Сокращения в тексте

Дешифрировочные признаки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

этапы детального дешифрирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Геоморфологическое дешифрирование . . . . . . . . . . . . . . . 52

сокращения в тексте

Ас- аэроснимок

АФА –аэрофотоаппарат

КС – космоснимок

МДЗ- материалы дистанционного зондирования

РЛС БО – радиолокационные системы бокового обзора

СВЧ – диапазон-сверхчастотный диапазон

СВ-северо-восток

СЗ –северо=запад

краткая история аэрокосмомотодов в геологии

Первые фотографии с воздуха, а именно с воздушного шара, были сделаны во Франции в 1855 году. Они были использованы для составления плана Парижа.

Позднее французский геолог Эме Цивиаль фотографировал Альпы с высоких вершин, а затем на фотографиях выделял геологические контуры, т.е. впервые применил фотографирование земной поверхности с геологическими целями.

С развитием авиации применение аэрофотосъемок для военных целей и составления топографических карт идет быстрыми темпами. Особенно широкий размах эти работы приняли после создания в начале 30-х годов XX века широкоугольных фотокамер, позволяющих вести плановые съемки в мелких масштабах.

В нашей стране использование аэроснимков для разрешения геологических задач осуществлено в начале 1930-х годов, а именно широкое применение аэроснимков нашло при изучении нефтеносных районов Ферганы и Азербайджана.

С 1931 года создаются различные научные и производственные организации, специализирующиеся на изучении и применении результатов аэрофотосъемок в различных областях хозяйства, в т.ч. при проведении различных геологических работ. Разрабатываются методические пособия и рекомендации, издаются монографии, учебники и справочники в которых обобщен опыт использования аэросъемочных работ для решения задач прикладной геологии.

В 1971 г. Лабораторией аэрометодов под редакцией Еремина В.К. издано методическое пособие по применению аэрометодов при геологических исследованиях. Это издание, иллюстрированное многочисленными примерами, не потеряло значения и до сих пор.

В настоящее время аэрометоды вошли составной частью во все виды геологических исследований. Они в обязательном порядке используются при производстве геологосъемочных и поисковых работ всех масштабов, а также при изучении тектоники и неотектоники, структур рудных полей, гидрогеологических и инженерно-геологических изысканиях, изучении геологического строения мелководных водоемов, участков шельфа и т.д.

Однако, для решения ряда геологических задач даже высотные аэроснимки, полученные с высот свыше 20 км и имеющие масштаб около 1:100 000 оказались малоинформативными. Назрела насущная необходимость поднять регистрирующую аппаратуру на космические высоты. Получаемая с больших высот информация, зафиксированная в виде фотографий, телевизионных изображений, цифровой записи на магнитных носителях и т.д. называют материалами дистанционного зондирования земной поверхности (МДЗ).

Их получают с помощью разнообразоной аппратуры, доставляемой на орбиты различными носителями. В зависимости от решаемых задач носители подразделяются на баллистические ракеты, искусственные спутники Земли, пилотируемые космические корабли, долговременные орбитальные станции.

Первые космические фотографии Земли были получены в 1945 году в США с баллистической ракеты «ФАУ-2» с высоты 120 км, а первые фотографии из космоса человеком выполнены Г.С.Титовым в 1962 г.

В геологии в настоящее время используются результаты различных видов съемок. Основными из них являются фотографическая, телевизионная, радиолокационная, инфракрасная (тепловая), сканерная, лазерная.

1. 
   Одинарную;
   
2. 
   Маршрутную;
   
3. 
   Площадную.
   

Применяется чаще всего крупномасштабная съемка для изучения речных долин (комплекса террас), морских побережий, водоразделов, а также при инженерно-геологических и поисково-разведочных работах.

Аэрофотосъемочные работы, выполняемые для решения геологических задач, делятся на перспективную и плановую съемку.

