Применение космических данных дистанционного зондирования

К содержанию книги Д.С.Коробова «Основы геоинформатики в археологии»

В отличие от аэрофотосъемки, ДДЗ космических спутников используются археологами значительно реже. Большинство подобных исследований проводится в США и Италии, имеется также отечественный опыт применения космоснимков в археологических исследованиях. Некоторые публикации приведены в списке литературы к гл. 4.

Работа с данными космических спутников требует специальных знаний, поскольку в отличие от классической аэрофотосъемки космические спутники используют многоспектральную съемку, которая ведется как в видимой части спектра, так и в невидимых человеческому глазу ближнем и дальнем диапазонах спектра. Приведенные на рисунке диапазоны носят также названия «окон прозрачности» атмосферы, поскольку только в них отраженное поверхностью Земли электромагнитное излучение способно преодолевать земную атмосферу. Основных оптических диапазона четыре: видимый (с длиной волны 0,4-0,7 мкм), ближний (0,7-2,0 мкм), средний (2,0—5,0 мкм) и дальний инфракрасный (8,0-15,0 мкм). Поскольку различные объекты земной поверхности имеют разные спектры отражения, получение информации в виде нескольких спектральных каналов позволяет осуществлять классификацию объектов на изображении. Так, например, видимый голубой диапазон спектра дает информацию о типах почвы и растительности, типах лесов, зданий, дорог, берегов и водных источников; видимый зеленый помогает различить границы между типами растительности, следы построек и дорог; видимый красный определяет возможности поглощения хлорофилла растительностью и также позволяет выявить следы дорог и построек. Анализ ближнего инфракрасного диапазона спектра дает возможность реконструировать количество биомассы, типы растительности, водной поверхности и уровень влажности почвы. Средний инфракрасный диапазон также позволяет анализировать уровень влажности в растительности и почве и делает видимыми различия в геологическом строении скальных пород. Дальний инфракрасный диапазон отвечает за различия в отсутствии растительности, во влажности почвы и относительного количества тепла, а изучая диапазон микроволн при помощи радара, можно распознать лежащие в земной поверхности объекты человеческой деятельности. Кроме того, космические снимки делаются также в единственном канале спектра, в результате чего получается черно-белое изображение, называемое также панхроматическим.

В зависимости от используемой аппаратуры различают фотографическую, цифровую сканерную и радарную космические съемки. Первые два вида аппаратуры относятся к пассивным системам ДЗ, которые измеряют отраженный от земной поверхности солнечный свет либо переизлученную тепловую радиацию. Радарная аппаратура относится к активным системам, поскольку она сама является источником излучения сигнала, который измеряется после отражения от земной поверхности.

Первые космические аппараты для проведения съемки использовали фотокамеры. В принципе, космофотоснимки можно рассматривать как вариант аэрофотосъемки, полученный со значительных высот — от 200 до 1000 км. Их отличает, с одной стороны, большая обзорность, поскольку в один кадр снимка попадает большая площадь земной поверхности, но, с другой стороны, меньшая степень подробности, выраженная в пространственном разрешении снимка (соответствии пиксела изображения размеру поверхности). Сопоставимыми по пространственному разрешению с аэрофотосъемкой мелкого масштаба являются отечественные камеры высокого разрешения КВР-1000 и их американский аналог — система CORONA с камерой КН-4В, которая выполняла шпионскую миссию слежения за территорией СССР в 1967-1972 гг. Снимки этого спутника были рассекречены в 1995 г. и теперь успешно применяются в археологии. В России один из первых подобных опытов осуществлен в Ставропольском крае (работы А. Б. Белинского и А.А. Довгалева). Недавно весьма подробный обзор особенностей данных CORONA и применения их в археологических исследованиях был сделан М.О. Жуковским (см. список литературы к гл. 4).

Сравнительные характеристики отечественных фотокамер космического базирования приведены в табл.

Характеристики ERS RADARSAT Алмаз-1
Разрешение, м 30 10-100 15-20
Год запуска 1991 1995 1992
Диапазон волн 5,7 5,7 10
Ширина полосы, км 100 50-500 40

Из табл. видно, что использование снимков КФА-1000 позволяет нам распознавать только очень крупные археологические структуры (например, городища), тогда как на снимках КВР-1000 можно разглядеть и меньшие по размеру объекты (например, остатки надземных сооружений гробниц-мастаба возле пирамид Гизы в Египте).

Фотокамеры на космических спутниках в 1980-е гг. заменяются цифровыми сканерами, что позволяет исключить почти все этапы фотографического процесса и последующей оцифровки изображения для ввода его в компьютер. При этом анализ спектральных свойств изображений, полученных при сканировании, также становится более достоверным. Начиная с момента своего появления, цифровые сканерные системы постоянно совершенствуются, достигая приемлемого пространственного разрешения в сочетании с большим количеством анализируемых каналов. Это видно при сравнении характеристик цифровых сканеров космического базирования первого и второго поколений.

Сравнительные характеристики космических цифровых сканеров 1980-1995 гг.

