ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2012, № 6, с. 29-33
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
ОТОБРАЖЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР ПО КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ РАЗНОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ © 2012 г. К. А. Боярчук1*, М. В. Туманов1, Л. В. Милосердова2
1 Научно-исследовательский институт электромеханики, Истра 2 Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва
*Е-таП: niiem@istranet.ru Поступила в редакцию 23.03.2012 г.
Рассмотрены различные аспекты информативности космических изображений. Показано, что благодаря высокой генерализации и большой обзорности тематическая (геологическая) информативность космических изображений, полученных со спутника "Метеор-М" № 1, не уступает, а по ряду характеристик (доступность, своевременность, краткость) превосходит изображения с высоким разрешением.
Ключевые слова: информативность, космические снимки, "Метеор-М", тематическое дешифрирование
ВВЕДЕНИЕ
Одно из главных достоинств космических изображений (КИ) при изучении природных объектов заключается в возможности увидеть их в естественных границах и соотношениях с другими объектами благодаря генерализации. Однако на пути до потребителя информация, содержащаяся в КИ, многократно преобразуется, перекодируется, видоизменяется — т.е. искажается. Изменения происходят как при технологическом процессе предварительной подготовки ее для пользователя, так и при тематической интерпретации. За почти 40-летнюю историю использования КИ, доминирующей тенденцией совершенствования регистрирующих систем было расширение спектрального диапазона съемок и повышение их пространственного разрешения. Считается, что таким способом "увеличивается информативность" данных дистанционного зондирования (ДЗ). Однако при тематическом применении КИ это зачастую приводит к противоположному результату. При этом понятие информативности выступает либо в семантическом аспекте, как "отношение" между изображением и потребителем, либо как последовательность символов, не зависящая от содержания изображения. В первом значении наиболее важны достоверность, полнота, точность, ценность, своевременность, краткость и доступность информации. Эти свойства независимы от разрешения изображения.
ДАННЫЕ И МЕТОДЫ
Характерным космическим аппаратом (КА) низкого разрешения является КА "Метеор-М" № 1 (Космический комплекс ..., 2008) который входит в состав космического комплекса гидрометеорологического и океанографического обеспечения "Метеор-ЗМ". Он предназначен для оперативного получения глобальной гидрометеорологической информации в целях прогноза погоды, контроля озонового слоя и радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве. Многозональное сканирующее устройство малого разрешения (МСУ-МР) является частью полезной нагрузки данного КА и предна-значено для широкозахватной трассовой съемки с получением изображений облачности и земной поверхности в видимом и ИК участках спектра, с разрешением не хуже 1 км в надире.
Среди зарубежных КА для тематического геологического дешифрирования в настоящее время широко применяются изображения спутников серии Landsat (США) (http://landsat.gsfc.nasa.gov) и ALOS (Япония) (Болсуновский, Беленов, 2006; http:// alos-satellite.ru/sattelite.html).
В таблице приведены сравнительные характеристики съемочных систем перечисленных выше КА.
В случае изучения геологических объектов континентального ранга благодаря генерализации и интеграции на КИ с низким разрешением удается непосредственно видеть изучаемые объекты в их естественных контурах и соотношениях с другими объектами, а не воссоздавать их умозрительно с помощью логических или графических обобщений. "Загрубление" изображения и приведение его к требуемому масштабу не равно-
30 БОЯРЧУК и др.
Сравнительные характеристики съемочных камер КА "Метеор-М" № 1, Ьапё8а1 7, АЬО$
Наименование "Метеор-М" № 1 Ьапё8а1 7 АЮЯ
(МСУ-МР) (ЕТМ+) (РИКМ)
Спектральный диапазон (мкм) 0.5—12.5 0.52—0.90 0.52—0.77
Полоса захвата (км) 2800 185 35
Пространственное разрешение (м) 1000 15 2.5
Радиометрическое разрешение (бит на пиксел) 10 8 8
Периодичность съемки (день) 0.5 16 46
Основное назначение Гидрометеорология Картография Картография
Дата запуска 17.09.2009 15.04.1999 24.01.2004
сильно изначально обзорному изображению. Поэтому изображения среднего и низкого разрешения, позволяя по-новому рассматривать геологическое строение территорий, не потеряли своего значения в обширном арсенале космических снимков.
Проиллюстрируем это положение, рассмотрев возможности отражения тектонических структур на изображениях различного разрешения с различных аппаратов применительно к участку центральной Африки в Южном Судане. Это нефтегазоносная территория, геологическую изученность которой при выполнении геофизических и
буровых работ можно характеризовать как "мозаичную".
Размер исследуемого участка составляет примерно 1500 х 1200 км.
Мы считали более информативными те изображения, которые позволяют с наибольшей уверенностью и однозначностью и с наименьшими затратами определить границы и внутреннюю структуру региона, для чего сравнили изображения с разных носителей. За основу был взят фрагмент КИ, полученного сенсором МСУ-МР "Метеор-М" № 1 (рис. 1), с которым сравнивались мозаика, полученная по изображениям Ьапё8а1, отдельный сни-
20° в.д. 25° в.д. 30° в.д. 35° в.д. 40° в.д.
15° с.ш.
10° с.ш.
5° с.ш.