Преимущества этого вида съемки в том, что получаемое изображение местности более естественно и легче для восприятия. Кроме того, одним снимком охватывается большая площадь по сравнению со снимком плановым.

Применяется одновременно с плановыми АС при изучении горных районов со сложными формами рельефа, особенно при построении блок-диаграмм, а также в военной разведке.

Плановая АФС выполняется с помощью АФА, установленного в самолете так, чтобы его оптическая ось занимала отвесное положение при съемке. Величина отклонения оптической оси от нормали не более 3⁰, обычно не более 1,5⁰. Если аппарат установлен на гиростабилизированную платформу, то величина отклонения не более 30^’. Примерное положение оси определяется по положению пузырька уровня в левом верхнем углу снимка.

АФС, выполняемая с высот до 10 км называется обычной, а с высот более 10 км – высотной. Высотная АФС обеспечивает получение мелкомасштабных АС высокого качества, по генерализации изображения приближающиеся к КС.

Особенно эффективна высотная АФС для горных районов.

Стандартный формат снимков 18 х18 см или 30 х 30 см.

Если применяются аппараты с меньшим форматом кадров, то они называются малоформатными и применяются, обычно, для изучения небольших площадей.

Аэрофотоаппарат состоит из камеры, кассет и, нескольких сменных объективов. Наиболее важной частью является объектив. Он формирует изображение в плоскости прикладной рамки, которая находится в камере и служит выравнивающим устройством для получения неискаженного снимка. Основной характеристикой объектива является его фокусное расстояние. Последнее тесно связано с углом поля изоображения. Этот угол ограничен лучами, идущими из центра объектива к противоположным углам кадра. Назовем его 2β.

В зависимости от величины угла 2β различают объективы:

1. 
   Сверхширокоугольные: 2β≥130⁰;
   
2. 
   Широкоугольные - 70⁰<2β <130⁰;
   
3. 
   Нормальные (среднефокусные):
   

4. 
   Узкоугольные (длиннофокусные) 2β <30⁰.
   

Разрешающая способность объектива уменьшается от центра к краям снимка и различна для разных объективов, что отражено в таблице.

Характеристика аэрофотоаппратов, наиболее часто применяемых:

Показатель	Категории
	Узкоугольные длиннофокусные		Норма-льноу-гольные	Широкоугольные короткофокусные			Сверх-широкоугольные
	ТЭ-500	350	ТЭ-200	ТЭ-140	100	70	ТЭ-55
Фокусное расстояние, мм	500	350	200	140	100	70	55
Угол поля изо-бражения,градус	29	40	65	84	104	122	133
Разрешающая способность, лин/мм
В центре	35	35	40	36	25	25	25
на краю	25	28	25	20	10	12	10

Из экономических соображений лучше широкофокусные, но при этом ухудшается качество.

При средней дымке и высоте 2-4 км используют ЖС-18.

При больших высотах –ОС-14.

При особо плотной дымке –КС-14.

Основные характеристики пленок оцениваются по действию света на нее:

1. 
   Общая светочувствительность;
   
2. 
   Контрасность;
   
3. 
   Фотографическая широта
   

1. 
   Черно-белые;
   
2. 
   Цветные;
   
3. 
   Спектрозональные с искаженной цветопередачей.
   

По характеру спектральной чувствительности черно-белые пленки делятся на:

1. 
   Изопанхроматические – максимальная чувствительность в области 640 нм;
   
2. 
   Изохроматические – максимальная чувствительность в области 570-580 нм;
   
3. 
   Инфрахроматические – 440-450 нм и 740-840 нм (2 максимума).
   

Спектральные зоны эффективной светочувствительности для пленки ЦН-3:

400-480 нм; 500-580 и 600-680 нм.

После обработки в слоях пленки возникают зональные изображения из различных красителей. При прохождении света через пленку, зональные изображения суммируются и образуется негативное изображение объекта съемки в дополнительных цветах, которые при последующей обработке позитивной печати дают снимок в цветах, близких к натуральным.

