1.5. Радіотеплова аерозйомка

Лазерні системи

Дистанційне зондування на основі лазерів полягає в опромінюванні об'єктів навколишнього середовища та реєстрації відбитого від об'єкта або розсіяного від нього лазерного випромінювання. Прилад для дистанційного зон­дування компонентів біосфери називають ЛІДАРом (від англійської фрази Light Detection And Ranging). Основні типи лідарів, які застосовуються в дистанційному зондуванні, наведені нижче [].

Лазерні системи використовують для визначення висоти, структури й властивостей хмар, вимірювання параметрів вітру, вологості й температури повітря, оцінки опадів. Лазерні системи, дають змогу проводити топо­графічні вимірювання на земній поверхні, оцінювати рос­линні покриви, водяні потоки, ерозійні процеси.

Використання техніки реєстрації розсіювання оптичного випромінювання видимої області спектра лежить в основі аналізу молекул та аерозолів, присутніх в атмосфері.

Лазерний диференційний лідар застосовують для дос­лідження розподілу забруднень над промисловими підприє­мствами, визначення озону.

Застосування флуоресцентної дистанційної спектроскопії дає змогу оцінити забруднення атмосфери части­нками попелу, спо­луками кальцію та ртуті, флуоридами, частинками сульфатів, хлоридів, ванадію, миш'яку, оксидів і сульфідів різноманітних елементів.

Лідар на основі комбінаційного розсіювання може бути застосований для визначення наявності та кількісної оцін­ки атмосферних молекул, вимірювання температури поверхні одойм тощо.

Лідар на основі реєстрації диференційного поглинання

Метод базується на реалізації залежності коефіцієнта об'ємної екстинкції від довжини світлової хвилі. В основі роботи диференційного лідара лежить принцип опромінювання об'єкта, що контролюється, світлом із різними довжинами хвиль. Випромінювання з однією λ₀ довжиною хвилі, що збігається з лінією поглинання об'єкта (газу чи забруднення), поглинається об'єктом, тоді як випромінювання з іншою довжиною хвилі, λ_w далекою від лінії поглинання, набуває пружного розсіювання (10.7). Критерієм оцінки забруднення атмосфери є відношення сигналів, що реєстру­ються на обох довжинах хвиль. Лідар такого типу отримав в англомовній літературі назву DIAL (Differential Absorption Lidar) або DAS (Differential Absorption and Scattering)

Рис. 1.6 Принцип дії лідара на основі реєстрації диференційного поглинання

Лідар на основі реєстрації флуоресценції

Багато компонентів атмосфери демонструють здатність флуоресціювати. Методи флуоресцентного лазерного зон­дування дуже ч\тливі через малі тиски атмосфери, при яких відсутні зіткнення молекул, що гасять флуоресценцію.

Лідар на основі реєстрації комбінаційного розсіювання

Комбінаційне (раманівське) розсіювання – це таке розсіювання світла речовиною, яке супроводжується помітною зміною частоти світла. Цей тип розсіювання оптичного випромінювання включає втрату або одержання кванта коливальної енергії молекулою. Мається на увазі непружне світлове розсіювання, коли фотон, що падає, має енергію значно більшу, ніж енергія, яку коливальний квант втрачає за збудження молекули; зали­шок енергії розсіюється як фотон зі зменшеною частотою. Перевагою методу є те, що спектральні комбінаційні зсу­ви специфічні для кожної молекули; інтенсивність кожної лінії пропорційна концентрації кожного компонента; вузькі спектральні лінії та комбінаційні зсуви обмежують вплив прямого та розсіяного випромінювання; метод характери­зується просторовим і часовим розділенням. Недоліком цього методу дистанційного зондування є малий попереч­ник розсіювання, що потребує використання потужних лазерів та складних колімаційних систем.

