건물과 구조물을 원격 감지하는 현대적인 방법. 원격 감지

우리 행성의 영토를 연구하기 위한 위성 방법 없이 현대 GIS의 효과적인 운영을 상상하기는 어렵습니다. 위성 원격 감지는 지리학 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 정보 기술우주 기술의 급속한 개발 및 개선, 항공 및 지상 기반 모니터링 방법의 축소와 관련이 있습니다.

원격 감지(DZ)는 실제 접촉 없이 지구 표면에 대한 정보를 수집하는 데 기반을 둔 과학적 방향입니다.

표면 데이터를 얻는 과정에는 후속 처리, 분석 및 실제 사용을 목적으로 물체에서 반사되거나 방출되는 에너지에 대한 정보를 조사하고 기록하는 작업이 포함됩니다. 원격 감지 프로세스는 다음 요소로 제공되며 구성됩니다.

쌀. . 원격탐사의 단계.

에너지원 또는 조명(A)의 가용성은 원격 탐사의 첫 번째 요구 사항입니다. 전자기장의 에너지로 연구 대상에 빛을 비추거나 에너지를 공급하는 에너지원이 있어야 합니다.

방사선 및 대기(B) – 방사선원에서 물체까지 이동하는 방사선으로, 지구 대기를 통과하는 경로의 일부입니다. 대기의 특성이 에너지 복사 매개변수에 영향을 미치기 때문에 이러한 상호 작용을 고려해야 합니다.

연구 대상과의 상호 작용(C) - 대상에 입사하는 방사선의 상호 작용 특성은 대상과 방사선의 매개변수에 크게 좌우됩니다.

센서에 의한 에너지 등록(D) - 연구 대상에서 방출된 방사선이 원격의 고감도 센서에 닿은 후 수신된 정보가 매체에 기록됩니다.

정보의 전송, 수신 및 처리(E) - 민감한 센서에 의해 수집된 정보는 디지털 방식으로 수신 스테이션으로 전송되며, 여기서 데이터는 이미지로 변환됩니다.

해석 및 분석(F) - 처리된 이미지를 시각적으로 또는 컴퓨터를 사용하여 해석한 후 연구 대상에 관한 정보를 추출합니다.

수신된 정보의 적용(G) - 관찰 대상의 특성과 동작을 더 잘 이해하기 위해 관찰 대상에 관한 필요한 정보를 얻을 때 원격 감지 프로세스가 완료됩니다. 어떤 현실적인 문제가 해결되었을 때.

위성 원격 감지(SRS)의 적용 분야는 다음과 같습니다.

상태 정보 가져오기 환경토지 이용; 농지 수확량 평가;

동식물 연구;

자연재해(지진, 홍수, 화재, 전염병, 화산 폭발)의 결과 평가

토지 및 수질 오염으로 인한 피해 평가

해양학.

SDZ 도구를 사용하면 지역적 규모뿐만 아니라 전 지구적 규모의 대기 상태에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 소리나는 데이터는 일반적으로 디지털 형식의 이미지 형태로 제공됩니다. 추가 처리는 컴퓨터에 의해 수행됩니다. 따라서 SDZ의 문제는 디지털 영상 처리의 문제와 밀접한 관련이 있습니다.

우주에서 우리 행성을 관찰하기 위해 연구원이 멀리서 연구 중인 물체에 대한 정보를 얻을 수 있는 원격 방법이 사용됩니다. 원격 감지 방법은 일반적으로 간접적입니다. 즉, 관찰자가 관심 있는 매개변수가 아니라 이와 관련된 일부 수량을 측정하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 우수리 타이가(Ussuri taiga)의 숲 상태를 평가해야 합니다. 모니터링에 관련된 위성 장비는 광학 범위의 여러 섹션에서 연구 중인 물체의 광속 강도만 기록합니다. 이러한 데이터를 해독하기 위해서는 접촉 방식을 이용하여 개별 나무의 상태를 연구하는 다양한 실험을 포함하는 사전 연구가 필요합니다. 그런 다음 동일한 물체가 비행기에서 어떻게 보이는지 확인하고 그 후에야 위성 데이터를 사용하여 숲의 상태를 판단해야 합니다.

우주에서 지구를 연구하는 방법이 첨단 기술로 간주되는 것은 우연이 아닙니다. 이는 로켓 기술, 복잡한 광학 전자 장치, 컴퓨터, 고속의 사용 때문만은 아닙니다. 정보 네트워크뿐만 아니라 측정 결과를 얻고 해석하는 새로운 접근 방식도 제공됩니다. 위성 연구는 작은 지역에서 수행되지만 광대한 공간, 심지어 전 지구에 대한 데이터를 일반화하는 것이 가능합니다. 일반적으로 위성 방법을 사용하면 상대적으로 짧은 시간 간격으로 결과를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 광대한 시베리아의 경우 위성 방법이 가장 적합합니다.

원격 방법의 특징에는 위성 신호가 통과하는 환경(대기)의 영향이 포함됩니다. 예를 들어, 물체를 덮고 있는 구름의 존재로 인해 물체가 광학 범위에서 보이지 않게 됩니다. 그러나 구름이 없더라도 대기는 물체의 복사를 약화시킵니다. 따라서 가스와 에어로졸에 의한 흡수 및 산란이 발생한다는 점을 고려하면 위성 시스템은 소위 투명창에서 작동해야 합니다. 전파 범위에서는 구름을 통해 지구를 관찰하는 것이 가능합니다.

지구와 그 물체에 대한 정보는 위성에서 디지털 형태로 제공됩니다. 지상파 디지털 영상 처리는 컴퓨터를 사용하여 수행됩니다. 현대 위성 방법을 사용하면 지구의 이미지를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 민감한 장비를 사용하면 온실 효과를 유발하는 가스를 포함한 대기 가스의 농도를 측정하는 것이 가능합니다. TOMS 장비가 설치된 Meteor-3 위성을 사용하면 하루 만에 지구의 전체 오존층 상태를 평가할 수 있습니다. NOAA 위성은 표면 이미지를 얻는 것 외에도 오존층을 연구하고 대기 매개변수(압력, 온도, 습도)의 수직 프로필을 연구하는 것을 가능하게 합니다.

