Зацерковний В.І. та ін. ГІС та бази даних

На сучасному етапі розвитку систем ДЗЗ успішно використовуються декілька комерційних систем дистанційного зондування, дані яких активно поширюються і в Україні. Сьогодні Україна забезпечена даними ДЗЗ, отриманими з космічних апаратів NOAA, "Meteosat", "Метеор-3М", "Terra", а також знімками з комерційних космічних апаратів LANDSAT, IRS, "Ikonos", "QuickBird", SPOT, "Ресурс" та інших.

Стрімке зростання популярності космічних знімків не означає, що епоха карт назавжди йде в минуле. Вони вдало доповнюють один одного. "Картою" майбутнього стане продукт, що поєднує в собі космічні й аерознімки, побудовані на їх основі тематичні шари, а також модель рельєфу, яка дозволяє перетворити карту на тривимірний образ місцевості.

Характеристики зображень. Характеристики отриманих зображень залежать від багатьох природних і технічних факторів.

До природних факторів належать: сезон знімання, освітленість поверхні знімання, стан атмосфери тощо. До технічних – тип літального апарата, орієнтація оптичної осі знімального апарата, метод отримання зображення, тип датчика, метод управління процесом знімання. Знімання здійснюються спеціальними датчиками (сенсорами). Датчики можуть бути

активними та пасивними.

Супутники (рис. 5.17) оглядають (сканують) Землю з космосу, використовуючи різноманітні датчики та камери.

Рис. 5.17. Схема отримання зображення з космосу

Ці прилади поділяються на активні та пасивні. Пасивні пристрої збирають відбите або природне випромінювання (світло або теплоту), а активні – випромінюють необхідний сигнал і фіксують його відбиття від

212

об’єкта (3). Однією з переваг активного сканування є здатність "бачити" крізь хмари.

До пасивних датчиків відносять оптичні та скануючі пристрої, що працюють у діапазоні відбитого сонячного випромінювання, включаючи ультрафіолетовий, видимий і ближній інфрачервоний діапазони. До активних датчиків відносять радарні пристрої, лазерні сканери, мікрохвильові радіометри тощо.

Результати сканування поверхні Землі посилаються на наземні станції (4) в цифровому вигляді (5), і потім перетворюються комп’ютерами в зображення (6). При дистанційному зондуванні значний вплив на якість і застосовність отримуваних даних здійснюють:

•просторова розрізненність на місцевості (мінімальний розмір об’єкта, який можна розрізнити) – у різних космічних системах знімання розрізненність коливається від декількох кілометрів до десятків сантиметрів;

•спектральний діапазон знімання – кількість і межі цих діапазонів

(рис. 5.18).

Оптичний (видимий) діапазон (рис. 5.18) – незначна частка електромагнітного спектра. Більш короткі довжини хвиль – ультрафіолетова область – порівняно мало використовуються в ДЗЗ через дуже сильне поглинання в атмосфері.

Рис. 5.18. Випромінювання Сонця і Землі, "вікна прозорості" атмосфери й основні знімальні діапазони,

використовувані в ДЗЗ

213

Надзвичайно інформативними можливостями володіє інфрачервона область, що займає діапазон від 700 до 15000 нм, саме тому вона досить широко використовується у ДЗЗ. Зображення, отримані в цьому діапазоні, містять докладну інформацію, яка характеризує склад і характер об’єктів. За їх допомогою стало можливим швидко і точно будувати карти розподілу щільності зеленої біомаси, визначати характеристики гірських порід

іґрунту.

Зпоявою на ринку космічних знімків високої розрізненності, викона-

них апаратами Iconos, QuickBird, OrbView (США), EROS (Ізраїль), SPOT (Франція), IRS і CartoSat (Індія), Radarsat (Канада), в науці про Землю почалася нова епоха. Незвичний ракурс, під яким зроблені космічні знімки, – в зоні зеніту, перпендикулярно до поверхні Землі, – вдало доповнюють звичний ракурс, під яким люди сприймають оточуючу місцевість. За їх допомогою можливо побачити знайомі території в геометрично більш достовірному світлі і, відповідно, у новій якості.

