(1бит=2). Сондай-ақ 8-биттік радиометрлік шешу қабілеттілігінде спектрлік жарықтың мағыналары 0-255 дейін өзгере алады, ал 7-биттікте 0-127 дейін өзгереді.

Уақыттық рұқсат

Қызықтыратын аймақ үстіндегі серіктің ұшу жиілігі болып табылады. Әр түрлі  кескін формаларын зерттеу барысында мағынасы өте зор. Алғашында формалардың анализі әскери жорықтар үшін жүргізілген, әсіресе қарсыласын бақылау үшін. Уақыттық рұқсат арқылы датчик қаншалықты Жер бетінен сурет алатындығы анықталады. Уақытша шешу қабілеттілігі ЖҚЗ объектілерінің өзгерісін анықтағанда және зерттегенде өте маңызды.

Қашықтық барлау деректерінің негізінде дәл карталарды жасау үшін геометриялық қателіктерді жоятын трансформация қажет. Тіке төменге бағытталған аппарат арқылы түсірілген Жер суреті кескіннің тек центрінде қателіксіз болады.  Қателіктердің коррекциясы фотограмметрия процесі кезінде жүзеге асады.  1990 жылдан бастап көптеген коммерциялық жер серіктері өндірісте кателіксіз күйінде жасап шығарылады.

 

 

4-сурет. Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия Ұлттық университеті базасында орналасқан Ғарыштық зерттеулер мен технологиялардың ұлттық орталығында қабылданған кескіннің фототүсірілім әдісі арқылы өңделген кескін.

Қазірде ғарыштық суреттерді үкімет ұйымдары қолданады, ал қалған 50%-ы азамматтық, әскери және коммерциялық тұтынушыларға тиесілі. Соның ішінде мағлұматтардың 4%-ы әскери салаға тиесілі, ал үкімет мағлұматтарының 8%-ы коммерциялық мақсатта қолданылады. 

             5-сурет. Ғарыштық суреттердің тұтынушылары

Қорытынды

Кескіндерді жақсарту визуальді және машиналық анализге ыңғайлы келетін формаға айналдыруға ықпал жасайды және кескіннің маңызды белгілерін көрсетуге және интерпретация тапсырмасын оңайлатуға арналған. Әдетте кескінді жақсарту үшін жарықтылықты және түстер контрастын қолданады, сондай-ақ кеңістіктік фильтрацияны пайдаланады.

Ғарыштық түсірілімдер Жер бетін глобальды тұрғыда зерттеу үшін дәйекті ақпарат көзі болып табылады, Жер бетін картографиясын жүргізуге тиімді және жылдам мүмкіндіктер туғызады. Ғарыштан бақылау адамзат баласына метеорологиялық болжамға маңызды атмосфера циркуляциясына өте үлкен қашықтықта нақты уақытта бақылауға мүмкіндік берді.

 

 

Әдебиеттер тізімі:

 

1.     Короновский Н.В., Златопольский А.А., Иванченко Г.Н. Автоматизированное дешифрирование космических снимков с целью структурного анализа.  Исследование Земли из космоса. 1986. N 1, с. 111-118.

2.   Баранов Ю.Б., Берлянт A.M., Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Серали-нас Б.Б., Филиппов Ю.А. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. - М.: ГИС-Ассоциация, 1999. -204 с.

3.   Дейвис Ш.М., Ландгребе Д.А., Филлипс Т. Л. и др. Дистанционное зондирование: количественный подход. Под ред. Ф. Свейна и Ш. Дейвис. Пер. с англ. М., Недра, 1983, с. 415. —Пер. нзд. США, 1978, 396 с.

4.   Кашкин В.Б., Сухинин А.И.Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений: Учебное пособие. - М.: Логос, 2001.-264с