원격 방법은 능동형과 수동형으로 구분됩니다. 사용 활성 방법위성은 자체 에너지원(레이저, 레이더 송신기)에서 지구로 신호를 보내고 그 반사를 기록합니다(그림 3.4a). 수동적 방법에는 물체 표면에서 반사되는 태양 에너지나 지구에서 나오는 열 복사를 기록하는 것이 포함됩니다.

쌀. . 능동(a) 및 수동(b) 원격 감지 방법.

우주에서 지구를 원격으로 감지할 때는 전자기파의 광학적 범위와 무선 범위의 마이크로파 부분이 사용됩니다. 광학 범위에는 스펙트럼의 자외선(UV) 영역이 포함됩니다. 가시 영역 - 파란색(B), 녹색(G) 및 빨간색(R) 줄무늬; 적외선(IR) - 근거리(NIR), 중간 및 열.

광학 범위의 수동 감지 방법에서 전자기 에너지의 소스는 충분히 높은 온도로 가열된 고체, 액체 및 기체입니다.

4미크론 이상의 파장에서는 지구 자체의 열복사량이 태양의 복사량을 초과합니다. 우주로부터 지구가 복사하는 열복사 강도를 기록함으로써 가장 중요한 환경 특성인 육지와 수면의 온도를 정확하게 추정할 수 있습니다. 구름 꼭대기의 온도를 측정하면 높이가 있는 대류권에서 온도가 평균 6.5o/km 감소한다는 점을 고려하여 높이를 결정할 수 있습니다. 위성의 열 복사를 등록할 때 대기 흡수가 낮은 10-14 마이크론의 파장 범위가 사용됩니다. 지구 표면(구름)의 온도가 –50o일 때 최대 방사선은 12미크론, +50o – 9미크론에서 발생합니다.

원격 감지
물체나 현상과 직접 접촉하지 않는 기록 장치를 사용하여 물체나 현상에 대한 정보를 수집하는 것입니다. "원격 감지"라는 용어에는 일반적으로 다양한 카메라, 스캐너, 마이크로파 수신기, 레이더 및 기타 장치를 통한 전자기 복사의 등록(기록)이 포함됩니다. 원격탐사는 해저, 지구 대기, 태양계에 대한 정보를 수집하고 기록하는 데 사용됩니다. 사용하여 수행됩니다. 바다 선박, 비행기, 우주선 및 지상 망원경. 지질학, 임업, 지리학과 같은 현장 중심 과학 역시 일반적으로 원격 감지를 사용하여 연구용 데이터를 수집합니다.
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통신 위성;
전자기 방사선 .

