CC BY
24
© И.В. Елизаветин, О.В. Зорин,
Н.В. Коненко, Л.В. Сысенко,
В.А. Сысенко, Э.В. Чемякин, 2003
УАК 621.396.6
И.В. Елизаветин, О.В. Зорин, Н.В. Коненко,
Л.В. Сысенко, В.А. Сысенко, Э.В. Чемякин
К ВОПРОСУ О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЛИОЛОКАПИОННЫХ СНИМКОВ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В ГОРНОМ ПРОИЗВОЛСТВЕ
Дистанционное зондирование из космоса с помощью радиолокаторов стало сейчас важным источником информации о состоянии окружающей среды на суше и в океане. В настоящее время широкое распространение получило использование радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны (РСА). Это обусловлено тем, что РСА обладают рядом свойств, существенно отличающих их от других средств дистанционного зондирования:
■ Способность получать изображения независимо от погодных условий и освещенности;
■ Уникальная чувствительность к неровностям поверхности (уклоны местности, конфигурация растительного покрова, океанские волны и т. д.)
Космический РСА - это активный датчик дистанционного зондирования, размещаемый на борту космического аппарата. Радиолокатор является активным датчиком в том смысле, что подсвечивает подстилающую поверхность для получения ответного сигнала на входе приемного устройства. Процесс зондирования начинается, когда РСА посылает импульс в направлении зем-
ной поверхности. Импульс взаимодействует с земной поверхностью, поглощается, часть импульса отражается в сторону датчика. На приемное устройство импульс приходит с некоторой задержкой. Сигнал на выходе приемника радиолокатора является комплексным, то есть из него можно извлечь два параметра отраженного сигнала - амплитуда (яркость) и фаза (напрямую связана с временной задержкой и длинной волны датчика). Фаза может быть в дальнейшем использована для измерения высоты с точностью до единиц метров и пространственного сдвига подстилающей поверхности с точностью порядка сантиметров и даже миллиметров.
Таким образом, РСА позволяют исследовать физические свойства (морфологию, шероховатость, геометрические очертания, диэлектрические свойства) земной поверхности. Эти исследования не зависят от облачности, солнечной освещенности, а значит, могут проводиться непрерывно, что является ключевым требованием при изучении динамических процессов. РСА способны получать радиолокационные изображения с разрешением до нескольких метров, а в перспективе до нескольких дециметров. В обработке радиолокационных снимков могут быть заинтересованы многие потребители, в том числе занятые в
Рис. 1. Геометрия съемки при получении пары снимков для построения ЦМР
горном производстве. Специалист в определенной области может получить полезную информацию путем визуального дешифрирования снимка. Кроме того, существуют программные комплексы для автоматической обработки радиолокационных данных.
Особое место при обработке радиолокационной информации занимает получение цифровых моделей рельефа (ЦМР) и цифровых карт смещений земной поверхности. Трехмерные изображения рельефа местности являются часто необходимым дополнением к информации о радиолокационной яркости исследуемой поверхности в таких областях как: планирование городской застройки, разведка и добыча природных ресурсов, геологические и гидрологические исследования, разработка геоинформа-ционных систем. В получении ЦМР и карт смещений поверхности могут быть заинтересованы, например, специалисты по маркшейдерскому делу.
Для получения цифровых моделей рельефа используются два или более снимков одного и того же участка местности. Причем снимки должны быть получены с различных пространственных положений космического радиолокатора (рис. 1.).
Известно два метода получения цифровых моделей рельефа: стереометрический и интерфе-рометрический). Стереометрический метод использует амплитудную информацию получаемого изображения, а интерферо-метрический - фазовую (рис. 2, 3). Каждый из методов требует выполнение определенных условий геометрии съемки. Два снимка, удовлетворяющие условиям стереометрического метода называют стереометрической парой, удовлетворяющие условиям интерферометрического метода
- интерферометрической парой. В последнее время предпочтение отдается интерферометрическо-му методу в силу его большей точности.
В НПО машиностроения разработан программный комплекс получения цифровых моделей рельефа. Этот комплекс интег-
Рис. 2. Схема стереометрической обработки Рис. 3. Схема интерферометрической обработки
рирован в общую среду обработки радиолокационных снимков. В качестве входных данных комплекса используются интерфе-рометрические пары снимков, полученные космическими РСА ERS-1,2 и RADARSAT. На выходе формируется цифровая матрица рельефа в заданной картографической проекции и с заданным межпиксельным расстоянием. При работе с комплексом предусмотрено получение карт смещений рельефа (дифференциальная интерферометрия). Сущность дифференциальной интерферометрии заключается в расчете пары интерферограмм, из которых затем можно получить информацию об изменении рельефа подстилающей поверхности. С помощью дифференциальной интерферометрии можно определить локальные изменения
Рис. 4. Совместный просмотр радиолокационного снимка и цифровой модели рельефа
рельефа, обусловленные такими явлениями как землетрясения, подвижка горных пород, льдов и прочие.
Программный комплекс реализован для работы с операционными системами Windows 95/98/ИТ и выше на РС совместимой аппаратной платформе. В основе комплекса лежат современные средства визуализации изображений, которые позволяют осуществлять:
- одновременный просмотр нескольких изображений (рис. 4);
- совмещение нескольких изображений по заданным параметрам (географическим, либо файловым координатами);
- изменять яркость и контрастность изображений;
- наложение одного изображения на другое, или на топографическую карту;
- аффинные преобразования изображений;
- псевдораскраску изображений.
Кроме того, в состав комплекса входят программы геокодирования (представление изображения в одной из картографических проекций), составления мозаики и совмещения изображений, модули преобразования проекций, ввода контрольных точек, привязки изображений к картографическим координатам по контрольным точкам.
В настоящие время программный комплекс проходит практическое апробирование в рамках программы “Аметист” под эгидой европейской комиссии. Цель программы - изучение западной части российского арктического побережья.
Таким образом, обработка радиолокационных данных в специализированных программных комплексах служит дополнительным источником информации о земной поверхности. Кроме того, совмещение радиолокационных снимков, цифровых карт рельефа и существующих карт местности является удобным инструментом для анализа данных из разных источников.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------
Елизаветин И.В. - кандидат технических наук, зам. начальника НИЦ «Алмаз». Зорин О.В. - ведущий инженер НИЦ «Алмаз».
Коненко Н.В. - инженер НИЦ «Алмаз».
Сысенко Д.В. - инженер НИЦ «Алмаз».
Сысенко В.А. - инженер НИЦ «Алмаз».
Чемякин Э.В. - инженер НИЦ «Алмаз».
ФГУП “НПО Машиностроения”.
Стереопара
рельефа
Интерферометрическая пара (фаза)
ЦМР (в географической проекции)
Параллакс
Интерферограмма (разность фаз)
Цифровая модель
Матрица высот рельефа
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
ЕЛИЗАВ~1
в:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\01ЛВ9_03
С:\и8еге\Таня\ЛррБа1а\Коат1^\М1сго80й\ШаблоныШогта1Ло1т
Данная работа посвящена решению проблемы пространственной привязки
радиолокационных данных Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки:
Дата печати:
При последней печати страниц: слов:
Denis
21.07.2003 11:25:00 9
24.07.2003 9:24:00 Гитис Л.Х.
11 мин.
09.11.2008 1:17:00
3
знаков:
1 071 (прибл.) 6 106 (прибл.)
