Спектральные диапазоны, применяемые для съемки земной поверхности,
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
 |
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С.М. Кирова»
 |
Кафедра «Лесной таксации, лесоустройства и ГИС»
Контрольная работа
По дисциплине «Аэрокосмические методы в лесном деле»
Институт леса и природопользования
Факультет: 35.03.01 Лесное дело.
Студентка 5 курса, гр. ЗЛПб-ЛД-16-1, з/о
Крятова Любовь Анатольевна
Зачетная книжка № 316021
Санкт-Петербург
2020 уч. год
Диапазоны спектра электромагнитных излучений, зоны прозрачности земной атмосферы. Спектральные диапазоны, применяемые для съемки земной поверхности, и виды возможных съемок (видимое излучение, ИК - излучение, радиодиапазон).
Последовательность электромагнитных волн, классифицированную по их длинам (или частотам) принято назвать спектром электромагнитных волн или электромагнитным спектром (рисунок 2). Большинство современных методов основано на использовании оптических и ультракоротких радиоволн с длиной от 0,3 мкм до 3 м. Ту часть электромагнитного спектра, в которой применимы законы оптики, называют оптическим диапазоном. Законы оптики описывают такие явления как отражение и преломление, которые можно использовать для фокусировки излучения.
 |
|
|
|
Рисунок 2 – Диапазоны электромагнитного спектра /19/
Участок оптических волн (0,001-1000 мкм) включает ультрафиолето- вый (0,001-0,4 мкм), видимый (0,4-0,8 мкм) и инфракрасный вплоть до дальней зоны (0,8-1000 мкм) (см. Рисунок 2). Видимый диапазон, в кото- ром глаз человека способен различать цвета, делят на 7 цветовых зон со следующими названиями цветов и границами (в мкм):
¾ фиолетовый (0,38-0,45),
¾ синий (0,45-0,48),
¾ голубой (0,48-0,50),
¾ зеленый (0,50-0,58),
¾ желтый (0,58-0,60),
¾ оранжевый (0,60-620),
¾ красный (0,62-0,70).
Видимый диапазон или световой, занимает относительно небольшую часть электромагнитного спектра. Основными цветами принято считать синий, зеленый и красный.
Диапазон инфракрасного (ИК) излучения разделяют на поддиапазоны (ближний 0,8-1,3 мкм) средний (1,3-3) и дальний (3-1000 мкм). В ближнем и среднем диапазоне преобладает отраженное (солнечное) излучение, а в дальнем, называемом тепловым, собственное излучение Земли.
Часть спектра, охватывающую ультракороткие радиоволны (от 1 мм до 10 м), разбивают на диапазоны миллиметровых, сантиметровых, деци- метровых и метровых волн. Нередко миллиметровые, сантиметровые и де- циметровые радиоволны относят к одному диапазону, называемому мик- роволновым. Сантиметровые и дециметровые волны часто объединяют в диапазон радиоволн сверхвысоких частот (СВЧ), в которых выделяют участки, обозначаемые латинскими буквами K, X, C, S, L, P. Эти кодовые обозначения применяются еще со времен второй мировой войны. Именно в этих участках работает различная радиоэлектронная аппаратура спутни- ков, но каждая на строго фиксированных международными соглашениями длинах волн (или частот). Например, передачу видеоинформации со спут- ников на наземные пункты приема наиболее часто производят по радиока- налам в так называемых X и S- диапазонах на длинах волн соответственно
|
|
|
≈ 3 и ≈ 11 см, а L- диапазон (длина волны ≈ 22 см) отведен для глобальных
систем спутникового позиционирования – отечественной ГЛОНАСС (Гло- бальная навигационная спутниковая система) и американской GPS (Global Positioning System). В таблице 3 представлены основные диапазоны радиоволн СВЧ, применяемы в радиолокационном зондировании.
|
Характеристика | Диапазон | |||||
| К | X | C | S | L | P | |
| Длина волны λ, см | 1,1-1,7 | 2,4-3,8 | 3,8-7,5 | 7,5-15 | 15-30 | 30-100 |
| Частота ν, ГГц | 18-26,5 | 8-12,6 | 4-8 | 2-4 | 1-2 | 0,3-1 |
Таблица 3 - Рабочие длины волн и частотные диапазоны радиолокационных систем
|
|
|
Земная атмосфера для дистанционных методов с одной стороны пред- ставляет собой важнейший объект для самостоятельных исследований, а с другой является основным источником помех и искажений при изучении объектов на земной поверхности, и растительности в частности.
Солнце является основным естественным источником электромаг- нитного излучения. Прежде чем достичь поверхности Земли оно должно пройти через атмосферу. Проходя через атмосферу, одна часть излучения поглощается ею, часть рассеивается, а часть - переносится и достигает поверхности Земли.