엔지니어링 및 기술
원격 감지 커버 이론적 연구, 실험실 작업, 항공기 및 인공 지구 위성의 현장 관찰 및 데이터 수집. 이론, 실험실 및 필드 메소드그들은 또한 태양계에 대한 정보를 얻는 데 중요하며 언젠가는 은하계의 다른 행성계를 연구하는 데 사용되기 시작할 것입니다. 가장 선진국 중 일부는 심우주 탐사를 위해 지구 표면과 행성 간 우주 정거장을 스캔하기 위해 정기적으로 인공위성을 발사합니다.
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전망대;
태양계 ;
대기권외 천문학;
우주 탐사 및 사용.
원격 감지 시스템.이러한 유형의 시스템에는 이미징 장치, 데이터 수집 환경 및 감지 기반의 세 가지 주요 구성 요소가 있습니다. 처럼 간단한 예이러한 시스템은 아마추어 사진가(베이스)가 고감도 사진 필름(기록 매체)을 충전한 35mm 카메라(이미지를 형성하는 시각화 장치)를 사용하여 강을 촬영하는 데 사용할 수 있습니다. 사진가는 강에서 어느 정도 떨어져 있지만 그에 대한 정보를 기록하고 이를 사진 필름에 저장한다.
영상장치, 기록매체 및 베이스.이미징 장비는 스틸 카메라, 필름 카메라, 다중 스펙트럼 스캐너, 복사계, 능동 레이더 등 네 가지 주요 범주로 분류됩니다. 현대의 일안 리플렉스 카메라는 피사체에서 나오는 자외선, 가시광선 또는 적외선을 사진 필름에 집중시켜 이미지를 생성합니다. 필름을 현상한 후에는 영구적인 이미지(장기간 보존 가능)를 얻습니다. 비디오 카메라를 사용하면 화면의 이미지를 수신할 수 있습니다. 이 경우 영구 기록은 해당 비디오 테이프의 녹화 내용이나 화면에서 찍은 사진입니다. 다른 모든 이미징 시스템은 스펙트럼의 특정 파장에 민감한 검출기 또는 수신기를 사용합니다. 광학 기계 스캐너와 함께 사용되는 광전자 증배관 및 반도체 광검출기를 사용하면 스펙트럼의 자외선, 가시광선, 근적외선, 중적외선, 원적외선 영역의 에너지를 기록하고 이를 신호로 변환하여 필름에 이미지를 생성할 수 있습니다. . 마이크로파 에너지(마이크로파 에너지)는 복사계나 레이더에 의해 유사하게 변환됩니다. 소나는 음파 에너지를 사용하여 사진 필름에 이미지를 생성합니다.
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초고주파 범위;
레이더;
소나. 이미지를 렌더링하는 데 사용되는 도구는 지상, 선박, 비행기, 풍선, 우주선 등 다양한 기지에 위치해 있습니다. 특수 카메라와 텔레비전 시스템은 육지, 바다, 대기 및 우주에서 관심 있는 물리적, 생물학적 물체를 촬영하기 위해 매일 사용됩니다. 해안 침식, 빙하 이동, 식생 진화 등 지구 표면의 변화를 기록하기 위해 특수 저속 촬영 카메라가 사용됩니다.
데이터 아카이브.항공우주 영상 프로그램의 일부로 촬영된 사진과 이미지는 적절하게 처리되고 저장됩니다. 미국과 러시아에서는 이러한 정보 데이터에 대한 아카이브가 정부에 의해 생성됩니다. 미국 내 이러한 종류의 주요 기록 보관소 중 하나인 EROS(Earth Resources Obsevation Systems) 데이터 센터는 내무부 산하이며 약 2000만 달러의 데이터를 저장합니다. 500만 장의 항공사진과 약 500만 장의 항공 사진. Landsat 위성에서 얻은 200만 개의 이미지와 미국항공우주국(NASA)이 보유한 모든 항공 사진 및 지구 표면의 위성 이미지 사본. 이 정보는 공개적으로 접근 가능합니다. 다양한 군사 및 정보 기관에는 광범위한 사진 아카이브와 기타 시각 자료 아카이브가 있습니다.
이미지 분석. 원격탐사에서 가장 중요한 부분은 영상분석이다. 이러한 분석은 시각적으로 수행할 수 있으며, 컴퓨터로 강화된 시각적 방법을 사용하여 전적으로 컴퓨터를 사용하여 수행할 수 있습니다. 후자의 두 가지에는 디지털 데이터 분석이 포함됩니다. 초기에는 대부분의 원격탐사 데이터 분석 작업이 개별 항공사진을 육안으로 조사하거나 입체경을 사용하고 사진을 오버레이하여 입체 모델을 만드는 방식으로 수행되었습니다. 사진은 일반적으로 흑백 및 컬러였으며 때로는 흑백 및 적외선 컬러, 또는 드문 경우 다중 스펙트럼이었습니다. 항공 사진에서 얻은 데이터의 주요 사용자는 지질학자, 지리학자, 산림 관리인, 농업 경제학자 및 지도 제작자입니다. 연구원은 실험실에서 항공 사진을 분석하여 유용한 정보를 직접 추출한 다음 이를 기본 지도 중 하나에 플롯하고 현장 작업 중에 방문해야 할 지역을 결정합니다. 현장 조사 후 연구원은 항공 사진을 재평가하고 항공 사진과 현장 조사에서 얻은 데이터를 사용하여 최종 지도를 만듭니다. 이러한 방법을 사용하여 지질학, 토지 이용 및 지형 지도, 산림, 토양 및 작물 지도 등 다양한 주제별 지도가 준비됩니다. 지질학자와 기타 과학자들은 지구상에서 발생하는 다양한 자연 및 문명 변화의 스펙트럼 특성에 대한 실험실 및 현장 연구를 수행합니다. 이러한 연구에서 얻은 아이디어는 항공기와 우주선에 사용되는 다중 스펙트럼 MSS 스캐너 설계에 적용되었습니다. Landsat 1, 2 및 4 인공 지구 위성은 4개의 스펙트럼 대역(0.5~0.6μm(녹색))을 갖는 MSS를 전송했습니다. 0.6 ~ 0.7 µm(빨간색); 0.7 ~ 0.8 µm(IR 근처); 0.8~1.1μm(IR). Landsat 3 위성도 10.4~12.5미크론의 대역을 사용합니다. 인공 착색 방법을 사용하는 표준 합성 이미지는 MSS를 각각 파란색, 녹색 및 빨간색 필터와 함께 첫 번째, 두 번째 및 네 번째 밴드와 결합하여 얻습니다. 고급 MSS 스캐너가 장착된 Landsat 4 위성에서 주제 매퍼는 7개의 스펙트럼 대역(가시 영역 3개, 근적외선 영역 1개, 중적외선 영역 2개, 열적외선 영역 1개)의 이미지를 제공합니다. 이 장비 덕분에 MSS 스캐너만 사용한 Landsat 위성에 비해 공간 해상도가 거의 3배(30m) 향상되었습니다. 민감한 위성 센서는 입체 이미징용으로 설계되지 않았기 때문에 스펙트럼 차이를 사용하여 하나의 특정 이미지 내에서 특정 특징과 현상을 구별하는 것이 필요했습니다. MSS 스캐너는 물, 눈, 얼음, 식물, 노두와 토양, 인간과 관련된 지형 등 5가지 광범위한 지표면 범주를 구분할 수 있습니다. 연구 중인 분야에 정통한 과학자는 일반적으로 0.5~0.7μm 파장(녹색 및 스펙트럼의 빨간색 영역). 그러나 새로운 스펙트럼 대역의 수가 증가함에 따라 인간의 눈으로 다음과 같은 것을 구별하는 것이 점점 더 어려워집니다. 중요한 기능스펙트럼의 다른 부분에서 유사한 톤. 예를 들어, 0.5-0.6 µm 대역에서 MSS를 사용하여 Landsat 위성에서 촬영한 단 하나의 측량 사진에는 대략적인 내용이 포함되어 있습니다. 750만 픽셀(그림 요소), 각 픽셀은 0(검은색)부터 128(흰색)까지 최대 128개의 회색 음영을 가질 수 있습니다. 동일한 지역의 두 Landsat 이미지를 비교할 때 6천만 픽셀을 처리하게 됩니다. Landsat 4에서 가져와 매퍼가 처리한 이미지 하나에는 약 2억 2,700만 개의 픽셀이 포함되어 있습니다. 그러한 이미지를 분석하려면 컴퓨터를 사용해야 한다는 것은 분명합니다.
디지털 이미지 처리.이미지 분석은 컴퓨터를 사용하여 같은 날 또는 여러 날에 촬영한 이미지의 각 픽셀의 그레이 스케일(이산 숫자 범위) 값을 비교합니다. 이미지 분석 시스템으로 분류 수행 특정 기능해당 지역의 주제도를 작성하기 위한 촬영 계획. 최신 이미지 재생 시스템을 사용하면 MSS 스캐너를 사용하여 위성에서 처리한 하나 이상의 스펙트럼 대역을 컬러 TV 모니터에서 재현할 수 있습니다. 이동 가능한 커서는 픽셀 중 하나 또는 특정 지형지물(예: 수역) 내에 위치한 픽셀 매트릭스에 배치됩니다. 컴퓨터는 4개의 MSS 대역을 모두 연관시키고 유사한 디지털 숫자 세트를 가진 위성 이미지의 다른 모든 부분을 분류합니다. 그런 다음 연구원은 컬러 모니터에서 "물" 영역을 색상으로 구분하여 위성 이미지의 모든 수역을 표시하는 "지도"를 만들 수 있습니다. 규정된 분류라고 알려진 이 절차를 통해 분석된 이미지의 모든 부분을 체계적으로 분류할 수 있습니다. 지구 표면의 모든 주요 유형을 식별하는 것이 가능합니다. 설명된 컴퓨터 분류 체계는 매우 간단하지만 우리 주변의 세계는 복잡합니다. 예를 들어, 물은 반드시 단일 스펙트럼 특성을 가질 필요는 없습니다. 동일한 샷 내에서 수역은 깨끗할 수도 있고 더러울 수도 있고, 깊거나 얕을 수도 있고, 부분적으로 해조류로 덮여 있거나 얼어붙을 수도 있으며, 각 물은 고유한 스펙트럼 반사율(따라서 고유한 디지털 특성)을 갖습니다. 대화형 디지털 이미지 분석 시스템 IDIMS는 비규제 분류 체계를 사용합니다. IDIMS는 자동으로 각 픽셀을 수십 개의 클래스 중 하나에 배치합니다. 컴퓨터로 분류한 후 유사한 등급(예: 5~6개의 물 등급)을 하나로 모을 수 있습니다. 그러나 지구 표면의 많은 지역은 다소 복잡한 스펙트럼을 가지고 있어 이들을 명확하게 구별하기가 어렵습니다. 예를 들어, 참나무 숲은 위성 이미지에서 단풍나무 숲과 분광학적으로 구별할 수 없을 정도로 나타날 수 있지만, 이 문제는 지상에서는 매우 간단하게 해결됩니다. 스펙트럼 특성상 참나무와 단풍나무는 활엽수종에 속합니다. 이미지 콘텐츠 식별 알고리즘을 사용한 컴퓨터 처리는 표준 이미지에 비해 MSS 이미지를 크게 향상시킬 수 있습니다.
애플리케이션
원격탐사 데이터는 토지 이용 및 지형도 작성에 있어 주요 정보 소스 역할을 합니다. NOAA 및 GOES 기상 및 측지 위성은 허리케인과 태풍을 포함한 구름 변화와 저기압의 발생을 모니터링하는 데 사용됩니다. NOAA 위성 이미지는 기후 연구를 위해 북반구 적설량의 계절적 변화를 매핑하고 해류의 변화를 연구하는 데에도 사용되며, 이는 배송 시간을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. Nimbus 위성의 마이크로파 장비는 북극해와 남극해의 얼음 표면의 계절적 변화를 매핑하는 데 사용됩니다.
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골프스트림 ;
기상학과 기후학. 자연 초원을 모니터링하는 데 항공기와 인공위성의 원격 감지 데이터가 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 항공 사진은 높은 해상도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 식물 피복과 시간에 따른 변화를 정확하게 측정할 수 있기 때문에 임업에 매우 유용합니다.