Разрешающая способность системы (объектив+светофильтр+пленка) это способность передавать раздельно мелкие детали изображения. Характеризуется числом раздельно передаваемых пар линий на 1мм изображения.

Если аэросъемка проведена на распаханных землях, а также в степных и полупустынных районах весной, до начала вегетации и полного просыхания почвы, то глубинные структуры, от которых зависит скорость и степень просыхания поверхности, «просвечивают» через рыхлые отложения и хорошо дешифрируются на АС. После полного просыхания почвы контрасты исчезают, и на АС, отснятых позднее, обнаружить эти структуры уже нельзя. Различие влажности обычно способствует выделению рыхлых отложений разного возраста и состава.

От высоты и азимута Солнца зависит и яркость освещенных склонов. Обращенные к Солнцу участки освещены интенсивнее наклоненных в противоположную сторону, и тем сильнее контраст их яркости, чем больше крутизна склонов. Вследствие этого утренние и вечерние АС горного ландшафта очень сильно различаются между собой.

При аэросъемке плоскоравнинной незаселенной местности рассматриваемые контрасты полезны, т.к. они подчеркивают микродетали рельефа, трудно различимые даже на стереомодели вследствии их плавности. Чтобы использовать их, нужно проводить аэросъемку при малых высотах стенца.

Воздушная дымка . Слой атмосферы, находящийся между объективом АФА и поверхностью Земли, имеет некоторую яркость, вызванную рассеянием прямого солнечного света. Это явление называют воздушной или атмосферной дымкой. Воздушная дымка создает фон, существенно снижающий контрасты природных объектов. Ее влияние зависит от высоты фотографирования, влажности, загрязненности атмосферы и высоты Солнца.

При высоте фотографирования до 0,5 км влияние дымки незначительно. При увеличении высоты до 3 км оно растет пропорционально высоте, далее рост замедляется, и, начиная с высоты 7-10 км, практически останавливается. Воздушная дымка снижает контраст между темными объектами сильнее, чем между светлыми. Съемка при высоте Солнца 15-20⁰ даже при отличной видимости приводит к тому, что большинство темных объектов местности на снимке сливается в общий фон.

Для уменьшения влияния дымки используют светофильтры, отсекающие синефиолетовую часть спектра. Светофильтр уменьшает влияние дымки, но устраняет его не полностью.

Выбор сезона аэросъемки.

Аэросъемочный период начинается весной, после полного освобождения поверхности Земли от снега и паводковых вод и продолжается до первого осеннее-зимнего снегопада. В течение этого периода AФC можно проводить только в ясные, безоблачные дни при хорошей видимости.

На севере и северо-востоке России в зонах тундры и лесотундры аэросъемочный период продолжается всего 4-6 недель и ежегодно бывает только несколько дней, пригодных для съемок.

При переходе от лесотундры на юг к тайге и далее, вплоть до зоны пустынь, аэросъемочный период удлиняется и появляется возможность более свободного выбора времени аэросъемки.

Наибольшая высота Солнца достигается в мае, июне и июле и мало меняется в течение этого периода. К концу августа она в большинстве районов становится недостаточной, что является существенным аргументом против осенних аэросъемок.

Дальность видимости чаще всего уменьшается в разгар лета, т.е. в июне-июле в равнинных южных районах, и в июле – в более северных.

В таежной зоне, как правило, предпочтительнее АС, сделанные в начале аэросъемочного периода, до полного развития хвои у лиственниц и листвы у листопадного подлеска.

В зоне смешанных лесов для AФC выделяются как наиболее благоприятные периоды до начала вегетации и до полного развития листвы, а также период ее пожелтения. Аэросъемка во время листопада или после него нежелательна, особенно в районах распространения рыхлых пород. Геоиндикационные особенности древостоя в это время не выявляются, а опавшая листва маскирует детали геологического строения местности.