Характеристики LANDSATTM SPOT Ресурс-О
Разрешение в многоспектральном режиме, м 30 20 34-45
Разрешение в панхроматическом режиме, м 10
Г од запуска 1982 1986 1988
Число каналов 6 4 3
Ширина полосы, км 185 60 45

Сравнительные характеристики космических цифровых сканеров нового поколения

Характеристики Ikonos SPOT 5 QuickBird
Разрешение в многоспектральном ре­жиме, м 4 10(20) 4
Разрешение в панхроматическом ре­жиме, м 1 5 I
Год запуска 1999 2002 2001
Число каналов 4 4 4
Ширина полосы, км 11 60 22

Сканеры первого поколения давали обзорную информацию, пригодную для исследования ландшафтов крупных территорий. Таков, например, американский сканер LANDSAT со специально встроенным тематическим картографом (Thematic Mapper, ТМ). Снимки этого сканера применяются для автоматической классификации полученных изображений с целью создания природных карт крупных территорий. В настоящее время используются новые модификации сканера LANDSAT 7, пространственное разрешение которого повысилось до 15 м в одном пикселе изображения. Именно эти изображения используются на широко известном геосервисе Google Мар, поскольку они отражают всю территорию Земли, многократно отсканированную. Достоинством сканерных изображений является их пространственная привязка, что позволяет напрямую использовать эти изображения в ГИС. Космические снимки LANDSAT серий 1990 и 2000 гг. можно бесплатно получить на сайте https://zulu.ssc.nasagov/mrsid/. Они служат прекрасными обзорными картами ГИС, на которые можно наносить координаты GPS и любые векторные и растровые слои, используя проекцию UTM системы координат WGS-84.

Возможности постоянного сканирования земной поверхности активно используются для анализа происходящих на ней изменений, например таких, как природные катастрофы (сход ледника в Кармадонском ущелье Северной Осетии осенью 2001 г.). Другая особенность сканерных изображений заключается в том, что с их помощью строятся трехмерные изображения земной поверхности, как приведенное изображение, полученное с помощью французского космического сканера SPOT.

Космические сканеры нового поколения имеют уже гораздо более высокое разрешение, оставляя примерно то же число анализируемых каналов. Так, американские сканеры Ikonos и QuickBird достигают в панхроматическом режиме разрешения около 1 м (в настоящее время уже около 0,5 м), что делает их информацию сопоставимой по степени подробности с аэрофотоснимками. Это видно из рис. , на котором в мельчайших деталях видны окрестности пирамид Гизы с многочисленными мастабами, гораздо более подробно, чем на рис. с аналогичным изображением КВР-1000. При этом по сравнению с аэрофотосъемкой снимок имеет гораздо больший обзор и пространственную привязку в мировой системе координат.

Аналогичным образом выглядят снимки высокого разрешения, полученные космическим сканером QuickBird. На рис. прекрасно видны позднеримские и византийские крепости, построенные в Сирии и Грузии, изучением которых с помощью данных дистанционного зондирования занимается в настоящий момент Г.Е. Афанасьев. Эти изображения, сделанные спутником QuickBird, можно получить в открытом доступе на геосервисе Google Мар. Данные спутников высокого разрешения могут быть получены и на других геосервисах Интернет (Live Search Maps/MapsBing, Yahoo.Maps, Kosmosnimki и др.). Обзор различных особенностей космических изображений, размещенных на этих порталах, приводится в недавней работе А.А. Довгалева, упоминаемой в списке литературы к этой главе.

Высоким разрешением обладают также снимки сканера Orb View, в настоящий момент пережившего уже четвертую модификацию. Информацию об этом и других космических сканерах высокого разрешения можно узнать в сети Интернет (см. список литературы).

Как уже упоминалось выше, в отличие от фотокамер и сканеров, радарные системы имеют активный способ получения изображений, облучая земную поверхность радиоволнами. Полученные с помощью современных космических радаров изображения имеют пространственное разрешение 10—20 м, их сравнительные характеристики приводятся в табл.

Сравнительные характеристики космических цифровых радарных систем

Характеристики ERS RADARSAT Алмаз-1
Разрешение, м 30 10-100 15-20
Год запуска 1991 1995 1992
Диапазон волн 5,7 5,7 10
Ширина полосы, км 100 50-500 40

Радарные системы позволяют изучать физические свойства земной поверхности и приповерхностных слоев независимо от состояния атмосферы. Они используются в природоохранных исследованиях, например в изучении процессов загрязнения речных и морских водоемов. Для археологических целей наиболее важная особенность космических радарных систем лежит в возможности исследования приповерхностного слоя Земли. Однако пространственное разрешение этих систем пока непригодно для анализа археологических объектов — очевидно, это дело будущего. Радарные системы используются также для построения цифровой модели земной поверхности. Так, за 11 дней в феврале 2000 г. с помощью специальной радарной системы Shuttle radar topographic mission (SRTM) была произведена радарная топографическая съемка большей части территории земного шара, за исключением самых северных (выше 60°) и самых южных широт (ниже 54°), а также океанов. Двумя радиолокационными сенсорами SIR-СиХ- SAR было собрано более 12 терабайт данных, которые доступны в виде двух версий: предварительной (unfinished, версия 1) и окончательной (finished, версия 2). Окончательная версия прошла дополнительную обработку, выделение береговых линий и водных объектов, фильтрацию ошибочных значений. Большая часть данных доступна бесплатно на сайтах: http://dds.cr.usgs.gov/srtm/versionl/ и http://dds.cr.usgs.gov/srtm/version2_l/. Инструкции по подготовке данных SRTM для создания цифровой модели рельефа в ГИС можно найти на сайте ГИС-лаборатории по адресу http://gis-lab.info/qa/srtm.html#mission

В этот день:

Дни рождения
1937 Родилась Людмила Александровна Чиндина — доктор исторических наук, профессор Томского государственного университета, одна из основателей томской археологической школы, специалист по железному веку таежной полосы Западной Сибири.
Дни смерти
1938 Умер Людвиг Борхардт — немецкий египтолог, известный как «человек, открывший Нефертити», исследователь Ахетатона.

Рубрики

Свежие записи

Обновлено: 26.02.2022 — 20:24

Счетчики

Яндекс.Метрика

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Археология © 2014