그러나 원격 탐사가 가장 광범위하게 응용되는 곳은 지질학 분야입니다. 원격탐사 데이터는 컴파일에 사용됩니다. 지질 지도암석의 종류와 해당 지역의 구조적, 지각적 특징을 나타냅니다. 경제 지질학에서 원격 감지는 광물 매장지와 지열 에너지원을 찾는 데 유용한 도구 역할을 합니다. 엔지니어링 지질학은 원격 감지 데이터를 사용하여 지정된 요구 사항을 충족하는 건설 현장을 선택하고 위치를 결정합니다. 건축 자재, 지표면 채굴 작업 및 매립 작업에 대한 통제 및 수행 엔지니어링 작업해안 지역에서. 또한 이러한 데이터는 지진, 화산, 빙하 및 기타 지질학적 위험뿐만 아니라 산불, 산업 재해 등의 상황을 평가하는 데에도 사용됩니다.

원격 탐사 데이터는 빙하학(빙하 및 적설의 특성과 관련됨), 지형학(기복 모양 및 특성), 해양 지질학(바다와 해저의 형태학) 및 지구 식물학(의존성으로 인해) 연구의 중요한 부분을 구성합니다. 지하 광물 퇴적물에 있는 식물의 분포) 및 고고학적 지질학적 특징을 담고 있습니다. 천체지질학에서 원격 탐사 데이터는 태양계의 다른 행성과 달을 연구하는 데 가장 중요하며, 비교 행성학에서는 지구 역사를 연구하는 데 매우 중요합니다. 그러나 원격 탐사의 가장 흥미로운 측면은 처음으로 지구 궤도에 배치된 위성이 과학자들에게 영향을 받아 변화하는 역동적인 대기와 지형을 포함하여 완전한 시스템으로서 지구를 관찰, 추적 및 연구할 수 있는 능력을 제공했다는 것입니다. 자연적 요인과 인간 활동의 위성에서 얻은 이미지는 자연적 요인과 인공적 요인으로 인한 기후 변화를 포함하여 기후 변화를 예측하는 열쇠를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 미국과 러시아는 1960년대부터 원격탐사를 실시해 왔지만 다른 나라들도 기여하고 있다. 일본과 유럽 우주국은 지구의 육지, 바다, 대기를 연구하기 위해 다수의 위성을 지구 저궤도에 발사할 계획입니다.
문학
Bursha M. 우주 측지학의 기초. M., 1971-1975 기상학, 해양학 및 수문학 분야의 원격 탐사. M., 1984 Seibold E., Berger V. 해양 바닥. M., 1984 Mishev D. 우주에서 지구를 원격 감지합니다. 엠., 1985

콜리어의 백과사전. - 열린사회. 2000 .