В лесостепи и степи, где значительные площади заняты сельскозяйственными угодьями, оптимальный период аэросъемки – после распашки до полного высыхания почвы и появления густого растительного покрова.

В пустынных и полупустынных районах AФC также лучше проводить весной, до полного высыхания почвы. Допустима и осенняя съемка, когда увлажнение почвы вновь увеличивается, а высота Солнца еще достаточно велика.

В высокогорных районах аэросъемочным периодом является время, в течении которого площадь, покрытая снегом, минимальна. Обычно он начинается в июне и заканчивается в августе или сентябре. Оптимальный срок, учитывая высоту стояния Солнца, не позже середины июля.

Выбор времени суток. В мае, июне и июле почти во всех районах России Солнце имеет высоту порядка 40⁰ и более в течении 5-7 часов. Этот период и следует использовать для съемки.

В горных районах с сильно расчлененным рельефом, где требуется максимальная высота Солнца, съемочное время ограничивается четыремя- пятью околополуденными часами.

Крупномасштабную аэросъемку равнинных территории и слабозалесенных, предпочтительно вести при высоте Солнца 20-40⁰, в утренние или вечерние часы.
ПЕРВИЧНЫЕ ЛЕТНО-СЪЕМОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Кассеты АФА и кассеты фоторегистраторов статоскопа и радиовысотомера после съемки передают в фотолабораторию, пленки проявляют, сушат и делают контактные отпечатки с негативов.

Из отпечатков монтируют накидной монтаж. Для удобства использования его переснимают и отпечатывают в уменьшенном масштабе. По накидному монтажу оценивают качество съемочных работ.

Контактные отпечатки, фотопленка с показаниями радиовысотомера и статоскопа, а также репродукция накидного монтажа – т.е. его уменьшенная копия (РНМ) являются первичными летно-съмочными материалами. Они высылаются заказчику. Иногда к ним прибавляют фотосхему.

Фотосхему монтируют от центральных снимков к краям.

1. Космофотогеологическое картирование;

2. Аэрофотогеологическое картирование;

3. Групповая и полистная геологическая съемка;

4. Геологическое доизучение ранее заснятых площадей;

5. Глубинное геологическое картирование;

6. Геолого-минерагеническое картирование.

Перечисленные виды работ можно разделить на 3 группы. В первую войдут космо- и аэрофотогеологическое картирования. В этих видах большая часть геологической информации берется из МДЗ.

Kо второй группе относятся все остальные виды, кроме глубинного геологического картирования. Здесь данные дешифрирования МДЗ используются на равных в комплексе с другими методами исследования.

К третьей группе относят глубинное геологическое картирование, при проведении которого данные дешифрирования МДЗ используются как подчиненный, подсобный материал.

В предварительный камеральный период составляется макет карты и намечается план наземной проверки материалов дешифрирования.

В полевой период проверке подлежат объекты с неясным геологическим строением, а также эталонные объекты.

Аэрофотогеологическое среднемасштабное картирование (1:200 000) проводится на территориях с простым геологическим строением, перекрытых чехлом рыхлых образований.

Аэрофотогеологическое картирование масштаба 1:50 000 – специализированный вид работ. Устанавливаются взаимосвязи между элементами геологического строения исследуемой территории и более крупными геологическими комплексами.

Групповая и полистная геологическая съемка и геологическое доизучение ранее заснятых территорий – основные виды региональных геологических исследований в России. В настоящее время целевое дешифрирование КС и АС при геологической съемке является обязательным.

Анализ МДЗ позволяет установить положение изучаемой территории в общей структуре региона, выделить и проследить крупные зоны и структуры как внутри изучаемого региона, так и за его пределами, откартировать основные структурно-вещественные комплексы. При геологическом доизучении МДЗ дают достаточно полную и связанную картину взаимоотношений локальных геологических объектов и более надежный прогноз перспективных территорий на полезные ископаемые.

