Съемку земной поверхности осуществляют через толщу атмосферы, характеристики которой непостоянны. Состояние атмосферы определяет условия и результаты съемки. Физическое состояние атмосферы характеризуют ее прозрачность и рефракции лучей в ней, температура воздуха, атмосферное давление, влажность воздуха, облачность, перемещение воздушных масс. Наибольшее влияние на результативность съемки в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра оказывают степень прозрачности атмосферы, освещенность и облачность.

В слое атмосферы между земной поверхностью и съемочной системой, установленной на самолете, вертолете или космическом аппарате, всегда в той или иной степени содержатся мельчайшие (0,01-1 мм) частицы газов, водяных паров, пыли, дыма. Они вызывают рассеяние света в атмосфере и обусловливают дополнительную яркость самого воздуха, чем снижают контрастность деталей земной поверхности. Свечение или мутность атмосферы за счет рассеяния света от взвешенных в воздухе частиц называют дымкой. При преобладании в атмосфере молекул газов и водяного пара сильнее рассеиваются лучи с короткой длиной волн и атмосферная дымка имеет преимущественно голубой или синий цвет. Если же преобладают взвешенные частицы пыли, дыма и других посторонних тел, дымкой в равной степени рассеиваются лучи всех цветов спектра и сама она принимает серый или белесый цвет. Такая дымка чаще бывает в районах с задымленностью от лесных пожаров и промышленных предприятий или в зонах распространения частиц пыли и что характерно для южных безлесных областей. Атмосферная дымка уменьшает яркость объектов пропорционально коэффициенту пропускания:

Т=е^-®*secв,

где ^{®* -} оптическая толща всей атмосферы; в - угол проектирующего луча по отношению к местной вертикали.

Кроме того, дополнительно налагается яркость собственной дымки. Это приводит к уменьшению разности оптических плотностей изображения ?D = Dmax - Dmin (главным образом за счет увеличения Дmin), а соответственно к ослаблению контрастов и вуалированию съемочных материалов. Иногда, даже в совершенно безоблачные дни, дымка влияет так сильно, что исчезает различимость объектов земной поверхности, и съемка становится невозможной.

В прямой зависимости от контрастности находится разрешающая способность съемочных материалов. При съемке атмосфера может снизить разрешение на местности в 2 раза и более, особенно при плохой прозрачности, вытянутой индикатрисе рассеяния, низкой высоте Солнца и большой перспективе. Распределение частиц по высоте атмосферы определяется условиями образования воздушной массы и конвективными потоками. Наличие температурных инверсий может вызвать послойное распределение частиц в атмосфере.

Аэро - и космические съемки обычно выполняют в яркие, солнечные, безоблачные дни. Перистые и перисто-слоистые облака им не препятствуют. Аэрофотосъемка возможна и при высокой сплошной облачности, расположенной выше самолета (вертолета), выполняющего съемку. Высокая сплошная облачность позволяет получать бестеневые аэрофотоснимки со смягченными тонами теней, в результате чего полог насаждений просматривается глубже, лучше видны его затененные части. На открытых местах (прогалины, вырубки и др.) изображение отдельных деревьев или подроста лучше заметно в солнечную погоду из-за наличия падающих теней.

Для целей лесного дешифрирования важное значение имеет влияние высоты Солнца в момент проведения съемки: чем оно выше, тем контрастнее выделяется соотношение между освещенными и затененными сторонами крон в пологе насаждений. При высоте Солнца более 30° общий вид изображения полога насаждений яркий и пестрый, так как сомкнутые насаждения состоят из светлых крон и темного фона от затененных промежутков между кронами. При низкой высоте Солнца (менее 30°) контраст между тонами изображения крон и затененными промежутками ослабевает, уменьшается освещенность лесных территорий. При съемке с авиационных и космических носителей минимально допустимой высотой стояния Солнца считают 15-20° так как при меньшей высоте ухудшается освещенность местности и резко возрастает дымка. В связи с этим при съемке нужно увеличивать выдержку что может привести к недопустимо большим сдвигам изображения, снижению контрастности и ухудшению качества снимков

Обычно съемку начинают не ранее чем через 2 ч после восхода Солнца и заканчивают за 3 часа до захода. В большинстве случаев аэрофотосъемочное время дня ограничивается тремя-четырьмя часами, поскольку после 9-10 ч, особенно в лесных районах, появляется кучевая облачность, достигающая наибольшего развития к 13-15 ч. Съемку земной поверхности в ИК тепловом диапазонах можно осуществлять в любое время суток, а в радиодиапазоне - в любую погоду.

Кучевые облака изображаются белыми пятнами, а тени от них - темными пятнами. Части снимков, закрытые облаками и тенями от них, непригодны для дешифрирования.

Поскольку в любой фиксированный момент времени в среднем 65 % поверхности Земли покрыто облачностью, а территория России - сплошной и значительной облачностью на 75 %, фотографическая съемка из космоса существенно осложняется, ибо запас пленки в космических аппаратах и срок их работы на орбите ограничены. Следовательно, необходимо максимально продуктивно использовать фотопленку и стремиться к включению фотоаппаратуры лишь при отсутствии облачности. Это можно обеспечить только при наличии надежного прогноза распределения облачности по территории Земли на трассе полета космического летательного аппарата (КЛА).

Все объекты земной поверхности при наблюдении и съемке в видимом и ближнем ИК диапазонах воспринимаются раздельно благодаря их яркостным различиям. Яркость объекта зависит от освещенности, отражательной способности, поглощения отражательного излучения промежуточной средой.