원격 탐사의 이점

원격탐사는 물체와 물리적인 접촉을 하지 않고 물체에 대한 정보를 얻는 과정이다. 그러나 이 정의는 너무 광범위하다.

따라서 "원격 감지" 개념의 특징, 특히 항공 안전을 보장하는 데 중요한 대기 원격 감지 개념을 지정할 수 있는 몇 가지 제한 사항을 소개합니다. 첫째, 기술적 수단을 이용하여 정보를 획득한 것으로 가정합니다.

둘째, 우리는 원격 감지를 재료 및 제품의 비파괴 테스트, 의료 진단 등과 같은 다른 과학 및 기술 영역과 근본적으로 구별하는 기술적 수단으로부터 상당한 거리에 있는 물체에 대해 이야기하고 있습니다. 원격 감지는 간접적인 방법을 사용한다고 덧붙입니다. 방법 측정.

원격 탐사에는 대기와 지표면에 대한 연구가 포함되며, 최근 지하 탐사 방법이 개발되었습니다. 대류권의 상태와 매개변수에 대한 정보를 원격으로 비접촉식으로 얻는 방법과 수단을 사용하면 항공 안전에 기여합니다.

원격 탐사의 주요 장점은 대기권(또는 지구 표면의 넓은 영역)에 대한 데이터를 빠르게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 다른 수단으로는 연구를 위해 실질적으로 접근할 수 없는 물체에 대한 정보를 얻을 수 있다는 것입니다. 풍선을 사용하여 수행되는 상층 대기의 전통적인 기상 측정을 통해 정교한 원격 탐사 기술이 광범위하고 체계적으로 적용되었습니다.

원격 감지는 비용이 많이 들며, 특히 우주에서는 더욱 그렇습니다. 그럼에도 불구하고, 비교 분석얻은 비용과 결과가 높다는 것이 입증되었습니다. 경제적 효율성프로빙. 또한 특히 기상 위성, 지상 및 공중 레이더의 감지 데이터를 사용하여 수천 명의 비용을 절감했습니다. 인간의 삶자연재해를 예방하고 위험한 기상현상을 방지함으로써 그러므로 연구. 세계 주요 국가에서 집중적으로 발전하고 있는 원격탐사 분야의 실험, 설계 및 운영 활동은 완전히 정당합니다.

원격탐사의 대상과 응용

원격탐사의 주요 목적은 다음과 같습니다.

날씨와 기후(강수량, 구름, 바람, 난기류, 복사);

환경 요소(에어로졸, 가스, 대기 전기, 이동, 즉 대기 중 특정 물질의 재분배)

바다와 바다(바다의 파도, 해류, 물의 양, 얼음);

지구 표면(식물, 지질 연구, 자원 연구, 고도).

원격탐사를 통해 얻은 정보는 과학, 기술, 경제의 여러 분야에 필요합니다. 이 정보의 잠재적 소비자 수는 지속적으로 증가하고 있습니다.

비행 안전을 보장하기 위해 원격 감지가 사용됩니다.

기상학, 기후학 및 대기 물리학(일기 예보를 위한 운영 데이터, 대기의 온도, 압력 및 수증기 함량 프로파일 결정, 풍속 측정 등)

위성 항법, 통신, 레이더 관측 및 무선 항법(이 지역에서는 원격 감지 수단을 통해 신속하게 획득할 수 있는 전파 전파 조건에 대한 데이터가 필요함)

예를 들어, 항공은 공항 및 항공 노선의 기상 조건을 예측하고 우박, 뇌우, 난기류, 전단, 미세 폭발 및 결빙과 같은 위험한 기상 현상을 신속하게 감지합니다.

또한 항공기가 원격 감지 장비의 운반선으로 사용되는 영역은 다음과 같습니다.

평가 및 관리를 포함한 수문학 수자원, 눈이 녹는 예보, 홍수 경고;

농업 지역(일기 예보 및 제어, 식생 유형, 분포 및 상태 제어, 토양 유형 지도 작성, 습도 결정, 우박 예방, 작물 예측);

생태학(대기 및 지표면 오염 통제);

해양학(예: 해수면 온도 측정, 해류 및 해파 스펙트럼 연구)

빙하학(예: 빙상의 분포와 이동 지도 작성, 해빙, 얼음 상태에서 해상 항해 가능성 결정);

지질학, 지형학 및 측지학(예: 암석 유형 식별, 지질 결함 및 이상 위치 파악, 측정

지구 매개변수 및 지각 운동 관찰);

지형 및 지도 제작(특히 높이에 대한 정확한 데이터를 획득하고 이를 주어진 좌표계에 연결하고 지도를 생성하고 변경)

자연 재해 통제(홍수량 모니터링, 모래 및 먼지 폭풍, 눈사태, 산사태에 대한 경고, 눈사태 경로 결정 등 포함)

기타 기술 적용 계획(예: 토지 이용 목록 및 변경 관리, 토지 자원 평가, 교통 모니터링)

군사 응용 분야(장비 및 군사 유닛의 이동 모니터링, 지형 평가)

원격 감지 시스템 및 방법

원격 감지 시스템의 분류는 레이더 전문가에게 친숙한 능동 시스템과 수동 시스템 간의 차이점을 기반으로 합니다. 능동 시스템은 감지 시스템에서 제공하는 전자기 방사선(EMR)을 연구 대상 매체에 조사합니다. 즉, 이 경우 감지 장치는 전자기 에너지를 생성하여 연구 대상 물체 방향으로 방출합니다. 수동 시스템은 연구 대상의 EMR을 자연스럽게 인식합니다. 이는 감지 물체 자체에서 발생하는 자체 EMR(예: 열복사)이거나 일부 자연 외부 소스(예: 태양 복사)에서 발생하는 산란 EMR일 수 있습니다. 표시된 두 가지 유형의 원격 감지 시스템(능동 및 수동) 각각의 장점과 단점은 여러 요인에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 주어진 파장 범위에서 연구 대상 물체의 고유 방사선이 충분히 강하지 않은 경우 수동 시스템은 실제로 적용할 수 없습니다. 반면, 충분한 반사 신호를 얻기 위해 필요한 방사 전력이 너무 높으면 능동 시스템은 기술적으로 실행 불가능해집니다.