Кроме решения общих задач по изучению геологического строения территорий в различных масштабах, дешифрирование АС и КС может носить тематический, специализированный характер. Различают структурное, гидрогеологическое, инженерно-геологическое и др. дешифрирования. Осуществляется также решение тектонических, стратиграфических, литолого-фациальных и др. специальных вопросов. Все перечисленные выше виды дешифрирования МДЗ объединяют в одно понятие – геологическое дешифрирование.

При проведении детальных тематических работ часто бывает недостаточно использовать имеющиеся МДЗ т.н. «общего назначения». Необходимо проводить специализированные аэрофотосъемочные работы с самолета или вертолета: плановую или перспективную съемку с тщательным подбором марки АФА, фотопленки, учитывать высоту стояния Солнца, время года и т.д.

ДЕШИФРОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ
При дешифрировании прибегают к трем основным приемам:

1. 
   Сопоставление с эталонными снимками;
   
2. 
   Сопоставление и сравнение объектов в пределах одного снимка;
   
3. 
   Логическая интерпретация.
   

1. 
   Визуальное;
   
2. 
   Визуально-инструментальное, производящееся с помощью стереоскопов, параллаксометров и др. простейших приборов;
   
3. 
   Инструментальное, выполняемое с помощью специальных приборов и машин.
   

При геологическом дешифрировании используют как прямые признаки (форма, размер, фототон), отображающие на снимке объект непосредственно, так и косвенные, передающие те или иные свойства объектов не прямо, а через посредство других явлений: растительность, почву, обводненность и т.д.

Условность подразделения дешифрировочных признаков на прямые и косвенные побудила некоторых исследователей либо вообще отказаться от дробных классификаций, либо вести классификацию иным способом.

Э.Баррет и А.Куртис считают, что независимо от изображения и передаваемой им информации, для дешифрирования объекта достаточно 9 признаков:

2. 
   Размер. Во многих случаях важно учитывать длину, ширину, высоту, площадь или объем изображенных объектов. Часто о примерном масштабе их на снимке судят, сравнивая их со знакомыми элементами местности (например, дороги).
   
3. 
   Фототон – степень почернения изображения на снимке. Нормальное зрение различает 32-35 оттенков от белого до черного цвета. На фототон влияют отражательная способность объекта, его цвет, освещенность, структура поверхности и др.
   
4. 
   Тень. По теневому силуэту можно определить форму объекта. Глубокие тени на снимках горных областей мешают дешифрированию – например, затушевывают слоистость, складчатость и т.д. В то же время повышение плотности фототона говорит в данном случае о расчлененности рельефа.
   
5. 
   Облик. На снимках часто обнаруживаются объекты сходного облика. Это обстоятельство во многом облегчает дешифрирование, особенно при анализе и картировании сложных геологических образований (метод подобия).
   
6. 
   Текстура – важная качественная характеристика фотоизображения тесно связана с фототоном и позволяет выделить участки изображения с одинаковым рисунком, обусловленных сочетанием микротоновых различий. К числу распространенных текстур можно отнести гладкие, волнистые, пятнистые, линейные и др. Текстура применяется в совокупности с др. признаками. Например, снимки разных пород могут иметь одинаковый фототон, но разную текстуру.
   

7. 
   Местоположение. На заключительных этапах дешифрирования интерпретацию и классификацию ряда объектов можно уточнить по их местоположению относительно других, уже расшифрованных объектов. Например, складка неясной природы, расположенная между двумя антиклиналями, является, скорее всего, синклиналью и т.д..
   
8. 
   Разрешение на местности. Разрешающая способность снимка зависит от особенностей аппаратуры, с помощью которой он получен, от состояния окружающей среды во время наблюдения и от последующей обработки полученной информации. Разрешающая способность лимитирует размер объектов, которые могут быть опознаны.
   
9. 
   Стереоэффект. Стереоскопическая модель изображения дает информацию, которую невозможно получить с отдельного снимка.
   