Дуже інформативними є радіолокаційні знімки. Дані, отримані з радара, ще не зображення, його треба перетворювати за допомогою складної обробки, специфічної для кожного радара. Радар – це особливе джерело даних. На відміну від інших, радар – активний сенсор. Він сам "висвітлює" знімальну ділянку, тому час доби для радарних знімань не є істотним.

Фіксація випромінювання може виконуватись як з використанням традиційних плівкових фотографічних матеріалів, так і електронних фоточутливих елементів – сканерів – приладів із зарядовим зв’язком. На основі таких елементів створюються електронні пристрої сканування, що можуть встановлюватись на різних космічних апаратах, призначених для знімання атмосфери, океану й поверхні суші. При встановленні радіолокаційних систем такі супутники можуть визначати висоту та довжину хвиль, рівень водної поверхні, розливи нафтопродуктів на поверхні води тощо. Ці прилади дозволяють реєструвати різні діапазони хвиль відбитої сонячної радіації як у видимій, так і в ультрафіолетовій та інфрачервоній спектральних зонах.

Багатозональні знімання у фотографічному варіанті мають багато недоліків, які найбільш відчутно проявилися в останні роки, коли основними засобами для роботи зі знімками стали комп’ютерні системи. Головним із них є недостатня оперативність. Саме тому більш цікавими та перспективними є цифрові системи LANDSAT TM, SPOT, NOAA.

Технології сканерного (цифрового) знімання представлені на рис. 5.19.

214

За допомогою природоресурсних супутників ведуться спостереження за кольором і щільністю рослинного покриву, кольором і текстурою ґрунтів, кольором води, температурою земної поверхні. З космосу здійснюється високоточне знімання для топографічного картографування, радіолокаційне знімання рельєфу та вологості поверхневого шару ґрунту. Знімання ведеться безупинно, незалежно від хмарного покриву, згідно з маршрутом прольоту супутника, а дані постійно передаються на наземні станції.

Випромінювання реального об’єкта, як відомо з курсу фізики і оптики, має спектр. Це означає, що в різних спектральних діапазонах (або зонах) інтенсивність відбитого випромінювання буде різною.

В залежності від кількості спектральних зон, що одночасно використовуються при зніманні, знімки можуть бути:

–панхроматичними – однозональні зображення, отримані у видимому діапазоні спектра;

–багатозональними – набір спектральних каналів у одному файлі. Найбільш інформативними для вирішення більшості практичних

задач є багатозональні зображення. Знімки, отримані в реальних кольорах, називаються кольоровими.

Знімки у видимому діапазоні схожі на ті види, які можна спостерігати, наприклад, пролітаючи над певною територією. Однак можна й змінювати кольори різних спектральних каналів (виконувати різні синтези), для того, щоб краще розрізняти необхідні об’єкти (рис. 5.20 а і 5.20 б).

Рис. 5.20. Синтезовані знімки

Багатозональні зображення при синтезі не завжди відтворюють реальні кольори, оскільки спектральні канали не завжди відповідають довжинам хвиль, які входять у кольорову гаму.

При необхідності відстеження об’єктів, що мають різкий контраст із навколишнім середовищем в одному вузькому діапазоні спектра, можна

216

використовувати зображення, які отримуються в окремому (потрібному) спектральному інтервалі. Такі зображення називаються спектральними.

До переваг космічних знімань можна віднести:

•просторову точність;

•радіометричну точність;

•просторове охоплення;

•оперативність і повторюваність знімання;

•вартість даних.

У галузі ДЗЗ намітилася тенденція до комбінованого використання різноманітних багатоканальних, гіперспектральних багатоцільових датчиків із високою розрізненністю, яка працює за будь-яких погодних умов.

Крім того, з’явилася можливість прямого отримання ДЗЗ на власні приймальні станції користувача. Хоча ці знімки порівняно низької розрізненності, вони дозволяють додати, наприклад, до регіональної ГІС шар оперативної інформації.