어떤 경우에는 필요한 정보를 얻으려면 반사된 신호의 도플러 주파수 편이를 측정하여 표적의 움직임을 평가하는 등 특별한 분석 기능을 제공하기 위해 방출된 신호의 정확한 매개변수를 아는 것이 바람직합니다. 센서(수신기)와 관련되거나 프로빙 신호에 비해 반사된 신호의 편광 변화가 발생합니다. EMR을 사용하는 모든 정보 측정 시스템과 마찬가지로 원격 감지 시스템은 자외선, 가시광선, 적외선, 밀리미터, 센티미터, 데시미터 등 전자기 진동의 주파수 범위가 다릅니다.

대기, 특히 지구 표면에 직접 인접한 지구 대기의 일부인 대류권의 원격 감지를 고려해 봅시다. 대류권은 고도 10-15km, 열대 위도에서는 최대 18km까지 확장됩니다. 비행 안전을 보장하기 위한 기상학적 목적으로 원격 감지를 사용하려면 대기를 3차원의 부피 분포 개체로 간주하고 다양한 감지 방향에서 대기 프로파일을 얻을 수 있는 시스템에 주의가 필요합니다.

감지 물체 또는 대상은 원격 감지 장치로부터 일정 거리에 있는 고정된 물체뿐만 아니라 대기에서 자연적으로 발생하는 변동일 수도 있습니다. EMR과 대기 사이의 다양한 유형의 상호 작용의 본질을 이해하는 것이 중요합니다. 그러한 상호작용의 유형은 다음과 같습니다. 편리한 방법원격탐사 방법의 분류. 이는 물체를 감지하여 전자기 진동의 감쇠, 산란 및 방출을 기반으로 합니다. 원격 감지 문제와 관련하여 전자기 진동과 대기 불균일성의 상호 작용의 주요 프로세스에 대한 계획.

첫 번째 경우, 알려진 광원(송신기)의 방사선은 연구 중인 물체를 통과한 후 수신기의 입력에 도달합니다. 송신기에서 수신기까지의 전파 경로를 따라 방사선 감쇠량을 추정하고, 물체를 통과할 때 전자기 에너지 손실량이 물체의 특성과 관련이 있다고 가정합니다. 손실의 원인은 물체에 대한 정보를 얻는 기초가 되는 흡수일 수도 있고 흡수와 산란의 조합일 수도 있습니다. 많은 원격 감지 방법은 기본적으로 이 접근 방식을 기반으로 합니다.

두 번째 경우, 광원 자체가 방사선원인 경우 일반적으로 적외선 및/또는 마이크로파 방출을 측정하는 작업이 발생하며, 이는 대기의 열 구조 및 기타 특성에 대한 정보를 얻는 데 사용됩니다. 또한 이 접근 방식은 자체 무선 방출을 기반으로 번개 방전을 연구하고 장거리에서 뇌우를 감지하는 데 일반적입니다.

세 번째 경우는 대기 형성에 의한 전자기 진동의 산란을 사용하여 이에 대한 정보를 얻는 것입니다. 산란 특성을 기반으로 다양한 방법 DZ. 그 중 하나는 연구 중인 매체가 일관되지 않은 방사선 소스(예: 지구 표면에서 나오는 햇빛이나 적외선 방사선)에 의해 조명되고 원격 감지 장치의 센서가 산란된 방사선을 수신한다는 사실이 특징입니다. 개체에 의해. 또 다른 방법은 레이저나 파장이 데시미터에서 밀리미터(레이더의 경우)인 광원과 같은 특수한 인공(간섭성 또는 비간섭성) 광원에 의해 물체가 조사된다는 것입니다. 이 방사선은 물체에 의해 산란되고 수신기에 의해 감지되며 산란 물체에 대한 정보를 추출하는 데 사용됩니다.

고려된 사례 중 첫 번째는 능동 감지 시스템에 해당하고, 두 번째는 수동 감지 시스템에 해당하며, 세 번째는 수동 및 능동 버전 모두에 구현됩니다.

능동형 원격 감지 시스템은 원격 감지 장치의 송신기와 수신기가 한 위치에 있는 경우 단정적일 수 있고, 시스템이 서로 다른 위치에 있는 하나 이상의 송신기와 여러 수신기로 구성되는 경우 바이스태틱 또는 다중 정적일 수 있습니다. 위치.

다음과 같은 경우 분류가 충분히 완료되지 않습니다. 기술적 수단원격 감지: 원격 감지 센서로 사용되는 레이더, 복사계, 리더 및 기타 장치 또는 시스템.

원격탐사를 이용한 대기 연구에는 인공지구 위성에 설치된 계측기의 사용과 궤도 관측소, 비행기, 로켓, 풍선 및 지상에 위치한 장비. 대부분의 경우 원격 감지 장비는 위성, 항공기 및 지상 플랫폼을 통해 운반됩니다.

역 문제

원격 제어 문제는 역 문제, 즉 해결책에서 결과에서 원인으로 이동해야 하는 문제입니다. 여기에는 관측 데이터를 처리하고 해석하는 모든 작업이 포함됩니다. 역 문제 이론은 독립적인 수학적 학문이며, 대기의 원격 감지는 역 문제 이론이 중요한 과학 및 기술 분야 중 하나일 뿐입니다. 적용 측면에서는 EMR이 연구 중인 대기 물체와 어떻게 상호 작용하여 대기에 대한 정보를 얻는 데 사용되는 신호를 생성하는지 잘 이해할 필요가 있습니다. 이상적인 경우에는 측정된 신호 매개변수와 추정된 대기 특성 사이에 일대일 대응이 있습니다. 그러나 실제 상황에서는 역문제의 특징적인 문제가 항상 발생합니다.