Загальна та спеціальна обробка знімків

Оптимізація матеріалів зйомок здійснюється, з одного боку, шляхом вибору техніки зйомки, яка відповідає цілям інтерпритації даного об’єкту, і, з іншого, шляхом обробки знімків. В наш час існують фотографічні, оптичні та електронні способи обробки, які перетворюють в нову форму первинні матеріали зйомки, які контрастують і роблять більш чітким зміст знімків. Важливе значення для обробки знімків набувають розрахунково-вирішуючі пристрої. На них здійснюються: геометрична та радіометрична корекція первинних даних зйомок; більш контрасне відображення змісту знімків; автоматизоване розчленування і класифікація зйомочних даних; співставлення даних, отриманих різними системами зйомок; представлення у вигляді зображень різних результатів обробки. Застосування ЕОМ можливе в тому випадку, коли дані зйомок записуються в цифровій формі на магнітну стрічку, як це робиться нині в скануючих та радіолокаційних системах. Крім того, і аерофотознімки, і інші зображення можуть бути зчитані, перетворені в цифрову форму і підлягатися електронній обробці.

Становлення дистанційного зондування землі в Україні

У запусках Космічних апаратів (КА), дослідженні космічного та земного простору сьогодні приймають десятки розвинутих країн світу, у тому числі, Україна. З метою міжнародної координації космічних програм, загальними цілями яких є спостереження і дослідження нашої планети, у 1984 році був створений Комітету супутникового спостереження Землі (CEOS – Committee on Earth Observation Satellites). Об’єднавши космічні агентства 43 країн світу, інші національні та міжнародні організації, CEOS став головним міжнародним форумом для узгодження програм супутникових спостережень Землі, а також взаємодії цих програм з користувачами супутникових даних і всесвітніми інфрмаційними ресурсами.

Важливими напрямками діяльності CEOS є зміцнення і поліпшення функціонування механізмів глобального комплексного спостереження за нашою планетою. Одним з таких механізмів є Інтегрована глобальна стратегія спостереження IGOS (Integrated Global Observing Strategy), яка була започаткована у 1998 році як система партнерства 14 міжнародних інституцій. IGOS призначена для комплексних спостережень глобального навколишнього середовища наземними і космічними системами з метою оптимального стратегічного планування. Партнерство з IGOS розглядається як об'єднання трьох глобальних систем спостереження (океану, суші і клімату) під егідою CEOS.

Українські вчені, конструктори та інженери внесли істотний внесок в розвиток дистанційного зондування Землі (ДЗЗ). Зокрема, при участі інститутів НАН України було успішно проведено ряд унікальних міжнародних підсупутникових експериментів (Інтеркосмос-Чорне море, Тянь-Шань-Інтеркосмос-88, Атлантика-87 і 89, Космос-1500, Природа, по пошуках нафтогазових покладів, по оцінці наслідків Чорнобильської катастрофи та ін.).

У 1995 році здійснено запуск першого українського природоресурсного супутника “Січ-1”, оснащеного засобами зйомок Землі в оптичному та радіодіапазонах. В 1999 році разом з російською стороною запущено природоресурсний КА “Океан-О”. Виконано дві Національні космічні програми. Починаючі з 2003 року в Україні виконується третя Загальнодержавна (Національна) космічна програма.

Для подібних спостережень та досліджень сьогодні Україна має принаймні два авіаційних комплекса.

Один з них - авіаційний комплекс дистанційного зондування природного середовища АКДЗ-30, створений зусиллями фахівців ЦРЗЗ ім. А.І. Калмикова НАНУ та НКАУ в співпраці з фахівцями ЦАКДЗ ІГН НАНУ, АНТК ім. О.К. Антонова. Комплекс складається з узгоджених за своїми тактичними характеристиками недорогих систем - двохчастотної радіолокаційної (РБО 8-мм діапазону та РСА 23-см діапазону) системи, сканеру інфрачервоного діапазону "Малахіт", багатоканального відеоспектрометра, цифрової відеокамери, приймача системи глобального позиціювання, комплексів бортової та наземної обробки та інтерпретації даних.

Комплекс розміщено на борту літака АН-30 та призначено для вирішення широкого кола практичних та наукових завдань і, перш за все, прогнозування, попередження та моніторінгу наслідків природних і антропогенних критичних ситуацій та катастроф, контролю стану природного середовища, пошуку корисних копалин тощо.