0° -
0 км 300
НЦ ОМЗ 24.05.2010 Метеор-М В 3547 070507-071017ГВ С08-09/В031-07 А-89 МСУ-МР Н 048-19 А 067-35 Г1/Ф0
■ШИН 0.7-1.1 ЯШШ^^^^М
Рис. 1. Фрагмент снимка со спутника "Метеор-М" № 1 (МСУ-МР) и расположение на нем детальных изображений: 1 — мозаика снимков Ьаш^а!;; 2 — снимок Ьаш18а1 7 ЕТМ+; 3 — снимок АЬО8-РМ8М.
ОТОБРАЖЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР
31
Рис. 2. а — Схема нефтегазоносной провинции Южного Судана; б — схема геологического дешифрирования космических снимков низкого разрешения: 1 — сдвиговая зона, 2 — нефтеносные бассейны Мужлад (1) и Мелут (2); в — схема геологического дешифрирования космических снимков среднего разрешения: 1 — нефтеносные бассейны Мужлад (1) и Мелут (2), 2 — докайнозойские породы, 3 — линеаменты (разломы) — границы грабена, 4 — линеаменты, определяющие внутреннюю структуру грабена.
' С 1 2 L^J3 4 г^-5 1Г -- . 7
Эфиопия
\
Чад \
мок Landsat и снимок ALOS-PRISM. Все изображения приведены к проекции Меркатора.
Дешифрирование проводилось контрастно-аналоговым методом с привлечением аэровизуальных наблюдений, выполненных в январе 2007 г. на отдельных ключевых участках, а также эталонных фрагментов ландшафтного дешифрирования. В случае спорных моментов интерпретации фоторисунка использовалась программа LESSA.
Дешифрировались изображения, полученные в ноябре—декабре, когда размеры болот минимальны, а гари, возникающие в результате поджогов травы, которые производятся после выпаса скота, покрывают территорию на ограниченных площадях. Использовались изображения "Ме-теор-М" (МСУ-МР), Landsat (ETM+) (Enhanced Thematic Mapper Plus — усовершенствованный тематический картограф) в различных диапазонах спектра, и ALOS (PRISM, панхроматический канал).
Далее на изображениях выделялись участки, предположительно соответствующие территориям новейшего прогибания и подъема, обусловленных движениями по разломам и растущим антиклинальным складкам. Как правило, разломы на изображениях выражались в виде линеаментов — спрямленных элементов изображения различного размера, а растущие антиклинальные складки — в виде кольцевых структур. Эти участки выделялись по аномалиям извилистости и врезов русел протоков, ручьев, ложбинок и временных водотоков, а также аномалиям распределения дюн и барханов.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Уже при предварительном просмотре обзорного изображения виден гигантский клин, расширяющийся к востоку и ограниченный р. Нил. С юга клин ограничен линеаментом, выраженным
перепадом цветов. С юга изображение окрашено в зеленый цвет, обусловленный лесами, а с севера — в бурый и коричневый, обусловленные саванной, в которую превратилась эта территория после окончания сезона дождей. Северный линеамент обусловлен прямолинейным руслом р. Хор Абу Хаббл, в районе дельты, загибающейся к югу. С севера от него коричневый тон сменяется на желтый, обусловленный, вероятно, сменой саван пустынями. На этом изображении отчетливо выделяется территория в виде коричневого треугольника с четкими краями, что свидетельствует о, вероятно, разломной природе, обусловившей ее геологическую структуру.
На рис. 1 приведен фрагмент КИ "Метеор-М", а на рис. 2 — результат его дешифрирования, описанный в (Макриденко и др., 2008). Методика дешифрирования базируется на традиционном контрастно-аналоговом методе, дополненном контролем соответствия масштаба и обзорности изображения размерам целевых (главных) объектов дешифрирования и применением компьютерной программы ЬЕ88А.
Упомянутый выше клин сопоставляется с гигантским грабеном, к которому приурочены нефтегазоносные бассейны Мужлад (1) и Мелут (2), границы которых также выделяются на этом изображении в виде линеаментов, определяющих внутреннюю структуру грабена. Области прогибания, заполненные докайнозойскими породами, выявляются по более однородному фоторисунку по сравнению с мелкопятнистым фоторисунком, развитым на площадях выхода докайнозойских пород, связанных с областями относительного прогибания, или выходами интрузий.
Мозаика снимков Landsat (рис. 3а) покрывает площадь номенклатурного листа N-36-10 М 1 : 200000. Изображение получено синтезом
32
БОЯРЧУК и др.
Рис. 3. Сравниваемые изображения: а — мозаика снимков Ьап^а!;; б — снимок ЬапсЬа1 7 ЕТМ+; в — снимок АЬО8-РМ8М.
Рис. 4. Схемы линеаментов и кольцевых структур изображений: а — мозаика снимков Ьап^а!;; б — снимка Ьап^а! 7 ЕТМ+; в — снимка АЬО8-РШ8М.
диапазонов 70, 40, 20. В составе мозаики участвует 31 снимок, самый ранний из которых — получен 12.09.1990, а самый поздний — 11.11.2001. В процессе создания мозаики изображения индивидуальных снимков выравнивались, усреднялись по спектральной яркости, т.е. искажались. Сравнив информативность изображен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.