수동적 대기 감지와 관련된 간단한 예를 고려해 보겠습니다. 대기 중의 흡수 가스가 가스 온도에 따라 자체 복사를 특징으로 한다고 가정해 보겠습니다. 이 방사선은 위성에 위치한 센서에 의해 감지됩니다. 또한 연관이 있다고 가정해보자. 복사의 파장과 온도 사이에서 온도는 대기층의 높이에 따라 달라집니다. 복사 강도, 복사 파장 및 가스 온도 사이의 관계를 알면 대기 가스의 온도를 파장의 함수로 추정하여 고도를 추정할 수 있는 방법이 제공됩니다. 실제로 상황은 설명된 이상적인 사례보다 훨씬 더 복잡합니다. 주어진 파장의 복사는 해당 높이의 단일 층에서 나오는 것이 아니라 대기 전체에 분산되므로 이상적인 경우에 가정된 것처럼 파장과 높이 사이에 일대일 대응이 없으므로 이러한 관계가 발생합니다. 흐릿해지다. 이 예는 적분의 한계가 특정 문제의 특징에 따라 달라지는 많은 역 문제의 전형입니다. 이 방정식은 제1종 Fredholm 적분 방정식으로 알려져 있습니다. 적분의 경계가 고정되어 피적분함수에서만 나타나는 것이 특징입니다. 이 함수를 방정식의 커널 또는 커널 함수라고 합니다.

다양한 원격 감지 문제는 방정식 또는 유사한 방정식으로 축소됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 측정 결과를 바탕으로 g가 되도록 역변환을 수행할 필요가 있다. 배포를 받습니다. 이러한 역 문제를 잘못된 문제 또는 잘못된 문제라고 합니다. 그들의 해결책은 다음 세 가지 어려움을 극복하는 것과 관련이 있습니다. 원칙적으로 잘못 제기된 문제에 대한 해결책은 수학적으로 존재하지 않거나 모호하거나 불안정한 것으로 판명될 수 있습니다. 솔루션 부족

원격탐사 관점에서 위험한 기상현상(HME)은 구름이 많거나 구름이 없는 대기(맑은 하늘)에서 특정 공간 영역을 차지하는 체적적으로 분포된 물체로 간주될 수 있습니다. NME 외부 발현의 물리적 징후는 원칙적으로 NME의 강도를 특징짓는 매개변수로 설명되며 원칙적으로 측정할 수 있는 매개변수는 예를 들어 풍속, 전기장 강도, 강수량 강도. PMN의 물리적 매개변수가 고려됩니다.

NME의 강도를 특징짓는 매개변수가 특정 수준을 초과하는 대기 지역을 NME 구역이라고 합니다. MN을 탐지하고 원격 탐사 결과를 기반으로 주어진 시간에 특정 공간 좌표에 해당 영역을 할당하는 프로세스를 MN 영역의 위치 파악이라고 합니다.

따라서 대기의 마이크로파 원격 감지를 통한 위치 파악 과정에서 EM 구역이 감지되고 주어진 좌표계에서의 위치가 결정됩니다. 어떤 경우에는 AMN의 강도 정도를 평가하는 것도 가능합니다.

공중 레이더 수단을 통한 위험 비행 구역 위치 파악은 MNRLS(기상 항법 레이더) 및 MNRLS와 인터페이스할 수 있는 기타 시추 장치를 사용하여 위치를 신속하게 탐지하고 결정하는 것입니다.

6.1. 지구 원격 감지 개념

지구 원격 감지(ERS)는 지구 자체 또는 반사된 전자기 복사를 기록하고 분석하여 지구, 표면, 표면 근처 공간 및 하층토, 개별 물체, 동적 프로세스 및 현상에 대한 비접촉 연구로 이해됩니다. 등록은 예를 들어 침식 및 산사태 과정 등의 역학을 연구할 때 지표면뿐만 아니라 항공 및 우주선에 설치된 기술적 수단을 사용하여 수행할 수 있습니다.

급속히 발전하고 있는 원격탐사(Remote Sensing)는 영상을 활용하는 독립적인 영역이 되었다. 이미지를 주로 사용하는 방향과 각 방향의 명칭과의 관계를 도표로 표현할 수 있다(Fig. 34).

쌀. 34. 이미지 획득 및 처리의 주요 프로세스 간의 관계 다이어그램

현재 최대지구 원격 탐사 데이터는 인공지구위성(AES)에서 얻습니다. 원격탐사 데이터는 래스터 이미지 형태로 디지털 형태로 표현되는 항공우주 이미지이므로 처리 및 해석의 문제가 있다 원격 감지 데이터디지털 영상 처리와 밀접한 관련이 있습니다.

우주영상데이터는 폭넓은 사용자가 이용할 수 있게 되었으며, 과학적인 목적뿐만 아니라 산업적인 목적으로도 활발히 활용되고 있습니다. 원격탐사는 지리정보시스템(GIS)의 현재 및 운영 데이터의 주요 소스 중 하나입니다. 우주 시스템의 생성 및 개발, 데이터 획득, 처리 및 해석 기술 분야의 과학적, 기술적 성과는 원격 감지의 도움으로 해결되는 문제의 범위를 크게 확장했습니다. 우주 원격 감지의 주요 적용 분야는 환경 상태, 토지 이용 연구, 식물 군집 연구, 작물 수확량 평가, 자연 재해의 결과 평가 등입니다.

6.2. 원격탐사 데이터의 활용

위성영상을 활용하면 다섯 가지 문제를 해결할 수 있다.

1. 이미지를 단순한 지도로 사용하거나, 보다 정확하게는 현재 상황을 반영하는 보다 정확한 지도가 없을 경우 다른 소스의 데이터를 적용할 수 있는 기반으로 사용합니다.

2. 물체의 공간 경계와 구조를 결정하여 크기를 결정하고 해당 영역을 측정합니다.

3. 특정 지역의 공간 개체 목록.

4. 영토 상태 평가.

5. 지구 표면의 일부 특성에 대한 정량적 평가.