К показателям, характеризующим яркость объектов и определяющим дешифровочные возможности материалов дистанционных съемок, относят:

коэффициент полного отражения, или альбедо А;

коэффициент яркости r;

коэффициент спектральной яркости r_л,

яркостной контраст К;

интервал яркости U.

Эти показатели учитывают при расчете условий съемки для получения наиболее информативных съемочных материалов и для их дешифрирования. Краткая характеристика данных показателей приводится ниже.

Альбедо - это отношение светового потока, отраженного данной поверхностью по всем направлениям F, к полному потоку, поступающему на исследуемую поверхность F₀: A=F/F₀. Различают спектральное А_л и интегральное А альбедо. А_л, определяемое в некотором интервале длин волн л₁л+?л, составляет:

А_л= F_л/Fo_л.

При изучении лесов съемку выполняют в определенные сроки, связанные с их фенологическим состоянием. Обычно съемку проводят после полного распускания листьев и до начала массового листопада (в зависимости от породы, лесорастительного района и почвенных условий). В среднем в европейской части России продолжительность развития листьев березы составляет 20-35 дней, осины - 15-30, дуба - 10-20 дней; осеннее пожелтение наступает сначала у березы и липы, у осины на 5-8 суток позднее, но протекает более интенсивно. Поэтому время полного пожелтения листьев у обеих пород практически совпадает. Продолжительность листопада березы составляет 15-40 дней, осины - 10-30 дней.

Изучение фенологического состояния лесов показывает, что в лесной зоне России сроки проведения аэрокосмической съемки наиболее удобно согласовывать с фенологическими изменениями березы и дуба. Береза распространена здесь повсеместно, у нее раньше, чем у других пород, начинается облиствение и пожелтение листьев. Н.Г. Харин (1965) составил фенологическую карту зеленения березы, которая может служить основой при планировании начала съемочных работ. Для этих же целей может быть рекомендована схема, показывающая средние даты прохождения зеленой волны в Северном полушарии (рис.2.18).

Снимки лучшего дешифровочного качества получаются при съемках древесных пород в тот период года и в той зоне спектра, в которых отражаются наибольшие различия в их яркости. Летом отражательная способность хвойных и лиственных пород в пределах видимой области спектра почти одинакова. В связи с этим дешифрирование видимого состава насаждений по летним однозональным черно-белым снимкам на фотопленках, чувствительных к видимой области спектра, - наиболее трудная задача. Лучшими дешифровочными свойствами обладают Цветные спектрозональные и многозональные снимки, сенсибилизированные в видимой и ближней ИК зонах спектра.

Средние даты прохождения зеленой волны в северном полушарии: 1-15 июля; 2-15 июня; 3-15мая; 4-15 апреля

Весной и осенью у древесных пород наблюдается большое различие в отражательной способности: весной - в желто-зеленых и красных лучах спектра (к = 500-650 нм), осенью - в оранжево-красных (X = 600-700 нм). Проведение съемок в этих зонах спектра, позволяет получить наиболее высокую дифференциацию по тону между хвойными и лиственными насаждениями. Для съемок весной нужно использовать ортохроматическую пленку, осенью - панхроматическую в сочетании со светофильтрами ЖС-18 или ОС-14 и спектрозональные пленки. Но осенние спектрозональные снимки в крупных и средних масштабах обладают худшими дешифровочными свойствами по сравнению с однотипными летними. Это объясняется тем, что разновременное пожелтение листвы у древесных пород в пределах одного контура (выдела) дает на аэрофотоснимках излишнюю пестроту в цвете одной породы, затрудняя дешифрирование состава. Осенние космические и мелкомасштабные аэрофотоснимки на спектрозональных цветных пленках и полученные при многозональной съемке имеют повышенные дешифровочные качества за счет более резкой дифференциации растительности по группам пород и условиям местопроизрастания. Осенние снимки на цветной трехслойной фотопленке по качеству дешифрирования превосходят осенние панхроматические, но, как правило, не применяются из-за большей сложности их обработки, меньшей разрешающей способности и высокой стоимости.

Съемку в осенний период проводят после начала массового пожелтения листьев березы и заканчивают до того времени, когда у лиственных пород опадает половина листвы. В весеннее время съемку на ортохроматическую и панхроматическую аэропленки начинают через 2 недели после начала облиствения и заканчивают ее через 15-20 дней. Дешифровочные качества панхроматических и ортохроматических весенних и осенних снимков значительно выше, чем у летних. Съемку на цветные спектрозональные пленки начинают через месяц после начала облиствения березы и заканчивают при начале массового пожелтения

листьев. Вышеизложенное иллюстрируется фрагментами аэрофотоснимков, полученных в различные сезонные периоды (рис.2.19,2.20, 2.21).

Фенологическое состояние лесов, в первую очередь листопадных, в весенне-осенне-летний сезон существенно влияет на распознаваемость древесных пород. При зимней аэрофотосъемке лесов в безлистном состоянии изображения участков леса имеет штриховатый рисунок.

Таким образом, для целей лесного дешифрирования предпочтение должно быть отдано материалам цветных спектрозональных аэрофотосъемок, а также многозональным фотографическим, сканерным и телевизионным изображениям лесов, позволяющим получать снимки высокого дешифровочного качества при съемке в течение почти всего съемочного периода (лето и ранняя осень).

Размещено на Allbest.ru