Для успішного використання ДДЗ з метою тематичного дешифрування розроблена логічно обґрунтована послідовність комп’ютерних перетворень зображень, яка включає:

–геометричну корекцію (прив’язку зображень до топооснови);

–корекцію яскравості (усунення шумів і вияв усіх діапазонів яскра-

вості);

–тематичну обробку (класифікації, фільтрації, арифметичні та логічні операції тощо);

–експертну оцінку результатів автоматизованого дешифрування в ГІС. Найважливішими характеристиками дистанційного зондування є

розрізненість.

Розрізненість – це загальний термін, що використовується для опису кількості пікселів, які можуть бути одночасно переглянуті на дисплеї, або ділянка на землі, якій відповідає піксель на зображенні. В більш вузькому значенні в дистанційному зондуванні використовують чотири типи розрізнення:

–спектральне – під ним розуміють кількість діапазонів електромагнітного спектра випромінювання та ширину зон знімання, що реєструється знімальною апаратурою космічної системи;

–просторове – ділянка на поверхні Землі, якій відповідає кожний піксель на зображенні (масштаб зображення);

–радіометричне – кількість напівтонів сірого тону на зображенні, тобто кількість можливих значень даних файла в кожному спектральному каналі (оцінюється кількістю бітів у кожному записі);

–часове – максимальна частота одержання зображення на одну й ту ж територію даним типом сенсорів.

217

5.4. Дані польових вишукувань (геодезичні й топографічні дані)

У процесі геодезичних вимірів (рис. 5.21) початкова (вхідна) інформація для ГІС утворюється або у цифровому вигляді (секунди, міліметри), або в аналоговому (топологічні плани, профілі).

Рис. 5.21. Геодезичне знімання місцевості

Однак після камеральної обробки аналогові дані також перетворюються в цифровий вид. Ці результати можуть бути представлені з тією або іншою детальністю і точністю.

Використання GPS й електронних тахеометрів дозволяє отримувати високоточні просторово-координатні дані вимірювань у цифровій формі та використовувати їх безпосередньо в геоінформаційному середовищі, оминаючи проміжні матеріали у вигляді картографічних матеріалів на паперовій основі.

Зберігання матеріалів безпосередньо у цифровій формі усуває проблему створення проміжних паперових карт.

Досвід свідчить, що використання зазначених приладів при досить великих обсягах робіт дозволяє суттєво знизити вартість знімань порівняно з традиційними технологіями у 3–4 рази. Істотним також є збільшення швидкості проведення знімань (у 3–5 разів).

За традиційного знімання роботи над територією великого міста можуть тривати від 5 до 10 років, у результаті чого актуальність проведених вимірів суттєво зменшиться. Збільшення швидкості знімань із завершенням їх протягом 1–2 років дозволяє отримувати більш однорідний цифровий картографічний матеріал, незважаючи на високу вартість обладнання, та отримувати значну економію коштів.

218

Крім того, забезпечуються високоякісні дані про місця розташування меж володінь, угідь, будівель, розташування доріг, рік тощо, отриманих уході польовихвишукуваньі знімань або імпортуванням з даних інших систем.

Дані з електронних геодезичних приладів – це файл із координатами й ідентифікаторами точок знімання.

У таких файлах також може міститися інформація про проведені виміри – вертикальні та горизонтальні кути, відстані. Файли даних можуть створюватися у спеціальних фірмових форматах або у звичайному текстовому форматі ASCII. Спеціальні програмні пакети для обробки даних геодезичних вимірів або модулі координатної геометрії інструментальних пакетів ГІС (пакет "Інвент-Град" (Україна), програмні пакети "CREDO" компанії "Кредо Діалог" (Білорусь), розширення Survey Analyst, сімейства пакетів ArcGIS компанії ESRI (США) тощо) зчитують такі дані за допомогою спеціальних конверторів.