원격 탐사는 합리적인 사용 문제를 해결하기에 충분한 공간적, 스펙트럼 및 시간적 해상도를 갖춘 데이터베이스를 생성하는 유망한 방법입니다. 천연 자원. 원격탐사는 천연자원의 목록을 작성하고 그 상태를 모니터링하는 효과적인 방법입니다. 원격탐사는 바다와 바다의 표면을 포함하여 지구의 모든 영역에 대한 정보를 얻을 수 있기 때문에 이 방법의 적용 범위는 정말 무한합니다. 천연자원 이용의 기초는 토지 이용 및 토지 피복 상태에 대한 정보 분석입니다. 이러한 정보 수집 외에도 원격탐사는 지진, 홍수, 산사태, 침하 등의 자연재해를 연구하는 데에도 사용됩니다.

우주에서 지구 원격 탐사(ERS)를 위한 기술지구를 연구하고 지속적으로 모니터링하여 자원을 효과적으로 사용하고 관리하는 데 없어서는 안될 도구입니다. 현대 기술원격탐사는 우리 삶의 거의 모든 영역에서 사용됩니다.

오늘날 Roscosmos 기업이 개발한 원격 감지 데이터를 사용하는 기술과 방법을 통해 안전 보장, 천연 자원 탐사 및 생산 효율성 향상, 농업의 최신 관행 도입, 긴급 상황 예방 및 결과 제거를 위한 고유한 솔루션을 제공할 수 있습니다. , 환경을 보호하고 기후변화를 통제합니다.

원격탐사 위성을 통해 전송된 이미지는 농업, 지질학 및 수문학 연구, 임업, 환경 보호, 토지 계획, 교육, 정보 및 군사 목적 등 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 우주 원격 탐사 시스템을 통해 필요한 데이터를 얻을 수 있습니다. 넓은 지역(접근하기 어렵고 위험한 지역 포함)

2013년 로스코스모스는 우주 및 주요 재해에 관한 국제 헌장 활동에 참여했습니다. 국제 헌장의 활동에 대한 참여를 보장하기 위해 헌장 및 러시아 비상 상황부와의 상호 작용을 위한 전문 Roscosmos 센터가 설립되었습니다.

지구 원격 감지 정보의 수신, 처리 및 보급을 조직하는 Roscosmos State Corporation의 주요 조직은 러시아 우주 시스템 보유(Roscosmos State Corporation의 일부)의 SC OMZ(지구 운영 모니터링 과학 센터)입니다. NC OMZ는 러시아로부터 우주 정보를 계획, 수신, 처리 및 배포하기 위한 지상 기반 단지의 기능을 수행합니다. 우주선원격 감지.

지구 원격탐사 데이터 활용 분야

• 지형도 업데이트 중
• 내비게이션, 도로 및 기타 특수 지도 업데이트
• 홍수발생 예측 및 통제, 피해평가
• 모니터링 농업
• 저수지 캐스케이드의 수력 구조물 제어
• 해상 선박의 실제 위치
• 산림 벌목의 역학 및 상태 추적
• 환경 모니터링
• 산불 피해 평가
• 광물 매장지 개발 중 라이센스 계약 준수
• 기름 유출 및 유막 움직임 모니터링
• 얼음 모니터링
• 무단건축물 통제
• 일기예보 및 자연재해 모니터링
• 자연적 및 인재적 영향과 관련된 비상 상황 모니터링
• 자연재해 및 인재가 발생한 지역의 비상 대응 계획
• 생태계 및 인위적 대상 모니터링(도시, 산업 지역, 교통 고속도로, 저수지 건조 등의 확장)
• 도로교통 기반시설 건설 모니터링

규정, 지리공간정보를 획득하고 사용하는 절차를 정의합니다.

• « 2025년까지의 기간 동안 지구 원격 탐사를 위한 러시아 우주 시스템 개발 개념»
• 2005년 6월 10일자 러시아 연방 정부 법령 제370호(2015년 2월 28일 개정됨) 제182호 " "Resurs-DK" 유형의 우주선에서 지상에 있는 고해상도 지구 원격 감지 데이터의 우주 측량 계획, 수신, 처리 및 전파에 관한 규정 승인 시»
• 2007년 5월 28일자 러시아 연방 정부 법령 제326호 “ 공간정보를 획득, 이용, 제공하는 절차에 대하여»
• 2007년 4월 13일자 러시아 연방 대통령 명령 No. Pr-619GS 및 2007년 4월 24일자 러시아 연방 정부 명령 No. SI-IP-1951. " 러시아 연방에서 우주의 원격 감지 데이터를 사용하여 제공되는 연방, 지역 및 기타 서비스 운영자 시스템을 만들기 위한 일련의 조치 개발 및 구현»
• 2007년 5월 11일 Roscosmos 책임자가 승인한 이러한 지침의 구현 계획 " 러시아 연방에서 우주의 원격 감지 데이터를 사용하여 제공되는 연방, 지역 및 기타 서비스 운영자 시스템을 만들기 위한 일련의 조치 구현»
• 정부 프로그램 러시아 연방 « 2013~2020년 러시아 우주 활동» 2014년 4월 15일자 러시아 연방 정부 법령 No. 306에 의해 승인됨
• 기초 공공 정책 2030년 이후까지의 우주 활동 분야에 대한 러시아 연방의 2013년 4월 19일자 러시아 대통령의 승인 No. Pr-906
• 2006년 7월 27일 연방법 N 149-FZ “정보, 정보 기술 및 정보 보호에 관해» 수정 및 추가 사항: 2010년 7월 27일, 2010년 4월 6일, 2011년 7월 21일, 2012년 7월 28일, 4월 5일, 6월 7일, 7월 2일, 2013년 12월 28일, 2014년 5월 5일

연방, 지역 및 지방 당국행정부에는 국가 요구에 부응하기 위해 1단계 표준처리 위성영상자료(방사성 및 기하학적 보정을 거친 우주영상)를 무료로 제공한다. 지정된 기관이 더 높은 표준 처리 수준의 위성 영상 자료를 확보해야 하는 경우 승인된 가격 목록에 따라 제작 서비스에 대한 요금이 부과됩니다.