Поглощение происходит избирательно молекулами различных газов, главным образом водяным паром (H2O), озоном (O3), углекислым газом (CO2), метаном (CH4). На рисунке 3 показана кривая прозрачности атмо- сферы. Очевидно, что излучение определенных длин волн не может прой- ти через атмосферу и блокируется ею, т.е. диапазоны в полосах поглоще- ния молекулами различных газов не могут быть использованы для дистан- ционного зондирования.
 |
Рисунок 3 - Прозрачность атмосферы и используемые в дистанционном зондиро- вании диапазоны электромагнитных волн
Диапазоны электромагнитного спектра, которые лежат вне основных полос поглощения и могут быть использованы в дистанционном зондиро-вании называются окнами прозрачности. Для ультрафиолетового излуче- ния атмосфера непрозрачна. Наибольшее практическое значение имеет ок- но прозрачности в видимом диапазоне и ближней инфракрасной зоне (0,4- 1,3 мкм). В этом диапазоне работают оптические сенсоры и зрение челове- ка. Кроме того, существуют три окна прозрачности в тепловом инфракрас- ном диапазоне: два узких окна вблизи 3 и 5 мкм и одно относительно ши- рокое в интервале от 8 до 14 мкм. В микроволновом диапазоне при дли- нах волн свыше 1-2 мм атмосфера снова становится прозрачной.
|
|
|
Причиной рассеивания излучения является изменение направления распространения электромагнитных волн из-за их взаимодействия с моле- кулами газов и присутствующих в атмосфере частиц. Величина рассеива- ния зависит от длины волны электромагнитного излучения, количества ча- стиц и концентрации атмосферных газов, а также длины пути распростра- нения излучения.
Вид и интенсивность рассеивания зависят от соотношения между дли- ной волны излучения и размером рассеивающих излучение частиц.
Так, молекулами газов, размер которых меньше длины волны падаю- щего света, наиболее сильно рассеивается коротковолновое излучение. Этим объясняется голубизна неба. При выполнении космических съемок происходит искажение спектральных характеристик отраженного излуче- ния именно из-за завышения регистрируемого коротковолнового излуче- ния, создается дополнительная яркость. Молекулярное рассеивание пада- ющего света, является причиной снижения контрастности снимков, полу- ченных, особенно, в синей зоне спектра. Искажение спектральных харак- теристик земной поверхности может существенно ограничить возможно- сти классификации объектов на цифровых снимках, полученных сканер- ными системами.
Аэрозоли представляют собой смесь газов, водяного пара и частиц пыли. Размеры частиц в аэрозолях соизмеримы с длиной волны, что при- водит к рассеиванию в длинноволновой части оптического излучения. Как правило, рассеяние такого типа возникает в нижних слоях атмосферы, где крупные частицы встречаются чаще, и доминирует в условиях сплошной облачности. Аэрозольное рассеивание оказывает значительно большее влияние на результаты съемок, чем молекулярное.
Молекулярное и аэрозольное, а чаще комбинированное, т.е. и то, и другое, рассеивание солнечного света в атмосфере, приводит к диффузно- му рассеянному излучению и вызывает ее свечение. Это свечение атмо- сферы принято назвать дымкой или вуалью. При выполнении аэрокосми- ческих съемок оно регистрируется вместе с «полезным» излучением, «по- лезной» информацией об объектах и создает помехи, приводит к искаже- нию контрастности и яркости природных объектов, ухудшению простран- ственного разрешения.
Для ослабления влияния атмосферной дымки при выполнении спут- никовых или самолетных фотосъемок применяют светофильтры, отсекаю- щие ультрафиолетовые и синие лучи. На цифровых снимках помехи, вы- зываемые атмосферной дымкой, убирают на этапе предварительной подго- товки изображений к компьютерной обработке.
Рассеивание излучения происходит и тогда, когда размер частиц, при- сутствующих в атмосфере, существенно больше длины волны. К таким ча- стицам относятся капли воды и крупные частицы пыли. В таком случае рассеивание не зависит от длины волны и наиболее отчетливо проявляется при наличии облаков, содержащих водные капли. Поскольку излучение разной дины волны рассеивается одинаково, облака выглядят белыми /10, 19/. Даже маломощные облака блокируют все излучение в оптическом диапазоне. Только радиоволны длиной выше 2 см беспрепятственно про- ходят сквозь облачный покров. Поэтому на практике получить нужный снимок в безоблачную погоду на заданную территорию для определенного времени года не так то просто.
Спектральные диапазоны, применяемые для съемки земной поверхности,
И виды возможных съемок
| Диапазон спектра элек- тромагнитных волн | Прозрач- ность атмо- сферы | Возможный вид съемки | Время съемки | Вид получаемых данных | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Гамма- лучи | 10-4-10-2 нм | Очень слабая | Аэрогамма- съемка с высоты не более 200 м | Всепогод- ные | Радиоактивность (число импуль- сов) |
| Рентге- новские лучи | 10-2-10нм | Непрозрач- ная | Для съемки не применяют | - | - |
| УФ излуче- ние | Дальняя зона: 0,01-0,3 мкм | То же | То же | - | - |
| Ближняя зона: 0,3- 0,38 мкм | Очень слабая | Ультрафиоле- товая с малых высот | День | Сигнал, гра- фик, изобра- жение | |
| Видимое излуче ние | 0,38-0,5 мкм | Удовлетво- рительная | Люминес- центная | Ночь | Изображение, сигнал, график |
| 0,5-0,76 мкм | Хорошая | Фотографи- ческая, теле- визионная, сканерная, лазерная, спектромет- рическая | День | Изображение, магнитная запись, спек- трограмма | |
| ИК из- лучение | Ближняя зона: 0,76- 1,2 мкм | Хорошая | То же | День | То же |
| Ближняя зона: 1,2-3 мкм | Слабая | ИК тепловая, спектромет- рическая | День | То же | |
| Средняя зона: 3-5 мкм | Хорошая | То же | День, ночь | То же | |
| Средняя зона: 5-8 мкм | Очень слабая | Для съемки не применяют | - | - | |
| Дальняя зона: 8- 14 мкм | Хорошая | ИК тепловая | День, ночь | Изображение, магнитная запись, спек- трограмма | |
| Очень дале- кая зона: 14 - 1000 мкм | Непрозрач- ная | Для съемки не применяют | - | - | |
| Радио- диапазон
 Мы поможем в написании ваших работ! | |||||