Для інженерно-геодезичної інформації характерним є те, що кількісні дані про положення однієї точки або лінії фактично не містять корисної інформації. Ці дані потрібно співвідносити з іншим об’єктом або точкою (лінією).

Джерела інженерно-геодезичної інформації можуть бути пасивними (наприклад, рельєф місцевості або певна ситуація, що склалась на якомусь полігоні) й активними (наприклад, при світлодалекомірних вимірах відстаней).

Однією з найважливіших характеристик геодезичної інформації є можливість отримання єдиних оцінок різнорідних даних. Крім того, вона дозволяє узгоджувати потоки інформації в різних каналах.

Геодезична інформація завжди пов’язана з якісними характеристиками вимірюваних об’єктів, що, у свою чергу, є одним із критеріїв точності вимірів. Наприклад, в інженерній геодезії кінцевим критерієм цінності інженерно-геодезичної інформації може слугувати надійність нормальної експлуатації будівельних конструкцій.

Інженерно-геодезичну інформацію умовно можна розділити на оглядову й об’єктну, пов’язану з конкретним об’єктом виміру.

Оглядова інформація дозволяє оцінити місцевість з точки зору можливості прокладення ходів, обходу перешкод, видимості між пунктами тощо. Таку інформацію отримують або з карти, або в процесі рекогносцирування на місцевості та відносять до змістовної (семантичної).

Для уточнення окремих суперечливих положень використовуються результати вимірів із карти або використовуються найпростіші прилади.

Точність таких вимірів є невисокою, але цілком достатньою для даного виду робіт. Хоча й існують нормативи на виконання підготовчих і рекогносцирувальних робіт, однак із позиції теорії інформації, оглядова інформація кількісними величинами не оцінюється.

219

Об’єктну інформацію (інформацію про розташування об’єктів або їх складових на місцевості) отримують у процесі вимірів кутів, ліній і перевищень за допомогою геодезичних приладів.

Значення відліків можна асоціювати з первинним значенням сигналу в теорії інформації. З прагматичної точки зору, змістовного навантаження ці повідомлення не мають. Подальші елементарні обчислення, наприклад, знаходження різниці відліків, призводять до отримання первинної інформації першого роду – значень кутів, відстаней тощо. Обчислення при цьому необхідні і в тому випадку, якщо відбувається відлік з чорного боку рейки або рулетки, нуль якої прикладений до вихідної точки (площини). У цьому випадку необхідно використовувати для обчислень або горизонт інструмента (в першому випадку), або отримати різницю "відлік – мінус нуль" (у другому).

При вимірюванні відстаней приладами з цифровою індикацією, наприклад, тахеометрами або світловіддалемірами, відразу отримують значення вимірюваних величин. Тому залежно від приладів, які використовуються, первинною інформацією може бути відлік, величина кута,

відстані або перевищення.

В інженерній геодезії виділяють інформацію, яка вимірюється і яка обчислюється. Кількість інформації, що вимірюється, значно поступається інформації, що обчислюється. Однак цінність її істотно більша (особливо при розбивальних роботах). Для отримання обчислювальної інформації залучаєтьсядодаткова інформація, що збільшує довжину (об’єм) повідомлення.

5.5. Дані кадастрів

Документація землеустрою – це затверджені в установленому порядку текстові та графічні матеріали, якими регулюється використання й охорона земель державної, комунальної та приватної власності, а також матеріали обстеження і розвідки землі, авторського нагляду за виконанням проектів тощо.

Документація землеустрою розробляється у вигляді програми, схеми, проектів, спеціальної тематичної карти, атласів, технічної документації.

До технічної документації відносяться кадастрові плани, індексні карти.

Індексна кадастрова карта – це картографічний документ, що відображає місцезнаходження, межі та нумерацію кадастрових зон і кварталів та використовується для присвоєння кадастрових номерів земельним ділянкам і ведення кадастрової карти.

Кадастрові плани містять границі земельних ділянок (нерухомої власності), що не відображені на топографічних планах (рис. 5.22).

220