Воспроизведение и измерение пространственной модели сфотографированной местности основывается на замечательном свойстве глаз – стереоскопическом зрении.

Изображение одной и той же точки местности (или точки на снимке), которая засекается каждым глазом с разных концов глазного базиса, получается раздельно каждым глазом и неодинаковым. Ощущение пространства получается из различия мускульных усилий по совмещению зрительных впечатлений. Это различие обуславливается ассиметрией изображений на сетчатках глаз или физиологическом параллаксом.

Для получения стереоскопического изображения на АС необходимо:

1. 
   Снимки должны быть получены с двух разных точек пространства. Такие АС представляют собой стереоскопическую пару или стереопару.
   
2. 
   Разномасштабность снимков не должна превышать 16%.
   
3. 
   АС должны находиться на расстоянии наилучшего зрения (~ 250 мм) от глаз наблюдателя.
   
4. 
   Оба снимка рассматриваются одновременно, причем каждым глазом должно наблюдаться одно из двух изображений объекта.
   
5. 
   Расстояние между идентичными точками на снимках должны равняться глазному базису наблюдателя.
   
6. 
   Зрительные оси глаз должны быть направлены параллельно, т.е. вдаль.
   

Следует учитывать, что стероскопическая модель не полностью подобна местности. Основным, отличием является растяжение или сжатие модели в вертикальном направлении. При наблюдении на расстоянии наилучшего зрения, составляющем 250 мм (оптически эквивалентное расстояние обеспечивают все стереоскопы, модель растянута примерно в 250:f раз (f – фокусное расстояние АФА). Если аэросъемка выполнена АФА с f= 200 мм, такое растяжение модели мало заметно. При уменьшении фокусного расстояния АФА оно возрастает и при f=50 мм достигает увеличенных в 5 раз. При f=350 мм модель уже не растянута, а сжата в 1,4 раза.

При визуальной оценке крутизны склонов на стереоскопической модели следует иметь в виду, что видимые углы наклона местности не только не равны истинным, но даже и не пропорциональны им. Значения истинной крутизны склонов в зависимости от видимой на стереоскопической модели крутизне и от фокусного расстояния АФА приведены в таблице.

Истинная крутизна склонов местности, соответствующая видимой на стереомодели крутизне (в градусах)

Если перед стереоскопическим наблюдением поменять АС местами, то возникает обратная стереоскопическая модель, в которой реки кажутся водоразделами, а хребты – долинами. Иногда ее используют для лучшего выявления деталей врезанных долин.

При наличии превышений высота фотографирования над разными точками местности различна, т.е. различен и масштаб их изображения на АС. Эти различия при съемке горных районов могут достигать 20% среднего масштаба. Разномасштабность АС, связанная с рельефом местности, приводит к смещению точек относительно их планового положения. Именно эти смещения, вызванные рельефом, а также их различия на смежных снимках приводят к возникновению стереоскопической модели местности при стереоскопическом наблюдении.

Применение стереоскопа при дешифрировании АС дает следующие преимущества.

1. 
   Основные фотограмметрические искажения, свойственные одиночному снимку, у стереоскопической модели отсутствует. В частности, прямолинейные разломы, изображенные на каждом АС стереопары вследствие влияния рельефа кривыми или ломанными линиями, воспринимаются на стереоскопической модели прямолинейными, прерывистые выходы индентичных пластов на разных склонах хребта или должны легко отождествляются.
   
2. 
   Дешифрируются мелкие детали и малоконтрастные контуры, незаметные на отдельном снимке. Это объясняется тем, что бинокулярное зрение острее, чем монокулярное, а также значительной компенсацией на стереомодели случайных флуктуаций фототона каждого из АС. Стереоскопическое наблюдение позволяет сохранить резкость изображения при увеличении его в 1,3-1,5 раза в большей степени, чем монокулярное наблюдение.